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Q波段低磁场高效率相对论返波管的模拟仿真
1
作者 张潜 吴洋 李士锋 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第8期168-172,共5页
为了实现高功率微波源的小型化,提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管,其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成,慢波结构采用同轴结构,基于同轴结构特性可以选取合适的内径,提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带... 为了实现高功率微波源的小型化,提出了一种Q波段低磁场工作的高效率相对论返波管,其结构主要由谐振腔反射器与两段周期性慢波结构组成,慢波结构采用同轴结构,基于同轴结构特性可以选取合适的内径,提高功率容量的同时降低了器件尺寸小带来的空间电荷效应。通过优化仿真,研究了不同的二极管电压、引导磁场对于微波输出功率的影响,同时通过调节阴阳极间距AK获得了最佳电子束阻抗。最终在引导磁场0.9 T、二极管电压为400 kV、束流3 kA的条件下,获得了470 MW的微波输出功率,效率约为39.1%,微波的中心频率为45 GHz。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 低磁场 高效率 同轴结构
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一种基于嵌套结构的锁频锁相高功率微波振荡器仿真研究 被引量：1
2
作者 李家文 葛行军 +4 位作者 党方超 张鹏 邓如金 胡晓冬 李志敏 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期24-30,共7页
高功率微波(HPM)产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率... 高功率微波(HPM)产生器件通过增加慢波结构的过模比使得功率容量显著提高。嵌套型结构让过模器件的空心结构或内导体结构得到使用,同时嵌套型器件的低阻抗使得其与低阻脉冲功率源能良好匹配。基于内外嵌套结构提出了一种锁频锁相高功率微波振荡器。相对于传统的锁频锁相方法,提出了基于耦合波导实现锁频锁相的新方法。内外相对论速调管振荡器(RKO)产生的微波信号通过耦合波导泄漏到高频结构中,对电子束进行预调制,从而实现锁频锁相。另外,为实现内外高功率微波通道合成,设计了双通道功率合成器。在振荡器的工作频点,功率合成器能弥补振荡器两输出通道相位差,使得功率合成效率提高,合成效率为98.3%。在二极管电压575 kV,磁场强度0.6 T条件下,内外RKO的微波输出功率分别为2.2 GW和3.2 GW,频率差波动小于20 MHz,相位差稳定在10°附近;加载双通道功率合成器,仿真结果表明,微波输出功率为5.31 GW,功率效率32.2%。结果表明,嵌套器件在互锁状态时,振荡器饱和时间缩短,输出功率增大。 展开更多
关键词 高功率微波 锁频锁相 嵌套结构 相对论速调管振荡器 功率合成
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带双腔反射器的X波段低磁场过模相对论返波管振荡器 被引量：1
3
作者 左靖凡 李士锋 +3 位作者 吴洋 黄华 孙利民 宋法伦 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期59-64,共6页
提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与... 提出了一种X波段过模低磁场高效率相对论返波管振荡器(RBWO),其主要结构包括一个双谐振腔反射器、一个周期性慢波结构和一个插入式同轴内导体模式选择器。该RBWO采用了过模结构,较大的过模比带来了更高的功率容量。慢波结构分为空心与同轴两部分,插入同轴避免了高阶模式的竞争,使两段慢波结构分别工作在TM_(02)和同轴TM_(01)模式下。同时,插入同轴还起着模式转换的功能,将TM_(02)转化为TM_(01),最终在输出波导中输出纯TM_(01)模式。双谐振腔反射器使慢波结构在过模条件下与二极管区域能够实现良好隔离,同时为电子束提供足够的预调制,实现在低磁场下较高的微波转化效率。利用粒子模拟仿真对器件进行优化设计,在二极管电压850 kV、束流11.74 kA、引导磁场0.63 T的条件下,获得了3.5 GW的微波输出功率,微波中心频率为9.46 GHz,转换效率约为35%。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 过模 谐振腔反射器 模式选择
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高Q值单间隙同轴谐振腔的物理设计与实验研究
4
作者 吕彦奎 阳福香 +2 位作者 党方超 葛行军 贺军涛 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期72-76,共5页
随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器(RKA)成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振... 随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展,同轴相对论速调管放大器(RKA)成为近年来研究热点之一,然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在,为此,设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔,以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM_(01)模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟,发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大,当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时,同轴谐振腔的Q值为极大值(18764),意味着此时谐振腔中两种模式转化最小,多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA,粒子模拟和实验结果表明,器件的输出微波功率稳定,频谱纯净,无自激振荡等问题存在。 展开更多
关键词 同轴相对论速调管放大器 自激振荡 高Q值 单间隙同轴谐振腔
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S波段长脉冲相对论速调管放大器的实验研究 被引量：14
5
作者 黄华 范植开 +9 位作者 孟凡宝 谭杰 罗光耀 曹绍云 雷禄蓉 吴勇 李正红 周海京 张北镇 李春霞 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期990-994,共5页
介绍了S波段强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的高频系统设计、长脉冲强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究结果。重点阐述了长脉冲IREB调制和输出微波中的自激振荡问题。通过采用高阶工作模式以及参差模式设置的... 介绍了S波段强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的高频系统设计、长脉冲强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究结果。重点阐述了长脉冲IREB调制和输出微波中的自激振荡问题。通过采用高阶工作模式以及参差模式设置的谐振腔、提高系统安装的同心度和调节电子束参数等措施,使自激振荡得到了抑制。采用550 kV,4 kA及210 ns的环行电子束,经过优化调节RKA参数,使强流调制电子束流脉宽由50 ns增加到150 ns,同时得到了3.2 kA的基波调制电流。从该RKA得到了峰值功率580MW、脉宽140 ns的输出微波,束波转换效率26%,增益34 dB。 展开更多
关键词 相对论速调管放大器 强流相对论电子束 脉冲缩短 自激振荡 S波段 长脉冲
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长脉冲相对论速调管放大器杂频振荡的分析与抑制 被引量：13
6
作者 黄华 罗雄 +3 位作者 雷禄容 罗光耀 张北镇 金晓 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1473-1477,共5页
分析了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)输出微波杂频振荡和功率波形包络振荡的主要根源,采用粒子模拟程序对RKA电子束尺寸和阻抗、群聚距离、输出腔有载Q值、引导磁场、注入微波等参数的调节,有效抑制了杂频振荡.根据分析结果开展... 分析了S波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)输出微波杂频振荡和功率波形包络振荡的主要根源,采用粒子模拟程序对RKA电子束尺寸和阻抗、群聚距离、输出腔有载Q值、引导磁场、注入微波等参数的调节,有效抑制了杂频振荡.根据分析结果开展了相应的实验研究,得到了较好的实验结果,输出微波由300MW提高到540MW,脉宽由50ns提高到120ns,辐射微波重复频率20Hz,束波转换效率30%,杂频振荡得到了有效抑制. 展开更多
关键词 相对论速调管 杂频振荡 长脉冲 脉冲缩短
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引导磁场对相对论返波管微波功率的影响 被引量：19
7
作者 陈昌华 刘国治 +1 位作者 宋志敏 范菊平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第6期745-748,共4页
对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,... 对引导磁场大小对相对论返波管 (RBWO)微波功率的影响进行了理论和实验研究。利用 KARAT软件对 RBWO进行了全电磁 PIC数值模拟 ,发现当磁场降低时 ,TE模与 TM0 1模的竞争导致微波功率降低 ,同时模拟中观察到“电子回旋共振吸收”现象 ,它是由于电子束与慢波结构中 TM0 1 模的基波相互作用的结果 ;实验结果与数值模拟基本相符。 展开更多
关键词 相对论返波管 引导磁场 数值模拟 回旋共振吸收
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相对论返波管频率特性研究 被引量：9
8
作者 杨梓强 李大治 梁正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1996年第4期513-517,共5页
研究了等离子体填充下相对论运该管的频率特性。结果表明，随着等离子体浓度增加，返波管的振荡频率明显上移；对空波导情况，实验结果同理论分析结果是相符的。
关键词 相对论返波管 等离子体 频率 微波器件
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X波段相对论返波管谐振反射器 被引量：12
9
作者 宋玮 陈昌华 +5 位作者 孙钧 张立刚 杨猛 陈鹏 张晓微 胡咏梅 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期853-856,共4页
基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒... 基于TPG2000强流电子束加速器和带谐振反射器的相对论返波管振荡器,开展了X波段高功率微波产生实验研究,获得了功率约2.5 GW,脉宽约20 ns的微波输出。理论分析及模拟了不同倒角大小对谐振反射器的表面电场及截止性能的影响,并对不同倒角开展了实验研究。结果表明,对谐振反射器倒角可增加输出微波脉冲宽度,且随着倒角增加,微波脉宽增加,效率略有降低。在谐振反射器倒角5 mm情况下,利用电压900 kV,电流9 kA的强流电子束,实验获得了功率约2.5 GW、脉宽大于25 ns的微波输出。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管振荡器 谐振反射器 脉冲缩短
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带有反射腔的相对论返波管初步实验研究 被引量：8
10
作者 范菊平 刘国治 +2 位作者 陈昌华 胡咏梅 王宏军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期349-352,共4页
阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 B... 阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导 ,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为 :外加磁场 Bz=0 .7T时 ,输出微波功率为 1 70 MW,微波频率 8.874 GHz,脉宽为 1 0 ns;外加磁场 Bz=1 .7T时 ,微波功率为 370 MW,频率与脉宽不变 ;根据辐射场功率密度分布判定传输模式为 TM0 1 模。结果表明 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 谐振反射腔
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3cm相对论返波荡器的粒子模拟研究 被引量：6
11
作者 文光俊 李家胤 +2 位作者 谢甫珍 熊祥正 刘盛纲 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第4期621-626,共6页
运用全电磁的相对论的２．５维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟分析了３ｃｍ相对论返波管中注－波互作用的非线性过程，得到了器件微波输出功率，效率，工作频率等参量，模拟结果与实验数据较好地一致。对电子注特性参数，慢波结构尺寸，引... 运用全电磁的相对论的２．５维粒子模拟程序ＭＡＧＩＣ模拟分析了３ｃｍ相对论返波管中注－波互作用的非线性过程，得到了器件微波输出功率，效率，工作频率等参量，模拟结果与实验数据较好地一致。对电子注特性参数，慢波结构尺寸，引导磁场进行了优化，获得了器件最佳化运行的工作参数。 展开更多
关键词 相对论返波管 高功率 微波 粒子模拟 振荡器
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S波段四腔相对论速调管放大器的整管性能 被引量：6
12
作者 成会 谢鸿全 +3 位作者 李正红 刘迎辉 陈永东 吴洋 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2050-2054,共5页
在速调管放大器中,中间谐振腔一方面可以提高器件的放大增益,另一方面也容易产生杂频振荡,影响器件正常工作。针对这种杂频振荡的影响,在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件从整管上对四腔强流相对... 在速调管放大器中,中间谐振腔一方面可以提高器件的放大增益,另一方面也容易产生杂频振荡,影响器件正常工作。针对这种杂频振荡的影响,在三腔相对论速调管的基础上发展了四腔相对论速调管。采用PIC粒子模拟软件从整管上对四腔强流相对论速调管放大器的冷腔结构、束波互作用、微波提取等方面进行研究。为得到输出功率和效率的最优值,结构上采用低互作用输入腔,设计了阶梯状结构漂移管,通过对输出腔作用间歇进行优化处理抑制电子回流。模拟结果表明整管微波模拟输出功率达了3.7 GW,效率22%,增益56 dB,1 dB带宽74 MHz,并实现了对杂频振荡的抑制。 展开更多
关键词 相对论速调管 四腔 杂频振荡 粒子模拟
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X波段多频相对论返波振荡器的粒子模拟 被引量：8
13
作者 张建国 蒙林 +2 位作者 宋刚永 于新华 高炜 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1327-1330,共4页
采用过模同轴波纹型返波管,其互作用区由2段周期不同的波纹慢波结构组成,利用粒子模拟软件MAGIC进行数值模拟,得到了X波段稳定的3个频率微波输出。粒子模拟的结果为:在强流电子束电压为570 kV,电流为11.4 kA,引导磁场为0.72 T的条件下,... 采用过模同轴波纹型返波管,其互作用区由2段周期不同的波纹慢波结构组成,利用粒子模拟软件MAGIC进行数值模拟,得到了X波段稳定的3个频率微波输出。粒子模拟的结果为:在强流电子束电压为570 kV,电流为11.4 kA,引导磁场为0.72 T的条件下,获得的3个频率分别为9.575,10.025和10.475GHz,总微波功率为1.0 GW,效率为15.4%。通过对电压的调节,进一步获得了4个频率的微波输出。 展开更多
关键词 高功率微波 多频 X波段 相对论返波振荡器 粒子模拟
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速调型相对论返波管理论研究 被引量：8
14
作者 肖仁珍 滕雁 +2 位作者 宋志敏 陈昌华 孙钧 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期747-751,共5页
对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结... 对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明:器件工作模式为TM01模,近π点,耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小,这与电子束与慢波结构相距较大有关,因而器件从起振到饱和的时间较长。在束波相互作用理论中,全面考虑了电子束与慢波结构前向波基波、反向波-1次空间谐波及空间电荷场相互作用、谐振反射器对电子束进行的束流调制和能量调制作用,以及调制腔和提取腔处引入的耦合阻抗及轴向波数突变。稳态和非稳态计算结果均获得了超过40%的束波转换效率。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 切伦柯夫辐射 渡越辐射 束波相互作用
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电子回流对相对论速调管稳定工作的影响 被引量：5
15
作者 陈永东 谢鸿全 +3 位作者 李正红 吴洋 黄华 周自刚 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1770-1774,共5页
模拟研究了电子束电压、电流及注入微波功率等参数对相对论速调管放大器中电子回流产生的影响,模拟发现注入微波过高、电子束电压过低及电子束电流过大都会导致电子回流。同时研究了回流电子对相对论速调管稳定工作的影响,研究发现,电... 模拟研究了电子束电压、电流及注入微波功率等参数对相对论速调管放大器中电子回流产生的影响,模拟发现注入微波过高、电子束电压过低及电子束电流过大都会导致电子回流。同时研究了回流电子对相对论速调管稳定工作的影响,研究发现,电子的回流会引起自激振荡,进而导致锁频锁相失败,器件不能稳定工作。 展开更多
关键词 高功率微波 相对论速调管放大器 电子回流 自激振荡
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变阻抗相对论返波管的研究 被引量：4
16
作者 文光俊 李天明 +2 位作者 李家胤 谢甫珍 刘盛纲 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期151-155,共5页
根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,... 根据相对论返波管 (RBWO)的非线性理论 ,数值模拟了耦合阻抗单步跃变型RBWO效率与束流参量、耦合阻抗跃变位置、高低耦合阻抗比值的依赖关系 ,结果表明器件最优化效率可达到 5 0 % .设计制造了一个X波段高功率耦合阻抗单步跃变型RBWO ,运用全电磁粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用过程 ,预见出器件功率、效率、频率等性能参量 .在电子注电流、注加速电压、互作用区长度相同的实验条件下 ,测得变阻抗器件实验效率约为均匀阻抗型器件效率的 2倍 . 展开更多
关键词 高功率微波 相对论返波管 粒子模拟 注波互作用 RBWO 变阻抗
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相对论返波振荡器研究进展 被引量：5
17
作者 文光俊 李家胤 +1 位作者 熊祥正 刘盛纲 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第S1期140-149,共10页
对高功率相对论返波振荡器（Ｒ—ＢＷＯ）的国际国内研究情况进行了全面综述，报道了Ｒ—ＢＷＯ理论和实验研究的最新进展，预测了Ｒ—ＢＷＯ的发展趋势，提出了一些建议。
关键词 高功率微波源 相对论返波管 相对论 微波管
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同轴型相对论返波管的粒子模拟研究 被引量：9
18
作者 文光俊 李家胤 +1 位作者 刘盛纲 谢甫珍 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第12期132-134,共3页
本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器... 本文提出和设计了一种X波段大直径同轴相对论返波管，用时域有限差分法数值计算了器件慢波结构中TW模式的色散关系，耦合阻抗．运用粒子模拟程序仿真了器件中注波互作用的非线性物理过程，预见出器件输出功率、效率、工作频率，并对器件功率与慢波结构尺寸，电子注束流参数。 展开更多
关键词 同轴相对论 返波管 漫波结构
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永磁包装相对论返波管振荡器实验研究 被引量：5
19
作者 刘忠 马乔生 +2 位作者 李正红 邓德荣 金晓 《微波学报》 CSCD 北大核心 2012年第2期79-81,85,共4页
首先通过粒子模拟设计了一个X波段的低磁场返波管振荡器,得到功率为520MW、频率为7.9GHz的微波输出;然后根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46T的小型化永磁磁体;最后在加速器上对永磁包装返波管振荡器进行了实验研究。当电子能量... 首先通过粒子模拟设计了一个X波段的低磁场返波管振荡器,得到功率为520MW、频率为7.9GHz的微波输出;然后根据模拟结果设计加工了一个磁场强度为0.46T的小型化永磁磁体;最后在加速器上对永磁包装返波管振荡器进行了实验研究。当电子能量为630keV、束流约为6.7kA时,返波管振荡器得到频率为8.0GHz、功率为510MW、脉冲半高宽约15ns的微波输出。 展开更多
关键词 永磁 相对论返波管(RBWO) 低磁场
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锶Sr、钡Ba和镭Ra的单光子电四极矩光谱跃迁的理论研究 被引量：4
20
作者 易有根 王红艳 +4 位作者 唐永建 高涛 蒋刚 谭明亮 朱正和 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 1999年第1期39-44,共6页
用带有Ｂｒｅｉｔ和ＱＥＤ修正的全相对论多组态ＤｉｒａｃＦｏｃｋ平均能级（ＭＣＤＦ－ＡＬ）模型，计算了碱土金属Ｓｒ、钡Ｂａ和镭Ｒａ的单光子电四极矩１Ｄ－１Ｓ跃迁的光谱能量间隔，最大跃迁几率和振子强度。计算中考虑了重要... 用带有Ｂｒｅｉｔ和ＱＥＤ修正的全相对论多组态ＤｉｒａｃＦｏｃｋ平均能级（ＭＣＤＦ－ＡＬ）模型，计算了碱土金属Ｓｒ、钡Ｂａ和镭Ｒａ的单光子电四极矩１Ｄ－１Ｓ跃迁的光谱能量间隔，最大跃迁几率和振子强度。计算中考虑了重要的相对论效应、电子关联效应和核的有限体积效应，所得的结果与国外早期发表的结果进行了比较，此外还首次从理论上预言了镭Ｒａ的单光子电四极矩１Ｄ－１Ｓ光谱跃迁。 展开更多
关键词 电四极矩 光谱跃迁 单光子 锶 钡 镭
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