表面處理抑制二次電子發射的機理研究

《表面處理抑制二次電子發射的機理研究》是依託西安交通大學，由曹猛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：表面處理抑制二次電子發射的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹猛
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

電子云不穩定性是影響各類加速器工作性能的重要因素。表面處理降低二次電子產額是抑制電子云效應的重要途徑。但是，目前對於表面處理影響二次電子發射的機理仍缺乏了解。本項目將研究二次電子發射與表面狀態的關係，探索表面處理抑制二次電子發射的物理機制。項目將採用蒙特卡洛方法模擬二次電子與複雜形貌表面的多次相互作用，建立複雜形貌表面二次電子發射的多代模型；系統分析二次電子發射與表面形貌之間的關聯性，並結合實驗來最佳化表面形貌處理抑制二次電子的方案。採用理論分析並結合實驗的方法研究離子表面處理對二次電子出射的影響。研究內二次電子跨越表面勢壘的運動規律，分析表面勢壘對電子發射的影響。分析電子穿透石墨烯材料的運動特性並通過實驗探索石墨烯抑制二次電子發射的新方法。研究成果對於了解表面處理抑制二次電子發射的微觀機理，尋找有效的抑制二次電子云不穩定性的新方法，提高加速器工作性能具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

為探索表面處理影響二次電子發射的內在機制，探索抑制二次電子發射，降低各類加速器發生電子云效應的風險，本項目通過理論分析、數值模擬和實驗研究的方法研究了二次電子發射與表面狀態的內在聯繫。項目建立了粗糙表面二次電子發射的多代模型。模型對入射電子和二次電子的散射過程和與表面的多次相互作用過程進行了全程追蹤，通過統計最後出射的二次電子的數目和能量得到最終的二次電子發射係數和能譜分布。採用多代模型系統研究了各種表面形貌二次電子發射特性。對矩形槽、三角槽等規則表面，給出了相應的解析模型。對隨機表面，提出了綜合考慮表面粗糙度和表面形貌起伏變化相干長度來分析二次電子發射特性的方法。發現隨機粗糙表面對二次電子發射的影響存在三種效應：遮擋效應、多代效應和入射效應。通過數值模擬發現這三種效應都可以表示成粗糙度與相干長度的比值。深化了對隨機表面二次電子發射特性的認識。採用理論分析和實驗相結合的方法研究了表面吸附對二次電子能譜的影響。為具有一定吸附的表面勢壘建立了模型，以到達金屬表面二次電子為研究研究對象，通過求解薛丁格方程計算了電子的出射的機率，獲得了表面勢壘對二次電子能譜的影響規律，發現表面吸附量的增加會引起表面勢壘的降低，從而導致金屬器壁二次電子發射增強，能譜變窄。研究了熱處理和氬離子清洗材料表面對材料二次電子發射的影響規律。分析了熱處理和氬離子清洗對表面吸附以及表面形貌的影響，進而分析了對二次電子發射特性的影響。採用化學氣相沉積方法在銅表面覆蓋了石墨烯層，通過實驗研究發現石墨烯覆蓋層可以有效降低二次電子發射係數。採用引入等效勢壘的方法分析了石墨烯層影響二次電子發射特性的規律。從理論上計算了相應器件的敏感曲線，發現可以有效減小敏感區域，降低器件發生微放電的風險。