铁电体阴极的实验研究

铁电体阴极是一种具有很大发展潜力的新型高亮度、高重复率、强流电子束源。电子发射的基本机制是利用铁电体中的快极化反转产生的极化值变化,其转换时间为纳秒量级,因此,重复率可达数百兆赫;最大电子发射密度为10~(14)/cm~2;发射电流的大小取决于样品上激励电压的上升时间;发射电子的最大能量决定于样品厚度,初步估算,在电流强度相同的情况下,铁电阴极的亮度可比激光照射的光阴极高4倍,与传统电子源相比,它具备许多特殊的优点,本文报导了E∥P和E⊥P两种实验模式,测得的最大发射电流密度分别为12A/cm~2和21A/cm~2。     

碳纤维阴极发射均匀性的实验研究

 分别用自制浸渍碘化铯（CsI）针式环状碳纤维阴极和环状不锈钢阴极所产生的电子束轰击尼龙目击靶,研究碳纤维阴极发射均匀性。在碳纤维阴极电子束轰击的目击靶上得到了均匀的烧蚀痕迹,而不锈钢阴极电子束轰击的目击靶上烧蚀痕迹不均匀,表明碳纤维阴极发射电子束的均匀性优于不锈钢阴极。分析认为两阴极不同的发射机制及其所特有的材料性质和结构导致其发射电子束均匀性的差异。用光学显微镜和电子显微镜对不锈钢阴极尖端和碳纤维阴极尖端和侧面进行扫描,发现不锈钢阴极仅尖端处被烧蚀,而碳纤维阴极尖端和侧面都有烧蚀痕迹,验证了碳纤维阴极由场发射和表面闪络共同作用的发射机制的假设分析。     

天鹅绒阴极发射性能的实验研究

在长脉冲(50～100ns)和短脉冲(3ns)条件下,我们对天鹅绒阴极的发射性能进行了实验研究。其阴极电流密度分别为400A/cm~2和7kA/cm~2。 我们分别测量了电流-电压曲线,使用Cherenkov效应得到了阴极发射图象,得到了天鹅绒纤维的扫描电镜照片并测量了天鹅绒阴极的实验结构。在此基础上讨论了天鹅绒阴极的发射机理。     

真空残气对GaAs阴极发射性能的影响

针对三代微光像增强器的GaAs阴极灵敏度下降，分析真空残气对阴极发射性能的影响。实验结果表明，有害气体是造成阴极灵敏度下降的主要因素。     

阴极强流多脉冲发射特性研究

实验研究了几种阴极的强流猝发多脉冲发射特性. 研究结果表明, 天鹅绒阴极产生的猝发强流双脉冲电子束亮度优于1×10⁸A/(m.rad)², 而直立碳纤阴极产生的强流三脉冲电子束的亮度也优于3×10⁷A/(m.rad)², 并有进一步提高的可能. 新型的冷场致发射阴极如纳米金刚石膜阴极和纳米碳管阴极也具有强流发射能力, 实验得到的发射电流密度大于50A/cm².文中还给出的大发射面储备式热阴极的实验结果, 并对相关阴极实现稳定强流多脉冲发射的研究方向和应用前景进行了分析.     

平面二极管爆炸发射阴极特性实验研究

 在电压0.6~1.0 MV,脉冲重复频率为100 Hz条件下,实验研究了爆炸发射阴极的有效发射面积、平均发射电流密度、二极管阻抗、电子束能量损耗机制等特性。结果表明：阴极有效发射面积随时间呈方波变化,在脉冲开始后5 ns内有效发射面积基本达到稳定。在碳纤维、天鹅绒、石墨、不锈钢4种阴极材料中,碳纤维阴极有效发射面积最大且变化相对稳定,并且碳纤维阴极具有最大的平均发射电流密度。二极管阻抗随着阴阳极间隙的增加并非呈平方关系增加,而是呈线性增长,阻抗失配是降低电子束能量传输效率的主要机制。     

常见场致发射阴极材料的发射特性

利用三阴极加速器平台,对不锈钢、黄铜、铝、天鹅绒和石墨等几种常见场致发射材料的电流发射能力、相对启动延迟时间及其抖动进行了实验研究。实验结果表明：在二极管电压近似恒定时,不锈钢阴极启动时间延迟抖动小于8 ns,天鹅绒阴极及石墨阴极启动时间延迟抖动小于4 ns;且材料在阴极频繁工作时启动时间加快;常见金属材料中不锈钢阴极的综合性能较好;非金属材料中,天鹅绒阴极的发射能力最强,且发射延迟时间最短,但考虑到天鹅绒材料严重的出气问题,非金属材料中以石墨阴极的性能为优。     

复合阴极材料发射特性分析

 基于对爆炸发射点火机制的分析,提出了介质增强场致爆炸发射的设想,研制并实验研究了金属-介质复合阴极的电子发射特性;同时,基于对表面闪络爆炸发射机制的分析,研制出了石墨-碳纤维复合阴极并进行了初步实验研究。研究结果表明,金属-介质复合阴极与石墨 碳纤维复合阴极电子发射密度均超过17 kA/cm²,使用寿命预计超过10⁵次。     

低气压条件下的铁电体离子发射特性研究

以低气压条件下的铁电体离子发射特性为研究对象,通过结合高速相机、光谱的光学诊断和二维网格质点法耦合蒙特卡洛碰撞模型(PIC-MCC)的仿真模拟获得了锆钛酸铅(PZT)铁电体离子发射的主要成分、表面放电的发光及等离子体演化过程、离子的产生及离子电流形成机制,为进一步研究铁电体离子源奠定了基础。     

碳纳米管阴极的强流脉冲发射性能研究

采用丝网印刷和涂敷方法制备了两种碳纳米管阴极,并研究了两种阴极的强流脉冲发射特性,表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究结果表明在脉冲宽度为100 ns、电压为1.64×10⁶ V的脉冲电场下,涂敷法制备阴极的场发射电流最高达5.11 kA,最高发射电流密度达260 A/cm².丝网印刷法制备阴极的场发射稳定性优于涂敷法制备阴极,但其发射电流低.阴极表面发射体的形貌与分布影响了阴极的脉冲发射性能.碳纳米管阴极的脉冲发射机理为爆炸电子发射.碳纳米管阴极可以作为强关键词：碳纳米管阴极脉冲发射强电流     

反铁电陶瓷的强电子发射特性研究

采用掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷作为阴极材料,研究了脉冲电压激励下陶瓷的电子发射特性.当激励电压为800V、抽取电压为0V时,得到1.27A/cm²的发射电流密度;当抽取电压增加到4kV时,获得1700A/cm²的发射电流密度.分析了发射电流随抽取电压的变化关系,讨论了反铁电陶瓷强电子发射的内在机理.结果表明：掺镧锆锡钛酸铅反铁电陶瓷能够在较低的激励电压(400V)下实现电子发射,发射电流远大于按照Child-Langmuir定律计算出的电流,三接点附近局域反铁电—铁电相变产生初始电子发射,初始电子电离中性粒子形成等离子体,增强了电子发射.关键词：铁电阴极反铁电体电子发射     

爆炸发射阴极特性的研究进展

文章对爆炸发射阴极的物理机制进行了阐述,着重对爆炸发射阴极的各种特性进行了介绍,包括阈值电压、发射均匀性、等离子体闭合速率、阴极寿命等.并且对研究爆炸发射阴极特性所采用的理论和测量方法进行了介绍,给出了目前阴极材料使用中存在的问题.     

爆炸发射阴极特性的研究进展

文章对爆炸发射阴极的物理机制进行了阐述，着重对爆炸发射阴极的各种特性进行了介绍，包括阈值电压、发射均匀性、等离子体闭合速率、阴极寿命等．并且对研究爆炸发射阴极特性所采用的理论和测量方法进行了介绍，给出了目前阴极材料使用中存在的问题．     

钡-钨阴极的组织特性与热电子发射性能

利用正交试验探讨了放电等离子技术工艺参数（温度、压力、保温时间）对钡-钨（Ba-W）阴极中的W的孔隙度的影响规律,获得了孔隙率在23%～30%内变化时所需要的最佳工艺参数。在此基础上,制备出了具有不同孔隙度的球形W基体和普通不规则的W基体。研究表明：球形多孔W颗粒间堆积、排列有序,无闭孔,孔径分布集中而均匀,在26.3%的孔隙度下中值孔径为1.41 μm;机械性能方面,球形钨粉基体维氏硬度低于传统普通不规则钨多孔体。在脉宽10 μs、频率1000 Hz的条件下,阴极脉冲发射电流密度随着孔隙度的增大,先增大后减小。当基体孔隙度为26.3%时,阴极电流发射密度最大,在1050 ℃,偏离点发射电流密度可达24.62 A/cm²,零场发射电流密度为7.62 A/cm²,功函数为1.95 eV。     

激光驱动的光阴极研究

论述激光驱动的光阴极实验研究。包括直流高压真空试验系统,测试装置和实验结果及其分析讨论。LaB6、纯金属铜(Cu）和钐（Sm）以及半导体碲化铯(Cs2Te）三类有代表性光阴极的量子效率分别是6×10-4、3.8×10-4、11.6×10-4和(2~6)×10-4。利用KrF激光,18kV极间电压下饱和电流密度分别为70A/cm2、50 A/cm2、102A/cm2和57A/cm2。用多孔板法测得的归一化发射度约10pmm· mrad,相应的归一化亮度约1010A/m2· rad2。     

同轴强流双环形阴极的发射特性分析

提出了一种同轴双环形阴极结构二极管,并进行理论求解和仿真研究,得到了双环形阴极二极管中,内外环上场强一致时二极管内尺寸分布关系。并采用粒子仿真软件进行了双环形阴极爆炸发射模拟研究,研究结果表明,双环形阴极发射束流由高压加载后初始时刻二极管内电场分布和内外环形阴极相互之间屏蔽作用的竞争结果决定。提出了两阴极相互之间屏蔽作用的经验公式,指出该相互屏蔽作用程度随发射总束流呈线性关系,随两阴极距离呈指数关系,最终采用粒子仿真软件进行了验证。     

钡钨阴极优化与热电子发射性能

分别从基体和铝酸盐两方面优化了钡钨阴极.在基体方面,首先采用窄粒度钨粉结合放电等离子体烧结获得了孔径分布窄的基体;再利用射频等离子体球化技术制备了球形钨粉,采用球形钨粉制备了多孔基体,获得了孔通道光滑、内孔连通性好、孔径分布更加窄的基体.与窄粒度钨粉基体相比,球形钨粉制备的阴极,空间电荷限制区的斜率由1.25增加至1.37,发射均匀性得到提高,拐点电流密度由6.6 A·cm^–2增至6.96 A·cm^–2.在此基础上,采用液相法改善了铝酸盐物相组成,发现空间电荷限制区的斜率增加至1.44,拐点电流密度增加至21.2 A·cm^–2.通过理论计算对钡钨阴极发射的物理本质进行了研究,发现钡钨阴极发射规律遵循偶极子理论.     

强流多注阴极尺寸对束流发射一致性的影响

在相对论速调管放大器(RKA)的探究实验中,多注RKA中电子束的打斑实验结果表明各注电子束的发射电流大小和横截面形状分布不一致甚至有很大差异影响了RKA的工作稳定性。通过粒子模拟软件对该问题进行相关仿真研究,探究多注阴极几何尺寸分布不一致对发射电流分布的影响。仿真结果表明,单注电子束阴极尺寸,尤其是横向尺寸的差异是影响多注电流大小分布不一致的主要因素,而且横向尺寸还将影响到多注电子束横向电子束形状,该研究对多注RKA的实验研究与优化设计具有指导意义。     

强流多注阴极尺寸对束流发射一致性的影响

在相对论速调管放大器(RKA)的探究实验中,多注RKA中电子束的打斑实验结果表明各注电子束的发射电流大小和横截面形状分布不一致甚至有很大差异影响了RKA的工作稳定性。通过粒子模拟软件对该问题进行相关仿真研究,探究多注阴极几何尺寸分布不一致对发射电流分布的影响。仿真结果表明,单注电子束阴极尺寸,尤其是横向尺寸的差异是影响多注电流大小分布不一致的主要因素,而且横向尺寸还将影响到多注电子束横向电子束形状,该研究对多注RKA的实验研究与优化设计具有指导意义。     

高压直流连续波光阴极注入器中电子束流发射度研究

高平均功率自由电子激光研究中,电子束质量是关键。针对高平均功率自由电子激光目标参数,提出了直流高压连续波光阴极注入器,给出了注入器的束流动力学过程。为了降低输出束流横向发射度,采用特殊结构设计的静电加速腔,加速电压1MV,最大加速梯度10MV/m。用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟,电子束束团电荷为0.5nC,束团长度10ps时,注入器输出束流归一化发射度均方根值为5.8mm·mrad。