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.

表面粗糙度对热阴极本征发射度的影响

本文推导了热阴极表面粗糙特征影响均方根本征发射度的理论形式,并结合仿真方法分析了粗糙幅度、周期以及外加电场对束流发射度的影响。首先,针对二维余弦表面形貌,首次推导了粗糙特征影响热阴极本征发射度的完整理论形式。理论解表明发射度随着粗糙幅度增加而增加,随粗糙周期增加而降低,随外加电场近似为正比关系。随后,基于有限差分粒子仿真程序YYPICMC,分析了二维余弦表面粗糙特征对本征发射度的影响,仿真结果与理论解有显著差异:当粗糙幅度增加到一定值后,发射度增长系数趋于平缓;当粗糙周期很小时,发射度增长系数也趋于一个较低的值,而非随着周期减小而迅速增大。结合发射电流随粗糙特征的变化、粒子轨迹随外电场的变化以及空间电荷效应对发射度增长的影响,对引起这种差异的机制进行了深入分析,结果表明这种差异是由理论解本身的局限性造成时。最后,针对理论模型的局限性,提出了引入“曲面比效应”和“初始粒子损失效应”改进“发射度-粗糙度”理论模型的思路。

基于卷积神经网络的草莓叶部白粉病病害识别

针对计算机视觉下草莓叶部白粉病病害的识别,提出了一种基于卷积神经网络的病害识别模型。首先,设计了3种网络深度(经过3、4和5次卷积操作)与3种卷积核(5×5、3×3,5×5、3×3混合)交叉组合共9种不同网络深度与卷积核尺寸的卷积神经网络结构;其次,分别选择了4种采样层构建方法(均值池化、最大值池化、中间值池化和混合池化);最后,进行了9组训练集与测试集不同比例的模型识别。结果表明,基于混合池化的CNN-9模型(卷积核尺寸5×5,3×3;卷积神经网络深度11)表现最好,对草莓叶部白粉病病害的正确识别率达到98.61%。该方法可较好地实现草莓叶部白粉病病害的识别,且图像预处理步骤简单,易推广,可用于草莓白粉病病害的实时监测。

碳中和目标下可再生能源的3种应用模式

介绍了当前CO_(2)催化氢化技术,跟踪最新CO_(2)转化研究进展,提出化工园区多能互补的CO_(2)转化循环系统。采取铁配合物Fe-PNP催化氢化CO_(2)代替传统贵金属催化剂,高效制备甲醇和甲酰胺,实现了氢、电、碳、热、水的多能互补。海岛环境下,通过海洋养殖贝类、藻类等生物固碳,构建兼顾发电、经济养殖、以种植海水稻供粮的耦合结构。利用可再生能源的余电进行黑碳提取和回收并将其施入土壤,改善土壤肥力,增加绿色植物种植面积,提出了通过植物的光合作用吸碳的构想。最后对可再生能源实现碳中和的途径和方案进行了展望。

质子交换膜燃料电池多时间尺度下的动态特性

目前对质子交换燃料电池动态性能的研究多针对于运行参数对系统的影响,未涉及多时间尺度下电池的动态特性和相应多时间尺度模型的研究.为探明质子交换膜燃料电池动态变化时系统内各因素在不同时间尺度下对输出性能的影响效力,利用质量扩散方程及理想气体状态方程求得氧气和氢气有效分压,根据能量守恒定律、热力学定律、电化学反应方程建立动态模型.通过设置载荷突变(大、中、小时间尺度动态时长分别为0.6 s,165 s,16 min)研究负载电流突变时电压立即突变的机理,从作用于动态性能时长的时间常数着手,控制变量分析双层电荷层效应的电容C、燃料氧化剂的延迟时间常数τe、热力学特性(温度T)对动态性能的影响(变量初值为C=4 F,τe=80 s,T=307.7 K),明确其在不同时间尺度下的作用强度,借助Matlab/Simulink平台仿真呈现研究结果并验证所建模型的正确性和有效性.仿真结果表明:负载突变时电压突变是由于开路电压和欧姆极化电阻的作用且欧姆电阻占主导(欧姆过电压变化值2 V,开路电压变化0.05 V),小时间尺度(ms)下C对动态性能起主导作用,中时间尺度(s)下τe对动态特性影响较大,大时间尺度(102—103 s)下T的作用较强,并据此推导出了电池的多时间尺度模型.本研究为后续电池能量管理、评价动态性能、精准控制提供参考依据及理论支撑.

用于新一代CT系统的热阴极栅控电子枪

新一代的CT系统需要多个电子源以取代原有机械式结构。本文介绍了这样用途的一种热阴极栅控电子枪的物理设计、工艺制造及发射性能测试。发射电流设计为高于100 mA,脉冲宽度100μs,重复频率100 Hz。测试中使用可以提供1.8 kV阳极高压的直流电源,可调范围-60~200 V的栅控电源。计算仿真和优化已在设计阶段进行,包括电子枪结构设计和热设计。文中介绍了电子枪的发射测试结果及运行状况,测试中热阴极的发射电流密度高于9.04 A/cm^2,电子枪的发射电流高于490 mA。基本测试结果表明,该电子枪在设计、制造和运行中所有主要指标是完全满足要求的。

X射线管中散射电子的特性研究

在X射线管的设计中,特别是高功率的CT球管,电子束打靶产生的散射电子是影响设计的重要因素之一,因此对束靶作用产生的散射电子特性进行研究具有重要的意义。本文利用蒙特卡罗模拟软件MCNP对X射线管中电子束轰击阳极靶的过程进行了物理建模和计算分析,研究了物理过程中产生的散射电子的特性,包括产额、平均能量、总能量和角分布等,同时模拟计算和分析了电子束的能量、阳极靶的材料和电子束的入射角度对散射电子特性的影响,为X射线管的设计提供束靶作用的理论基础。

Modeling of PZT Ferroelectric Ceramic Depolarization Driven by Shock Stress

Shock-induced phase transition of ferroelectric ceramic PZT 95/5 causes elastic stiffening and depolarization,releasing stored electrostatic energy into the load circuit.We develop a model to describe the response of the PZT ferroelectric ceramic and implement it into simulation codes.The model is based on the phenomenological theory of phase transition dynamics and takes into account the effects of the self-generated intensive electrical field and stress.Connected with the discharge model and external circuit,the whole transient process of PZT ceramic depoling can be investigated.The results show the finite transition velocity of the ferroelectric phase and the double wave structure caused by phase transition.Simulated currents are compared with the results from experiments with shock pressures varying from 0.4 to 2.8 GPa.