《基於潘寧放電電漿陽極的強流脈衝電子束源的研製》是依託大連理工大學,由郝勝智擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於潘寧放電電漿陽極的強流脈衝電子束源的研製
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郝勝智
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用低加速電壓、大束斑方案設計的強流脈衝電子束源在材料表面改性套用方面具有獨到的技術優勢。針對當前強流脈衝電子束源使用過程中面臨的電子束脈衝時間過短、能量密度不足和陽極燒蝕污染等技術問題，本項目提出採用潘寧放電電漿陽極形成原理取代原有的火花源電漿陽極設計。對潘寧放電結構中外加磁場、陽極供電迴路和電漿分布參數進行實時測量，探索低氣壓條件下潘寧放電的高電離度電漿形成機理。考察束源結構中電子加速間隙和束流傳輸空間的電漿分布規律，在在線上運行條件下，實時測量電子束流參數，分析裝置整體工作的穩定性，以及電能轉化效率和污染問題的改善情況。通過電子槍體結構和電氣參數的最佳化，獲得基於潘寧放電電漿陽極的強流脈衝電子束源整體運行方案和實驗裝備，為豐富強流脈衝電子束源設計方法和發展新型材料表面改性工藝提供理論和技術支持。
結題摘要
高功率脈衝電子束為載能束基礎理論及套用技術研究開闢了新的發展方向，其中採用低加速電壓和大束斑方案設計的強流脈衝電子束源在材料表面改性方面具有獨到的技術優勢。針對當前強流脈衝電子槍運行過程中出現的電子束脈衝時間過短、能量密度不足和陽極燒蝕污染等技術問題，本項目提出一種基於潘寧放電機制形成陽極電漿的新型電子槍設計方法。根據項目研究計畫，實現了電子槍、磁場和潘寧陽極的結構和電氣參數設計及製作。通過高速攝像和電漿測試等手段，明確了強脈衝電子束髮射所需的最佳電漿閾值為1012-13/cm3，平行磁場約束下的電漿軸向和徑向擴展速度在2~5 cm/μs量級。經過真空電氣、脈衝功率電源、高壓脈衝開關和時序控制電路等核心環節的設計和最佳化，成功實現強流脈衝電子束髮射，束斑能量密度~20 J/cm3，截面均勻且直徑達到Φ70cm以上，發射穩定性達到90%，同時克服了火花電漿陽極的燒蝕問題，獲得了新型強流脈衝電子束源的整體技術方案和實驗裝備。對2Cr13鋼、YG8硬質合金和FeCrAl塗層等材料進行表面改性處理，獲得相應材料的強流脈衝電子束表面改性機理和最佳化工藝。利用已掌握的強流脈衝電子束工藝裝備，成功解決了國防、航空航天及重要民用關鍵部件的表面改性難題，並為國內多家科研單位，包括中國工程物理研究院（九院七所）、西安航天動力研究所（六院十一所）、東北大學（教育部重點）、重慶理工大學（重慶市重點）和江蘇大學（江蘇省重點），以及大連理工大學常州研究院等單位提供強流脈衝電子束技術和裝備支持，推動國內該領域的基礎與套用研究發展。項目研究過程中，發表學術論文18篇，其中SCI收錄7篇，EI收錄11篇，ISTP收錄1篇；申報國家發明專利6項；參加國內外學術會議交流12人次，口頭報告6次，與俄羅斯和法國的科研單位形成良好的國際合作關係；培養研究生14名，畢業5名。
