强流脉冲电子束中影响潘宁放电因素的模拟分析

为研究强流脉冲电子束内部潘宁离子源电离情况的影响因素,文章基于有限元仿真软件建立二维轴对称模型对其内部磁场和电子分布进行仿真,再从阳极电压、磁场强度、气压三个方面对氩气潘宁放电及径向分布的影响进行了模拟仿真研究,对电离情况和电子分布随这三个因素变化的情况进行了分析。仿真结果表明:在较高气压状态下,电场较小时,电场对电离度的影响是正相关;电场较大时,电场对电离度的影响是负相关。磁场增大会提高电离率,提升到1 T之后磁场强度提高不会影响电离率。电磁场对电子径向分布影响不明显。气压与电离度呈正相关。此外,气压越小,电子径向分布越均匀。

潘宁放电在密封电真空器件真空度测量中的应用

密封电真空器件的可靠性尤其重要 ,而影响其可靠性的主要因素是真空度。对于具有两个电极的密封电真空器件由于无法利用其自身的电极结构直接测定其真空度 ,因此需要研究并建立一种合适的真空度测量方法。分析了利用潘宁放电来测量两个电极的密封电真空器件真空度的工作原理 ,设计了测试实验装置 ,初步建立了密封电真空器件的潘宁放电模型 ,给出了有关实验数据。

基于潘宁放电的真空断路器真空度在线监测方法研究

针对真空断路器真空度在线监测方法的现状,在屏蔽罩电位法和磁控放电法基础上,提出一种基于潘宁放电的灭弧室真空度在线监测方法。本文首先分析了屏蔽罩电位法进行真空度监测的原理,通过在灭弧室外增加励磁线圈使其产生轴向磁场促使屏蔽罩与触头间发生潘宁放电,经过数学分析论证推导出潘宁放电时真空度与屏蔽罩电位间的函数关系。与磁控放电法相比,该方法能够在断路器闭合工作时完成真空度的在线监测,同时不需要复杂的高压脉冲电源线路。经过模拟实验发现,采用基于潘宁放电的灭弧室真空度在线监测时,该方法的有效测量范围为3×10^(-3)~5 Pa,跨越了灭弧室真空度的有效范围和失效范围,测量曲线变化更为平缓,与屏蔽罩电位法相比该方法的测量范围更宽准确性更高。

大口径脉冲潘宁放电装置设计及实验研究

根据强流脉冲电子束源的工作需要，自行研制大口径脉冲潘宁放电装置提供阳极等离子体。采用亥姆霍兹线圈形成平行磁场，通过脉冲电容的充电电压控制磁场强度，最大峰强约0．2T。潘宁阳极电源电压可调约5000V，通过脉冲电容20心和限流电阻40Ω供电。在真空度7．0×10^-3～6．0×10^-2Pa范围内进行放电测试，发现潘宁放电过程可划分为激活、大电流放电和熄灭阶段。大电流放电的形成受真空度、磁场强度和潘宁阳极电压的共同影响，并需经历一定的激活时间后才能产生，表现为随真空度的降低和磁场强度的增加，阳极阈值电压降低，激活时间相应减小，采用有磁场条件的帕邢定律对上述实验规律进行了合理解释。

潘宁放电溅射沉积纳米级AlN薄膜的性质

设计并制造了新的潘宁型等离子体源实验装置,分析了等离子体的发射光谱和产生A lN的动力学机理。在室温条件下,纯氮气的工作环境中用潘宁放电离子源溅射的方法,在S i(100)衬底上制备了纳米级的光滑平整A lN薄膜。本文用扫描电镜(SEM),原子力显微镜(ATM),红外吸收光谱(FT IR)和拉曼光谱(R am ansh ift)等测试分析技术用来研究了薄膜的微结构特征。

基于潘宁放电的离子枪研发

为对样品实现表面清洁、表面刻蚀或深度分析,设计制造了潘宁放电型离子枪。通过阳极筒和一对阴极在磁场的作用下实现原子的离子化,通过调节离子所处区域的电位确定离子能量,通过静电透镜来实现离子的加速和聚焦。调节静电透镜的尺寸和相对位置,可以使离子束在出口处被聚焦。阳极筒和阴极的选材需要满足超高真空使用又要避免溅射。通过理论计算和模拟离子束流的轨迹,确定了离子枪各主要组件的参数。经过测试,工作距离为80 mm和氩气的工作气压为1.3×10^(-2) Pa时,2.5 keV氩离子束的束斑直径为12 mm,束流值为33μA。该离子枪可实现表面原子精度构造。

低气压条件下氢气潘宁放电的模拟分析

为更好地理解低气压、弱电离条件下潘宁离子源放电过程中离子和电子的动力学行为,通过建立二维轴对称模型,采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法,考虑了电子与氢气之间的弹性碰撞、激发、电离以及氢原子、离子之间的弹性碰撞和电荷交换等过程,对微型氢气潘宁离子源放电和引出过程进行了数值研究.考察了磁场位形、壁面二次电子发射系数、引出电压和充气压力对放电过程的影响,得到了实验中难以诊断得到的放电腔内电子与离子数密度分布,阳极电流、引出极离子电流、单原子氢离子比例和双原子氢离子比例等宏观参数与实验结果相一致.通过仿真使得对氢气潘宁放电机制的研究从定性过渡到定量,这对于潘宁离子源的设计和改进具有重要意义.

小型潘宁离子源放电及引出特性的数值模拟

为更好地理解低气压、弱电离条件下潘宁离子源放电过程中离子和电子的动力学行为,建立了简化小型氢气潘宁离子源放电物理模型,采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法,考虑了电子与氢气之间的弹性碰撞、激发、电离以及氢原子、离子之间的弹性碰撞和电荷交换等过程,实现了氢气潘宁离子源从放电到离子引出全过程的数值模拟。对结构优化前后潘宁离子源的电场和磁场进行了模拟计算,考察了空间不同位置处的离子和电子在其电磁场中的运动轨迹,分析了阳极电压和源内气压对放电过程的影响,得到了实验中难以在放电腔内诊断得到的电子与离子数密度分布,引出极离子电流等宏观参数与文献实验结果一致。通过数值模拟使得对氢气潘宁放电机制的研究从定性过渡到定量,这对于潘宁离子源的设计和改进具有重要意义。

潘宁型放电等离子体的发射光谱分析

重新设计了潘宁型等离子体源实验装置,在低气压下得到了稳定的等离子体.分析了等离子体的发射光谱,得到了等离子体光谱强度与放电气压和放电电压之间的关系,并且对氮气的发射光谱进行了分析.

Duhocamis放电特性之空心阴极与热阴极的协同效应

Duhocamis(双空心阴极金属离子源)是在GSI间热阴极PIG离子源基础上,利用空心阴极圆筒取代空心阳极圆筒,磁镜场取代均匀磁场的强流金属离子源。通过系列变化空心阴极与间热阴极电源电压的弧放电试验,了解其对离子源工作及金属等离子体形成的贡献和影响。试验结果分别给出了空心阴极与间热阴极弧放电特性曲线,它们的弧压对弧流关系具有不同的弧阻抗特性;通过磁分析器对等离子体中各种离子成分比例的分析,进一步显示出空心阴极与间热阴极弧放电两者相互强化和联动的协同效应;尤其空心阴极电位从零开始变化的弧放电试验,揭示了离子源从PIG空心阳极放电向双空心阴极放电转换的过程;协同效应不仅证实空心阴极作为赖以产生金属离子的溅射电极,而且对于确立离子源工作模式与优化产生所需金属离子的放电条件至关重要。

宽束矩形冷阴极潘宁离子源研究

根据大面积离子束辅助沉积MgO薄膜的需要 ,本文研究了具有并行阳极结构的宽束矩形冷阴极潘宁离子源。在简要说明冷阴极潘宁离子源基本原理的基础上 ,分析了在设计宽束矩形的离子源中主要考虑的问题 ,并给出初步的实验结果。

潘宁离子源研究概述

阐述了潘宁离子源的工作机理,对它的诞生、发展到应用的研究历程进行了回顾,并重点介绍了国内外的发展概况,然后对潘宁源的应用,特别是在测井上的应用进行了介绍,最后讨论了国内研究工作存在的不足,并指出潘宁离子源在理论与实验研究领域的发展方向。

微型溅射离子泵的阳极筒长度对抽气特性的影响

基于粒子云网格法与蒙特卡罗法,使用VSim软件对微型溅射离子泵内部潘宁放电的工作过程进行了分析.建立了二维仿真模型并得到了氮气离子入射阴极板时的入射能量、入射角度和入射位置等参数.将非垂直溅射产额理论与仿真得到的结果相结合,分析了阴极板上溅射产额的分布规律.根据离子入射参数与溅射产额,计算得到了微型溅射离子泵对氮气的抽速.计算值与实验结果一致性好并且该方法可以给出溅射离子泵抽速阈值对应的压力.仿真结果中增加阳极筒长度可以降低微型溅射离子泵抽速阈值对应的压力,并通过实验证明.

电推进空心阴极实验设备冷规失效故障分析及改进

本文对电推进空心阴极实验设备真空规失效故障机理进行了分析,提出了解决方法并进行了实验验证,为电推进实验设备真空规选取提供了可行性方案。

等离子体交叉场调制开关的相关磁场模拟

等离子体交叉场调制开关(简称PCMS管)采用外加磁场的设计,基于冷阴极潘宁放电原理产生等离子体。本文应用基于有限元法的多物理场仿真模拟软件Comsol 4.0对PCMS管器件模型进行二维建模;同时,建立了电子在磁场作用下的漂移扩散模型;分别对磁场大小以及磁场区域的变化进行了模拟计算,重点讨论磁场的引入对电子密度分布的影响,从而确定磁场的最佳设置。

真空灭弧室真空度测试仪的研究

真空断路器是开关电器最为重要的一种电气设备,在电力系统中担负着控制和保护的双重任务。提高开关工作的可靠性已经成为一项重要研究课题。文中讨论了基于冷阴极磁控放电(潘宁放电)法测量真空断路器灭弧室真空度的测量方法,介绍了真空度测试仪的硬件框图和工作原理,分析了选取电离电荷量作为被测参数是准确测量的基础。该测量仪采用S3C2410控制器进行同步控制与数据采集处理。实践证明真空度测试仪能准确地反映真空泡的运行状况。

钛泵的原理与故障分析

简单介绍了钛泵的工作原理。溅射离子泵在高电压和高磁场的作用下产生潘宁放电,吸附容器内气体分子达到真空的目的。由于设备老化或操作不当等原因,溅射离子泵会发生各种故障。本文列举了溅射离子泵的各种常见故障,根据工作机理分析了溅射离子泵发生故障的原因,并介绍了排除故障和维护保养的方法。对于钛泵的操作使用人员和维修人员具有一定的借鉴意义。

极高真空溅射离子泵的研制

研制出了获得极高真空的溅射离子泵，该溅射离子泵４小时烘共烤后温度降至１００℃，装磁钢，妄动离子泵进行敢，３４小时后压力达５．８×１０＾－１０Ｐａ。从抽速实验结果来看，该泵在１０＾１０Ｐａ时仍有１００Ｌ／ｓ的抽速。说明此泵在较 压力下仍有较强的潘宁放电。

流量计法测量微型溅射离子泵抽速的方法

介绍了基于流量计法原理搭建的抽速测量装置.在1×10^(-4)~1×10^(-2)Pa下使用磁悬浮转子真空计测量压力,当压力低于1×10^(-4)Pa时使用电离真空计测量压力.提出了一种测量电离真空计抽速与放气率的方法,测量了电离真空计在1×10^(-6)~1×10^(-4)Pa压力下的抽速与放气率.在搭建好的设备上,测量了微型溅射离子泵对氮气和氦气的抽速.使用COMSOL软件分析了不同压力下泵的放电状态并与实验结果进行对比,所得结果一致性好.流量计法的相对标准不确定度低于4.4%。

高压真空断路器真空度在线检测系统研究

真空断路器真空度的降低会影响其可靠切除故障电流的能力,提出了基于潘宁放电原理进行真空度检测,并设计了一个完备的高压真空断路器真空度在线检测系统,该系统主要由供电系统和信号采集与处理系统组成,实现了对真空度传感器及其他设备的供电,在高压强电磁场环境下能够对真空度信号进行较高精度的测量,完成对真空断路器真空度的直接在线检测。