单晶LaB6热阴极直流发射特性实验研究和强流电子枪及加速管物理研究

作     者：王汉斌 

作者单位：中国工程物理研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：许州;黎明;金晓

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：单晶LaB6 强流 直流 聚焦鼻锥 数值计算 

摘      要：大功率电子加速器是用电子束进行电厂烟气净化的源装置,要求稳定发射直流500mA,且适用于连续长时间运行。目前该装置的核心技术基本为俄罗斯、日本的公司所垄断。为掌握核心技术,打破国外垄断,有效解决工业烟气脱硫,我们就相关技术问题进行了专门研究。本文正是这个课题有关强流电子枪和强流加速管的一系列初步的理论和实验研究。 首先建立了试验装置,结合直流束高平均功率的特点,束流收集器采用水冷法拉第筒;进行了两轮实验,第一轮为获得LaB热阴极直流发射特性数据,第二轮借助实验考查设计是否达到预期指标;第一轮实验详细研究了单晶LaB热阴极的直流发射特性,获得了直流运行状态的发射特性数据(不同温度下的Ⅰ-Ⅴ特性曲线),引入Longo公式,并用该公式解释实验数据,还观测了环境(真空度和杂质)对发射能力的影响,为枪设计及运行提供了实验依据。 详细介绍了为实现电子枪大电流长寿命的有关考虑,以及关键部件——加热结构——的设计,和其中需要注意的问题;为进行大电流实验,改造了真空试验台,减小管阻以增大抽速;数值计算研究了枪形结构对导流系数和束发射度的影响,结果表明采用阴极聚束鼻锥结构可以有效抑止空间电荷力、降低束流发射度的增长;数值计算和物理分析指导了枪形结构设计,为正式枪定型提供了参考;基于发射特性实验数据,设计一把模型枪,实验结果表明加热效率和发射能力达到设计要求。 论文详细介绍了高压加速器设计方面的问题,电极结构,电极材料,绝缘环及其材料选择;数值计算研究了加速管尺寸对场分布的影响,为加速管设计提供了参考;首次明确提出了法兰连接处对聚焦的影响;从束流参数的要求出发,提出了采用阴极聚束鼻锥结构和提高阳极引出电压,以确保束流发射和改善聚焦;最后对束流动力学进行了模拟计算,计算结果表明所选参数适中,基本达到了设计要求,可以满足束流传输要求以及与后续系统的配合。