空心阴极结构电子枪的初始放电过程研究

使用OOPIC Pro粒子模拟软件仿真和再现了空心阴极类结构的初始放电过程,得到了初始放电过程不同时刻的电子和离子的相空间分布规律以及电势分布规律。研究结果表明:空心阴极类结构的初始放电过程符合虚阳极移动理论,空心阴极效应的产生是虚阳极在阴极内部移动和扩展的结果。由于空心阴极电子枪结构中微孔的阻挡作用,虚阳极的移动和扩展过程在空心阴极电子枪中非常明显。     

空心阴极放电中的电势垒和电场反转

利用流体-亚稳态原子模型对柱型空心阴极放电中电场反转和电势垒进行了研究。模拟得到了稳态放电时电势、电子密度、离子密度、电场和粒子流密度等的分布特性。220 V阳极电压和133 Pa氩气下,电子和离子密度峰值位于放电单元中心处,为2.4×1010cm-3;在阴极位降区,离子密度远高于电子密度。负辉区电势高于阳极电势,放电的轴向存在电场反转现象,放电单元的中心处形成一电势垒。电子扩散流密度和电子流密度之比对电场反转的形成有重要影响。文章同时研究了阳极电压对电场反转特性的影响。结果表明,电压升高时,电子扩散流密度升高,电场反转和电势垒现象增强。模拟结果同时表明空心阴极放电模式下有利于电场反转的形成。该研究对于分析空心阴极放电中电场反转的成因有重要的参考价值。     

触发型真空弧放电特性研究

基于沿面放电设计了短间距的触发型真空弧放电装置,利用高速相机研究了触发真空弧放电特性,获得了不同放电时刻的放电图像。通过分析放电图像,发现主弧放电开始阶段,主弧电流主要为电子电流,而且在阳极附近观察到较强的离子电流。研究发现阴极斑的形成和等离子体的扩散是主间隙击穿的关键因素。初始阴极斑不仅为触发回路提供载流子,同时影响着主间隙的击穿。文章讨论了阴极表面离子鞘层对表面电场的影响,阴极表面场强可达107V/m。同时本文讨论了背景气压对电极间隙放电延迟时间的影响。     

钛表面辉光等离子渗钯电极结构尺寸的优化

分析了钛表面双层辉光等离子渗钯放电状态中的空心阴极放电,分析认为工件极内部是等电位空心阴极放电,源极与工件极是不等电位空心阴极放电.通过对放电状态下电子的作用分析,论证了源极与工件极距离选择20 mm,工件极尺寸选择50 mm,气体压力选择20 Pa是比较合理的电极结构尺寸和气体压力参数.     

双辉渗金属放电效应及电极结构设计原理

介绍了双层辉光离子渗金属技术的基本原理和技术特点,源极、阴极及辅助阴极设计的基本原则,离子渗金属的两种放电模式及其产生的效应,总结了渗金属电极几何结构设计原理.双层辉光离子渗金属技术主要有3个技术特点:固体材料的阴极溅射、形成有利溅射和扩散的高温条件和增加等离子放电的空心阴极效应.其放电模式为:独立放电模式和空心阴极放电模式.源极和阴极设计原则依据双层辉光离子渗金属的特点和放电模式,为"仿形"原则.     

偏压对射频空心阴极放电特性影响的PIC/MCC模拟研究

采用粒子网格(PIC)法与Monte Carlo碰撞(MCC)模型相结合的方法(PIC/MCC法),研究了在射频空心阴极放电系统中,负直流偏压(-10～-50 V)对放电特性的影响。通过模拟获得了在不同的外加负直流偏压下,空心电极孔内的电子密度、径向电场、轴向电场等参数的变化。计算结果表明,随着偏压从-10增加到-50 V,阴极孔内电子密度和径向、轴向电场逐渐增大;加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。从放电早期到达到稳定放电的过程中,电子逐渐从接地阳极附近移入空心电极孔内,孔内电子密度和径向、轴向电场随时间增长而增大;在同一时刻,放电系统施加偏压的孔内电子密度和径向、轴向电场比不加偏压的更大。达到稳定放电后,孔内电子密度和径向、轴向电场等不再发生变化。     

维持低气压下弧光自持放电的稳流电源

离子火箭的阴极一触持极间形成的低气压下弧光自持放电.伏安特性曲线是负阻曲线.若用稳压电源作触持极电源.有烧坏电源和阴极的危险:如采用稳流电源.则具有自挖作用.能维持弧光自持放电。文章详细介绍了触持极稳流电源的电路原理。对稳流型触持极电源进行了实验.一次电源在±20%范围内波动.电源输出稳定度优于1%。效率达80%.根据阴极性能、气体的种类、密度等情况的变化.选职稳流电源的稳流点.即弧光自持放电的工作点.调整稳流点.只需调整采样电阻.工作可靠.     

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。     

内径20mm导向套筒内壁处理(1):空心阴极氩气放电特性研究

针对高端阀门内径20mm导向套内壁处理,采用高频高压脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对导向套空心阴极放电伏安特性的影响,并对工件间距及与阳极距离等放电结构进行了研究。结果表明:管内空心阴极放电需要一个稳定过程,脉冲电流随着时间的增加逐步降低,而后达到稳定放电阶段。提高脉冲电压或工作气压,管内空心阴极脉冲峰值电流增加。脉宽或频率的增加,脉冲峰值电流不变,但平均电流增加,且频率的增加使得激励时间减少。放电结构的分析表明,管间距的减少,放电电流变化不大,而管口与阳极之间距离的减少,使得放电峰值电流略有增加。以上研究结果为高端阀门小直径导向套等内壁薄膜制备提供了有效指导。     

HCD电子枪的束流特性及浸没透镜效应

本文提出了在设计空心阴极离子放电电子枪（Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇｕｎ）中，阴极与辅助阳极所形成的浸没透镜效应，近而用该效应对电子束的会聚作用，代替辅助阳极外部的电磁聚焦极。通过理论分析和实际验证表明，既满足了电子光路系统的要求，又简化了枪体结构，便于操作，降低成本。并对空心阴极等离子区的形成特征进行了描述，以及讨论了在设计ＨＣＤ枪中遇到的几个问题。     

用于汞离子推力器的中和器空心阴极的实验研究

一、中和器空心阴极在推力器中的工作电子轰击式汞离子推力器组成部分、启动过程及正常运行,在文献[1]中,结合示意图1和图2作了简叙。汞离子推力器用中和器,如图1所示。由汽化器(5)绝缘器(6)和空心阴极(7)三部分组成。空心阴极为一气体放电电子源,当阴极加热到点火温度后。触持极(8)加上点火电压,阴极一触持极间首先着火放电。进而,放电扩展至汞离子束I_B。中和器阴极向离子束中发射与离子流等量电荷的电子流I_N,使推力器系统呈电中性。维持推力器稳定工作。     

平面直流磁控溅射放电等离子体模拟研究进展

放电等离子模拟是平面直流磁控溅射装置系统仿真的一个重要的子过程。本文根据模型的种类，求解问题的维数以及自洽性对磁控放电等离子体模拟方法进行了分类，并通过介绍不同种类的仿真模型，诸如动力学模型，流体模型，粒子模型，混合模型以及简化模型，根据平面直流磁控溅射放电的特殊性，对这些模型在该装置等离子模拟中的适用性进行了分析。兼顾问题求解的速度和质量，本文认为二维自洽粒子模拟与三维非自洽粒子模拟是目前需要重点研究的两种方法。最后作者对磁控放电等离子体模拟的进一步发展进行了展望。     

基于LaB_6光电阴极的光触发赝火花电子束源实验研究

以改善空心阴极放电的性能,提高放电产生的电子束为目标,设计了光触发多电极赝火花放电腔装置。光触发用的光电阴极材料选取低功函数的LaB_6材料,并以Cu为基底材料加工制作了赝火花放电装置中的核心部件——空心阴极腔。光触发放电实验结果显示,LaB_6阴极提高了赝火花光触发模式下放电的稳定性和可控性。电子束测量结果表明,相同放电电压下,LaB_6阴极中产生的电子束束流峰值与同等实验条件下的Cu阴极相比,提高了53.6%～92%;而与此同时,电子束的半高宽只改变了10.7%～18.2%。本论文中的实验结果证实了LaB_6作为触发材料能够有效的加强空心阴极腔内的气体电离,从而改善光触发放电的性能。LaB_6作为阴极腔材料,促进了空心阴极腔和极间的等离子体形成和发展,显著提高了放电所产生的电子束电流密度,同时并未引入过多的能量损耗过程和低速低能量电子。     

空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器溅射仿真北大核心CSCD

溅射对圆柱形阳极层霍尔推进器的稳定运行和寿命具有不可忽视的影响。为了研究D-80空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的磁极溅射程度,建立了D-80圆柱形阳极层霍尔推进器的三维全粒子PIC/MCC模型,利用VORPAL仿真软件对D-80圆柱形阳极层霍尔推进器放电-溅射过程进行了仿真,得到了离子轰击到内、外磁极上的入射能量,入射角度的概率分布,分析了溅射粒子在不同放电功率、磁场和气压下的变化规律。仿真结果表明:离子溅射全部发生在内、外磁极的表面上,轰击内磁极的离子能量平均值和入射角都小于轰击外磁极的离子入射能量和入射角,但内磁极的内、外径表面上溅射程度最严重,与实验中磁极溅射形貌一致;高放电电压和高气压下,溅射程度更严重,并且与实验结果一致。     

降低双极式直流高压隔离刀闸故障提高电厂除尘效率的对策

电除尘器除尘的先决条件是内部电晕极（阴极）、收尘极（阳极）形成强电场,烟气粉尘进入除尘器后在电场作用下发生电离,荷电后的粉尘逐向收尘极和电晕极,通过对这两极的振打,粉尘落入灰斗达到收尘目的。强电场是由整流变压器将380V交流电整流变为高压直流电经双极式直流高压隔离刀闸、阻尼电阻接至阳极而形成,如果双极式直流高压隔离刀闸发生故障不能投入运行,除尘器阳极失电,除尘器将失去除尘作用。未经除尘的烟气直接排人大气造成环境污染。     

离子氮化技术的研究进展

离子氮化具有工件变形小、渗速快、节能环保等优点,能有效提高金属零部件的表面硬度、耐磨损和耐腐蚀等性能。然而受气体放电特性和电场效应的影响,工件形状对表面温度的均匀性影响很大,出现表面打弧、边缘效应和空心阴极效应等问题。为了克服传统直流离子渗氮的缺点,近年来出现了一些射频离子氮化、等离子体浸没离子注入、活性屏渗氮以及空心阴极氮化等新技术。     

正向磁控规放电的不稳定性研究

本文研究了正向磁控规放电的异常作用。指出电场和磁场的排列非完全正交，使得阳极壳层变得不对称，是磁控规放电不稳定的主要因素，并从理论和实验上做了详细地。讨论。认为电极轴和磁场轴间偏离角应小于０．２。     

空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器溅射仿真

溅射对圆柱形阳极层霍尔推进器的稳定运行和寿命具有不可忽视的影响。为了研究D-80空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的磁极溅射程度,建立了D-80圆柱形阳极层霍尔推进器的三维全粒子PIC/MCC模型,利用VORPAL仿真软件对D-80圆柱形阳极层霍尔推进器放电-溅射过程进行了仿真,得到了离子轰击到内、外磁极上的入射能量,入射角度的概率分布,分析了溅射粒子在不同放电功率、磁场和气压下的变化规律。仿真结果表明:离子溅射全部发生在内、外磁极的表面上,轰击内磁极的离子能量平均值和入射角都小于轰击外磁极的离子入射能量和入射角,但内磁极的内、外径表面上溅射程度最严重,与实验中磁极溅射形貌一致;高放电电压和高气压下,溅射程度更严重,并且与实验结果一致。     

大气压射频介质阻挡放电辉光放电和丝状放电的时空演化比较

目的 为研究大气压射频(13.56 MHz)介质阻挡放电(rf-DBD)在辉光放电和丝状放电2种模式下的电离形式,以及在一个放电周期(73.7 ns)内气体电离与时间和空间的关系。方法 实验使用氩气获得稳定的辉光放电,使用氩气掺杂氮气获得丝状放电。实验中使用电流正向过零点的信号触发ICCD相机获得一个放电周期内不同时间点的36张照片,得出放电间隙之间不同位置的发光强度在一个周期内随时间的变化关系。结果 在α模式下,每半个周期所产生的一次电子雪崩在空间和时间上都是从阴极到阳极的过程。在γ模式下存在负辉现象,并且在阴极电极的介质表面,负辉强度峰值的时间比体电离强度峰值时间晚约13 ns。在丝状放电中,等离子体的发光强度主要集中在阴极表面,介质表面积累的电荷之间的互相作用力使得放电形成单独的细小通道。结论 α模式以体电离为主,而γ模式下除了体电离,还有离子撞击阴极表面产生的大量二次电子,并且比体电离的产生更晚。在丝状放电中,电介质表面电荷作用明显,阴极介质表面的电离为放电的主要形式。     

低气压下空心阴极辉光放电等离子体的特性

为掌握10-2Pa～10-3Pa的低气压、磁场条件下空心阴极辉光等离子体的特性及其与常规辉光放电伏安特性的区别,我们对其伏安特性和电子密度进行了测量。实验结果表明:低气压、磁场条件下空心阴极辉光放电的整个过程可分为三个不同阶段,即随着电流的增大,依次为起辉阶段、空心阴极放电阶段和反常辉光放电阶段。其中,起辉阶段与空心阴极放电阶段的伏安特性与常规辉光放电的伏安特性曲线不同,而反常辉光放电阶段类似。实验证实了电子密度随电流增大而增大的关系,实验结果表明,在轴线方向上,阳极附近的电子密度大于阴极附近的;在与轴线垂直的平面上,电子密度差别不大。