幾何聚焦強(qiáng)流脈沖離子束多脈沖穩(wěn)定性及特性研究.pdf

1、強(qiáng)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(shí)驗(yàn)中使用紅外診斷方法在TEMP-6型HIPIB裝置上進(jìn)行了HIPIB空間分布穩(wěn)定性的研究，此外改進(jìn)了雙極脈沖形成線(PFL)的結(jié)構(gòu)，使用外部觸發(fā)信號(hào)擊穿反轉(zhuǎn)開關(guān)，提高了PFL放電穩(wěn)定性，并對(duì)HIPIB的產(chǎn)生、擴(kuò)展與延遲時(shí)間的關(guān)系以及在其運(yùn)動(dòng)方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了測(cè)量分析。
　　使用紅外診斷測(cè)量能量密度分布的方法，

2、研究了外磁絕緣二極管中幾何聚焦的100納秒級(jí)的強(qiáng)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(shí)間120-150 ns。離子束的空間偏差為±1.5 mm時(shí)能夠引起能量密度1-12％的波動(dòng)。通過測(cè)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(yáng)極表面等離子體的產(chǎn)生和擴(kuò)展以及離子束從陰陽(yáng)極間隙的引出等過程的影響，而在離子束輸送區(qū)域，外

3、加磁場(chǎng)的影響可以忽略不計(jì)。在陽(yáng)極無(wú)明顯的老化進(jìn)而引起不穩(wěn)定離子束的條件下，HIPIB空間偏差對(duì)脈沖離子束穩(wěn)定性起主要的作用。
　　使用外部觸發(fā)信號(hào)擊穿反轉(zhuǎn)開關(guān)的模式對(duì)脈沖形成線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)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(shí)間由49.1％降到0.41％。二極管的兩次脈沖的電壓值和延遲時(shí)間也處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在距陰極表面14 cm處的平面上測(cè)量多次脈沖HIP

4、IB的能量密度波動(dòng)，結(jié)果顯示能量密度在6％的范圍內(nèi)波動(dòng)。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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的過程中，逐漸發(fā)散，

5、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(qiáng)度主要由石墨陽(yáng)極表面等離子體的產(chǎn)生和擴(kuò)展程度決定，而正負(fù)脈沖的延遲時(shí)間對(duì)等離子體的產(chǎn)生和擴(kuò)展有著重要的影響。延遲時(shí)間較短時(shí)，等離子體的擴(kuò)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(shí)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(shí)間達(dá)到450 ns時(shí)達(dá)到最大值;延遲時(shí)間進(jìn)一步增大，此時(shí)等離子體過度擴(kuò)展導(dǎo)致二極管陰陽(yáng)極導(dǎo)通短路，等離子體湮沒，能量密