离子对Rod—pinch二极管工作特性的影响

用于X射线闪光照相的Rod—pinch二极管aRPD）具有电学性能稳定、产额高、焦斑直径小（可达到亚毫米量级）以及结构简单等优点。由于受电场和磁场的影响，二极管中带电粒子的流动方式可以分为空间电荷限制流（SCL）、弱箍缩（WP）和磁绝缘限制流阻）3种基本模式。大量实验和理论研究表明，离子对RPD的工作模式有显著影响，这里结合同轴结构二极管工作模式的半解析描述方法，利用PIC粒子模拟程序，深入研究离子对于RPD工作特性的影响。     

高能闪光X射线二极管设计与模拟

为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下。简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离。二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算。二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm。计算结果表明：二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。     

高能闪光X射线二极管设计与模拟

 为了研制出便携式的具有较高性能的高能闪光X射线系统,需要发展新型紧凑型的高能闪光X射线二极管,要求其体积小,能工作在较高电压下。简要介绍了冷阴极X射线二极管的结构和工作原理;阐述了二极管绝缘结构设计原则,设计了一种新型的紧凑型轴向绝缘结构的X射线二极管;在高压端和地电极之间采用绝缘环和金属均压环交替叠加进行轴向绝缘,有利于减小二次电子发射几率,降低绝缘体表面爬电几率,缩短轴向绝缘距离。二极管工作电压为1 MV,轴向绝缘距离约260 mm,结合ANSYS数值模拟软件进行了静电场数值计算。二极管轴向绝缘区最大工作场强为95 kV/cm,各阳极三相点最大场强为26 kV/cm。计算结果表明：二极管的工作场强低于真空闪络场强;所有三相点的工作场强均满足绝缘要求。     

用于闪光照相的1MV Rod-Pinch二极管辐射特性

Rod-Pinch二极管(RPD)在小尺度闪光照相方面具有良好的应用前景. 根据理论方面的研究结果以及实验室具备的驱动源装置水平, 设计了相应结构的RPD, 并在1MV工作电压下开展了较为详细的性能实验研究. 最终在二极管轴向(0°方向)1m处得到的X光剂量为1.21rad—1.45rad. 对于阳极直径为1mm的二极管, 其X光焦斑直径仅为0.8mm—1.1mm. X光信号的脉宽为18.1ns—27.5ns. 研究表明RPD将是一种用于小尺度闪光照相的理想的X光源.     

40级串联FLTD驱动杆箍缩二极管的箍缩特性模拟

快放电直线型变压器 (FLTD)直接驱动阳极杆箍缩二极管(RPD)技术的紧凑型闪光照相装置是当前研究的热点。采用数值模拟(PIC)方法,建立了40级串联FLTD的粒子模拟模型,研究了不同触发时序下次级分别为正、负极性时的输出特性;在此基础上,初步模拟了RPD在4 MV电压下的箍缩特性。结果为：在脉冲源参数和负载相同的情况下,次级MITL内筒为正极性时的阴极传导电流比例明显低于负极性情况;在脉冲源输出电压4 MV时,RPD电子束箍缩良好,电子束的轴向分布较为集中,38%的电子束沉积在距离针尖1.5 mm的区域。     

用于闪光照相的1MV Rod-Pinch二极管辐射特性

Rod-Pinch二极管(RPD)在小尺度闪光照相方面具有良好的应用前景.根据理论方面的研究结果以及实验室具备的驱动源装置水平,设计了相应结构的RPD,并在1MV工作电压下开展了较为详细的性能实验研究.最终在二极管轴向(0.方向)lm处得到的x光剂量为1.21rad-1.45rad.对于阳极直径为lmm的二极管,其X光焦斑直径仅为0.8mm-1.1mm.X光信号的脉宽为18.1ns-27.5ns.研究表明RPD将是一种用于小尺度闪光照相的理想的X光源.     

GaAs PIN二极管电热特性

通过T-CAD软件建立了PIN 二极管的电学模型和热学模型, 模拟了PIN 二极管的稳态与瞬态特性。研究了PIN 二极管器件在正反偏压和脉冲电压下的电学特性及热学特性, 讨论了PIN二极管的I层厚度与温度的关系, 模拟得到了不同I层厚度的稳态与瞬态响应曲线、得到了与器件内部温度的关系。模拟结果表明: 随着I层厚度的增加,器件内部最高温度增长减慢,器件内部最高温度区由结区位置向器件的中间位置移动。     

GaAs PIN二极管电热特性

通过T-CAD软件建立了PIN二极管的电学模型和热学模型,模拟了PIN二极管的稳态与瞬态特性。研究了PIN二极管器件在正反偏压和脉冲电压下的电学特性及热学特性,讨论了PIN二极管的I层厚度与温度的关系,模拟得到了不同I层厚度的稳态与瞬态响应曲线、得到了与器件内部温度的关系。模拟结果表明:随着I层厚度的增加,器件内部最高温度增长减慢,器件内部最高温度区由结区位置向器件的中间位置移动。     

数百千伏电压下杆箍缩二极管模拟

为了探索杆箍缩二极管(RPD)在冲击加载下物质低密度区成像应用中的可行性,开展了低电压(≤500 kV)运行条件下RPD箍缩物理特性模拟研究。基于Particle-in-cell(PIC)模拟方法,从二极管加载电压幅值、阴极盘厚度、阴阳电极孔径比等方面开展了二极管模拟,从电子箍缩效率、质子流、电子利用率、电场和磁场分布等角度对箍缩物理过程进行了分析。模拟表明：低电压运行条件下普通结构二极管电流较低,不能为电子提供足够的磁场力从而导致较低的电子箍缩效率;采用组合杆结构,并优化阳极杆到轫致辐射靶区的过渡区设计,是在低电压条件下实现小焦斑、高剂量辐射光源的值得探索的技术途径。     

温度对PIN二极管限幅器功率响应特性的影响

 通过求解PIN二极管基区双极载流子扩散方程得到了限幅器Pspice等效电路模型, 根据PIN二极管物理参数与温度的关系, 数值计算得到了PIN二极管限幅器在多个温度点的功率响应特性, 发现温度的升高会使限幅器内部损耗增加, 加剧限幅器内部热损伤。并利用恒温控制系统进行了实验验证, 实验结果与数值计算结果相符合。实验还发现高温热冲击可能使限幅器限幅能力大幅下降, 可能成为通信系统的重大安全隐患。     

X射线闪光照相杆箍缩二极管技术最新进展

 综合介绍了杆箍缩二极管的应用背景、工作原理和目前的研究概况,并阐述了目前较为典型的两种二极管,即真空杆箍缩二极管和等离子体填充杆箍缩二极管的性能。详细介绍了已经用于地下实验的Cygnus装置的运行参数和实验结果。最后分析了杆箍缩二极管在X射线闪光照相领域的发展前景。     

Rod-pinch 二极管理论及数值模拟

 介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理，采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性。考虑背景空间离子电荷的影响，用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程，并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟，求解二极管中的电压和电流，最终得出二极管的阻抗特性，在较低电压下，负极性RPD的性能明显不如正极性RPD。根据临界电流经验公式，初步验证Laminar理论模型的可行性。     

同心度对杆箍缩二极管物理特性的影响

闪光X射线照相是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段,阳极杆箍缩二极管是X射线源的重要组成部分之一,其设计直接影响X射线源稳定性。由于受装置结构及真空等因素的影响,使得阴阳极几何中心同心存在一定的困难。因此,评估同心偏差对二极管物理特性的影响,对提高闪光X射线源稳定性具有重要的意义。针对阴阳极几何中心同心偏差问题开展实验研究,分别取三种同心偏差度(小于1%,15.02%和22.92%)状态。在1 MV电压下获得了不同同心偏差度下二极管电参数特性,并在此基础上结合理论模型分析了同心偏差度对二极管物理特性及电极等离子体扩散速度的影响。研究结果表明,随着同心偏差度增加,磁绝缘阶段阻抗下降率及等离子体扩散速度呈非线性增加,同时造成该阶段二极管阻抗与脉冲驱动源输出阻抗失配严重,降低了二极管与脉冲驱动源的能量耦合效率。     

阳极杆箍缩二极管的理论模型及物理特性

闪光X射线源是获得高凝聚态物质内部物理图像的重要手段,阳极杆箍缩二极管(RPD)作为其重要组成部分之一,直接影响闪光X射线源照相质量。研究RPD物理特性对二极管物理结构优化设计及实验调试具有重要意义。分析了RPD空间电荷限制、弱箍缩和磁绝缘阶段物理模型。基于PIC模拟技术,编写了计算程序,研究了RPD不同阶段的电子电流、离子电流及电子束箍缩物理特性。通过理论分析,获得了特定几何结构RPD物理模型修正系数及各个阶段离子电流与电子电流比,验证了粒子模拟代码的有效性。模拟结果表明：空间电荷限制阶段,粒子模拟结果与双极性流计算结果一致;在弱箍缩和磁绝缘阶段,粒子模拟得到的总电流与磁绝缘模型计算结果一致,且与文献给出的经验拟合表达式计算结果一致;磁绝缘阶段离子电流与电子电流之比与电压和二极管几何结构相关,给出了离子电子电流比增大系数η与电压和阴阳极半径比的关系,该系数受电子、离子在不同结构二极管渡越时间的影响,随电压和阴阳极半径比增加而逼近恒定值。     

1.2 MV“天蝎”X光机杆箍缩二极管性能模拟

为了深入研究杆箍缩二极管的物理性能,采用蒙特卡罗方法对中国工程物理研究院流体物理研究所1.2 MV天蝎X光机的杆箍缩二极管进行模拟研究,包括PIC模拟和光电子输运模拟。着重分析了杆箍缩二极管结构参数与阻抗及出光剂量等的关系,发现阻抗和出光剂量与阴阳极半径比正相关,而出光剂量和杆探出长度正相关。提出一种阻止阴极盘后表面发射电子的设想,有望显著提高X射线辐射剂量。     

X射线闪光照相杆箍缩二极管技术最新进展

综合介绍了杆箍缩二极管的应用背景、工作原理和目前的研究概况,并阐述了目前较为典型的两种二极管,即真空杆箍缩二极管和等离子体填充杆箍缩二极管的性能。详细介绍了已经用于地下实验的Cygnus装置的运行参数和实验结果。最后分析了杆箍缩二极管在X射线闪光照相领域的发展前景。     

Rod-pinch 二极管理论及数值模拟

介绍了Rod-pinch二极管的基本结构和工作原理,采用Laminar模型分析了Rod-pinch二极管中的粒子运动过程及其阻抗特性。考虑背景空间离子电荷的影响,用1维Laminar方程分析Rod-pinch二极管中电子的自箍缩过程,并且利用Magic程序对其中的粒子运动进行数值模拟,求解二极管中的电压和电流,最终得出二极管的阻抗特性,在较低电压下,负极性RPD的性能明显不如正极性RPD。根据临界电流经验公式,初步验证Laminar理论模型的可行性。     

预充等离子体密度对杆箍缩二极管特性的影响

在杆箍缩二极管工作前预先填充一定密度的等离子体,可以改善二极管特性,从而提高二极管出射X射线的剂量率。建立了预充等离子体的杆箍缩二极管的粒子模拟模型,通过收集轰击到阳极上的电子,诊断其轴向分布,可以给出不同时刻的束流箍缩特性。利用剑光一号加速器低阻抗状态(1 MV/9 /40 ns)开展了预充等离子体的杆箍缩二极管实验研究。预充适当密度的等离子体后,二极管阻抗降低到10 ,X射线辐射剂量从0.76 mGy提高到3.19 mGy,侧向焦斑从9 mm降到4 mm。模拟结果和实验基本符合。