热电子阴极单晶LaB_(6)制备工艺及发展研究

单晶六硼化物LaB_(6)具有优异的热电子发射性能和化学稳定性,是空间用热电子阴极发射源的理想材料,具有优良的发射效率及寿命。随着空间电推进系统高功率、长寿命的航天任务的实施,大尺寸、低成本、高纯度单晶LaB_(6)制备技术研究显得愈发重要。在调研国内外LaB_(6)基体研制技术的基础上,结合单晶LaB_(6)主流制备技术,针对我国空间电推进应用需求,分析了晶体制备过程中存在的关键技术及难点,提出开展空间用单晶LaB_(6)工程化研制的初步建议。

铼掺杂对碳化钍钨热电子阴极微观组织与力学性能的影响

以铼酸铵为掺杂剂研究了铼掺杂对碳化钍钨阴极微观组织与力学性能的影响。利用金相显微镜研究了铼的掺杂量对碳化钍钨晶粒大小的影响,并用静压力计与冲击试验台测试分析了铼掺杂量对其力学性能的影响。研究结果表明,随着铼掺杂量的增加,碳化钍钨阴极晶粒逐渐减小,静压强度与抗冲击能量逐渐增加,当铼掺杂量超过0.5%时,晶粒大小与力学性能无明显变化。

热电子阴极的比较及其发展趋势

本文对各类热电子阴极性能进行比较，并介绍了阴极发展的一些新动态。

碳化工艺对碳化钍钨热电子阴极微观组织与残余应力的影响

碳化后较大的残余应力是碳化钍钨阴极断裂的重要影响因素之一。通过优化碳化工艺研究了碳化温度与时间对碳化钍钨阴极微观组织与残余应力的影响,利用金相显微镜研究了碳化工艺对碳化钍钨微观组织的影响,采用X射线残余应力测试仪测量碳化后螺旋型阴极各圈的残余应力分布。结果表明通过优化碳化工艺能改善碳化钍钨阴极的应力分布状况,并提高碳化钍钨阴极的冲击韧性。

电子束阴极用LaB_(6)单晶的制备及其应用

六硼化镧(LaB_(6))具有良好的热稳定性和化学稳定性,以及非常低的功函数和蒸发率,是一种性能优异的电子束发射阴极材料.该文对目前国内外LaB_(6)单晶的制备方法以及应用现状进行了介绍,对比分析了LaB_(6)单晶的几种主要制备工艺的优缺点,并报道了作者近期在铝助熔剂法和区域熔炼法制备高质量LaB_(6)单晶方面的研究进展,最后对LaB_(6)单晶阴极的应用前景进行了展望.

不同阴极电子受体从生物燃料电池中发电的比较研究

以活性炭阳极双室生物燃料电池为基础,使用葡萄糖(COD为2000mg·L-1)作为底物,比较了铁氰化钾、过氧化氢、重铬酸钾和高锰酸钾分别作为生物燃料电池阴极电子受体时电池的开路电压和功率输出.结果表明,铁氰化钾、过氧化氢和重铬酸钾对应的开路电位分别为0·72V、0.33V和1.13V,均低于高锰酸钾的1.41V.铁氰化钾和重铬酸钾对应的最大功率密度分别为4788mW·m-3和10951mW·m-3,相比之下高锰酸钾对应的最大功率达到了21912mW·m-3.除过氧化氢外,3种氧化剂对应的电池内阻没有区别,均在2200Ω左右.当高锰酸钾浓度为200mg·L-1、pH为2.0时,开路电位高达1.44V,阴极电位达到1.38V,pH对电池电压输出的影响比高锰酸钾浓度更为显著.将高锰酸钾用于生物燃料电池从有机废水中发电不但可以极大提高系统的功率输出,还具有十分显著的经济和环境效益.

冷阴极电子源在微波器件上的应用

介绍了冷阴极电子源的研究进展和它们在现代微波器件和系统上的应用，并预测它们在这一方面应用的可能发展趋势．

微生物燃料电池阴极电子受体与结构的研究进展

从工程应用的角度分析了微生物燃料电池的结构变化趋势;从电化学角度介绍了几种两室微生物燃料电池中阴极室采用不同电子受体对提高电池输出功率的影响和单室空气阴极微生物燃料电池的研究现状及应用前景;分析了电池组在电池放大过程中可能存在的串挠和电压反转等问题,为微生物燃料电池的工程应用提供了理论参考。

高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体

为提高生物燃料电池(MFC)的输出功率和有机物的降解效率,实验以KMnO4为阴极电子受体,泡沫金属为阳极,葡萄糖模拟废水为基质,设计了新型双室生物燃料电池,考察了KMnO4浓度、pH值对MFC产电性能的影响。结果表明,KMnO4浓度为500mg/L时,MFC的最大开路电压可达1.68V,最大输出比功率为8657mW/m3,电池的内阻为232W,同时化学需氧量(COD)去除率为87.1%,库仑效率为45.2%。阴极液的pH值对电池的产电性能有显著影响,酸性溶液条件下有利于改善电池的性能。本研究设计的MFC可有效地降解有机物回收电能,同时提高了电池的产电能力,具有显著的经济、环境效益和应用前景。

微生物燃料电池阴极电子受体研究进展

微生物燃料电池是一个阳极产生电子,阴极接受电子的电化学系统。阐述了微生物燃料电池各种电子受体在阴极的反应机理和研究现状,分析了目前微生物燃料电池研究存在的不足,并提出了未来的研究和发展方向。

Ka波段回旋行波管电子枪阴极热分析

利用有限元软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极组件进行热分析,得到了100W加热功率情况下的温度分布以及热形变情况,并利用EGUN软件分析了热形变后的阴极发射的电子注性能的变化。最后测试了实际阴极的温度,测试结果与模拟相符。为电子枪的设计、优化和实际装配提供了一定的依据。

低反轰热阴极微波电子枪初步实验

简述了紧凑型自由电子激光太赫兹源研制的系统设计方案,介绍了具有两路微波馈入的热阴极微波电子枪的研制与测试情况,利用束流传感器测试了束流强度,并利用CCD相机测试了束斑大小,给出了微波电子枪通过初步热测实验得到的结果。测得微波电子枪出口处束流强度超过500mA,束斑约3mm,采用双屏法测量束流发射度,得到归一化发射度约为13.5π.mm.mrad,测试指标与理论设计值吻合较好。

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。

钪酸盐阴极电子枪双短脉冲发射实验研究

本工作研究在ns量级双脉冲高压下钪酸盐阴极电子枪电流发射。实验中采用Blumlein线形成ns量级脉冲高压作为电子枪馈入高压,脉冲宽度约为80 ns,双脉冲间隔约为300 ns。实验结果表明:在消除了空间高频干扰后,法拉第筒测量到的电子枪发射电流脉冲形状与馈入的ns量级双脉冲高压形状非常吻合。由此验证了钪酸盐阴极电子枪对ns级脉冲高压发射响应能力能满足双短脉冲高压工作状态要求,可以作为ns量级多脉冲电子束注入器。

高电流低气压等离子体阴极电子枪设计与实验

设计了一种新型的高功率低气压等离子体电子枪。基于空心阴极效应和低压辉光放电原理与经验．确定了空心阴极、加速间隙、工作气压范围等。提出关于等离子体阴极电子枪产生高功率、高密度电子束源的整体方案。分别在连续馈气和脉冲馈气条件下进行实验测试，得到放电电流、收集极电流与气压、脉宽及调制器电压的关系。实验获得电子枪的典型放电电流为150～200A，脉宽60ps；传输电子柬达到30～80A，脉宽60ps。该结果表明该新型等离子体阴极电子枪可以取代材料阴极作为大电流、长脉冲电子束源，特别适用于等离子体加载微波管。

新型二次电子倍增阴极的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种新型二次电子倍增阴极强流二极管,并对其进行了动力学理论简化模型和蒙特卡罗数值模拟的对比验证研究。首先,基于设计结构原型,根据二次电子发射特性进行合理简化,建立了动力学模型,获得了电子速度、位移以及渡越时间的解析结果,并结合Vaughan的二次电子产额模型,确定了该新型二次电子倍增阴极强流二极管的理论工作区间;其次,理论分析了施加径向电场的重要意义,并给出了二次电子运动特征参数(最大位移、渡越时间、碰撞能量等)的理论预估结果;最后,对该新型二次电子倍增阴极强流二极管进行了蒙特卡罗模拟研究,获得了电子的运动轨迹、碰撞能量以及二次电子倍增工作区间等物理图像,并将蒙特卡罗数值模拟结果与理论结果进行了比对,两者吻合程度较好,对可能的误差来源进行了分析讨论。理论和模拟结果表明:新型二次电子倍增阴极强流二极管概念可行,工作区间内通过调整施加电场与磁场幅值,可有效达到电子运动状态可控的目标。另外,理论粗估了二次电子倍增饱和条件下的阴极发射电流密度,结果表明:发射电流密度可达kA/cm^2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升发射电流密度。最后,对该新型二次电子倍增阴极设计步骤和依据进行了讨论。

新型二次电子倍增阴极构型设计与动力学过程

提出了一种可由脉冲功率驱动的新型二次电子倍增阴极构型,并对其进行了动力学过程的初步理论研究。首先,针对该二次电子倍增阴极,建立了动力学模型,获得了二次电子的位移和速度方程,讨论了电子初始出射速度对其轨迹、渡越时间和碰撞能量的影响,理论给出了渡越时间和碰撞能量的近似解析表达式。其次,通过动力学方程与Vaughan二次电子产额经验公式的耦合求解,获得了该二次电子倍增阴极的工作区间,并对其进行了细致讨论。结果表明:该新型二次电子倍增阴极二极管概念上是可行的,在涂敷高二次电子产额系数材料的圆柱形介质上施加合适的轴向和径向静电场(MV/m量级)以及轴向静磁场(T量级),可以达到电子沿阴极表面螺旋行进过程中实现二次电子倍增并最终获得电流沿轴向放大的设计目标。另外,讨论了正电荷沉积引发的二次电子倍增饱和现象,并对阴极发射电流密度进行了理论粗估,结果表明:阴极发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升阴极发射电流密度。

压制压力对放电灯用阴极钨骨架孔隙结构和性能的影响

孔隙结构均匀的钨骨架是制备高性能电子阴极及放电灯的关键材料。本文系统研究了压制压力对钨骨架孔隙结构、力学性能及放电灯性能的影响。结果表明,随压制压力增大,钨骨架的孔隙率和平均孔径减小,显微硬度及抗压强度提高,孔隙分布均匀性指数先增大后减小。压制压力为500 MPa时,钨骨架的孔隙结构和力学性能最佳,孔隙率为26.29%,平均孔径为1.24μm,孔隙分布均匀性指数为4.17,显微硬度为1506 MPa,抗压强度为810 MPa。该钨骨架作为阴极基体制备的氙气灯在连续闪烁50万次的情况下没有出现漏闪,阴极发射性能稳定,且未达到寿命极限,与现有阴极相比寿命显著提升。

热阴极微波电子枪的改进设计

北京自由电子激光目前所用热阴极微波电子枪输出的电子束,在经过加速管加速后,位于微波脉冲前沿的电子束团存在能量偏高的现象,使得这部分电子无法对FEL增益做贡献。根据实验数据,分析了造成该现象的原因,提出一种可行的改进措施,即通过降低微波谐振腔的品质因数缩短建场时间,来消除该现象,以便提高整个装置的输出性能。

《阴极电子学》实验教学改革

对我校信息显示与光电技术专业的阴极电子学实验教学改革进行了探讨,通过实验系统的功能扩展,强化学生综合能力训练。