Page 129 - 《真空与低温》2025年第3期

400 真空与低温 第 31 卷 第 3 期

的结果，如表 1 所列。蒙特卡罗仿真得到的稳态温 靶的温度随时间变化的升温曲线。其中插图显示
度低于理论计算值，原因是电子束输入功率并未完 了 0～0.5 ms 时间范围内的放大曲线图片。图 2（b）
全转化为靶材的热量。需要说明的是，这里暂不考 进一步给出了图 2（a）对时间的微分曲线，拟合了
虑靶材熔点温度的限制。 不同电子束电流密度条件下的靶材升温速率随时
间的变化，并计算出升温速率的均值。电流密度 J

2
体探测器 D1 800 为 100 mA/cm 时 ， 靶 材 升 温 的 平 均 速 率 达 到 了
{（x, y, z）}
x∈[−10 μm, 10 μm], 透射出的 700 12 169.44 K/ms，是电流密度 J 为 1.6 mA/cm （平均
2
y∈[−10 μm, 10 μm], X 射线 600
z∈[−10 μm, 10 μm]} 升温速率为 183.68 K/ms）的 66.25 倍。
500 （GeV·cm −3 ）
d=1.0 μm 400
电子束 300 表 1 微纳结构钼靶温度的理论计算与数值模拟结果对比
x 200 能量沉积/ Tab. 1 Comparison of theoretical calculations and numeri-
h=0.9 μm
100 cal simulation results for micro-nanostructured
z
y 0 molybdenum target temperatures
电流发射密度 仿真温度 稳定时间/ 理论计算得到的
图 1 电子束轰击微纳结构阳极钼靶的结构示意图
2
J /（mA/cm ） T /K ms 最高温度 /K
Fig. 1 Schematic diagram of electron beam bombardment on
100 3 595.7 1.4 3 982.8
micro-nanostructured molybdenum anode target
16 2 274.3 4.6 2 521.5
图 2（a）展示了根据式（3）计算得到的在不同 10 2 022.2 5.8 2 239.5
电流密度 J 电子束的持续轰击下，微纳结构阳极钼 1.6 1 279.8 18 1 417.7

4 000
3 982.83 K

3 000
2 521.52 K
温度/K 2 000 2 239.54 K
4 000
1 417.65 K
3 000 1 000
温度/K 2 000 2 082 K J=1.6 mA/cm 2
J=10 mA/cm 2
J=16 mA/cm 2
1 000
J=100 mA/cm 2
329 K
0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
时间/ms 时间/ms
（a）微纳结构阳极钼靶的温度变化曲线
10 4 J=1.6 mA/cm 2 4 000
平均速率: 183.68 K/ms
J=10 mA/cm 2 3 500
（K·ms −1 ） 10 2 J=16 mA/cm 2 3 000 （27.91 mA·cm , 2 896 K）
平均速率: 1 185.94 K/ms
−2
平均速率: 1 916.93 K/ms
J=100 mA/cm 2
2 500
平均速率: 12 169.44 K/ms
升温速率/ 1 稳态温度/K 2 000 （6.35 mA·cm , 2 000 K）
−2
1 500
1 000
500
0 5 10 15 0 20 40 60 80 100
−2
时间/ms 电流密度/（mA·cm ）
（b）微纳结构阳极钼靶的温度相对时间的微分曲线 （c）电子束轰击使靶材升温后的稳态温度与电流密度关系曲线
图 2 电子束轰击下微纳结构阳极钼靶的温度演变特性
Fig. 2 Temperature evolution characteristics of micro-nanostructured molybdenum anode target under electron beam bombardment