阴极射线偏转演示实验释疑

在“磁场对电流的作用力”和“磁场对运动电荷的作用力”教学中，阴极射线偏转演示实验起着承上启下的作用．在学生已知磁场对电流有作用力后，自然地提出磁场力是否直接作用于运动电荷？将阴极射线管放在马蹄形磁铁的两极间，从荧光屏上可以观察到：电子束的运动径迹发生弯曲．证明了我们的推想：运动电荷确实受到磁场力的作用．同时可以推论，不载电流的物体是不会使电子束发生偏转的．但是，当我们把一只手靠近射线管时，出乎意料的是电子束也发生了偏转！它偏离了手的方向．而用书本代替手做同样的实验时，却没有明显的偏离现象．为什么…     

超快电子枪时间分辨率测量方法的理论研究

分析了处于扫描状态的超短脉冲电子束在超快电子枪中的传输特性；讨论并获得了一种特定配置的电子枪偏转电压对电子束偏转距离的影响并讨论了截获条件；分析了电子枪偏转电压对电子束到达荧光屏位置的偏转距离的影响,并得到了在扫描状态下电子束能够出现在直径30mm的荧光屏的有效范围内的条件.依据以上结论,分析了时间-空间转换测量法在测...     

低速度零散会切电子枪的设计和数值仿真

根据拉格朗日方程对电子在平滑会切磁场中的径向波动与速度零散的关系进行讨论。运用Matlab,Magic软件相互结合的方法设计电子枪结构和磁场。用Matlab程序模拟单电子在给定电场、磁场中的运动,分析了单电子径向速度对零散的影响,并优化磁场分布。设计的磁场可以有效地减小单电子束径向速度,降低电子束速度零散。用Magic软件对电流为1 A、能量为30 keV的电子束在优化磁场中的运动进行仿真,得到的电子束速度比约为2,速度零散小于2.5%,轴向速度零散小于8.5%。     

二次发射微波电子枪的数值计算方法

阐述了在rfz轴对称坐标系下,计算二次发射微波电子枪中电子束运动的一种数值方法.通过在束流运动区域建立网格,把空间中的电荷密度分布转化为网格上各顶点的电荷密度分布.在束团运动坐标系中,用多重网格法求解Poisson方程,得到束团的空间电荷场.用5阶Runge?Kutta法直接求解相对论下的电子运动方程.通过实例计算,并和MAFIA的计算结果对比,证明其是一种可靠的方法.     

准矩形截面强流相对论带状电子束的传输

提出利用准矩形截面带状电子束传输强电流.相对于目前广泛采用的椭圆形截面带状电子束,在大横纵比,即电子束的宽度(横向)远大于厚度(纵向)的情况下,其厚度沿横向更加均匀,利用冷阴极爆炸发射容易产生.该电子束利于高功率微波发生器中腔体模式的控制和束波作用效率的提高,如果利用模块化的结构还可使阴极及聚焦磁铁在宽度上的扩展更加容易.首先给出了准矩形截面带状电子束空间电荷场的典型分布,然后根据该分布和束匹配的方法对相互独立的周期会切磁铁和边聚焦磁铁分别进行了设计.其中边聚焦磁铁的磁化方向与以往的纵向不同,为横向磁化,其激励的边聚焦磁场在电子束宽边的边缘附近的梯度更大,有利于横向的束匹配.最后根据理论分析的结果进行了粒子模拟.结果表明,300keV,3kA的准矩形截面强流相对论带状电子束可以在0.163T的周期会切磁场和0.064T的横向磁化边聚焦磁场中稳定传输,电流传输效率大于98%.     

一种新型缓变倒向场大回旋电子枪

提出了一种新的利用缓变倒向场获得大回旋电子注的设计方法,在分析缓变倒向场中电子的运动规律和引起偏心与速度零散的各种原因的基础上,设计了一支大回旋电子枪.与传统设计思路不同,这种大回旋电子枪既不追求形成薄的管状电子束,又不追求突变的倒向磁场,因而极大降低了制管工艺和结构复杂性;阴极发射带可以位于倒向点前的轴向磁场幅值渐减区域,通过控制各条轨迹起始点的正则角动量差异,并利用多种不利因素的相互抵消作用来减小偏心与速度零散.模拟计算结果与理论分析一致,表明通过微调电磁场使各种不利因素相互抵消可以显著提高大回旋电子 关键词： 缓变倒向场 大回旋电子枪 偏心 速度零散     

微脉冲电子枪动力学实验研究

微脉冲电子枪是一种利用次级电子倍增效应产生强流电子束的微波电子枪.使用氧化镁作为阴极材料进行了微脉冲电子枪的高功率热测实验, 给出了不同射频功率下的发射电流波形, 并观察到了高阶次级电子倍增效应.实验结果与稳态和瞬态粒子动力学以及模拟计算结果定性符合.     

面源电子枪灯丝的热均匀性分析和设计

测试像增强器荧光屏的亮度均匀性，需要能够发射均匀电子的面源电子枪，设计面源电子枪要对灯丝各点发射的电子数量、电场分布、电子轨迹,以及均匀电子垂直轰击荧光屏几个方面进行理论分析和计算。指出在真空系统中面源电子枪灯丝的热均匀性是使灯丝各点发射的电子数量相等的先决条件，也是灯丝造型设计首先要解决的问题。在真空系统中，热辐射是影响面源电子枪灯丝各点温度的主要因素。参考相关资料，对热辐射均匀性进行了理论分析，推导出3种几何形状的热辐射公式；通过计算和比较，得出了锥状螺旋灯丝的热平衡较好的结论，为下一步电场分析和电子轨迹分析做好了准备。     

圆形有界磁场问题的分类及解析

1对心飞入问题【例1】(2002年高考天津卷)电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,如图1所示.磁场方向垂直于圆面.磁场区的中心为O,半径为r.当不加磁场时,电子束将通过O点而打     

浅议安培力与洛伦兹力

关于安培力与洛伦兹力,现行中专物理教材提到:“(磁场)作用在通电导线上的安培力,只不过是作用在运动电荷上的力(洛伦兹力)的宏观表现”.高级中学课本《物理》甲种本上说“安培力可以看成是这一段通电导体中所有定向运动的电荷所受洛伦兹力的总和”.那么定向运动的电子所受到的洛伦兹力是怎样成为载流导体的安培力的?本文就此问题谈谈自己的一点看法. 1 磁场中静止的载流导体如图所示的载流导体,电流强度为I,处在方向向左的匀强磁场B中,因为载流导体中每个定向运动的电子,都要受到一个洛伦兹力f_L的作用,其大小F_L=evB,方向沿 Z,这导致导体A侧出现负电荷的堆积,B侧出现正电荷的堆积,结果在载流导体上下两侧产生一个U_(BA)的电位差,形成一个沿 Z的横向电场E,故每个定向运动的电子受到一个沿—Z     

存在漂移管和引导磁场情况下强流电子束的发射度

文中考虑了当电子束绕引导磁场发生旋转运动时，强流电子束的发射性质。在均匀分布电荷情况下，导出了发射度的公式，给出了发射度和正则角动量的关系。在轴对称非线性分布电荷情况下．得出了比T．P．Wangler等所给出的更普遍的电子束发射度变化公式。     

思考题（三）参考答案

思考题（三）参考答案（原题见本刊１９９３年第４期）一、磁铁磁场和电流磁场的本质是相同的，都是由于电荷运动而产生的。只不过前者是由于电荷的微观运动产生，后者是由于电荷宏观运动而产生。从对磁场的描述上，两者都可用磁感应强度矢量Ｂ来描述，Ｂ是基本物理量，磁...     

超短电子脉冲的时空转换测量方法理论研究

分析了超快电子枪处于扫描状态下电子束的传输特性,对飞秒量级的超短电子束脉冲通过偏转扫描系统时的偏转距离等物理量进行了数值计算。计算结果显示:为确保电子束能够顺利通过偏转扫描系统并最后轰击直径为30 mm的荧光屏,必须加一个700~1400 V的初始电压,以便抵消负斜坡扫描电压的作用;700~1400 V的初始电压和负斜坡扫描电压的共同作用,是扫描实验成功的一个前提。扫描实验成功的另一个前提是激发光电阴极的光路和控制扫描的电路之间的同步。讨论了前提一带给同步实验的巨大困难,并设计了一个可以在扫描实验中以较高效率调节光路延时的实验系统,该系统可解决脉宽测量实验中扫描斜坡电压信号和超快电子脉冲的同步难题。     

飞秒电子束装置的初步实验结果

 上海应用物理研究所建造并调试了一台飞秒电子束装置。这台装置主要由一把S波段热阴极微波电子枪、一台alpha磁铁和一根SLAC型加速管组成。这台装置可以产生能量为 20~30 MeV,峰值电流为100 A,微束团长度为250 fs的电子束。这篇文章报道了这台装置的调试和电子束团参数的测量。     

合肥软X射线波段自由电子激光注入器模拟优化

合肥软X射线波段自由电子激光项目是基于直线加速器的软X射线光源. 其注入器由光阴极微波电子枪与两个直线加速3米段构成. 光阴极微波电子枪产生束团电荷量1nc、峰值流强100A、重复频率10Hz电子束流, 并利用螺线管磁场在其出口处进行发射度补偿, 在经过一段漂移距离后电子束流进入增强直线段加速. 使在低能端由于空间电荷效应产生的横向发射度增长基本被完全补偿. 本文中利用PARMELA对注入器进行了模拟计算, 对发射度的补偿效果进行了优化, 同时对注入器内各元件的布置也进行了优化. 在注入器出口可以得到归一化横向发射度小于1.5mm.mrad的低发射度束流.     

毫米波速调管电子光学系统的研究

电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键,毫米波速调管零件尺寸较小,为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率,要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析,确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案,利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算,并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压26 kV,发射电流2 A,互作用区长度30 mm,磁场强度大于0.6 T,流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压17 kV,电流0.65 A,互作用区长度20 mm,磁场大于0.9 T,流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管,设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。     

二电子束之间电力的演示

两电子束之间的相互作用力是电力还是磁力;它们之间就大孰小?在电磁学教学过程中应当引导和启发学生思考这些问题.更需要通过实验来演示和分析有关结果. 若一电子流以恒定束流强度和恒定速率向前运动,就可视为稳恒电流.两束相距为α的平行且同向运动的电子束,按直长导线产生磁场的规律与洛仑兹力公式可以计算得单位长度电子束流所受的磁力为 式中λ为单位长度电子束的电量,v为电子的运动速度.上式说明同向运动的电子束的相互作用力是相吸的.该电子束亦可看作不随时间改变的线密度为λ的线电荷分布.单位长度电子束的电荷所受的静电力 电子束…     

W波段扩展互作用器件均匀磁聚焦电子光学系统

扩展互作用器件,采用三个线圈和一个磁极实现均匀磁场分布。根据理论计算采用有限元法磁学(FEMM)仿真软件对所求磁场进行了建模分析,依据FEMM计算的磁场结合静电电子枪,采用CST仿真软件对高电流密度、高压缩比的电子注在均匀聚焦磁场的作用下传输进行优化。经过计算得出,在工作电压为17 kV、阴极发射电流密度小于10 A/cm2的条件下,由皮尔斯电子枪发射的电子注在均匀磁场的聚焦作用下传输良好,通过率为100%,得到了导流系数为0.175μP的电子枪,在均匀磁场区形成了高电流密度、高压缩比的电子注,平均电流密度达到343.17 A/cm2,压缩比为32,电子注横纵速度比为7.2%。     

固态的阴极射线管

一般在电视与计算机监视器中使用阴极射线管都有较大的体积 ,其中安装着电子枪 ,从热阴极发射出的电子通过电子枪将电子送到荧光屏 .现在日本东京大学农业与技术研究所的ＮｏｂｕｙｏｓｈｉＫｏｓｈｉｄａ博士研制了一种新的固态阴极射线管 ,它是让电子通过一个纳米晶体的多孔栅直射到屏幕 ,由于电子的运动方向是垂直于装置的表面 ,所以它们将在荧光屏上生成一个线性点阵 ,并形成一个真正的平面发光源 .因此ＮｏｂｕｙｏｓｈｉＫｏｓｈｉｄａ博士认为他的这个发明与其他平面发光显示板相比 ,具有下列的一些优点 :(1)消耗能量少 ;(2 )可在不…     

电子束在α-磁铁模型中传输模拟与优化

在电子直线加速器设计中,α-磁铁通常被用来压缩脉冲长度,采用热阴极微波电子枪和α-磁铁相结合的设计,可以获得皮秒或亚皮秒量级脉冲长度的电子束。电子束在α-磁铁中的传输过程较为复杂,相关文献介绍的研究成果均是基于理想模型,且有镜板开孔的α-磁铁的束流传输研究,对α-磁铁的使用具有重要的指导作用。本文首先简单介绍了用于高能电子成像装置的α-磁铁模型的设计,对电子束在理想模型与α-磁铁模型中传输模拟结果进行对比分析,验证了所构建模型可以有效地实现脉冲纵向压缩的结论。此外,对以优化角度进入α-磁铁和在空间电荷效应影响下的单束团及多束团束流动力学模拟结果进行了讨论,提出通过减小入射角度来补偿α-磁铁镜板上的束流进出孔对束流传输影响的方案。通过在α-磁铁与电子枪之间增加四极磁铁组,优化了束流发射度和束团尺寸。