强激光与粒子束

作者：刘卓勋, 刘盛进, 陈卫东, 黄子欣, 杨喆, 曹秀霞, 吕永佳, 姜世民, 刘星光, 秦靖, 李晓,

关键词：电子枪, 多物理场耦合, 频率漂移, 热流耦合, 电磁仿真,

C波段光阴极微波电子枪是南方先进光源自由电子激光加速器的关键设备。针对电子枪在高功率运行下，因腔体内表面微波电磁损耗引起温升，进而导致腔体结构受热形变和谐振频率漂移的问题，通过多物理场耦合分析方法探究其内在机理，基于COMSOL Multiphysics®仿真平台构建电磁-热-结构耦合模型，首先通过高频电磁场仿真，得到真空腔体5.712 GHz的设计谐振频率；继而通过计算腔壁的电磁损耗功率密度建立等效边界热源模型，结合电子枪外部机械结构及冷却管路模型，采用流-固耦合方法得到真空腔体表面不均匀的温度分布；最终通过固体力学接口计算腔体几何形变分布，并使用此形变分布作为二次高频仿真的初始条件得到频率漂移结果。实现了电磁场、温度场与结构场的多物理场耦合建模，完整揭示了微波功率加载导致腔体谐振频率漂移的传递路径。该方法有效克服了传统单物理场分析在耦合效应表征方面的不足，为高精度微波腔体热-力耦合设计提供了有效的数值分析框架。

来源：2026年第2期

《强激光与粒子束》期刊编辑部

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