应用于动态核极化核磁共振谱仪的263 GHz二次谐波回旋管理论设计
Theory Design of a 263GHz Second Harmonic Gyrotron for Dynamic Nuclear Polarization Nuclear Magnetic Resonance Spectrometers
朱承辉 1宋韬 1王维 1张开春 1刘頔威1
作者信息
- 1. 电子科技大学电子科学与工程学院,四川成都 611731;电子科技大学太赫兹技术教育部重点实验室,四川成都 611731
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摘要
太赫兹回旋管因其输出功率高和有一定频率调谐范围的特性,符合太赫兹波驱动的动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization,DNP)核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)波谱技术对辐射源的要求.常规用于NMR的基波太赫兹回旋管需要相对较强的磁场,而二次谐波工作的回旋管可极大地降低对强磁场的依赖.本文提出了一种应用于动态核极化核磁共振谱仪的263 GHz二次谐波回旋管,并基于自洽非线性理论分析了回旋管的模式选择、模式竞争和注-波互作用,确定工作模式为TE3,3模.数值仿真结果表明注-波互作用效率为0.2％～28.7％,工作频带在263.71-263.75 GHz,符合增强核磁的太赫兹辐射源的要求.
Abstract
Characterized by high output power and a certain frequency-tuning range,terahertz gyrotron meets the requirements of radiation sources for dynamic nuclear polarization(DNP)nuclear magnetic reso-nance(NMR)spectroscopy.Conventional fundamental cyclotron harmonic terahertz gyrotrons used in NMR require relatively strong magnetic fields,whereas gyrotrons operating at the second cyclotron har-monic can greatly reduce the strength of the operating magnetic field.A 263 GHz second cyclotron har-monic gyrotron for DNP NMR spectrometers is proposed.The mode selection,mode competition,and beam-wave interaction of the gyrotron are analyzed based on the self-consistent nonlinear theory,and TE3,3 mode is chosen as the operating mode.Numerical simulation results show that the efficiency of beam-wave interaction ranges from 0.2％to 28.7％,and the frequency-tuning ranges from 263.71 GHz to 263.75 GHz,which can meet the requirements for enhanced NMR terahertz radiation sources.
关键词
回旋管/核磁共振/动态核极化/263/GHz/二次谐波Key words
Gyrotron/Nuclear magnetic resonance/Dynamic nuclear polarization/263GHz/Second harmonic引用本文复制引用
基金项目
国家自然科学基金项目(62371092)
国家自然科学基金项目(61988102)
国家自然科学基金项目(61921002)
国家自然科学基金项目(62101106)
四川省自然科学基金(2024NSFSC0465)
中央高校基本科研业务费专项(ZYGX2020ZB008)
中央高校基本科研业务费专项(ZYGX2021J011)
四川省博士后科学专项基金(TB2022039)
出版年
2024
国家科技期刊平台
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