电子束等离子体的电流测量与参数诊断

摘要

本文的主要工作包括两方面:一是对由连续差分真空系统引出电子束的束流测量，给出了电子束束流的波形特征，同时获得了连续真空系统中，束流的传输效率。二是对连续电子束产生电子束等离子体的参数诊断。通过经典的朗缪尔单探针，给出了等离子体的参数分布。同时利用光学诊断方法，给出了电子束等离子体的放电特征与光谱特性。
　　论文在分析电子束流特征的基础之上，设计了适用于实验研究平台束流测量的罗氏线圈和法拉第筒。在罗氏线圈的测量信号处理上，给出了介于微分型和自积分型之间的罗氏线圈的信号处理方法。利用设计的罗氏线圈和法拉第筒，测量了引出的电子束流，分析了束流的波形特征，给出了束流信号中高频振荡的解释。在完成对灯丝发射电流进行了定标的同时，给出了不同气压下，电子束引出效率，结果表明束流引出效率随着气压升高而下降。束流测量过程中还发现，低气压下(灯丝处气压10-4 Pa)引出束流波形存在一定的不稳定性，具体表现是引出束流无法稳定维持平顶段，论文中从灯丝发射处的空间电荷效应和等离子体电荷中和的角度给出了合理解释。
　　论文中设计了用于诊断电子束等离子体参数的单探针和双探针，并搭建了探针诊断平台。获得了氩气放电条件下的电子束等离子体的单探针伏安特性曲线，对比分析了其与理论上单探针伏安特性曲线的差异。在对电子束等离子体伏安特性曲线处理基础上，首次给出了该实验装置上电子束等离子体的电子温度、电子密度、空间电势、悬浮电势的径向分布，以及这些参数与气压和束流强度的关系。
　　论文中还对氩气放电的电子束等离子体进行了简单的光学诊断，给出了不同气压、不同束流强度的电子束等离子体放电图像。通过对图像的处理，定性获得了与蒙特卡罗模拟相一致的结果。同时，利用光纤光谱仪，测量了电子束等离子体的光谱特征，谱线主要是ArI系列的线谱，波长范围集中在680 nm至900 nm之间。