论文摘要
能量20MeV、流强2.5kA、脉冲平顶宽度60ns的电子束聚焦后（FWHM焦斑1.5mm）轰击韧致辐射钽金属转换靶后产生的回喷靶材造成了加速组元的电击穿,影响了加速器的正常工作。目前认为,采用快门进行阻挡回喷靶材可能是一种可行的办法,其中决定快门动作速度一个重要参数就是回喷靶材的速度。 随着直线感应加速器向着多脉冲发展,如何改进现有转换靶的设计,使其能够让每个脉冲都产生符合要求的X射线成为了一个非常重要的问题。除了由靶表面杂质以及靶材等离子体产生的回流离子外,等离子体靶材的飞散将可能形成一个较长的等离子体通道,导致入射电子束的不稳定。除此之外,由于靶材在第一个束脉冲作用过后向四周飞散,还可能造成后续脉冲没有足够的靶材与之作用来产生所需的X射线剂量。 本论文通过实验探索了强电磁和射线干扰环境下束靶相互作用区的观测方法,使用高速摄影方法首次观测到了束靶作用区的物理现象,并测出了回喷靶材的轴向速度大于2.9mm/μs。在理论研究中,使用Monte-Carlo软件MCNP对电子束在各种钽金属靶内的能量沉积进行了数值模拟,并且在此基础上通过Euler流体力学方程组模拟了气化靶材喷射的动力学过程,结果表明理想情况下回喷靶材自由面的轴向速度可达9.7mm/μs。在此基础上,根据实验和模拟结果提出了不同钽金属靶破坏的物理机制,初步分析了脉冲强流电子束对钽金属靶的破坏过程,解释了实验中观察到的一些现象。