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热电子发射对钨偏滤器靶板附近磁化鞘层影响的模拟研究

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物理学报 2023年第15期72卷 320-327页

作者：李涵汐王德真大连理工大学物理学院大连116024

高约束模式是先进托卡马克装置的首选运行方式,但边界局域模的爆发会使沉积到偏滤器靶板的热负荷急剧增大,导致靶板温度迅速上升,表面热电子发射增强.本文采用一维流体模型模拟了热电子发射对磁化鞘层特性的影响.结果表明,在热电子发射... 详细信息

高约束模式是先进托卡马克装置的首选运行方式,但边界局域模的爆发会使沉积到偏滤器靶板的热负荷急剧增大,导致靶板温度迅速上升,表面热电子发射增强.本文采用一维流体模型模拟了热电子发射对磁化鞘层特性的影响.结果表明,在热电子发射的作用下,靶板的悬浮电势幅值减小,电场强度减弱.大量的热发射电子离开靶板,使得在靶板附近出现净电荷密度为负的区域,将磁化鞘层划分为离子鞘和电子鞘两部分.在电子鞘中,随着靶板表面温度的升高,靶板前累积的电子增多,电势分布呈现非单调性,出现虚拟阴极结构.靶板附近形成的反向电场会限制热发射电子离开靶板,离子运动减速,导致沉积到靶板的离子能量降低.随着磁场与靶板法线夹角的增大,磁化鞘层总电势降变大,虚拟阴极电势降低,磁化鞘层中电子鞘的占比增加,形成虚拟阴极所需的靶板温度升高.

关键词：磁化鞘层热电子发射虚拟阴极

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激光烧蚀金属的真空热电子发射测量

南昌大学学报（理科版） 2022年第2期46卷 147-153页

作者：孙克思袁凤宝张家良大连理工大学物理学院辽宁大连116024

激光烧蚀固体表面开始于激光对表面层的加热,该阶段持续时间极短(与激光脉冲持续时间相当),随即加热层发生熔融、汽化和电离,形成烧蚀等离子体。烧蚀之前表面首先发生热电子发射,形成热发射电子流脉冲。本文以金属Cu、Al、Ti作为靶材,利... 详细信息

激光烧蚀固体表面开始于激光对表面层的加热,该阶段持续时间极短(与激光脉冲持续时间相当),随即加热层发生熔融、汽化和电离,形成烧蚀等离子体。烧蚀之前表面首先发生热电子发射,形成热发射电子流脉冲。本文以金属Cu、Al、Ti作为靶材,利用Nd:YAG脉冲激光在真空条件下引发烧蚀过程,针对热电子发射设计了一种测量电路,根据电路模型提出了计算热电子流强度的方法,并以此考查了烧蚀热电子发射行为,验证了该测量方法的可行性。该电路基于电流源短路测量原理设计,可以监测热电子流强度的时间演化。文中以热电子流密度的峰值为指标,分析了光斑面积对热电子发射的影响。表明:表面温升过程是决定热电子流密度的主要因素,而激光脉冲能量与光斑面积决定表面温升;当激光能量一定时,热电子流密度随光斑面积增加而迅速减小。根据包括烧蚀区温度及逸出功的热电子发射模型,讨论了三种靶材的烧蚀热电子发射行为,认为逸出功对热发射影响不大,而靶材熔点是热电子发射峰值电流密度的决定因素。

关键词：脉冲激光烧蚀等离子体热电子发射短路测量电路

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金属表面激光烧蚀热电子发射行为研究

金属表面激光烧蚀热电子发射行为研究

作者：孙克思大连理工大学

学位级别：硕士

激光诱导击穿光谱(Laser induced-breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种光谱分析手段,可应用于众多领域。作为一种成分分析技术,其定性分析方案已比较成熟,但定量分析方案仍需要探索,尤其是定标曲线需要进一步完善。LIBS的定量标定... 详细信息

激光诱导击穿光谱(Laser induced-breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种光谱分析手段,可应用于众多领域。作为一种成分分析技术,其定性分析方案已比较成熟,但定量分析方案仍需要探索,尤其是定标曲线需要进一步完善。LIBS的定量标定方法包括标准样品法、内标法以及无定标法(Calibration-Free LIBS,简称CF-LIBS)。前两种方案都必须基于制备标准样品才能实现,但LIBS应用范围很广,很难为全部应用场景制备合适标样;而无定标法要求LIBS的等离子体处于局部热力学平衡(Local thermal equilibrium,LTE)状态。LIBS等离子体能否达到局部热力学平衡,等离子体形成过程的初始条件是关键因素,而激光烧蚀引发的脉冲热电子发射是LIBS等离子体演变的初始条件之一。为此本文研究金属表面的激光烧蚀热的电子发射行为。为了对脉冲热电子发射过程实现跟踪,基于电流源电路测量原理,提出了一种针对热电子发射电流的电路测量方法。针对Nd:YAG脉冲激光在真空条件下引发的烧蚀过程,设计了两种测量模式,即电感模式和电容模式。针对不同模式,建立了热电子发射电流强度的测量方案以及计算方法。利用两种模式均能跟踪电子发射电流演变,两种模式的对比显示:电容模式下,测量电容若能满足容值足够大、寄生电感足够小的要求,电子流测量精度将可能优于电感模式。就目前尝试过的电容器件而言,虽能发现电容模式测量精度的提高趋势,但因器件品质所限,没有超过电感测量模式的精度。其次,利用电感测量模式研究了热电子发射过程的演化特性。结果表明:热电子发射强度峰值时刻出现在激光脉冲后约18 ns处,远小于烧蚀等离子体的形成时间。电子流脉冲的上升沿约为18 ns,脉冲宽度为24 ns,明显早于烧蚀等离子体的形成时刻。另外,重复烧蚀实验表明:在一定烧蚀次数范围内(50次),不同烧蚀产生的热电子发射脉冲基本是重复的,因此可以通过多次烧蚀的平均测量消除偶然误差,提高测量精度。背景真空度对热发射电子的收集有一定影响,通过计算可知真空度为3 Pa时,背景气体的影响可以忽略。利用电感测量模式研究了光斑面积、材料种类、激光能量对热电子发射行为的影响。结果表明:光斑面积与激光能量是通过共同改变作用于表面的激光能量密度来影响热电子发射行为。当激光能量一定时,热电子流密度随光斑面积增加而迅速减小;三种不同靶材的对比表明,相同激光能量密度条件下,钛靶的烧蚀热电子发射电流密度最大,铜靶次之,铝靶最小;根据热电子发射模型,发射电流密度由发射区的温度及功函数决定,表面温升达到材料熔点的时刻即为热电子发射结束的时刻。激光能量与光斑面积决定表面温升,材料熔点决定热电子发射峰值电流密度。

关键词：脉冲激光烧蚀烧蚀等离子体热电子发射短路测量电路

多功能多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)光吸收及热电子发射机理

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物理学报 2021年第21期70卷 121-130页

作者：张红艳包黎红潮洛蒙赵凤岐刘子忠内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022 内蒙古科技大学理学院包头014010 内蒙古师范大学化学与环境科学学院呼和浩特010022

系统研究了多功能多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)纳米粉末的光吸收及多晶块体的热电子发射性能.纳米粉体光吸收结果表明,多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)透射光波长从591 nm至658 nm连续可调.多晶块体热电子发射结果表明,... 详细信息

系统研究了多功能多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)纳米粉末的光吸收及多晶块体的热电子发射性能.纳米粉体光吸收结果表明,多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)透射光波长从591 nm至658 nm连续可调.多晶块体热电子发射结果表明,外加电压2000 V,阴极温度为1773 K时,热电子发射电流密度从2.3 A/cm^(2)线性增大至19.36 A/cm^(2)表现出了热发射性能增强效果.因此,多元稀土六硼化物La_(1–x)Sr_(x)B_(6)为一种多功能材料,在光吸收材料及热阴极材料领域具有潜在的应用前景.此外,为了揭示上述光吸收及热发射机理,采用第一性原理系统计算体等离子共振频率能量和费米能级变化规律.

关键词：纳米LaB_(6) 光吸收热电子发射

La_(1-x)Nd_xB_6单晶的制备及热电子发射性能

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材料导报 2017年第18期31卷 21-24页

作者：李录录张忻刘洪亮张繁星肖怡新张久兴北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室北京100124 合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009

以LaB_6和NdB_6粉末为原料,采用区域熔炼法成功制备了大尺寸、高质量的多元稀土六硼化物La_(1-x)Nd_xB_6(x=0.1~0.3)单晶,并测试了该系列单晶(100)晶面的热电子发射性能。本实验制备的单晶长度大于40mm,直径大于4mm。单晶衍射、劳埃照... 详细信息

以LaB_6和NdB_6粉末为原料,采用区域熔炼法成功制备了大尺寸、高质量的多元稀土六硼化物La_(1-x)Nd_xB_6(x=0.1~0.3)单晶,并测试了该系列单晶(100)晶面的热电子发射性能。本实验制备的单晶长度大于40mm,直径大于4mm。单晶衍射、劳埃照片、晶面摇摆曲线、单晶断口扫描等检测结果表明单晶质量较高,热发射测试结果表明在1 873K、4 000V下,单晶零场电流发射密度随着Nd含量增加从6.01A/cm^2降为4.83A/cm^2,有效逸出功从2.88eV增大到2.95eV。

关键词： La1-xNdxB6 单晶热电子发射区域熔炼稀土六硼化物

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热电子发射维持的磁约束电子云

高能物理与核物理 1991年第4期15卷 298-302页

作者：郁庆长中国科学院高能物理研究所北京100039

本文研究高真空中受电磁场约束的由热电子发射维持的电子云。利用电子运动的流体方程组讨论了电子云中电子密度、电子温度、电子的漂移角速度和扩散流密度以及电位的分布。

关键词：电子云磁约束热电子发射

多脉冲飞秒激光烧蚀金属箔的热电子发射数值分析

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激光与光电子学进展 2012年第8期49卷 171-177页

作者：徐斌伍晓宇凌世全罗烽杜晨林孙秀泉深圳大学机电与控制工程学院深圳市模具先进制造技术重点实验室广东深圳518060 深圳大学电子科学与技术学院深圳市激光工程重点实验室广东深圳518060

通过双温模型(TTM)结合Richardson-Dushman方程对多脉冲飞秒激光烧蚀铜箔的热电子发射以及温度场进行了数值模拟。在模拟的过程中充分考虑了随着飞秒激光脉冲个数的改变,铜箔对飞秒激光的反射率、表面吸收率和表面吸收系数的变化等因素... 详细信息

通过双温模型(TTM)结合Richardson-Dushman方程对多脉冲飞秒激光烧蚀铜箔的热电子发射以及温度场进行了数值模拟。在模拟的过程中充分考虑了随着飞秒激光脉冲个数的改变,铜箔对飞秒激光的反射率、表面吸收率和表面吸收系数的变化等因素,部分改写了飞秒激光光源项,从而实现了多脉冲飞秒激光烧蚀铜箔的热电子发射和温度场的动态数值模拟。数值模拟发现,随着脉冲个数的增加和脉冲间隔的减小,铜箔表面的反射率和表面吸收系数将明显减小,表面吸收率将明显增大,这一变化对铜箔的电子发射以及多脉冲飞秒激光照射下铜箔的温度场具有重要影响;而随着距铜箔表面深度的增加,这些影响将逐渐减小。

关键词：超快光学飞秒激光烧蚀多脉冲铜箔双温模型 Richardson-Dushman方程热电子发射

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里查孙和热电子发射定律的发现

物理 1990年第5期19卷 311-313页

作者：郭奕玲清华大学现代应用物理系

1990年是英国著名物理学家里查孙(Owen ***,1879-1959)诞生111周年,也是他逝世 41周年.他是热离子学(the-rmionics)的创始人之一,以发现热电子发射定律即里查孙定律而闻名于世.由于这一贡献,他获得了1928年诺贝尔奖金物理学奖. 一、历... 详细信息

1990年是英国著名物理学家里查孙(Owen ***,1879-1959)诞生111周年,也是他逝世 41周年.他是热离子学(the-rmionics)的创始人之一,以发现热电子发射定律即里查孙定律而闻名于世.由于这一贡献,他获得了1928年诺贝尔奖金物理学奖. 一、历史概述热离子现象可以溯源到二百多年前,那时人们已经知道,灼热物体附近的空气会失去绝缘性能而导电.1725年,Du Fay就注意到了这一现象,后经Du Tour(1745年),Watson(1746年)、***(1767 年),Cavallo(1785 年)不断进行观察,积累了许多这方面的资料.1853年***证明,白热状态下…

关键词：热电子发射孙和周围气体饱和电流热丝无线电电子学灯丝铂丝电荷金属表面爱迪生效应电子论带负电荷质比比荷

稀土钨热电子发射式高温静电除尘器阴极损耗机理的研究

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稀土钨热电子发射式高温静电除尘器阴极损耗机理的研究

作者：刘娟娟南京师范大学

学位级别：硕士

热电子发射式高温静电除尘技术是一种新颖的高温烟气净化方法,与传统的电晕式静电除尘技术不同,它是以稀土添加钨为基底的高电流密度电子发射体制成的阴极在高温下发射电子的方法使烟气中的粉尘荷电,然后依靠电场力的作用将其捕集去除... 详细信息

热电子发射式高温静电除尘技术是一种新颖的高温烟气净化方法,与传统的电晕式静电除尘技术不同,它是以稀土添加钨为基底的高电流密度电子发射体制成的阴极在高温下发射电子的方法使烟气中的粉尘荷电,然后依靠电场力的作用将其捕集去除的一种新技术。其工作原理独特,在高温除尘领域有着良好的发展前途和广泛的应用前景。热电子发射式高温静电除尘技术的关键在于其阴极能否在高温烟气环境下有着持久、高密度的发射及其使用寿命。因而,热电子发射式高温静电除尘其阴极的损耗机理的研究就显得尤为重要,这对于进一步开发和研究无电晕式高温静电除尘技术有着重要的意义和作用。本文首先在自行设计、制造的实验台上对阴极进行了疲劳试验,对发射特性实验中使用过的阴极连续工作100h后发现,其发射电流密度依然稳定,这对于阴极在高温高压条件下稳定有效地工作来说是很有利的。在工作前后,对阴极进行了微观结构分析,发现阴极的损耗主要是发射阴极内钨的氧化,工作前后材料的内部组织结构基本没有明显变化,但材料表面的物相和显微组织都发生了很大的变化。为了进一步研究阴极的损耗机理,在静态试验炉内进行了无电压空气气氛下的等温氧化实验,通过测定阴极质量的变化,确定了其氧化动力学曲线并计算出各温度下的氧化速率常数。在实验的基础上,建立了热电子发射阴极损耗理论模型,并对其中的参数值进行了计算,为进一步的动态仿真奠定了基础。根据建立的热电子发射阴极损耗的数学模型,在SIMULINK环境下建立了相应的动态仿真系统,并对无电压空气环境和烟气环境下,温度分别为1073K、1173K、1273K及1373K的条件下进行了仿真。通过仿真,我们发现随着温度的升高和氧气浓度的降低,其阴极的使用寿命有很大改变,说明在氧化过程中,温度和氧气浓度是影响相当重要的参数。这对进一步研究热电子发射式高温静电除尘技术有着重要的指导意义。

关键词：热电子发射微观结构损耗数学模型动态仿真