预充等离子体的阳极杆箍缩二极管物理特性研究

预充等离子体的阳极杆箍缩二极管是在阳极杆箍缩二极管的基础上，预先填充一定密度的等离子体，以降低二极管阻抗，从而提高二极管出射X射线的产额。对这种二极管物理特性的研究是阳极杆箍缩二极管物理研究进一步的深入工作，也是强箍缩二极管物理研究的重要组成部分，对X射线闪光照相技术的深入研究和发展有着重要的研究意义，同时等离子体源等单元技术也有着良好的应用前景。.本项目研究利用预充等离子体的阳极杆箍缩二极管产生较低能段、较高剂量的小焦斑X射线。建立与实验结果比较符合的二极管数值模拟方法，研究强场强束流作用下等离子体的扩散行为，预充等离子体对电子束箍缩和二极管工作特性的影响。掌握与二极管良好同步的等离子体源技术和等离子体参数诊断技术。实验研究等离子体源输出参数、脉冲功率驱动源工作参数和二极管几何参数等对X射线输出的影响规律。

预充等离子体的阳极杆箍缩二极管是在阳极杆箍缩二极管的基础上，预先填充一定密度的等离子体，以改善二极管特性，从而提高二极管出射X射线的剂量率。这种二极管的物理特性研究，对X射线闪光照相技术的进一步发展有着重要的研究意义。.本项目研究利用预充等离子体的阳极杆箍缩二极管产生较低能段、较高剂量率的小焦斑X射线。建立与实验结果比较符合的二极管数值模拟方法，研究预充等离子体对电子束箍缩和二极管工作特性的影响。.结合RPD的工作过程，对PFRPD的短路、融蚀和箍缩三个工作阶段的工作机理进行了分析。短路阶段的特征是等离子体中带电粒子的载流导电，当驱动源电流超过等离子体载流能力时，阴极发射电子，进入融蚀阶段。当融蚀发展到阳极杆末端，电子箍缩轰击阳极末端呈类RPD工作模式，即为箍缩阶段。对预充等离子体阳极杆箍缩二极管的短路和融蚀阶段的等离子体运动进行了分析。根据解析模型，推导得到了预充等离子体阳极杆箍缩二极管正常工作时的等离子体密度范围和融蚀阶段持续时间。.建立了PFRPD的粒子模拟和蒙卡模拟模型，模拟结果和实验基本符合。改进了预充等离子体的模拟方法，采用同时注入电子和离子的方法模拟等离子体枪喷射，使模拟的等离子体更接近真实情况。通过收集轰击到阳极上的电子，诊断其轴向分布，可以给出不同时刻的束流箍缩情况。通过电子束的能谱、落点分布和入射角分布三条曲线，将粒子模拟结果转化为蒙卡模拟初始条件，得到二极管辐射剂量。.建立了PFRPD 实验平台，验证了该类二极管的工作原理和技术可行性。初步配套了相关的测量手段，解决了实验的同步问题。利用“剑光一号”加速器低阻抗状态(1 MV/9 Ω/40 ns)，开展了实验研究。预充适当的等离子体后，二极管阻抗降低到10 Ω，X射线辐射剂量从0.76 mGy提高到3.19 mGy，侧向焦斑从9 mm降到4 mm。获得了该状态的定标关系式，定标系数α=1.89。.根据理论分析、数值模拟和实验研究三者结果之间的相互印证，总结得到了PFRPD预充等离子体参数、二极管几何参数和二极管电参数对二极管工作状态的影响规律。PFRPD的主要矛盾是强电场条件下等离子体和电子束的相互影响，等离子体的存在制约甚至消除了某些参数的影响。.项目的研究工作能够扩展现有阳极杆箍缩二极管的应用范围，增强对二极管工作机理和等离子体行为对二极管工作特性影响的认识。