本文關(guān)鍵詞：氧化物陰極等離子體源實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：1903年,一個(gè)偶然的機(jī)會,Wehnelt.A發(fā)現(xiàn)高溫下當(dāng)鉑絲上粘有堿土金屬氧化物時(shí),發(fā)射電流大大增加,這就是氧化物陰極的起點(diǎn)。因氧化物陰極具有工作溫度低,發(fā)射電流大,工作穩(wěn)定且壽命長等優(yōu)點(diǎn),自上世紀(jì)40年代開始在國防通訊領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用,國外70年代開始將氧化物陰極用于產(chǎn)生等離子體,而國內(nèi)目前還沒有裝置應(yīng)用大面積氧化物陰極放電或從事相關(guān)研究。LMP裝置設(shè)計(jì)完成了國內(nèi)唯一的大面積旁熱式氧化物陰極等體源,當(dāng)其工作在6500C～1000℃C時(shí),能獲得較大的發(fā)射電流(3～lOA/cm2),且發(fā)射均勻、穩(wěn)定、無噪聲、可變范圍大,能在較弱的磁場下產(chǎn)生較高的密度(1010～1013/cm3),是研究磁場重聯(lián)和其他等離子體物理的一個(gè)理想等離子體源。首先,本文給出了陰極主要部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)和材料性質(zhì),整套設(shè)備在1000℃C高溫下能長時(shí)間穩(wěn)定工作,實(shí)現(xiàn)了工程指標(biāo)。每個(gè)部件都經(jīng)過精心設(shè)計(jì),使整套設(shè)備安裝空間盡可能小,這樣就保證了陰極在線性磁化裝置上的順利安裝,并通過模擬等手段,保證了加熱效率最大化。其次,作者通過摸索和實(shí)驗(yàn)研究,完成了發(fā)射漿的配制、碾磨、基金屬的處理、陰極的噴涂、激活和意外處理等一整套工藝流程,并實(shí)現(xiàn)了氧化物陰極大電流穩(wěn)定放電。通過不同放電位形比較,尋找氧化物陰極最佳放電位形,并通過改變陰極溫度、氣壓、放電電壓、軸向磁場、放電脈寬、放電頻率等,了解氧化物陰極發(fā)射性質(zhì),并對氧化物陰極放電常見現(xiàn)象進(jìn)行解釋。在氧化物陰極脈沖放電條件下,通過離子聲波的朗道阻尼估算出了氧化物陰極放電離子溫度約0.25eVo氧化物陰極放電還可以實(shí)現(xiàn)陰極陽極間距2m,使等離子體攜帶幾百安培電流來滿足不同用途放電需要,如此時(shí)就可以激發(fā)靜電離子回旋不穩(wěn)定性(EICI)和阿爾芬波等。最后,通過改變粉末發(fā)射材料配方,加入一些還原或催化物質(zhì),來制造新型氧化物陰極。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入5%～8%的Sc203后可以將陰極的發(fā)射能力提高2～3倍,這是氧化物陰極等離子體源第一次通過這么簡單的方法將陰極發(fā)射能力提高到與六硼化鑭相當(dāng)。新陰極對其它材料和溫度沒有特殊要求,這使我們的氧化物陰極成為長脈寬放電(lms)發(fā)射能力最強(qiáng)的等離子體源。
【關(guān)鍵詞】：直線磁化等離子體裝置 氧化物陰極 高電離率等離子體 脈沖放電 高密度等體源 Langmuir探針 離子聲波 朗道阻尼 靜電離子回旋不穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O462;O53
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-18
• 第一章 氧化物陰極研究背景18-34
• 1.1 氧化物陰極的歷史18-22
• 1.1.1 氧化物陰極的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用18-19
• 1.1.2 盈余鋇的研究19-20
• 1.1.3 氧化物陰極的發(fā)展與應(yīng)用20-22
• 1.2 幾種常見的熱陰極22-28
• 1.2.1 釷鎢陰極22-24
• 1.2.2 硼化物陰極24-26
• 1.2.3 氧化釷陰極和稀土氧化物陰極26-27
• 1.2.4 儲備式陰極27-28
• 1.3 高密度熱陰極在等離子體實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用28-34
• 1.3.1 氧化物陰極電子槍28
• 1.3.2 氧化物陰極燈絲源28-30
• 1.3.3 大面積氧化物陰極30-31
• 1.3.4 氧化物陰極離子源31
• 1.3.5 大面積六硼化鑭等離子源31-34
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置及診斷方法34-60
• 2.1 線性磁化等離子體裝置34-40
• 2.1.1 裝置結(jié)構(gòu)34-35
• 2.1.2 真空系統(tǒng)35-37
• 2.1.3 充氣系統(tǒng)37-38
• 2.1.4 磁場及電源系統(tǒng)38-39
• 2.1.5 循環(huán)水冷系統(tǒng)39-40
• 2.2 探針系統(tǒng)40-41
• 2.2.1 一維探針系統(tǒng)40
• 2.2.2. 維探針系統(tǒng)40-41
• 2.3 意外報(bào)警系統(tǒng)41-42
• 2.4 數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)42
• 2.5 現(xiàn)有等離子體源42-45
• 2.5.1 燈絲源42-43
• 2.5.2 Helicon源43-45
• 2.6 診斷工具45-60
• 2.6.1 單探針原理46-48
• 2.6.2 雙探針48-50
• 2.6.3 三探針50-52
• 2.6.4 極向探針陣列52-53
• 2.6.5 發(fā)射探針53-55
• 2.6.6 馬赫探針55-57
• 2.6.7 羅科夫斯基線圈57-60
• 第三章 氧化物陰極設(shè)計(jì)與制造工藝60-92
• 3.1 氧化物陰極源設(shè)計(jì)背景60-62
• 3.2 線性磁化裝置氧化物陰極源設(shè)計(jì)62-72
• 3.2.1 陰極及其附件設(shè)計(jì)62-64
• 3.2.2 熱源的設(shè)計(jì)64-66
• 3.2.3 陽極材料的選擇與設(shè)計(jì)66-67
• 3.2.4 熱源周圍熱量反射系統(tǒng)67-70
• 3.2.5 支撐底座的設(shè)計(jì)70-71
• 3.2.6 電路連接71-72
• 3.2.7 氧化物陰極水冷設(shè)計(jì)72
• 3.3 基金屬的選擇與處理72-76
• 3.3.1 基金屬的選擇72-74
• 3.3.2 基金屬的處理74-76
• 3.4 發(fā)射漿的制備76-79
• 3.4.1 發(fā)射材料的選擇76-77
• 3.4.2 發(fā)射漿的配制77-78
• 3.4.3 發(fā)射漿的碾磨78-79
• 3.5 陰極的噴涂79-81
• 3.6 熱源的制作81-82
• 3.7 氧化物陰極的激活82-85
• 3.7.1 熱激活82-84
• 3.7.2 電激活84-85
• 3.8 陰極溫度的測量85-86
• 3.9 氧化物陰極放電脈沖源設(shè)計(jì)86-90
• 3.9.1 設(shè)計(jì)要求86-87
• 3.9.2 電源設(shè)計(jì)87-89
• 3.9.3 放電測試89-90
• 3.10 廢料的處理90-92
• 第四章 線性磁化裝置氧化物陰極放電92-130
• 4.1 氧化物陰極發(fā)射模型92-93
• 4.2 氧化物陰極放電模式93-102
• 4.2.1 氧化物陰極脈沖放電93-99
• 4.2.2 氧化物陰極直流放電99-102
• 4.3 發(fā)射能力與控制條件102-109
• 4.3.1 放電電流與陰極溫度的關(guān)系102-103
• 4.3.2 放電電流與放電電壓的關(guān)系103-105
• 4.3.3 放電電流與中性氣壓的關(guān)系105-106
• 4.3.4 放電電流與磁場的關(guān)系106-108
• 4.3.5 放電電流與放電頻率的關(guān)系.108-109
• 4.4 氧化物陰極脈沖放電常見現(xiàn)象109-115
• 4.4.1 放電與衰減109-111
• 4.4.2 火花現(xiàn)象111-113
• 4.4.3 氧化物陰極中毒113-115
• 4.5 陰極陽極大距離放電115-118
• 4.5.1 軸向電流與磁場的關(guān)系116-117
• 4.5.2 軸向電流與氣壓的關(guān)系117
• 4.5.3 軸向電流與放電電壓的關(guān)系117-118
• 4.5.4 大距離放電的應(yīng)用118
• 4.6 離子聲波朗道阻尼估算離子溫度118-123
• 4.7 氧化物陰極放電的優(yōu)點(diǎn)123-128
• 4.7.1 均勻123-124
• 4.7.2 穩(wěn)定124-125
• 4.7.3 高密度、高電離率125
• 4.7.4 低碰撞125-126
• 4.7.5 長壽命126
• 4.7.6 低成本126-127
• 4.7.7 無噪聲127
• 4.7.8 參數(shù)可調(diào)范圍大127
• 4.7.9 可大尺度存在127-128
• 4.7.10 易診斷128
• 4.8 本章小結(jié)128-130
• 第五章 新型氧化物陰極探索130-134
• 5.1 含鈧型氧化物陰極130-132
• 5.2 含鎳、鎢型氧化物陰極132-134
• 第六章 總結(jié)和展望134-136
• 附錄A 常見金屬電阻率及其溫度系數(shù)136-138
• 附錄B 元素周期表138-140
• 參考文獻(xiàn)140-148
• 致謝148

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 孫大明;;一種抗毒性能強(qiáng)的新型氧化物陰極研究報(bào)告[J];安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1979年01期

2 宋輝，楊名恪;過氧化物陰極的研究[J];光學(xué)精密工程;1995年04期

3 聶世琦,姚宗熙,王

本文編號：270137