针对真空弧离子源,利用条纹相机将时间轴信息转换为空间轴信息的特点,结合光谱仪分光功能,建立了一套高时间分辨与光谱分辨能力的发射光谱诊断装置,其时间分辨率和光谱分辨率分别可达26 ps与0.1 nm.利用该诊断装置采集获得了单次脉冲内等离子体的时间演化特性;同时,基于局域热力学平衡等离子体的发射光谱理论,建立了一套谱线拟合的等离子体温度与密度计算模型.相比传统的Boltzmann斜率法与Stark展宽法需要寻找孤立的不受附近谱线叠加的干净线状光谱,建立的拟合光谱模型可以直接处理多条谱线因为展宽效应而叠加形成的光谱线型,计算得到等离子体中电子温度与电子密度.结果表明,在脉冲功率源的作用下,真空弧放电等离子体的电子温度与电子密度分别可达1 eV与3.5×1024 m-3.

提出了一种基于二次离子质谱分析技术的离子束流剖面分布的离线诊断方法，具有分辨率高、可同时给出束流剖面分布和成分信息的特点。利用数值模拟方法对该诊断方法的可行性进行了分析和讨论，并结合原理实验给出了验证结果。结果表明: 该方法可以用于真空密封型中子发生器离子束流剖面分布的诊断，能够成为其他诊断方法的验证手段和有力补充。

作为一种常用的等离子体诊断方法, 原子发射光谱法具有非侵入、 在线诊断、 时空分辨等优点, 在等离子体诊断领域得到了广泛的应用。 作为一种单次脉冲离子源, 真空弧离子源具有结构紧凑、 工作压强低、 束流大和可以随时开始工作等其他类型的离子源所无法比拟的优点, 在离子源研究和应用领域受到了极大的关注。 为了研究真空弧离子源的放电过程, 对其放电生成等离子体的特性进行详细描述, 并为进一步的离子源研究和改进奠定基础, 采用原子发射光谱法对其放电生成等离子体的参数进行诊断。 本文结合原子发射光谱的斯塔克(Stark)展宽和Saha-Boltzmann方程, 发展了两种针对光谱仪采集到的发射光谱数据的处理方法, 可对等离子体的电子温度、 电子密度、 离子温度以及热运动状态进行诊断。 对阴极为Ti(H)材料时真空弧离子源放电生成的等离子体, 分别采用这两种方法对其进行了诊断, 对诊断结果的有效性进行了判断。 此外, 还对光谱采集过程中, 实验室背景辐射对诊断结果的影响进行了讨论。

真空弧离子源的引出束流具有低能、强流等特点，当离子源工作在单脉冲模式时，被广泛采用的缝-杯式和Alison式发射度测量方法不再适用。采用基于成像板的胡椒孔法测量了真空弧离子源的发射度。初步研制了胡椒孔法发射度测量装置，利用该装置测量了引出电压为64 kV时脉冲束流的发射度和发射相图。在x方向和y方向，测得归一化均方根发射度分别为6.41,4.61 π·mm·mrad。测量结果表明该真空弧离子源在64 kV时的归一化发射度远大于其他类型的离子源的发射度。