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基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

左应红 王建国 朱金辉 范如玉

基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

左应红, 王建国, 朱金辉, 范如玉
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  • 真空二极管是电子束源装置中的一个关键部件, 其阴极发射的电子束进入二极管阴阳极间隙区会产生很强的空间电荷限制效应. 本文针对平板真空二极管中的空间电荷限制效应物理模型, 从库仑定律的积分形式出发, 选取了不同参数的阴极半径与阴阳极间隙距离之比, 计算得到了真空二极管阴阳极间隙区的电场分布情况, 从而避免了采用Poisson方程求解时需要处理复杂的非线性偏微分方程这一问题. 结果表明, 基于库仑定律的计算结果与从Child-Langmuir定律分析得到的结果仅相差一个与二 极管极板边界条件有关的修正量. 当二极管阴极半径与阴阳极间隙距离之比 R/D>10时,一维空间电荷限制定律将是一个较好的近似结果,当 R/D较小时, 用该定律计算误差较大,在实际物理问题中需要谨慎使用.
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    Barker R J, Schamiloglu E (translated by Zhou C M, Liu G Z et al.) 2005 High-Power Microwave Sources and Technologies (Beijing: Tsinghua University Press) p284 (in Chinese) [Barker R J, Schamiloglu E著 (周传明, 刘国治等译) 2005 高功率微波源与技术 (北京: 清华大学出版社) 第284页]

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    Zhang Y H, Chang A B, Xiang F, Song F L, Kang Q, Luo M, Li M J, Gong S G 2007 Acta Phys. Sin. 56 5754 (in Chinese) [张永辉, 常安碧, 向飞, 宋法伦, 康强, 罗敏, 李名加, 龚胜刚 2007 物理学报 56 5754]

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    Luginsland J W, Lau Y Y, Gilgenbach R M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 4668

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-19
  • 修回日期:  2012-01-28

基于库仑定律的二极管空间电荷限制效应研究

  • 1. 清华大学 工程物理系, 北京 100084;
  • 2. 西北核技术研究所, 西安 710024

摘要: 真空二极管是电子束源装置中的一个关键部件, 其阴极发射的电子束进入二极管阴阳极间隙区会产生很强的空间电荷限制效应. 本文针对平板真空二极管中的空间电荷限制效应物理模型, 从库仑定律的积分形式出发, 选取了不同参数的阴极半径与阴阳极间隙距离之比, 计算得到了真空二极管阴阳极间隙区的电场分布情况, 从而避免了采用Poisson方程求解时需要处理复杂的非线性偏微分方程这一问题. 结果表明, 基于库仑定律的计算结果与从Child-Langmuir定律分析得到的结果仅相差一个与二 极管极板边界条件有关的修正量. 当二极管阴极半径与阴阳极间隙距离之比 R/D>10时,一维空间电荷限制定律将是一个较好的近似结果,当 R/D较小时, 用该定律计算误差较大,在实际物理问题中需要谨慎使用.

English Abstract

参考文献 (16)

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