冷阴极触发管工作稳定性研究

随着直列式爆炸箔起爆/点火技术的发展,对其安全性和可靠性提出更高要求,高压开关是该技术中的关键元器件,使用环境也十分苛刻,要求高压开关的电阻和电感小、导通能力高、寿命长、稳定可靠。现普遍使用的一种高压开关—冷阴极触发管自击穿电压和延迟时间的稳定性直接影响了直列式点火技术使用的安全性和可靠性,通过分析放电机理、改善电极表面状态、优化老炼方案并通过试验对比分析,对其工作稳定性进行研究,得出结论:采用电化学抛光提高电极表面状态,小电流和大电流老炼方案稳定放电特性的措施提高了冷阴极触发管自击穿电压和延迟时间的稳定性,提高了冷阴极触发管在直列式爆炸箔起爆/点火技术使用的安全性和可靠性。

小型化冷阴极触发管的研究

冷阴极触发管是电子引信系统中的关键器件,具有开关电流大、使用电压范围宽、温度范围宽、可靠性高、抗干扰性强等特点。针对电子引信系统小型化、集成化、低成本、高可靠发展的需要,本文开展小型化冷阴极触发管的研究,设计并制得样管。通过仿真,给出静电场分布情况。对样管进行电参数和可靠性能测试,结果表明,其工作电压范围为1.2~1.8 kV,且可通过对工作寿命、振动、高低温工作和贮存、冲击等可靠性试验考核,主要参数基本满足现代电子引信的使用需求。

CNT冷阴极微焦点X射线管研制

以单根微米直径的碳纳米管(CNT)纱线为场致发射的电子源,通过Opera软件的模拟仿真进行阴极结构的设计,研制了基于CNT冷阴极,仅需静电聚焦实现微焦点,以金属管壳进行超高真空封装的小型闭管式微焦点X射线管。测试表明,单根直径50μm的CNT冷阴极电子源可以实现500μA的连续稳定电流发射;此时栅极控制电压V GC为886 V,对应的电场强度为1.77 V/μm,微型阴极的发射电流密度达到25.5 A/cm^(2)。金属封装的X射线管可以稳定工作于130 kV的阳极高压,通过调节聚焦电压,基于静电聚焦结构可实现45μm×58μm的焦点尺寸。研制的微焦点X射线管以50%的占空比工作,使用线对卡测试,分辨率达到了20 LP/mm,并对芯片等元件进行成像表征,内部微米级金线图像清晰。该微焦点X射线管可满足芯片、新能源电池等精密元件的无损检测需求,具有较好的应用前景。

纳米碳管阴极的场致发射显示研究

以热化学气相沉积法制备的多壁纳米碳管为场发射材料 ,采用一种简易的喷涂法将其制备为场发射阴极 .首先 ,将纯化后的纳米碳管与乙醇和丙酮溶液 (体积比为 9∶1 )进行混合 ;然后用喷枪将经过超声处理的悬浊液喷涂在具有ITO薄膜的玻璃基底上 ,制备了 30mm× 2 0mm大小的纳米碳管阴极 ,并进行了场致发射特性实验 ,制作了场发射显示板 .该二极结构的场发射开启场强为 3 2V/ μm ,发射电流密度可达 3A/m2 .此显示板具有稳定的发射电流和很高的亮度 。

基于碳纳米管冷阴极X射线管电子源研究进展

简要介绍了场致发射的原理及其相比于热电子发射的优势,阐述了碳纳米管场发射的性能和基于碳纳米管(CNT)场发射X射线管电子源的典型结构,重点讨论了三极式与二极式碳纳米管冷阴极X射线管电子源的最新研究进展和碳纳米管X射线源的成像技术应用。今后碳纳米管场发射冷阴极取代传统的热阴极应用于X射线管电子源,可制成高时间分辨率、体积小、脉冲响应、能耗低和寿命长的微型X射线管,基于这些优势衍生出的新型X射线成像技术将推动临床医疗、安检和工业检测等领域的技术革新。

基于冷阴极触发管的重频高压脉冲源设计

为满足爆轰物理实验、X光机以及Marx脉冲功率装置等触发系统的需求,设计了一种输出幅度在8~15 k V、重复频率1~40 Hz工作的重频高压脉冲源。采用固定频率脉宽调制（PWM）控制器TL494集成电路,构建高压电源给储能电容提供所需能量;在手动触发、光触发（单次和重频）以及电触发三种触发脉冲信号的作用下驱动IGBT半导体开关,经脉冲变压器变换后控制冷阴极触发管迅速导通,致使储能电容上的能量在75Ω负载上瞬间产生放电,得到一路幅度大于15 k V、脉冲前沿小于13 ns、脉宽大于500 ns的高压脉冲和一路幅度大于150 V、前沿小于8.3 ns、脉宽大于1μs的同步脉冲,系统抖动时间绝对值小于10 ns。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了重频工作下高压脉冲源输出的实验结果。

消除预脉冲电压的撬棒管开关法

分析了脉冲线加速器在放电过程中产生的预脉冲电压现象。为了减少预脉冲电压引起的等离子体发射对正常状态的影响,采用了一种冷阴极撬棒管,将它与阴极杆相连。实验证明在采用了这种器件后,预脉冲电压可以从150kV左右减少到50kV。相对论返波管和相对论磁控管的性能得以显著改善。

真空微电子微波管

本文在扼要地提及真空微电子学的主要进展（如：场发射阵列，场发射显示器和微波毫米波器件等）后，主要叙述了发展真空微电子微波管的主要内容、问题及其意义。场发射阵列的三个重要特点（冷阴极、高发射能力和栅极控制）可用于发展新一代的高频率、高效率、高功率、超小型和长寿命的面向２１世纪的高性能微波管：真空微电子微波管。双栅极场发射阵列、电子流的形成与维持、与其相匹配的互作用电路、特殊的器件结构和相关的制管工艺技术等，是发展真空微电子微波管的主要课题。

基于Spindt冷阴极的行波管电子枪设计

针对X波段小型化Spindt冷阴极螺旋线行波管进行了电子枪设计。基于皮尔斯型电子枪结构,联合PPM高频聚焦系统,以电子注聚焦特性为优化目标,采用CST粒子工作室对电子枪结构和工作参数进行了优化设计,获得了30 mA工作电流下电子注填充比为0.68的良好电子注聚焦。在此电子枪结构和高频结构下,分析了特定电流下电子注聚焦与轴向磁场的关系以及特定磁场下电子注聚焦与工作电流的关系,研究结果表明,皮尔斯型电子枪结构实现电子注良好聚焦的电流密度阈值约为5 A/cm 2,为冷阴极行波管电子枪设计奠定了理论基础。

电光Q开关电路的研究

分别使用冷阴极触发管和弧光放电充气管（Ｋｒｙｔｒｏｎ）作为开关器件制作了加压式、退压式毫微秒脉冲发生器，主要是针对电光Ｑ开关电路来研究的。由于脉冲幅度以及宽度可以很方便的调整，也可应用于其它需要高压单脉冲的场合。

冷阴极行波管电子枪设计

针对X波段冷阴极小型化螺旋线行波管电子枪设计,基于皮尔斯型电子枪结构,采用CST粒子工作室对工作电流为30mA的行波管电子枪与PPM聚焦系统进行了电子光学联合仿真与优化设计,确定了电子枪结构参数和工作条件,获得了满意的电子注聚焦参数,实现了小型化PPM聚焦行波管的电子注良好聚焦。

有限元法分析栅极对CNTs场发射性能的影响

建立了栅极冷阴极结构和二极管结构的碳纳米管(CNTs)场发射阴极,利用有限元素法对发射体的场发射性能进行了模拟,进一步计算并分析了栅极、栅极电压以及栅孔半径等参数对碳纳米管尖端电场分布和场发射性能的影响.结果表明,栅极对碳管尖端的激发电场具有很强的增强作用;栅极电压越高,场增强因子越大;最佳场发射栅孔半径为碳纳米管半径的10倍;栅极使得碳纳米管的开启电压降低,发射电流密度增加.

冷阴极撬棒管在微波管电源中的应用

介绍了用于连续波微波管测试和脉冲调制器中冷阴极撬棒管的工作原理,它能在极短时间内释放储能电容上的能量,保护行波管或多注速调管的安全工作,还给出了用脉冲变压器触发和自触发形式的两种基本电路。

可驱动碳纳米管冷阴极数码管的研制

采用印刷技术实现了碳纳米管阴极的大面积、低成本制备,并采用等离子体表面改性技术来提高阴极的发射性能。在此工艺基础上,自行设计和封装了七段显示的碳纳米管冷阴极数码管,配以简单的驱动电路,实现了碳纳米管冷阴极数码管的动态显示。

适用于冷阴极X射线管的脉冲高压电源的研究

目的 制作适用于冷阴极 X射线管的脉冲高压电源 .方法 依据产生纳秒脉冲高压螺旋形带状传输线发生器的基本原理 ,给出了设计方法的框图 .针对制作出的一套装置 ,就其输出脉冲高压采用分压的方法进行了测量 .

基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管研制

冷阴极X射线管是静态CT系统的关键部件。自从超顺排碳纳米管阵列被发现后,其被用于X射线管中的研究就逐渐展开。通过设计一款新的X射线管结构并采用一套新的X射线管制备工艺开展了冷阴极X射线管研制工作。采用乙炔为碳源气,用化学气相沉积法,制备出超顺排碳纳米管阵列;然后将其作为电子源,研制了一种基于超顺排碳纳米管技术的冷阴极X射线管,并对其进行了性能测试。从绘制的I-V特性曲线分析,当栅极电压为2 373 V时,得到最大发射电流为5.0 mA;使用小孔成像法测得的X射线焦点尺寸为0.6 mm×1.6mm。在阳极高压130 k V以下,研制的X射线管工作稳定。本研究为研制脉冲X射线源以及静态CT安检系统奠定了基础。

基于碳纳米管场致发射阴极的可变焦X射线管

移动数字化X射线摄影(Digital Radiography,DR)是目前医疗成像领域的热点研究方向,为更好地适用于移动DR设备研制了一种新型X射线管。为了解决热阴极射线管启动慢和无效辐射剂量大等问题,使用碳纳米管阴极代替传统热阴极,并通过主动聚焦机制实现焦斑大小的灵活调整,以便满足不同的临床应用需求。通过设计阶段的数值模拟和设计样品的实际测试,研制的X射线管实现了最大阳极电压110 kV,最大阳极电流70mA,焦斑大小调整范围0.9~1.9(IEC标准焦斑值)的指标,同时给出了4种不同临床应用场景下对应射线管的不同的工作参数。该射线管具有启动快、功耗低、无效辐射剂量小、应用场景广泛等特点,非常适合应用于移动DR设备中。

触发管放电延迟时间的研究

本文叙述了触发管的延迟和抖动时间在实际应用中的意义及其定义,研究了它们受阳极工作电压、间隙距离、气体压力、触发能量与结构等因素的影响,指出了与应用有关的问题。

碳纳米管冷阴极X射线管研究述评

碳纳米管(CNTs)优异的场致电子发射性能在开发冷阴极X射线管方面展现出显著优势。研究表明,通过控制电子发射方式和提高CNTs阴极发射电流的密度和稳定性可显著提升X射线源的时空分辨能力,且能大幅降低射线管的尺寸和功耗,在高端生物医疗、无损检测和科学研究等领域具有巨大潜在应用价值;但技术实现上仍存在CNTs阴极的可靠性、工作寿命和电流发射密度等瓶颈问题。因此,本文将从X射线产生原理出发,对比热阴极和冷阴极的电子发射原理,详细阐述CNTs冷阴极X射线管的技术优势;重点评述CNTs冷阴极电子发射性能与调控方法,电子束聚焦结构和典型应用场景等方面进展;介绍实际开发中遇到的技术难题和解决方案,并对未来发展方向进行展望,以期为本领域的技术进步提供参考。

^(63)Ni放射源在冷阴极管中的应用

本文简要地介绍了６３Ｎｉ放射源的主要特性；研究并分析了（６３）Ｎｉ放射源对冷阴极气体放电器件的直流击穿电压、放电延迟时间、抖动时间、冲击击穿电压－时间特性和寿命等参数的影响；最后指出了（６３）Ｎｉ放射源在多种真空电子器件中的应用。