對(duì)靜電聚集空心陰極離子槍仿真實(shí)驗(yàn)提出了一套完整的設(shè)計(jì)方案。利用Opera模擬軟件,對(duì)由空心陰極、柵極、多級(jí)靜電透鏡和陽(yáng)極構(gòu)成的靜電聚集空心陰極離子槍進(jìn)行模擬仿真。實(shí)現(xiàn)了對(duì)各極電位、束流大小、離子束軌跡和陽(yáng)極束斑尺寸的模擬,并以直觀的形式進(jìn)行展示。學(xué)生通過(guò)完成該仿真實(shí)驗(yàn),可深入理解該離子槍的結(jié)構(gòu)、工作原理和場(chǎng)聚焦現(xiàn)象的基礎(chǔ)知識(shí)。 

【文章來(lái)源】：實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2020,39(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

離子槍物理模型

圖2給出了柵極電位(VG)從-50 V增加到-30 V(其他參數(shù)保持不變),ra和Ia隨VG的變化曲線。可見(jiàn),柵極電位對(duì)離子槍的聚焦性能有著很大的影響,它能直接影響最終束斑的半徑大小和最終的電流大小。當(dāng)VG =-38 V時(shí),ra達(dá)到最小值為0.17 mm,Ia=104 μA。隨著VG從-50 V增大到-30 V,Ia不斷減小,ra則先下降后上升。Ia不斷減小的原因是由于柵極電位的不斷增高,導(dǎo)致柵極能從空心陰極引出的離子數(shù)目也在減少。圖3給出了μ隨VG的變化趨勢(shì)。明顯可見(jiàn),隨著VG的不斷升高,μ呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì),并在VG=-40 V左右出現(xiàn)小幅度波動(dòng),離子槍的聚焦半徑即將達(dá)到極限值�？梢缘贸�:在聚焦半徑足夠小的情況下,聚焦電流密度不會(huì)出現(xiàn)明顯的上升,而是會(huì)不斷地在某個(gè)值范圍波動(dòng),如圖3所示。

圖3給出了μ隨VG的變化趨勢(shì)。明顯可見(jiàn),隨著VG的不斷升高,μ呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì),并在VG=-40 V左右出現(xiàn)小幅度波動(dòng),離子槍的聚焦半徑即將達(dá)到極限值�？梢缘贸�:在聚焦半徑足夠小的情況下,聚焦電流密度不會(huì)出現(xiàn)明顯的上升,而是會(huì)不斷地在某個(gè)值范圍波動(dòng),如圖3所示。綜上,為了保證離子槍有足夠大的聚焦電流和盡量小的聚焦半徑,本文選取VG=-38 V作為較佳柵極電位。此時(shí),聚焦半徑為0.17 mm,陽(yáng)極電流為104 μA 。


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