Influence of Cathode Plasma on Breakdown Formation in Plasma-Anode Explosive-Emission Source

Breakdown formation in an explosive-emission electron source is related to the interelectrode gap filling with plasma propagating from the cathode and formed at the anode and in the interelectrode gap under the electron beam action. Plasma anode is used to increase the beam current density. Preliminary interelectrode gap filling with plasma in the explosive-emission source decreases the influence of uncontrolled plasma arrival from the anode on the diode processes, promotes current density increase and duration of generated electron beams. The paper considers the influence of the cathode geometry on the breakdown formation in the plasma-anode explosive-emission electron source. The data on obtaining of microsecond electron beams with current density of 30 A/cm^2 and 1.5-2 kA/cm^2 are presented.

基于碳纳米管电子源的计量级电离真空计数值模拟研究

通过控制电离区域内的电子轨迹和电子能量,能够使计量级电离真空计实现高稳定的超高真空测量。设计了一种基于碳纳米管(CNT)电子源的计量级电离真空计,构建了物理模型,模拟计算了电子透过率、电子传输效率和灵敏度等关键参数,并分析了不同的电子发射分布、电极电压和制造安装公差对灵敏度稳定性等关键参数的影响。该真空计的理论计算灵敏度为0.2517 Pa^(-1),标准偏差为7.7538×10^(-5)Pa^(-1)。

一种具有双输出端口的200-kW Ka波段速调管的集成互作用电路设计

文章提出了一种基于集成互作用单元的高效谐振电路,以改善注波互作用,将Ka波段速调管的峰值功率提高到200 kW。被集成的单元电路设计是基于矩形间隙波导中级联的场结构,通过特定边界条件的融合,将两个或多个单注-波互作用单元横向连接在一起(每个单元通常用于传统的单注速调管)。针对输入腔,通过优化注加载参数和腔体参数将两个互作用单元有效地整合在一起,以获得~35 GHz恒定输入功率下的最佳吸收效率。输出腔1)设计有两个输出端口,以平衡功率提取对集成互作用电路的影响;2)通过优化两个预调制的电子束得到200-kW的峰值功率。在注电压为45 kV、单个注电流为5.6 A的条件下,通过粒子模拟(PIC),所设计的Ka波段速调管的整体互作用电路能够产生202.9-kW的峰值功率,效率为40.2%,增益最大达到47 dB。

双脉冲电子束源实验研究

利用现有2MeV直线感应注入器,通过改造,将其次级功率源和8个感应腔分成2组,使之交替工作,建立了一台双脉冲电子束源。二极管电压脉冲幅度达到1MeV,电子束脉冲持续时间为120ns,脉冲间隔可以根据需要在100～500ns间进行调节。实验结果表明:该双脉冲电子束源可以产生双脉冲电子束,其电压幅度差值小于2%,束流可达3kA,并且工作稳定,利用该装置可以进行多脉冲二极管物理和天鹅绒多脉冲发射特性实验研究。

太赫兹真空电子器件的研究现状及其发展评述

太赫兹真空电子器件具有输出功率高、可在常温下工作等优点,它在军用、民用领域有着广泛的应用前景。本文介绍了国内外各种太赫兹真空电子器件研究的技术水平及应用现状,并对其今后发展趋势作了相应的评述。

太赫兹辐射源的研究进展

太赫兹技术在物理、化学等基础研究学科,以及安全检查、空间通信等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分。概述了基于激光光学技术、真空电子技术和超快激光技术产生太赫兹辐射的常用方法和主要特点,以及目前的研究状况,并对这各种太赫兹波辐射源的发展方向进行了展望。

中国散裂中子源(CSNS)真空系统研制

中国散裂中子源(CSNS)将提供能量为1.6Ge V、功率为100k W的短脉冲质子束,以25Hz的重复频率撞击固体金属靶,产生散裂中子。散裂中子源是一个多学科平台,可以进行物理、化学、生物学和材料科学研究。本文描述了CSNS真空系统各个部分的结构特点、技术要求、设计方案和实验结果。通过金属化法和玻璃粘结法分别完成了四极陶瓷真空盒和二极陶瓷真空盒样机的研制。经过测试,陶瓷真空盒样机的机械尺寸、抗拉强度和真空性能达到了设计指标。另外,为了减小二次电子发射系数,在陶瓷真空盒内表面用磁控溅射法镀氮化钛,通过小样品测试了氮化钛膜的厚度、成分、二次电子发射系数和附着强度。目前,CSNS真空系统大部分设备和部件已投入批量生产,2014年10月中旬开始安装,2018年CSNS达到国家验收指标。

镁合金真空电子束焊接匙孔热效应数值模拟

分析了镁合金真空电子束焊接过程中的匙孔热效应特征,针对真空电子束焊接工艺建立了适用于镁合金焊接的复合热源模型.考虑到焊接过程中存在的高温金属蒸气等离子体及真空电子束焊接"匙孔"深熔效应特征,模型由高斯面热源和圆锥体热源复合而成,利用高斯面热源功率分配系数和圆锥体热源功率分配系数的不同取值,模拟电子束焊接的不同聚焦状态,并得到电子束聚焦状态与散焦状态下的焊接温度场变化,进而通过计算得到聚焦状态变化下的匙孔形状和焊缝成形.结果表明,模拟结果与其具有较好的一致性.

基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器的数值模拟

提出了一种新的基于真空电子学的THz源——基于圆盘加载波导的THz分布作用振荡器(EIO),它由圆盘加载波导输入谐振腔、漂移管和输出腔构成。利用2.5维电磁仿真软件UNIPIC对其进行了模拟研究,结果表明慢波结构的长度、漂移管的长度和输出腔的半径对输出功率和频率产生显著影响。经过最优化设计,在注电压为24.85 kV、电流为20 mA的条件下,仿真得出其中心频率为755.5 GHz、峰值功率为1.322 5 W的THz波。

真空电子束焊机高压电源的分析和在应用中稳定束流的措施

介绍了乌克兰巴顿研究所60kW、60kV真空电子束高压电源的特点，高压整流器、调整电子管、栅偏压电子管主回路及其控制系统的基本原理。根据对该设备电气图纸的学习、研究和在实际焊接工作中发现的问题进行分析和讨论，对巴顿所60KW、60KV真空电子束高压电源进行评价。对在实际的焊接工作中改进、提高设备性能，提出一些稳定焊接束流的措施。

面向航空航天应用的太赫兹真空电子学源

太赫兹(THz)科学与技术是近年来国际学术研究的前沿和热点,而THz辐射源则是制约THz科学与技术发展的关键因素之一。基于真空电子学的THz源具有功率大和效率高等优势,特别是扩展互作用器件(EIO/EIA)、返波振荡器(BWO)、行波管(TWT)等都可发展为紧凑型的THz源,适合机载和星载平台应用;而回旋电子器件和自由电子激光等则具有高功率的优势,在陆基或海基平台上具有重要的应用潜力。文章在介绍THz波在航空航天领域相关应用的基础上,着重介绍了各种THz真空电子学源的发展水平。

日盲区紫外光通信真空光源研究进展

日盲区紫外光非视距通信具有抗干扰能力强、保密性好、全天候、全方位等优点。要使通信系统尽可能具有远传输距离和高传输速率,就要求紫外光源兼备大输出功率和高调制频率。近年来,基于电子束在真空中易于加速和方便调制的特点,利用高能电子束轰击荧光物质激发紫外光,为实现大功率和高调制频率日盲区紫外光通信光源提供了一种新型有效的解决方案。已有研究表明,真空电子日盲区紫外光源能够实现百毫瓦级输出功率和兆赫兹调制频率,有望解决日盲区紫外光非视距通信系统光源的瓶颈问题,推动相关技术的快速发展。针对日盲区紫外光通信核心部件—紫外光源的技术需求,本文介绍了紫外光源的国内外研究进展。

基于氧化硅隧穿电子源的高压力微型电离真空传感器

微型电离真空传感器在微小空间和特殊范围的压力探测中有着非常重要的应用。然而,之前的微型电离真空传感器存在或体积大或工作电压高或能耗高等缺点。以新型氧化硅隧穿电子源为阴极制备了一种高压力微型电离真空传感器,该传感器结构紧凑、加工简单、体积微小,仅为15 mm×15 mm×2 mm(长×宽×高),工作电压低、探测量程宽、探测压力上限高。实验结果显示,传感器在3.50×10^(-2)~1.02×10^(2) Pa压力范围内具有很好的线性响应。研究为解决传统电离真空传感器和皮拉尼真空传感器在此压力范围内探测不准确的问题提供了一种可行的方案,有望推动电离真空传感器在更多重要领域应用。

真空电子太赫兹器件研究进展

太赫兹波因其具有电子学与光子学的特性,所以在深空探测、无损检测、通信及安检等领域有巨大应用潜力。近些年,太赫兹技术的迅猛发展离不开太赫兹真空电子器件的不断进步。由于尺寸共度效应及电子束发射性能的限制,这类器件在迈向更高频段过程中遇到了不小的困难。针对这些问题,研究人员通过改良高频结构、控制加工精度、制备更优性能的材料、更精准的计算手段等一系列措施进行解决。本文介绍几种主流小型化太赫兹器件研究过程中的解决方案及最新进展,最后根据现阶段发展情况总结未来可能会遇到的问题及解决方法。

条纹相机在真空弧离子源等离子体诊断中的应用

针对真空弧离子源,利用条纹相机将时间轴信息转换为空间轴信息的特点,结合光谱仪分光功能,建立了一套高时间分辨与光谱分辨能力的发射光谱诊断装置,其时间分辨率和光谱分辨率分别可达26ps与0.1nm。利用该诊断装置采集获得了单次脉冲内等离子体的时间演化特性;同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了一套谱线拟合的等离子体温度与密度计算模型。相比传统的Boltzmann斜率法与Stark展宽法需要寻找孤立的不受附近谱线叠加的干净线状光谱,建立的拟合光谱模型可以直接处理多条谱线因为展宽效应而叠加形成的光谱线型,计算得到等离子体中电子温度与电子密度。结果表明,在脉冲功率源的作用下,真空弧放电等离子体的电子温度与电子密度分别可达1eV与3.5×1024 m-3。

强流脉冲电子束源陶瓷真空界面闪络特性及其抑制技术研究

作为强流电子束源的关键部件之一,真空界面的沿面闪络问题严重制约和影响强流加速器和高功率微波系统的性能。该文针对强流电子束源中的陶瓷真空界面性能提升需求,首先利用VSim仿真软件建立陶瓷真空界面沿面闪络动态仿真模型,分析二次电子发射系数、二次电子倍增与碰撞电离等过程,仿真研究表面二次电子发射系数、表面解吸附气体、表面积聚电荷等因素对陶瓷沿面闪络的影响;在此基础上,结合工程样机,分别从降低表面二次电子发射系数和抑制二次电子倍增的角度,提出高温涂层和表面非周期波纹提高陶瓷耐压水平、抑制闪络的方法。在500k V、100ns、20Hz重频长脉冲平台上分别对上述2种表面处理的陶瓷真空界面开展耐压测试,结果显示:表面涂层和表面非周期波纹结构均可提高脉冲条件下陶瓷闪络电压,闪络电压提升幅度分别为12.4%和14.7%,且重频运行稳定。论文研究工作为强流脉冲功率领域陶瓷真空界面的设计与运行提供了重要参考。

大面积微通道板(MCP)电子清刷测试系统设计

电子清刷是提升MCP性能的有效手段,鉴于目前国内的清刷测试系统只适用于直径30mm以下的MCP,设计了一套4工位大面积MCP(500mm×100mm)的清刷测试系统。该系统4个工位均可实现对大面积MCP的电子清刷,且其中一个工位兼具测试功能,可以测试清刷前后MCP的参数变化,清刷测试工位可实现相互转换。通过均匀紫外光照射金阴极产生均匀电子再经标准MCP(Φ105mm)倍增后得到用于清刷的可调均匀电子束。多次抽真空、检漏、及对该系统的烘烤处理使该系统达到真空度5×10^(-4) Pa的时间小于45min,且极限真空度优于5×10^(-5) Pa,完全满足了清刷测试的指标要求。针对负载对该真空系统抽真空难度带来的影响,定义了负载影响因子K,并在实验过程中对K值作了量化计算(K值在0.35~1.57范围内),揭示了K值与该系统抽真空难度存在的正比例关系。

相对论磁控管透明阴极技术作用机理研究

透明阴极技术对相对论磁控管振荡启动过程具有显著影响,但其加速启动过程的作用机理仍有待深入研究。对采用扇形单元透明阴极的L波段相对论磁控管进行数值模拟,分析了场分布模式和带电粒子空间运动规律,发现透明阴极与实心阴极在磁控管振荡启动过程的差异。可见透明阴极带来的静电场角向分量与外加轴向磁场引起的洛伦兹力,对初始工作状态的电子具有向阳极加速漂移的作用。采用透明阴极的相对论磁控管的电子轮辐外缘更贴近阳极,群聚电子在轴向上具有随距离连续变化的速度分布,使得电子与高频电磁场的能量交换更加充分。对扇形阴极单元的个数与张角组合的匹配效果进行了模拟,给出了磁控管振荡建立阶段静电场角向分量对阴极电子发射与漂移运动的作用规律。透明阴极的设计需要与磁控管慢波结构相匹配,以得到最优化的工作状态。

片上电子源的真空阳极键合

本文介绍了一种新型片上微型电子源的真空阳极键合方法,以构建一个和片上微型电子源集成在一起的片上微型真空腔室。采用导线搭接的方法完成了硅玻璃交替的多层键合结构,实现了包含五层键合结构的片上微型真空三极管。使用氦质谱检漏仪对键合界面进行真空漏率的检测,提出了一种可改善电极跨越键合界面引起界面漏气的简单方法。

高性能强流脉冲电子束源关键技术研究

强流脉冲电子束源是高功率微波系统的核心部件之一,针对未来应用需求,亟需从绝缘、束流输运和热管理等多个方面提升强流束源技术性能。介绍了国防科技大学在高功率微波源用强流真空电子束源方面的研究进展。针对高功率微波管保真空需求,基于陶瓷金属钎焊,设计并研制了一种强场陶瓷真空界面,耐压大于600 kV、平均绝缘场强达到44 kV/cm、耐受脉宽大于80 ns,重复频率运行稳定;研制了一种基于SiC纳米线的强流电子束源冷阴极,在90 kV/cm的场条件下获得了1.17 kA/cm^2的束流密度,相比传统天鹅绒阴极,SiC纳米线阴极的宏观电稳定性、发射均匀性及运行寿命均得到显著提高;针对相对论返波管,研制基于螺旋水槽型的强流电子束收集极,克服了高比能和低流速的矛盾,耐受热流密度达到10^12 W/m^2,能够满足系统长脉冲、高重复频率运行要求。