超快电子枪发射系统的优化设计

改进了超快电子衍射系统发射部分的数值计算模型和处理方法,使得计算结果更加接近于实际发射情形.研究了阴极表面面型对超快电子衍射系统时间分辨率的影响,提出了改进超快电子衍射系统时间分辨率的一个思路,该思路对于超快电子枪的设计及提高系统时间分辨率具有一定的作用.     

电子脉冲在飞秒电子衍射系统中的传输特性

优化设计了一套超快电子衍射系统.用轨迹追踪法讨论了光电子在阴极上有150 fs的时间弥散量，及其静态、动态特性(电子束斑、时间弥散、方位角、倾角)在超快电子衍射系统中的传输情况.用Monte Carlo方法对光电子的初始状态进行抽样、用有限差分法计算二维、三维空间电场分布，用有限元法计算磁场分布.     

超快电子衍射系统的时间空间分辨能力研究及其优化

超快电子衍射技术是研究物质瞬态结构变化及超快结构动力学的有效手段.研制了国内第一套同时具有超快时间分辨及超高空间分辨能力的超快电子衍射系统,并研究了在该超快电子衍射系统上实现超快时间分辨及超高空间分辨能力的技术手段及其优化方法.实验结果表明：经过优化后该系统可以具有优于500 fs的时间分辨能力,其空间分辨能力达到0.04%的衍射峰位置变化,对应的晶面变化为0.0005?.该系统可以为实时测量超快光脉冲激发的物质瞬态结构变化,特别是为研究晶体材料的超快动力学行为提供了强有力的实验工具. 关键词： 超快电子衍射 空间分辨 时间分辨     

飞秒电子衍射系统中调制传递函数的理论计算

主要介绍了飞秒电子衍射系统的组成及设计指标. 包括光电阴极、电子聚焦系统、电子偏转系统、双微通道板(MCP)电子探测器等，并给出了基本的设计思路、设计结果. 光电阴极是由位于蓝宝石晶体上面的银膜构成，为了获得足够小的电子束斑以及减小电子上靶时的角度，紧贴栅极后放置一个100μm的小孔，对电子束的形状和大小进行限制. 采用磁电子透镜进行聚焦，电子衍射图样由放置在样品后面的双MCP像增强器进行探测. 在设计计算时，用Monte Carlo方法对光电子的初能量、初角度以及初位置分布进行抽样，用有限元法计算磁透镜 关键词： 飞秒电子枪 有限元法 Monte Carlo模拟 调制传递函数     

高相干超快电子源研究进展

以原子级时空分辨监测物质的动力学行为并从最根本层面理解自然界中的微观基本过程一直是飞秒物理、飞秒化学以及飞秒生物学研究的目标.时间分辨电子衍射巧妙地结合了抽运-探测技术和电子衍射技术,可实现直接"观察"和"冻结"类似的超快过程.然而,目前常用的超快电子探针的横向相干性仍受到电子源的初始尺寸、有效温度、能量弥散以及电子间固有库仑排斥的限制,还很难分辨化学和生物相关的复杂有机分子.近年来大量研究工作都集中在发展高相干的超短电子源,其不仅对时间分辨电子衍射研究起到推动作用,也将极大地促进超快电子显微镜、相干衍射成像以及叠层成像等的发展.本综述以相干性为主线,介绍了几种常用平面阴极光电发射源的研究进展,并从产生机理、独有特性和实验成果方面讨论了尖端发射源和冷原子电子源这两类新型的高相干超快电子源,最后对衍射技术的相干性发展和未来应用进行了展望.     

室温下金属中电子格林艾森常数的测量

在室温条件下用自己研制的超快电子衍射实验设备精确测量了金属铝的电子格林艾森常数(γ_e).当飞秒脉冲激光瞬间加热铝膜时,电子和晶格对固体热膨胀的作用在时间域上是不同步的,借助于超快电子衍射实验设备的高时间分辨能力,可以摆脱以往测量非磁性金属材料时低温的限制,在室温条件下,实验通过直接观测瞬间加热的铝膜中电子和晶格对热膨胀的不同贡献得到电子的格林艾森常数. 关键词： 格林艾森常数 超快电子衍射 晶格热运动 电子热运动     

超快电子衍射仪理论及实验研究

研制一套同时具有时间分辨及空间分辨能力的超快电子衍射(UED)系统,理论时间分辨能力达到300 fs,空间分辨能力160 lp/mm,并对该系统进行了静态性能分析。实验表明,优化后系统电子束直径约为300 m,电子打靶角度约为0.09,同时对x和y偏转板的灵敏度、电子束斑尺寸及位置稳定性进行定量分析,利用该系统进行多晶铝膜电子衍射实验,分析衍射图样表明系统最小可以分辨单个晶格间距的0.36%。     

超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计

由于空间电荷效应的限制,产生百飞秒的极短电子脉冲是超快电子衍射技术的一大难点.同时,电子的穿透深度随着电子能量的增加而增加,而电子的散射几率却具有相反的规律.因而,除了时间分辨的提升,还需要可宽范围调节的电子能量以优化不同厚度样品对其的需求.基于此,提出并设计了一种新型超紧凑电子枪,结合均匀场阴极和可移动阳极的配置,可在10-125 kV加速电压范围内实现100 fs量级时间分辨率.通过优化设计高压电极轮廓,使得其轴上和整个阴极面的场增强因子在不同阴阳极间距下均小于约4%,从而保证了不同加速电压下最大轴上场强均可达10 MV/m量级,有效地抑制了电子脉冲的展宽效应;进一步将阳极小孔设计成可放置致密电镜载网的阶梯孔,一方面可将载网支撑的样品紧贴小孔后方放置,最大程度上缩短了电子从阴极到样品的时间弥散,同时也可以有效地减弱阳极孔对电子束的散焦效应,提升电子束的横向聚焦性能.     

大梯度指数掺杂透射式GaAs光电阴极响应特性的理论分析

讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极, 即大梯度指数掺杂透射式GaAs 负电子亲和势 (NEA) 光电阴极, 模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性. 理论分析结果表明, 由于大梯度指数掺杂设计方式, 在吸收层内形成较大的内建电场, 因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短, 当GaAs吸收层厚度～0.9 μm时, 其响应时间达到～ 10 ps, 说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性. 同时在整个光谱响应范围内, 量子效率达到约10%-20%, 空间分辨力显著高于以往的计算结果. 分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下, 这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限, 提高GaAsNEA阴极本身的分辨力, 有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域, 进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.     

氩气中飞秒超强紫外激光成丝的实验研究

中心波长808 nm,脉宽70 fs的钛蓝宝石激光系统三倍频后产生的中心波长268 nm、带宽1.5 nm、单脉冲能量0.58 mJ的紫外超快激光光源经凹面镜聚焦后注入到样品池氩气中,由强场非线性效应诱导形成了等离子体通道,并对紫外激光脉冲光谱进行展宽.实验着重研究了268 nm波段的紫外激光成丝特点,以及在不同气体压强、聚焦长度、气体种类等条件下紫外光丝对光谱的调制作用.在2.2×105Pa氩气气压、焦距1000 mm条件下,可以获得光谱宽度3.3 nm,加宽为人射紫外脉冲的2.2倍.实验观察到压强和聚焦长度的增加都有利于等离子体通道的增加,有利于光谱展宽.紫外激光诱导的等离子体通道为在紫外波段内获得极端超快激光脉冲提供了有效的途径.     

用于DC–SC超导光电子枪中的光阴极的研制

DC-SC超导光阴极微波电子枪是一种新型的高平均流强电子源,本文介绍了其中的关键部件—光阴极的研制.在自行研制的光阴极制备室里成功制备了两种光阴极:Cs₂Te和Cs₃Sb光阴极.Cs₂Te光阴极的寿命长,用266nm紫外光激发,量子效率QE>25%,真空中(1×10^－5Pa)寿命50h.Cs₃Sb光阴极是多层膜结构,用532nm激光激发,量子效率2%,真空中(10^－5Pa)寿命只有几个小时.两者都可以满足电子枪的设计要求,但是由于Cs₂Te光阴极更稳定,在目前的DC-SC超导光电子枪调试实验中采用这种光阴极     

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。     

Multi‐use high/low‐temperature and pressure compatible portable chamber for in situ grazing‐incidence X‐ray scattering studies

The multipurpose portable ultra‐high‐vacuum‐compatible chamber described in detail in this article has been designed to carry out grazing‐incidence X‐ray scattering techniques on the BM25‐SpLine CRG beamline at the ESRF. The chamber has a cylindrical form, built on a 360° beryllium double‐ended conflate flange (CF) nipple. The main advantage of this chamber design is the wide sample temperature range, which may be varied between 60 and 1000 K. Other advantages of using a cylinder are that the wall thickness is reduced to a minimum value, keeping maximal solid angle accessibility and keeping wall absorption of the incoming X‐ray beam constant. The heat exchanger is a customized compact liquid‐nitrogen (LN2) continuous‐flow cryostat. LN2 is transferred from a storage Dewar through a vacuum‐isolated transfer line to the heat exchanger. The sample is mounted on a molybdenum support on the heat exchanger, which is equipped with a BORALECTRIC heater element. The chamber versatility extends to the operating pressure, ranging from ultra‐high vacuum (<10^?10 mbar) to high pressure (up to 3 × 10³ mbar). In addition, it is equipped with several CF ports to allocate auxiliary components such as capillary gas‐inlet, viewports, leak valves, ion gun, turbo pump, etc., responding to a large variety of experiment requirements. A movable slits set‐up has been foreseen to reduce the background and diffuse scattering produced at the beryllium wall. Diffraction data can be recorded either with a point detector or with a bi‐dimensional CCD detector, or both detectors simultaneously. The system has been designed to carry out a multitude of experiments in a large variety of environments. The system feasibility is demonstrated by showing temperature‐dependence grazing‐incidence X‐ray diffraction and conductivity measurements on a 20 nm‐thick La_0.7Ca_0.3MnO₃ thin film grown on a SrTiO₃(001) substrate.     

Electron beam lithography with a Gaussian current distribution for nanolithography

The parameters of a system of electron beam lithography with a Gaussian current density distribution are studied. The dependence of resolution on magnification and the ratio of anode potentials are analyzed. A model of a three-electrode electron gun with a ZrO/W cathode is used. Stochastic aberration is taken into account. It is shown that a resolution of 10 nm is obtainable even if an electron gun with the simplest geometry is used.     

Start of Electron Cooling System for the NICA Booster

In order to achieve the required beam parameters in the NICA booster, the electron cooling system (ECS) was designed and manufactured at the Institute of Nuclear Physics (INP), Novosibirsk. In 2017, the system was shipped to JINR and its assembly and commissioning started. A specific feature of this system is that, for the first time ever, the electron cooling method with a magnetized e-beam is applied at the superconducting synchrotron; this imposes some additional requirements for the design and start of the ECS, operating at room temperature. This paper describes the main steps of the ECS assembly and start at the straight section of the booster, including mounting mechanical, electrical, and plumbing systems (water, electricity, air, and oil system) and geodetic works on installing the system on site. The measured magnetic field homogeneity for the straight solenoid is given. The assembly of vacuum and magnet systems takes several steps because of the ECS design features. At the final assemblage stage of the vacuum system, the vacuum chamber is baked up and the bulk getters and the cathode of the electron gun are activated. Upon completing assembly and testing the high voltage system, the E-beam is conducted from the gun to the collector.     

220 GHz回旋管脉冲磁场系统和电子枪的设计与实验研究

 根据220 GHz回旋管的工作要求,设计了其所需的脉冲磁场系统与电子枪。脉冲磁场系统采用哑铃状结构,具有均匀区长、电阻小与电感小等优点,可以在较低电容与电压下获得更高的脉冲峰值磁场,并分析了其脉冲放电特性。电子枪采用双阳极磁控注入枪,用EGUN对其进行了设计优化,电子注纵横速度比为1.53,速度零散为3.1%。实验研究表明,脉冲磁场峰值强度达到8 T,电子注电流达到2 A,电子电流基本传输到靶片,控制极与阳极没有截获到电子,脉冲磁场系统与电子枪工作正常,达到设计要求。