大口径脉冲潘宁放电装置及实验研究

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近些年来,强流脉冲电子束技术得到迅速发展。利用强流脉冲电子束进行材料表面改性处理时,入射电子能量在极短的脉冲时间内沉积于材料表面薄层,引发快速加热、熔化,甚至汽化,以及随后的凝固和冷却等过程,同时伴随高幅值的应力作用,材料表面的微观组织和成分分布等将发生剧烈变化,进而实现材料表面的改性处理。强流脉冲电子束实现的表面改性效果和具体实施工艺与电子束源设计密切相关。  根据新型强流脉冲电子束源的等离子体二极管工作需要,自行研制大口径脉冲潘宁放电装置提供阳极等离子体。采用亥姆霍兹线圈形成平行磁场,通过脉冲电容的充电电压控制磁场强度,最大峰强~0.2 T。潘宁阳极电源的供电电压可调~5000 V,采用脉冲电容20μF和限流电阻40Ω。在真空压强7.0×10-3~6.0×10-2 Pa范围内进行放电测试,发现潘宁放电过程可划分为激活、大电流放电和熄灭阶段。其中,大电流放电的形成受真空压强、磁场强度和潘宁阳极电压的共同影响,且要经历一定的激活时间后才能产生,表现为随真空压强和磁场强度的增加,所需的阳极阈值电压降低,同时激活时间会相应减小,采用有磁场条件的帕邢定律对上述实验现象进行了解释。  当磁场强度高于该阳极电压下能够进入脉冲大电流阶段的磁场强度时,阳极电流与阳极电压呈现近似正比的关系。阳极电流的峰值与此时的磁场强度大小无关。由此可知,磁场强度起到一个点燃和控制通道形状的作用,而阳极电流直接受到阳极电压、限流电阻和充电电容的控制。  脉冲潘宁放电设备在整个运行过程中表现出了良好的稳定性。激活时间、大电流阶段的放电时间和阳极电流都表现出良好的稳定性。
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