以BaTiO_3作为填料改善聚乙烯的空间电荷效应

针对高压、超高压直流塑料电力电缆中存在的空间电荷效应，以强极性材料ＢａＴｉＯ３ 作填料，用电声脉冲法装置，详细研究了填料含量对聚乙烯试样中空间电荷分布的影响，讨论了空间电荷的形成和抑制机理．试验结果表明：当ＢａＴｉＯ３ 质量分数为１ ％ 左右时，聚乙烯中空间电荷几乎可完全清除，提高了聚乙烯的直流短路击穿电场强度，根据直流预压电压的极性，其提高率在１２ ％ ～１６ ％之间，略微提高了试样的正负极性的直流击穿电场强度．

果树树冠静电喷雾的空间电荷效应分析

以风送静电喷雾机为例,描述了杀虫剂药液被气流剪切式喷嘴雾化时雾滴的诱导充电过程,建立了一个树冠静电喷雾过程的电子—机械简化模型,用于分析雾滴沉积过程中作用于荷电雾滴的静电力(镜像力、空间电荷力和空间电荷引力)和机械力(重力和拉力)。静电力的相对大小是通过与机械力的力比值作比较的,50μm和100μm两种充电雾滴的典型的力比值说明空间电荷引力在雾滴沉积过程中起着重要的作用。

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。

碳纳米管场致发射中的空间电荷效应

采用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)方法成功制备以碳纳米管束为单元的场致发射阵列,获得很好的场致发射电流发射特性,在电流密度较大时,发现I-V特性偏离由Fowler-Nordheim公式计算出的结果。采用Electron Beam Simulation(EBS)软件进行模拟分析发现:在电流密度较低时,I-V特性能很好与F-N公式吻合。但碳纳米管尖端电流密度大于106A/cm2时,碳纳米管尖端处的有效电场强度受空间电荷的影响比较明显,进而对碳纳米管的场致发射特性显现出不可忽略的影响,此时碳纳米管的发射电流密度开始受到空间电荷的限制。

飞行时间质谱中的空间电荷效应研究

在分子多光子电离实验中,发现母体离子的飞行时间(TOF)质谱峰随激光强度的提高而展宽,此现象归因于离子团内离子间库仑排斥作用的空间电荷效应.为从理论上解释此现象,尝试了从一个简单的理论模型进行推演,得到飞行时间质谱峰的半高全宽(FWHM)与激光能量、样品气体的分压比、电极板的总电压、离子质量及所采用的透镜聚焦焦距之间关系的解析表达式,所得的结果能够很好地说明实验现象.

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 (4 5 0kW )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 。

变像管相机中空间电荷效应的统计动力学分析

从Boltzmann积分微分方程出发推出了保守势场中电子数密度按势能的分布规律,即Boltz-mann统计分布。以此为基础,从统计动力学的角度详细分析了变像管相机中超短电子脉冲内部的空间电荷效应,通过求解Poisson方程得出了表征空间电荷效应的两个特征参量:空间电荷密度分布函数和速度分布函数,并对其按电位的动态变化规律进行了定性讨论。结果表明,限制变像管中的低电位区域和其中光电子脉冲从高电位向低电位传输的区域都将有助于优化整个变像管的性能。同时也重新讨论了光电阴极附近强加速场对光电子脉冲时间弥散的抑制作用,最终确定了其物理机制为不等位区间中电子脉冲空间分布的高度集中性。

空间电荷效应对阴极微凸起热不稳定性的影响

由于金属微凸起爆炸电子发射的预发射电流密度一般都超过108A/cm2,因此必须考虑其空间电荷效应的影响。基于金属微凸起爆炸电子发射起始过程模型,通过理论分析和数值模拟,给出了考虑预发射电流空间电荷效应的微凸起爆炸发射延迟时间随二极管平均电场的变化关系。与不考虑预发射电流空间电荷效应的结果进行对比表明,预发射电流的空间电荷效应可以显著增加金属微凸起的爆炸发射延迟时间。

利用Monte Carlo法计算粒子传输中的空间电荷效应

在电子束印刷（ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、聚焦离子束（ｆｏｃｕｓｉｏｎｂｅａｍ）以及阴极射线管（ｃａｔｈｏｄｅｒａｙｔｕｂｅ）等电子及离子束器件中，束中各粒子之间存在相互作用，产生空间电荷效应。人们对电子及离子束器件中的空间电荷效应已经做了大量的研究。到目前为止，通常采用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法计算粒子输运过程中的离散的空间电荷效应。在此主要研究在束形成区利用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法计算空间电荷效应，并讨论在计算过程中出现的边缘效应，在此基础上提出一些新的处理方法以减小边缘效应，提高计算效率。

CSNS/LRBT优化设计及空间电荷效应影响研究

中国散裂中子源(CSNS)直线加速器至快循环同步加速器(RCS)的束流输运线(LRBT)传输80MeV H-束流至RCS注入点,由于较小的束流发射度和较高的峰值流强,空间电荷效应在LRBT中的影响非常显著,是引起LRBT中发射度增长和束流损失的主要因素,也是LRBT优化设计中的重要问题。文章利用TRACE 3-D程序进行带有空间电荷效应的twiss参量和消色散匹配,比较研究LRBT不同聚焦结构和不同初始束流分布条件下发射度的增长情况。对于采用Triplet结构作为标准单元的结构,研究发现,通过优化LRBT前端匹配段能有效控制发射度的增长。多粒子模拟跟踪结果表明,峰值流强为15mA时,现有物理孔径下基本无束流损失发生。对LRBT上散束器的参数和位置进行了优化设计,可减少动量散度和中心能量抖动,优化RCS注入束流参数。

PIN型非晶硅太阳电池中的空间电荷效应──太阳电池光致性能衰退的计算机模拟

通过应用Ｓｃｈａｒｆｅｔｔｅｒ－Ｇｕｍｍｅｌ解法数值求解Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，对经高强度光辐照过的ＰＩＮ型非晶硅太阳电池进行计算机数值模拟。结果表明，经光辐照过的ＰＩＮ型非晶硅太阳电池的空间电荷效应主要表现在ｉ层中正空间电有的增加，使电场分布向ｐ＋／ｉ结面集中，在靠近ｎ＋／ｉ结附近区域内出现准中性区（低场＂死层＂），导致有源区内光生载流子收集率的减少和电池性能因光的长期辐照而衰退，支持了光辐照下电池中电场分布的改变（空间电场效应）是引起电池性能衰退的物理机制。但在薄ｉ层的ＰＩＮ型非晶硅太阳电池中空间电荷对电池内电场调制的体效应已很微弱，这是该电池结构可获得高稳定性能的原因。

毫米波自由电子激光的空间电荷效应

本文编制了三维数值模拟程序,考虑了电子在摇摆器(Wiggler)内纵向速度β_z=υ_z/c<1的影响,考虑了电子在有质动力势阱中因“群聚”而引起的纵向空间电荷力的影响,考虑了电子束内静电波和激光场、Wiggler静磁波的三波相互作用对电子位相的影响等。对因“群聚”而引起的纵向电场满足的方程求出了近似的二维解析解,用4096个电子模拟求解了电子运动方程和光场方程。数值模拟的结果和Livermore实验室的实验结果进行了比较。结果表明,由于上述几项因素的考虑,我们的数值模拟结果和实验位基本一致,消除了文献[1,2,3]中出现的失谐曲线(detuning curve)峰值磁场漂移300—500高斯的差距。

磁控管中的空间电荷效应研究

对磁控管中由于外加磁场存在而导致的空间电荷效应进行了研究。通过求解正交场中的粒子运动方程,给出了阴极表面电位分布与外加磁场和阴极发射电流的关系,并指出磁控管中合适的发射电流是其最佳工作的前提。通过全电磁粒子仿真和实验测试证实了该效应对磁控管工作性能的影响,为高效率低噪声磁控管的研究提供了新思路。

考虑空间电荷效应时速调管射频间隙耦合系数的理论与模拟

在大功率速调管中,由于电子注电流较大,间隙距离较长,在间隙中由电子群聚产生的交流空间电荷效应不可忽略。根据传统的运动学理论来计算速调管间隙耦合系数,并没有考虑这个效应,计算的结果高于实际值。该文利用Webster去聚理论,建立了在任意间隙场分布情况下,考虑空间电荷效应的间隙耦合系数计算模型。利用粒子模拟工具,进行了仿真模拟,理论计算与仿真结果一致。

a-Si/CuInSe_2叠层太阳能电池中的空间电荷效应

基于pin结构的a Si:H太阳能电池中的空间电荷效应 ,讨论了a Si/CuInSe2 叠层太阳能电池的稳定性 .采用计算机数值模拟方法 ,得出由光生空穴俘获产生的a Si:H层中正空间电荷密度的增加 ,改变了电池内部的电场分布 ,普遍抬高了a Si:H薄膜中的电场强度 ;在光照射下 ,空间电荷效应不会给a Si/CuInSe2 叠层结构中的a Si:H薄膜带来准中性区 (低场“死层”) ,没有发生光诱导性能衰退 .分析结果显示a Si/CuInSe2 叠层结构太阳能电池具有较高的光稳定性 .

CSR空间电荷效应的研究

针对兰州重离子加速器冷却储存环的流强设计 ,对其空间电荷效应进行了讨论 .随着流强增高和发射度降低 ,束流自作用场效应 (空间电荷效应 )逐渐显现 .散焦的空间电荷力造成的粒子自由振荡频移和束流包络增长 ,带来了不稳定因素 。

空间电荷效应对回旋加速器轴向注入的影响

针对空间电荷效应对束流的影响,对注入系统进行优化设计,减少了传输过程中的粒子损失,建立了一个高效率的强流回旋加速器注入系统.通过模拟束流的传输过程,观察空间电荷效应对束流产生的影响,进一步对注入系统的元件参数进行适当的优化,从而对束流包络进行控制.经修改光路设计后,束流已经明显地趋于平缓,各个关键点的束半径得到了很好的控制,从而减小了空间电荷效应所带来的束流损失,提高了注入系统的注入效率.

低磁场回旋速调管的空间电荷效应

本文建立了考虑直流空间电荷效应和交流空间电荷效应的低磁场(大回旋半经)回旋速调管扰动理论。在漂移区中考虑直流空间电荷场的影响。我们发现电子运动在该区服从一振荡方程;进一步在输出腔中计及了交流空间电荷场对注一波换能的影响。文中求得了相应的电子群聚、注一波互作用功率及增益的表达式,并进行了讨论。

空间电荷效应对条纹像管分辨率的影响

条纹相机是一种重要的超快诊断仪器,在对超快现象进行研究的诸多科研领域里具有重要的应用价值。利用CST软件建立了一种条纹像管模型,通过数值模拟电子在条纹像管中的飞行过程,获得条纹像管的扫描图像,对比不同发射电流下的扫描图像,发现空间电荷效应使得扫描条纹形状发生扭曲,所携带的信息受到了影响。在考虑空间电荷效应的情况下对一种大动态条纹像管模型进行电极参数优化,通过提高发射电压并调整聚焦电极的电压,该条纹像管的边缘放大率与中心放大率的一致性由1.086变为1.064,减小了空间电荷效应对该模型成像质量的影响。实验结果表明优化方向和设计方案是正确的。

纵向非均匀密度分布束团的空间电荷效应

采用直线加速器中的有限圆柱空间电荷模型，推导得出了电荷束团的纵向密度分布为水袋型和抛物线型与横向密度分布为均匀（Ｋ－Ｖ）型、水袋型、抛物线型及高斯型等各种组合非均匀密度分布的空间电荷场公式，藉以考察束团的非线性空间电荷效应。