用于制作微波器件的脉冲图形镀金工艺研究

介绍了微波集成电路中一种新的制作技术———脉冲图形电镀技术，并对影响脉冲图形电镀技术的关键因素———亚硫酸盐镀金溶液的组成及稳定性、添加剂ＴＴ—１和ＰＰ—１的作用、脉冲波形的影响、产生镀层结瘤和微坑。

薄膜微波集成电路图形电镀技术

论述了薄膜微波集成电路中一种新的电路制作技术——图形电镀技术的工艺及其在生产中的应用.并就应用中出现的一些问题及其解决方法作了进一步的探讨.运用该技术,我们制作出了膜厚>4μm,线宽和间距为10μm的导体图形以及VCO、移相器、放大器等许多超宽带微波器件.

超宽带精细微波器件优化图形电镀技术

介绍超宽带微波器件精细图形的制作技术即图形电镀技术.通过对影响微波集成电路(MIC)图形电镀技术的关键因素的讨论和优化,得到了图形电镀技术的最佳工作条件,解决了薄膜工艺中难以制作精细图形的难题.运用这种技术,已经制作出了2～18GHz放大器、相关器、均衡器等许多超宽带微波器件,并取得了满意的效果.

微波多层板基材的性能要求

介绍了微波多层板所用基材的性能参数,重点阐述了材料的介电常数、介质损耗、热胀系数、特性阻抗对多层板性能的影响。通过对微带线特性阻抗公式的理论计算,得出了带线的线宽W、导体层的厚度t、介质的厚度h以及介电常数ε_r的精度对特性阻抗Z_0的影响程度。这4个因素中,介质的厚度h和带线的线宽W对特性阻抗Z_0的精度影响最大。总结了国内外微波介质材料的研究情况,优选了适合于制造微波多层板的材料。

叠靶研究

直线感应加速器 (LIA)产生的高能、强流电子束与轫致辐射靶作用能够产生具有高剂量、小焦斑的X光 ,但伴随产生的回流离子会导致电子束束斑变大与X光分辨率降低 ,在多脉冲情况下更会影响到后续电子束的束靶作用等。叠靶结构能够增大束靶作用的立体空间 ,降低在靶面的能量沉积 ,可有效抑制回流离子的产生。对叠靶结构模型进行了理论计算与实验研究 ,并与单靶情况相比较 ,证实了在两种靶结构下所得到的X光照射量大小与角分布基本相同 ,但对于叠靶情况下靶面没有出现烧蚀现象 。

脉冲离子束作用下靶面次级电子的抑制

论述了离子束作用下固体表面次级电子产生的机制,介绍了特种真空器件中次级电子抑制的各种方法及其优缺点,提出了脉冲离子束作用下靶面次级电子抑制的自偏势法和曲面靶法等设计思路,并在实验上进行了初步验证。实验结果表明,自偏势电压大于80V后,次级电子得到很好的抑制。在相同束流情况下,曲面靶较平面靶的次级电子产额少。利用实验结果进行估算得到了近似的次级电子产额约为0.67,比文献中的结果(0.58)偏大。对实验中自偏势法抑制反峰电子电流的效果进行了分析和讨论,结果表明:自偏势法不但能够有效抑制离子打靶产生的次级电子,还能抑制由功率源不稳定带来的入射反峰电子流。

紧凑型医用回旋加速器的物理设计

介绍了能量11 MeV、流强50μA的紧凑型质子医用回旋加速器的物理设计方案,并较详细报告了各主要分系统(包括离子源、磁铁、高频、中心区、引出系统)的设计方法及结果。该加速器已经完成调试,成功引出平均流强50μA、能量11 MeV的质子束流,验证了整机物理设计的正确性。

强流脉冲电子束轰击下回喷靶材速度测量与数值模拟

叙述了用高速摄影技术研究强流脉冲电子束与钽金属靶相互作用后靶材的回喷现象,得出了靶材回喷的速度。并且采用EGS4程序和Euler流体力学方程组分别模拟了电子束在靶内的能量沉积和束靶相互作用的动力学过程。实验表明,钽金属靶在强流脉冲电子束轰击下,回喷靶材的轴向速度大于2. 9mm/μs,而模拟结果表明理想情况下回喷靶材自由面的轴向速度可达9. 7mm/μs。实验和理论计算为阻挡回喷靶材的快门设计提供了必要的参数。

高能通量脉冲电子束作用下钽靶破坏初步研究

使用Monte-Carlo程序MCNP在2维情况下模拟得到了高能通量脉冲电子束在钽金属靶中的能量沉积。根据能量沉积的模拟结果以及实验后靶上穿孔的大小和形貌,提出了电子束对不同结构钽金属靶破坏的物理机制。由于能量沉积的差异,1 mm实心靶中的热激波在一定时间内沿径向和轴向持续对靶材进行压缩,而在叠靶中这种压缩效果并不明显,因此实验后1 mm实心靶上穿孔的大小几乎是叠靶上的两倍。根据理论模型分析得到的靶材熔融喷射和层裂现象与实验结果相吻合。

真空弧放电TiH合金阴极表面形貌分析

TiH合金电极是一种含氢量非常高的金属材料,用它作真空弧离子源的电极,可在真空环境下产生强度非常高的氢离子流。相比纯金属材料电极,TiH电极除了出现真空弧放电特有的融蚀现象外,还存在气体释放过程,所以它的表面形貌具有一定的独特性。利用扫描电子显微镜观察了单次放电和多次放电后阴极表面形貌,发现阴极斑在阴极表面微裂纹附近连续分布,气体释放生成很多小孔,使阴极斑区域呈絮状结构;弧流越大,阴极斑数量越多;多次放电后,阴极斑朝含氢量多的地方移动。该结果有助于了解含氢电极的真空弧放电过程,对该类放电的应用具有一定参考意义。

预处理工艺对W6Mo5Cr4V2高速钢组织与性能的影响

研究了预处理工艺对W6Mo5Cr4V2高速钢组织与性能的影响。试验结果表明，与退火预处理相比，调质预处理的奥氏体晶粒细小，未溶碳化物少，残留奥氏体是多，屈服强度高，仍应力区疲劳寿命长，但抗弯强度、塑性、冲击韧度、断裂韧性都较低，高应力区疲劳寿命也短。

热阴极逸出功非均匀性对本征发射度的影响

热阴极广泛应用于真空电子器件、加速器、自由电子激光等各类束流装置,热阴极表面状态非均匀性对束流本征发射度有着显著的影响.本文推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度理论形式,并分析了逸出功非均匀性及其统计效应对本征发射度的影响.针对逸出功径向和一维余弦分布模型,计算了均方根发射度与逸出功非均匀性关系的理论数值解;基于有限差分法粒子仿真技术,开发了专用于阴极仿真的程序YY-PICMC,并验证了理论形式的正确性;针对逸出功二维余弦分布模型进行了理论和仿真分析,结果表明逸出功分布空间频数对均方根发射度涨落有显著影响,当空间频数趋于无限大时,发射度增长系数趋于1,即逸出功均匀阴极的情形;最后,分析了最接近真实阴极表面状态的二维逸出功随机分布模型,仿真结果表明随着空间频数增加,发射度增长系数统计方差逐渐减小,符合余弦模型结果的预期.本文建立的理论形式和仿真方法可以用于评估各类阴极表面逸出功空间非均匀性特征对束流本征发射度的影响程度.

强流激光离子源中的等离子体参数诊断

强流激光离子源是最有希望为重离子聚变直线感应加速器提供离子的离子源之一。离子源内等离子体决定了离子源性能和引出品质,为了了解强流激光离子源内等离子体参数,采用发射光谱和ICCD成像的方法对该离子源中的等离子体进行了诊断。该离子源由一台四倍频的266nm Nd:YAG激光器和Cu靶组成,激光束经过透镜聚焦后照射在Cu靶上产生等离子体,激光打靶能量密度约为108 W/cm2,持续时间15ns。ICCD相机拍摄了激光照射后等离子体的膨胀过程,初始时刻等离子体垂直表面喷射,膨胀速度约为1cm/μs。光谱仪测量了离子发射光谱,谱线主要由Cu原子的CuⅠ谱线和Cu+离子的CuⅡ谱线组成。采用Boltzmann图法得到膨胀等离子体电子激发温度约为1eV,采用Stark展宽法得到电子密度约为1016 cm-3。

常压空气亚微秒脉冲DBD高速摄影研究

为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电(DBD)时空演化规律,采用高速摄影相机(ICCD)在ns量级时间曝光范围内,分别在单次及连续放电(500Hz)情况下研究放电等离子体的发光性质及放电发展过程。结果表明:在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下,起始阶段放电表现出不均匀性,随着电流增大发光增强并变得均匀,在回路电流最强位置时放电达到均匀状态,并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显好于其上升沿阶段,放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下,二次放电的存在受到电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在,相较于一次放电,二次放电更加均匀;连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。

负氢潘宁型离子源的束流引出测量

在中国工程物理研究院流体物理研究所自行研制的负氢潘宁型离子源上进行负氢束流引出测量实验,采用单电极、双电极、三电极束流引出测量方法进行初步束流引出测量,束流强度的实验测量结果远远高于空间限制流的理论计算值。因此,提出一种电屏蔽盒的直流束流引出测量方法。阐述了电屏蔽盒直流束流引出测量的基本方法、束流轨迹的CST数值模拟以及束流引出测量实验结果。研究表明:引出电压为2kV,引出间隙为3mm,磁感应强度为0.435T时,得到较为精确的负氢束流引出强度约100μA。通过空间电荷限制流的"V3/2定律"进行拟合,推算得到引出电压为40kV时,负氢束流强度约达到4mA。

空气中三介质层脉冲DBD对聚四氟乙烯的亲水性改善

为了研究多层脉冲介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)对聚四氟乙烯薄膜表面亲水性改善的影响,采用3层介质层阻挡的结构,在大气压空气中使用亚微秒级重复频率单极性脉冲电源驱动产生放电低温等离子体。在一定的处理时间条件下,通过改变薄膜所处介质层方式、施加电压幅值、电源频率及气隙间距进行聚四氟乙烯薄膜表面处理实验,并测量处理前后薄膜的表面水接触角。结果显示当3层介质层上均贴有薄膜样品时水接触角变化最大,处理效果较好;随电压幅值及频率的增加薄膜表面水接触角减小并趋于饱和,气隙间距1 mm时薄膜表面水接触角从118°变化最小可到72°左右;而对处理后薄膜进行酒精清洗,发现频率过大或过小时、气隙间距过大或过小时薄膜表面处理效果不明显,在电压40 k V、频率500 Hz、气隙间距1 mm时的薄膜表面亲水性改善效果最佳,清洗后其表面水接触角最小可达85°左右,并可进行多层薄膜同时处理。与双层介质层放电等离子体表面效果相比,该放电结构具有很好的PTFE薄膜亲水性改善效果,能够增加薄膜处理面积,为实际应用提供了可靠的数据参考及可行路线。

磁场调控型离子源的设计与实验

磁场调控型离子源在离子源等离子体扩散空间中引入轴向强脉冲磁场,磁场起两方面的作用,一是形成潘宁放电效应,使原子、气体分子碰撞电离效率增加;二是在脉冲强磁场的作用下,强轴向磁场将质量较轻的离子约束在轴线上,对质量较重的金属离子约束能力较弱,导致其在等离子体膨胀引出通道中碰壁损失,能够提升引出轻离子的比例。开展了磁场调控的离子源放电结构、强脉冲螺线管磁场以及引出束流光学结构的设计;测量分析了引出离子流强和离子打靶束斑形貌。研究结果表明,强轴向磁场通过等离子体对混合离子成分的筛选作用,可有效提高引出离子流强中的轻离子成分比例。

热阴极径向温度非均匀性对本征发射度的影响

从热发射理论出发,推导了非均匀发射阴极的均方根本征发射度的一般计算形式。针对一种最常见的温度径向分布近似模型,给出了均方根发射度随温度非均匀性变化趋势的理论数值解。基于有限差分法粒子仿真技术统计了热阴极的本征发射度,仿真结果与理论解一致,验证了非均匀发射热阴极本征均方根发射度一般形式的正确性。结果表明,径向温度非均匀性引起均方根发射度显著变化,非均匀系数为10%时引起均方根发射度下降约15%。本文建立的理论形式和仿真方法可以有效评估束流品质控制目标和工程热设计之间的依赖关系,以指导高效费比的工程设计。

基于二次电子发射的离子束剖面测量

介绍了利用二次电子发射测量束流强度分布的基本原理。针对能量为几十keV的低能离子束,制作了一个基于印刷线路板工艺的离子束剖面测量系统模型。模型采用宽度1.8 mm的金属条作为收集电极,相邻两条之间的间距为2 mm。利用电子回旋共振源对束流剖面测量系统进行了性能测试,考察了网栅电压对信号收集的影响以及系统的线性响应和成像特性。结果表明,探测器输出信号与束流强度之间具有较好的线性关系,系统能得到离子束的一维横向强度分布,位置分辨率2 mm。

离子束流剖面分布离线诊断方法探索

提出了一种基于二次离子质谱分析技术的离子束流剖面分布的离线诊断方法,具有分辨率高、可同时给出束流剖面分布和成分信息的特点。利用数值模拟方法对该诊断方法的可行性进行了分析和讨论,并结合原理实验给出了验证结果。结果表明:该方法可以用于真空密封型中子发生器离子束流剖面分布的诊断,能够成为其他诊断方法的验证手段和有力补充。