阴极寿命的电流加速试验方法机理及结果

阴极寿命的加速试验一般采用温度加速寿命试验方法，有关电流加速寿命试验方法的文献不多，在研制氧化钪分散型氧化物阴极时，分析了大电流密度对阴极的影响；为了避免测试用二极管阳极蒸发物对阴极的影响，采用了模拟电子枪发射系统的电子枪模拟管，并分析了这种测量管测试结果与标准二极管测试结果之间的关系。     

微波管电子枪真空除气系统设计

在微波管研制过程中,电子枪真空除气过程的主要作用是对阴极进行加热,获得灯丝电流电压与温度的关系曲线、检验电子枪正常工作时灯丝的电流电压,测试电子枪快速启动参数,测量阴极、聚束极热膨胀量和阴极高温时电子枪材料充分预蒸散从而减少电子枪的蒸散物。根据微波管电子枪结构特点和性能要求,设计和开发了极限真空度2×10~(-7)Pa且具有温度、膨胀量等性能测试功能的双工位电子枪真空除气系统。除气系统由直联泵作为前级泵、分子泵和离子泵为主泵构成超高真空系统,采用阀门的切换可实现两工位在超高真空度下同时工作且互不干扰,有效提升了电子枪的品质,缩短了研制进度。每个工位均配置"分子泵启动允许"、"离子泵启动允许"、"分解电源开允许"及"真空异常"指示灯,防止误操作对电子枪部件或除气系统带来损坏。测试结果表明微波管电子枪真空除气系统的工作原理、结构设计合理,性能优良,适用于不同型号微波管电子枪,在电子枪研制生产过程中发挥了重要的作用。     

回旋管磁控注入电子枪的设计

以磁控注入电子枪的绝热压缩理论和角动量守恒关系为基础,编写了磁控注入电子枪的计算程序MGUN,利用该程序完成了一个输出功率为56 kW的W波段二次谐波回旋振荡管磁控注入电子枪的初步设计,利用EGUN对该磁控枪进行了研究,分析了空间电荷效应、双阳极间距、调制极电压、阴极的倾角及阴极磁场强度等因素对电子注性能的影响并对磁控枪进行了优化,结果显示:当电子注的加速电压为36 kV、工作电流为4 A时,电子注的横纵速度比α=1.5,横向速度离散Δv⊥/v⊥=2.4%。另外,文章还利用粒子模拟软件对EGUN的结果进行了验证,两种方法所得结果基本一致。     

微波管环境下场发射阵列阴极的工作稳定性研究

场致发射阵列阴极在微波管中的应用无疑是微波真空电子器件的一场革命,但经过多年的研究和发展目前仍没有解决微波管环境下阵列阴极的工作稳定性和寿命问题.虽然国外也有一些利用这种冷阴极的行波管和预群聚速调四极管的实验,但都存在同样的寿命问题.本文对场致发射阵列阴极在微波管环境中的工作稳定性和失效机理进行了分析研究,主要原因是真空度、微波管的残余气氛、电子枪区域的高压打火和离子的回轰影响了阵列阴极的稳定性和寿命等,提出了场致发射阵列阴极在结构、发射体材料、处理工艺、整管排气封接过程等方面的改进方法,以使这种阴极能适应微波电真空器件的特殊环境.     

行波管阴极组件动态热耗散分析及优化设计

阴极作为行波管的“心脏”，其内部结构的热耗散是影响行波管预热时问的关键问题，热传导和热辐射是引起阴极组件内部热耗散的最重要因素。建立了阴极组件热状态有限元分析方程，利用有限元ANSYS软件对阴极组件动态热耗散进行模拟分析。提取热流矢量图及温度分布图，并获得阴极达到稳态的预热时间。对实际样品进行实验验证，证明了有限元模拟方法是可行的。基于瞬态热模拟分析结果，优化设计了阴极组件中关键部件的结构及材料，有效地缩短了阴极预热时间，提高了行波管快速反应能力。     

一种用于医疗加速器栅控电子枪阴极的研制

介绍一种用于移动术中放疗电子直线加速器中栅控电子枪阴极的设计、研制、发射性能测试及其在该加速器中的应用情况。基于栅控电子枪低蒸发、高可靠、长寿命的设计要求,研制出了钨基底平均孔度为21.6%、浸渍311主要单一相铝酸盐、覆Os-W膜浸渍覆膜钡钨阴极。测试结果表明:该阴极在工作温度950℃,直流发射电流密度5.8 A/cm2,在1000℃,脉冲宽度10μs,脉冲发射电流密度24.1 A/cm2,工作温度950℃,直流支取3.0 A/cm2,14000 h寿命发射稳定。该阴极制备栅控电子枪在医疗加速器中获得成功应用。     

真空二极管阴极表面场致发射模型的研究

为研究真空二极管阴极表面场致发射模型的算法及数值模拟参数对场致发射过程的影响,建立了计算阴极表面电场强度的有限差分近似模型和高斯定理模型,并基于高斯定理模型自行编程对不同间隙距离的二极管进行模拟计算。模拟得到了场致发射过程中阴极表面电场随时间的演变特性及阴极表面稳态电场与外加电场之间的关系,还将阴极表面稳态电场的模拟结果与理论分析结果进行了对比。研究结果表明,空间网格划分数目的多寡对基于高斯定理场致发射模型计算得到的阴极表面电场的影响不大;每个宏电子包含真实电子的数目、二极管间隙距离、二极管外加电场强度等参数均会对数值模拟结果产生显著影响。     

喷雾干燥纳米氧化钪粒子掺杂含钪扩散阴极的发射特性

采用喷雾干燥法制备氧化钪掺杂钨粉。用这种钨粉制作基体并浸渍铝酸钡、钙,研制了大电流密度含钪扩散阴极。分别在平板二极管和电子枪内研究了阴极的脉冲与直流发射性能以及寿命,并对高直流电流密度下的电子冷却效应和温度补偿进行了探讨。结果表明,阴极在二极管结构内,温度为950℃时,空间电荷限制区偏离点脉冲电流密度可达到122 A/cm~2,直流电流密度可达到60 A/cm~2以上。在初始直流载荷20 A/cm~2的条件下进行寿命试验,电流逐步上升至30 A/cm~2,连续工作2000 h,提升电流密度至40 A/cm~2后,继续稳定工作达3000 h以上。在电子枪内,初始脉冲电流58 A/cm~2时的欠热特性膝点温度仅为900℃,阴极在50 A/cm~2的电流密度下稳定工作1000 h,并仍在继续。上述结果表明,所研制的阴极优于当前所用的其他各类热阴极,工艺可控,具有在太赫兹领域等新型连续波微波真空电子器件内实际应用的能力。     

聚焦电流和阴极位置对束流品质影响的CST仿真北大核心CSCD

电子枪的阴极位置和聚焦电流大小会影响电子束的焦距和束斑形貌,进而影响增材制造零件的质量。首先根据实际的电子枪结构,建立了1∶1三维电子枪物理模型和有限元分析模型,并采用CST软件的粒子工作室模块进行了仿真,研究了聚焦电流大小和阴极位置对电子束的焦点位置和束斑形貌的影响。仿真结果表明:聚集电流为460 mA,阴极下表面距栅极上表面为1.0 mm时,电子束在工作平面处的束斑直径为0.61 mm,电子分布较均匀且形状较圆。进行了电子束选区熔化实验,成功实现了钛合金粉末的预热和熔化成型。试验结果表明模拟仿真对电子枪的设计具有一定的指导作用,可以实现800 mm工作平面处的成功成型的要求。     

Ka波段速调管强流电子光学系统的分析与设计

设计了Ka波段速调管高压缩比电子枪,首先进行静电电子枪的计算,并对阴极发射特性和电子枪耐压特性做了相关分析,然后采用π形永磁聚焦结构,通过EGUN与MAGIC软件对电子注在均匀聚焦磁场中的传输状态进行了仿真优化,结果表明,在电子注电压为14 kV,阴极发射电流密度不超过12 A/cm~2的条件下,该电子枪压缩比大约为51,导流系数为0.6μP,电子注以良好状态全部平稳通过互作用区,为实现高效率互作用奠定了基础。     

用于CRT的氧化钪分散型阴极的实验研究

介绍分散型氧化钪阴极的实验研究。涂层材料为三元碳酸盐中分散约10％的Ba3Sc4O9。在BPF枪中，支取jk=1A／cm2的2000h寿命试验表明，新型阴极发射电流跌落≤15％，而普通氧化物阴极，在同样条件下，电流跌落＞30％。文中还提出CRT电子枪中阴极负载的估算方法，并讨论了Sc2O3在阴极中的作用机理。     

排气方式对氧化物阴极发射性能的影响

本文提出了一种新的排气方式——台下分解和台下激活。阐述了提出这种排气方式的实验依据和特点,介绍了二极管中的实验结果和在显象管中的应用情况。二极管采用台下分解的排气方式,使阴极分解过程中二氧化碳的分压强降低5个数量级,阴极发射密度提高一倍。对9英寸和12英寸显象管作台下分解试验,结果阴极活性显著提高,延长了使用寿命,9英寸显象管寿命达11000小时。     

行波管阴极热子组件结构的热分析

本文分析了不同结构的阴极热子组件与其加热效率的关系.组件的加热效率受阴极支持筒侧面辐射的影响较大,支持筒直径与阴极基底直径相近时,组件加热效率高.并利用ANSYS软件对阴极热子组件进行了热模拟,计算了不同结构组件的温度分布.制备的阴极热子组件的温度试验,结果与计算机仿真在趋势上是一致的,从而为阴极热子组件的设计和优化提供了有力的理论依据和指导.     

用于CRT的氧化钪分散型阴极的实验研究

介绍分散型氧化钪阴极的实验研究，涂层材料为三元碳酸盐中分散约１０％的Ｂａ３Ｓｃ４Ｏ３。在ＢＰＦ枪中，支取ＪＫ＝１、Ａ／ｃｍ＾２的２０００ｈ寿命试验表明，新型阴极发射电流跌落≤１５％，而普通氧化物阴极，在同样条件下，电流跌落〉３０％。文中还提出了ＣＲＴ电子枪中阴极负载的估算方法，并讨论了Ｓｃ２Ｏ３在阴极中的作用机理。     

作为加速器电子源的高量子效率K_2CsSb光阴极制备工艺研究

K_2CsSb光阴极具有10%左右的QE,可达数月的寿命,亚ps量级的响应时间,较低的本征发射度,因此成为高平均功率、高亮度电子源的首选。K_2CsSb光阴极广泛应用于高重频电子枪,如直流电子枪(Cornell),常温射频电子枪(LBNL),超导电子枪(BNL,HZB)等。为制备出稳定可重复长寿命具有较高量子效率的K_2CsSb光阴极,世界各大实验室均对K_2CsSb光阴极的制备工艺进行了大量的研究。本文详细介绍了K_2CsSb光阴极的制备设备及其制备工艺。     

Hf栅极栅电子发射的研究

栅发射在栅控行波管及速调管中是较为普遍的现象,为了降低栅发射,通常采用高功函数金属作为栅极或在栅极表面沉积高功函数物质或沉积能与蒸散到栅极上的活性物质反应形成高功函数化合物的金属。本文直接采用纯金属Hf作为栅极,与普通Mo栅极对比,研究了Hf栅极在模拟电子管中管子激活前、阴极激活后栅发射的情况,并对氧化物阴极加速寿命中栅发射情况进行测试分析。结果表明:在阴极激活前后及寿命过程中,纯Hf栅极具有较小的栅发射电流。     

持续放电对空心阴极电性能及腐蚀特性的影响

为验证空心阴极持续工作对阴极关键零件的腐蚀情况,设计试验,使得六硼化镧空心阴极进行额定工况点下的持续放电工作并监测其电参数。试验结束后对阴极组件进行破坏性拆解,测量、拟合阴极关键零件腐蚀后的轮廓并与设计值进行对比,最终确定持续放电对阴极关键零件磨损情况的影响,最终为六硼化镧型阴极的设计改进提供依据。     

离子发动机空心阴极寿命预测

为验证空心阴极的寿命,本文根据空心阴极LaB6发射体的损耗特点,采用数学建模方法对空心阴极的寿命进行了预测.预测结果表明兰州物理研究所研制的空心阴极工作在额定状态下(发射电流5.00 A),其寿命可达到40000 h以上.3500 h寿命试验后空心阴极解剖分析结果初步验证了预测模型的正确性.     

含铂钛合金中间层的铱钽涂层钛阳极的研究

本文从延缓钛基体的钝化、提高铱钽氧化物涂层钛阳极寿命的思路出发，采用激光合金化的方法研制含铂钛合金中间层的铱钽氧化物涂层钛阳极。采用SEM观察了中间层的表面及截面形貌，用XRD分析了中间层的成分及相结构，采用拉开法测试了中间层与基体的附着力，用电化学分析仪分析了阳极的电化学特性，采用加速寿命试验测试了加速使用寿命，研究结果表明，通过制备铂钛合金中间层的方法可以显著延长铱钽氧化物涂层钛阳极的寿命。     

丝束同轴冷阴极电子枪的研制

与传统基于热阴极电子枪的熔丝增材制造技术相比,基于丝束同轴冷阴极电子枪的熔丝增材制造技术具有明显优势。为了缩短与世界先进电子束熔丝增材制造技术的差距,通过分析丝束同轴冷阴极电子束产生机理,采用模拟仿真技术优化影响束流品质的阴极、阳极参数,根据仿真结果研制了一套具有完全自主知识产权的丝束同轴冷阴极电子枪。所研制的丝束同轴冷阴极电子枪输出束流呈现"X"形状,熔滴过渡模式可以调控,熔丝成形效率达到5.02kg/h。