真空表面的绝缘特性

绝缘子的真空表面绝缘特性研究真空下的高压沿绝缘子表面击穿物理过程，称真空表面闪络过程。影响该过程的因素主要包括绝缘材料结构、空间电场分布、表面处理方法、所加电压特征，脉冲宽度等。研究了真空表面闪络过程，有两类理论：二次电子发射崩溃和电子引发极化松弛。SEEA理论以绝缘子表面在电子轰击下发射二次电子为基础，包含了电子诱发脱附和脱附气体离子化，并且对闪络过程产生的影响等过程，对表面闪络现象进行了解释。     

介质单边二次电子倍增的理论分析与数值模拟

 针对介质单边二次电子倍增现象,理论分析给出了其动力学方程、二次电子初始能量与角度分布,结合二次电子发射的材料特性,研究了二次电子倍增的理论预估敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系;采用固定时间步长并考虑电子束动态加载饱和效应的细致蒙特卡罗方法,研究了二次电子数目、直流场、射频场、介质表面沉积功率、电子放电功率、二次电子碰撞能量及电子渡越时间等二次电子倍增特性物理量的变化过程,并且讨论了初始电流及二次电子倍增工作点对二次电子倍增整个过程的影响作用,得出了二次电子倍增存在初始阈值发射电流密度的结论。     

金纳米结构表面二次电子发射特性

使用低气压蒸发工艺制备了金纳米结构,研究了金纳米结构的二次电子发射特性及其对表面形貌的依赖规律,表征了金纳米结构表面出射二次电子能量分布.实验结果表明:蒸发气压升高时,金纳米结构孔隙率增大,表面电子出射产额降低;能量分布表明金纳米结构仅对低能真二次电子有明显抑制作用,对背散射电子的作用效果则依赖于表面形貌.使用由半球和沟槽构成的复合结构,并结合二次电子发射唯象概率模型,对金纳米结构进行模型等效及电子发射特性仿真,模拟结果表明:纳米结构中的半球状纳米颗粒对两种电子产额均有增强作用;沟槽对真二次电子产额有强抑制作用,而对背散射电子产额仅有微弱抑制作用.本工作深入研究了金纳米结构表面电子发射机理,对于开发空间微波系统中纳米级低电子产额表面有重要参考价值.     

介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响

以介质填充的平行板放电结构为例,本文主要研究了介质填充后微波低气压放电和微放电的物理过程.为了探究介质材料特性对微波低气压放电和微放电阈值的影响,本文采用自主研发的二次电子发射特性测量装置,测量了7种常见介质材料的二次电子发射系数和二次电子能谱.依据二次电子发射过程中介质表面正带电的稳定条件,计算了介质材料稳态表面电位与二次电子发射系数以及能谱参数的关系.在放电结构中引入与表面电位相应的等效直流电场后,依据电子扩散模型和微放电中电子谐振条件,分别探讨了介质表面稳态表面电位的大小对微波低气压放电和微放电阈值的影响.结果表明,介质材料的二次电子发射系数以及能谱参数越大,介质材料的稳态表面电位也越大,对应的微波低气压放电和微放电阈值也越大.所得结论对于填充介质的选择有一定的理论指导价值.     

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。     

金属双边二次电子倍增的理论分析与数值模拟

 针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系。利用材料二次发射特性的经验公式,辅以电子碰撞角和碰撞能量计算以及对二次电子初始能量和发射角度的蒙特卡罗随机抽样算法,编制了3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE的金属边界二次电子发射功能模块,模拟金属双平板二次电子倍增过程,获得了二次电子倍增物理图像、二次电子数目随时间演化规律等结果。模拟结果不仅验证了理论分析,还表明在合适的条件下,空间电荷限制作用将导致二次电子倍增的饱和。     

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.     

基于微陷阱结构的金属二次电子发射系数抑制研究

近年来,金属二次电子发射系数的抑制研究在加速器、大功率微波器件等领域得到了广泛关注.为评估表面形貌对抑制效果的影响,利用唯象概率模型计算方法对三角形沟槽、矩形沟槽、方孔及圆孔4种不同形状微陷阱结构的二次电子发射系数进行了研究,分析了微陷阱结构的形状、尺寸对二次电子发射系数抑制特性的影响规律.理论研究结果表明:陷阱结构的深宽比、孔隙率越大,则其二次电子发射系数抑制特性越明显;方孔形和圆孔形微陷阱结构的二次电子发射系数抑制效果优于三角形沟槽和矩形沟槽;具有大孔隙率的微陷阱结构表面的二次电子发射系数对入射角度的依赖显著弱于平滑表面.制备了具有不同表面形貌的金属样片并进行二次电子发射系数测试,所得实验规律与理论模拟规律符合较好.     

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。     

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。     

固体金属二次电子发射的Monte-Carlo模拟

二次电子的发射在生产实践中有着广泛的应用,但其相关测量结果受实验环境和实验仪器的影响很大．在实验中难以精确测量．所以本文建立了一个包含二次电子激发、在固体内部传输和最后逸出固体表面的二次电子系统模型．采用Monte-Carlo的模拟方法仿真二次电子运动轨迹,定量分析二次电子的发射系数和能谱分布．并探讨它们与一次电子的入射角度和入射能量的关系．仿真结果表明：本文建立的二次电子系统模型能较好地反映实际情况．通过该模型仿真,可以定量得到二次电子发射系数和能谱分布与一次电子的入射能量和入射角度的关系．     

高能原电子能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系

 提出有效真二次电子发射系数的概念,并从理论上论述了高能原电子的能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系，然后用实验数据证明了该理论的正确性，最后对结果进行了讨论。得到了如下结论：不同入射能量的高能原电子轰击同一个金属发射体时， 它们的有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量之积近似为一个常量，有效真二次电子发射系数与高能原电子入射能量成反比。     

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。     

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     

新型二次电子倍增阴极构型设计与动力学过程

提出了一种可由脉冲功率驱动的新型二次电子倍增阴极构型,并对其进行了动力学过程的初步理论研究。首先,针对该二次电子倍增阴极,建立了动力学模型,获得了二次电子的位移和速度方程,讨论了电子初始出射速度对其轨迹、渡越时间和碰撞能量的影响,理论给出了渡越时间和碰撞能量的近似解析表达式。其次,通过动力学方程与Vaughan二次电子产额经验公式的耦合求解,获得了该二次电子倍增阴极的工作区间,并对其进行了细致讨论。结果表明:该新型二次电子倍增阴极二极管概念上是可行的,在涂敷高二次电子产额系数材料的圆柱形介质上施加合适的轴向和径向静电场(MV/m量级)以及轴向静磁场(T量级),可以达到电子沿阴极表面螺旋行进过程中实现二次电子倍增并最终获得电流沿轴向放大的设计目标。另外,讨论了正电荷沉积引发的二次电子倍增饱和现象,并对阴极发射电流密度进行了理论粗估,结果表明:阴极发射电流密度可达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阴极发射电流密度。     

二次电子发射和负离子存在时的鞘层结构特性

 建立了包括电子、离子、器壁发射二次电子以及负离子多种成分的等离子体无碰撞鞘层的基本模型,讨论了二次电子发射和负离子对1维稳态等离子体鞘层结构的影响,并且分析了多种成分等离子体鞘层内的二次电子和负离子的相互作用。结果表明：二次电子发射系数的增加和负离子含量的增加,都将导致鞘层的厚度有所减小;二次电子发射系数超过临界发射系数之后,鞘层不再是离子鞘。随着器壁材料二次电子发射系数的增加,鞘层中的负离子密度分布也逐渐增加;负离子的增加,导致二次电子临界发射系数有所增加。另外,在等离子体鞘层中二次电子发射和负离子的存在,也影响着鞘层中电子的放电特性与器壁材料的腐蚀。     

提高砷化镓二次电子发射系数的探讨

介绍了延长负电子亲和势二次电子发射材料砷化镓的逸出深度的设计，并给出了经过特殊设计的这种砷化镓的能级示意图，然后对通常的砷化镓和经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数的理论值进行了比较，得出:当原电子入射能量较低（小于10 keV）时，两种砷化镓的二次电子发射系数差值较小;当原电子入射能量较高（大于20 keV）时，经过特殊设计的砷化镓的二次电子发射系数比普通砷化镓的二次电子发射系数大，而且随着原电子入射能量的升高，两种砷化镓的二次电子发射系数差值也在增大。     

电子入射角度对聚酰亚胺二次电子发射系数的影响

采用具有负偏压收集极的二次电子发射系数测试系统, 对聚酰亚胺样品的二次电子发射系数与入射电子角度和入射电子能量的关系进行了测量. 测量结果表明, 在电子小角度入射样品的情况下, 随着入射角度的增加, 二次电子发射系数单调增加, 并符合传统的规律, 但是在电子大角度入射时, 却与此不符合. 测量显示, 出现偏差时对应的临界电子入射角度随着入射电子能量的降低而减小. 采用简化的电子弹性散射过程和卢瑟福弹性散射截面公式对这种偏差的出现进行了分析, 并推导出修正后的二次电子发射系数的计算公式. 修正后的二次电子发射系数的计算结果更加符合实验结果.     

介质部分填充平行平板传输线微放电过程分析

本文主要研究了介质填充微波部件微放电随时间演变的过程,重点分析了介质微波部件微放电自熄灭机理.以介质部分填充平行平板传输线为研究对象,忽略空间电荷效应,采用自主研发粒子模拟软件模拟微放电过程,并将模拟结果与金属微波部件结果进行对比.结果表明,在一定功率下,金属微放电过程中电子数目呈指数形式增长,而介质微放电过程经历初始电子倍增后发生自熄灭现象,同时发现在电子数目即将下降为0时,介质表面的平均二次电子发射系数大于1或约等于1.另外,在上述模拟结果的基础上对微放电过程中介质表面积累电荷问题进一步分析,模拟结果表明,如果持续向微波部件内注入电子,介质表面的平均二次电子发射系数最终都约等于1.所得结论对研究复杂介质填充微波部件微放电的机理具有一定的理论指导价值.     

二次电子电导摄象管

二次电子电导摄象管是在研究二次电子电导现象的基础上发展起来的.最初它是为了研究透射二次电子发射机制并设法将其用于光电成象器件.为了提高二次电子发射体的效率,人们采用了疏松结构,获得了较高的二次电子发射系数。但由于使用时层表面充电,因而其应用受到限制.但这种表面充电的机制在摄象管靶中恰恰可以被充分利用,从面引起人们对二次电子电导过程的进一步研究,并研制成各种形式的二次电子电导摄象管.1969年,美国用它拍摄人类第一次登月的实况电视,并向全世界公开转播,引起人们对二次电子电导摄象管的重视. 一、靶结构和工作原理 二次…