中国空间科学技术

中国空间科学技术 ›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 11-16.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0027

• 理论机理研究 • 上一篇    下一篇

强电磁场真空击穿中的电子束轰击初步研究

 伍成1,2, 孙钧2,3, 陈昌华1,2,3,*, 霍少飞2,3, 张余川2,3, 曹亦兵2,3, 谢佳玲2,3   

  1. 1湘潭大学材料科学与工程学院，湘潭411105
    2西北核技术研究所，西安710024
    3高功率微波技术重点实验室，西安710024
  • 收稿日期:2016-08-31 修回日期:2017-02-25 出版日期:2017-04-25 发布日期:3017-03-21
  • 作者简介:伍成（1991-），男，硕士研究生，wucheng@xtu.edu.cn，研究方向为高功率微波源 *通讯作者：陈昌华（1971-），男，研究员，chenchanghua@nint.ac.cn，研究方向为高功率微波技术
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(61401367)；西北核技术研究所预研项目（13061601）

Preliminarystudiesofelectronbeambombardmentinstrongelectromagneticfieldbreakdown

   Wu-Cheng1,2, SUN  Jun2,3, CHEN  Chang-Hua1,2,3,*, HUO  Shao-Fei2,3, ZHANG  Yu-Chuan2,3, CAO  Yi-Bing2,3, XIE  Jia-Ling2,3   

  1. 1SchoolofMaterialScienceandEngineering，XiangtanUniversity，Xiangtan411105，China
    2NorthwestInstituteofNuclearTechnology，Xi′an710024，China
    3ScienceandTechnologyonHighPowerMicrowaveLaboratory，Xi′an710024，China
  • Received:2016-08-31 Revised:2017-02-25 Published:2017-04-25 Online:3017-03-21

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被引次数

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摘要： 当前，抑制强电磁场真空击穿的方法主要是结构改进和工艺处理，对于提高材料耐电子轰击性能来抑制击穿的研究相对较少。文章主要结合Monte-Carlo方法和Bethe能量损失规律，研究了兆电子伏级能量的电子垂直入射金属靶材的能量损失规律。研究表明，材料原子序数和原子密度越小，电子在材料中的有效射程越长，单位体积内沉积的平均能量越低，从而越有利于材料耐受电子束轰击。在此基础上，通过试验比较了铜、不锈钢和钛三种材料耐电子束轰击的性能，在相同的电子束能量下，铜由于密度最高而最容易受到电子束轰击破坏，密度最低的钛材料具有最好的耐电子束轰击性能。进一步的高功率微波（HighPowerMicrowave）试验证实，相对于不锈钢材料，在2.8GW输出微波功率水平下，使用耐电子轰击性能更优的钛材料能够将输出微波脉宽由18ns增加到27ns，由强电磁场真空击穿引起的脉冲缩短明显得到有效抑制。

关键词: 击穿, 能量沉积, 有效射程, Monte-Carlo, 电子轰击, 材料, 相对论返波管

Abstract: Presently， structureoptimizationandtechnologicaltreatmentaretwomainwaystodepressthestrongelectromagn eticfieldbreakdown.Theenergydepositionabout1MeVelectronsinmetalmaterialswasinvestigatedby BetheenergylosslawandMonteCarlosimulation.Theresultsindicatethattheelectronsinthe materialofsmalleratomicnumberanddensityhavemuchlongereffectiverangeandlowerenergydepo sitiondensity.Thereby， thematerialismoreresistanttoelectronsbombardmentandthebreakdownriskcanbeeffectivelyre duced.Withthesameincidentelectronenergy，thecopper， stainlesssteelandtitaniumwereexperimentallycompared.Owingtoitshighdensity， thecopperisdestroyedmosteasily.Simultaneously，thetitaniumshowsgoodperformanceforitslow density.Thefurtherhighpowermicrowave（HPM）experimentsshowthat，with~2.8GWoutput， theoutputmicrowavepulsewidthoftheRBWOcanbeincreasedto27nsfrom18nswhenthestain lesssteelissubstitutedbythetitaniumandthepulseshorteningiseffectivelydepressed.

Key words: breakdown, energydeposition, effectiverange, MonteCarlo, electronsbombardment, materials, relativisticbackwardwaveoscillator