单隙及多隙虚火花放电击穿机理研究

Pulsed power technology is the key technologies of the future of national defense, while the intense electron beam source development is the high-power microwave bottlenecks. Numerous experiments has proved Pseudospark discharge can produce a small beam diameter, high-current, high-brightness electron beam. This project will do in-depth analysis and numerical simulation for the discharge breakdown physical processes, establish breakdown analytic theory and multi-coupled discharge simulation modules, including PIC-MCC, secondary electron emission model, field emission model, photoionization models. Simulate the discharge breakdown physical processes for the single and multi-gap Pseudospark in order to lay the theoretical foundation for the optimize and improve the intense electron beams source(Pseudospark discharge).

脉冲功率技术是未来信息化国防的关键技术之一，而强流电子束源的进展已经制约着高功率微波的瓶颈问题。众多实验己经证明多隙虚火花空心阴极等离子体放电可产生小束径、强电流、高亮度电子束源。本项目将对虚火花空心阴极等离子体放电击穿物理过程进行深入的解析分析和数值模拟，建立击穿解析理论和多放电耦合模拟模块，包括腔内的放电PIC-MCC，腔壁的二次电子发射模型，极板的场致发射模型，光电离模型等，模拟单隙及多隙虚火花空心阴极等离子体放电击穿的物理过程，为优化和完善强流电子束源虚火花放电结构奠定理论基础。

虚火花空心阴极放电具有低噪声，高激发能量，强离子溅射, 低放电气压，强电子束流，稳定性好等一些独特的电光学优良特性，被广泛应用于等离子体蚀刻、表面处理、薄膜沉积、等离子体电子枪、光源光谱分析等科学研究及技术应用领域。本项目为解决未来信息化国防的关键技术—脉冲功率技术中的强流电子束源的问题，其进展已经制约着高功率微波的瓶颈问题。众多实验己经证明多隙虚火花空心阴极等离子体放电可产生小束径、强电流、高亮度电子束源。在整个虚火花空心阴极放电过程中，其初始及击穿阶段都占有十分重要的地位，它直接涉及到放电电流的稳定性、脉宽、幅值、重复频率等重要参数。然而对于这两个未知阶段，目前国内外的学者研究多集中于模拟稳态分析、实验探针或者实验全息摄影，研究初始和击穿电离过程的资料相当少。而研究这两阶段放电过程的细节，对于探索虚火花空心阴极放电的物理机理，改进强流电子束源的物理特性有非常重要的意义。本项目从两个方面进行了研究，首先从解析的角度来考虑：电极材料是影响其性能和寿命的关键因素之一,其性能对整个脉冲功率装置有较大影响。但这种虚火花电极的烧损较大,由于电极的烧蚀容易造成放电预点火或绝缘系统性能下降甚至发生绝缘破坏，因此对虚火花空心阴极等离子体放电击穿物理过程进行深入的解析理论分析总结并试探性研究了电极的烧蚀机理，有利于提高虚火花空心阴极气体放电导通能力和重复频率工作下的寿命；.其次从数值模拟的角度来考虑：由于该击穿阶段时间极短，等离子体物理量不易捕捉，使得深入研究放电过程不易。为深入研究虚火花空心阴极内的放电初始和击穿过程，探究其放电特殊本质，就很有必要获得大量放电微观粒子的位置、能量、动量等全面信息。本项目采用了粒子模拟结合蒙特卡罗碰撞（PIC-MCC）方法，以带电粒子和电磁场的相互作用和粒子间的碰撞为核心，建立PIC方法描述带电粒子和电磁场的相互作用，MCC方法描述粒子间的碰撞。此模型具有多放电耦合模拟模块，具体包括腔内的放电PIC-MCC，腔壁的二次电子发射模型，极板的溅射模型等，模拟单隙虚火花空心阴极等离子体放电初始和击穿的物理过程，并初步探讨了该过程中的一些本质机理，为优化和完善强流电子束源虚火花放电结构奠定理论基础。

内容获取失败，请点击重试