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相对论返波管(RBWO)具有高功率、高效率、适合重复频率工作等特点,是目前最有发展潜力的高功率微波(HPM)器件之一。然而,强电磁场真空击穿引起的输出微波功率下降、脉宽缩短以及结构损伤带来的寿命等问题,严重限制了RBWO的输出能量,影响了其实用化进程。本论文基于“阳极”击穿模型,开展了耐电子轰击材料的优选研究。论文的研究成果如下:(1)结合经典Monte-Carlo方法和Bethe能量损失规律,研究了MeV级电子垂直入射Cu、SS304和TA2三种常见金属靶材的能量损失规律。研究表明,材料原子序数和原子密度越小,电子在材料中的有效射程越长,单位体积内沉积的平均能量越低,越有利于材料耐受高能电子轰击。综合金属材料达到熔融烧蚀的临界条件,给出了耐电子轰击材料优选原则:密度小、熔点高和比热容大。(2)采用环形电子束打靶实验比较了Cu、SS304和TA2三种材料的耐电子轰击性能,在相同的电子束能量下,Cu因密度高、熔点低和比热容小而更容易受到电子束轰击破坏。相对而言,密度低、熔点高和比热容大的TA2材料具有更好的耐电子束轰击性能。实验结果初步验证了耐电子束轰击材料的优选原则。(3)采用CST软件模拟设计了场强1.8 MV/cm的波导测试腔,单个腔内两侧场分布非对称,以将材料的电子发射和轰击性能分开研究,进一步明确“阳极”机制引起的强电磁场真空击穿模型。在1 T外加引导磁场下,SS304材料测试腔强电磁场真空击穿可以将脉宽由25.2 ns缩短至15.6 ns,缩短约38%,输出微波功率由2.06 GW减小至1.78 GW,减幅约13.6%。与SS304材料相比,轰击侧采用耐受电子轰击的TA2材料可以将脉宽提高约3.8 ns,功率增加约0.14 GW。(4)在1 T外加引导磁场下,整腔钛材料与SS304材料相比,TC18性能最佳,可以将脉宽由15.6 ns增加到24.8 ns,功率由1.78 GW增加到2.04 GW,实验结果表明,耐电子束轰击性能更优的钛材料,可以有效缓解强场真空击穿引起的脉宽缩短和功率下降等问题。其优异性能是由于存在的α相晶粒细小能够强化晶体结构,延缓裂纹形核,提高了TC18材料的耐电子轰击性能;同时,发射性能也有所改善。本论文在理论分析和数值计算的基础上,给出了强场真空环境下耐电子轰击材料的优选原则,相关研究结果可为RBWO结构中的材料优选提供支撑,同时可为RBWO中强电磁场真空击穿机理分析提供一定参考。