几何聚焦强流脉冲离子束多脉冲稳定性及特性研究

发布时间：2017-11-10 03:35

  本文关键词：几何聚焦强流脉冲离子束多脉冲稳定性及特性研究

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【摘要】：强流脉冲离子束(HIPIB)多次脉冲的稳定性是制约其在材料表面改性中的应用的关键,为了探究影响其空间分布稳定性的因素,实验中使用红外诊断方法在TEMP-6型HIPIB装置上进行了HIPIB空间分布稳定性的研究,此外改进了双极脉冲形成线(PFL)的结构,使用外部触发信号击穿反转开关,提高了PFL放电稳定性,并对HIPIB的产生、扩展与延迟时间的关系以及在其运动方向上的运动规律进行了测量分析。使用红外诊断测量能量密度分布的方法,研究了外磁绝缘二极管中几何聚焦的100纳秒级的强流脉冲离子束(HIPIB)的空间分布的稳定性。通常每次脉冲的能量密度范围在3-6 J/cm2,加速电压200-300 kV,脉冲持续时间120-150 ns。离子束的空间偏差为±1.5 mm时能够引起能量密度1-12%的波动。通过测量分析可以确定离子束在不同位置的位移不是同步发生的,这主要是受二极管阳极表面等离子体的产生和扩展以及离子束从阴阳极间隙的引出等过程的影响,而在离子束输送区域,外加磁场的影响可以忽略不计。在阳极无明显的老化进而引起不稳定离子束的条件下,HIPIB空间偏差对脉冲离子束稳定性起主要的作用。使用外部触发信号击穿反转开关的模式对脉冲形成线结构进行改进之后,输出开关击穿电压的变化率由16.3%降到1.20%,反转开关击穿电压由15.8%降低到1.20%,延迟时间由49.1%降到0.41%。二极管的两次脉冲的电压值和延迟时间也处于相对稳定的状态。在距阴极表面14 cm处的平面上测量多次脉冲HIPIB的能量密度波动,结果显示能量密度在6%的范围内波动。因此自磁绝缘离子二极管的放电稳定性得到了显著改善,HIPIB的可靠性极大地提升。由几何聚焦磁绝缘二极管产生的HIPIB在由加速电压引出阴极之后,在其运动方向上小于焦距的范围内,随着距离的增加,束斑面积逐渐减小,能量密度逐渐增大,说明HIPIB首先趋于在二极管焦平面上聚集,所以该处能量密度最大,分布最集中。在距离大于焦距的范围内,HIPIB继续向前运动的过程中,逐渐发散,能量密度逐渐降低。几何聚焦磁绝缘二极管产生的HIPIB的强度主要由石墨阳极表面等离子体的产生和扩展程度决定,而正负脉冲的延迟时间对等离子体的产生和扩展有着重要的影响。延迟时间较短时,等离子体的扩展不够充分,引出的离子束密度低,因此能量密度低；随着延迟时间的增加,等离子体得到充分扩展,能量密度逐渐增加,在延迟时间达到450 ns时达到最大值；延迟时间进一步增大,此时等离子体过度扩展导致二极管阴阳极导通短路,等离子体湮没,能量密度降低。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张锋刚;朱小鹏;王明阳;雷明凯;;强流脉冲离子束辐照WC-Ni硬质密封材料表面改性研究[J];金属学报;2011年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱小鹏;强流脉冲离子束特性及其烧蚀作用的实验研究[D];大连理工大学;2003年

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本文编号：1164937