张洪[1]2004年在《120keV辐照电子枪的研制》文中认为直接暴露在太空中的航天材料是否能够经得起各种辐射的打击,是需要经过实验验证的。设计一个辐照电子枪的目的就是产生大面积高能量的均匀电子辐射,模仿太空中的电子辐射对材料进行考验。这个电子枪的设计目标是产生能量为120keV的电子,在直径约300mm的辐射面内不均匀度小于25%。本文所描述的电子枪极利用了球面电场在电位改变时电子轨迹不变的原理,将电极设计成同心球面,以保证在大范围工作电压内辐射电子仍能保持较高的均匀性。计算机仿真的结果指导设计了这支电子枪电极的几何结构和尺寸。它采用四极枪结构,两个栅极,第一栅极采用双层同心球面网,第二栅极外还添加了屏蔽筒。通过大量的实验,这种结构的可行性得到了验证。电子枪的电源采用环氧树脂加硅橡胶双重灌封,克服了以往用油箱实现电气隔离又笨重又脏的缺点。测试证明,电子枪的电源能够满足正常工作的需要。由于受实验条件限制,到本文发稿之日,这支电子枪只能在能量不大于30kV情况下满足均匀性要求,但已有的实验结果为进一步实验指明了方向。
全荣辉[2]2009年在《航天器介质深层充放电特征及其影响》文中研究说明空间辐射环境下,深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。近25年(1973至1997)的统计结果表明,由介质充放电现象造成的航天器异常约占总异常现象的54.2%,其中由深层充放电效应引起的约占45.7%。因此深入研究深层充放电效应对保障航天器安全有着重要的意义。本论文通过地面模拟实验和模型分析,研究了航天器介质材料深层充放电现象。实验采用电子枪和Sr90放射源,在高真空和恒温条件下,模拟空间辐射环境对航天器常用聚合物介质辐照。通过监测样品的表面电位、放电电流和电磁脉冲信号,研究了介质深层充放电现象随电子束流强度、介质厚度和电阻率等的变化规律。论文建立辐射感应电导率模型,解释了辐射感应电导率与辐射剂量率的指数关系及指数范围,描述不同辐射剂量率及复合指数下感应电导率的变化过程。本文同时建立了深层充电模型,模型将介质的电场、电位等宏观参量与介质的载流子浓度、电荷束缚时间等微观参量相结合,对实验结果进行比较和分析,深入揭示深层充放电现象的一般规律。实验和模型计算结果表明,航天器介质材料深层充电现象随着辐照电子束流强度、介质厚度和电阻率的增加而趋于明显;介质所能达到的深层充电平衡电位随着电子束流强度和介质电阻率指数增加,其指数值小于1;介质到达深层充电平衡状态所需的时间主要由介质电阻率决定;介质深层放电电流峰值可达几十安培,电场脉冲强度可达几十伏/米,但放电脉冲宽度仅为几十纳秒至几微秒;介质深层放电高强度的电场脉冲可对试验电路造成强烈干扰。本论文的实验结果和模型可用于初步评估航天器介质材料深层充电现象,为深层充放电效应防护设计提供参考。
秦久昌, 张卫东, 崔志鹏[3]2010年在《高压型低能大功率辐照加速器电子枪研制》文中指出低能大功率辐照加速器广泛用于辐照加工产业。本工作研制出一台二极电子枪作为高压型低能大功率辐照加速器的电子源,并通过出束实验对其加以优化,最后确定了二极电子枪的最佳结构、尺寸及运行参数等。结果表明,从电子枪引出电子束的能量为5~25 keV,流强为60~100 mA,束斑为15~30 mm,半散角为0.6°~1.6°,不稳定度好于±0.6%。该电子枪工作稳定,寿命长于5 000 h。
秦久昌, 崔山, 周文振, 崔志鹏, 史政虎[4]2007年在《350 keV电子高压加速器研制》文中提出加速器辐照装置用于辐照生产医用输液塑料袋原膜材。所研制的350 keV电子高压加速器具有以下特点:在静电加速器中采用高压倍压电源代替输电带,此新型结构加速器可输出低能大功率电子束,且体积小、自屏蔽,适于在线辐照加工;一般高压倍压电源采用50 Hz供电,而在此装置中由14 kHz中频电源供电,高压电源体积小。加速器空载高压达370 kV,电子束350 keV/20 mA,扫描宽度70 cm,辐照剂量不均匀性好于7%。该加速器辐照装置已投入运行,并已生产出合格医用输液袋膜材投放市场,产品填补了国内医用输液袋膜材市场的空白。
罗凤凤[5]2015年在《低活化钢和钨辐照损伤的透射电镜研究》文中研究说明低活化马氏体钢是未来商用核聚变堆的主要候选结构材料,钨是面向等离子体候选材料。在聚变堆环境下,低活化钢在遭受中子辐照的过程中会受到嬗变反应产生的氢、氦气体原子的作用,而钨则遭受氘氚等离子体和氦离子的辐照。本论文主要利用透射电子显微镜研究了氢、氦离子辐照下的低活化马氏体钢和钨的辐照损伤。1、系统研究了低活化马氏体钢在不同温度不同剂量下氦离子辐照产生的位错环。以往对低活化钢中氦离子辐照的研究都集中在辐照肿胀的方面,较少的人关注氦离子辐照对材料中位错环的影响。我们发现低活化钢在氦离子辐照下会产生大尺寸的位错环,比在相同剂量的其它辐照条件(如中子、质子和重离子辐照等)产生的位错环大很多。可能原因是：氦易与辐照过程中产生的空位形成He-V团簇,从而使间隙原子聚集长大形成尺寸大的位错环。发现辐照位错环的尺寸、数密度都会随着辐照温度和辐照剂量的变化而变化。我们还发现存在一个临界温度和临界剂量,在临界值附近,位错环类型会发生突变。2、在450℃下,我们通过改变离子注入顺序,也即进行氦离子单束、氢离子单束、He/H双束先后离子和H/He双束先后离子束辐照,研究了氢氦协同作用对低活化钢中位错环的影响。H/He双束先后离子束辐照产生的位错环的平均尺寸和数密度比相同辐照剂量的单束(He或H)离子辐照下的更大,而He/双束先后辐照条件下产生的位错环的尺寸最大。这表明氢和氦在协同效应中各自所发挥的作用是不同的。He原子更容易与空位形成He-V团簇,进而捕获H形成He-H-V复合体。通过不断地吸收H原子和打离间隙原子,大的He-H-V复合体得以形成,在自身附近捕获SIAs,并且作为I-loops的形核点。结果,SIAs或I-loops可以通过吸收更多间隙原子而变得更大。3、系统研究了钨在不同温度以及不同剂量的氦离子辐照下氦泡的形核和长大过程。我们发现低温会抑制氦泡的成核,当辐照温度350℃时,未发现氦泡的形成。500℃辐照时,氦泡通过“冲出位错”机制形核长大。高温氦离子辐照时,氦泡的平均尺寸会随着氦离子的辐照温度的增加而增大,而数密度会迅速的下降。在800℃时,钨中氦泡的平均尺寸会随着辐照剂量的增加而不断增大,而数密度会先减小后增加。可能是因为钨中新注入的氦原子会被添加到原来已经形成的氦泡里面从而使得氦泡长大,同时还会使氦泡内部压强增大。4、系统研究了不同温度和不同剂量的氢离子辐照下钨中氢泡的形成和长大过程。我们发现钨在室温下氢离子辐照后会产生位错环,但是当辐照温度升到350℃时,少量氢泡出现而位错环消失。高温氢离子辐照时,氢泡的平均尺寸会随着氢离子的辐照温度的增加而迅速增大,而数密度会先增加后减少。当500℃辐照时,氢泡通过“冲出位错”机制长大。当800℃辐照时,氢泡会变得不稳定或者移向表面消失使得气泡的数密度会显着的下降。在600℃不同剂量的辐照研究中,我们发现随着辐照剂量的增加,氢泡的平均尺寸会先迅速增加后缓慢增加,而数密度会先变化很小后迅速增加。这是因为随着辐照剂量的增加小的H-V团簇有机会聚集长大,从而使得气泡的数密度基本上保持不变。直到辐照剂量增至2.25×1021/m2,气泡的数密度增加而尺寸不变大,可能是因为当气泡尺寸增加的时候气泡内压降低,使得它们停止长大。5、通过改变氢、氦离子辐照顺序、辐照温度等因素,研究了氢氦之间协同作用对钨中辐照肿胀的影响。我们发现与单束(氦离子或氢离子)辐照相比,双束He/H先后辐照产生的气泡的数密度会明显增多。在500℃和800℃下双束He/H先后离子束辐照产生的气泡的平均尺寸比单束氦离子或氢离子辐照产生的气泡的平均尺寸都小,而在600℃下,双束He/H先后离子束辐照产生的气泡的平均尺寸比单束氦离子的平均尺寸略大。
周平, 王文静, 荆涛, 张爱兵, 郭盘林[6]2017年在《空间电子辐射环境探测载荷测试定标试验平台研制》文中研究指明介绍了中国科学院国家空间科学中心新建成的空间电子辐射环境探测载荷测试定标试验平台.该平台由中、高能极弱流电子加速器以及内置多维真空转台的真空靶室试验终端组成,用于对星载空间电子辐射探测器进行地面加速器测试定标.重点描述了为得到中能极弱流均匀平行束,采用电子轨迹程序Egun对中能极弱流电子加速器进行的物理设计和模拟计算,给出球形结构电子枪在栅网孔不加栅网、加理想栅网和直径1mm孔栅网以及在不同加速管出口能量情况下,初聚系统和加速管以及经过二次扩束时输运段中电子轨迹的模拟结果.最终得出能够实现电子枪初始束流减弱8个数量级,获得满足测试定标试验需求的极弱流均匀平行电子束(在试验终端直径50 mm靶上束流面密度为10~5~10~9 cm~(-2)·s~(-1))的结论.
吴建军[7]2006年在《超快电子衍射系统的理论与实验研究》文中认为本文介绍了一种最新研制的具有较高时间和空间分辨能力的超快电子衍射系统，该系统利用超短电子脉冲进行皮秒或飞秒量级的电子衍射来研究物质的结构相变，是研究微晶、表面、薄膜等的结构动力学过程的先进手段。我们研制的超快电子衍射系统由超短脉冲激光器、短磁聚焦电子枪、样品室、探测衍射图案的双MCP探测器、测量电子脉宽的同步扫描电路、图像读出系统及超高真空系统等组成。 本论文主要涉及以下几个方面的内容： ①超快电子衍射系统的理论研究，主要内容有扫描状态下电子束偏转距离的计算公式的推导，并由此得出一套测量、计算电子束脉宽的方法；在这套公式的指导下，分析了测量电子束脉宽时的同步过程，相关的结论对于动态扫描实验过程具有一定的指导意义。 ②介绍了Ⅰ代和Ⅱ代超快电子衍射系统的电子光学设计过程，包括光电子发射过程的抽样；电子枪内电场、磁场的计算；电子运动轨迹的追踪；电子束的飞行时间、空间位置、以及角度等的分布的计算。通过计算得到了超快电子衍射系统的物像关系，以作为超快电子枪设计的基础。对阴极的面型做了理论分析，发现阴极表面发射点附近的电场对克服光电子初始能量弥散至关重要，提出了一种简单易行的改进超快电子枪时间分辨的方法。 ③介绍了Ⅰ代和Ⅱ代超快电子衍射系统的设计和研制过程，包括光电阴极、磁聚焦系统、静电偏转扫描系统、电子图像增强系统、真空系统、控制系统的设计，以及对超快扫描电路的介绍和超快扫描电路的测试结论等，对Ⅰ代和Ⅱ代系统的参数进行了比较。 ④介绍了超快电子衍射系统的调试过程及部分参数的测试，结果显示电子束斑可以被聚焦到100um，x和y方向的偏转灵敏度分别可以达到26.8mm／kV和49.2mm／kV，电子束的发散角小于1.1mrad。
秦久昌, 崔山, 周文振, 崔志鹏, 史政虎[8]2006年在《高压加速器电子辐照装置研制》文中认为加速器辐照装置用于辐照生产医用输液塑料袋的原膜材,其特点是(1)在静电加速器中,采用高压倍压电源代替输电带,此新型结构加速器可输出低能大功率电子束,并体积小、自屏蔽,适于在线辐照加工;(2)一般高压倍压电源采取50Hz供电,而在此装置中由14KHz中频电源供电,使其高压电源体积小。装置的性能:加速器空载高压达370KV;电子束350keV/20mA。电子束350keV/15mA,传输带速度7m／min时,平均辐照剂量125kGy;辐照剂量均匀度好于7％。加速器辐照装置已投入运行,厂商生产出合格的医用输液膜材并投放市场,填补了国内空白。
段辉高[9]2010年在《10纳米以下图形电子束曝光的研究》文中提出电子束曝光是目前分辨率最高、使用最灵活的纳米加工技术,在纳米电子学、纳米光学、纳机械系统等领域具有广泛的应用。同时,随着集成电路的关键尺寸进入到22 nm节点,电子束曝光技术在整个半导体制造领域扮演着越来越重要的角色。追求更高的分辨率是电子束曝光研究的核心内容。本论文从电子束曝光的基本原理出发测量了不同电压的点扩散函数并进行了蒙特卡洛模拟研究,为研究电子束曝光的分辨率极限与邻近效应校正提供了基础。进而分析了电子束曝光的分辨率、效率、结构均匀度之间的关系以及它在大规模应用中所面临的困难,提出了解决困难的可行办法。本论文对高分辨电子束曝光的工艺和分辨极限开展了研究,得到了9 nm周期宽度的纳米结构。进一步利用透射电子显微镜和原子力显微镜对电子束曝光制作的纳米结构进行了精确测量,发现曝光的分辨率极限对稀疏的结构可以达到4nm的特征尺寸,而对于密集型结构,16 nm周期宽度的结构无法完全分辨。通过对电子束扩散函数与显影对比度的分析,本文认为电子束曝光的分辨极限与显影液在纳米尺度下的扩散限制有关。电子束曝光虽然具有极高的分辨率,但它面临在纳米尺度下图形转移的困难。本文为此提出了利用电子束曝光和辐照直接制作功能纳米结构。以超细PMMA纳米纤维作为前驱物,在高分辨透射电子显微镜下原位地研究了聚合物在电子束辐照下分解、碳化和石墨化的过程,分别制作出石墨烯纳米带、类富勒烯以及石墨尖等纳米结构。利用电子束过量曝光PMMA结合退火过程得到了图形化的石墨纳米结构。高分辨电子束曝光同时面临效率低、邻近效应、辐照损伤的困难。为了克服这些困难,本文发展了一种毛细力自组装方法,可控地将电子束曝光定义的高深宽比纳米结构组装成复杂的平面结构或者叁维结构从而提高电子束曝光的效率、减少邻近效应和消除辐照损伤。本论文通过对10 nm以下电子束曝光的基础研究,不仅解决了高分辨电子束曝光中的几个关键问题,而且推动了国内外电子束曝光的发展,并对高分辨电子束曝光的应用具有极大的指导意义。
李梦超[10]2017年在《百千伏超快电子衍射系统的研发》文中研究表明超快电子衍射与成像技术在最近十多年内得到快速发展,至今已有多个科学机构进行了相关仪器研发及研究工作,取得了许多重要进展。其中直流电子枪的电子脉冲能量由起始的几十千伏发展到数百千伏,而最新应用到该领域的微波电子枪则将能量提升至兆伏量级;电子脉冲的纵向脉宽(时间尺度)则由皮秒量级变至飞秒量级,甚至有望到达阿秒量级。在此基础上,发展起来了包括超快扫描电子显微镜,超快透射电镜等多种时间分辨电子成像技术。研究范围也从晶格探测扩展至表面物理、超导、磁学、等离子、生物、化学等多个领域,逐步显示处了其强大的生命力。在此背景下,我们进行了100kV超快电子衍射系统的研发与搭建。我们先进行了系统设计所需的相关模拟,然后在此基础搭建了一台多功能紧凑型的百千伏超快电子衍射系统,包括100kV直流光阴极电子枪、电子脉冲控制装置、超高真空腔室、样品送入调节装置、探测成像装置、数据自动化采集系统以及外接设备等。通过模拟我们发现当电子脉冲经过电场边界后,其在z方向(纵向)上的扩展速度将会有一个很大幅度的减小,这对电子脉冲后期的行为具有决定性影响。我们修改并发展了传统的Mean field模型,给出了一个描述超快电子衍射系统内部电子脉冲运动的合理方案,使其可以准确描述超快电子束的运动行为,并优于其他模型。电子枪的设计极大程度避免了局部场强突变的出现,使电子枪可在一百千伏电压下稳定工作;增加了反射工作模式,单发电子产额有望达到百万量级,以实现对不可逆过程的探测。特殊的同轴对称结构保证了电场的对称与稳定,良好的磁屏蔽效果保证了电子脉冲的质量,外接保护电阻及保护罩等保证了电子枪工作的安全性。整套装置采用了特殊内嵌安装结构设计,使电子枪阴极至样品的距离在加磁透镜的情况下最短可至130mm,没有磁透镜时最短可小于100mm。装置的腔体设计最高真空度可达10-10Torr,由靶室,电子枪腔室,泵浦反射镜腔室,法拉第筒腔室以及排气腔室等组成。超高真空靶室具有多个窗口,其中侧向的34mm直径法兰窗口特殊设计。特殊设计了装置泵浦激光反射模式,使其沿电子脉冲运动相反的方向入射。样品靶室后期可与其它多个装置连接,实现多功能扩展。样品送入部分具有五维调节范围。样品承载装置——样品架能保证未来多种探测方案的实施,可被换装为其它装置,可升级。装置的探测成像系统包括特殊设计的法拉第筒,电子脉冲成像系统等。采用Labview编写的数据自动化采集系统正在研发中。在进行样品表面时间分辨衍射探测实验时(TR-RHEED),发现衍射条纹出现分裂,距离随延迟时间的变化呈现类高斯分布。等级越高的衍射条纹,其分裂间距越小。我们猜测该现象与样品发射电子有关,并通过分裂间距近似估计样品泵浦后表面电场峰值为107V/m量级。该实验有望同时获得样品晶格信息和表面电场信息,提供一种新的时间分辨电子衍射探测方法。
参考文献：
[1]. 120keV辐照电子枪的研制[D]. 张洪. 清华大学. 2004
[2]. 航天器介质深层充放电特征及其影响[D]. 全荣辉. 中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）. 2009
[3]. 高压型低能大功率辐照加速器电子枪研制[J]. 秦久昌, 张卫东, 崔志鹏. 原子能科学技术. 2010
[4]. 350 keV电子高压加速器研制[J]. 秦久昌, 崔山, 周文振, 崔志鹏, 史政虎. 原子能科学技术. 2007
[5]. 低活化钢和钨辐照损伤的透射电镜研究[D]. 罗凤凤. 武汉大学. 2015
[6]. 空间电子辐射环境探测载荷测试定标试验平台研制[J]. 周平, 王文静, 荆涛, 张爱兵, 郭盘林. 空间科学学报. 2017
[7]. 超快电子衍射系统的理论与实验研究[D]. 吴建军. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2006
[8]. 高压加速器电子辐照装置研制[C]. 秦久昌, 崔山, 周文振, 崔志鹏, 史政虎. 2006全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集. 2006
[9]. 10纳米以下图形电子束曝光的研究[D]. 段辉高. 兰州大学. 2010
[10]. 百千伏超快电子衍射系统的研发[D]. 李梦超. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所). 2017
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