A large cross-section pulsed electron beam generator of cold cathode type has been developed for industrial applications, for example, waste water cleaning, flue gas cleaning, and pasteurization etc. The operational principle is based on the emission of secondary electrons from cold cathode when ions in the plasma hit the cathode, which are accelerated toward exit window by the gradient of an electric potential. The conventional electron beam generators need an electron scanning beam because the small cross section thermal electron emitter is used. The electron beam of large cross-section pulsed electron beam generator do not need to be scanned over target material because the beam cross section is large by 300$cm^2$. We have fabricated the large cross-sectional pulsed electron beam generator with the peak energy of 200keV and beam diameter of 200mm and obtained the large area electron beam in the air. The electron beam current has been investigated as a function of accelerating voltage, glow discharge current, helium pressure, distance from the exit window and radial distribution in front of the exit window.
Measurement of the ion-induced secondary electron emission coefficient (${\gamma}_i$) for insulating films is hampered by an unavoidable charging problem. Here, we demonstrate that a pulsed ion beam technique is a viable solution to the problem, allowing for accurate measurement of ${\gamma}_i$ for insulating materials. To test the feasibility of the pulsed ion beam method, the secondary electron emission coefficient from n-Si(100) is measured and compared with the result from the conventional continuous beam method. It is found that the ${\gamma}_i$ from n-Si(100) by the ion pulsed beam measured to be 0.34, which is the same as that obtained by continuous ion beam. However, for the 1000 A $SiO_2$ films thermally deposited on Si substrate, the measurement of ${\gamma}_i$ could be carred out by the pulsed ion method, even though the continuous beam method faced charging problem. Thus, the pulsed ion beam is regarded to be one of the most suitable methods for measuring secondary electron coefficient for the surface of insulator materials without experiencing charging problem. In this report, the dependence of ${\gamma}_i$ on the kinetic energy of $He^+$ is presented for 1000 ${\AA}$$SiO_2$ films. And the secondary electron emission coefficient of 1000 ${\AA}$ MgO e-beam-evaporated on $SiO_2/Si$ is obtained using the pulsing method for $He^+$ and $Ar^+$ with energy ranging from 50 to 200 eV, and then compared with those from the conventional continuous method.
In the pulsed electron beam generators, such as plasma focus devices and linear induction accelerators whose electron pulse width is in the range of nanosecond and less, as well as in cases where there is no direct access to electron beam, like runaway electrons in Tokamaks, measurement of the electron energy spectrum is a technical challenge. In such cases, the indirect measurement of the electron spectrum by using the bremsstrahlung radiation spectrum associated with it, is an appropriate solution. The problem with this method is that the matrix equation between the two spectrums is an ill-conditioned equation, which results in errors of the measured X-ray spectrum to be propagated with a large coefficient in the estimated electron spectrum. In this study, a method based on the neural network and the MCNP code is presented and evaluated to recover the electron spectrum from the X-ray generated by collision of the electron beam with a target. Multilayer perceptron network showed good accuracy in electron spectrum recovery, so that for the X-ray spectrum with errors of 3% and 10%, the network estimated the electron spectrum with an average standard error of 8% and 11%, on all of the energy intervals.
Production of weakly agglomerated nanopowders with the characteristic size of about 10 nm and a narrow particle size distribution is still a topical problem especially if the matter is an acceptable output (>50 g/hour), a high purity of the final product, and a low (energy consumption. The available experience and literature data show that the most promising approach to production of such powders is the evaporation-condensation method, which has a set of means for heating of the target. From this viewpoint the use of pulsed electron accelerators for production of nanopowders is preferable since they allow a relatively simple adjustment of the energy, the pulse length, and the pulse repetition rate. The use of a pulsed electron accelerator provides the following opportunities: a high-purity product; only the target and the working gas will interact and their purity can be controlled; evaporation products will be removed from the irradiation zone between pulses; as a result, the electron energy will be used more efficiently; adjustment of the particle size distribution and the characteristic size of particles by changing the pulse energy and the irradiated area. Considering the obtained results, we developed a design and made an installation for production of nanopowders, which is based on a hollow-cathode pulsed gas-filled diode. The use of a hollow-cathode gas-filled diode allows producing and utilizing an electron beam in a single chamber. The emission modulation in the hollow cathode will allow forming an electron beam 5 to 100 ms long. This will ensure an exact selection of the beam energy. By now we have completed the design work, manufactured units, equipped the installation, and began putting the installation into operation. A small amount of nanopowders has been produced.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.12
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pp.2410-2416
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2016
Recently, most countries in the world have pursued a denuclearization. So it has been of interest to increase to Nuclear weapon in such as North Korea's continued nuclear test. Pulsed gamma rays produced in the nuclear explosion and the space environment can give the big damage to the electronic device in a very short period of time. To confirm the extent of damage of these electronic devices, pulsed gamma irradiation facility that can occur in nuclear weapon or space environment are required. In this paper, we implemented the pulsed gamma-ray detection module and analyzed output of the irradiation test. We have experimented using an electron beam accelerator research facilities in Pohang Accelerator similar conditions to equip and Nuclear weapon. As a result, we confirmed that the pulsed gamma rays emitted by the gamma radiation and electron beam conversion device. The results of this paper will contribute to improve the reliability and accuracy of studies for utilizing pulsed gamma rays.
The pulsed power with the high voltage and current can be used to the fields of high speed pulses of energy in different forms such as electric current and voltage, electron beam, ion beam, x-rays, gamma rays, heat, magnetics fields, sound and shock waves. This paper is directed mainly at electrical engineers working on production and practical application of high speed pulsed power with high voltage and current.
A low energy large aperture(LELA) pulsed electron beam generator of a cold cathode type has been developed for environmental applications, for example, waste water cleaning, flue gas cleaning, and pasteurization etc. The operational principle is based on the emission of secondary electrons from cold cathode when ions in the plasma hit the cathode, which are accelerated toward exit window by the gradient of an electric potential. We have fabricated the LELA electron beam generator with the peak energy of 200keV and beam diameter of 200mm and obtained the large aperture electron beam in air. The electron beam current density has been investigated as a function of glow discharge current, accelerating voltage and radial distribution in front of the exit window foil. The plasma density and electron temperature have been measured in order to confirm the relation with the electron beam current density. We are going to upgrade the LELA electron beam generator in the electron energy, electron beam current and stability of operation for various applications.
Total 12 units of high power klystron-modulator systems as microwave source is under operation for 2.5-GeV electron linear accelerator in Pohang Light Source(PLS) linac. RF power and beam power of klystron are precisely measured for the effective control of electron beam. A precise measurement and measurement equipment with good response characteristics are required for this. Input power of klystron is calculated from the applied voltage and the current on its cathode. Tiny measurement error severely effects RF output power value of klystron. Therefore, special care is needed to measure precise beam voltage. Capacitive voltage divider(CVD) unit is intended for the measurement of beam voltage of 400 kV generated from the pulsed klystron-modulator system. Main parameter to determine the standard capacitance in the high arm of CVD is dielectric constant of insulation oil. Therefore CVD should be designed to have a minimum capacitance variation due to voltage, frequency and temperature in the measurement range. This paper will discuss the analysis of capacitive voltage divider for a pulsed high-voltage measurement, and the empirical relations between capacitance and oil temperature variation.
High power microwave sources operating in relativistic regions, high current reletivistic electron beams are obtained by using cold cathodes with the help of explosive emission. For these relativistic devices, the pulsed power and magnetic field systems are very large and heavy. The phase velocity of electromagnetic mode should be showed down close to the beam velocity, ensuring enough beam coupling with electromagnetic modes. By using the annular electron beam, a weakly relativistic oversized bwo consisting of rectangularly corrugated cylindrical waveguide is demonstrated.
The optimization of a transmission type bremsstrahlung conversion target was carried out with Monte Carlo code FLUKA for intense pulsed electron beams with electron energy of several hundred keV for maximum photon fluence. The photon emission intensity from electrons with energy ranging from 300 keV to 1 MeV on tungsten, tantalum and molybdenum targets was calculated with varied target thicknesses. The research revealed that higher target material element number and electron energy leads to increased photon fluence. For a certain target material, the target thickness with maximum photon emission fluence exhibits a linear relationship with the electron energy. With certain electron energy and target material, the thickness of the target plays a dominant role in increasing the transmission photon intensity, with small target thickness the photon flux is largely restricted by low energy loss of electrons for photon generation while thick targets may impose extra absorption for the generated photons. The spatial distribution of bremsstrahlung photon density was analyzed and the optimal target thicknesses for maximum bremsstrahlung photon fluence were derived versus electron energy on three target materials for a quick determination of optimal target design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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