Моделирование структурных элементов систем формирования интенсивных пучков заряженных частиц

• Автор: Яковлев, Борис Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 284 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНЫХ

ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ. Обзор

1.1. Общие аспекты исследования термополевых источников ионов

1.2. Исследования полевого электронного катода в режиме о тбора

предельных токов.

1.3. Теоретические и экспериментальные исследования полевой электронной эмиссии во внешнем магнитном поле

1.4. Краткие выводы и заключительные замечания по обзору литературы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОПОЛЕВОЙ ИОННОЙ ЭМИССИИ

2.1. Результаты исследования характеристик ТПИИ с применением методов математического моделирования
2.2. Результаты исследований характеристик ТПИИ методами численного эксперимента. Обсуждение и анализ полученных результатов.
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕВОЙ ЭЛЕКТРПТОЙ ЭМИССИИ
В РЕЖИМЕ ОТБОРА ПРЕДЕЛЬНЫХ ТОКОВ
3.1. Эволюция эмиттирующей поверхности полевого электронного катода ПЭК в предвзрывном режиме
3.2. Кинетические характеристики ПЭК в предвзрывном режиме
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛОСКОГО ДИОДА НА ОСНОВЕ ПЭК
4.1. Расчет характеристик плоского эмиссионного диода на основе ПЭК в
поперечном магнитном поле нерелятивистский случай.
4.2. Характеристики плоского эмиссионного диода на основе ПЭК в поперечном магнитном поле релятивистский случай.
ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ВЛИЯНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВОГО ЭЛЕКТРОННОГО СФЕРИЧЕСКОГО ДИОДА ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ЭМИТТИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, СОБСТВЕННО О
МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПУЧКА И ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
5.1. Сферический диод в продольном магнитном поле нерелятивистский
случай
5.2. Расчет характеристик полевого сферического диода для релятивистских электронов во внешнем фокусирующем магнитном поле.
5.3. Влияние собственного магнитного поля пучка на характеристики
сферического диода на основе ПЭК во внешнем магнитном поле
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЭМИССИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОПОЛЕВОГО ИОННОГО ИСТОЧНИКА
6.1. Расчет влияния продольного магнитного поля на характеристики термополевого ионного источника
ГЛАВА 7. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ
7.1. Термополевой ионный источник.
7.2. Взрывная электронная эмиссия
7.3. Влияние поперечного магнитного поля на характеристики плоского
эмиссионного диода на основе ПЭК.
7.4. Влияние продольного магнитного ноля на характеристики
сферического эмиссионного диода на основе ПЭК и ТПИИ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Предложенную в модель, развили, усовершенствуя ее жидким динамическим факеловидным выступом на вершине конуса Тейлора . Согласно этим моделям, ионная эмиссия происходит не со сглаженной вершины конуса Тейлора, а с фронта струи с вершины конуса Тейлора. Преимуществом этих моделей является то, что при учете пространственного заряда не происходит значительного ограничения ионного тока. Согласно моделям ТПИИ , при повышении питающего напряжения, увеличиваются за счет увеличения отбора тока с
Рис. В работах в основу взята компьютерная модель Кингхэма Свенсона. Учитывалось внутреннее гидростатическое давление у основания жидкого конуса. Предполагалось, что при работе ТПИИ вершина конуса имеет установившуюся сферическую форму, а поле в области вершины приблизительно однородно. Получено выражение дающее зависимость давления жидкой вершины конуса от кривизны образующихся конуса, поверхностного натяжения жидкости и величины поля при работе ТПИИ в вакууме. Вычислены ВАХ ионного тока, длины жидкого эмитирующего выступа на вершине смоченного металлического острия и предельного утла жидкого конуса для Сб, Оа и Аи. При вычислении принималось, что радиус кончика острия равен 3 мкм, зазор между экстрактором и эмиттером 1 мм, испаряющее поле 5, и Внм, соответственно для Сз, Са и Ли ТПИИ. Угол жидкого конуса с ростом ионного тока уменьшается нелинейно, с замедлением. В вносится предложение, что ключом к созданию достаточно полной теории ТПИИ является включение в модели четырех неразрывностей гидростатическое давление на поверхности жидкости, поверхностного поля, радиуса кривизны и потока массы жидкости при испарении. Однако, эти модели имеют некоторые слабые места. К примеру, исследуя ТПИИ методом принудительной модуляции пришли к выводу, что объем эмиссионной зоны должен удовлетворять условию V Ук 1. Следовательно, истинные размеры эмиссионной зоны ТПИИ значительно превышают полученные данные И Юь м. В математически получены выражения для вычисления распределения потенциала и напряженности поля в пространстве между эмиттером и плоским вытягивающим электродом. Очень интересные результаты получены в , согласно которой при увеличении тока ТПИИ наблюдается его колебания с частотой МГц, тогда как расчетные максимальные значения инкрементов рэлеевской неустойчивости вытянутой микроструи , соответствуют частотам колебаний у Гц размеры регистрируемых кластеров значительно меньше масштабов возмущений, получаемых из дисперсионного уравнения капиллярных волн для указанных выше частот колебаний тока пучка. Основываясь на наблюдаемой эмиссии кластеров, которая объясняется процессом взрывной эмиссии на фронте струи , авторы полагают, что с увеличением электрического поля возрастает плотность тока микрокапель, что вызывает процесс постоянной эрозии выступа. Конфигурация эмиттера несомненно влияет на характер движения жидкости и ее подачи в эмиссионную зону. В частности, в работе величина эмиссионного тока однозначно связывалась с условиями транспортировки жидкости в зону эмиссии по поверхности эмиттера. Согласно 4 при 5 кВ и Е Вм, га м, должен быть близок к радиусу эмиссионной зоны гэ. Полученная величина сравнима с обычно принимаемой величиной максимального радиуса эмиссионной зоны ,,. Учитывая указанные выше представления о размере эмиссионной зоны, а также неустойчивость поверхности жидкости в сильном электрическом поле, можно сказать, что распределение электрического поля ТПИИ не может быть описано формулой 1. Радиусу эмиссионной зоны га м соответствует плотность тока Ам2 при 0 А, значение которого не вызывает ранее приведенных возражений, основанных на учете действия объемного заряда и гидродинамической неувязке, указанной в работе . Еще один аргумент в пользу концепции эмиттера с несбалансированным давлением на поверхности с ограничением плотности ионного тока приводится Габовичем в работе . По мнению Габовича , положение эмиттера определяется динамическим равновесием плотности потока атомов рит, достигающего поверхности эмиттера, и плотностью эмитируемых ионов . Эго позволяет вычислить предельную плотность тока ионов, образуемых полевым испарением. Е 1. Неравенстве 1.