离子对rod-pinch二极管工作特性的影响

 利用PIC粒子模拟方法，结合对同轴结构二极管工作模式的半解析描述，研究了离子存在与否对rod-pinch二极管（RPD）工作特性的影响。模拟给出了二极管的伏安特性、不同时刻电子和离子的相空间分布以及空间电流分布等。结果表明随着电流逐渐增大，其工作模式从空间电荷限制流依次向弱箍缩流和磁绝缘流转变。只有存在离子的情况下，电子才能沿着阳极杆表面运动并在其末端发生箍缩，表明RPD中离子电流的存在对于RPD工作是必需的。     

阳极杆箍缩二极管的理论模型及物理特性

闪光X射线源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(RPD)作为其重要组成部分之一,直接影响闪光X射线源照相质量。研究RPD物理特性对二极管物理结构优化设计及实验调试具有重要意义。分析了RPD空间电荷限制、弱箍缩和磁绝缘阶段物理模型。基于PIC模拟技术,编写了计算程序,研究了RPD不同阶段的电子电流、离子电流及电子束箍缩物理特性。通过理论分析,获得了特定几何结构RPD物理模型修正系数及各个阶段离子电流与电子电流比,验证了粒子模拟代码的有效性。模拟结果表明:空间电荷限制阶段,粒子模拟结果与双极性流计算结果一致;在弱箍缩和磁绝缘阶段,粒子模拟得到的总电流与磁绝缘模型计算结果一致,且与文献给出的经验拟合表达式计算结果一致;磁绝缘阶段离子电流与电子电流之比与电压和二极管几何结构相关,给出了离子电子电流比增大系数η与电压和阴阳极半径比的关系,该系数受电子、离子在不同结构二极管渡越时间的影响,随电压和阴阳极半径比增加而逼近恒定值。     

Rod-pinch 二极管理论及数值模拟

 介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理，采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性。考虑背景空间离子电荷的影响，用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程，并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟，求解二极管中的电压和电流，最终得出二极管的阻抗特性，在较低电压下，负极性RPD的性能明显不如正极性RPD。根据临界电流经验公式，初步验证Laminar理论模型的可行性。     

Rod-pinch 二极管理论及数值模拟

介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理，采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性。考虑背景空间离子电荷的影响，用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程，并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟，求解二极管中的电压和电流，最终得出二极管的阻抗特性，在较低电压下，负极性RPD的性能明显不如正极性RPD。根据临界电流经验公式，初步验证Laminar理论模型的可行性。     

1MV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。     

强流电子束无箔二极管结构设计与特性研究

 主要叙述高功率二极管的理论模型和结构设计，采用基于引导磁场和相对论近似情况下的空间电荷限制流模型，对磁浸没无箔二极管产生的空心相对论电子束进行了动态数值模拟，研究了二极管几何结构及引导磁场对二极管束流特性的影响。     

高信噪比集成化共振光电探测器

在理论分析的基础上，利用光电二极管的固有结电容和可变电感构成共振电路实现光电探测。通过精简电路并对电路板进行精密布板设计，降低由原内部混频电路带来的杂散寄生电容的影响；利用选定低噪声芯片、低转换损耗混频器及滤波器隔离噪声，构建高信噪比的集成化共振型光电探测器（RPD），并实现了对特定调制信号的高效探测。实验结果表明：在相同条件下，RPD增益在共振频率下比商用宽带探测器（BPD）高大约30 dB。利用RPD获得的锁腔误差信号的峰峰值是BPD的16倍，其误差信号的信噪比比现有BPD高18 dB左右。可见，此RPD能够为高性能压缩态光场制备提供器件支持。     

数百千伏电压下杆箍缩二极管模拟

为了探索杆箍缩二极管(RPD)在冲击加载下物质低密度区成像应用中的可行性,开展了低电压(≤500 kV)运行条件下RPD箍缩物理特性模拟研究。基于Particle-in-cell(PIC)模拟方法,从二极管加载电压幅值、阴极盘厚度、阴阳电极孔径比等方面开展了二极管模拟,从电子箍缩效率、质子流、电子利用率、电场和磁场分布等角度对箍缩物理过程进行了分析。模拟表明:低电压运行条件下普通结构二极管电流较低,不能为电子提供足够的磁场力从而导致较低的电子箍缩效率;采用组合杆结构,并优化阳极杆到轫致辐射靶区的过渡区设计,是在低电压条件下实现小焦斑、高剂量辐射光源的值得探索的技术途径。     

低阻抗强流箍缩电子束二极管的3阶段电子束流模型

 在顺位流模型与“4阶段”粒子流动模型的基础上，提出了一种用于分析100ns／MA级电子束流的低阻抗强箍缩二极管物理过程的理论模式。在这种理论分析模式中，将电子和离子的流动情况随时间的演变过程分成非箍缩电子流、弱箍缩电子流、强箍缩电子流3个不同的阶段，分别结合聚焦流和顺位流模型对各个阶段特性进行估算。利用KARAT PIC数值模拟软件并结合“强光一号”加速器的工作状态，对该类型二极管中电子束的流动过程作了数值模拟，并在“强光一号”加速器上开展了实验研究。数值模拟和实验结果的对比表明，所提出的新的理论分析模式是合理可行的 。     

绝缘环厚度对200kV箍缩反射离子二极管电参数的影响

 给出了箍缩反射离子二极管中绝缘环厚度的选择原则,并从实验上给出了200kV箍缩反射离子二极管的绝缘环厚度对离子束和二极管电参数的影响,当绝缘环厚度为2～3mm时,二极管总电流峰值和离子束流峰值都较大,加速器系统工作状态较稳定。     

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。     

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。     

栅极热变形对离子推力器工作过程影响分析

栅极热变形是影响离子推力器性能和寿命的重要因素. 采用三维粒子方法对栅极系统等离子体输运过程进行模拟, 对比、分析栅极热变形前后栅极系统的电子返流限制、导流系数限制、离子通过率和发散角损失. 结果表明: 栅极热变形增大了屏栅离子通过率和推力器推力值, 并由于加速栅截止电流阈值的提高拓展了推力器工作电流区间, 但电子返流阈值的明显降低对栅极系统可靠工作造成了不利影响.     

用于闪光照相的1MV Rod-Pinch二极管辐射特性

Rod-Pinch二极管(RPD)在小尺度闪光照相方面具有良好的应用前景.根据理论方面的研究结果以及实验室具备的驱动源装置水平,设计了相应结构的RPD,并在1MV工作电压下开展了较为详细的性能实验研究.最终在二极管轴向(0.方向)lm处得到的x光剂量为1.21rad-1.45rad.对于阳极直径为lmm的二极管,其X光焦斑直径仅为0.8mm-1.1mm.X光信号的脉宽为18.1ns-27.5ns.研究表明RPD将是一种用于小尺度闪光照相的理想的X光源.     

一台小型强流脉冲离子束加速器

 介绍了一台小型强流脉冲离子束加速器的结构组成,采用箍缩反射型离子二极管,可以稳定工作的峰值电压为200kV,得到了峰值为1.5kA、脉宽约20ns的离子束流,平均离子流密度110A/cm²。     

用于闪光照相的1MV Rod-Pinch二极管辐射特性

Rod-Pinch二极管(RPD)在小尺度闪光照相方面具有良好的应用前景. 根据理论方面的研究结果以及实验室具备的驱动源装置水平, 设计了相应结构的RPD, 并在1MV工作电压下开展了较为详细的性能实验研究. 最终在二极管轴向(0°方向)1m处得到的X光剂量为1.21rad—1.45rad. 对于阳极直径为1mm的二极管, 其X光焦斑直径仅为0.8mm—1.1mm. X光信号的脉宽为18.1ns—27.5ns. 研究表明RPD将是一种用于小尺度闪光照相的理想的X光源.     

重复频率强流电子束二极管实验研究

 采用静电场模拟对二极管结构及导引磁场位形分布进行了优化设计，利用设计的二极管在高压脉冲发生器上进行了重复频率运行实验研究，给出了相应测试波形，并对不同材料阴极、不同真空度情况下二极管的发射特性进行了比较。在二极管真空度满足一定要求（p＜0.01Pa）条件下以在重复频率方式运行时，不论是石墨阴极还是金属阴极，输出电子束流都比较稳定。设计的二极管电子束电压超过500kV，电流约5kA，脉冲宽度40ns，重复频率100Hz。     

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW），时间响应快（响应时间小于2.0 ns），不需要同步信号，抗干扰能力强等特点。根据不同的需要，可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成，其工作频率范围为波导的工作频率范围；而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导，滤波器和外电路组成，可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量，尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量，为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

百MW过模结构太赫兹源特性

采用粒子模拟方法对一种基于过模结构的表面波振荡器相对论太赫兹源进行了研究,模拟得到了频率为0.148 THz的电磁波输出,主要输出模式为TM01模式。该结构的特点是没有反射结构,电磁波会进入二极管区域。研究了电子束电压和二极管区域内电磁场对输出功率和频率的影响以及器件几何结构参数对输出功率的影响。计算结果表明,泄露到二极管区域的电磁波对器件工作状态影响很小,但是二极管参数对器件的输出功率影响很大。     

具有光子晶体带隙结构的返波振荡器的初步研究

 提出了一种新型的具有光子晶体带隙（PBG）结构的返波振荡器（BWO），利用PBG禁带对BWO工作及输出微波模式进行调制，抑制低次模式，工作在高次模式。通过数值模拟给出了介质柱PBG结构的能带图、禁带限制模式电场分布和周期慢波结构的色散关系曲线，选择晶格常数为0.31 cm，介质柱半径为0.12 cm，介电常数为4.0的三角格子PBG结构可以实现在Ka波段的单一类TM03模式工作，在36～40 GHz的频率范围内，器件可以工作在返波状态，周期长度为0.4 cm。