重復頻率爆炸發(fā)射陰極現(xiàn)狀及展望

郭華

摘 要：Explosive Emission Cathode，簡稱EEC，即通常所說的重復頻率爆炸發(fā)射陰極，是高功率重復頻率的強留電子書產生的關鍵。文章基于爆炸發(fā)射時產生的增強的尖端場以及由閃絡所引發(fā)的相關機制進行了闡述，對EEC的重復頻率運行的影響因素進行了探析，對研究現(xiàn)狀進行了綜合的概述，同時對EEC的幾種特性做出了總結。指出了以探索新型材料以及對結構進行改進的方式實現(xiàn)重復頻率發(fā)射陰極?；诖搜芯宽椖浚瑢⒘鸹|作為EEC的材料，提出能夠更好地適應“單焦斑”多幅閃光照相相關工業(yè)的冷飲機二極管（Industrial Coax Diode）新型的陰極結構，即輪輻狀金屬-鐵電陶瓷（Ferroelectric Ceramics）復合陰極，并展望了其發(fā)展的前景。

關鍵詞：重復頻率爆炸發(fā)射陰極 六硼化鑭 新型復合陰極結構

中圖分類號：O462 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0222-01

以工業(yè)的冷陰極二極管對重復頻率閃光照相進行實現(xiàn)的方式非常多，其中，“單焦斑”的方式可以避免視覺差異，在一些與精密的物理實驗相似的特殊場合中更為適用，但是陰極重復頻率發(fā)射的頻率也極大地受到其發(fā)射能力的限制。純粹的電子發(fā)射陰極重復頻率較高，發(fā)射流的強度卻非常小。為促進“單焦斑”促發(fā)高重復心律閃相技術的繼續(xù)研究，文章以對陰極電子發(fā)射極致的論述為基礎，對陰極重復頻率發(fā)射的影響因素進行分析，綜合闡述了EEC重復頻率當前特性的研究狀況，提出了相關的新型材料和結構，同時展望其發(fā)展的前景。

1 物理機制角度談爆炸發(fā)射與絕緣恢復

等離子體的陰極最大程度上能夠提供數(shù)十加的電流，其分類為主動與被動。主動是指等離子體的陰極在主脈沖的作用下進行產生，被動是指觸發(fā)脈沖先于主脈沖加載而提前進行等離子體陰極的產生。爆炸的機制也可以分成兩種：

（1）尖端場的增強和引發(fā)。此類機制中最為典型的是金屬和石墨等物質。主脈沖進行作用激發(fā)陰極表面強大的電場，通過表面的顆粒物質以及晶須等形成了數(shù)以千計的電場畸變，對氣體進行解體和再吸附過程，或進行對雜志的直接穿透作用，等離子體的發(fā)射電流由此產生。進而在電場繼續(xù)增強的背景下，發(fā)射面積極大的增強。

（2）沿面的閃絡和引發(fā)。該引發(fā)機制包括尖端場的增強引發(fā)機制和金屬、真空、介質三點一線協(xié)同引發(fā)兩方面。增強引發(fā)包括尼龍、腈綸等。三點引發(fā)則包括鐵電體、陶瓷等陰極。在較低的閾值之下，大量三相點產生了陰極表面的閃絡并迅速形成等離子群。在高溫和脈沖的作用下，產生發(fā)射電流并擴散。示意圖如圖1。

經過該循環(huán)過程，陰極表面的溫度急速下降。但內質的高溫會增加電離子的穿透率，引發(fā)新一次的爆炸發(fā)射。

2 對重復頻率爆炸發(fā)射陰極現(xiàn)狀的闡述和分析

重復頻率的強流電子束實現(xiàn)的核心就是擁有重復頻率發(fā)射能力的陰極，這是迫切需要解決的關鍵性問題。國內外專家學者都在對EEC的該特性展開積極的研究，并取得了可觀的成果。最主要的有以下幾點。

（1）金屬的陣列陰極。平面金屬的陰極的νp較快，發(fā)射不均。陣列的陰極發(fā)射率較均勻，與之也較小。在閃光X光機的激發(fā)下重復率低于1赫茲。

（2）復合性陰極纖維介電。該介電陰極和復合陰極的發(fā)展前景非常遠，也是近些年的研究焦點。但是其表面積過大，更多的氣體和雜質會被吸收進來，應該加以對材料進行改良的輔助，對吸附功能弱化以提升其發(fā)射能力，纖維的爆炸發(fā)射示便完成。

3 對EEC的探討和展望

當前，對EEC的研究基本處在均勻電場環(huán)境下的發(fā)射，其特性較為連續(xù)，頻率低，是淺層次的研究。對于閃相的運用和陰極的高頻促發(fā)研究非常少，而恰恰這類物理的發(fā)射過程是研究等離子體擴展的關鍵問題。對不易于蒸發(fā)的材料的尋求是實現(xiàn)高重復頻率的發(fā)射陰極最為重要的技術支撐。在高溫下，對高能的離子和電子的轟擊抗擊能力非常大，蒸汽的壓力是已發(fā)現(xiàn)的材料中最低的物質。

另外，要提升發(fā)射的均勻度，以實現(xiàn)EEC高重復頻率，三點引發(fā)的機制最為適合。同時，簡化真空處理的過程，加之穩(wěn)定的化學特性材料，可以避免高溫下的保護步驟。在電壓的脈沖飛升過程中，確定發(fā)射點的初始位置。迅速引發(fā)獨立數(shù)量的等離子體點相聚和，最終實現(xiàn)高重復頻率的發(fā)射能力。引進對該機制的研究成果能夠獲得良好的發(fā)展前景。

4 結語

隨著科技革命的推動和當前強電流光束技術的迅速發(fā)展，其市場的應用和需求也迅速增大。在當前的脈沖功率技術的領域中，重復頻率強流電子束成為了重要的研究方向之一，其涵蓋最為關鍵的、需要迫切解決的問題是重復頻率電子發(fā)射能力爆炸的發(fā)射陰極。當前固有的陰極并不能更好地滿足對其應用的需要，遏制著其繼續(xù)發(fā)展。通過對新材料的探索和結構的研究，能夠更加合理地對結構進行設計，設計出更加均勻的爆炸發(fā)射機制，促進這門新科技不斷發(fā)展。

參考文獻

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