真空室材料二次电子产额特性研究

设计了针对加速器真空室材料样品的二次电子产额测试装置. 对测试装置的设计及测试过程进行了详细介绍, 并给出了常见真空室材料的二次电子产额测试结果以及不锈钢材料在经过镀~TiN~薄膜处理前后的测试对比结果, 分析了影响二次电子产额的一些因素, 为真空室的表面处理提供了依据.     

真空室材料二次电子产额特性研究

设计了针对加速器真空室材料样品的二次电子产额测试装置.对测试装置的设计及测试过程进行了详细介绍,并给出了常见真空室材料的二次电子产额测试结果以及不锈钢材料在经过镀TiN薄膜处理前后的测试对比结果,分析了影响二次电子产额的一些因素,为真空室的表面处理提供了依据.     

超导直线增能器低温恒温柜的研制

文中详细介绍了超导直线增能器用低温恒温柜的研制过程.采用液氮冷屏保护,液氦作冷源,冷却四只QWR超导腔;静态热损耗小于10W,高频功率负载条件下总热损耗小于50W.该装置还具有机械调谐和功率调谐功能,设备的测量、控制和数据采集采用壹套PLC和工控机来完成,设备的自动化程度和可靠性较高.     

HL-LHC双孔径校正超导磁体低温测试实验研究

双孔径校正超导磁体是大型强子对撞机亮度升级项目的重要组成部分,在4.2 K低温环境下对该磁体进行励磁及性能测试。为避免磁体在降温过程中产生较大的热应力,要求降温过程中磁体各点最大温差不超过30 K。同时,为节省液氦与降温梯度均匀,特设计了一个铜筒体结构用于该磁体的降温和测试,降温过程分为液氮换热降温和液氦直冷降温两个阶段。实验测试结果表明静态液氦消耗速率为55.571 L/h,电流为407 A失超时液氦总消耗52 L、静态消耗16.116 L、内部泄能消耗22.08 L,即液氦消耗不仅包括测试系统的静态消耗、泄能消耗,还存在液氦溢出损耗。     

高能加速器中的低温超导技术

 高能物理与低温物理本是两个独立的研究领域,在各自的能量区域里并没有重叠.然而低温制冷和低温超导技术在高能物理和高能加速器中,显示了相当高的应用价值.     

场致发射与二次电子倍增效应的程序开发

与瑞士保罗希尔研究所合作,在双方合作开发的通用加速器模拟程序库OPAL中添加了3维复杂几何处理模块及场致发射与二次电子发射模块,使得OPAL具备了进行3维复杂结构中场致发射与二次电子倍增效应模拟的能力,可用于优化复杂高频/微波器件的结构设计从而抑制暗电流发射或二次电子倍增效应。     

场致发射与二次电子倍增效应的程序开发

与瑞士保罗希尔研究所合作,在双方合作开发的通用加速器模拟程序库OPAL中添加了3维复杂几何处理模块及场致发射与二次电子发射模块,使得OPAL具备了进行3维复杂结构中场致发射与二次电子倍增效应模拟的能力,可用于优化复杂高频/微波器件的结构设计从而抑制暗电流发射或二次电子倍增效应。     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备,具有高效、快速响应等优点.本文描述了10 Mvar高温超导同步调相机的总体结构,励磁绕组采用YBCO高温超导带材绕制而成,通过循环的20 K冷氦气进行冷却.低温系统主要包含3台制冷机、1台氦气泵、冷头换热器及其他辅助设备,通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接.本文重点介绍了低温系统的设计方法,包括转子、绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法,并通过多次降温试验进行实验验证.通过对带负载试验结果分析得出：存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数,使得电机转子部分获的最佳冷却效果.通过与300 kvar高温超导同步调相机的耦合测试发现,所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K,满足调相机应用中对低温环境的要求.     

绝热材料低温热导率测试系统设计及试验研究

设计了一套绝热材料低温热导率测试系统。该系统以G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法对G10材料的热导率进行了试验研究。结果表明:该系统使用温区广,在4K~300K之间;通过测试两种不同尺寸样品的热导率,得到测试误差在2.9%以内,说明了该系统对绝热材料热导率的测试是可实现重复性的。利用该低温热导率测试系统可对其他不可压缩绝热材料的热导率进行测量。     

低温法兰密封实验研究

低温真空密封法兰在航天、超导等行业中有着广泛的应用。如超导加速器中,为了达到真空密封要求,使用了大量的低温密封法兰,其密封性能的好坏直接影响了加速器是否能够正常运行。介绍了铝镁合金圈密封法兰、无氧铜圈CF刀口法兰、铟丝密封法兰真空密封关键影响因素,如扭矩、温度、螺栓种类,对真空密封性能影响研究结果。     

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。     

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。     

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.     

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.     

The charging stability of different silica glasses studied by measuring the secondary electron emission yield

This paper reports that the charging properties of lead silica,Suprasil silica and Infrasil silica are investigated by measuring the secondary electron emission(SEE) yield.At a primary electron beam energy of 25 keV,the intrinsic SEE yields measured at very low injection dose are 0.54,0.29 and 0.35,respectively for lead silica,Suprasil and Infrasil silica glass.During the first e-beam irradiation at a high injection current density,the SEE yields of lead silica and Suprasil increase continuously and slowly from their initial values to a steady state.At the steady state,the SEE yields of lead silica and Suprasil are 0.94 and 0.93,respectively.In Infrasil,several charging and discharging processes are observed during the experiment.This shows that Infrasil does not reach its steady state.Two hours later,all samples are irradiated again in the same place as the first irradiation at a low current density and low dose.The SEE yields of lead silica,Suprasil and Infrasil are 0.69,0.76 and 0.55,respectively.Twenty hours later,the values are 0.62,0.64 and 0.33,respectively,for lead silica,Suprasil and Infrasil.These results show that Infrasil has poor charging stability.Comparatively,the charging stability of lead silica is better,and Suprasil has the best characteristics.     

Influence of surface topography on the secondary electron yield of clean copper samples

Secondary electron yield (SEY) due to electron impact depends strongly on surface topography. The SEY of copper samples after Ar-ion bombardment is measured in situ in a multifunctional ultrahigh vacuum system. Increasing the ion energy or duration of ion bombardment can even enlarge the SEY, though it is relatively low under moderate bombardment intensity. The results obtained with scanning electron microscopy and atomic force microscopy images demonstrate that many valley structures of original sample surfaces can be smoothed due to ion bombardment, but more hill structures are generated with stronger bombardment intensity. With increasing the surface roughness in the observed range, the maximum SEY decreases from 1.2 to 1.07 at a surface characterized by valleys, while it again increases to 1.33 at a surface spread with hills. This phenomenon indicates that hill and valley structures are respectively effective in increasing and decreasing the SEY. These obtained results thus provide a comprehensive insight into the surface topography influence on the secondary electron emission characteristics in scanning electron microscopy.     

高能质子束流强度绝对测量的二次电子补偿原理研究

高能质子入射到金属接收体表面诱发的二次电子直接影响束流强度的测量精度,如何消除二次电子影响是实现束流高精度测量的关键.根据高能带电粒子在金属表面诱发二次电子发射理论,对高能质子束流强度测量的二次电子补偿原理进行了研究,设计了二次电子补偿结构.采用三块金属极板构成的实验装置在高能质子源上开展实验研究,实验测得在中间极板上输出的电流与入射质子束流强度的比值小于0.7%,中间极板上二次电子得到补偿,验证了二次电子补偿原理的正确性.研究表明,采用设计的二次电子补偿结构对高能质子束流强度进行测量时二次电子贡献小于1%.     

Effect of Cu doping on the secondary electron yield of carbon films on Ag-plated aluminum alloy

Reducing the secondary electron yield (SEY) of Ag-plated aluminum alloy is important for high-power microwave components. In this work, Cu doped carbon films are prepared and the secondary electron emission characteristics are studied systematically. The secondary electron coefficient δ_max of carbon films increases with the Cu contents increasing at first, and then decreases to 1.53 at a high doping ratio of 0.645. From the viewpoint of surface structure, the higher the content of Cu is, the rougher the surface is, since more cluster particles appear on the surface due to the small solid solubility of Cu in the amorphous carbon network. However, from viewpoint of the electronic structure, the reduction of the sp² hybrid bonds will increase the SEY effect as the content of Cu increases, due to the decreasing probability of collision with free electrons. Thus, the two mechanisms would compete and coexist to affect the SEY characteristics in Cu doped carbon films.