基于Marx发生器的材料表面改性的强流电子束源研究

发布时间：2020-07-26 17:25

【摘要】：强流电子束具有功率大、能量利用率高、加热和冷却速度快、参数易于调节等技术特点,已广泛应用于材料表面改性。通过强流电子束作用在材料表面时发生的撞击、溅射以及注入等效应,使得经强流电子束处理后的材料表面得到净化,综合性能得到提升。然而,当前用于材料表现改性的强流电子束具有一定的局限性。如透入深度太浅、故障率高、电子束能量分布不均匀等方面,因此对强流电子束的研究意义重大。当前已经投入使用的强流电子束设备,如俄罗斯西北利亚强流研究所开发出的6cm大束斑强流电子束的加速电压最大仅30kV,对普通钢材的表面处理透入深度仅数微米。因此,研究设计出透入深度更深、稳定性更好的强流电子束设备具有极大的实用价值。首先,针对当前用于材料表面改性的强流电子束的不足,本文采用陡化前沿Marx发生器直接驱动阴极二极管的方法作为阴极强流电子束发生装置。这种方法利用陡化前沿Marx发生器输出电压高、体积小等特点,提高了强流电子束阴极的加速电压,以达到增强透入深度的目的。通过对Marx发生器进行了理论分析,分析其作为强流电子束阴极的可能性。其次,对强流电子束系统进行整体设计,其中包括阴极放电模块、真空模块、磁场脉冲发生模块、阳极潘宁放电模块、控制模块5个部分。在这些设计中,采用陡化前沿Marx发生器及可控脉冲驱动器做为强流电子束的阴极放电模块,并针对已有真空二极管套管的结构进行了优化。磁场与阳极分别采用1.8~1.9kV和5kV的脉冲电压作为供电电源。控制模块则采用S7-200系列PLC进行控制,可达到所需的脉冲时序要求。最后,对陡化前沿Marx发生器及其脉冲驱动进行Pspice全电路仿真,分析其内部参数对输出电压的影响规律,从而进一步验证陡化前沿Marx发生器作为强流电子束阴极的可行性及其脉冲驱动的可靠性。搭建初步的实验平台,对其脉冲驱动进行了实验验证,并发现当前系统设计中存在的问题,为进一步完善系统结构打下了基础。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN101;TB30

【参考文献】