微波电子回旋共振等离子体阴极电子束的试验研究-核聚变与等离子体.pdf

第39 卷 第1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.39, No.1 2 0 1 9 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2019 文章编号：0254−6086(2019)01−0021−07 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901004 微波电子回旋共振等离子体 阴极电子束的实验研究 1~4 1, 4 3 1, 4 李 亮 ，刘亦飞 ，陈龙威 ，王 功 ， 刘 鸣1, 2, 4 3 *1, 4 1, 5 ，任兆杏 ，刘兵山 ，赵光恒 (1. 中国科学院空间应用工程与技术中心，北京 100094 ； 2. 中国科学院大学，北京 100049 ； 3. 中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031 ； 4. 中国科学院太空制造技术重点实验室，北京 100094 ； 5. 中国科学院太空应用重点实验室，北京 100094) 摘 要：介绍了实验室研制的微波电子回旋共振(ECR)等离子体阴极电子束系统及初步研究结果，该系统包 括微波 ECR 等离子体源、电子束引出极、聚焦线圈等。通过测量水冷靶电流和靶上的束斑尺寸，实验研究了微 波ECR 等离子体阴极电子束的流强、聚束性能等随电子束系统工作条件的变化。结果表明：微波输入功率越高、 引出电压越高，引出电子束流强越大；工作气压对电子束流强的影响较复杂，随气压增加呈现出先降低后升高的 特点；在 7×10−4Pa 的极低气压下电子束流强可达75mA ，引出电压9kV ；能量利用率可达0.6 ；调整聚焦线圈的 驱动电流，电子束的束斑直径从20mm 减小到13mm，电子束流强未有明显变化。 关键词：微波回旋共振；等离子体阴极；电子束 中图分类号：O461.2 文献标识码：A [1, 6, 8] 1 引言 常比热阴极具有更短的启动时间 。 电子束广泛应用于工业生产和科学研究领域， 典型的低温等离子体放电形式有空心阴极放 如焊接、增材制造、金属冶炼、粉末熔覆、材料表 电[8~13] 、电弧放电[14~18]和射频等离子体放电[19, 20] 面改性、碳涂层的沉积、空间推进器的中和器等方 等。空心阴极产生的等离子体密度一般在 1010~ 13 −3 面[1~7] 。不同于热阴极从固态发射体中引出电子， 10 cm 范围，在稳态工作模式下，放电电流通常 等离子体阴极电子束以放电等离子体作为阴极引 不大于 1A；在脉冲工作模式下，可实现微秒范围 出电子形成电子束。等离子体阴极电子束相较热阴 内数百安培的放电。空心阴极等离子体源常被应用 极电子束具有明显优势：等离子体阴极寿命不受发 于采用