采用一维无碰撞的动力学鞘层模型计算了脉冲等离子体在恒压引出时的等离子体鞘层厚度变化,分别对短脉冲和长脉冲放电时的离子源发射面演变进行了分析.结果表明:对于短脉冲放电,发射面位置的变化相对等离子体密度的变化存在一定时间的延迟;对于长脉冲的上升沿和直流放电的开启阶段,鞘层厚度变化的速度与离子初始速度相关,稳定后发射面的位置与离子初始速度和等离子体密度的乘积相关.

强流脉冲离子束在靶上的能量密度分布是其研究和应用的一个重要参数.为了解决现有束流能量密度诊断方法的不足,利用红外成像仪测量靶背面的温度分布,从而建立了强流脉冲离子束能量密度分布的红外诊断方法.对能量密度1 J/cm2量级、脉冲宽度为102 ns量级的束流,该方法测量误差好于5%,空间分辨率可达到1~2 mm,具有操作简便、成本低的优点,是强脉冲能量沉积分布的一种高效迅速的诊断方法.

论述了离子束作用下固体表面次级电子产生的机制，介绍了特种真空器件中次级电子抑制的各种方法及其优缺点，提出了脉冲离子束作用下靶面次级电子抑制的自偏势法和曲面靶法等设计思路，并在实验上进行了初步验证。实验结果表明,自偏势电压大于80 V后，次级电子得到很好的抑制。在相同束流情况下，曲面靶较平面靶的次级电子产额少。利用实验结果进行估算得到了近似的次级电子产额约为0.67，比文献中的结果(0.58)偏大。对实验中自偏势法抑制反峰电子电流的效果进行了分析和讨论，结果表明：自偏势法不但能够有效抑制离子打靶产生的次级电子，还能抑制由功率源不稳定带来的入射反峰电子流。

利用强流脉冲离子束（C+,H+）对变形镁合金AZ31的压铸件靶材分别进行1,5,10,20,30,50和100次辐照实验，分析辐照前后表面形貌和相组成，并检测辐照表面及横截面沿深度方向显微硬度。结果表明：HIPIB辐照次数对靶材形貌影响较大，多次辐照使靶材熔坑呈周期性变化趋势；β-Mg17Al12相弥散分布于α-Mg相中。1～30次辐照，表面显微硬度提高，其主要原因为晶粒细化及微应变导致的晶体缺陷；30～50次辐照，显微硬度显著降低，其原因在于晶体缺陷的演变，如位错移动导致的小角度晶界形成，甚至出现回复再结晶过程；50～100次辐照表面显微硬度略有降低，其原因在于辐照表面组织结构及热力学行为达到稳定态。辐照效应形成冲击应力波导致“长程硬化”，20次辐照的横截面显微硬度在距表层30 μm和240 μm处分别达到极大值1.0 GPa和1.3 GPa。

利用强流脉冲离子束(HIPIB)对316L不锈钢进行了表面辐照处理,研究了HIPIB辐照对其在0.5mol/L H2SO4溶液中电化学腐蚀性能的影响.极化曲线测量结果表明,HIPIB辐照能够显著提高316L的抗腐蚀性能,自腐蚀电流对辐照次数的依赖性与自腐蚀电位相比明显较强.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电子探针(EPMA)分析辐照后试样表面形貌、表面层相结构和元素分布的变化.结果表明:HIPIB辐照使试样表面光滑化,表面层产生择优取向,且发生了杂质元素的选择性烧蚀,是316L不锈钢耐电化学腐蚀性能得以提高的主要原因.

用含Cn+和H+、加速电压250 kV、脉冲宽度70 ns、束流密度160 A/cm2的强流脉冲离子束辐照DZ4合金,辐照次数分别为2,5,10,15.实验结果表明:辐照后样品的表面出现了熔坑,多次脉冲辐照后样品的表面熔坑边缘模糊甚至消失.近表面存在厚1～2 μm的重熔层,晶粒较细,晶界模糊;熔坑周围富集Cr和Mo等元素;强流脉冲离子束辐照处理后DZ4合金的耐腐蚀性能明显提高,腐蚀速率下降,这是由于辐照减弱了由于晶界和晶粒本体的成分差异而引起的晶界腐蚀;同时离子束辐照后的DZ4合金在高温氧化时更容易形成一层连续的保护性氧化物,其主要成分是致密的Al2O3,使得DZ4合金的耐高温氧化性能也有所改善.

简要讨论了强脉冲离子束与金属靶材料相互作用的理论模型,以此为基础应用数值计算的方法模拟计算了离子能量为1.0MeV和300keV,束流密度分别为10A/cm2,50A/cm2和100A/cm2的质子束与金属铝靶材料相互作用时的热力学效应,给出了铝在辐照后内部的温度分布、温度梯度分布,以及温度变化速率(加热速率与冷却速率)、热激波的产生与传播过程及应力等模拟计算结果。