应用于增强核磁共振的太赫兹回旋管磁控入式电子枪研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目应用于增强核磁共振的太赫兹回旋管磁控入式电子枪研究专业学位类别工程硕士学号201522040891作者姓名邓世超指导教师刘頔威研究员分类号密级注1UDC学位论文应用于增强核磁共振的太赫兹回旋管磁控注入式电子枪研究（题名和副题名）邓世超（作者姓名）指导教师刘頔威研究员电子科技大学成都（姓名、职称、

2、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2017.04论文答辩日期2018.05学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonMagnetron-injected-gunofTerahertzGyrotronAppliedtoEnhancedNuclearMagneticResonanceAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectro

3、nicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MasterofEngineeringAuthor:ShiChaoDengSupervisor:DiWeiLiuSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering摘要摘要核磁共振（NMR）在许多科学领域扮演者重要的角色，作为一种检测方法在解决生物学、医学、物理学、化学、地质学和材料学等学科领域广泛被采用。中国在国家发展计划中提出研制超导磁共振成像系统、无创呼吸机、核医学影像

4、设备等高性能医疗器械。足以见得，核磁共振已成为关系国计民生的重要发展方向。而动态核极化（DNP）能显著增强核磁共振的灵敏度。基于太赫兹（THz）回旋管的动态核极化核磁共振（DNP-NMR）技术，能够将核磁共振谱灵敏度提高几个数量级，对新一代医疗技术的发展具有重要意义。太赫兹回旋管作为一种快波器件，在纵向磁场中电子回旋受激辐射激励，波长不会限制器件尺寸，电磁波输出可以达到大功率和高频率的性能要求，非常符合DNP-NMR系统对辐射源的要求。作为回旋管的关键部分，磁控注入式电子枪（MIG）的性能好坏直

5、接决定了回旋管的性能。当磁控注入式电子枪产生合适的速度比和低速度离散的电子注时，能够提高太赫兹回旋管的输出功率和效率。为了研究太赫兹回旋管的电子枪系统并提高其性能，本文主要研究内容如下：1、通过对电磁场麦克斯韦方程组、静电场与静磁场、电子运动与轨迹方程推导化简，分析得出了电子光学的理论知识和计算方法。2、详细研究了磁控注入式电子枪的基本理论，总结磁控电子枪设计思路并绘制设计流程图，根据回旋管性能要求设计了0.46THz双阳极磁控注入式电子枪，研究回旋管工作电压和磁场强度对电子枪性能的影响。3、根

6、据实际回旋管电子枪的性能要求和模式选择，利用电子枪粒子模拟软件Magic和CST成功设计出了0.42THz和0.263THz两只太赫兹回旋管的磁控注入式电子枪。4、通过研究控制阳极电压、电子枪结构等多种因素改变对电子枪产生电子注的速度比和速度离散影响，分析结果和原因得出了改善电子枪设计和提高电子枪性能的方法和结论。关键词：动态核极化核磁共振，太赫兹回旋管，磁控注入式电子枪，速度比，速度离散IABSTRACTABSTRACTNuclearmagneticresonance(NMR)playsani

7、mportantroleinmanyscientificfields,whichiswidelyusedasadetectionmethodinthefieldsofbiology,medicine,physics,chemistry,geologyandmaterialsscienceandsoon.Inthenationaldevelopmentplan,Chinahasproposedthedevelopmentofhigh-performancemedicaldevicessuchass

8、uperconductingmagneticresonanceimagingsystems,non-invasiveventilatorandnuclearmedicalimagingequipment.Itisenoughtoseethatnuclearmagneticresonancehasbecomeanimportantdevelopmentdirectionrelatedtonationaleconomyandpeople'slivelihood.Thedynamicnuclearpo