金属氘化物阴极真空弧放电特性
发布时间：2021-01-09 06:27
真空弧放电产生的离子种类多,离子电荷态高,而且引出离子流强大,所以广泛应用在镀膜沉积、离子注入、强流离子加速器等领域。特别地,金属氘化物阴极真空弧放电可以提供强流氘离子束,常用作密封中子管离子源,用来产生高产额中子,在石油探井、中子活化分析、无损检测等领域有重要应用。尽管真空弧放电在工业上应用广泛,而且研究已有一百多年的历史了,但直到现在,真空弧放电过程还没有被完全理解。而且研究人员的关注点基本都在金属材料,对金属氘化物这种特殊的电极研究甚少。金属氘化物相比金属电极来说,多了氘气释放和氘气电离两个过程,物理过程会更加复杂。本文针对金属氘化物阴极真空弧放电现象,采用光学和电学等多种诊断方法,从实验上测量了阴极斑、氘气释放规律、等离子体参数和氘离子比例等特性。阴极斑是真空弧放电最典型的特点,本文采用增强电荷耦合相机（ICCD）和电子扫描显微镜（SEM）两种方法对金属氘化物阴极真空弧放电产生的阴极斑进行了研究。为了拍摄清晰,同时获得大视场,特地研发了一套放大镜头用来观察阴极斑。ICCD相机最小分辨时间为2 ns,低于阴极斑寿命,所以可以获得阴极斑演化过程。ICCD相机拍摄结果表明,在电极表面...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１阴极斑放电过程??对大多数金属来说，真空弧放电弧压仅几十伏，弧流却可到几十千安
ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??图１．２电极间电势分布??阴极斑电流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之间［｜７－２｜１。实际上，由于阴极斑尺寸很难??准确测量，不同文献之间的结果存在较大差异。这也是真空弧放电理论争论的地方之一。??阴极斑承受这么高的功率密度，表面熔化成液体，在等离子体作用下形成蚀坑，如图１．３??所示。在不同表面上，阴极斑有两种分布：第一类阴极斑和第二类阴极斑第一类阴??极斑出现在非洁净和粗糙表面，如表面含氧化物等电介质残留物、有大量微凸起等，这??时一般蚀坑直径较小，而且相互独立，同时移动速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），阴极烧蚀少。第二??类阴极斑出现在洁净和光滑表面，阴极斑移动速度慢，相互叠加在一起，形成一个直径??大的阴极斑（？几十微米），这时阴极烧蚀大。单个阴极斑最大只能携带一定量的电流，??当弧流大于串个阴极斑最大电流时，阴极斑会分裂成多个阴极斑，同时在阴极表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一类阴极斑?⑴）第二类阴极斑??图１．３不同种类阴极斑??阴极斑寿命有限，一般为儿十纳秒｜２４］。当阴极斑熄灭时，等离子体密度降低，弧压??增加，以维持放电的持续。当阴极斑重燃后，等离子体密度增加，弧压又开始降低。随??着阴极斑的熄灭和重燃，弧压一直处于波动状态。特别是当阴极斑位置发生突变时，重??３??
ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??图１．２电极间电势分布??阴极斑电流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之间［｜７－２｜１。实际上，由于阴极斑尺寸很难??准确测量，不同文献之间的结果存在较大差异。这也是真空弧放电理论争论的地方之一。??阴极斑承受这么高的功率密度，表面熔化成液体，在等离子体作用下形成蚀坑，如图１．３??所示。在不同表面上，阴极斑有两种分布：第一类阴极斑和第二类阴极斑第一类阴??极斑出现在非洁净和粗糙表面，如表面含氧化物等电介质残留物、有大量微凸起等，这??时一般蚀坑直径较小，而且相互独立，同时移动速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），阴极烧蚀少。第二??类阴极斑出现在洁净和光滑表面，阴极斑移动速度慢，相互叠加在一起，形成一个直径??大的阴极斑（？几十微米），这时阴极烧蚀大。单个阴极斑最大只能携带一定量的电流，??当弧流大于串个阴极斑最大电流时，阴极斑会分裂成多个阴极斑，同时在阴极表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一类阴极斑?⑴）第二类阴极斑??图１．３不同种类阴极斑??阴极斑寿命有限，一般为儿十纳秒｜２４］。当阴极斑熄灭时，等离子体密度降低，弧压??增加，以维持放电的持续。当阴极斑重燃后，等离子体密度增加，弧压又开始降低。随??着阴极斑的熄灭和重燃，弧压一直处于波动状态。特别是当阴极斑位置发生突变时，重??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于标记中子方法检测墙体爆炸物扣除本底方法[J]. 沈星,朱鹏飞,马瑞,侯晶晶,杨柏栋,景士伟. 物理实验. 2018(06)
[2]快中子伴随α粒子成像技术在包裹爆炸物检测中的应用[J]. 王强,王月,郑玉来. 同位素. 2018(01)
[3]MEVVA离子注入铁镍银对DSSCs光电性能的影响[J]. 罗军,沈晓楠,庞盼,廖斌,吴先映,张旭. 材料导报. 2017(06)
[4]伴随粒子法检测隐藏爆炸物安检仪研发[J]. 王新华,郑普,安力,阳剑,郭海萍,何铁. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]MEVVA离子束技术的发展及应用[J]. 吴先映,廖斌,张旭,李强,彭建华,张荟星,张孝吉. 北京师范大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]100型MEVVA源注入机注入均匀性研究[J]. 李强,吴先映,张荟星,刘安东,彭建华,王桂岳. 真空. 2007(01)
本文编号：2966141
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１阴极斑放电过程??对大多数金属来说，真空弧放电弧压仅几十伏，弧流却可到几十千安
ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??图１．２电极间电势分布??阴极斑电流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之间［｜７－２｜１。实际上，由于阴极斑尺寸很难??准确测量，不同文献之间的结果存在较大差异。这也是真空弧放电理论争论的地方之一。??阴极斑承受这么高的功率密度，表面熔化成液体，在等离子体作用下形成蚀坑，如图１．３??所示。在不同表面上，阴极斑有两种分布：第一类阴极斑和第二类阴极斑第一类阴??极斑出现在非洁净和粗糙表面，如表面含氧化物等电介质残留物、有大量微凸起等，这??时一般蚀坑直径较小，而且相互独立，同时移动速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），阴极烧蚀少。第二??类阴极斑出现在洁净和光滑表面，阴极斑移动速度慢，相互叠加在一起，形成一个直径??大的阴极斑（？几十微米），这时阴极烧蚀大。单个阴极斑最大只能携带一定量的电流，??当弧流大于串个阴极斑最大电流时，阴极斑会分裂成多个阴极斑，同时在阴极表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一类阴极斑?⑴）第二类阴极斑??图１．３不同种类阴极斑??阴极斑寿命有限，一般为儿十纳秒｜２４］。当阴极斑熄灭时，等离子体密度降低，弧压??增加，以维持放电的持续。当阴极斑重燃后，等离子体密度增加，弧压又开始降低。随??着阴极斑的熄灭和重燃，弧压一直处于波动状态。特别是当阴极斑位置发生突变时，重??３??
ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??图１．２电极间电势分布??阴极斑电流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之间［｜７－２｜１。实际上，由于阴极斑尺寸很难??准确测量，不同文献之间的结果存在较大差异。这也是真空弧放电理论争论的地方之一。??阴极斑承受这么高的功率密度，表面熔化成液体，在等离子体作用下形成蚀坑，如图１．３??所示。在不同表面上，阴极斑有两种分布：第一类阴极斑和第二类阴极斑第一类阴??极斑出现在非洁净和粗糙表面，如表面含氧化物等电介质残留物、有大量微凸起等，这??时一般蚀坑直径较小，而且相互独立，同时移动速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），阴极烧蚀少。第二??类阴极斑出现在洁净和光滑表面，阴极斑移动速度慢，相互叠加在一起，形成一个直径??大的阴极斑（？几十微米），这时阴极烧蚀大。单个阴极斑最大只能携带一定量的电流，??当弧流大于串个阴极斑最大电流时，阴极斑会分裂成多个阴极斑，同时在阴极表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一类阴极斑?⑴）第二类阴极斑??图１．３不同种类阴极斑??阴极斑寿命有限，一般为儿十纳秒｜２４］。当阴极斑熄灭时，等离子体密度降低，弧压??增加，以维持放电的持续。当阴极斑重燃后，等离子体密度增加，弧压又开始降低。随??着阴极斑的熄灭和重燃，弧压一直处于波动状态。特别是当阴极斑位置发生突变时，重??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于标记中子方法检测墙体爆炸物扣除本底方法[J]. 沈星,朱鹏飞,马瑞,侯晶晶,杨柏栋,景士伟. 物理实验. 2018(06)
[2]快中子伴随α粒子成像技术在包裹爆炸物检测中的应用[J]. 王强,王月,郑玉来. 同位素. 2018(01)
[3]MEVVA离子注入铁镍银对DSSCs光电性能的影响[J]. 罗军,沈晓楠,庞盼,廖斌,吴先映,张旭. 材料导报. 2017(06)
[4]伴随粒子法检测隐藏爆炸物安检仪研发[J]. 王新华,郑普,安力,阳剑,郭海萍,何铁. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]MEVVA离子束技术的发展及应用[J]. 吴先映,廖斌,张旭,李强,彭建华,张荟星,张孝吉. 北京师范大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]100型MEVVA源注入机注入均匀性研究[J]. 李强,吴先映,张荟星,刘安东,彭建华,王桂岳. 真空. 2007(01)
本文编号：2966141
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/2966141.html
