本文關(guān)鍵詞：幾何聚焦強流脈沖離子束多脈沖穩(wěn)定性及特性研究

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【摘要】：強流脈沖離子束(HIPIB)多次脈沖的穩(wěn)定性是制約其在材料表面改性中的應(yīng)用的關(guān)鍵,為了探究影響其空間分布穩(wěn)定性的因素,實驗中使用紅外診斷方法在TEMP-6型HIPIB裝置上進行了HIPIB空間分布穩(wěn)定性的研究,此外改進了雙極脈沖形成線(PFL)的結(jié)構(gòu),使用外部觸發(fā)信號擊穿反轉(zhuǎn)開關(guān),提高了PFL放電穩(wěn)定性,并對HIPIB的產(chǎn)生、擴展與延遲時間的關(guān)系以及在其運動方向上的運動規(guī)律進行了測量分析。使用紅外診斷測量能量密度分布的方法,研究了外磁絕緣二極管中幾何聚焦的100納秒級的強流脈沖離子束(HIPIB)的空間分布的穩(wěn)定性。通常每次脈沖的能量密度范圍在3-6 J/cm2,加速電壓200-300 kV,脈沖持續(xù)時間120-150 ns。離子束的空間偏差為±1.5 mm時能夠引起能量密度1-12%的波動。通過測量分析可以確定離子束在不同位置的位移不是同步發(fā)生的,這主要是受二極管陽極表面等離子體的產(chǎn)生和擴展以及離子束從陰陽極間隙的引出等過程的影響,而在離子束輸送區(qū)域,外加磁場的影響可以忽略不計。在陽極無明顯的老化進而引起不穩(wěn)定離子束的條件下,HIPIB空間偏差對脈沖離子束穩(wěn)定性起主要的作用。使用外部觸發(fā)信號擊穿反轉(zhuǎn)開關(guān)的模式對脈沖形成線結(jié)構(gòu)進行改進之后,輸出開關(guān)擊穿電壓的變化率由16.3%降到1.20%,反轉(zhuǎn)開關(guān)擊穿電壓由15.8%降低到1.20%,延遲時間由49.1%降到0.41%。二極管的兩次脈沖的電壓值和延遲時間也處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在距陰極表面14 cm處的平面上測量多次脈沖HIPIB的能量密度波動,結(jié)果顯示能量密度在6%的范圍內(nèi)波動。因此自磁絕緣離子二極管的放電穩(wěn)定性得到了顯著改善,HIPIB的可靠性極大地提升。由幾何聚焦磁絕緣二極管產(chǎn)生的HIPIB在由加速電壓引出陰極之后,在其運動方向上小于焦距的范圍內(nèi),隨著距離的增加,束斑面積逐漸減小,能量密度逐漸增大,說明HIPIB首先趨于在二極管焦平面上聚集,所以該處能量密度最大,分布最集中。在距離大于焦距的范圍內(nèi),HIPIB繼續(xù)向前運動的過程中,逐漸發(fā)散,能量密度逐漸降低。幾何聚焦磁絕緣二極管產(chǎn)生的HIPIB的強度主要由石墨陽極表面等離子體的產(chǎn)生和擴展程度決定,而正負(fù)脈沖的延遲時間對等離子體的產(chǎn)生和擴展有著重要的影響。延遲時間較短時,等離子體的擴展不夠充分,引出的離子束密度低,因此能量密度低；隨著延遲時間的增加,等離子體得到充分?jǐn)U展,能量密度逐漸增加,在延遲時間達到450 ns時達到最大值；延遲時間進一步增大,此時等離子體過度擴展導(dǎo)致二極管陰陽極導(dǎo)通短路,等離子體湮沒,能量密度降低。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB306

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張鋒剛;朱小鵬;王明陽;雷明凱;;強流脈沖離子束輻照WC-Ni硬質(zhì)密封材料表面改性研究[J];金屬學(xué)報;2011年07期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 朱小鵬;強流脈沖離子束特性及其燒蝕作用的實驗研究[D];大連理工大學(xué);2003年

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本文編號：1164937