纳秒脉冲气体放电中逃逸电子束流特性研究

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纳秒脉冲放电具有高功率密度、高折合电场强度、高反应效率等优点,在脉冲等离子体领域具有广阔的发展空间。然而,由于纳秒脉冲特有的短脉冲条件,导致其具有很多与常规放电不同的放电特性,放电机理十分复杂,传统放电理论难以完全解释纳秒脉冲的放电现象。目前关于纳秒脉冲的放电假说说法不一,其共同点是都着眼于逃逸电子及其激发产生的X射线共同主导放电发展,但每种假说都尚不完善。因此,本论文旨在对于逃逸电子束流进行直接测量和研究,具有重要的理论意义和实际价值。  本文基于纳秒脉冲源(脉宽3~5 ns,上升沿1.2~1.6 ns,输出电压幅值30~200kV)进行了逃逸电子束流的直接测量实验。测量使用自制的逃逸电子测量装置,在此基础上还进行了改善阻抗匹配的优化设计,并根据电路仿真进行校正;改进后的测量装置在测量脉宽和幅值方面都有所改善。通过测量逃逸电子束流波形、放电电压电流波形及放电图像研究逃逸电子特性,结果表明,可以得到脉宽小于1 ns,上升沿小于500 ps,幅值约几百mA的逃逸电子束流波形;放电图像表明该放电为典型的弥散放电;另外还实验研究气隙距离、气压、气体种类、阳极厚度等因素对于逃逸电子束流的影响,并探究了逃逸电子的能量分布。  此外,本文还借助仿真手段探索基于高能电子逃逸击穿的放电机理。通过静电场仿真证明了逃逸电子产生的合理性;通过数值仿真模拟电子逃逸的发展过程,得到大气压气隙约10mm的条件下,逃逸阈值电压约为33 kV,随着气压升高,逃逸阈值电压呈现出先降低后升高的“U”型变化趋势,电子数目的变化趋势与之相反。以上述结果为基础,探讨基于逃逸电子的纳秒脉冲放电过程,并为实验数据提供补充。
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