大直径钪酸盐阴极发射特性

为获得kA级热发射电子束,研制了直径为100 mm钪酸盐热阴极组件,并建立了适应大面积热阴极实验环境的2 MV 注入器试验平台。实验在二极管真空3.7×10-5 Pa、二极管电压1.95 MV、脉宽120 ns（FWHM）、阴极温度1 120 ℃时,获得最大收集电流1 038 A,发射电流密度约13 A/cm2。实验结果表明,工作状态下阴极发射能力与激活温度、系统真空度关系密切。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射放气特性研究

为了研究碳纳米管(CNT)阴极强流脉冲发射特性, 在2MeV直线感应加速器(LIA)注入器平台上开展了阴极放气特性实验. 研究结果表明：碳纳米管阴极强流发射时伴随有严重的阴极放气, 阴极放气参与形成阴极等离子体. 对于特定的几次实验, 通过数值积分估算了阴极材料的放气量为0.8—1.12Pa·L, 释放的气体分子数目与电子数目之比为254—203, 说明阴极等离子体为弱电离等离子体. 分析了二极管电压、发射电流密度、放气量以及放气分子数目/电子数目之间的关系     

用于强流直线感应加速器的大面积储备式阴极

 介绍一种直径为55 mm的锇膜(411M)储备式热阴极,并以此为基础,建立了一套脉冲电压幅度为200 kV、脉冲平顶宽度大于等于2 μs的长脉冲功率源以及配套的加热系统与高压隔离网络电路。在阴极灯丝工作电流18 A,阴极温度1 165 ℃,二极管电压75 kV条件下,在该阴极试验平台上获得52 A的空间电荷限制流,实验结果与理论计算基本吻合。实验中还发现,阴极的放气源将严重影响阴极发射能力。     

用于强流直线感应加速器的大面积储备式阴极

介绍一种直径为55 mm的锇膜(411M)储备式热阴极,并以此为基础,建立了一套脉冲电压幅度为200 kV、脉冲平顶宽度大于等于2 μs的长脉冲功率源以及配套的加热系统与高压隔离网络电路。在阴极灯丝工作电流18 A,阴极温度1 165 ℃,二极管电压75 kV条件下,在该阴极试验平台上获得52 A的空间电荷限制流,实验结果与理论计算基本吻合。实验中还发现,阴极的放气源将严重影响阴极发射能力。     

φ100mm钪酸盐阴极实验系统及其实验结果

为获得kA级热发射电子束，研制了直径为由100mm钪酸盐热阴极组件，建立了适应大面积热阴极实验环境的试验平台。实验在二极管真空3．7×10^-5Pa，二极管电压1．95MV，阴极温度1120℃时，获得最大收集电流1038A，发射电流密度约13A／cm^2。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm2。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

爆炸发射阴极特性的研究进展

文章对爆炸发射阴极的物理机制进行了阐述，着重对爆炸发射阴极的各种特性进行了介绍，包括阈值电压、发射均匀性、等离子体闭合速率、阴极寿命等．并且对研究爆炸发射阴极特性所采用的理论和测量方法进行了介绍，给出了目前阴极材料使用中存在的问题．     

爆炸发射阴极特性的研究进展

文章对爆炸发射阴极的物理机制进行了阐述,着重对爆炸发射阴极的各种特性进行了介绍,包括阈值电压、发射均匀性、等离子体闭合速率、阴极寿命等.并且对研究爆炸发射阴极特性所采用的理论和测量方法进行了介绍,给出了目前阴极材料使用中存在的问题.     

常见场致发射阴极材料的发射特性

利用三阴极加速器平台,对不锈钢、黄铜、铝、天鹅绒和石墨等几种常见场致发射材料的电流发射能力、相对启动延迟时间及其抖动进行了实验研究。实验结果表明：在二极管电压近似恒定时,不锈钢阴极启动时间延迟抖动小于8 ns,天鹅绒阴极及石墨阴极启动时间延迟抖动小于4 ns;且材料在阴极频繁工作时启动时间加快;常见金属材料中不锈钢阴极的综合性能较好;非金属材料中,天鹅绒阴极的发射能力最强,且发射延迟时间最短,但考虑到天鹅绒材料严重的出气问题,非金属材料中以石墨阴极的性能为优。     

大面积热阴极系统设计及初步实验结果

建立了能满足大面积热阴极系统需要的2MeV热阴极实验平台, 并配合研制了直径为100mm的B型储备式热阴极. 在二极管电压为1.8MV、脉宽90ns(FWHM)、阴极工作温度为1350℃情况下, 利用法拉第筒获得了1000A的发射电流, 发射电流密度约12A/cm². 实验结果表明, 利用大面极热阴极获得高亮度强流电子束在工程上是可以实现的. 实验结果也表明, 阴极发射能力强烈依靠于二极管真空和阴极工作温度.     

多晶LaB6阴极的脉冲热发射特性

采用多晶LaB6材料制成平板二极管阴极,阳极采用钼材料,阴极采用热传导与热辐射加热,加热体为石墨。实验研究了不同阴极温度、不同真空度下的脉冲发射特性,并对热发射稳定性进行了分析。结果表明： 在动态真空系统中, 阴极发射面积为0.012 1 cm2, 工作真空度为2×10-4 Pa, 阴极温度分别为1 600, 1 650和1 700 ℃,在脉冲宽度为40 ms、重复频率为107 Hz的条件下,最大脉冲发射电流密度分别为34.0,44.0和53.8 A/cm2; 2×10-4,5×10-4和2×10-3 Pa压强下的发射能力没有明显的差异;脉冲宽度的变化不影响发射电流密度的变化。     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

等离子喷涂含钪氧化物阴极制备及发射特性研究

在三元碳酸盐中加入微量钪,利用大气等离子喷涂方法制备出含钪等离子喷涂氧化物阴极. 制备过程中,在三元碳酸盐原来配比基础上增加12%—22%(摩尔百分比)的碳酸钡进行混合, 并将该混合物进行造粒,在造粒过程中加入微量的钪.利用扫描电子显微镜分析了等离子喷涂材料的形态 和分布,表明符合等离子喷涂对粉末大小和形状的要求,并解决了等离子喷涂过程中钡的损失问题. 对这种新型氧化物阴极的分解排气过程进行详细分析,结果表明,排气时这种阴极比普通喷涂阴极出气少 且分解时间短.对发射性能及寿命进行测试,结果显示这种新型氧化物阴极的性能显著提高,阴极寿命延长.     

热阴极径向温度非均匀性对本征发射度的影响

从热发射理论出发,推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度的一般计算形式。针对一种最常见的温度径向分布近似模型,给出了均方根发射度随温度非均匀性变化趋势的理论数值解。基于有限差分法粒子仿真技术统计了热阴极的本征发射度,仿真结果与理论解一致,验证了非均匀发射热阴极本征均方根发射度一般形式的正确性。结果表明,径向温度非均匀性引起均方根发射度显著变化,非均匀系数为10%时引起均方根发射度下降约15%。本文建立的理论形式和仿真方法可以有效评估束流品质控制目标和工程热设计之间的依赖关系,以指导高效费比的工程设计。     

猝发强流多脉冲电子束源物理设计

给出一台脉冲间隔100～1 000 ns、脉冲数2~5个、二极管电压3 MV、引出束流强度2.5 kA的猝发多脉冲电子束源的物理设计及初步调试结果。在设计中,采用感应叠加和阻抗匹配方案获得二极管高电压脉冲;试验中分别采用天鹅绒和大发射面储备式热阴极获得猝发多脉冲电子束。调试结果表明:采用大发射面热阴极可避免阴极等离子体产生,确保二极管在猝发多脉冲状态下稳定运行。初步调试获得大于2.7 MV猝发三脉冲二极管高压,并获得1.6 kA的三脉冲电子束流。     

猝发强流多脉冲电子束源物理设计

给出一台脉冲间隔100～1 000 ns、脉冲数2~5个、二极管电压3 MV、引出束流强度2.5 kA的猝发多脉冲电子束源的物理设计及初步调试结果。在设计中,采用感应叠加和阻抗匹配方案获得二极管高电压脉冲;试验中分别采用天鹅绒和大发射面储备式热阴极获得猝发多脉冲电子束。调试结果表明：采用大发射面热阴极可避免阴极等离子体产生,确保二极管在猝发多脉冲状态下稳定运行。初步调试获得大于2.7 MV猝发三脉冲二极管高压,并获得1.6 kA的三脉冲电子束流。