強流電子束二極管設計引論

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 強流電子束真空二極管簡介 1
1.2 應用背景 2
1.2.1 閃光X射線照相 2
1.2.2 極端輻射環(huán)境模擬 12
參考文獻 20
第2章 強流電子束的產(chǎn)生 24
2.1 電子發(fā)射理論 24
2.1.1 金屬表面勢壘 24
2.1.2 克服勢壘的發(fā)射 25
2.1.3 爆炸電子發(fā)射 30
2.2 陰極等離子體產(chǎn)生特性及其影響因素 33
2.2.1 表征參數(shù) 33
2.2.2 影響因素 34
2.3 陰極等離子體均勻性 37
2.3.1 邊緣效應 37
2.3.2 空間電荷屏蔽效應 38
2.3.3 基底特性的影響 42
2.4 有效發(fā)射面積 43
2.4.1 有效發(fā)射面積的理論公式 43
2.4.2 陰極等離子體發(fā)光圖像的數(shù)值圖像處理 44
2.5 陰極等離子體膨脹速度 45
2.5.1 理論公式 46
2.5.2 基于電學測量的等離子體膨脹速度公式 47
2.5.3 基于高速分幅相機的光學診斷方法 48
2.5.4 典型陰極材料的實驗結果 49
2.6 二極管間電流定標率 50
2.6.1 Child-Langmuir定律或3/2次方定律 50
2.6.2 有限尺寸和邊緣效應的影響 51
2.6.3 非相對論飽和空間電荷限制雙極流 52
2.6.4 電子束的自箍縮條件和臨界箍縮電流 53
2.6.5 強箍縮電子束的順位流模型 53
2.6.6 箍縮二極管物理模型的完整描述 53
參考文獻 55
第3章 強流電子束輸運和參數(shù)控制 58
3.1 空間電荷效應和自磁場效應及其對束流的限制 58
3.1.1 陰陽極間的空間電荷效應及其對束流的限制 58
3.1.2 漂移管中的空間電荷效應及其對束流的限制 60
3.1.3 二極管中的自磁場效應及其對束流的限制 62
3.1.4 漂移管中的自磁場效應及其對束流的限制 63
3.2 常見電子束截面的實現(xiàn) 64
3.2.1 均勻平面電子束 64
3.2.2 聚焦電子束 65
3.2.3 環(huán)形電子束 67
3.3 離子流對電子束的影響及離子束二極管 67
3.3.1 陽極等離子體的形成過程 68
3.3.2 陽極離子流對二極管束流的影響 69
3.3.3 高功率離子束二極管 71
參考文獻 74
第4章 強流靶物理 76
4.1 電子與物質相互作用 76
4.1.1 電子能量損失率 78
4.1.2 γ射線射程估算 79
4.1.3 背散射 80
4.2 軔致輻射陽極靶設計 81
4.2.1 轉換靶厚度選擇 81
4.2.2 輻射場的體均勻性設計 87
4.2.3 陽極等離子體控制 89
4.3 電子束入射角 90
4.3.1 能量沉積剖面的近似表達方式 90
4.3.2 電子等效入射角的計算方法 91
4.3.3 算例驗證 93
4.3.4 入射角對能量沉積的影響 94
4.3.5 內(nèi)過濾法拉第筒測量入射角 95
4.4 高功率質子束 97
4.4.1 高功率質子束流強度的理論計算 100
4.4.2 高功率質子束的傳輸技術 102
4.5 準單能脈沖γ射線 105
4.5.1 準單能脈沖γ射線的產(chǎn)生原理 105
4.5.2 初步估算的γ射線產(chǎn)額及注量 107
4.5.3 考慮探測器時間響應的理論計算結果與實測結果對比 108
4.5.4 質子束飛行時間法去除二極管電子束軔致輻射干擾實驗結果 109
參考文獻 110
第5章 數(shù)值模擬工具 112
5.1 電磁模擬 112
5.1.1 CST程序 112
5.1.2 Maxwell程序 114
5.2 粒子模擬 115
5.2.1 MAGIC程序 115
5.2.2 UNIPIC程序 116
5.2.3 VSim程序 118
5.3 輻射輸運的蒙特卡羅模擬 119
5.3.1 SRIM程序 119
5.3.2 MCNP程序 120
5.3.3 Geant4程序 124
5.4 多物理仿真 125
參考文獻 126
附錄 129
附錄A 部分常用物理量及單位 129
附錄B 高斯單位制與國際單位制之間的基本單位轉換（電磁學） 130
附錄C 電磁學常用公式國際制和高斯制對照表 131
附錄D 單能光子自由空氣比釋動能Ka、光子注量γ和照射量X之間的轉換系數(shù) 132
附錄E 部分材料密度表 133
附錄F 幾種物質的γ衰減特性表 134
參考文獻 137
彩圖