發(fā)布時(shí)間：2021-01-09 06:27

　　真空弧放電產(chǎn)生的離子種類多,離子電荷態(tài)高,而且引出離子流強(qiáng)大,所以廣泛應(yīng)用在鍍膜沉積、離子注入、強(qiáng)流離子加速器等領(lǐng)域。特別地,金屬氘化物陰極真空弧放電可以提供強(qiáng)流氘離子束,常用作密封中子管離子源,用來(lái)產(chǎn)生高產(chǎn)額中子,在石油探井、中子活化分析、無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。盡管真空弧放電在工業(yè)上應(yīng)用廣泛,而且研究已有一百多年的歷史了,但直到現(xiàn)在,真空弧放電過(guò)程還沒(méi)有被完全理解。而且研究人員的關(guān)注點(diǎn)基本都在金屬材料,對(duì)金屬氘化物這種特殊的電極研究甚少。金屬氘化物相比金屬電極來(lái)說(shuō),多了氘氣釋放和氘氣電離兩個(gè)過(guò)程,物理過(guò)程會(huì)更加復(fù)雜。本文針對(duì)金屬氘化物陰極真空弧放電現(xiàn)象,采用光學(xué)和電學(xué)等多種診斷方法,從實(shí)驗(yàn)上測(cè)量了陰極斑、氘氣釋放規(guī)律、等離子體參數(shù)和氘離子比例等特性。陰極斑是真空弧放電最典型的特點(diǎn),本文采用增強(qiáng)電荷耦合相機(jī)（ICCD）和電子掃描顯微鏡（SEM）兩種方法對(duì)金屬氘化物陰極真空弧放電產(chǎn)生的陰極斑進(jìn)行了研究。為了拍攝清晰,同時(shí)獲得大視場(chǎng),特地研發(fā)了一套放大鏡頭用來(lái)觀察陰極斑。ICCD相機(jī)最小分辨時(shí)間為2 ns,低于陰極斑壽命,所以可以獲得陰極斑演化過(guò)程。ICCD相機(jī)拍攝結(jié)果表明,在電極表面... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)工程物理研究院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１陰極斑放電過(guò)程??對(duì)大多數(shù)金屬來(lái)說(shuō)，真空弧放電弧壓僅幾十伏，弧流卻可到幾十千安

ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??圖１．２電極間電勢(shì)分布??陰極斑電流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之間［｜７－２｜１。實(shí)際上，由于陰極斑尺寸很難??準(zhǔn)確測(cè)量，不同文獻(xiàn)之間的結(jié)果存在較大差異。這也是真空弧放電理論爭(zhēng)論的地方之一。??陰極斑承受這么高的功率密度，表面熔化成液體，在等離子體作用下形成蝕坑，如圖１．３??所示。在不同表面上，陰極斑有兩種分布：第一類陰極斑和第二類陰極斑第一類陰??極斑出現(xiàn)在非潔凈和粗糙表面，如表面含氧化物等電介質(zhì)殘留物、有大量微凸起等，這??時(shí)一般蝕坑直徑較小，而且相互獨(dú)立，同時(shí)移動(dòng)速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），陰極燒蝕少。第二??類陰極斑出現(xiàn)在潔凈和光滑表面，陰極斑移動(dòng)速度慢，相互疊加在一起，形成一個(gè)直徑??大的陰極斑（？幾十微米），這時(shí)陰極燒蝕大。單個(gè)陰極斑最大只能攜帶一定量的電流，??當(dāng)弧流大于串個(gè)陰極斑最大電流時(shí)，陰極斑會(huì)分裂成多個(gè)陰極斑，同時(shí)在陰極表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一類陰極斑?⑴）第二類陰極斑??圖１．３不同種類陰極斑??陰極斑壽命有限，一般為兒十納秒｜２４］。當(dāng)陰極斑熄滅時(shí)，等離子體密度降低，弧壓??增加，以維持放電的持續(xù)。當(dāng)陰極斑重燃后，等離子體密度增加，弧壓又開(kāi)始降低。隨??著陰極斑的熄滅和重燃，弧壓一直處于波動(dòng)狀態(tài)。特別是當(dāng)陰極斑位置發(fā)生突變時(shí)，重??３??

ｐｏｓｓｉｂｌｅ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?ｈｕｍｐ?￣?ｋＴ??Ｌ＾??／?ａｎｏｄｅ?ｔａｌｌ?ｂｕｒｎｉｎｇ??／?＼ｏｌｔａｇｅ??—?ｃａｔｈｏｄｅ?ｆａｌｌ???ｉ??ｃａｔｈｏｄｅ?ａｎｏｄｅ??圖１．２電極間電勢(shì)分布??陰極斑電流密度位于ｌ〇４Ａ／ｃｍ２？１０８Ａ／ｃｍ２之間［｜７－２｜１。實(shí)際上，由于陰極斑尺寸很難??準(zhǔn)確測(cè)量，不同文獻(xiàn)之間的結(jié)果存在較大差異。這也是真空弧放電理論爭(zhēng)論的地方之一。??陰極斑承受這么高的功率密度，表面熔化成液體，在等離子體作用下形成蝕坑，如圖１．３??所示。在不同表面上，陰極斑有兩種分布：第一類陰極斑和第二類陰極斑第一類陰??極斑出現(xiàn)在非潔凈和粗糙表面，如表面含氧化物等電介質(zhì)殘留物、有大量微凸起等，這??時(shí)一般蝕坑直徑較小，而且相互獨(dú)立，同時(shí)移動(dòng)速度快（？１０４ｃｍ／ｓ），陰極燒蝕少。第二??類陰極斑出現(xiàn)在潔凈和光滑表面，陰極斑移動(dòng)速度慢，相互疊加在一起，形成一個(gè)直徑??大的陰極斑（？幾十微米），這時(shí)陰極燒蝕大。單個(gè)陰極斑最大只能攜帶一定量的電流，??當(dāng)弧流大于串個(gè)陰極斑最大電流時(shí)，陰極斑會(huì)分裂成多個(gè)陰極斑，同時(shí)在陰極表面上存??在［２３】。??ｍｍ??⑷第一類陰極斑?⑴）第二類陰極斑??圖１．３不同種類陰極斑??陰極斑壽命有限，一般為兒十納秒｜２４］。當(dāng)陰極斑熄滅時(shí)，等離子體密度降低，弧壓??增加，以維持放電的持續(xù)。當(dāng)陰極斑重燃后，等離子體密度增加，弧壓又開(kāi)始降低。隨??著陰極斑的熄滅和重燃，弧壓一直處于波動(dòng)狀態(tài)。特別是當(dāng)陰極斑位置發(fā)生突變時(shí)，重??３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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