强流电子束二极管设计引论

目录 前言 第1章 绪论 1 1.1 强流电子束真空二极管简介 1 1.2 应用背景 2 1.2.1 闪光X射线照相 2 1.2.2 极端辐射环境模拟 12 参考文献 20 第2章 强流电子束的产生 24 2.1 电子发射理论 24 2.1.1 金属表面势垒 24 2.1.2 克服势垒的发射 25 2.1.3 爆炸电子发射 30 2.2 阴极等离子体产生特性及其影响因素 33 2.2.1 表征参数 33 2.2.2 影响因素 34 2.3 阴极等离子体均匀性 37 2.3.1 边缘效应 37 2.3.2 空间电荷屏蔽效应 38 2.3.3 基底特性的影响 42 2.4 有效发射面积 43 2.4.1 有效发射面积的理论公式 43 2.4.2 阴极等离子体发光图像的数值图像处理 44 2.5 阴极等离子体膨胀速度 45 2.5.1 理论公式 46 2.5.2 基于电学测量的等离子体膨胀速度公式 47 2.5.3 基于高速分幅相机的光学诊断方法 48 2.5.4 典型阴极材料的实验结果 49 2.6 二极管间电流定标率 50 2.6.1 Child-Langmuir定律或3/2次方定律 50 2.6.2 有限尺寸和边缘效应的影响 51 2.6.3 非相对论饱和空间电荷限制双极流 52 2.6.4 电子束的自箍缩条件和临界箍缩电流 53 2.6.5 强箍缩电子束的顺位流模型 53 2.6.6 箍缩二极管物理模型的完整描述 53 参考文献 55 第3章 强流电子束输运和参数控制 58 3.1 空间电荷效应和自磁场效应及其对束流的限制 58 3.1.1 阴阳极间的空间电荷效应及其对束流的限制 58 3.1.2 漂移管中的空间电荷效应及其对束流的限制 60 3.1.3 二极管中的自磁场效应及其对束流的限制 62 3.1.4 漂移管中的自磁场效应及其对束流的限制 63 3.2 常见电子束截面的实现 64 3.2.1 均匀平面电子束 64 3.2.2 聚焦电子束 65 3.2.3 环形电子束 67 3.3 离子流对电子束的影响及离子束二极管 67 3.3.1 阳极等离子体的形成过程 68 3.3.2 阳极离子流对二极管束流的影响 69 3.3.3 高功率离子束二极管 71 参考文献 74 第4章 强流靶物理 76 4.1 电子与物质相互作用 76 4.1.1 电子能量损失率 78 4.1.2 γ射线射程估算 79 4.1.3 背散射 80 4.2 轫致辐射阳极靶设计 81 4.2.1 转换靶厚度选择 81 4.2.2 辐射场的体均匀性设计 87 4.2.3 阳极等离子体控制 89 4.3 电子束入射角 90 4.3.1 能量沉积剖面的近似表达方式 90 4.3.2 电子等效入射角的计算方法 91 4.3.3 算例验证 93 4.3.4 入射角对能量沉积的影响 94 4.3.5 内过滤法拉第筒测量入射角 95 4.4 高功率质子束 97 4.4.1 高功率质子束流强度的理论计算 100 4.4.2 高功率质子束的传输技术 102 4.5 准单能脉冲γ射线 105 4.5.1 准单能脉冲γ射线的产生原理 105 4.5.2 初步估算的γ射线产额及注量 107 4.5.3 考虑探测器时间响应的理论计算结果与实测结果对比 108 4.5.4 质子束飞行时间法去除二极管电子束轫致辐射干扰实验结果 109 参考文献 110 第5章 数值模拟工具 112 5.1 电磁模拟 112 5.1.1 CST程序 112 5.1.2 Maxwell程序 114 5.2 粒子模拟 115 5.2.1 MAGIC程序 115 5.2.2 UNIPIC程序 116 5.2.3 VSim程序 118 5.3 辐射输运的蒙特卡罗模拟 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 参考文献 126 附录 129 附录A 部分常用物理量及单位 129 附录B 高斯单位制与国际单位制之间的基本单位转换（电磁学） 130 附录C 电磁学常用公式国际制和高斯制对照表 131 附录D 单能光子自由空气比释动能Ka、光子注量γ和照射量X之间的转换系数 132 附录E 部分材料密度表 133 附录F 几种物质的γ衰减特性表 134 参考文献 137 彩图