氘化物阴极真空弧放电光斑分布

氘化物真空弧放电在许多领域均有应用,如无损检测、石油探井、中子活化分析等。和金属阴极不同,氘化物阴极放电时会释放大量的气体分子,表现出许多不同性质。采用放大镜头和ICCD相机观察了氘化物阴极真空弧放电光斑分布。测量系统的空间分辨率约为5 μm,时间分辨率最小2 ns。放电脉冲半高全宽（FWHM）0.9 μs,弧流波形为半周期正弦波。实验结果表明,氘化物真空弧放电时,所有阴极斑聚集为一个群落,表现为一个大光斑;在液滴作用下,阴极斑群落偶尔也会分裂为两个或多个群落;光斑形状不受弧流影响,但面积和亮度会随弧流增加而增大。氘化物阴极放电斑点聚集有利于产生高密度等离子体,提高放电效率。     

Conceptual design of an intense positron source based on an LIA

Accelerator based positron sources are widely used due to their high intensity. Most of these accelerators are RF accelerators. An LIA (linear induction accelerator) is a kind of high current pulsed accelerator used for radiography. A conceptual design of an intense pulsed positron source based on an LIA is presented in the paper. One advantage of an LIA is its pulsed power being higher than conventional accelerators, which means a higher amount of primary electrons for positron generations per pulse. Another advantage of an LIA is that it is very suitable to decelerate the positron bunch generated by bremsstrahlung pair process due to its ability to adjustably shape the voltage pulse. By implementing LIA cavities to decelerate the positron bunch before it is moderated, the positron yield could be greatly increased. These features may make the LIA based positron source become a high intensity pulsed positron source.     

含氘电极真空弧等离子体空间分布特性诊断研究

真空弧放电等离子体含有多种离子成分,并且各离子在空间上具有不同的分布规律.本文针对金属氘化物电极真空弧离子源,搭建了一台紧凑型磁分析装置,用来研究放电等离子体中氘离子与金属离子的空间分布.当离子源弧流为100 A左右时,该装置能有效地传输引出束流,并且具有较好的二次电子抑制效果,可准确获得各离子流强.利用该装置测量并获得了氘化钛含氘电极真空弧放电等离子体内氘离子和钛离子空间分布规律,结果表明:径向上,氘离子和钛离子都呈高斯分布,但氘离子分布均匀,而钛离子相对集中在轴线附近,导致轴线附近氘离子比例最低;轴向上,所有离子数量都以自然指数函数减少,而且相对幅度接近,所以氘离子比例几乎不变.本文研究结果不仅有助于理解真空弧放电等离子体膨胀过程,还可以指导金属氘化物电极真空弧离子源及其引出设计.     

A preliminary study of a negative hydrogen PIG-type ion source for the compact cyclotron

A Penning ion gauge (PIG)-type ion source has been used for the generation of negative hydrogen ions (H^-) as the internal ion source of the compact cyclotron. The discharge characteristics of the ion source are systematically studied for hydrogen operation at different discharge currents and gas flow rates on the prototype cyclotron. The preliminary study results for the low DC voltage H^- extraction measurements are presented in this paper. The H^- beam current is measured by the order of magnitude from several tens to hundreds of microamperes at different parameter conditions. The discussion and analysis for the experimental results are good for improving the design and working stability of the ion source.     

铁氧体加速腔螺线管线圈温度测量

利用测温光纤分层缠入到加速腔螺线管线圈中,将螺线管线圈密闭装入铁氧体加速腔,进行与实际的直线感应加速器整机调试一致的加载实验,得到铁氧体加速腔螺线管线圈在加载情况下的温度上升规律。模拟计算以及实验结果表明,在加载时,内层线圈的温升是最高的,从内向外,线圈的温升逐渐减小。为保护实验设备,需要将螺线管线圈的温度控制在60℃以下,模型给出恒流电源在输出80 A时加载时间间隔最小应该在17.5 min。     

磁场调控型离子源的设计与实验

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。     

负氢潘宁型离子源的束流引出测量

在中国工程物理研究院流体物理研究所自行研制的负氢潘宁型离子源上进行负氢束流引出测量实验,采用单电极、双电极、三电极束流引出测量方法进行初步束流引出测量,束流强度的实验测量结果远远高于空间限制流的理论计算值。因此,提出一种电屏蔽盒的直流束流引出测量方法。阐述了电屏蔽盒直流束流引出测量的基本方法、束流轨迹的CST数值模拟以及束流引出测量实验结果。研究表明:引出电压为2 kV,引出间隙为3 mm,磁感应强度为0.435 T时,得到较为精确的负氢束流引出强度约100 A。通过空间电荷限制流的V3/2定律进行拟合,推算得到引出电压为40 kV时,负氢束流强度约达到4 mA。     

脉冲离子束作用下靶面次级电子的抑制

论述了离子束作用下固体表面次级电子产生的机制,介绍了特种真空器件中次级电子抑制的各种方法及其优缺点,提出了脉冲离子束作用下靶面次级电子抑制的自偏势法和曲面靶法等设计思路,并在实验上进行了初步验证。实验结果表明,自偏势电压大于80 V后,次级电子得到很好的抑制。在相同束流情况下,曲面靶较平面靶的次级电子产额少。利用实验结果进行估算得到了近似的次级电子产额约为0.67,比文献中的结果(0.58)偏大。对实验中自偏势法抑制反峰电子电流的效果进行了分析和讨论,结果表明:自偏势法不但能够有效抑制离子打靶产生的次级电子,还能抑制由功率源不稳定带来的入射反峰电子流。     

大气压氦气多路低温等离子体射流

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性,设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置,采用单电极放电结构,在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置,电源脉冲宽度约230 ns,脉冲上升沿约为120 ns。在重复频率为500 Hz的条件下,通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110 ns,且无反向放电。试验结果表明:平均射流长度随电压幅值增加而增加,在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势,这是由于射流通道尾部有空气进入,电压幅值已不再是主要原因;只有在合适的气体流量值时,才能够获得较长的平均射流长度,这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道;此外,中心电极放电射流长度受气体流量影响较大,气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流,射流放电强度较弱,气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电,这是由于四周电极更易形成放电射流,削弱了中心电极放电。 ,     

Mode Transition of Vacuum Arc Discharge and Its Effect on Ion Current

The mode transition of a pulsed vacuum arc discharge, which is from vacuum surface flashover to non-surface vacuum breakdown or vice versa, is studied by simply adjusting a trigger resistor. This approach provides a possibility to research the transition discharge process. Since the transition process is smooth and controllable, the transition mechanism and its effect on the performance of an ion source can be investigated via various diagnosis experiments. The experimental results show that the mode transition occurs when the resistance is in the range of 0- 10Ω. With the mode transition from surface flashover to non-surface vacuum breakdown, the vacuum arc discharge becomes more intense and the ion current produced by the Ti cathode ion source increases by two times. The related physical mechanism is also discussed in detail.