Lofttóms rafeindatækni - verkefni lokið
Fréttatilkynning verkefnisstjóra
Aðal markmið rannsóknarverkefnisins var að betrumbæta hermunarhugbúnað sem hefur verið þróaður við örtæknisetur HR. Bætt var við hugbúnaðinn þeim eiginleikum að líkja eftir óregluleika í yfirborði rafeindalindar og áhrifum hitastigs. Þessir eiginleikar voru svo rannsakaðir í verkefninu og niðurstöður birtar í tímaritum og kynntar á ráðstefnum.
Í hagnýtum aðstæðum eru yfirborð rafeindalinda ekki einsleit og munu hafa tilviljunarkennda óreglu. Þessi handahófskennda óregla á yfirborðinu var rannsökuð í verkefninu og skoðað hvaða áhrif óreglan hefur á rafeindageislann sem kemur frá yfirborðinu. Í ljós kom að meðalfjarlægð á milli óreglu á yfirborðinu var góður mælikvarði á ýmsa eiginleika rafeindageislans.
Áhrif hitastigs voru einnig rannsökuð á yfirborði með óreglu. Raunverulegar rafeindalindir hitna mikið við losun rafeinda og því er mikilvægt að kanna áhrif hitastigs á losun rafeindanna. Sýnt var hvernig rúmhleðslan hafði áhrif á rafeindir losaðar með hitaröfun frá yfirborði sem hafði tvö gildi á vinnufallinu. Þessum tveimur gildum á vinnufallinu var raðað upp í mynstur sem líktist skákborði. Þegar hitastig rafeindalindarinnar hækkar þá verður straumþéttleikinn frá innra svæði hennar einsleitari og straumþéttleiki á jaðri eykst. Einnig var sýnt fram á að dreifing geisla og birta hans breytist með hitastigi og að það er til kjörhitastig fyrir birtu rafeindageislans.
Í verkefninu var hermunarhugbúnaðurinn endurbættur að miklu leyti. Nemendur notuðu hugbúnaðinn fyrir BSc og MSc lokaverkefni og erlendir samstarfsaðilar hafa einnig verið að nota hann. Verkefnið leiddi til fjögurra ritrýndra greina þar sem hermunarhugbúnaðurinn úr þessi verkefni var nýttur. Hugbúnaðurinn var kynntur og ræddur á tveimur ráðstefnum og niðurstöður voru kynntar. Einnig voru fimm veggspjöld á ráðstefnum notuð til kynningar á niðurstöðum verkefnisins. Niðurstöður verkefnisins hjálpa við skilning á hegðun rafeindalinda og hönnun þeirra.
English:
The goal of this project was to improve further a molecular dynamics code that has been developed at the Nano physics center at Reykjavik University. The features added to the code in this project allowed for surface inhomogeneities and thermal-field emission. The effects of those were studied in the projects and published.
In practical situations, cathode surfaces are not uniform and will have random irregularities. These random variations were simulated. Their effects on the quality of the electron beam coming from a surface with irregularities were studied. It was found that the mean distance between variations is a good parameter to describe the beam quality.
Temperature effects were also studied using a thermal-field emission model. Studying temperature effects is vital because cathodes tend to heat up during operation. It was shown how space charge affects thermionic emission from cathodes with two different work function values that formed a checkerboard pattern of finite extent on the cathode surface. As the cathode temperature rises, space-charge effects lead to homogeneous current density from the emitting area's interior and a higher current density from its periphery. It was shown how beam emittance and brightness are affected and that there is an optimal temperature for beam brightness.
This work led to the further development of the molecular dynamics code. Students used the code for their final projects and several other collaborators for their projects. The project yielded four papers in ISI scientific journals published using the code from this project, two conference presentations, and five poster presentations at conferences. Those papers help understand the emission properties in vacuum diodes and aid in their design.
Heiti verkefnis:
Lofttóms rafeindatækni/Vacuum Electronics
Verkefnisstjóri: Kristinn Torfason, Háskólanum í Reykjavík
Tegund styrks: Nýdoktorsstyrkur
Styrktímabil: 2017-2019
Fjárhæð styrks: 24,574 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís:
174127
