二极管区对虚阴极振荡器影响的数值模拟

将FDTD与PIC方法相结合，编制了二维、全电磁、相对论性的粒子模拟程序，对电子直接从阴极表面发射的虚阴极振荡器的物理过程进行了数值模拟。主要对电子从虚阴极返回二极管区并重新注入漂移区以及阴阳极间电压的影响进行了初步探讨。     

无箔二极管电流电压关系研究

本文给出了无箔二极管物理特性的数值模拟研究结果。研究得到了二极管电流与二极管结构参数、二极管电压以及外加磁场强度等参数的变化关系特性，并且应用这些关系特性得到了在外加磁场强度足够大情况下二极管电流的近似表达为Ib=(7.5/x)(x+(0.81-x)/(1+0.7Ld2/δr))(r2/3-1)3/2，其中Ld为阴阳极间距；Rc为阴极发射端面的外半径；Rp为漂移管管壁半径；x=ln(Rp/Rc)，δr =Rp-Rc。这一表达式在大量二极管结构参数和二极管电压参数情况下与数值模拟结果在10％误差范围内相一致，能够比较准确的表达无箔二极管的电流电压关系。     

影响阳极杆箍缩二极管窗口前向辐射剂量的因素

简介了杆箍缩二极管(RPD)基本物理过程,从轫致辐射方向性、二极管能量耦合、电子箍缩效率、二极管构型等方面综述了国内外对RPD窗口前向辐射剂量影响因素的研究进展,报道了相比于石墨阴极,采用LaB6爆炸发射阴极RPD在相同实验条件下使得距离光源1 m处辐射剂量提高12%以上的实验结果,并进一步讨论提高RPD辐射剂量的可能技术途径。     

二极管区对虚阴极振荡器影响的数值模拟

将ＦＤＴＤ与ＰＩＣ方法相结合,编制了二维、全电磁、相对论性的粒子模拟程序,对电子一直接人阴极表面发射的虚阴极振荡器的物理过程进行了数值模拟。主要对电子从虚阴极返回二极管区并重新注入漂区以及阴阳极间电压的影响进行了初步探讨。     

爆炸电子发射边界的粒子模拟实现

 介绍了自行研制的全电磁柱坐标粒子模拟程序的电流分配方法和金属爆炸电子发射边界的模拟实现，该电流分配方法满足电荷电流连续性方程，避免了繁琐的泊松修正，适用于复杂边界物理问题的模拟研究。基于此电流分配方法的基础上，给出了建立在高斯定理基础上的简单且易于程序实现的阴极发射边界算法。利用该程序对平面二极管电子发射现象的模拟结果证明了算法的正确性。     

百纳秒脉冲下强流二极管的工作稳定性

以闪光二号加速器为研究平台,实验研究了前沿80 ns和34 ns脉冲电压下的二极管工作稳定性,通过对比实验结果和数值模拟结果,分析了脉冲前沿对二极管启动时间、阴极发射均匀性和阻抗重复性的影响,探讨了脉冲前沿对平面阴极二极管工作状态的影响机制。实验结果表明:脉冲前沿、二极管启动时间增加时,二极管的阻抗重复性降低;平面阴极易于在中心位置形成强区域发射,等离子体覆盖整个阴极发射面的时间随脉冲前沿增大而增加;屏蔽效应对阴极发射的影响随前沿增加而变大,进而导致阴极表面不均匀强点发射,等离子体运动速度增加,阴极有效发射面积减小,在等离子体运动速度和阴极有效发射面积共同作用下,二极管工作稳定性下降。     

二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响

在强电场条件下,由阴极通过场致发射产生的电子具有很强的空间电荷效应,因此真空二极管的空间电荷限制电流是设计高功率微波源等强流电子束器件时需要考虑的重要参数.场致发射电流密度只和阴极材料、阴极表面电场等有关,而空间电荷效应则会受二极管电压、间隙距离等因素的影响.为研究二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响,建立了由场致发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,利用第一性原理的粒子模拟方法,研究了二极管间隙距离和外加电压等参数变化时的阴极表面电场随时间的演变特性,得到了阴极表面稳态电场和二极管间隙距离之间的关系.结果表明,场致发射过程开始后,阴极表面电场先有个振荡过程,随后趋于稳定;在同一外加电场条件下,间隙距离越长,稳态电场的绝对值越小,且达到稳态所需的时间也越长;间隙距离越短,当阴极表面电场达到稳定状态时,二极管间隙区的电场分布变化越剧烈.     

光助MOCVD生长ZnSe单晶薄膜

光助ＭＯＣＶＤ生长ＺｎＳｅ单晶薄膜＊赵晓薇范希武张吉英杨宝均于广友申德振（中国科学院长春物理研究所，长春１３００２１）（中国科学院激发态物理开放研究实验室，长春１３００２１）关键词光助ＭＯＣＶＤ，ＺｎＳｅ基半导体材料，辐照光强度蓝绿光发射二极管和激光...     

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。     

1.2MV“天蝎”X光机杆箍缩二极管性能模拟

为了深入研究杆箍缩二极管的物理性能,采用蒙特卡罗方法对中国工程物理研究院流体物理研究所1.2 MV"天蝎"X光机的杆箍缩二极管进行模拟研究,包括PIC模拟和光电子输运模拟。着重分析了杆箍缩二极管结构参数与阻抗及出光剂量等的关系,发现阻抗和出光剂量与阴阳极半径比正相关,而出光剂量和杆探出长度正相关。提出一种阻止阴极盘后表面发射电子的设想,有望显著提高X射线辐射剂量。     

1 MV阳极杆箍缩二极管数值模型实验研究

阳极杆箍缩二极管（RPD）具有小焦斑、高亮度的特点,是闪光X光机领域的研究热点。基于Marx发生器和脉冲形成线技术路线产生1 MV高电压脉冲驱动RPD,开展了不同结构参数二极管实验研究。基于RPD物理过程的数值模型,分析了结构参数对箍缩物理过程的影响。研究表明在1 MV电压下,RPD阴极等离子体平均扩散速度、阳极等离子体平均扩散速度分别为2,0.6 cm/μs时,该模型可以较好地描述实验结果。在阳极杆直径一定的情况下,二极管数值模型表明减小阴极孔径可以使二极管更快进入强箍缩状态,但过小的阴极孔径会导致二极管间隙过早闭合。     

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。     

真空二极管辐射微波的机理分析

在研究真空开关的过程中,发现真空二极管能辐射出宽带微波.这种器件只由带触发装置的阴极和平板阳极组成,不存在金属波纹慢波结构,所以真空二极管的辐射机理与等离子体填充微波器件不同,不能直接套用等离子体填充微波器件的相关理论.本文描述了真空二极管产生辐射的物理过程,建立了真空二极管辐射的数学模型,通过求解波动方程得到产生辐射的色散关系,并绘制出了色散曲线.将理论分析得到的色散曲线与已经测得的微波辐射进行比较,两者能很好地符合.理论分析和实验结果表明,电子束和磁化等离子体的相互作用是真空二极管产生微波辐射的原因.     

强流电子二极管中阴极等离子体的膨胀

研究了强流四脉冲条件下电子真空二极管中阴极等离子体产生、膨胀和由于阴极等离子体膨胀导致二极管短路现象，通过所建立模型和大量实验数据给出了阴极等离子体膨 胀速率为0.5—4cm/μs，且脉冲过程中不均匀.分析了阴极等离子体膨胀对真空二极管电压、阻抗的影响和对多脉冲强流电子束参数的影响，并给出初步解决方案. 关键词： 多脉冲二极管 阴极等离子 膨胀速率     

Acceleration of deuterons in a spherical ion diode with a laser-plasma anode

A physical model is proposed for a spherical pulsed ion diode with a laser ion source consisting of a plasma anode which varies in size while the accelerating voltage is applied. A study of this process was conducted using computer analysis of the nonlinear differential equations that are proposed in the article. From the results of the computer experiment, acceleration characteristics of the deuterons are established for similar diodes, and the effect of diode geometries, temporal and electrical characteristics on the energy spectra of the deuterons, the current pulse shape, and the deuteron acceleration charge are studied.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 2, pp. 67–71, February, 1988.In conclusion, the author expresses a deep gratitude to A. S. Tsybin for discussing results achieved and for useful advice.     

Charge Flow and Plasma Behavior in Intense Ion Beam Diodes

Intense ion beams are produced in high-power vacuum diodes of various configurations and are believed to be useful for applications in inertial confinement fusion and plasma confinement. Using magnetically insulated diodes, we investigated spatial nonuniformities of the diode plasmas, plasma expansion, ion transverse velocities in the diode gap, electron flow to the anode, and the charge distribution in the gap. Various time-dependent diagnostic techniques including recently developed spectroscopic methods have been used. We observed rapid closure of the diode gap, resulting from fast expansion of the electric field-excluding anode plasma early in the pulse. This contributes significantly to the measured ion current density enhancement. The electron cloud in the gap was seen to spread towards the anode beyond the region of the theoretical electron sheath. This is consistent with observed ion current densities being larger than the values calculated using the actual diode gap. The ion angular spread was found to increase locally due to nonuniform expansion of the cathode plasma for one class of phenomena and of the anode plasma for the other two classes. Part of these phenomena were associated with electron flow to the anode. The ion divergence angle in the gap was observed to be independent of the ion mass and to be significantly smaller than angles previously observed outside the diode.     

Ionic diode

Basic physical processes in an ionic diode with an external magnetic field are considered. Requirements are formulated for the magnetic field, which generates an electron cloud modifying the properties of the cathode surface in the diode. Mechanisms of ion emission from the anode surface are studied, and new experimental data concerning the operation of the diode are analyzed. Requirements for the accelerator, coil feeder, and vacuum system are stated. Basic engineering relationships necessary for the design of the diode are given.     

强流脉冲电子束二极管等离子体漂移速度的研究

 强流相对论电子束二极管阴阳极等离子体的形成和漂移,是二极管工作状态研究的重要组成部分。根据Child-Langmuir定律和二极管导流系数,结合二极管阴极电子发射面积的变化模型,给出了二极管阴阳极等离子体漂移所导致的阴阳极间隙闭合速度。     

预充等离子体密度对杆箍缩二极管特性的影响

在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体,可以改善二极管特性,从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型,通过收集轰击到阳极上的电子,诊断其轴向分布,可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用"剑光一号"加速器低阻抗状态(1 MV/9Ω/40ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后,二极管阻抗降低到10Ω,X射线辐射剂量从0.76mGy提高到3.19mGy,侧向焦斑从9mm降到4mm。模拟结果和实验基本符合。     

阴阳极等离子体运动对强箍缩离子束二极管束流特性的影响

 主要研究了阴阳极等离子体运动对“闪光二号”加速器强箍缩离子束二极管束流特性的影响。给出了考虑阴阳极产生的等离子体运动对二极管间隙影响的Child-langmuir流、弱聚焦流、强聚焦流和饱和顺位流4个阶段的离子流和二极管总束流修正公式，利用这些修正公式计算的二极管总束流和离子束流强度与实测结果符合很好，在此基础上分析了提高离子束流强度和效率的方法，通过调整加速器参数，实验得到了峰值能量约500 keV，峰值电流约160 kA的高功率离子束。