两种典型结构强流自箍缩二极管技术研究-中国工程科学.PDF

两种典型结构强流自箍缩二极管技术研究 １ １ １ １，２ １ １ 杨海亮 ， 邱爱慈 ， 孙剑锋 ， 高　屹 ， 苏兆锋 ， 李静雅 ， １ １ １ １ １ １ 孙凤举 ， 梁天学 ， 尹佳辉 ， 丛培天 ， 黄建军 ， 任书庆 （１．西北核技术研究所，西安 ７１００２４；２．清华大学工程物理系，北京 １０００８４） ［摘要］　主要介绍了箍缩聚焦二极管和自箍缩离子束二极管的研究进展。 重点介绍了近几年发展的阳极杆 箍缩聚焦二极管的理论模拟和实验结果，在“闪光二号”加速器和２ ＭＶ 脉冲功率驱动源上进行了阳极杆箍缩 二极管实验，二极管输出电压１．８～２．１ＭＶ，电流４０～６０ｋＡ，脉宽（ＦＷＨＭ）５０～６０ｎｓ，１ｍ 处的脉冲Ｘ 剂量约 ２０～３０ ｍＧｙ，焦斑直径约１ｍｍ，Ｘ 射线最高能量１．８ＭｅＶ。 在“闪光二号”加速器上开展了高功率离子束的产 生和应用研究，给出了自箍缩反射离子束二极管的结构和工作原理，实验获得的离子束峰值电流～１６０ ｋＡ，离 子的峰值能量～５００ ｋｅＶ，开展了利用高功率质子束轰击１９Ｆ 靶产生６～７ ＭｅＶ 准单能脉冲γ射线，模拟Ｘ 射 线热—力学效应等应用基础研究。 ［关键词］　阳极杆箍缩二极管；离子束二极管；Ｘ 射线；高功率离子束；箍缩；聚焦 ［中图分类号］　ＴＬ５０１；ＴＬ５８；ＴＬ５０６；Ｏ５７１；ＴＬ８１　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００９）１１－００７０－０９ 响应、产生高能量的单能脉冲 γ射线（６．１２９ ＭｅＶ， 1　前言 １６．７ ＭｅＶ）等新的研究方向都取得较大进展，使得 强流自箍缩二极管主要用于产生强流粒子束， 阳极杆箍缩二极管和自箍缩反射离子束二极管这两 包括电子束、质子束和重离子束等，通过轫致辐射或 种具有典型结构的强流自箍缩二极管成为研究的 核反应又可以产生软 Ｘ 射线、硬 Ｘ 射线、脉冲 γ射 热点。 线、中子等。 由于二极管中的束流很强，所产生的磁 随着研究的不断深入，强流二极管所产生的强 场导致二极管中束流自身发生强箍缩，使这一类型 流粒子束在材料性能研究、材料改性与表面工程、纳 的二极管所涉及的物理问题相当复杂，主要包括极 米薄膜等新材料制备领域已成为一种先进的技术手 强的空间电荷效应、自磁场产生的箍缩效应、发射度 段，在集成电路光刻等领域也已发挥了显著作用。 增长效应、尾场效应、能散效应等，尤为复杂的是强 这些新的应用领域更有效地促进了强流粒子束二极 流粒子束从产生到应用，始终伴随着与等离子体的 管技术的快速发展，并不断培育出新的创新点。 相互作用，这使得其产生、传输、诊断和应用研究都 文章重点介绍近几年西北核技术研究所在阳 面临着很大难度，需要研究的内容复杂，需要解决的 极杆箍缩二极管和自箍缩反射离子束二极管这两 难题相当多。 种具有典型结构的强流自箍缩二极管方面的研究 强流自箍缩二极管结构复杂、种类繁多、应用广 进展。 泛。 特别是近几年，利用阳极杆箍缩二极管产生亚 2　阳极杆箍缩聚焦二极管 毫米焦点的强聚焦的高能脉冲Ｘ 射线，利用强流脉 冲离子束模拟材料的软Ｘ 射线热力学效应与结构 近年来，随着脉冲功率技术中感应电压叠加器 ［收稿日期］　２００８－１２－２１ ［基金项目］　国家自然科学基金资助