场致爆炸发射阴极表面微凸起热效应的数值研究

研究场致发射电流密度与阴极表面微凸起顶部的温度之间的高度非线性关系,用数值方法计算在外加宏观电场条件下,不同顶底半径比微凸起的热效应.结果表明:当微凸起顶底半径比值不同时,由于微凸起的微观电场增强因子不同,当微凸起顶部温度达到阴极材料的熔点时,微凸起内部温度分布差异显著;当外加宏观电场相同时,微凸起的顶底半径比越小,爆炸发射延迟时间越短;对于顶底半径比确定的微凸起而言,爆炸电子发射延迟时间随外加宏观电场强度的减小而成指数规律增长.     

高温超导体超导态的光场发射研究

场致发射在低于场致发射电场阈值的场强作用下,发射体受脉冲激光照射时将会产生光场发射本文对高温超导体临界温度以下光场发射做一定的研究,并与高温超导体一般的场致发射情况做了一定的比较,两者有不同的发射规律．１引言 光场发射是发射体处于电场强度不及但接近场致发射阈值场强的条件下,输人激光脉冲激发电子发射的现象,其发射电子流受光脉冲控制．在低于场致发射电场阈值的场强作用下,高温超导体受脉冲激光照射也可以产生光场发射．当温度降到临界温度以下时高温超导体材料由正常态变成超导态,体内的电子形成库柏对,能隙会引…     

负脉冲激励下PLZST电子发射特征及发射机理研究

采用固态烧结工艺制备了位于反铁电/铁电相界附近的掺镧锆锡钛酸铅（PLZST）反铁电陶瓷样品.采用该样品作为阴极材料,研究了其在负脉冲激励电场下的电子发射行为.负脉冲激励下,0.5 mm厚PLZST反铁电陶瓷圆片发射阈值电压为500 V;当激励电压为500 V,抽取电压为3.5 kV时,得到690 A发射电流.结果表明,PLZST反铁电陶瓷发射阈值电压低,发射电流大,即使激励电场低于陶瓷的正向开关电场,仍能得到强发射电流.最后,讨论了PLZST反铁电陶瓷在负脉冲激励下电子发射内在机制. 关键词： 反铁电材料 铁电阴极 电子发射     

场致发射的温度效应对微波管爆炸电子发射的影响

为研究场致发射的温度效应对微波管中爆炸电子发射过程的影响,在对比分析低温条件下的场致发射电流密度Fowler-Nordheim（FN）和一般的电子发射电流密度积分公式的基础上,利用细长圆柱形微凸起模型,重点考虑焦耳加热和热传导两个因素,编程计算得到了微凸起内部的温度分布和不同位置处温度随时间的变化。结果表明:场致发射的温度效应是一个重要影响因素,考虑温度对场致发射的影响后,微凸起内部各点的温度随时间呈非线性增长,且增长速率越来越大;在微波电场强度较弱时,若不考虑场致发射的温度效应而直接用FN公式表示的电流密度代入计算,会使爆炸发射延迟时间变短;当微波电场很强时,温度效应对爆炸发射延迟时间的影响则较小。     

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉（Nottingham）效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明：空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×10⁹–9×10⁹ V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强. 关键词： 热场致发射 诺廷汉效应 空间电荷效应 阴极表面电场     

二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响

在强电场条件下,由阴极通过场致发射产生的电子具有很强的空间电荷效应,因此真空二极管的空间电荷限制电流是设计高功率微波源等强流电子束器件时需要考虑的重要参数.场致发射电流密度只和阴极材料、阴极表面电场等有关,而空间电荷效应则会受二极管电压、间隙距离等因素的影响.为研究二极管间隙距离对场致发射过程中空间电荷效应的影响,建立了由场致发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,利用第一性原理的粒子模拟方法,研究了二极管间隙距离和外加电压等参数变化时的阴极表面电场随时间的演变特性,得到了阴极表面稳态电场和二极管间隙距离之间的关系.结果表明,场致发射过程开始后,阴极表面电场先有个振荡过程,随后趋于稳定;在同一外加电场条件下,间隙距离越长,稳态电场的绝对值越小,且达到稳态所需的时间也越长;间隙距离越短,当阴极表面电场达到稳定状态时,二极管间隙区的电场分布变化越剧烈.     

阴极微凸起形状对热不稳定性的影响

为了研究阴极微凸起形状对其热不稳定性的影响,采用数值模拟方法研究了不同外加电场条件下,圆柱、圆台和圆锥形等不同形状微凸起的热不稳定性发展过程。结果显示:对于不同形状的微凸起,当微凸起顶部温度达到阴极材料的熔点时,微凸起内部温度分布差异显著,随着微凸起形状由圆柱-圆台-圆锥形变化,微凸起内部温度接近材料熔点的部位越来越少;外加电场相同时,微凸起形状越接近圆锥形,爆炸电子发射延迟时间越长;在阴极表面电场强度高于11 GV/m时,爆炸电子发射延迟时间随着微凸起顶底半径比值的减小或阴极表面电场强度的下降近似成指数规律增长。     

爆炸电子发射初期阴极表面电场的研究

为了研究二极管爆炸电子发射初始阶段阴极表面复杂的物理现象及规律, 建立了由场致电子发射阴极构成的一维平板真空二极管物理模型,通过自行编程数值求解泊松方程, 考虑了发射出的电子对阴极表面电场的非线性影响,自洽模拟得到了阴极表面电场随时间的变化情况. 模拟结果表明,爆炸电子发射初期,阴极表面电场随时间的增加而呈现出不断振荡的规律, 且振荡幅度越来越小,最终到达一个稳态的值,二极管两极板之间的外加电场越大, 阴极表面稳态电场的绝对值越大;电场增强系数越大,阴极表面稳态电场的绝对值越大. 在整个时间演变过程中,阴极表面的实际电场强度决定着阴极发射的电流密度大小, 反过来阴极发射的电流密度又会影响到阴极表面的电场.     

强流碳纳米管阴极重复频率发射特性

采用钛氰铁高温催化热解方法可制备发射性能优异的碳纳米管薄膜阴极。当脉冲电场峰值达到30 MV/m时,发射电流密度达kA/cm2以上,对应相对论电子束流强度高达15 kA,等离子体发射机制参与电子束发射过程。以重复频率10 Hz发射模式时,其发射阈值低,束压、束流波形跟随性好,发射稳定性优于石墨阴极。发射发次达到1000后,碳纳米管形态依然完整,界面无脱附。     

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     

蒙特卡罗法模拟新型扫描电镜的工作原理

根据新型分析扫描电子显微镜的工作原理及载能电子束和固体相互作用原理,利用蒙特卡罗方法模拟入射电子和靶物质的相互作用过程,编制了蒙特卡罗模拟计算程序,获得了对应不同电镜工作参数的入射电子背散射率.     

直流辉光等离子体阴极鞘层电子的输运过程

采用蒙特卡罗方法对氦直流辉光放电平板电极等离子体阴极鞘层内电子的输运过程进行了研究。利用实验数据拟合得到的电子与中性粒子的碰撞截面,计算了电子的平均能量及能量分布的空间变化,同时研究了电子的其它参数分布.     

注入激光腔的束电子能谱计算

介绍一种用于计算电子束穿透薄层物质后的能谱分布的简单蒙特卡罗模拟方法,并对具可靠性进行了论证。利用这种方法对相对论性电子束泵浦强激光时,具有一定能谱分布的电子束穿透阳极膜,撑条(HIBACHI)及主膜后的能谱变化进行了模拟计算。     

利用Monte Carlo法计算粒子传输中的空间电荷效应

在电子束印刷(electron-beam lithography)、聚焦离子束(focus ion beam)以及阴极射线管(cathode ray tube)等电子及离子束器件中,束中各粒子之间存在相互作用,产生空间电荷效应。人们对电子及离子束器件中的空间电荷效应已经做了大量的研究。到目前为止,通常采用Monte Carlo法计算粒子输运过程中的离散的空间电荷效应。在此主要研究在束形成区利用Monte Carlo法计算空间电荷效应,并讨论在计算过程中出现的边缘效应,在此基础上提出一些新的处理方法以减小边缘效应,提高计算效率。     

真空微电子器件的数值模拟计算与分析

本文用数值方法和场致发射的福勒—诺德海姆公式计算了薄膜场致发射阴极(TFFEC)的伏安特性和其应用于平板显示系统的空间扩展特性以及格雷型场效应管的时间响应特性 通过计算得到了TFFEC在不同失端和表面形状情况下的伏安特性曲线,并分析了阴极结构的一致对其发射的均匀性和稳定性的影响。应用TFFEC的新型平板显示系统,其空间分辨能力与阳栅距、栅极电压有很大关系。格雷型场效应管具有皮秒级的响应时间。     

用蒙特卡罗方法确定中子阴极厚度

我们发展了一个简单的中子阴极物理模型,对不同厚度组合阴极进行了蒙特卡罗模拟.通过与实验资料进行对比,证明我们的模型总体上是正确的.我们得到了最大探测效率时镀碘化铯的聚乙烯中子阴极的最佳厚度组合.     

场致爆炸发射阴极有效发射面积研究

通过改变阴阳极间隙,得到在不同外加电场情况下,场致爆炸发射石墨阴极有效发射面积随时间变化的实验结果。结果表明,在起始的一定时间内,阴极有效发射面积随时间的增加而增大。阴极有效发射面积达到1.0的时间随阴阳极间隙内电场的增加而减小;当二极管阴阳极之间的平均电场约为100 kV/cm时,阴极有效发射面积达到1.0的时间约为20 ns;阴极有效发射面积相对电压波形的延迟时间随电场的变化近似呈指数衰减曲线。     

γ射线在大气中产生康普顿电流的快速计算方法

康普顿电流是激励核电磁脉冲的主要机制。为了提高核电磁脉冲数值模拟中γ射线产生康普顿电流过程的计算效率,发展了一种γ射线在均匀大气中产生康普顿电流的快速计算方法。首先通过计算康普顿电子在出射方向上的衰减特征,得到在电子出射方向净电子流与其射程和出射距离的拟合关系,然后结合康普顿散射微分截面,给出单能γ射线在大气中产生的康普顿电流密度的解析数值计算方法。和蒙特卡罗程序的计算结果比较,用该方法计算得到的电流密度值差异在10%以内,计算速度提高两个量级以上。该计算方法可用于大气中康普顿电流的快速估算。     

Influence of charge deposition in a field-emission display panel

Field-emission displays (FEDs) have been studied intensively in recent years as a candidate for flat-display panels in the future. In a FED, electrons emit from field emitters. Some electrons may impinge on the insulator surface between cathode and gate electrodes and cause charging of that surface because the yield of secondary electron emission is usually not equal to one. The charging of the insulator walls between cathode and gate electrodes is one of the important factors influencing the performance of a FED. In this paper, a simulation program is used to calculate this charge deposition, electric field distribution and electron trajectories. From the change of the electric field upon charge deposition in the triode region, it is shown that the insulator surface is negatively charged at a low gate voltage, e.g. 20 V. However, positive charge is deposited when the gate voltage is high, e.g. 100 V. The simulations also show that the emission current will increase even further after coating the dielectric with a thin film of a material with a high-secondary emission coefficient such as MgO. If a cone-shaped dielectric aperture is used in a triode, the emission current will decrease after charge deposition. However, the focus performance of the electron beam is improving in this case.     

管内耦合换热的辐射热流特征及抽样模式比较

通过数值模拟,研究了圆管层流入口段辐射与对流祸合换热中的辐射热流分布特征,提出并比较了采用蒙特卡罗法计算辐射换热的两种抽样模式。结果表明,在圆管入口段的耦合换热中,同一截面的径向辐射热流密度与轴向辐射热流密度数量级相当,世分布形态差别很大。用蒙特卡罗方法计算辐射换热时,采取等权能束的抽样模式,可消除因抽样能束的能量不同而造成的计算误差、降低计算量、提高计算精度。