[发明专利]一种纳秒脉冲放电下三通道逃逸电子能谱测量装置

说明书

本发明涉及一种纳秒脉冲放电下三通道逃逸电子能谱测量装置，包括：纳秒脉冲电源、放电腔、逃逸电子束流收集器和示波器，且依次连接。其中，所述逃逸电子束流收集器包括三个或多个相同的同轴收集器，每个同轴收集器分别设有信号输出端，并分别通过同轴电缆连接所述示波器，纳秒脉冲电源的输出端经分压器后也与示波器相连。本发明可以对不同区域的放电产生的逃逸电子进行测量，进而分析逃逸电子在空间中的时域分布和能谱分布。该发明可广泛应用于纳秒脉冲放电的理论分析和应用研究。

技术领域

本发明涉及一种纳秒脉冲放电下三通道逃逸电子能谱测量装置。

背景技术

纳秒脉冲气体放电是脉冲功率技术中最受关注的研究领域，纳秒脉冲放电涵盖废固、废液、废气处理、辐射改性、纳米制造、中等平均功率激光、生物医学中消毒灭菌和疾病治疗等国民经济和国防科技领域。纳秒脉冲特有的超短上升沿能够有效地抑制火花通道的形成，有利于在大气压空气中产生比较均匀的放电，具有非常广阔的应用前景。同时纳秒脉冲放电中也有很多不同于常规放电的特性，如不能充分形成流注、击穿电压较高、放电出现多通道等。以上特点导致了窄脉冲条件下放电的物理过程十分复杂，纳秒脉冲气体放电过程与施加的电压脉冲参数(幅值、脉宽、上升沿和重复频率等)密切相关，放电机理尚未明了。传统理论如汤森雪崩理论和流注理论等均不能很好的解释快脉冲放电下的异常现象。今年来，关于纳秒脉冲放电的机理解释存在多种假说或理论，这些理论均认为放电发展过程中二次电子崩的产生不是单纯依赖空间光电离，而是基于主电子崩发展中产生的高能量电子引导产生的二次电子崩，然后进一步发展过程建立起来的。普遍认为高能电子和逃逸击穿产生的X射线是放电过程的共同主导，传统的对逃逸电子机理的认识尚未达成共识，因此，对纳秒脉冲气体放电产生的非平衡态等离子体中的高能电子形成的逃逸电子束流的测量研究是探索纳秒脉冲放电机理的重要内容。

为了产生能量更高、数目更多的逃逸电子，一般采用陡上升沿、窄脉宽和高幅值的纳秒脉冲电源。此外，由于逃逸电子束流的脉宽时间非常短，可达亚纳秒级别，为了准确测量，必须使用高带宽的示波器。对于逃逸电子束流的测量，传统方式是通过测量逃逸电子传播过程中产生的X射线来间接地反映逃逸电子束流的特性。近年来，由于脉冲功率技术的发展，制造更高性能的脉冲电源和更高采样率的示波器成为了可能，所以关于逃逸电子的研究也得以发展开来。关于逃逸电子的测量研究，主要关注的是逃逸电子束流和其电子能谱，束流主要测量束流脉冲的脉宽、幅值、上升沿和逃逸电子数目，能谱主要目的是测量电子的能量密度分布。其中脉宽时间和电流幅值是直接反映逃逸电子束流的两个物理量，测量波形与实际波形的差异直接反映出测量装置的设计好坏。而逃逸电子数目则是根据波形计算出的，可以反映测量装置的效率。现在直接收集高能逃逸电子束流，将之转化为电信号进行测量。

关于带电粒子束流的直接测量有多种方式：专利CN201010194033.6介绍了质谱仪中使用的一种离子检测装置，电磁屏蔽效果较好，可以检测微弱的离子束流；专利CN200580011820.X介绍了一种电子束记录装置，可以较为精确地测定电子束的射束位置及其变化；专利CN200410056333.2介绍了一种带电粒子束的曝光装置，将电子束流倍增后测定其电流，对希望的图形进行曝光；专利CN200520011269.6介绍了一种应用于半导体器件制造的测束法拉第装置，用来检测离子注入机中离子源束流的指标。目前关于带电粒子束的测量，大多只适用于某些特定场合下的特殊用途。对于本发明所述的纳秒脉冲气体放电环境，则需要专门的设计和测量方法，以适应其高能电子收集测量的要求。专利CN201410027333.3介绍了一种基础的纳秒脉冲气体放电下逃逸电子的束流测量装置，但其测量得到的逃逸电子束流波形效果和测量有效半径均需改进；还有，该方法只能测量放电中心处的逃逸电子束流，对不同区域的放电情况无法测量，也无法测量逃逸电子能谱，需要设计新的测量方法。

发明内容