Plasma characterization on carbon fiber cathode by spectroscopic diagnostics

This paper mainly investigates plasma characterization on carbon fiber cathodes with and without cesium iodide (CsI) coating powered by a ～300~ns, ～ 200~kV accelerating pulse. It was found that the CsI layers can not only improve the diode voltage, but also maintain a stable perveance. This indicates a slowly changed diode gap or a low cathode plasma expansion velocity. By spectroscopic diagnostics, in the vicinity of the cathode surface the average plasma density and temperature were found to be ～ 3× 10¹⁴~cm^-3 and ～ 5~eV, respectively, for an electron current density of ～ 40~A/cm². Furthermore, there exists a multicomponent plasma expansion toward the anode. The plasma expansion velocity, corresponding to the carbon and hydrogen ions, is estimated to be ～ 1.5~cm/μ s. Most notably, Cs spectroscopic line was obtained only at the distance ≤ 0.5~mm from the cathode surface. Carbon and hydrogen ions are obtained up to the distance of 2.5~mm from the cathode surface. Cs ions almost remain at the vicinity of the cathode surface. These results show that the addition of CsI enables a slow cathode plasma expansion toward the anode, providing a positive prospect for developing long-pulse electron beam sources.     

碳纤维阴极的电子发射机制

 建立了金属阴极和碳纤维阴极的电子发射机制模型,发射后的阴极和碳纤维阴极的微观照片证实了模型的正确性。实验结果与分析表明：一种优化的阴极应该具备多种电子发射机制,整个阴极的电子发射更均匀,碳纤维阴极的电子发射不仅具有尖端的场发射,而且伴随着侧向的表面闪络(随纹)。此外和金属阴极相比较,处理后碳纤维阴极具有较慢的等离子体膨胀速度(≤1 cm/μs)并使该实验用微波源具有较宽的微波脉冲输出(≥200 ns)。     

充氦气对多波切伦柯夫振荡器工作特性的影响

采用PIC模拟方法,研究了具有谐振腔的多波切伦柯夫振荡器在充入不同密度的氦气下工作的物理过程,分析了等离子体产生物理机制及其对微波输出影响。结果表明,等离子体的产生是由于电子束对氦原子的碰撞电离及其雪崩效应引起的。由于电离产生的正离子有利于束的传输和群聚,当在一定范围内增加氦气密度时,可减小微波起振时间,提高束波能量转换效率,但并不改变微波频率;进一步增大气体密度,微波起振时间增大、效率下降,甚至出现脉冲缩短现象。     

电感储能加速器运行中电磁辐射的实验研究

发现了一个被普遍忽视的问题,在电感储能加速器运行中产生很强的电磁辐射.这种电磁辐射在一定距离范围内可以对测量仪器造成破坏.通过多次测量,发现此辐射主频在75MHz左右,频谱较宽,是一低频电磁波.以同轴电缆作为测量仪器的替代物,测量辐射场对同轴电缆的作用,罗氏线圈测得电流幅值达217mA.辐射可能是由回路LC振荡或者加速器中的电爆炸丝开关引起的.基于LC振荡和电爆炸丝的工作原理,分别讨论了辐射产生的物理过程.我们更倾向于认为辐射来源于开关导通引起的回路LC振荡.此外,辐射强度受电流的变化率影响,初级回路电流变化慢,次级回路变化快,这样产生了一弱一强的两个辐射信号.这些为进一步研究电感储能加速器运行中的电磁辐射及防护提供实验支持.     

电感储能加速器运行中电磁辐射的实验研究

发现了一个被普遍忽视的问题, 在电感储能加速器运行中产生很强的电磁辐射. 这种电磁辐射在一定距离范围内可以对测量仪器造成破坏. 通过多次测量, 发现此辐射主频在75MHz左右, 频谱较宽, 是一低频电磁波. 以同轴电缆作为测量仪器的替代物, 测量辐射场对同轴电缆的作用, 罗氏线圈测得电流幅值达217mA. 辐射可能是由回路LC振荡或者加速器中的电爆炸丝开关引起的. 基于LC振荡和电爆炸丝的工作原理, 分别讨论了辐射产生的物理过程. 我们更倾向于认为辐射来源于开关导通引起的回路LC振荡. 此外, 辐射强度受电流的变化率影响, 初级回路电流变化慢, 次级回路变化快, 这样产生了一弱一强的两个辐射信号. 这些为进一步研究电感储能加速器运行中的电磁辐射及防护提供实验支持.     

薄板型介质材料复介电常数的无损测量

采用带法兰结构的TE01n圆柱谐振腔,用无损检测的方法测量薄板型微波介质材料的复介电常数。利用轴向模式匹配法对谐振腔内的电磁场进行了求解,给出了相对介电常数和损耗角正切的计算公式,并利用矢量网络分析仪对几种常用微波介质材料进行了测量,其结果表明:该测量方法对相对介电常数的测量误差不超过1%,而对损耗角正切的测量误差不超过10%。该方法还具备一腔多模的测试能力,测量频率可调,可用于介质材料频率特性的测量。     

无箔二极管径向绝缘的数值模拟研究

 介绍绝缘子表面闪络的物理机制，对四种径向绝缘结构模型，用PIC数值模拟方法计算绝缘子表面的电场分布，比较它们三结合点以及沿绝缘子表面的合成电场大小，加导引磁场，考虑电子束发射、模拟电子回流对绝缘子表面闪络的影响，由此提出优化结构，对实际工程设计绝缘子有重要意义。     

气体触发开关击穿过程的光学测量实验研究

文章首先介绍了气体触发开关的三电极结构,SFC-PR0超高速相机的主要性能参数和使用HSFC-PR0超高速相机进行气体触发开关的击穿过程的光学测量实验的实验设计,并利用ANSYS软件对触发开关三电极导通过程进行静电场模拟.初步实验结果表明,气体触发开关击穿过程可分为两个阶段,即触发极与正电极击穿后再与负电极击穿,实验结果与静电场模拟结论一致.该气体触发开关在2411s时正负电极已完全击穿导通,击穿过程迅速,并且击穿导通过程在10.5μs以上,至4.5μs时间内正负电极之间放电火花依次明显增强,而6至10.5μs内放电火花依次减弱,到10.5μs时放电火花最弱,气体触发开关击穿导通过程基本结束.实验证明,超高速相机是研究开关快速击穿放电导通过程的有效手段,本实验为进一步研究高压开关击穿导通过程并提高开关耐压性能提供了参考.     

一种T形高功率微波功率合成器

提出了一种新型功率合成器,其工作原理为：通过在两个相互垂直的过模矩形波导中放置两组相互垂直的金属插板,对具有不同极化方向的矩形波导TE10模进行隔离传输,实现高功率微波的双路通道功率合成。基于这一原理初步设计了一个中心频率为9.55 GHz的功率合成器,并进行了数值模拟。模拟结果表明：这种功率合成器可以承受高功率,单通道工作时的功率容量分别大于7.31 GW和6.83 GW,中心频率上两个通道的单模功率传输效率分别达到了98%和99%,反射损耗分别小于-36 dB和-21 dB,通道之间的耦合损耗分别小于-30 dB和-45 dB。     

气体触发开关击穿过程的光学测量实验研究

文章首先介绍了气体触发开关的三电极结构, HSFC-PRO超高速相机的主要性能参数和使用HSFC-PRO超高速相机进行气体触发开关的击穿过程的光学测量实验的实验设计, 并利用ANSYS软件对触发开关三电极导通过程进行静电场模拟. 初步实验结果表明, 气体触发开关击穿过程可分为两个阶段, 即触发极与正电极击穿后再与负电极击穿, 实验结果与静电场模拟结论一致. 该气体触发开关在24ns时正负电极已完全击穿导通, 击穿过程迅速, 并且击穿导通过程在10.5μs以上, 0至4.5μs时间内正负电极之间放电火花依次明显增强, 而6至10.5μs内放电火花依次减弱, 到10.5μs时放电火花最弱, 气体触发开关击穿导通过程基本结束. 实验证明, 超高速相机是研究开关快速击穿放电导通过程的有效手段, 本实验为进一步研究高压开关击穿导通过程并提高开关耐压性能提供了参考.