真空弧放电产生的离子种类多,离子电荷态高,而且引出离子流强大,所以广泛应用在镀膜沉积、离子注入、强流离子加速器等领域。特别地,金属氘化物阴极真空弧放电可以提供强流氘离子束,常用作密封中子管离子源,用来产生高产额中子,在石油探井、中子活化分析、无损检测等领域有重要应用。尽管真空弧放电在工业上应用广泛,而且研究已有一百多年的历史了,但直到现在,真空弧放电过程还没有被完全理解。而且研究人员的关注点基本都在金属材料,对金属氘化物这种特殊的电极研究甚少。金属氘化物相比金属电极来说,多了氘气释放和氘气电离两个过程,物理过程会更加复杂。本文针对金属氘化物阴极真空弧放电现象,采用光学和电学等多种诊断方法,从实验上测量了阴极斑、氘气释放规律、等离子体参数和氘离子比例等特性。阴极斑是真空弧放电最典型的特点,本文采用增强电荷耦合相机（ICCD）和电子扫描显微镜（SEM）两种方法对金属氘化物阴极真空弧放电产生的阴极斑进行了研究。为了拍摄清晰,同时获得大视场,特地研发了一套放大镜头用来观察阴极斑。ICCD相机最小分辨时间为2 ns,低于阴极斑寿命,所以可以获得阴极斑演化过程。ICCD相机拍摄结果表明,在电极表面氘气阻挡作用下,新阴极斑就在老阴极斑附近产生,新老阴极斑聚集在一起,形成一团等离子体光斑,直到放电结束;极少数情况下,当液滴溅射距离远离原来阴极斑区域时,也会存在多个光斑。同时用不同波长滤光片观察了不同粒子在阴极表面的分布,发现氘原子角向分布更均匀,而钛离子集中在放电点附近。SEM观察结果表明,蚀坑相互紧邻,和ICCD只观察到一个光斑一致;从形貌上看,阴极斑呈现出第一类阴极斑特征;氘气释放时穿过阴极斑液态池,在蚀坑上留下很多气孔,再加上阴极斑位置重叠,阴极表面呈现出棉絮状。等离子体参数是放电的重要性质,主要包含电子温度和电子密度。金属氘化物阴极真空弧放电时,氘气参与碰撞和电离过程,会严重影响等离子体参数。本文采用发射光谱法,对等离子体发射光谱进行了分析,发现电子温度为1eV左右,相比金属电极有明显下降,电子密度处于1015cm-3量级。释氘规律是金属氘化物阴极真空弧放电独有的特色之一,本文首先通过密闭腔室测量了放电释放的氘气量,然后采用示踪元素法测量了放电时阴极表面残余氘气压,这个参数是首次通过实验方法获得。结果表明,放电时,电极释放的氘气分子总量约为1013个;阴极表面残余氘气压约为0.1 Pa,受阴极斑连续分布影响,放电后期容易饱和。氘离子比例是离子源特别关注的参数,它关系着引出束流有效利用效率。本文针对氘离子比例,研制了一套简易磁分析装置,不追求高分辨率,仅可分辨气体离子和金属离子。由于钛原子更容易电离和阴极鞘层反射,等离子体中氘离子比例约为30%,低于电极中氘原子比例。本文从实验上系统地研究了金属氘化物阴极真空弧放电现象,了解了这种类型放电的很多特性。研究结果既有助于理解金属氘化物阴极真空弧放电过程,也可以为该类型真空弧离子源设计提供指导。