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碳纤维阴极发射机制及对输出微波脉宽的影响

作　者: 邓潘
导　师: 刘列
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 碳纤维阴极发射机制等离子体膨胀速度发射均匀性脉冲宽度
分类号: O462.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要

碳纤维阴极具有发射均匀、阴极等离子体膨胀速度慢、使用寿命长、出气率低、发射阈值小等突出优点,将碳纤维阴极应用于与其相匹配、相适应的微波源上,明显提高了微波输出脉宽和效率。碳纤维属于半导体,含碳量高达90%以上,稳定性好;其疏松层状和孔隙微观结构具有强吸附性;3650℃升华高温延长了阴极的使用寿命。我们研制的碳纤维阴极不仅制备工艺独特、实用性强,而且在Tomachan反射三极管虚阴极振荡器实验中取得了较好的实验效果。碳纤维阴极所具有的优良品质与碳纤维材料特性、阴极制备工艺、特别是碳纤维阴极电子发射机制及运行状况密切相关,因此对碳纤维阴极发射机制的研究具有重要的意义。一种优化的阴极最有可能综合利用多种发射机制,从而使整个表面的发射趋于均匀。本论文指出浸渍了CsI的碳纤维阴极电子发射就是一种优化的发射机制,它不是仅限于某单一电子发射机制,而是综合利用了多种电子发射机制,即不仅具有尖端的爆炸电子发射,而且伴随着侧向的表面闪络及随纹,增大了发射电子面积,从而降低了局部电流密度,减小了欧姆加热,同时还具备了CsI光电发射机制,增加了发射均匀性,其产生的重离子降低了二极管间隙闭合速度。通过对阴极电子束轰击目击靶实验及对阴极光斑的拍摄,有效地验证了碳纤维阴极发射均匀性。采用电学方法(即二极管阻抗拟合计算、二极管间距随时间变化规律及二极管导流系数的方法)对极间等离子体膨胀速度进行测量,得出碳纤维阴极等离子体膨胀速度约为1.0cm/μs,小于不锈钢阴极等离子体膨胀速度的二分之一。分析认为碳纤维阴极的特有综合发射机制及物质特性提高了发射束流均匀、降低等离子体膨胀速度。同时用Magic粒子模拟软件对碳阳极箔进行模拟,发现碳阳极箔具有较小的电子散射率和较高的电子透射率,提出选择碳纤维阳极箔材料来改造二极管的设想。在碳纤维阴极Tomachan反射三极管虚阴极振荡器实验平台上,二极管电流达8~11kA,电压440kV,其微波输出脉宽大于200ns,较不锈钢阴极提高了30%以上,微波输出能量翻了一番以上;辐射主瓣方向上的输出功率提高了3dB以上;效率也从4%左右增加到近10%。反映出碳纤维阴极微波源的性能较传统阴极微波源得到了极大地改善,这为进一步研究长脉冲、可重复、长寿命的强流二极管阴极打下了基础。

碳纤维阴极发射机制及对输出微波脉宽的影响

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