【摘 要】
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航天器上的功能材料和电子器件在正式投入使用前需要通过太空辐照测试,以确保能够在外太空经受住电磁波辐射和粒子辐射并正常工作。电子辐照加速器可产生具有特定能量、流强的电子束流用于太空辐照测试。电子枪位于电子辐照加速器的前端,是辐照加速器的电子源,其产生的电子束的质量将极大程度地影响最终获得的电子束流的质量。本课题围绕国家“十二五”重大科技基础设施项目“空间环境地面模拟装置”的子项目“低能电子加速器及束
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航天器上的功能材料和电子器件在正式投入使用前需要通过太空辐照测试,以确保能够在外太空经受住电磁波辐射和粒子辐射并正常工作。电子辐照加速器可产生具有特定能量、流强的电子束流用于太空辐照测试。电子枪位于电子辐照加速器的前端,是辐照加速器的电子源,其产生的电子束的质量将极大程度地影响最终获得的电子束流的质量。本课题围绕国家“十二五”重大科技基础设施项目“空间环境地面模拟装置”的子项目“低能电子加速器及束线”,在原有二极电子枪的基础上添加控制栅极,通过研究电子枪参数对引出束流的影响,研制一台宽范围高精度且连续可调的直流电子枪。栅控电子枪的基本结构包括阴极、栅板、栅极、枪壁、吸极等部分。在CST粒子实验室中建立参数化模型,研究了栅极半径、栅极阴极距离、栅极电压、吸极阴极距离、吸极半径、吸极电压等主要结构参数、电参数调整时对引出束流强度和发散程度的影响规律。依照规律对电子枪进行了优化设计,得到了能够引出50 m A高品质束流的设计结果,并使用PBGU NS软件对设计的结果进行了验证。仿真研究为后续实验研究提供了参考。研制的电子枪采用钨为阴极,使用无栅网的栅孔作为栅极来调节和截止电子束,筒状吸极引出电子供后续加速段使用。研制的电子枪在电子枪实验平台上进行实验,该平台使用了法拉第筒测量总束流强度、丝扫描测量装置测量束流密度分布。实验中对栅极孔半径大小、栅极阴极距离、吸极阴极距离等电子枪结构参数对引出束流强度的影响进行了验证。最终确定能够引出1μA～50 m A高品质的直流束流的电子枪的结构参数和电参数,该枪的截止栅极电压为-750 V,使用阴极初级加热电压作为粗调、栅极电压作为细调的束流调节方式。所做工作为辐照加速器建造和调试打下基础,为宽范围直流电子枪的设计和调试提供重要的参考价值。
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