陽極桿箍縮二極管（Rod Pinch Diode,RPD）作為X射線源產(chǎn)生重要部件,其具有較小焦斑和較高亮度,被認為是1 MV～4 MV閃光X光機裝置最理想的二極管。然而,在RPD設計時,如何評估RPD工作物理機制及離子流對其影響至關重要。為此,本論文以中能X光機研制為背景,研究RPD各個階段的物理特性,進而建立用于描述各個階段工作過程的物理模型,在此基礎上設計工作電壓為1 MV～4MV的RPD,并通過實驗研究驗證了理論模型。論文主要研究成果如下:（1）建立有限發(fā)射寬度陰極的雙極性空間電荷電流計算模型和磁絕緣階段具有離子效應的層流模型。通過理論計算分析,研究了不同幾何結構參數(shù)及工作電壓對RPD內(nèi)離子、電子電流的影響。在此基礎上,給出了評估空間電荷階段離子電流與電子電流計算式,當陰極寬度遠大于AK間隙時,離子、電子電流計算結果為無限長向內(nèi)發(fā)射的圓柱二極管理論計算結果一致;通過理論計算分析,給出了磁絕緣階段電子和離子數(shù)密度、速度沿徑向分布規(guī)律,以及電場和電位沿徑向分布規(guī)律。研究了不同條件下電子層平衡半徑的變化規(guī)律及其對RPD物理特性的影響。并給出了臨界電流系數(shù)與幾何結構和電壓的變化規(guī)律。研... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究技術現(xiàn)狀
        1.2.1 閃光X光機
        1.2.2 二極管技術研究
        1.2.3 二極管中的離子流
    1.3 研究內(nèi)容
第二章 陽極桿箍縮二極管物理模型
    2.1 概述
    2.2 RPD結構及類型和物理機制
        2.2.1 結構及類型
        2.2.2 物理機制
    2.3 SCL階段理論模型
        2.3.1 雙極性流計算
        2.3.2 電子背散射對RPD影響
        2.3.3 有限發(fā)射寬度模型
    2.4 ML階段理論模型
        2.4.1 單粒子模型
        2.4.2 ML階段離子對RPD物理特性的影響
        2.4.3 電極等離子體擴散
    2.5 本章小結
第三章 陽極桿箍縮二極管幾何參數(shù)及離子電流PIC模擬研究
    3.1 概述
    3.2 RPD粒子模擬模型及結果
        3.2.1 粒子模擬模型及電子、離子時空分布
        3.2.2 陰極盤厚度L
        3.2.3 陰陽極半徑比r_C/r_A
        3.2.4 陽極桿伸長長度L_(rod)
    3.3 離子流對RPD物理特性影響模擬研究
        3.3.1 不考慮離子電流時RPD工作過程模擬
        3.3.2 考慮離子電流時RPD工作過程模擬
    3.4 粒子模擬與理論模型結果對比分析
        3.4.1 臨界電流系數(shù)α
        3.4.2 PIC與理論計算結果對比分析
    3.5 本章小結
第四章 陽極桿箍縮二極管設計與實驗研究
    4.1 實驗裝置
    4.2 RPD物理設計及診斷
        4.2.1 RPD結構設計
        4.2.2 電參數(shù)測試及標定
        4.2.3 X射線輻射劑量測試
        4.2.4 X射線焦斑測試
        4.2.5 X射線能譜測試
    4.3 實驗結果及與理論、模擬結果對比分析
        4.3.1 平均電極等離子體擴散速度計算模型
        4.3.2 同心度對RPD物理及輻射特性影響
        4.3.3 X射線焦斑、能譜和劑量測試結果
        4.3.4 典型實驗結果及與理論模型比較分析
    4.4 本章小結
第五章 總結
    5.1 研究內(nèi)容與結論
    5.2 論文創(chuàng)新點
    5.3 存在的問題及下一步工作計劃
致謝
參考文獻
附錄 博士研究生期間發(fā)表的學術論文



本文編號：3180943