真空室材料二次电子产额特性研究

设计了针对加速器真空室材料样品的二次电子产额测试装置.对测试装置的设计及测试过程进行了详细介绍,并给出了常见真空室材料的二次电子产额测试结果以及不锈钢材料在经过镀TiN薄膜处理前后的测试对比结果,分析了影响二次电子产额的一些因素,为真空室的表面处理提供了依据.     

不锈钢管道低温溅射镀TiN薄膜技术

 设计了一套适用于加速器细长管道真空室的低温溅射镀TiN薄膜装置。利用该装置，对86 mm×2 000 mm的不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜实验，并对镀膜实验结果进行分析，得到了适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数。样品测试结果表明：在压强为80～90 Pa、基体温度为160~180 ℃的镀膜参数下，不锈钢管道内壁获得的TiN薄膜最佳，薄膜沉积速率为0.145 nm/s。镀膜后真空室的二次电子产额明显降低。     

材料二次电子产额对腔体双边二次电子倍增的影响

采用蒙特卡罗抽样与粒子模拟相结合的方法,数值研究了材料二次电子产额对腔体双边二次电子倍增瞬态演化及饱和特性的影响.研究发现:随着材料二次电子产额的增加,二次电子增长率以及稳态二次电子数目和振幅均呈现增加的趋势,放电电流起振时间逐步缩短,稳态电流幅值以及放电功率平均值和振幅值均呈现逐步增加并趋于饱和的规律,沉积功率波形延时以及脉宽呈现逐步增加并趋于饱和的趋势.粒子模拟给出了高/低二次电子产额情况下的电子相空间分布、电荷密度分布、平均碰撞能量、平均二次电子产额、二次电子数目和放电电流的细致物理图像.模拟结果表明:高二次电子产额材料,饱和时更倾向趋于单边二次电子倍增类型分布;低二次电子产额材料的二次电子倍增饱和特性由空间电荷场的"去群聚"效应和"反场"效应同时决定,而高二次电子产额材料的二次电子倍增饱和特性则主要是由发射面附近的强空间电荷场"反场"效应决定的.     

低温二次电子产额测试系统设计与研究

在合肥先进光源（HALF）建设中,由低温超导材料组成的真空部件被大量使用,尤其是超导高频腔。超导腔以高加速梯度、低束流阻抗、高无载品质因数和低运行成本等特点,成为21世纪国际上拟建的大型加速器的首选。而超导腔和低温真空室内表面的二次电子发射可能会引发电子云（EC）现象。超剂量的二次电子倍增功率沉积会引起低温区域热负载增加、超导腔失超等现象,因此降低超导高频腔内二次电子发射成为合肥先进光源设计过程中的巨大挑战。在常温材料二次电子产额（SEY）测试系统的基础上,作者自主研发设计低温样品架结构,使液氦流经样品台并通过热传导冷却样品,计算漏热来反推所需要的制冷量和液氦的消耗速率。在系统集成调试后进行降温性能测试,搭建了低温材料二次电子测试系统。     

金属规则表面形貌影响二次电子产额的解析模型

表面形貌是影响二次电子发射特性的重要因素, 但目前仍缺乏刻画这一影响规律的解析模型. 本文通过分析发现表面结构的遮挡作用是影响二次电子发射特性的主要因素. 基于二次电子以余弦角分布出射的规律, 提出了建立表面形貌参数与二次电子产额之间定量关系的方法, 并以矩形槽和三角槽为例, 建立了电子正入射和斜入射时的一代二次电子产额的解析模型. 将推导的解析模型与Monte Carlo模拟结果和实验结果进行了比较, 结果表明本文建立的模型能够正确反映规则表面形貌的二次电子产额. 本文的模型对于反映常用规则结构影响二次电子出射的规律以及指导通过表面结构调控二次电子发射特性都具有参考价值.     

磁控溅射铂抑制镀银表面的二次电子发射

降低表面的二次电子产额是抑制微波部件二次电子倍增效应和提升功率阈值的有效途径之一,目前主要采用在表面构造陷阱结构和沉积非金属薄膜的方法降低二次电子产额,其缺点是会改变部件的电性能.针对此问题,采用在表面沉积高功函数且化学惰性的金属薄膜来降低二次电子产额.首先,采用磁控溅射方法在铝合金镀银样片表面沉积100 nm铂,测量结果显示沉积铂后样片的二次电子产额最大值由2.40降至1.77,降幅达26%.其次,用相关唯象模型对二次电子发射特性测量数据进行了拟合,获得了在40-1500 eV能量范围内能够准确描述样片二次电子产额特性的Vaughan模型参数,以及在0-50 eV能量范围内能够很好地拟合二次电子能谱曲线的Chung-Everhart模型参数.最后,将获得的实验数据和相关拟合参数用于Ku频段阻抗变换器的二次电子倍增效应功率阈值仿真研究,结果表明通过沉积铂可将部件的功率阈值由7500 W提升至36000 W,证实了所提方法的有效性.研究结果为金属材料二次电子发射特性的研究提供实验数据参考,对抑制大功率微波部件二次电子倍增效应具有参考价值.     

不锈钢材料及TiN镀膜处理后PSD测试实验研究

PSD性能是评价电子储存环真空室材料及材料表面处理优劣的一个重要指标. 对一约1.5m长不锈钢管道真空室进行了镀TiN薄膜处理, 并在合肥光源机器研究用光束线(MSB)的PSD实验站上对该真空室在镀TiN薄膜处理前后分别进行了PSD性能测试实验研究. 测试研究结果表明, 镀TiN薄膜处理对于减小不锈钢材料PSD有非常明显的作用.     

不锈钢材料及TiN镀膜处理后PSD测试实验研究

PSD性能是评价电子储存环真空室材料及材料表面处理优劣的一个重要指标.对一约1.5m长不锈钢管道真空室进行了镀TiN薄膜处理,并在合肥光源机器研究用光束线(MSB)的PSD实验站上对该真空室在镀TiN薄膜处理前后分别进行了PSD性能测试实验研究.测试研究结果表明,TiN薄膜处理对于减小不锈钢材料PSD有非常明显的作用.     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台

介绍了一套高性能多功能介质二次电子发射特性研究平台和介质材料二次电子产额脉冲测量方法。该平台配备有三层栅网结构的收集器和30 eV^30 keV宽能量范围的电子枪,可在10-8 Pa超高真空下测量介质材料的二次电子发射特性,并具备XPS能谱分析、加热和氩离子溅射清洗原位处理分析功能。给出了测得的金和氧化铝材料的二次电子电流脉冲,通过判断电流脉冲波形随时间以及照射次数的变化,获得了介质材料带电饱和时间及材料厚度对带电量的影响。     

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     

绝缘体二次电子发射系数测量装置的研制

 成功研制了测量绝缘体二次电子发射系数的测量装置，该装置主要由栅控电子枪系统、真空系统和电子采集系统组成，测量装置产生的原电子流的能量范围为0.8~60 keV。采用单脉冲电子枪法，测量了原电子能量范围为0.8~45 keV的多晶MgO的二次电子发射系数。测量中，收集极(偏置盒)离材料表面设置为约35 mm，偏置电压设置为 45 V。测量得到：用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数最大值约为2.83，处于 2~26范围内，其对应的原电子能量约为980 eV。这表明该装置测量的绝缘体二次电子发射系数是可信的，但用磁控溅射法制备的MgO的二次电子发射系数较低，这可能是制备MgO时引入了过多的杂质在MgO二次电子发射体里面所引起的。     

Secondary electron emission yield from vertical graphene nanosheets by helicon plasma deposition

The secondary electron emission yields of materials depend on the geometries of their surface structures.In this paper,a method of depositing vertical graphene nanosheet(VGN)on the surface of the material is proposed,and the secondary electron emission(SEE)characteristics for the VGN structure are studied.The COMSOL simulation and the scanning electron microscope(SEM)image analysis are carried out to study the secondary electron yield(SEY).The effect of aspect ratio and packing density of VGN on SEY under normal incident condition are studied.The results show that the VGN structure has a good effect on suppressing SEE.     

多晶体二次电子的角度分布

 根据二次电子发射的主要物理过程,推导了内二次电子到达多晶表面并逸出的几率的角度分布、斜射入多晶的高能原电子产生的二次电子的角度分布和由背散射电子产生的二次电子的角度分布。同时,推导了高能原电子轰击多晶产生的二次电子的角度分布公式,该公式表明多晶的二次电子遵循余弦分布,且与原电子的入射角无关。分析结果表明: 在内二次电子最大逸出深度范围内,如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数是常数, 则多晶的二次电子的角度分布遵循余弦分布;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子数越来越少,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更慢;如果由射入多晶的原电子和背散射电子产生的内二次电子越来越多,则多晶的二次电子发射角度分布随出射角减少得比出射角的余弦值更快。     

金属二次电子发射系数表达式

根据二次电子发射的主要物理过程,推导出二次电子发射系数和单位背散射电子产生的内二次电子数与原电子产生的内二次电子数之比、原电子入射能量、参数、最大二次电子发射系数、背散射系数之间的关系式。根据实验结果,给出了2~10 keV比率的表达式。根据推导的关系式,用实验数据分别计算出6种金属的平均参数。发现6种金属的平均参数都近似为一个常数11.89(eV)0.5。根据推导的关系式和计算的参数,推导出以背散射系数、原电子入射能量和最大二次电子发射系数为变量的二次电子发射系数通式。用该通式计算出二次电子发射系数,并与相应的实验值进行了比较,最后成功地推导出金属2~10 keV的二次电子发射系数通式。     

金属的高能二次电子发射系数与入射能量和能量幂次的关系

 根据原电子射程表达式和金属的有效真二次电子发射系数表达式，推导出金属的高能有效真二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式；并根据金属的高能有效真二次电子发射系数与金属的高能二次电子发射系数的关系，推导出金属的高能二次电子发射系数与入射能量、能量幂次的关系式。用实验数据计算出高能原电子轰击在金或银上时原电子入射能量幂次n，采用实验数据证实高能二次电子发射系数与原电子入射能量和能量幂次三者的关系，对结果进行讨论并得出结论：当高能原电子轰击在同一块金属上时，高能二次电子发射系数与原电子入射能量的n-1次幂之积近似为一常数。