爆炸发射阴极等离子体光谱诊断

在实验室模拟核爆脉冲辐射场是禁核试后核爆辐射效应研究的基本方法，以爆炸发射的强流电子束是核爆辐射模拟的主要工具之一，主要应用于X射线热力学效应模拟和通过轫致辐射模拟核爆X和γ辐射。爆炸发射阴极等离子体的行为是强流电子束二极管中的基本物理问题，阴极等离子成份及其参数强烈影响其扩张和膨胀行为以及阴极发射的均匀性和二极管的稳定运行，诊断阴极等离子体成份和参数是研究强流脉冲电子束二极管的关键技术。等离子体辐射中的特征谱线和谱线宽度及轫致辐射强度反映了等离子体的成份和温度、密度等信息。基于等离子体的辐射特性开展对阴极等离子体的成份、电离度、密度和温度等参数的诊断是研究阴极等离子体的可行方法。本项目将通在1MV和数十kA的二极管上开展时间和光谱分辨的阴极等离子体辐射参数诊断实验，研究对不同材料和不同表面处理工艺的阴极等离子体成份和参数，为强流电子束的获取和强流脉冲加速器的稳定运行提供技术支持。

强流脉冲电子束二极管是高功率脉冲技术的主要负载之一，主要应用于核爆辐射效应模拟、高功率微波和强激光等领域。阴极等离子体爆炸发射是获得强流脉冲电子束的唯一手段，探索阴极等离子体的产生机理和发展规律是研究二极管物理的关键问题。通过实验或理论的方法诊断出阴极等离子体的成份、温度、密度、电离度等参数是回答这一问题的基础。阴极材料和发射表面吸附的各种杂质以及对阴极材料不同的处理工艺是影响阴极等离子体产生和发展的首要因素。本课题研制了能在大型脉冲功率装置复杂电磁环境中工作的光谱诊断系统和配套同步触发系统等，利用积分光谱和时间分辨光谱诊断方法重点诊断了不同阴极材料、不同表面处理工艺阴极的发射光谱，分析了爆炸发射阴极等离子体包含的成份和随时间的演变规律，并结合二极管的工作参数，分析采用不同材料和不同处理工艺对等离子体产生的贡献及对二极管工作状态的影响，并提出在实际应用中指导二极管阴极材料选取和表面处理工艺的方法。配合光强和图像诊断初步给出阴极等离子体产生、发展和消失的过程，认识到了阴极等离子体研究中更多的问题，为今后的研究工作提出了新的研究内容。