高真空热电子发射实验研究

在真空环境下,研究了阳极电压和阴极电压对金属热发射电流强弱的影响。实验结果表明,提高阳极电压和阴极电压有利于电子从阴极逸出,使发射电流得到增强,此外,提高阳极电压能够降低阴极临界电压,增大发射电流,为提高热电子发射效率提供了实验基础和理论依据。     

碳纤维阴极的场致发射特性实验研究

 研究了具有一定导电性能的碳纤维的直流场致发射电子束特性，实验分别在大气环境、低真空（10^-1 Pa）及高真空(10^-5 Pa)环境下进行。实验结果表明，碳纤维具有一定的场致发射能力，并且发射特性和发射环境的真空度密切相关。在大气环境下，发射电子束流与所施加的电压符合Fowler-Nordheim关系，当电压为7 kV，电流为61.4 μA时，根据Fowler-Nordheim定理推算出碳纤维场致发射场增强因子为3.75×10⁵。在低真空条件下阳极只收集到微弱的电流；在高真空条件下，阴极发射明显，在较低电压下就能观测到阳极电流，放电前阳极最高电流是大气条件下的3~4倍，发射的束流大小和所施加在尖端的电压关系接近Child-Langmiur定律。     

向内发射磁绝缘振荡器

提出了一种向内发射磁绝缘振荡器,并给出了微波轴向提取的方法。这种新型结构通过外置阴极、内置阳极,使参与束波作用的轮辐电流通过阳极回流提供了自磁绝缘的角向磁场,有提高器件效率的可能。而外置阴极使阴极的发射面积增大,发射电流密度减小,有利于延长阴极寿命。通过粒子模拟,得到了几何参数与磁绝缘线振荡器输出功率的关系。在电压890 kV,电流56.1 kA下,输出功率为3.6 GW,频率为8.2GHz。     

光电效应实验中阳极光电流的测量

分析了光电效应实验中阳极光电流和阴极光电流的形成机理.探索了二者之间的关系.阳极光电流值的K倍与阴极光电流值关于原点对称,因此当K足够大时,用电压大于0时的实测电流值代替阴极光电流值,可以求得电压小于0时的阳极光电流值.     

强流多注阴极尺寸对束流发射一致性的影响

在相对论速调管放大器(RKA)的探究实验中,多注RKA中电子束的打斑实验结果表明各注电子束的发射电流大小和横截面形状分布不一致甚至有很大差异影响了RKA的工作稳定性。通过粒子模拟软件对该问题进行相关仿真研究,探究多注阴极几何尺寸分布不一致对发射电流分布的影响。仿真结果表明,单注电子束阴极尺寸,尤其是横向尺寸的差异是影响多注电流大小分布不一致的主要因素,而且横向尺寸还将影响到多注电子束横向电子束形状,该研究对多注RKA的实验研究与优化设计具有指导意义。     

强流相对论电子束的数值模拟

我们研制了CEBQ程序和ENVLOP程序，模拟稳态相对论电子束在二极管区的产生和加速，以及电子束在阳极通道内的传输过程。CEBQ程序模拟二极管区电子轨道，当阳极电压为1．5MV时，阴极总发射电流为17．9kA，进入阳极通道内的传输电流为4．3kA，阳极入口处D=4cm的束发射度为24．9cm．mrad。ENVLOP程序使用线性近似下的包络方程，描述电子束包络在螺旋管引导磁场作用下的变化，讨论了外加引导磁场对包络的影响。计算结果表明，在合适引导磁场作用下，束包络起伏较小，进入阳极通道的束流(4．3kA)能全部通过。     

赝火花开关放电的蒙特卡罗粒子模拟

采用粒子模拟和蒙特卡罗相结合的方法,应用静电求解模型,对赝火花开关初始放电过程进行了模拟。赝火花开关初始放电过程主要由汤森放电过程、等离子体形成、空心阴极效应和场致发射引发主放电组成;等离子体形成和空心阴极效应对赝火花开关的发展导通具有至关重要的作用。改变赝火花开关工作参数,如气压、电极孔径、阳极电压和阴极腔中初始粒子密度,研究其对赝火花开关电子峰值电流形成时间的影响。结果表明:随着气压、电极孔径、阳极电压和初始粒子密度的增大,赝火花开关电子峰值电流形成时间减小。     

大面积均匀电子束产生实验研究

 在电子束泵浦气体激光实验中，大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件。介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验。SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源，其开路电压大于350 kV。用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm，宽24 mm，两端均为半径为12 mm的半圆，栅网平面为阳极面，两者之间的距离在0~49 mm可调，阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出。分别以石墨和天鹅绒为阴极材料，获得了大面积电子束输出，给出了二极管参数的测量结果，并对电子束发射均匀性进行了诊断。实验结果表明：在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5~9 mm时，二极管电压为240~280 kV，二极管电流为0.7~1.8 kA，输出的电子束很不均匀；在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31~46 mm时，二极管电压为200~250 kV，二极管电流为1.5~1.7 kA，输出的电子束均匀性较好。     

回旋速调管双阳极磁控注入电子枪的设计与优化

 根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求，分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响，并进行了粒子模拟。分析表明：这些因素可归根为电场和磁场的作用，阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散；而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比，但对速度零散影响无明显规律。在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压，模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪，得到的横纵速度比值为1.4，横向速度零散为4.5%， 为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注。     

电极电压对碳纳米管阴极电离规性能影响的数值模拟

本文基于IE514分离规结构, 建立了碳纳米管阴极电离规物理模型, 根据电离规标准方程, 利用离子光学模拟软件SIMION 8.0分别研究了电极电压对灵敏度和I_grid/I_e的影响. 结果表明, 随着阳极/门极电压比值增大(V_grid/V_gate), I_grid/I_e也将增大, 然而, 当阳极电压增大时, 会导致灵敏度降低, 进而影响真空测量下限的延伸; 该模拟结果与相关文献报道的实验结果符合性很好. 因此, 选择合适的电极电压, 将有利于提高灵敏度, 增大阳极电流, 进一步延伸真空测量下限. 本文所采用的数值模拟方法可推广应用于各种新型碳纳米管阴极极高真空电离规的研发和理论分析中, 为解决极高真空测量难题提供了有效的研究途径. 关键词： 碳纳米管阴极电离规 电极电压 灵敏度 阳极电流     

平行栅结构氧化锌场致发射显示器的研制

用陈化处理过的锌粉为原料,采用高温气相氧化法制备四针状氧化锌材料。应用厚膜、光刻工艺和丝网印刷法制作氧化锌场发射阴极阵列。将阴极板与阳极荧光板制成了5英寸(12.7 cm)单色平行栅结构场致发射显示器(FED)并对其进行了场发射性能测试。分析讨论了影响发射性能的栅极电压、阳极电压以及阴极厚度等参数。该FED在约4000 V阳极电压和300 V栅极电压的驱动下能实现全屏发光。实验结果表明,氧化锌平行栅结构FED具有良好的栅极调控作用,场致发射性能良好,具有良好的应用前景。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

磁绝缘线振荡器阴极烧蚀与电压波形的关系研究

通过粒子模拟和实验研究相结合的方法,研究了磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀与输入电压波形的关系,找到了造成阴极烧蚀的根本原因,给出了电子束回轰阴极的清晰图像,并通过对低阻抗加速器平台输出电压波形的调整,抑制了反向电压,解决了器件的阴极烧蚀问题.研究结果表明:在正向电压作用下已经发射出来的电子束在超过一定幅度的反向电压作用下发生反向运动并回轰阴极,产生反向电流并造成器件阴极的烧蚀,因此注入电压下降沿之后的反向电压是引起磁绝缘线振荡器的阴极烧蚀的最根本因素.     

脉冲强流电子束的发射度测量

本文描述了利用多孔板测量脉冲强流电子束发射度的原理和方法。考虑了空间电荷和轴向磁场对测量的影响。实验参量是阴极形状、阳极网孔、二极管距离和电压、电流幅值。在直线感应加速器上、用天鹅绒平面阴极和腐蚀的钨网阳极,当束能为1.32MeV、束流为2kA时,测得均方根发射度ε_(rm)=79cm.mrad,相应规一化亮度B_n=4.8×10~3A/(cm.rad)~2。     

S波段分离腔振荡器的数值模拟与设计

通过粒子模拟的方法设计了分离腔振荡器(SCO),并建立了基于爆炸发射的阴极模型,对带有真实二极管结构的SCO进行了整体的粒子模拟研究。典型的数值模拟结果为:在二极管电压为495 kV,电流为3.93 kA时,输出高功率微波的功率为640 MW,微波频率为2.85 GHz,功率效率为33.0%。同时,还研究了二极管输入电压幅度及波形、阴-阳极间距、阴极半径等参数对SCO输出高功率微波特性的影响,初步研究结果表明:除了栅网的通过率,SCO对二极管阻抗、阴极半径等参数也比较敏感,对应一定的二极管阻抗,需有一个最佳的电压值与之匹配;三角波电压波形会明显降低SCO的功率效率。     

静电自会聚六硼化镧电子枪的研究北大核心CSCD

设计并制作了一种用于X射线管的电子枪。以具有优异电子发射能力的六硼化镧阴极代替传统钨阴极,采用石墨热子加热的夹持式阴极结构;电子光学系统采用静电自聚焦方式,设计了具有梯形聚焦槽的单圆筒电极聚焦结构,避免了聚焦电极的引出;完成了阴极罩、阴极筒以及陶瓷芯柱等阴极组件的设计与封接。测试结果表明,当六硼化镧阴极为4.5 mm×0.8 mm的平面发射体结构时,在阴极温度1 500℃,阴阳极间距3.5 mm,阳极电压2 500 V条件下,热发射电流达到65 m A,且发射稳定性良好。在120 k V阳极电压下,电子枪在X射线样管中的性能测试结果表明,样管具有良好的电压电流开关特性,验证了该电子枪用于X射线管的优越性。     

光发射模块的实现及直线感应加速器注入器的模拟

本文研究开发直线感应加速器的光发射模块,并验证该模块的正确性.首先建立光发射模型,该模型确立阴极参数和入射激光与宏粒子初始值间的关系,并将该模型实现到代码中;其次,根据实验参数建立注入器模型,模拟光阴极的发射过程;最后,将模拟结果与实验结果比较,发现模拟的发射电流与实验电流吻合,发射度与理论分析一致,验证了模拟的正确性.     

同轴虚阴极谐振效应研究

中国工程物理研究院应用电子学研究所的一些实验表明由阳极反射板、阳极网和阴极发射的电子束形成的环状虚阴极围成的准谐振腔是决定同轴虚阴极输出微波功率和传输模式的关键所在. 在二极管电压350kV，电流23kA条件下，获得了500MW的微波输出功率，能量转换效率约6.2％，工作频率3.3GHz，输出微波主要由TM₀₁模式和TE₁₁模式组成. 对同轴虚阴极的谐振效应进行了分析. 关键词： 高功率微波 同轴虚阴极 谐振腔 模式竞争     

向内发射同轴虚阴极振荡器实验研究

 同轴型虚阴极振荡器是一种较有发展潜力的虚阴极振荡器，对西北核技术研究所近期的同轴型虚阴极振荡器实验的结果进行了介绍。实验结果表明，在不带有阳极反射板的同轴虚阴极振荡器中，产生微波的主模为TE₁₁模，与常规的轴向发射虚阴极振荡器相比，其主频稳定且带宽较窄；在二极管电压300kV，电流18kA条件下，获得了功率约为200MW的高功率微波脉冲，效率约为3.6%，工作频率为2.7GHz。     

静电自会聚六硼化镧电子枪的研究

设计并制作了一种用于X射线管的电子枪。以具有优异电子发射能力的六硼化镧阴极代替传统钨阴极,采用石墨热子加热的夹持式阴极结构;电子光学系统采用静电自聚焦方式,设计了具有梯形聚焦槽的单圆筒电极聚焦结构,避免了聚焦电极的引出;完成了阴极罩、阴极筒以及陶瓷芯柱等阴极组件的设计与封接。测试结果表明,当六硼化镧阴极为4.5 mm×0.8 mm的平面发射体结构时,在阴极温度1 500℃,阴阳极间距3.5 mm,阳极电压2 500 V条件下,热发射电流达到65 m A,且发射稳定性良好。在120 k V阳极电压下,电子枪在X射线样管中的性能测试结果表明,样管具有良好的电压电流开关特性,验证了该电子枪用于X射线管的优越性。