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低能电子检测计数管参数设计及优化方法研究

杨立华  
【摘要】:金属构件常常因受到动载荷作用引起疲劳损伤,而疲劳损伤累积的结果往往导致裂纹的产生。针对已经形成裂纹的传统无损检测方法很多,但这些方法大多对正在形成中的裂纹很难实现在线实时监测。大量研究表明,金属材料在裂纹形成过程中,表面会发射大量的低能电子。本文讨论的双栅极空气计数管(DGAC)是准确地检测金属材料发射低能电子数目的一种有力工具。因此,从事该项研究工作对金属材料的无损检测具有重要科学意义和应用价值。 本文的研究工作主要有以下几个方面: 1、简要介绍了低能电子发射机理、计数管的国内外研究概况和趋势,以及低能电子在无损检测领域中的应用。 2、根据DGAC计数管的工作物理特点,分析了DGAC计数管放电的可控性,探讨建立了DGAC放电发展过程的离散化数学模型,应用该数学模型对计数管主要参数进行了优化设计。 3、针对DGAC计数管的放电猝熄问题,提出了二次放电的猝熄机制,并依此理论计算了放电猝熄所需的脉冲宽度和幅值,给出了完整放电周期时序图。 4、根据计数管内部离子运动和二次电子发射情况,以及离子与计数管内壁相互作用及其对计数管的影响,提出了计数管内壁表面处理材料的仿真图。完成了计数管内前置放大电路的设计分析。 实验结果表明,主要参数优化设计合理,猝熄机理理论分析准确,前置放大电路、猝熄电路和抑制电路符合设计要求,电路工作可靠。 本文得到了国家自然科学基会(50275125)和航空科学基金(04153068)课题的资助。


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