第四代光源加速器用1.3GHz感应输出管(IOT)电子枪研究

感应输出管(IOT），作为一种大功率高频发射机器件，吸收了电子管和速调管的优点，将电子管尺寸小、效率高、线性好的特点同速调管高可靠性、高功率的优势融为一体，并可以采用合放方式，技术性能稳定，广泛运用于通信以及电视发射技术领域，具有重大的应用价值。随着现代同步辐射光源技术的发展，开始对IOT的高效率的运行以及在先进光源上的应用进行研究。本项目全面深入研究第四代光源用1.3GHz IOT电子枪系统、关键参数、关键技术以及它们之间的制约关系。在通盘考虑的基础上完成20kW 1.3GHz IOT的电子枪理论设计，掌握其关键技术，搭建实验平台对阴栅组件热结构分析、电子枪区打火以及高频输入腔耦合系统的整体设计等进行实验分析。通过本项目的研究将保持我们在这一前沿领域与国际同步，积极参加国际合作与交流，并在国际合作中，学习、锻炼和培养队伍，并为国内第四代先进光源用IOT的发展提供可靠的理论与实验依据。

感应输出管(IOT），作为一种大功率高频发射机器件，其研制与生产过程中，采用固态钡铝合金为阴极，热解石墨为栅极，热解石墨有良好的热性能及机械性能，温度高达2500℃时其强度反而增加而不变形，从而大大延长了IOT管的寿命。又采用特殊工艺，使栅阴极间距离非常近，以保证IOT管的高增益特性。在IOT管中电子束在靠近电子枪区域内利用阴极与栅极间的所加的射频输入信号进行密度调制，没有漂移区，因而体积比速调管小得多。由于大量吸收了四极管与速调管的成熟经验，借鉴了热电子学的许多研究成果，它将四极管体积小，线性好、效率高的优点与速调管增益高、寿命长、输出功串高的优点结合，使得IOT管具有很好的电气和机械特性。由于IOT的电流控制是通过栅网进行，随着运行频率的提高，阴栅极间隙的控制显的尤为重要。包括选择不同的栅网材料和选择不同的处理工艺以提高热应力强度和减少疲劳等，通过模拟计算和实验研究来证明IOT 设计的电子枪束流参数是留有足够的富裕量；其次是特殊的输出腔的设计，在保证频率可调的前提下，寻找减少高平均功率下的输出腔热形变的方法，优化结构设计；最后，在完善理论分析和计算程序的基础上，对提高IOT 的增益的方法作出探索分析。本课题完成阴栅组件热结构分析、电子枪区打火分析、输入腔工艺分析以及高平均功率下的水冷系统的整体设计考虑等，并对其进行实验研究；完善了IOT计算机模拟程序；分析研究了影响IOT品质的主要因素，并提出提高IOT 增益、带宽与效率的具体措施；利用高能所电子枪实验室平台，对阴栅组件高精度的工艺控制、功率承受水平和热损伤问题进行实验研究，并将实验结果同模拟结果进行了比较。