变像管相机中空间电荷效应的统计动力学分析

 从Boltzmann积分微分方程出发推出了保守势场中电子数密度按势能的分布规律,即Boltzmann统计分布。以此为基础，从统计动力学的角度详细分析了变像管相机中超短电子脉冲内部的空间电荷效应，通过求解Poisson方程得出了表征空间电荷效应的两个特征参量：空间电荷密度分布函数和速度分布函数，并对其按电位的动态变化规律进行了定性讨论。结果表明，限制变像管中的低电位区域和其中光电子脉冲从高电位向低电位传输的区域都将有助于优化整个变像管的性能。同时也重新讨论了光电阴极附近强加速场对光电子脉冲时间弥散的抑制作用，最终确定了其物理机制为不等位区间中电子脉冲空间分布的高度集中性。     

脉冲光电子枪中光电子束性能研究

利用新设计的脉冲光电子枪,研究了光电子束的能量分布,光数密度与激光强度的关系和光电子在电离区内的滞留时间。大部分电子的能量为光发射电子的剩余能量,但量由于电子的空间电荷效应,电子能量分布具有加宽现象。每个激光脉冲发射到电离区内的光电子数密度在１０＾９／ｃｍ＾３以上。     

附加电极对扫描变像管性能的优化

 通过分析影响变像管性能的主要因素，以提高其时间分辨率、空间分辨率和动态范围为优化思路，确定了在扫描变像管中荧光屏邻近区域引入等径螺旋电极以产生纵向均匀加速场的优化方案。分析得知，该优化结构可以在几方面改善变像管的性能:增加粒子到达荧光屏的纵向速度、减小粒子通过偏转板与荧光屏之间区域的渡越时间和渡越时间弥散、提高荧光屏的亮度。在横向约束带电粒子束的发散，通过减小空间电荷像差而改善电子光学系统的空间分辨率。另外，附加电极的引入也为降低加速阳极电位和偏转电极电位从而提高偏转系统的灵敏度提供了一定的空间。     

抑制超短电子脉冲展宽的补偿方法

 提出了一种有效的利用补偿元件抑制空间电荷效应所致脉冲展宽的方法。此元件为一轴对称的圆柱形空腔，金属侧壁和供脉冲输出的端面金属栅网接地以保持0电位，供脉冲进入空腔的端面小孔的内壁涂导电层并施以正电位，通过选择此端面的介电常数分布而在此端面上形成特定的电位分布。如此形成的补偿元件内部电场能够在不引入附加电子能量弥散的基础上，在空点电荷效应所致脉冲展宽极为严重的纵向和横向这两个主要方向上，均能够有效地抑制空间电荷效应，从而起到补偿电子脉冲展宽的作用。     

静电加速管中强流空间电荷效应的研究

 对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的加速管中的空间电荷效应作了5点假设，建立了物理模型。对模型的束内外径向电位分布、空间电荷对轴上电位的影响，以及空间电荷力对束流传输的影响等进行了理论分析，得到了束内径向电位分布。结果表明：束流内部径向电位沿径向均呈抛物线变化，并在轴上达到最小值；而空间电荷产生的束内电场与半径呈线性变化；空间电荷不仅会引起轴上电位的跌落，而且对束流有发散作用，特别是在电子速度较低时更为明显。在考虑了空间电荷效应后，强流静电加速管的电场设计关键在加速管的前端，与弱流加速管相比，强流加速管的电场变化要大得多。     

非聚焦电子束照射SiO2薄膜带电效应

采用考虑电子散射、俘获、输运和自洽场的三维数值模型, 模拟了低能非聚焦电子束照射接地SiO₂薄膜的带电效应. 结果表明, 由于电子的迁移和扩散, 电子会渡越散射区域产生负空间电荷分布. 空间电荷呈现在散射区域内为正, 区域外为负的交替分布特性. 对于薄膜负带电, 电子会输运至导电衬底形成泄漏电流, 其暂态过程随泄漏电流的增加趋于平衡. 而正带电暂态过程随返回二次电子的增多而趋于平衡. 在平衡态时, 负带电表面电位随薄膜厚度、陷阱密度的增大而降低, 随电子迁移率、薄膜介电常数的增大而升高;而正带电表面电位受它们影响较小.     

求解三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷限制流

 从Poisson方程及空间电荷限制流假设出发，推导了三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷流密度的一般方程，给出了求解方法及解的基本特征、平板形阳极空间电荷限制流的具体表达式，研究了同轴圆筒形及共顶点同轴圆锥形导体空间电荷限制流关系表达式的极性效应、空间电荷密度及电场分布。     

空间电荷场对自由电子激光中电子稳态轨道的影响

本文从三维模型出发,详细地研究了自由电子激光中电子束空间电荷场对相对论性电子稳态轨道的影响,发现考虑空间电荷场的三维效应后,电子稳态轨道出现新的不稳定性区域。 关键词：     

电子束泵浦氩中高能电子分布的理论计算

 改进了文献中报导的Boltzmann基本方程。与Boltzmann基本方程相比，改进后的Boltzmann方程更全面地描述了电子与基态氩原子碰撞的物理过程，并能计算出整个能量区间的电子分布。利用Boltzmann基本方程和改进的Boltzmann方程，对电子束泵浦氩中能量大于氩原子第一激发态能量(11.56eV)的高能电子分布函数进行了理论计算。计算中，选取了电子碰撞氩的微分电离截面和激发截面的解析表达式。对计算所得的稳态电子分布函数以及达到稳态分布所需的特征时间进行了分析和讨论。     

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。     

Tesla变压器型重复频率纳秒脉冲源的研制

脉冲变压器与陡化开关结合的方式是产生纳秒脉冲较为成熟的方式,采用这种方式,研制了一种基于空芯Tesla变压器和陡化开关的紧凑高压重复频率纳秒脉冲源。该脉冲源主要由重复频率充电模块、Tesla变压器和陡化开关三部分组成,重复频率充电模块主要通过晶闸管的时序配合实现,Tesla变压器为脉冲源装置系统的核心及主升压模块,陡化开关是一个三电极自击穿型气体开关,用于将变压器次级输出的电压陡化成纳秒快脉冲波形,对该重复频率脉冲源以上各部分进行了详细的设计和测试。实验结果表明,该脉冲源可以在6kΩ的负载电阻上输出幅值100kV、上升沿约为30ns、最高频率可达500Hz的高压纳秒脉冲。     

基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器

为实现MV级多级气体开关精确触发控制, 提出了基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器的电触发方案。完成了Tesla变压器与Blumlein线一体化设计;优化了初级回路结构及绝缘栅双极型晶体管触发控制电路, 减小了初级杂散电感, 缩短了变压器次级高电压建立时间及时延抖动;优化了百kV级自击穿气体开关工作参数, 研制出一套多级低抖动电晕稳定开关;将传统Blumlein线绝缘介质由变压器油更换成高介电常数的MIDEL7131新油, 增加了输出脉冲宽度, 进一步提高触发能力。最终研制出一台输出电压130 kV、脉冲宽度大于5 ns、重复频率50 Hz、连续工作时间1 min、输出抖动小于10 ns的紧凑型脉冲发生器。     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

 介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级，脉宽约6 ns，重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能，利用硅堆整流，并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定，通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时，该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收，提高了装置的能量利用率。     

高功率紧凑型重频快Marx脉冲驱动源

基于快Marx发生器技术路线，研制了一套具有高功率密度的低阻抗紧凑型重频脉冲驱动源。采用18级Marx发生器电路结构，每级由1只60 nF/100 kV脉冲电容器、1个气体开关及隔离电感构成，每两级构成一个模块，整体采用SF6气体绝缘，储能密度达到25.7 kJ/m3；采取开放式气体开关，其中两级为触发开关，其余为过电压自击穿开关；触发源采用小型化Marx电路及绝缘胶真空灌封设计。实验中脉冲驱动源单次工作时在约18 阻抗负载上输出电压达到765 kV、脉宽约160 ns、前沿约50 ns，功率密度达到157 GW/m3；受充电电源功率限制，重复频率5 Hz充电70 kV，连续5脉冲输出功率约17 GW，脉冲波形重复性较好。     

Generation of multiple pulses with extremely short pulse repetitioninterval

A new type of multipulse generator is proposed for the generation of high power pulses with an extremely short interpulse repetition interval. In this system, an air-core step-up transformer is used with a magnetic switch and a pulse forming line, which is charged in the double-resonance mode. Numerical simulations of this system have shown that 600 kV, 56 ns pulses, matched to a 20 Ω impedance can be produced with a minimum pulse separation of 2.7 μs. A small system was constructed to demonstrate the production of double pulses experimentally. The system contains two first stage capacitors of 150 nF each, a 1:15 air-core step-up transformer, a magnetic switch using cobalt based material, a second stage capacitor of 1.6 nF, and an 80 Ω load. Double-pulses 100 ns wide, peak voltages of 85 kV (first pulse) and 90 kV (second pulse) have been successfully generated with an interval of 3.75 μs between pulses, when the first stage capacitors were charged to 14 kV (for the first pulse) and 17 kV (for the second pulse)     

100kV重复频率快前沿触发器

研制了一台输出电压100kV的重复频率快前沿触发器,该触发器基于内嵌Tesla变压器的单筒脉冲形成线和气体开关技术,具有抖动低、结构紧凑、运行可靠等特点。理论分析了影响Tesla型触发器输出脉冲时间抖动的因素,提出了降低抖动的措施,进行了Tesla变压器的理论设计和数值模拟,并开展了实验研究。获得的触发器输出参数为:输出电压100kV(40Ω匹配阻抗),半高宽4ns,前沿0.5ns,重复频率50Hz,抖动小于10ns。     

HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源研究北大核心CSCD

通过理论计算、数值仿真和实验验证的方法,研究了一台峰值功率数十GW、重复频率5 Hz的重复频率高功率脉冲驱动源,命名为“HEART-50”。该脉冲驱动源由充电电源、初级开关、脉冲形成线、主开关、阻抗变换线,以及假负载构成。首先介绍了HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源整体设计思路;其次,对基于混合液体介质的高功率脉冲形成线和气体介质主开关进行了数值分析,并对其全电路工作能力进行了仿真分析;最后,对研制的HEART-50重复频率高功率脉冲驱动源进行了实验验证。结果表明,脉冲驱动源能够输出峰值电压520 kV,脉冲宽度约90 ns,脉冲上升沿小于25 ns,重复频率5 Hz的准方波电脉冲,峰值电功率约为25.3 GW,且具有较好的运行稳定性。     

重复率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。试验是在重复率为0.2Hz和1Hz下分别进行。当重复率为0.2Hz时,加速器连续重复放电70次以上。二极管电压幅值300kV,脉宽30ns,上升沿约5ns。     

45kHz,2kV电光调制电路的设计与应用

根据差分相移量子密钥分发实验对高速电光调制电路的需求,利用固体开关技术和变压器隔离技术,设计出了重复频率为45kHz、输出脉冲电压达到2kV的电光调制电路,该电光调制电路由两部分组成,正负1kV高压脉冲产生电路,其中正1kV高压脉冲的上升沿为50.44ns,下降沿为44.6ns,负1kV高压脉冲下降沿为52.29ns,上升沿为50.44ns。普克尔盒调制电路与光路进行联调,光路的消光比达到23dB,完全满足了消光比为20dB的实验需求。     

40GW重复频率脉冲驱动源研制进展

40 GW重复频率脉冲驱动源是应高功率微波技术发展等需求而设计的一台基于Tesla变压器技术的重复频率脉冲功率装置。40 GW驱动源设计输出功率40 GW,脉宽60 ns,重复频率1~50 Hz,输出功率及重复频率工作状态在一定范围内可调。介绍了40 GW高功率重复频率脉冲驱动源的系统构成、电气及结构参数的确定方法、关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。已完成驱动源安装并进行了实验调试,其主要单元Tesla变压器的能量效率达到70%,驱动源单次工作状态下输出功率大于40 GW;50Hz重复频率工作状态下,输出功率20.6 GW,系统工作稳定可靠。