Abstract
磁旋管（Gyrotron）是一種新型力毫米微波管，它是利用螺旋狀電子束和射頻電磁波間的迴旋共振作用，將電子能量轉換為毫米波或次毫米波輻射。此原理通稱電子迴旋脈射。由於其功率與文章都較過去傳統微波管高，目前它在毫米波段已被視為主要波源，由於在磁旋管中迴遊電子束只有橫向旋轉能量轉換為射頻波，所以電子束需有足夠的橫向動能（一般大於軸向動能）。此外尚須具有極小的速度發射（velocityspread），這樣它才能有效的轉移動能給共振腔中的TE模，如果電子速度太分散，會降低其效率，及工作頻寬愈窄，迄今為止，產生此種螺旋電子束的最好方法是使用溫度限流磁控鎗。熱陰極發出的電子籍由陰陽兩極間的電位差，離開陰極後在交叉的電磁場中加速而獲得小量旋轉速度。此後在緩慢增加的磁場中，電子受到了adiabatic壓縮，最後有大部分的軸向能量轉換成橫向能量。依操作狀態區分，MIG 型電子鎗（magnetron injection gun ）可分為溫度限流和空間電荷限流兩種，依電極結構分，亦可分為隻陽極及單陽極兩種。這裡設計的單陽極MIG 是操作在溫度限流工作區內。本文先簡述前人對溫度限流單陽極磁控槍的設計，一個由角動量守恆及adiabatic 近似而得的解析公式，對於選擇的起始設計再配合Herrmannsfeldt電子軌跡程式（Electron trajectory program ）作電腦模擬，然後根據電子束的數值模擬結果，使用電極合成法，繼而修正電極形狀（主要指陰極，陽極並不敏感），以優化電子束特性。不論使用解析（analytic）或合成（synthetic），甚至兩者並用，一般僅能決定電極的大概形狀和操作參數。主要由於MIG 電極的幾何結構違反了絕熱電子流的設計，加上空間電荷之次要影響，最後結果必須依賴電腦模擬。有關MIG所涵蓋的參數太多，無法同時對所有參數作最佳化，僅能權衡輕重，作某些優化。然後對外在條件（電壓，磁場，發射電流，位置）作敏感測試，對結果作定性分析。附錄詳細介紹本程式之使用方法（有限差分方形網），以相對論運動方程和空間電荷效應作自我重覆修正。