工业X光二极管型“单焦点”高重复频率闪光X光机在科学研究、工业检测等领域具有重要应用前景。基于光导开关脉冲驱动源开展了金属阴极工业X光二极管重复频率运行实验,采用烘烤处理方法研究阴极表面吸附特性对重复频率发射特性的影响; 以二极管阻抗模型为理论基础,通过重复频率实验获得的二极管电压维持时间和阻抗特性分析等离子体扩散过程。研究表明：对于高阻抗结构工业X光二极管,金属阴极为表面吸附杂质或气体解吸附形成等离子体发射机制,一次放电后阴极表面对气体的再吸附过程限制了其在高重复频率条件下的电流发射能力,同时由于阴极等离子体扩散过程变慢使得二极管电压脉宽变长。具有高重复频率电流发射能力的阴极是发展“单焦点”重复频率X光机的基础。

通过建立电子的离散发射模型并解析求解泊松方程，研究了两平行板电容器之间电子发散注入时电势的分布情况。结果表明：电子注的进入对无电子时两平板之间的电势产生了周期性和非周期性扰动，周期性扰动的平均效果为零，所以电子注产生的扰动主要由非周期性扰动体现。当电子的入射角度在0°～90°时，扰动出现了4个尖峰，除此之外电子注入对电势的扰动基本上为零，这从理论上解释了MICHELL的九粒子发射模型。

建立了金属阴极和碳纤维阴极的电子发射机制模型,发射后的阴极和碳纤维阴极的微观照片证实了模型的正确性.实验结果与分析表明:一种优化的阴极应该具备多种电子发射机制,整个阴极的电子发射更均匀,碳纤维阴极的电子发射不仅具有尖端的场发射,而且伴随着侧向的表面闪络(随纹).此外和金属阴极相比较,处理后碳纤维阴极具有较慢的等离子体膨胀速度(≤1 cm/μs)并使该实验用微波源具有较宽的微波脉冲输出(≥200 ns).