论文题目: 天鹅绒阴极强流多脉冲发射特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 核技术及应用
作者: 夏连胜
导师: 章林文
关键词: 天鹅绒,阴极等离子体,多脉冲二极管,电子束亮度,高亮度强流发射阴极
文献来源: 中国工程物理研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 天鹅绒阴极能够产生高亮度强流电子束,并且成本低、使用方便,在强流高功率单脉冲电子束装置中得到了广泛的应用。然而,在兆赫兹猝发多脉冲条件下的发射特性如何未见系统报道。在本论文所开展的研究中,建立了一台能够产生猝发强流多脉冲电子束的功率源及真空二极管,利用该装置,通过实验研究了天鹅绒阴极在强流猝发多脉冲条件下的发射特性。研究得到如下结论: 在猝发多脉冲工作模式下,天鹅绒阴极仍具有强流发射能力,发射电流密度可以达到100A/cm~2。同时在实验中观测到,在多脉冲发射条件下,阴极面发射不均匀,也不稳定。通过对前人研究工作的总结,及对本研究中观察到的一些实验现象的分析和解释,得到天鹅绒阴极产生强流电子束的机理是场致等离子体发射的基本观点,提出天鹅绒阴极产生强流电子束过程有三个中间过程,即尖端场致发射过程、纤维上吸附气体离析和离子化过程及在外加电场作用下自由电子引出过程。 阴极等离子体对于论文中所研究的真空二极管状态影响起主要作用。决定阴极等离子体膨胀速度的因素主要有二极管区的电场强度、等离子体的密度梯度和等离子体温度梯度等因素。实验条件下,阴极等离子体的膨胀速度在1cm/μs-2cm/μs之间,最大可以达到7cm/μs,并最终导致二极管的闭合。阴极等离子体膨胀导致阴极等效发射面前移和二极管负载的增加,引入电子束初始发射度增加项和导致二极管输出电子能散的增加。针对阴极等离子体的膨胀对引出电子束的影响,建立了多脉冲条件下的描述强流真空二极管基本特性的方程组,并在该方程基础上,建立了多脉冲二极管物理模型,运用ANYSYS和MAGIC程序进行了多脉冲二极管状态的数值模拟。模拟结果表明,阴极等离子体以柱状向阳极推进。 天鹅绒阴极产生对猝发多脉冲强流电子束亮度优于5.0x10~7A/(m·rad)~2。采用了胡椒筒法结合电子束在石英片中产生的契仑柯夫效应实验测量了高重复频率发射条件下多脉冲电子束的积分发射度,并结合电阻环测量的电子束流给出了高重复频率猝发多脉冲电子束的积分亮度。用反磁回路获得了双脉冲电子束包络随时间变化情况。实验结果表明,单个脉冲时间过程和两个脉冲过程内电子束包络均方根半径有所变化,但变化相对幅度较小。结合三梯度法测量发射度的结果,表明电子束脉冲过程中,电子束的发射度相对变化也较小。用分幅相机获得了两个电子束脉冲包络半径的演化图像。 同时,论文也对强流电子束源发展方向进行了一些探索,研究了纳米金刚石膜、纳米碳管、直立碳纤阴极和储备式热阴极强流发射特性,给出了这些阴极在高发射电流密度、大电流条件下的初步实验结果。
论文目录:
第一章 引言
1.1 直线感应强流脉冲电子加速器发展的方向
1.1.1 直线感应加速器研究取得的进展
1.1.2 直线感应加速器的发展方向
1.1.3 关键技术及主要障碍
1.2 电子束源对加速器性能的影响
1.2.1 强流电子束源简介
1.2.2 描述电子束源的参量
1.2.3 电子束源对加速器输出电子束品质的影响
1.2.4 在高重复率条件下天鹅绒阴极产生高亮度电子束所面临的问题
1.3 选题背景和意义
1.4 论文研究工作主要内容和创新点
1.4.1 论文研究工作主要内容
1.4.2 论文创新点
第二章 强流电子束源基本理论
2.1 电子束从介质中引出
2.1.1 金属中电子运动基本理论
2.1.2 常用的几种强流电子获得方式
2.2 单脉冲强流真空二极管中的电子流
2.2.1 电子束团运动动力学方程
2.2.2 实验条件下作用在电子束上的电磁场
2.2.3 2MV真空二极管静电场分布
2.3 小结
第三章 强流多脉冲电子束源及天鹅绒阴极发射机理
3.1 强流多脉冲电子束源
3.2 天鹅绒阴极强流电子发射机理
3.2.1 研究现状
3.2.2 实验研究
3.2.3 天鹅绒阴极发射机理的讨论
3.3 小结
第四章 二极管区阴极等离子体膨胀及对多脉冲电子束的影响
4.1 阴极等离子体的产生
4.2 多脉冲条件下阴极等离子体膨胀和影响因素
4.2.1 相关理论和模型
4.2.2 阴极等离子体膨胀速度
4.3 二极管区等离子体运动对强流束品质影响分析
4.4 小结
第五章 多脉冲真空二极管特性模拟
5.1 多脉冲条件下真空二极管主要特征
5.2 数值模拟
5.2.1 基本模型
5.2.2 多脉冲二极管区静电场
5.2.3 引出束流参数的变化
5.3 小结
第6章 天鹅绒阴极产生的多脉冲电子束发射度和亮度
6.1 多脉冲电子束发射度和亮度的诊断方法及相关问题
6.1.1 改进胡椒筒+荧光法
6.1.2 反磁回路测量不同脉冲束包络的变化
6.2 天鹅绒阴极产生的多脉冲电子束积分特性
6.2.1 双脉冲电子束发射度测量结果
6.2.2 三脉冲电子束发射度测量结果
6.2.3 四脉冲电子束发射度测量结果
6.2.4 反磁回路得到的电子束均方根半径
6.2.5 小结
6.3 双脉冲电子束的时间分辨特性
6.3.1 双脉冲电子束的时间分辨束斑
6.3.2 双脉冲电子束的时间分辨发射度
6.4 小结
第七章 强电场作用下的其它强流发射阴极研究进展
7.1 金刚石膜阴极
7.2 纳米碳管
7.3 直立碳纤阴极
7.4 热阴极
7.5 小结
第八章 结论
参考文献
附录
发布时间: 2005-10-21
参考文献
- [1].强流直线感应加速器故障诊断与性能评估技术研究[D]. 杨兴林.中国工程物理研究院2006
- [2].低能强流脉冲离子束的发射度与离子比测量[D]. 徐蓉.北京大学2008
- [3].强流氘氚中子发生器直流束线与氚靶系统关键技术研究[D]. 宋逢泉.中国科学技术大学2013
- [4].基于T-S模糊模型的强流电子枪建模与控制算法研究[D]. 吕彬.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)2015
相关论文
- [1].碳纤维天鹅绒阴极及其应用研究[D]. 杨杰.国防科学技术大学2013
- [2].30MeV Linac数值模拟与能量回收初步研究[D]. 肖效光.中国工程物理研究院北京研究生部2003
- [3].“Z-Pinch”加速器闭合开关技术研究[D]. 李洪涛.中国工程物理研究院北京研究生部2003
- [4].宽带连续波和高重频无引导场高功率微波源的理论探索[D]. 徐福锴.中国工程物理研究院2003
- [5].高梯度射频超导腔及其功率耦合器材料的研究[D]. 温华明.中国科学院研究生院（电工研究所）2005
- [6].高功率毫米波返波管器件研究[D]. 陈洪斌.中国工程物理研究院2005
- [7].LIA强流束聚焦过程数值模拟与透镜设计[D]. 谢宇彤.中国工程物理研究院2005
- [8].合肥光源直线加速器条带BPM系统的研制[D]. 李吉浩.中国科学技术大学2006
- [9].真空轴向绝缘堆闪络概率分析方法研究[D]. 王勐.中国工程物理研究院2006
- [10].强流直线感应加速器故障诊断与性能评估技术研究[D]. 杨兴林.中国工程物理研究院2006
标签：天鹅绒论文; 阴极等离子体论文; 多脉冲二极管论文; 电子束亮度论文; 高亮度强流发射阴极论文;