工业X光二极管重复频率实验研究

工业X光二极管型单焦点高重复频率闪光X光机在科学研究、工业检测等领域具有重要应用前景。基于光导开关脉冲驱动源开展了金属阴极工业X光二极管重复频率运行实验, 采用烘烤处理方法研究阴极表面吸附特性对重复频率发射特性的影响;以二极管阻抗模型为理论基础, 通过重复频率实验获得的二极管电压维持时间和阻抗特性分析等离子体扩散过程。研究表明:对于高阻抗结构工业X光二极管, 金属阴极为表面吸附杂质或气体解吸附形成等离子体发射机制, 一次放电后阴极表面对气体的再吸附过程限制了其在高重复频率条件下的电流发射能力, 同时由于阴极等离子体扩散过程变慢使得二极管电压脉宽变长。具有高重复频率电流发射能力的阴极是发展单焦点重复频率X光机的基础。     

重复频率强流电子束二极管实验研究

 采用静电场模拟对二极管结构及导引磁场位形分布进行了优化设计，利用设计的二极管在高压脉冲发生器上进行了重复频率运行实验研究，给出了相应测试波形，并对不同材料阴极、不同真空度情况下二极管的发射特性进行了比较。在二极管真空度满足一定要求（p＜0.01Pa）条件下以在重复频率方式运行时，不论是石墨阴极还是金属阴极，输出电子束流都比较稳定。设计的二极管电子束电压超过500kV，电流约5kA，脉冲宽度40ns，重复频率100Hz。     

X光二极管阴极灵敏度标定

 在北京正负电子对撞机同步辐射装置3W1B光束线上标定了一批X光二极管的灵敏度。应用一个简单的模型描述真空X光二极管光阴极发射光电子的机制。同时，阴极表面光洁度、氧和碳沾污可以解释金属光阴极的实际灵敏度曲线与模型预测的偏离。     

X射线二极管阴极灵敏度测量及其不确定度分析

 在北京同步辐射装置上,利用经过标定的硅光二极管作为标准探测器,对金、铝两种阴极的X射线二极管灵敏度进行了绝对测量。由于光源中二次谐波的影响,会造成计算所得的灵敏度降低。为了消除二次谐波的影响,实验中采用透射光栅对光源的二次谐波份额进行测量,并以此为依据对计算所得的灵敏度进行修正。通过光阴极次级电子发射模型对二次电子转换效率进行了分析,并且利用分析结果对缺省能点的阴极灵敏度进行了计算。同时对影响灵敏度计算的各种因素进行分析,最终得到的X射线二极管光阴极灵敏度的相对不确定度小于3%。     

透射式X光管研制

X光管是X射线源的关键部件,为了研制出便携式X射线标定源,研制了一种透射式X光管。该X光管是一个密封的电子束真空二极管,其阴极为竖直的梳齿状结构,电子更容易发射;靶窗为100μm厚的钛片;内部为真空腔,使用95陶瓷作为真空界面绝缘体,采用金属-陶瓷封接工艺,真空度达到5×10^-5 Pa。实验结果表明,所研制的X光管在距靶窗20 cm处剂量约为20 mR,此时X射线的脉冲宽度约为5 ns。     

重复频率爆炸发射阴极现状及展望

重复频率爆炸发射阴极(EEC)是产生高功率重复频率强流电子束的关键。阐述了爆炸发射的尖端场增强和闪络引发机制,分析了影响EEC重复频率运行的因素,综述了EEC研究现状并总结了几种EEC特性,指出实现重复频率发射阴极的方法在于探索新型材料和改进结构。提出采用六硼化镧(LaB6)作为EEC材料和适用于单焦斑多幅闪光照相工业冷阴极二极管(IXD)的新型阴极结构轮辐状金属-铁电陶瓷复合阴极,并对其前景进行展望。     

软X光能谱仪探测元件响应曲线标定

报道了软X光能谱仪探测元件的能量响应曲线标定工作.实验利用北京同步辐射装置–3W1B束线及反射率计靶室,在束流40—80mA、贮存环电子能量2.2GeV专用光运行模式下,在150—1500eV能区的四个能段,做了铝阴极X射线二极管、滤光片及掠入射平面反射镜能量响应标定实验.通过实验数据比对及分析,最终给出X射线二极管在不同能量段最大可能的测量误差范围.     

一台基于串级二极管技术的高强度脉冲硬X射线源

介绍了利用串级二极管产生高强度脉冲硬X射线的方法及其辐射场参数。以“闪光二号”加速器为平台,通过适应性改造,产生快前沿电压脉冲;研制了两级阻抗1 Ω串级二极管,通过串联分压降低二极管端电压、各级二极管电子束独立打靶在空间叠加形成高强度均匀辐射场。解决了悬浮电极绝缘支撑、二极管阴极均匀发射等技术难题,实现了串级二极管的稳定工作。在总电压约700 kV、电流约310 kA条件下,X射线平均能量87 keV,500 cm2上的平均能注量36 mJ/cm2,剂量均匀性（最大值比最小值）达到2∶1。     

基于超快激光调制的纳秒脉冲X射线发射源

面向基础科学与空间应用研究领域对小型化超快脉冲X射线发射源的需求,设计并研制了基于激光调制光源与光电阴极X射线管的超快脉冲X射线发生器,解决了传统X射线调制发射装置重复频率低、时间稳定性差、脉冲特性差等应用难题.本文主要开展了脉冲X射线发生器的超快调制控制模块研究,并利用基于预调制的激光控制光源实现了高时间精度、高时间稳定度的超快时变光子信号以及纳秒脉冲X射线产生.理论方面,建立了脉冲X射线发生器时间响应模型,分析了出射脉冲X射线的时域时间特性.实验方面,搭建了基于超快闪烁体探测器的脉冲X射线时间特性实验测试系统,测试了激光控制光源及脉冲X射线发射源的时间特性参数.实验结果表明脉冲X射线发生器可同时实现高重频(12.5 MHz)、超快脉冲(4 ns)、高时间稳定度(400 ps)特性,且与所建立的理论模型高度符合.相比于传统X射线调制方案,脉冲时间参数指标得到了大幅提升、应用场景获得了极大拓展,本项研究有望为实现超高时间稳定性、超快脉冲X射线发射源提供新思路.     

一种激光驱动的超短X射线光源

 介绍一种可产生超短脉冲的新型X射线光源。它由多碱光电阴极、金靶及铍输出窗组成。当该X射线管的阴极受到强光照射时,产生光电子发射,并经电场加速后轰击金靶,产生连续谱的X射线轫致辐射,经铍窗输出。用超短的可见光脉冲驱动该光源,并借助X射线扫描相机测量了该管的X射线输出,获得了5ps的X射线脉冲。这种光源可方便地用来标定X射线扫描相机的时间分辨率,此种产生超短电子脉冲的方法也可在其他方面获得应用。     

重复频率X波段类周期加载微波腔的实验研究

在CHP-01加速器上对我所提出的X波段类周期加载微波腔进行了实验研究. 在实验中,首先对加速器进行了调试,使其能够稳定运行;然后对磁场、电压等参数与微波输出的关系进行了研究; 最后在二极管电压约为790kV、电流约为6.7kA时得到了微波输出功率为1.4GW、微波频率为9.4GHz、微波脉宽为30ns、束波转换效率为26%的实验结果.     

同心度对杆箍缩二极管物理特性的影响

闪光X射线照相是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段,阳极杆箍缩二极管是X射线源的重要组成部分之一,其设计直接影响X射线源稳定性。由于受装置结构及真空等因素的影响,使得阴阳极几何中心同心存在一定的困难。因此,评估同心偏差对二极管物理特性的影响,对提高闪光X射线源稳定性具有重要的意义。针对阴阳极几何中心同心偏差问题开展实验研究,分别取三种同心偏差度(小于1%,15.02%和22.92%)状态。在1 MV电压下获得了不同同心偏差度下二极管电参数特性,并在此基础上结合理论模型分析了同心偏差度对二极管物理特性及电极等离子体扩散速度的影响。研究结果表明,随着同心偏差度增加,磁绝缘阶段阻抗下降率及等离子体扩散速度呈非线性增加,同时造成该阶段二极管阻抗与脉冲驱动源输出阻抗失配严重,降低了二极管与脉冲驱动源的能量耦合效率。     

长脉冲高功率无箔二极管动力学模拟

 从二极管设计基础出发,对高功率无箔二极管动力学特征进行了模拟分析。结果表明：电子回轰必须被隔断,不仅不能让其轰击支撑绝缘体,也不能轰击二极管管壁。在直线变压器长脉冲功率源二极管实验研究中,通过合理设计阴极屏蔽座,获得了重复频率25 Hz、功率约5 GW、功率传输系数超过95%的环形电子束输出。     

重复脉冲强流电子束源长时间稳定运行实验研究

 简要阐述了脉冲变压器型重复脉冲强流电子束加速器CHP01的组成、主要特点及工作原理,利用设计的重复脉冲强流电子束源进行了长时间运行实验研究,实验结果达到：在100 Hz重复频率下连续运行5 s,脉冲变压器能稳定输出电压1.15 MV,强流束二极管输出电压超过800 kV、束流7 kA、脉冲宽度45 ns,阴极电子发射密度超过10 kA/cm²,且运行稳定可靠。利用该电子束源进行了X波段类周期慢波结构微波器件实验研究,在50 Hz重复频率下连续运行5 s,输出微波功率超过1 GW,脉冲宽度大于25 ns。     

Diode plasma effects on the microwave pulse length fromrelativistic magnetrons

A model to account for the shortening of the relativistic magnetron microwave pulse length based on radial cathode plasma motion is put forth and corroborated with measurements. If the dense, conducting, cathode plasma (and not the cathode itself) sets the diode electrostatic and microwave boundary conditions, its motion changes the magnetron resonance condition. Time varying microwave power envelopes and frequencies are both expected and observed. Based on the cathode plasma expansion rate, the main plasma ton constituent is inferred to be hydrogen. A magnetron experiment to defeat the pulse-shortening mechanism by heating the resonator successfully lengthened the pulse from 100 to 115 ns     

用于“聚龙一号”上软X光通量探测的平响应X光二极管

介绍了聚龙一号上使用的一种由金阴极X光二极管（XRD）和具有特殊构型的复合金滤片构成的平响应XRD探测器, 测量软X光通量的标定和实验情况。该探测器的灵敏度在北京同步辐射的4B7B束线站和4B7A束线站标定。标定的灵敏度显示, 该探测器对0.1~4 keV之间的X光具有近似平坦的响应曲线。根据标定情况和探测器的谱响应特性, 给出了目前该探测器在用于Z箍缩产生的软X光通量诊断中的测量不确定度为12%。在单层钨丝阵Z箍缩实验中, 平响应XRD探测器测得Z箍缩产生的X光功率峰值达到52 TW, 能量达540 kJ。在动态黑腔实验中, 布置在径向和轴向的两套平响应XRD探测器被用于建立径向辐射功率波形和轴向辐射功率波形之间的时间关联。在典型的动态黑腔实验中, 测得轴向辐射功率峰值出现在径向辐射功率前约1.2 ns。     

重复Tesla变压器型相对论电子束加速器的初步试验

研制了一台重复率 Tesla型相对论电子束加速器。空心 Tesla变压器对充油Blumlein传输线充电 ;主开关为自击穿油间隙 ;二极管为平面阴极有箔二极管。试验在重复率为 0 .2 Hz和 1 Hz下分别进行。当重复率为 0 .2 Hz时 ,加速器连续重复放电 70次以上。二极管电压幅值 3 0 0 k V,脉宽 3 0 ns,上升沿约     

长脉冲高阻抗强流电子束二极管

 介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统；分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能；阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则，给出了设计参数。实验研究表明：二极管电压0.75~2.6MV，电流65~85kA，电压幅值对应的工作阻抗14~44Ω，输出轫致辐射脉冲宽度100~400ns，100 cm²输出窗口的轫致辐射剂量率10⁸~2×10⁹Gy/s。