提高大功率微波管的热控效果

大功率微波管是电子直线加速装置的核心器件，它为直线加速器提供功率输入。大功率微波管的效率从70% 到超过85%，大约有30% 的能量输入将以热的形式排放，如果对其热量不进行处理，其温度会达到2 000 K ［18］。空间大功率真空微波管的热控技术主要可以考虑采取以下两个措施。

1.星载液氢直接冷却电子收集结构［18］

图9-8　氢冷却示意图

图9-8 展示了一种集成制冷通道的圆柱体收集极结构，这种能量收集器采用铜材质双层结构制作，长度L 是半径R 的2 倍，L 最大取0.305 m，双壁的间隙取0.003 m。氢气从右边流入，经过内部的螺旋形通道从左边流出，螺旋形通道的宽度从0.04 m 到0.07 m。采用螺旋形设计机构是为了氢气在流动过程中吸收足够的热量。

这种结构散热效率高，瞬时热控效果好，未来电子束定向能系统的大功率速调管器件可以借鉴采用以上散热方案。(https://www.xing528.com)

2.电子收集器直接向空间辐射热能［18］

电子束在微波管中与微波交换能量，一部分电子打到腔壁上，产生热量，交换能量剩余的电子流可以射入金属体，将动能转换为热能，这些热能直接向自由空间辐射。直接向空间辐射热量受Stefan-Boltzmann 方程约束，其描述了辐射能量与物质温度的关系。

式中：E 为总的辐射功率；σ 为Stefan-Boltzmann 常量，5.669 7×10-8 W/（m2·K4）；ε 为发射率；T 为物质温度，K。

为了使发射体尽可能辐射多的能量，需要使发射率接近1 和较高的工作温度。真空管内部真空度需要维持在10-9 Torr 以内，并且要求工作温度在1 700～2 000 K，这就限制了可选用的材料类型。Gilmour 研究不同材料的蒸发压力与温度之间关系，认为Ru、Mo、Nb、Os、Ta、W、Re、Zr 等可以满足以上要求。由于以上很多材料特殊，认为能够满足要求的材料为W、Ta、Nb、Re 等。

这种直接向空间辐射热量的方案，工作温度高，辐射时间长，对材料的要求高，限制了微波管的使用。