轴对称静电场的束流光学模拟与设计

为了对高压倍加器和静电加速器等低能加速器中一些具有特殊结构的轴对称静电元件进行模拟和设计,采用传输矩阵法编写了直流束的束流光学计算程序,并利用该程序对高频离子源预聚焦系统和移动式加速器中子源的束流光学系统进行了模拟和设计。程序将整个轴对称静电场区域看作厚透镜,并均分成若干个小区间,先利用其他电磁场软件计算区域内的轴上电势分布,然后根据该电势分布计算每个小区间内的束流传输情况得到束流的包络曲线。该程序可以用于计算非线性效应可忽略的复杂轴对称静电场中强流和弱流束的传输,且所需计算时间很短。     

磁质谱仪控制系统的设计与研制

运用数字化处理、计算机网络等先进技术,实现对磁质谱仪的远程控制。简要介绍磁质谱仪工作原理。根据该磁质谱仪系统所包含的设备种类,设计了基于以太网的二级控制结构。实现了各种运行参数的远程调节、状态回读的基本功能,并设置了真空-高压/分析磁铁电源、门禁-高压/分析磁铁电源的安全联锁保护。针对触发控制延时时间在0~20 μs连续可调的极高要求,设计了一套触发束采系统。通过测试,系统获得了满足物理实验需求的谱图。经过数十小时的实验,系统运行稳定、操作性强,很好地满足了用户的实验需求。     

一种基于吸气电极的新型真空触发开关

针对真空触发开关触发时延和抖动大、使用寿命不长的难题,设计了一种基于吸气电极的新型真空触发开关,开展工作寿命测试实验和不同触发极性、主间隙电压和触发能量下的导通特性实验。实验结果表明:与纯金属电极开关相比,吸气电极开关的触发时延和抖动更小,工作寿命更长。负极性触发时的触发时延和抖动均远低于正极性触发。正极性触发的触发时延为1.7～3 μs,抖动为300～700 ns,而负极性触发的触发时延为400～600 ns,抖动为30～70 ns。触发时延和抖动都随着触发能量的增大而减小,但当能量高于一定值后,触发能量对导通特性的影响趋于饱和。     

脉冲束流引出时的等离子体鞘层变化

采用一维无碰撞的动力学鞘层模型计算了脉冲等离子体在恒压引出时的等离子体鞘层厚度变化,分别对短脉冲和长脉冲放电时的离子源发射面演变进行了分析。结果表明:对于短脉冲放电,发射面位置的变化相对等离子体密度的变化存在一定时间的延迟;对于长脉冲的上升沿和直流放电的开启阶段,鞘层厚度变化的速度与离子初始速度相关,稳定后发射面的位置与离子初始速度和等离子体密度的乘积相关。     

胡椒孔法在强流脉冲离子束中的发射度测量

真空弧离子源的引出束流具有低能、强流等特点,当离子源工作在单脉冲模式时,被广泛采用的缝-杯式和Alison式发射度测量方法不再适用。采用基于成像板的胡椒孔法测量了真空弧离子源的发射度。初步研制了胡椒孔法发射度测量装置,利用该装置测量了引出电压为64 kV时脉冲束流的发射度和发射相图。在x方向和y方向,测得归一化均方根发射度分别为6.41,4.61 mmmrad。测量结果表明该真空弧离子源在64 kV时的归一化发射度远大于其他类型的离子源的发射度。     

强电场中的脉冲束流强度测量方法

针对强电场中电场渗透的问题,采用特殊的法拉第筒法测量脉冲束流强度:在法拉第筒入口处用栅网屏蔽强电场,并用在收集板上加正压的方式抑制二次电子。采用解析计算和数值模拟方式对栅网的形状进行了选择,在同样的栅网丝宽和透过率的前提下,通过正六边形栅网的渗透电场最弱,因此选择正六边形栅网。将设计的法拉第筒用于一台真空弧离子源的束流强度测量,获得了该离子源的束流强度波形,其峰值流强约为550 mA;利用测量结果计算了混合离子束在Cu收集板上的二次电子发射系数,约为2.0。