場致發(fā)射電子光學系統(tǒng)理論與實驗研究.pdf

1、為了發(fā)展冷陰極微波、毫米波電真空輻射源器件，本文對采用碳納米管場致發(fā)射陰極的電子光學系統(tǒng)進行了研究。主要內容為：
　　1．以實驗測試數據為基礎，結合Magic粒子模擬軟件建立碳納米管場致發(fā)射陰極仿真模型。對碳納米管場致發(fā)射陰極的直流及脈沖發(fā)射特性進行了實驗研究，在直徑為4mm的圓形平面陰極上獲得最大電流密度為127mA/cm2，發(fā)射電流16mA。
　　2．對利用大面積碳納米管場致發(fā)射陰極產生大電流、高電流密度電子注的電子光學

2、系統(tǒng)進行了研究。通過在陰極表面引入柵網結構，解決了碳納米管陰極場致發(fā)射所需的強電場和電子束聚束問題，采用粒子模擬軟件對上述電子光學系統(tǒng)進行了仿真。研究了柵網對注電流、注腰半徑和電子注散射的影響，分析了陽極電壓和外加軸向磁場對電子注的聚束作用。仿真結果表明在陰極發(fā)射面積為3.03cm2時，該電子光學系統(tǒng)能夠產生210mA、60kV，電流密度6.7A/cm2，注半徑為1mm的電子注。
　　3．對采用平面陰極結構的碳納米管場致發(fā)射電子光

3、學系統(tǒng)進行了研究。該結構不僅更易于工程實現而且解決了電子聚束問題。研究了陰柵結構的軸向位置和聚焦極電壓對電子聚束的影響。優(yōu)化后的結果表明在陰極發(fā)射面積為50mm2時，該電子槍能夠產生45kV、300mA，半徑為0.5mm，軸向離散比為0.2％的電子注。
　　4．對采用碳納米管場致發(fā)射球面陰極電子槍的8mm返波管振蕩器進行了粒子模擬研究，采用盤荷波導慢波結構，優(yōu)化后的結果表明，在工作頻率為33.9GHz，該振蕩器的效率為6.6%，平