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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

单晶LaB6热阴极直流发射特性实验研究

实验利用二极管型电子枪研究了单晶LaB6热阴极的直流发射特性。阴阳极间距5 mm,从直径为2 mm发射体上测得175 mA直流束流（阴极温度约为1 870 K、阴阳极电压6.5 kV、空间电荷限制状态）,电流密度为5.57 A/cm2。采用Longo方程拟合直流发射电流,该方法比以往单纯用Child或Richardson- Dushman公式更符合实际。实验还观测了阴极工作环境和表面状态对直流发射的影响,当真空度低于7×10-4 Pa时,阴极发射能力逐渐下降,阴极表面碳、氧污染使发射体功函数升高。长时间加热后,石墨上会蒸镀LaB6,由此会造成热子电阻的下降。分析表明La原子补充不及时和表面气体吸附是影响直流发射能力的主要因素。     

单晶LaB6热阴极直流发射特性实验研究

 实验利用二极管型电子枪研究了单晶LaB₆热阴极的直流发射特性。阴阳极间距5 mm,从直径为2 mm发射体上测得175 mA直流束流（阴极温度约为1 870 K、阴阳极电压6.5 kV、空间电荷限制状态）,电流密度为5.57 A/cm2。采用Longo方程拟合直流发射电流,该方法比以往单纯用Child或Richardson- Dushman公式更符合实际。实验还观测了阴极工作环境和表面状态对直流发射的影响,当真空度低于7×10^-4 Pa时,阴极发射能力逐渐下降,阴极表面碳、氧污染使发射体功函数升高。长时间加热后,石墨上会蒸镀LaB6,由此会造成热子电阻的下降。分析表明La原子补充不及时和表面气体吸附是影响直流发射能力的主要因素。     

直线感应加速器用光阴极实验研究

通过适当地改造2 MeV注入器实验平台,使系统具备了开展光阴极研究的能力,主要的改动有:将观察窗材料改为石英,增加266 nm固体激光器,对原有的时序控制方式进行修改以满足同步触发方面的要求。研究的阴极材料为含钪储备式热阴极,实验中最高加热到了740℃,观测到了光电发射和光致等离子体发射现象,最大的激光功率密度为1.3 MW/cm2,最大发射电流密度约为16 A/cm2,光电发射的量子效率约为0.05‰。     

直线感应加速器用光阴极实验研究

通过适当地改造2 MeV注入器实验平台,使系统具备了开展光阴极研究的能力,主要的改动有：将观察窗材料改为石英,增加266 nm固体激光器,对原有的时序控制方式进行修改以满足同步触发方面的要求。研究的阴极材料为含钪储备式热阴极,实验中最高加热到了740 ℃,观测到了光电发射和光致等离子体发射现象,最大的激光功率密度为1.3 MW/cm2,最大发射电流密度约为16 A/cm2,光电发射的量子效率约为0.05‰。