库仑定理导出的2维空间电荷限制流一级近似公式

为了准确计算空间电荷效应,从库仑定律和电流连续性方程出发,通过求解带电粒子群在空间某点产生的电场,再考虑到一系列合理的近似,最后得到了轴对称圆柱导体构形的空间电荷限制流的2维一级近似公式,结果显示,对于有限平面的电荷限制流大于经典1维限制流。     

二维空间电荷限制流实验研究

对基于圆柱平板结构电子枪的二维空间电荷限制流进行了研究.采用粒子模拟软件详细探讨了二维空间电荷限制流随间距、电压、逸出功、温度、阴极结构等物理量的变化关系.设计了一种实用圆柱平板结构电子枪,对其空间电荷限制流和发射性能进行了实验探索.通过测试,发射电流与二维模型的比较吻合,远大于一维模型的结果.     

基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

真空二极管是电子束源装置中的一个关键部件, 其阴极发射的电子束进入二极管阴阳极间隙区会产生很强的空间电荷限制效应. 本文针对平板真空二极管中的空间电荷限制效应物理模型, 从库仑定律的积分形式出发, 选取了不同参数的阴极半径与阴阳极间隙距离之比, 计算得到了真空二极管阴阳极间隙区的电场分布情况, 从而避免了采用Poisson方程求解时需要处理复杂的非线性偏微分方程这一问题. 结果表明, 基于库仑定律的计算结果与从Child-Langmuir定律分析得到的结果仅相差一个与二 极管极板边界条件有关的修正量. 当二极管阴极半径与阴阳极间隙距离之比 R/D>10时,一维空间电荷限制定律将是一个较好的近似结果,当 R/D较小时, 用该定律计算误差较大,在实际物理问题中需要谨慎使用.     

轴对称真空二极管空间电荷限制流

基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而后出现振荡并趋于一个稳定状态;二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小,且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。     

轴对称平板二极管空间电荷限制流的2维效应

应用精度较高的体积加权电荷、电流分配模型,对轴对称平板二极管的空间电荷限制流2维效应进行了粒子模拟研究。选取电压分别为100 kV和1 MV两种情况,对空间电荷限制流受二极管尺寸影响的规律进行了模拟。模拟结果表明,2维效应使空间电荷限制流密度随二极管形状因子(阴极发射半径与阴阳极间隙的比值)的减小而增大,且受相对论效应的影响不明显。经数值拟合得到了空间电荷限制流2维效应与形状因子相关的二阶经验公式,其一阶系数与一阶理论结果基本一致,约为1/4。     

轴对称平板二极管空间电荷限制流的2维效应

 应用精度较高的体积加权电荷、电流分配模型,对轴对称平板二极管的空间电荷限制流2维效应进行了粒子模拟研究。选取电压分别为100 kV和1 MV两种情况,对空间电荷限制流受二极管尺寸影响的规律进行了模拟。模拟结果表明,2维效应使空间电荷限制流密度随二极管形状因子(阴极发射半径与阴阳极间隙的比值)的减小而增大,且受相对论效应的影响不明显。经数值拟合得到了空间电荷限制流2维效应与形状因子相关的二阶经验公式,其一阶系数与一阶理论结果基本一致,约为1/4。     

电子初始能量对双向流二极管空间电荷限制流密度的影响

从理论上研究了阴极发射电子初始能量对一维平面非相对论性双向流二极管内空间电荷限制电子、离子流密度的影响,并与阴极发射电子初始能量为0情况下的空间电荷限制电子、离子流密度进行了比较。     

电子初始能量对双向流二极管空间电荷限制流密度的影响

 从理论上研究了阴极发射电子初始能量对一维平面非相对论性双向流二极管内空间电荷限制电子、离子流密度的影响,并与阴极发射电子初始能量为0情况下的空间电荷限制电子、离子流密度进行了比较。     

空间电荷限制流与传导电流的定量关系

从空间电荷限制流假设、Poisson方程及电子正则动量守恒关系出发,推导了平板形、同轴圆柱和共顶点同轴圆锥三种导体构形的空间电荷流随传导电流变化的广义Poisson方程,给出了求解方法及解的基本特征,分析比较了三种导体构形空间电荷限制流的基本性质。通过推导,计算和分析可得：各种电压条件下传导电流对空间电荷限制（SCL） 流的作用效果不一样,电压越高传导电流提高磁绝缘程度的作用越显著;当几何因子(即高阻抗)较小时其它两种导体的SCL流与平板形相差较大,几何因子较大时与平板形十分接近;同样电压条件下负极性的SCL流比平板形小、正极形正好相反,而相同几何因子条件下同轴圆筒的SCL流比共顶点同轴圆锥的小;在分析研究低阻抗MITL时,采用SCL流的平板近似不会带来大的误差。在描述时变脉冲作用于MITL时,可以通过对SCL流随电压、传导电流变化的曲面函数插值的方法确定各个时刻的磁绝缘状态。     

空间电荷限制流与传导电流的定量关系

 从空间电荷限制流假设、Poisson方程及电子正则动量守恒关系出发,推导了平板形、同轴圆柱和共顶点同轴圆锥三种导体构形的空间电荷流随传导电流变化的广义Poisson方程,给出了求解方法及解的基本特征,分析比较了三种导体构形空间电荷限制流的基本性质。通过推导,计算和分析可得：各种电压条件下传导电流对空间电荷限制（SCL） 流的作用效果不一样,电压越高传导电流提高磁绝缘程度的作用越显著;当几何因子(即高阻抗)较小时其它两种导体的SCL流与平板形相差较大,几何因子较大时与平板形十分接近;同样电压条件下负极性的SCL流比平板形小、正极形正好相反,而相同几何因子条件下同轴圆筒的SCL流比共顶点同轴圆锥的小;在分析研究低阻抗MITL时,采用SCL流的平板近似不会带来大的误差。在描述时变脉冲作用于MITL时,可以通过对SCL流随电压、传导电流变化的曲面函数插值的方法确定各个时刻的磁绝缘状态。