强流脉冲离子束用外磁绝缘离子二极管的阳极聚合物研究

论文摘要

TEMP-6型和ETIGO-2型HIPIB装置均采用聚乙烯阳极单极脉冲外磁绝缘离子二极管。TEMP-6型装置绝缘磁场由围绕阳极的阴极构成单匝“闭环”线圈产生,阴极发射的电子受到稳定约束,300-350 kV输入电压下阳极聚乙烯膜可使用数百次,形成的阳极等离子体均匀稳定。ETIGO-2型装置绝缘磁场由围绕阳极的阴极构成单匝“开环”线圈产生,磁力线泄漏限制了磁场对电子的稳定约束,1MV输入电压下阳极聚乙烯膜只可使用1-4次,形成的等离子体均匀性和稳定性较差。 聚乙烯阳极外磁绝缘离子二极管阳极等离子体的形成基于阳极聚乙烯膜表面脉冲放电过程和阴极电子轰击效应。表面脉冲放电以电子崩过程发生,并在聚乙烯膜表面形成导电通道。等离子体形成及其特性依赖于聚乙烯膜表面性质。TEMP-6型装置中,等离子体震荡造成的离子轰击刻蚀聚乙烯表面,表面粗糙多孔,聚乙烯膜失效源于膜的层状剥落;ETIGO-2型装置中,聚乙烯膜表面形成了等离子体导电通道,形貌光滑平坦,聚乙烯膜失效源于高密度电子轰击导致的聚乙烯分子链断裂,低分子链物质形成。聚乙烯膜表面形貌和结构的变化造成等离子体形成条件及其特性的变化;聚乙烯膜表层分子结构变化,使聚乙烯阳极绝缘性能降低,击穿放电电压减小。改变的表面形貌,使阳极表面电场发生严重畸变、均匀性恶化。随着脉冲放电次数增加,外磁绝缘离子二极管引出的离子束束流密度（能量密度）下降,在波动的阳极击穿电压作用下,等离子体趋于不稳定,离子束的波动性相应增强。外磁场电压脉冲与二极管电压脉冲不同步引起阴阳极短路时,聚乙烯膜局部受到大量电子轰击而被击穿,表面出现裂纹并大量剥落,击穿区域聚乙烯直接转变为聚乙烯蜡。短路造成的破坏可认为是聚乙烯膜表面多次脉冲放电的极端情况,多次短路可导致阳极寿命急剧缩短。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 强流脉冲离子束原理
• 1.2 磁绝缘离子二极管
• 1.2.1 磁绝缘离子二极管原理
• 1.2.2 外磁绝缘离子二极管结构
• 1.3 本论文研究目的与研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 外磁绝缘离子二极管特性研究
• 2.1 TEMP-6型HIPIB装置改进的外磁绝缘离子二极管
• 2.2 ETIGO-2型HIPIB装置外磁绝缘离子二极管
• 2.3 外磁绝缘离子二极管阳极聚合物的功能
• 2.3.1 离子二极管间隙中的电场
• 2.3.2 阳极聚合物膜在阳极等离子体形成过程中的作用
• 2.4 小结
• 第三章 TEMP-6型HIPIB装置外磁绝缘离子二极管阳极聚合物研究
• 3.1 聚合物薄膜的分析方法
• 3.1.1 表面形貌分析
• 3.1.2 结构分析
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 聚乙烯膜的表面形貌
• 3.2.2 聚乙烯膜的结构
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 ETIGO-2型HIPIB装置外磁绝缘离子二极管阳极聚合物研究
• 4.1 阳极聚合物的分析方法
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 聚乙烯膜的表面形貌
• 4.2.2 聚乙烯膜的结构
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢
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