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纳秒脉冲作用下气体放电会产生高能逃逸电子和X射线,而针对纳秒脉冲气体放电中出现高能电子逃逸现象,国内外研究人员进行了大量实验研究。传统放电理论受限于放电条件或者尚未成型等因素,并不能很好的解释窄脉冲下逃逸电子产生机理,但目前广泛被接受的是气隙中高能电子和韧致辐射产生的X射线主导了放电的发展。因此本文利用法拉第杯原理,对脉冲放电产生的逃逸电子进行了直接和间接测量,分析了电子束流特性。 本文利用上升沿1~2 ns、脉宽3~5 ns、幅值约120 kV的负脉冲电源激励管板电极结构放电,利用自主设计的逃逸电子收集装置collector和Faraday Cup进行逃逸电子直接测量,其主要由吸收体、屏蔽外壳、绝缘支撑、信号引出体等构成。利用电压-电流波形测量和放电图像拍摄等手段综合研究了高能电子特性。实验结果表明:大气压下利用collector可以测量到脉冲上升沿最短约130 ps、幅值约200 mA的逃逸电子束流信号;与之对应的Faraday Cup经过阻值标定后,可以测量到上升沿最短约300 ps、幅值约10 mA的逃逸电子束流信号。实验研究了不同吸收体材料、阴极结构和材料、阳极材料和厚度、气体环境等对逃逸电子束流的影响,利用叠片法计算了放电过程中的电子能量分布,将放电中电子分为三部分:低能电子(能量小于十几千电子伏)、主体电子(能量在几十千电子伏到eU之间,其中U为施加电压,e为电子带电荷量)和高能电子(能量大于eU)。 最后,本文利用数值模拟的方法仿真计算了氩气、氦气和空气中逃逸电子产生过程,结果表明针-板电极结构下束流幅值约170 mA,上升沿约62 ps;管-板电极结构下束流幅值约360 mA,上升沿约80 ps。通过对电子密度、电子温度等物理量进行时空演变趋势分析,发现两种结构下电子密度随时间推移呈现出先增后减再增的变化趋势,同时电子密度在1019数量级,氦气、氩气和空气三种气体电子密度满足:nAr<nair<nHe;此外,本文结合逃逸电子间接测量装置测量到放电中产生的幅值约4V,上升沿约1 ns,脉宽约2 ns的X射线电压信号。计算得出单次脉冲下X射线能量约2.3×10-3 J。X射线幅值随气隙距离的增加和阳极厚度的增加而逐渐降低,该结果和直接测量逃逸电子结果相吻合。