静电加速管中强流空间电荷效应的研究

 对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的加速管中的空间电荷效应作了5点假设，建立了物理模型。对模型的束内外径向电位分布、空间电荷对轴上电位的影响，以及空间电荷力对束流传输的影响等进行了理论分析，得到了束内径向电位分布。结果表明：束流内部径向电位沿径向均呈抛物线变化，并在轴上达到最小值；而空间电荷产生的束内电场与半径呈线性变化；空间电荷不仅会引起轴上电位的跌落，而且对束流有发散作用，特别是在电子速度较低时更为明显。在考虑了空间电荷效应后，强流静电加速管的电场设计关键在加速管的前端，与弱流加速管相比，强流加速管的电场变化要大得多。     

新型热电子发电机

<正>德国和美国的研究人员开发出一种将热或光转换成电能的新型热电子发电机。新的设计克服了"空间电荷效应问题",这个问题阻碍着实用设备的研制。新型发电机的效率大约是以前的发电机效率的4倍。这种新技术可应用于太阳能发电及废热利用等方面。热电子发电机利用由真空隔开的两块金属板之间的温差来将热或光转换成电流。热的那块金属板由入射光或热传导来加热,使得电子从金属板的表面蒸发     

Capacitance of Organic Schottky Diodes Based on Copper Phthalocyanine （CuPc）

The capacitance of an organic Schottky diode based on copper phthalocyanine （CuPc） is investigated. Based on the organic small-signal equivalent model established, we calculate the reverse capacitance CMetal Of the organic Schottky diode with different kinds of metal cathodes （Mg, Al, Au）. It is found that the reverse capacitance of the organic Schottky diode shows behavior as CMg 〉 CAl 〉 CAu at the same frequency, and according to our analysis, the reverse Schottky junction capacitance Cj is expected to have little effect on the reverse capacitance of the organic Schottky diode, and the space-charge limited current capacitance Us is considered to dominate the reverse capacitance, which limits the improvement of frequency characteristics of organic Schottky diodes.     

气体探测器雪崩过程的研究

基于汤逊气体放大电子雪崩模型和一定的物理假设,导出描绘气体探测器中正比模式和有限正比模式的一个统一公式.该公式很好地符合实验事实,由此还得到了描述空间电荷作用强弱的参数──等效电容以及表征探测器工作状态的参量──线性度.同时,在假定SQS雪崩中空间电荷起重要作用的情况下,该公式很好地描述了其输出电量随高压的线性关系.     

夫兰克-赫兹实验控制栅电压对板流的作用探究

针对夫兰克-赫兹实验中反复发现的板极电流随控制栅电压的增大先增大后减小这一非单调性变化趋势,就控制栅电压对板极电流的作用机理展开实验探究与理论分析.在说明控制栅电压通过抑制空间电荷限流效应而对板流起增大作用外,本文着重基于冉绍尔-汤森效应、分子动理论、傅里叶导热定律及碰撞空间与碰撞概率理论揭示了控制栅电压通过削弱阴极本底电流与增大碰撞概率对板极电流的减小作用,并结合阴极发射理论提出了上述双重作用在控制栅电压不同变动范围内的主导性互换机制,最终形成了完整的控制栅电压对板流的双重对立作用机理.     

The Effect of the Semiconductive Screen on Space Charge Suppression in Cross-Linked Polyethylene

The space charge distributions of cross-linked polyethylene （XLPE） with Borouge＇s BorlinkTM semiconductive screen type LE0550 and LE0595 from a pulsed electro-acoustic method are obtained. The contact interface morphology at the semiconductive screen and the structure of XLPE near the interface are characterized. The dielectric spectrum and the conductivity current of XLPE with the different semiconduetive electrodes are com- pared. The semiconduetive screen changes the structure and the dielectric characteristic of XLPE near the contact interface, which may be the main reason for space charge suppression in XLPE with Borouge＇s type LEO550 semiconduetive screen.     

激光加速质子束空间电荷力研究（英文）

激光加速器可以输出具有独特品质的质子束,例如μm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强,对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响,比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过10¹⁰后空间电荷力显著影响质子束传输,甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱,离开靶约1.2 mm。     

高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80 pC的电子束在350 keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14 mmmrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27 mmmrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。     

基于PIC方法的二维束流动力学模拟程序及其初步应用

为了深入研究强流负氢束在强流质子回旋加速器CYCIAE-100轴向注入线中的传输, 利用split-operator方法分解外场和束流自身的空间电荷场的作用. 对外 场利用单粒子跟踪技术, 采用一阶线性近似; 对空间电荷场采用PIC方法, 利用 快速傅里叶变换求解Poisson方程. 用FORTRAN95语言开发了一个基于面向对象技术的二维宏粒子传输计算程序CYCPIC2D, 本程序可以计算任意分布的强流束在输运线上的传输.最后给出了对CYCIAE-100注入线的模拟计算结果, 并和程序ORBIT, TRACE 3-D的结果进行比对验证, 结果表明: 空间电荷效应在此注入线上有较大的影响, 而且3个程序计算的不同中性化的结果基本上一致; 束流强度达到几十毫安时, 基于PIC方法的两个程序CYCPIC2D和ORBIT的计算结果完全吻合, 而线性近似程序TRACE 3-D有明显差异.     

强流相对论性电子束在低压中性气体中传输的研究

本文给出了强流相对论性电子束(IREB)在低压中性气体中传输特性的理论和实验研究结果。660kV,40kA,脉宽100ns的电子束注入充有H_2,N_2的漂移管,稳定的传输气压范围在(0.7-6.7)×10~2Pa间,传输效率可达80％以上;极低气压时(P≈13.3Pa)由于空间电荷效应,束电子被虚阴极阻滞并径向发散,不能有效传输;而较高气压时,束电子除受自身电磁场作用及库仑碰撞散射外,等离子体不稳定性使束流传输效率明显降低。用蒙特·卡洛法及数值解析法对电荷中和、电流中和过程进行了模拟计算并解释了实验结果。