空心阴极等离子体电子枪研究
关键词：空心阴极，等离子体，电子枪
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#2 引
言
加速阳极又 源， ## ， #" 分别为调制阳极和加速阳极， 称引出阳极 ! 两者均为栅网状， 它们上面的网孔严 格对准， 以保证通过 ## 进入加速间隙的电子能完 全通过 #" ! ## 接脉冲调制电源， #" 接直流高压电 源 ! 空心阴极中的放电气体由一个低压连续弱阀门 或一个暂态的气体喷射系统来提供 ! 利用空心阴极结构和激励阳极产生的弱电场使 低压惰性气体 （这里用氩气） 发生辉光放电， 形成稀 薄等离子体， 然后在调制极 ## 的脉冲调制电压作 用下加剧空心阴极中气体的电离， 并形成等离子体 阴极； 与此同时在引出极电压的作用下， 以等离子体 波面作为阴极， 从等离子体中引出高密度的电子束， 使之进入加速间隙， 形成电子束源 !
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物
理
学
报
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保持准电中性 ! 从宏观上看， 在一个脉冲调制周期 内等离子体团与调制极基本同电位 ! 如图 ! 所示 ! 当 "" 上面的孔隙直径大于 !! 时 （! 为等离子体鞘 层厚度） ， 在加速阳极电压的作用下， 等离子体中的 电子将通过小孔被引出并进入加速间隙， 并呈束状 通过两层栅网孔隙而飞出电子枪 !
空心阴极等离子体电子枪研究 !
张永辉 江金生 常安碧
（中国工程物理研究院应用电子学研究所， 绵阳 !"#$%%） （"%%" 年 & 月 "$ 日收到； "%%" 年 #% 月 ’# 日收到修改稿）
对空心阴极等离子体电子枪的理论与机理做了较详细的分析， 介绍了空心阴极放电特性， 论述了激励电极和 调制电极在空心阴极内等离子体形成过程中的作用， 分析了等离子体中电子和离子的运动及主要参数， 推导出空 电流连续性方程和运动 心阴极内电场与电流密度的表达式， 研究了形成稳定电子束流的基本条件 ( 利用泊松方程、 方程对其进行了数值模拟计算， 并给出了优化结果 ( 在此基础上设计出了输出束流脉宽为 # 幅值达 "*+ 的空心 )、 ! 阴极等离子体电子枪 (
!
;> 空 心 阴 极 等 离 子 体 电 子 枪 的 设 ［-—"?］ 计
空心阴极等离子体电子枪的基本物理参量包 括： 电子枪的几何尺寸、 所充气体的气压、 带电粒子 的初始密度、 二次电子发射系数及各个电极的电位 !
图! 电子束引出的微观图
假设 等 离 子 体 中 的 电 子 速 度 符 合 #$%&’(( 分 布， 则等离子体边界电子发射面的发射电流密度应 等于 # ’) $
!
方面会受到电极之间绝缘情况的限制， 另一方面当 放电参数固定时， 电子束流密度还须满足 （";） 式， 否 则等离子体阴极面将发生畸变 ! 因此， 更确切地说， （"*） 式是给出了等离子体边界面稳定时， 加速间隙 , 和引出极电压 ."! 之间的关系 ! 万方数据 当然， 这些电流不可能全部被引出极引出 ! 因
!
图+
空心阴极等离子体电子枪基本参数示意图
对于 , ， ! 可以忽略! 等离子体发射面稳定的条 件为 # ’) $ + ’ ! （";） （";） 式等号左端表示等离子体自身所能提供的电 流， 右端表示该引出系统理论上所能引出的电流 ! 只有这两者相等时， 才能保证等离子体面不发生畸 变 ! 当满足以上条件时， 等离子体才能保持良好的 稳定性， 输出电流才能平稳 ! 理论上可以将极间距 离缩得很短， 以增大电流量， 并且在 （"*） 式中， 电子
% -
+ " 空心阴极等离子体电子枪束流的产 ［#， ,， 1］ 生和引出
从等离子体阴极中引出电子与从热阴极表面引 出电子既有相似之处， 又有不同之处 ! 相似的是电 子离开等离子体阴极之后在引出系统中运动所遵循 的规律与电子离开阴极表面的相同 ! 但是用等离子 体的边界作为电子发射面与用固体热阴极作为电子 发射面有许多不同之处， 表现在： 热发射体的表面是 固定的， 而等离子体表面并不是固定不变的， 等离子 体阴极界面位置取决于外电场和等离子体本身的工 作状态， 它往往容易产生畸变 ! 因此从等离子体中 引出电子是一个非常复杂的问题， 电子束的性质不 仅与引出系统中的结构及参数有关， 也与等离子体 本身的参数及特征有关 ! 当空心阴极内形成稳定等 离子体后， 调制阳极的电压几乎全部降落在空心阴 极的阴极位降区上， 等离子体中的电子将聚积在调 制极表面附近并形成电子鞘层， 使内部等离子体仍
［.］
图#
空心阴极等离子体电子枪原理图
! 国家高技术研究发展计划 （批准号： 及中国工程物理研究院科学技术基金 （批准号： 资助的课题 ( &!’0.#%010’） "%%"%.’%）
万方数据
$期
张永辉等： 空心阴极等离子体电子枪研究
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! " 等离子体阴极的形成
［#—$］
［ %./ （ ， ’ $" !% ）( )］ 则可得无限次碰撞之后到达阳极的电子数为
（1）
式中! 为电子的电离系数 ! 可见由于! 过程在空间 产生的新的电子数为 # 2 # - 3 #［ （ 2 )］ ! 若 !% ） - %./ 只考虑一次电离， 这也是新产生的离子数， 这些离子 数向阴极方向运动 ! 如果忽略正离子在空间的碰撞 电离作用， 则将在阴极上新产生 "#［ （ !% ）2 )］ - %./ 个电子， 其中 " 为正离子引起的 二 次 电 子 发 射 系 数 ! 这些电子在电场的作用下又会碰撞气体分子产 万方数据 生更多的电离 ! 若令
（4）
（ （) * ’ * ’ * * ’ ! * …） #) $ # - %./ !（)-） !% ） 等离子体阴极的形成大致可分为两个阶段： 第 一阶段是在空心阴极激励电压的作用下激活气体中 的自由电子并使其电离， 形成初始 （或称本底） 稀薄 等离子体； 第二阶段是在本底等离子体环境下在调 制电压作用下使空心阴极内的气体进一步电离， 从 而提高空心阴极内等离子体的密度， 并形成等离子 体阴极 ! !"#" 基本物理化学过程 空心阴极中带电粒子与中性原子相互作用产生 气体电离， 下面是基本物理化学过程： （弹性碰撞） ， （)） % & ’( ! % & ’( & ! （碰撞电离） ， （*） % & ’( ! ’( & % & % & !" ! （碰撞激发） ， （!） % & ’( ! ’(" & % & !" （电离） ， （+） ! ’( & % & % & !" " " （激发） ， （#） %& ! ’( & % & !" ! " （消激发） ， （,） ’( & % ! ’( & % & !" & & （交换电荷碰撞） ， （$） ’( & ’( ! ’( & ’(
［#—’］ 制的 B+CDEFDG 高能微波源 ， 以心阴极等离子体电子枪基本描述
空心阴极等离子体电子枪是以空心阴极放电形 成等离子体并以这种等离子体作为阴极的一种新型 电子枪 ! 图 # 为这种电子枪的工作原理图 ， 其中 接直流激励电 " 为圆筒式空心阴极， # 为激励电极，
近年来， 在高功率脉冲技术的研究和应用中要 求发展强流、 长脉冲电子束源 ( 传统的热阴极电子 枪可产生长脉冲， 但电流比较小； 场致发射电子枪虽 能产生强流电子束， 但束流脉宽较短 ( 而空心阴极 等离子体电子枪 （ 345546 78934:; <58)=8 ;5;79>4?0@A?） 既克服了热阴极电子枪因受空间电荷限制而输出电 流密度较低的缺点， 同时也克服了场致发射电子枪 由于阴阳极间隙中等离子体闭合而导致短的脉冲宽 度的缺点， 可产生长脉冲强流电子束 ( "% 世纪 $% 年 代初美国休斯公司利用空心阴极等离子体电子枪研
+0! （ ." < ." ） 而增加， 但实际上这一 束流 + ’ 似乎随 ! "
!"#" 空心阴极等离子体电子枪设计的基本原则 从理论分析并参考前人对空心阴极设计的总结 知， 在设计空心阴极等离子体电子枪时应遵循： 圆 "） 筒空心阴极的半径 1 必须大于阴极暗区而小于阴 极暗区与负辉区之和， 这样才能保证圆筒空心阴极 的负辉区相互重叠， 形成空心阴极放电； 圆筒空心 !） 阴极的长度与圆筒直径之比应小于 @， 以确保空心 阴极效应的产生； 空心阴极电子枪的加速间隙与 +） 加速电压的设计受到两栅网阳极绝缘程度的限制 ! !"$" 数值模拟过程中所用的基本方程 数值模拟过程中所用的基本方程为
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式中 ’( 为基态的氩原子， ’(" 为激发态的氩原子， ! ’( & 为一次电离的氩离子， % 为能量较大的快电子，
" "为更高激发态的氩原子， " 为动能的变化量 ! ’( ! 在本文讨论中， 忽略去二次激发和二次电离过程 !
在实际系统中， 还有其他的碰撞和激励方式， 因碰撞 截面较小而忽略不计 ! !"$" 电离过程的发展和自持放电的形成 在上述碰撞电离过程的作用下， 根据汤生的电 子繁流理论， 阴极筒内电子和离子的数目是以指数 形式增长的 ! 假设气体中初始的自由电子数密度为 当电子振荡一个半径长路程时其中的电子数密 #-， 度增为 # $ # - %./ （ ， ( !0 & ) $ # %./ !% ） #
PCD法制备氮化硼薄膜介绍
在这样的生长条件下，在压力 1.33Pa,功率800W时，H2/H2 +N2比率增 加，BN的沉积速率下降，基板与靶的 距离增加，BN的沉积速度也下降：基 板温度从400℃增加至600℃及800℃时， 则沉积膜为立方氮化硼和纤锌矿型氮 化硼混合相。
4.目前在氮化硼薄膜沉积方亟待解决的问题
1.有关CBN薄膜的合成机制，合成理论尚不完善， 还缺少对沉积过程和本质的认识。
目录
1.空心阴极活性反应离子镀（HCD-ARE ）法 2. 电子枪活性反应离子镀（EB-ARE）法 3.反应活性射频等离子体溅射方法 4. 氮化硼薄膜沉积存在的问题
1.空心阴极活性反应离子镀（HCD-ARE ）法
工作原理：空心阴极离子镀技术属于弧光放电范时，通过烘烤加热工件及
氩离子轰击净化。工件经清洗人炉后抽真空。当真空度达到6X10-3Pa后，开 启烘烤加热电源，对工件进行加热。达到一定温度后，从钽管通人氩气， 真空度降至2~3Pa,接通工件偏压电源，电压调至500~ 1000V。此时产生辉光 放电，获得氩离子。 氩离子在负偏压电场的作用下，对工件进行轰击净化。轰击10~20min；沉 积氮化钛硬质涂层。将工件偏压降至50~ 200V,开启空心阴极电源，加大氩 气的流量，当真空度达到100Pa左右时，银管首先产生辉光放电，然后很快 转为弧光放电。内径6mm的钽管，弧电流50~80A; 内径15mm 的钮管，弧电 流可达300~400A。 如此高密度的电子流到达坩埚，将金属加热、蒸发。首先沉积一层纯钛的 底层，以提高涂层和基体的结合力。
1.空心阴极活性反应离子镀（HCD-ARE ）法
特点： ①HCD空心阴极枪既是膜料气化的热源又是蒸发粒子的离化源，离化方式是利 用低压电子束碰撞; ②用0V 至数百伏的加速电压，离化和离子加速独立操作; ③能良好地进行反应性离子镀; ④基材温升小，镀膜时还要对基材加热; ⑤离化效率高，电子束斑较大，各种膜都能镀。
一种LaB空心阴极电子枪多功能离子镀膜机[实用新型专利]
![一种LaB空心阴极电子枪多功能离子镀膜机[实用新型专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/ed583ddf4bfe04a1b0717fd5360cba1aa8118c19.webp)
(10)授权公告号 CN 202201959 U(45)授权公告日 2012.04.25C N 202201959 U*CN202201959U*(21)申请号 201120286047.0(22)申请日 2011.07.30C23C 14/35(2006.01)(73)专利权人中山弘建地址日本国东京都稻城市矢野口1716-1(72)发明人中山弘建(74)专利代理机构东莞市中正知识产权事务所44231代理人徐康(54)实用新型名称一种LaB 6空心阴极电子枪多功能离子镀膜机(57)摘要本实用新型涉及一种LaB 6空心阴极电子枪多功能离子镀膜机。
现有复合离子镀膜机没有解决膜层中的大颗粒问题，离化率低。
本实用新型由LaB 6空心阴极电子枪、八角形真空室、集束线圈、辅助阳极、长方形法兰、多弧阴极靶、磁控溅射靶、抽气口、高阀、分子泵、粗抽泵和维持泵构成。
八角形真空室上部中心处设置有LaB 6空心阴极电子枪，上下部边缘设置有集束线圈，真空室通过抽气口与高阀相连，高阀底部与分子泵相连，分子泵前级与维持泵相连，炉体底部与粗抽泵相连。
真空室侧面六个面设置有长方形法兰，其余两个面设置有观察窗和抽气口；真空室内部设置有工件转架和加热器，底面中心处设置有辅助阳极。
改善了离子镀镀膜产品品质，提高了生产效率。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页1.一种LaB6空心阴极电子枪多功能离子镀膜机，其特征在于它由LaB6空心阴极电子枪(1)、八角形真空室(2)、上集束线圈(3)、下集束线圈(4)、辅助阳极(9)、长方形法兰(5)、多弧阴极靶(7)、磁控溅射靶(8)、抽气口(10)、高阀(11)、分子泵(12)、粗抽泵(13)和维持泵(14)构成，LaB6空心阴极电子枪(1)设置在八角形真空室(2)上部中心处，上集束线圈(3)设置在八角形真空室(2)上部边缘，下集束线圈(4)设置在八角形真空室(2)下部边缘；八角形真空室(2)通过抽气口(10)与高阀(11)相连接，高阀(11)底部与分子泵(12)连接，分子泵(12)前级与维持泵(14)连接，炉体底部与粗抽泵(13)连接；八角形真空室(2)侧表面其中六个面设置有长方形法兰(5)，在长方形法兰(5)上设置有孔，可根据需要配置装有多弧阴极靶(7)或磁控溅射靶(8)的模板，八角形真空室(2)侧表面的其余两个面设置有观察窗及抽气孔；八角形真空室(2)内部设置有工件转架(6)和加热器，八角形真空室(2)内底部中心处设置有辅助阳极(9)。
气体放电中等离子体的研究实验报告-南京大学
南京大学物理系实验报告题目实验2.3 气体放电中等离子体的研究姓名董佳婧学号 141120021一、引言等离子体作为物质的第四态在宇宙中普遍存在。
在实验室中对等离子体的研究是从气体放电开始的。
朗缪尔和汤克斯首先引入“等离子体”这个名称。
近年来等离子体物理学有了较快发展，并被应用于电力工业、电子工业、金属加工和广播通讯等部门，特别是等离子体的研究，为利用受控热核反应，解决能源问题提供了诱人的前景。
二、实验目的1、了解气体放电中等离子体的特性。
2、利用等离子体诊断技术测定等离子体的一些基本参量。
三、实验原理1、等离子体及其物理特性等离子体有一系列不同于普通气体的特性：（1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。
（2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。
（3）宏观上是电中性的。
2、等离子体的主要参量描述等离子体的一些主要参量为：（1）电子温度Te。
它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
（2）带电粒子密度。
电子密度为ne ，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
（3）轴向电场强度EL。
表征为维持等离子体的存在所需的能量。
（4）电子平均动能Ee 。
（5）空间电位分布。
3、稀薄气体产生的辉光放电本实验研究的是辉光放电等离子体。
辉光放电是气体导电的一种形态。
当放电管内的压强保持在10-102Pa时，在两电极上加高电压，就能观察到管内有放电现象。
辉光分为明暗相间的8个区域。
8个区域的名称为（1）阿斯顿区，（2）阴极辉区，（3）阴极暗区，（4）负辉区，（5）法拉第暗区，（6）正辉区（即正辉柱），（7）阳极暗区，（8）阴极辉区。
如图1所示，其中正辉区是我们感兴趣的等离子区。
其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。
这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。
所以它们基本上遵从麦克斯韦速度分布律。
真空镀膜技术的现状及发展
真空镀膜技术的现状及发展薄膜是一种物质形态，它所使用的膜材料非常广泛，可以是单质元素或者化合物，也可以是无机材料或者有机材料。
薄膜与块状物质一样，可以是单晶态的，多晶态的或者非晶态的。
近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。
镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，特别是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。
镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。
气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。
真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。
它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。
所以，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。
真空系统的种类繁多。
在实际工作中，必须根据自己的工作重点进行选择。
典型的真空系统包括：获得真空的设备 (真空泵) ，待抽空的容器 (真空室) ，测量真空的器具(真空计) 以及必要的管道，阀门和其它附属设备。
1 真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或者份子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体 (称为衬底或者基片) 表面，凝结形成固态薄膜的方法。
真空蒸发镀膜又可以分为下列几种：1 ．1 电阻蒸发源蒸镀法采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。
利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，特别合用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中，迄今为止，在镀铝制镜的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。
电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。
近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。
冷阴极气体放电电子枪的研制
真空科学与技术学报CHINESE JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY第41卷第3期2021年3月284冷阴极气体放电电子枪的研制许海鹰桑兴华'杨波'彭勇2范霁康2(1.中国航空制造技术研究院高能束流发生器实验室北京100024；2.南京理工大学材料科学与工程学院南京210094)Development of Novel Cold-Cathode Gas-Discharge Electron Beam Gun ：An Instrumentation StudyXU Haiying 1'2** ,SANG Xinghua' ,YANG Bo 1 ,PENG Yong 2,FAN Jikang 2收稿日期：2020-05-24基金项目：国家自然科学基金项目(51775527);国防基础科研计划资助(JCKY2017205 A002)* 联系人:Tel ：139******** ； E-mail : xhyxhy@ 126. com(1. Science and Technology on Power Beam generator Laboratory , A VIC Manufacturing Technology Institute , Beijing 100024, China ；2. School of Materials Science and Engineering , Nanjing University of Science and Technology , Nanjing 100024 , China )Abstract The cold-cathode gas-discharge electron beam gun was developed with our own intellectual propertyright. The influence of the key variables , including , but not limited to the eb gun structure , materials and property of cathode/anode ,focusing-coil ,acceleration voltage ,and type/flow-rate/" ignition" voltage of discharge gas ,on the e-beam properties was theoretically analyzed , numerically simulated with CST software , experimentally evaluated andtentatively discussed for design optimization. As expected , the type and flow-rate of discharge gas significantly affect ed the lowest " ignition" voltage. The prototyped eb gun , fabricated via design optimization and in trial-and ・erroTmethod , was repeatedly tested. The common technical problems were discussed ； for instance , in long term operationwith pure He and/or Ar , the e-beam current decreased , because of erosioetching of A12O 3-layer on Al-cathode ；an O 2-addition of 2% was the solution. The self-developed e-source is capable of stably providing a Max e-beam cur rent of 1500 mA and a highest output power of 30 kW.Keywords Cold cathode , Electron beam , Gas discharge , Electron beam gun摘要 为了促进冷阴极电子束加工技术在国内的发展，在深入研究冷阴极电子发射机理基础之上,设计制造了一种自主知识产权的冷阴极气体放电电子枪，对该电子枪的结构、阴极功能及其参数、阳极功能及其参数、CST 仿真软件确定聚焦线圈 参数的方法进行了介绍。
杜晓松、王涛、顾德恩-电子科技大学光电学院
专家：许向东（组长）、黎威志、杨亚杰时间：5月3日（周四）上午9:00地点：二教215人员：如下：专家：谢光忠（组长）、王军、太惠玲时间：5月7日（周一）上午8:30地点：光电楼409学术厅人员：如下：专家：钟建（组长）、曹贵川、林慧时间：5月8日（周二）上午8:30 地点：二教205人员：专家：陈文彬（组长）、李军建、张磊时间：5月2日（周三）上午8:30地点：二教110人员：如下：专家：祁康成（组长）、蒋向东、蒋泉时间：5月4日（周五）上午8:30地点：二教303人员：如下：专家：张晓霞、岳慧敏、张行至时间：5月3日（周四）下午3:00 地点：二教203人员：如下：专家：李和平（组长）、兰岚、陈德军时间：5月7日（周一）下午2:30 地点：光电楼409人员：如下：专家：刘爽（组长）、欧中华、王卓然时间：5月4日（周五）下午2:30地点：二教201人员：专家：廖进昆（组长）、唐雄贵、王云祥时间：5月7日（周一）下午2:30地点：二教215人员：专家：周晓军（组长）、董洪舟、张尚剑时间：5月2日（周三）下午2:30地点：光电楼409人员：专家：补世荣（组长）、漆强、杨昕梅时间：5月3日（周四）下午2:30地点：二教206人员：专家：王占平（组长）、杨洪平、曾成时间：5月3日（周四）下午2:30地点：光电楼409人员：专家：唐普英（组长）、何其锐、宁俊松时间：5月3日（周四）下午2:30地点：二教408人员：专家：周鹰（组长）、刘娟秀、杨立峰时间：5月3日（周四）下午2:30地点：二教207人员：专家：杨春平（组长）、汪平河、杨先明时间：5月2日（周三）下午2:30地点：二教110人员：专家：高原（组长）、周建华、张靖时间：5月4日（周五）上午8:30 地点：二教210人员：。
LaB6空心阴极中毒特性
第４２卷第４期国 防 科 技 大 学 学 报Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４２０２０年８月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｕｇ．２０２０ｄｏｉ：１０．１１８８７／ｊ．ｃｎ．２０２００４０１５ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎＬａＢ６空心阴极中毒特性杨 威１，张天平１，龙建飞２，３，郭 宁１，刘明正１，谷增杰１（１．兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室，甘肃兰州 ７３００００；２．国防科技大学空天科学学院，湖南长沙 ４１００７３；３．南华大学核科学技术学院，湖南衡阳 ４２１００１）摘 要：ＬａＢ６阴极与其他类型阴极相比具有电子发射电流密度大等优点，已广泛用于电推进、高发射密度电子枪等产品。
为了研究ＬａＢ６空心阴极中毒特性、识别ＬａＢ６空心阴极主要失效模式，分别对ＬａＢ６空心阴极暴露大气后性能变化特征和引起性能变化的原因进行了研究。
结果表明：ＬａＢ６空心阴极在暴露大气后表面吸附大量中毒气体，出现了发射体表面逸出功增加、发射体短期中毒现象。
此时空心阴极的放电电压和阴极顶温度均有所上升，经过短期工作后放电电压和阴极顶温度均恢复初始状态。
但ＬａＢ６空心阴极严重中毒后，并不能通过加热和离子轰击方式去除表面生成的氧化物。
因此，可以在实验过程中通过监测空心阴极的阴极顶温度和阳极电压变化间接表征空心阴极发射体状态。
关键词：ＬａＢ６空心阴极；寿命实验；氧中毒；阴极顶温度中图分类号：Ｖ４７５．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－２４８６（２０２０）０４－０９３－０５ＰｏｉｓｏｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅＹＡＮＧＷｅｉ１，ＺＨＡＮＧＴｉａｎｐｉｎｇ１，ＬＯＮＧＪｉａｎｆｅｉ２，３，ＧＵＯＮｉｎｇ１，ＬＩＵＭｉｎｇｚｈｅｎｇ１，ＧＵＺｅｎｇｊｉｅ１（１．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＶａｃｕｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｐｈｙｓｉｃｓ，ＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＮｕｃｌｅａｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｃａｔｈｏｄｅｓ，ＬａＢ６ｃａｔｈｏｄｅｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ｈｉｇｈｅｍｉｓｓｉｏｎｄｅｎｓｉｔｙｅｌｅｃｔｒｏｎｇｕｎａｎｄｏｔｈｅｒｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｐｏｉｓｏｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅａｎｄｉｄｅｎｔｉｆｙｉｔｓｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｎｇｅｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｒｅａｓｏｎｓｏｆＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅｅｘｐｏｓｅｄｔｏａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅａｄｓｏｒｂｓａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆｐｏｉｓｏｎｏｕｓｇａｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｅｍｉｔｔｅｒｄｕｒｉｎｇｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ａｎｄｗｈｉｌｅｔｈｅｗｏｒｋｆｕｎｃｔｉｏｎｆｒｏｍｔｈｅｅｍｉｔｔｅｒｓｕｒｆａｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｅｍｉｔｔｅｒａｐｐｅａｒｓｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍｐｏｉｓｏｎｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．Ｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅｐｌａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃａｔｈｏｄｅｔｏｐｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｒｅｒｅｓｔｏｒｅｄｔｏｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｔｅａｆｔｅｒｓｈｏｒｔ ｔｅｒｍｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｆｔｈｅｐｏｉｓｏｎｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅｉｓｓｅｒｉｏｕｓ，ｔｈｅｏｘｉｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃａｎｎｏｔｂｅｒｅｍｏｖｅｄｂｙｈｅａｔｉｎｇａｎｄｉｏｎｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｅｍｉｔｔｅｒｓｔａｔｅｏｆｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅｃａｎｂｅｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｃａｔｈｏｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｎｏｄｅｖｏｌｔａｇｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａＢ６ｈｏｌｌｏｗｃａｔｈｏｄｅ；ｌｉｆｅｔｅｓｔ；ｏｘｙｇｅｎｐｏｉｓｏｎｉｎｇ；ｏｒｉｆｉｃｅｐｌａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 空心阴极是电推进系统的核心部件之一，也是限制电推进系统的寿命和可靠性的关键因素之一［１－２］。
国外电推进系统空心阴极技术
国外电推进系统空心阴极技术
张天平;唐福俊;田华兵
【期刊名称】《上海航天》
【年(卷),期】2008(025)001
【摘要】介绍了国外离子和霍尔电推进系统空心阴极技术的现状.根据空心阴极的常规设计,分析了发射体源材料耗尽,发射体有效发射表面被难挥发沉积物覆盖,源材料活性分子不能到达发射体表面,触持极、顶板、加热器因溅射腐蚀损坏,加热器损坏,以及发射体化学中毒等影响空心阴极长寿命的因素.讨论了一体化阴极、小电流高效钡钨阴极、大电流钡钨阴极、LaB6阴极、L式储备阴极和Bi阴极等新技术.【总页数】8页(P39-46)
【作者】张天平;唐福俊;田华兵
【作者单位】兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰
州,730000;兰州物理研究所,甘肃,兰州,730000
【正文语种】中文
【中图分类】V439.4
【相关文献】
1.电推进系统空心阴极热特性研究进展 [J], 孙明明;顾佐;郭宁;李娟
2.一种无加热器的电推进用空心阴极 [J], 张岩;康小录;乔彩霞
3.电推进系统空心阴极产品试验技术 [J], 张天平;刘乐柱;贾艳辉
4.电推进技术和空心阴极组件/中和器的发展 [J], 于志强;邵文生
5.电推进系统空心阴极研制试验技术 [J], 张天平;袁子;田华兵
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Ne(1S0)与 4He(21S,21P) 和3He(21S,21P) 碰撞的淬火机制(中文)
定量光谱学期刊，辐射转移，87（2004）69-82()01NeS 与()S 142He 、()P 2He 14、()S 132He 、()P 2He 13碰撞的淬火机制摘要：()S 142He 、()P 2He 14、()S 132He 、()P 2He 13和基态Ne 原子碰撞淬火中的横截面积和速率常数可以对低压下激发He-Ne 等离子体的电子束用时间分辨法测得。
当K 600T g =时，()1310S 2He 102.06.1k14--⨯±=scm ）（，()1310P 2He 105.24.3k14--⨯±=scm ）（，()1310S 2He 102.06.1k 13--⨯±=scm ）（，()1310P2He 102.17.5k13--⨯±=scm ）（。
由速率常数得对应的横截面积为()216S 2He 108.04.814cm -⨯±=）（σ，()215P 2He 103.18.114cm -⨯±=）（σ，()216S 2He 109.01.713cm -⨯±=）（σ，()215P 2He 103.18.113cm -⨯±=）（σ。
与H e 4相比，H e3的()S 132He 态的扩散系数估算值为()()He S 2He He S 2He 4143139.1--=D D 。
建立一个可以承受电子束的He-Ne 等离子体的时变碰撞辐射模型，并用Ne 中0A 6328=λ谱线线强度的预测值与实验值作比较。
()S 142He 态中涉及总粒子数和粒子数降低的动力学系统的不同过程的影响将被评估。
1.简介：众所周知，低激发态的氦：()S 12He ，()S 32He ，()P 2He 1，()P 2He 3在低温等离子体光源的工作介质起着重要作用。
如激发转移和彭宁电离等众多过程都伴随着这些激发态原子的参与，这些激发态原子对不同的激光激发介质中的粒子数反转的形成很重要。
空心阴极灯的构成
空心阴极灯的构成空心阴极灯是用于显示和照明的一种仪器，它由数个组件构成。
这些组件包括电子枪、聚焦极、加速电场、阴极、荧光体和灯管上的近似球形瓶体。
下面将分别介绍这些组件的功能和作用。
电子枪电子枪是空心阴极灯的核心组件，也是产生光的关键。
它包括一个热发射阴极、控制网格和加速电极。
热发射阴极通过发射热电子来产生电流，而控制网格调节电子的传输。
加速电极加速电子流，使其具有足够的动能，穿过空气隙径，并撞击到荧光体上。
聚焦极聚焦极是电子枪的下一个组件。
它通过在电子枪和荧光屏之间产生电场，使电子束以很高的速度射向荧光屏。
这样，电子束就不会向外扩散，而是被聚集在一个射线中，使图像更加清晰。
加速电场加速电场是通过聚焦极之后的另一个组件。
在聚焦极的帮助下，电子束得到了加速，并在加速电场的作用下，沿特定的路径射到荧光屏上。
荧光屏上的化学物质被电子击中，形成了明亮的像素点。
阴极阴极是电子枪的一部分。
它是从其它材料中制造的导电产品，并加热以引起电子发射。
阴极的材料通常是激励性的，它具有自激励效应，并且材料表面具有数量足够的电子以激发原子的电子产生过度。
荧光体荧光体是产生明亮像素点和图像的重要组件。
当电子流撞击荧光体时，化学物质会产生特定颜色和亮度的光。
荧光屏的颜色非常重要，因为颜色必须是可重复的，并且与设备之间的区别保持一致。
灯管上的近似球形瓶体空心阴极灯的灯管上的近似球形瓶体是存储器。
具体来说，当电子在荧光体上产生光时，光需要在近似球形瓶体中反射，才能最终形成明亮的像素点或图像。
这种反射形成了更多的荧光，并将其保持在荧光屏上。
此外，这个球形容器还可以防止外界光线的干扰，从而提供最佳的显示效果。
总结在空心阴极灯的构成中，电子枪是关键组件，控制网格和加速电极的作用使电子束被聚集在一起。
聚焦极帮助电子束保持射线，而荧光体则是产生像素点和图像的关键部分。
瓶体的作用是反射更多的荧光，并将其保持在荧光屏上。
这些不同的组件结合在一起，创造出空心阴极灯的明亮、清晰和连续的图像。