用蒙特卡罗方法确定中子阴极厚度

我们发展了一个简单的中子阴极物理模型,对不同厚度组合阴极进行了蒙特卡罗模拟.通过与实验资料进行对比,证明我们的模型总体上是正确的.我们得到了最大探测效率时镀碘化铯的聚乙烯中子阴极的最佳厚度组合.     

新型二次电子倍增阴极的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种新型二次电子倍增阴极强流二极管,并对其进行了动力学理论简化模型和蒙特卡罗数值模拟的对比验证研究。首先,基于设计结构原型,根据二次电子发射特性进行合理简化,建立了动力学模型,获得了电子速度、位移以及渡越时间的解析结果,并结合Vaughan的二次电子产额模型,确定了该新型二次电子倍增阴极强流二极管的理论工作区间;其次,理论分析了施加径向电场的重要意义,并给出了二次电子运动特征参数(最大位移、渡越时间、碰撞能量等)的理论预估结果;最后,对该新型二次电子倍增阴极强流二极管进行了蒙特卡罗模拟研究,获得了电子的运动轨迹、碰撞能量以及二次电子倍增工作区间等物理图像,并将蒙特卡罗数值模拟结果与理论结果进行了比对,两者吻合程度较好,对可能的误差来源进行了分析讨论。理论和模拟结果表明:新型二次电子倍增阴极强流二极管概念可行,工作区间内通过调整施加电场与磁场幅值,可有效达到电子运动状态可控的目标。另外,理论粗估了二次电子倍增饱和条件下的阴极发射电流密度,结果表明:发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升发射电流密度。最后,对该新型二次电子倍增阴极设计步骤和依据进行了讨论。     

金属掺杂钨基合金阴极的二次电子发射系数研究

实验中制备了W-Re,W-Sc,W-Zr,W-Y合金阴极,其中Re,Sc,Zr,Y元素所占合金阴极材料的质量分数都为5%。二次电子发射系数测试结果显示,Re掺杂合金阴极对提高纯钨阴极二次电子发射能力显著,掺杂5%Re的W-Re合金阴极材料具有最大二次电子发射系数,其值为1.8,相比于纯钨阴极,能够提高80%。鉴于Re对提高纯钨阴极二次电子发射能力显著,对Re掺杂质量分数分别为20%,10%,6%,5%,4%,3%W-Re合金阴极材料二次电子发射系数进行了研究,发现随着Re在W-Re合金阴极材料中含量的降低,其二次电子发射系数在不断增大,仅当Re含量下降至5%左右时,合金阴极具有最大二次电子发射系数,继续下降至4%,合金阴极二次电子发射系数不但没有升高,相反下降至1.41,当下降至3%时,合金阴极二次电子发射系数值迅速降低为1.1。     

介质型脉冲高能中子探测器

首次报道一种基于反冲质子法和高速带电粒子在物质表面引起二次电子发射的高能中子探测方法,研制成功的新一代强流脉冲高能中子探测器,即介质型脉冲高能中子探测器.与传统的强流脉冲中子探测器相比,该探测器对中子的探测及信号的传输过程是在介质中完成的,因而不需要真空和高压也可以正常工作,并具有多项优异的物理性能.该探测器的输出信号来自于高能中子在聚乙烯转换靶产生的高能反冲质子和这些质子穿越电荷收集极表面时产生的部分二次电子.选择适当的卡阈吸收片和电荷收集极材料,二次电子在探测灵敏度中的份额及其随能量的变化可由实验测定.     

新型二次电子倍增阴极构型设计与动力学过程

提出了一种可由脉冲功率驱动的新型二次电子倍增阴极构型,并对其进行了动力学过程的初步理论研究。首先,针对该二次电子倍增阴极,建立了动力学模型,获得了二次电子的位移和速度方程,讨论了电子初始出射速度对其轨迹、渡越时间和碰撞能量的影响,理论给出了渡越时间和碰撞能量的近似解析表达式。其次,通过动力学方程与Vaughan二次电子产额经验公式的耦合求解,获得了该二次电子倍增阴极的工作区间,并对其进行了细致讨论。结果表明:该新型二次电子倍增阴极二极管概念上是可行的,在涂敷高二次电子产额系数材料的圆柱形介质上施加合适的轴向和径向静电场(MV/m量级)以及轴向静磁场(T量级),可以达到电子沿阴极表面螺旋行进过程中实现二次电子倍增并最终获得电流沿轴向放大的设计目标。另外,讨论了正电荷沉积引发的二次电子倍增饱和现象,并对阴极发射电流密度进行了理论粗估,结果表明:阴极发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升阴极发射电流密度。     

高入射能量下的金属二次电子发射模型

基于高入射能量电子产生二次电子发射的物理过程, 分别对高入射能量电子产生的真二次电子和背散射电子的概率进行理论分析与建模. 利用Bethe能量损失模型和内二次电子逸出概率分布, 推导出高入射能量电子产生有效真二次电子发射的系数与入射能量的关系式; 根据高入射能量电子在材料内部被吸收的规律, 推导出高入射能量电子产生背散射电子的系数与入射能量之间的关系式. 结合两者得到高入射能量下金属的二次电子发射模型. 利用该模型计算得到典型金属材料Au, Ag, Cu, Al的二次电子发射系数, 理论计算结果与采用Casino软件模拟金属内部散射过程得到的数值模拟结果相符. 关键词： 二次电子发射 高入射能量 金属表面 散射过程     

复杂结构沿面闪络产生发展阶段模拟研究

以天光Ⅱ-A装置X-pinch负载腔为例，采用包含场致发射、二次电子倍增模型的三维模拟软件OPAL，对复杂结构中真空绝缘体沿面闪络的产生与发展阶段进行了模拟研究。模拟结果表明，阳极产生的二次电子在平行于绝缘体表面的电场分量的作用下从阴极座向大半径的运动，是导致沿面闪络的主要原因。并提出了阻断沿面闪络的方法及其原理。采用阻断沿面闪络的措施后，后续多次X-pinch负载腔放电实验证明，正常的回流电流增加了近20%，真空绝缘体上的沿面闪络得到了抑制。；     

质子束轰击金属靶面的二次电子效应的模拟研究

基于粒子云网格计算方法,对质子束轰击靶面产生二次电子的效应进行了模拟研究,得到了不同电场强度对质子束的品质以及其产生的二次电子的数量的影响。研究表明,50 kV电压下,质子束束腰宽度1.8 mm,并有近10%的质子束打在阴极侧壁上;150 kV电压下,质子束束腰宽度1.2 mm。这说明,抽取电场强度小时质子束分散,其束流品质下降;抽取电场强度大时质子束紧凑。通过调控抽取、加速电压,可以有效地控制到靶质子流的聚散状况,以及由此产生的二次电子的强度及分布。     

圆柱模型下电子回旋共振微波等离子体离子输运过程的数值研究

在圆柱模型下，采用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法模拟了电子回旋共振（ＥＣＲ）微波等离子体源中离子离开放电室后历经中性区、鞘层区以及工件表面二次电子发射形成的虚拟阴极“屏蔽区”，最后被加负偏压的工件表面吸收的全过程．研究了鞘层边界处的衔接问题，得到了光滑自洽的电势分布曲线及工件表面离子的能量分布和角分布，同时讨论了磁场、气压以及二次电子发射对鞘势的影响． 关键词：     

霍尔推进器中磁化二次电子对鞘层特性的影响

为进一步研究霍尔推进器壁面二次电子发射对推进器性能的影响,采用流体模型数值模拟了二次电子磁化效应的等离子体鞘层特性.得到二次电子磁化鞘层的玻姆判据.讨论了不同的磁场强度和方向、二次电子发射系数以及不同种类等离子体推进器的鞘层结构.结果表明:随器壁二次电子发射系数的增大,鞘层中粒子密度增加,器壁电势升高,鞘层厚度减小;鞘层电势及粒子密度随着磁场强度和方位角的增加而增加;而对于不同种类的等离子体,壁面电势和鞘层厚度也不同.这为霍尔推进器的磁安特性实验提供了理论解释. 关键词： 霍尔推进器 磁鞘 二次电子     

用于高速摄影变象管的软X射线光电阴极

光阴极由衬底(包括介质阴极的导电基底)和光电发射膜构成。采用了聚丙烯、Formvar和Paylene三种有机薄膜作阴极衬底。建立了这些薄膜的制备技术。用一台自制的软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了这些薄膜的透过率。 研究了CsI、CsBr、Au和MgF₂四种光电阴极的光电发射特性和光电发射与阴极厚度的关系,找出了最佳阴极厚度。用软X射线单色仪在277—7469ev光子能量范围内测量了最佳厚度阴极的绝对量子效率,四种阴极最大值分别为4.50、2.90、0.25和0.12。我们还在同一阴极衬底上分区制备了四种阴极,在变象管荧光屏上比较其亮度,结果和测量的一致。 用LAB5型表面分析仪对CsI和Au阴极的光电子初能量分布作了测量,CsI阴极光电子初能量分布半高宽远小于Au。因此CsI是适用于高速摄影变象管比较理想的软X射线光电阴极。     

CsI光阴极在10-100 keV X射线能区的响应灵敏度计算

为了满足10-100 keV高能X射线光电探测器研究的需要,对CsI光阴极在该能量范围的响应灵敏度进行了研究.基于高能量X射线光子与材料相互作用的物理过程,分析了康普顿散射等效应对CsI响应灵敏度的影响.推导了CsI的响应灵敏度与二次电子平均逃逸深度和光阴极厚度的关系式和二次电子平均逃逸深度与入射光子能量的关系式,计算了CsI在10-100 keV范围内的响应灵敏度,计算结果与实验测试数据相符,验证了分析与推导的可靠性.根据计算可以获得不同入射X射线能量下CsI光阴极的最佳厚度,从而为高能X射线光电探测器的设计优化提供了理论参考.     

Axial evolution of the energy spectra of the electron beams ejected from a Penning discharge

Results are presented from experimental studies of the formation of the energy spectra of the electron beams ejected in the axial direction from a Penning discharge. The main features of the axial evolution of the time-averaged energy spectra of anomalously fast electrons are determined. The presence of several groups of electrons with different energies is revealed and explained. The influence of the electrode geometry, the difference between the cathode potentials, and the atomic mass of the working gas on the energy spectra of the ejected electron beams is investigated. A physical model describing the formation of the energy spectra of anomalously fast electrons in Penning-type gas-discharge systems is proposed.     

Structure of the direct-current magnetron discharge in neon at different polarities of the electrode system

A dc magnetron discharge in neon is studied at different polarities of the electrode system. It is found that the electron energy distribution function is composed of three groups of electrons: fast electrons accelerated by the strong field of a cathode sheath, slow electrons confined in a potential well due to the space-charge field, and intermediate-energy electrons. It is shown that the energy distribution of the confined electrons is a Maxwell-Boltzmann distribution function, whereas the energy distribution of the intermediate electrons is typical of electron diffusion at a constant total energy. The measured values of the cathode sheath thickness depend on the source polarity.     

Emissionsmikroskopische Messung der Ortsverteilung von 20 keV-Elektronen nach Streuung in dünnen Al- und Ge-Aufdampfschichten

Electrons incident on a thin film are displaced laterally when leaving the target by elastic and inelastic scattering. The widening of the current density distribution of an electron beam with an initial energy of 19.5 keV and an initial Gaussian distribution with a half width of about 0.6 microns by plural and multiple scattering as well as in the region of complete diffusion (corresponding to mass thicknesses ranging from 40–500 µg/cm²) is measured for evaporated films of Al and Ge. From these results the increase in half width of an infinitely fine primary electron beam (δ-function response) is computed and plotted. In order to measure the current density distribution of the scattered electrons it is converted to an equivalent distribution of secondaries using a cathode lens image converter. These distributions are magnified and scanned electronically or recorded photographically.     

Multiphoton ionization and EM field gradient forces

Measurements are reported of the energy of electrons ejected by multiphoton ionization of N₂ and Ar. Electrons with energy > 160 eV were found and the angular distribution using plane polarized light was anisotropic, at least for low electron energies. The data is interpreted in terms of multiphoton ionization followed by acceleration of free electrons by an EM field gradient force.     

Auger electron emission from metals induced by low energy ion bombardment: Effect of the band structure and Fermi edge singularity

Calculations of the kinetic energy distributions of electrons ejected from plane metal surfaces by Auger neutralization of slow monoatomic ions are reported. A many body theory is used that includes both the band structure of the target material and the Fermi singular response of metal electrons (to the sudden neutralization of the projectile). Application is made to experiments of electron emission from polycrystalline Al by Ar⁺-ions, at varying incident energies and angles. Adjustment of the broadening parameters of the distribution of shake-up electrons leads to excellent agreement between the theory and the measurements.     

X射线条纹相机阴极制备及其绝对标定

为了提升X射线条纹相机阴极性能,提出了一种X射线条纹相机阴极的制作方法,采用此方法制作的阴极衬底薄膜使用聚碳酸酯作为原材料,厚度仅为300nm,可较大程度降低对X射线的C吸收边效应,对提升阴极性能具有较大益处。利用北京同步辐射光源(BSRF)对制作的Au阴极和CsI阴极进行了绝对标定,给出了两种阴极在60~5500eV能区范围内的绝对谱响应灵敏度,标定结果表明CsI阴极在60~5500eV整个能区范围内都具有较高的谱响应灵敏度,即使在C吸收边位置谱响应灵敏度也只降低了约90%,表明阴极性能得到较大提升。     

PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C70器件性能的影响

制备了结构为ITO/MoO₃(6 nm)/Rubrene (30 nm)/C₇₀ (30 nm)/PTCBI(x nm)/Al (150 nm)器件, 研究了四羧基苝的衍生物PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池的作用. 实验结果显示, 在C₇₀与Al电极之间插入PTCBI 后, 电池性能得到明显改善; 分析表明, 插入PTCBI后, 活性层与阴极形成了良好的欧姆接触, 提高了器件的内建电场, 同时PTCBI避免了激子与Al电极的接触, 减少了在制备过程中高动能Al对C₇₀的破坏. 进一步考察了PTCBI厚度对电池的性能的影响, 结果显示, 厚度为6 nm的PTCBI 层器件性能最佳, 其开路电压(V_OC)、填充因子(FF)、短路电流密度(J_SC)与功率转换效率(ηP)与未插入PTCBI修饰层的器件相比分别提高了70.4%, 55.5%, 125.1%, 292.2%. 当PTCBI的厚度大于6 nm时, 激子解离后产生的自由电子会在PTCBI与阴极界面积累, 导致器件J-V曲线出现S形.     

Emission of electrons from mim systems: Discussion of processes in the cathode

Experimentally derived emission characteristics — the transfer ratio, angular distribution, energy distributionsN(E) andN(E _x ) and energy-angular distribution of emitted electrons — are discussed on the basis of our theoretical model of the sandwich cathode. It was found that electrons during their transfer through the cathode are scattered in the dielectric layer mostly by interactions with optical phonons and traps and in the top metal electrode by collisions with conduction electrons. Comparison of our model with experimental results gave us approximate values of mean free paths and further cathode parameters.