高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80 pC的电子束在350 keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14 mmmrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27 mmmrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。     

光阴极电子枪中金属光阴极的热发射度研究

对光阴极电子注入器中金属光阴极的热发射度进行了理论研究.金属光阴极的热发射度由两部分构成.一方面对于理想平坦的阴极,光电子穿越表面势垒后有一定的残余动能,造成一定的热发射度,这部分前人已经做过一些理论研究.本文改进已有的模型,进一步给出了理想平坦光阴极的热发射度.另一方面,阴极表面的粗糙度将造成热发射度的增加,本文首次解析地分析了表面粗糙度对光阴极电子枪热发射度的影响,得到表面粗糙度造成的热发射度的估计公式.本文对金刚石车削后的铜、镁的表面形貌进行了测量,表明粗糙度造成的热发射度大约0.4mm·mrad.本文的热发射度理论能够较好的解释目前国际上铜、镁阴极的热发射度的测量结果.     

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.     

成像法在电磁叠加型光阴极注入器中的应用

光阴极注入器为X射线自由电子激光提供高品质电子束团,其中,阴极面上电子发射的均匀性在很大程度上影响着电子束团的束流品质,实验中常通过测量光阴极量子效率分布来评估电子发射的均匀性。成像法测量光阴极量子效率分布时具有实时、高分辨的特点,目前,此方法只在电磁分离型光阴极注入器中有所应用。探索成像法在电磁叠加型光阴极注入器中应用的可行性,采用理论分析结合数值模拟的方法,研究结果显示成像法适用于电磁叠加型光阴极注入器,且由此获得的量子效率分布具有阴极面中心位置处分辨率优于外层的特点。此外,针对成像法在初始束团横向动量分布测量中的应用进行模拟计算分析,并在此基础上提出一种判断阴极面剩余磁场是否为零的方法。     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

狭缝法合肥光源高亮度注入器发射度测量系统

为了测量受空间电荷效应支配的发射度,合肥光源高亮度注入器采用了狭缝法进行测量,研究了基于狭缝法发射度测量系统的构成,并以实例比较了单狭缝和多狭缝在发射度测量系统中的应用。两种测量方法的结果表明:单狭缝法测量的结果更接近于模拟计算值,可有效避免子束团之间的重叠,适用范围更广。实验结果表明:在240 pC电荷量情况下,合肥光源高亮度注入器仍然具有较小的归一化发射度,为（1.840.085） mmmrad。     

RF腔光阴极注入器中热发射度的测量研究

论文介绍RF腔光阴极注入器中热发射度的测量方法，在注入器中有三个因素影响热发射度的测量，它们是：射频场效应、空间电荷效应和发射度测量误差. 在注入器出口处，电子束发射度由：热发射度、射频场效应引起的发射度增长和空间电荷效应的发射度增长三部分组成. 论文从注入器中发射度增长理论和模拟出发，给出了一个能够消除射频场效应和空间电荷效应的热发射度测量方法.     

电扫描型单缝单丝强流离子束发射度测量仪

 介绍了一台基于电偏转扫描方法的强流离子束发射度仪，讨论了发射度仪硬件的系统构成和设计要点，该发射度仪采用阶梯型电压对通过前缝的束流进行扫描来获得束流散角信息。并对测量计算软件和数据处理方法进行了介绍，采用了先扣除本底，再设置阈值的方法进行数据处理。处理后的数据利用程序可获得均方根和边界发射度、束斑大小、最大正负散角以及发射度相图。利用该发射度仪对ECR离子源引出的强流质子束的发射度进行了测量，并对测量数据进行了分析。对于引出电压为50 kV、脉冲重复频率为166 Hz、脉冲宽度为1 ms、平均束流强度为4 mA的质子脉冲束，其归一化均方根发射度为0.27 pmm·mrad。     

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉（Nottingham）效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明：空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×10⁹–9×10⁹ V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强. 关键词： 热场致发射 诺廷汉效应 空间电荷效应 阴极表面电场     

光阴极微波电子枪中发射度补偿及模拟计算

介绍了上海深紫外自由电子激光用光阴极微波电子枪采用发射度补偿技术的结果 .详细分析了线性空间电荷力的特点及对束流发射度的影响 ,从束流动力学和相空间两方面讨论了发射度补偿原理 .给出了补偿线圈的设计结构及其轴向场分布 .利用PARMELA程序对补偿效果作了模拟计算 .结果表明 ,设计的腔体对单圈 1 .5nC束团 ,在枪出口后 1 .2m处 ,电子能量为 5 .7MeV ,横向归一化发射度εn ,RMS=1 .61 2πmm·mrad. The emittance compensation technology will be used on the photo cathode RF gun for Shanghai SDUV FEL. In this paper, the space charge force and its effect on electron beam transverse emittance in RF gunis is studied, the principle of emittance compensation in phase space is discussed. We have designed a compensation solenoid and calulated its magnetic field distribution. Its performance has been studied by the code PARMELA. A simulation result indicates that the normalized transverse RMS emi...     

Schottky-enabled photoemission in a rf accelerator photoinjector: possible generation of ultralow transverse thermal-emittance electron beam

We present a clear signature of the Schottky effect in a rf photoinjector using photons with energy lower than the Mg cathode work function. This signature is manifested by the shift in the rf phase angle for the onset of the detection of photoelectrons via single-photon absorption and allows for a reasonable estimate of the field enhancement factor. This is a viable method to generate an electron beam with very low thermal emittance and thus, a high brightness beam.     

A method to measure the nonlinear force caused emittance growth in a RF photoinjector

Based on the multi-slit method, a new method is introduced to measure the non linear force caused emittance growth in a RF photoinjector. It is possible to reconstruct the phase space of a beam under some conditions by the multi-slit method. Based on the reconstructed phase space, besides the emittance, the emittance growth from the distortion of the phase space can also be measured. The emittance growth results from the effects of nonlinear force acting on electron, which is very important for the high quality beam in a RF photoinjector.     

Emittance measurement & optimization for the photocathode RF gun with laser profile shaping

The Laser Undulator Compact X-ray source(LUCX) is a test bench for a compact high brightness X-ray generator,based on inverse Compton Scattering at KEK,which requires high intensity multi-bunch trains with low transverse emittance.A photocathode RF gun with emittance compensation solenoid is used as an electron source.Much endeavor has been made to increase the beam intensity in the multi-bunch trains.The cavity of the RF gun is tuned into an unbalanced field in order to reduce space charge effects,so that the field gradient on the cathode surface is relatively higher when the forward RF power into gun cavity is not high enough.A laser profile shaper is employed to convert the driving laser profile from Gaussian into uniform.In this research we seek to find the optimized operational conditions for the decrease of the transverse emittance.With the uniform driving laser and the unbalanced RF gun,the RMS transverse emittance of a 1 nC bunch has been improved effectively from 5.46 πmm.mrad to 3.66 πmm.mrad.     

Study on the W-band photocathode RF gun

In this paper, we continue our W-band photoinjector work. We discuss the production of a high brightness femtosecond bunch using our proposed W-band photoinjector under different parameters. The parameters of the produced bunch are the energy of 1.2 MeV, the length of 60 fs, the peak current of 90 A, the normalized emittance of 0.4 mm mrad and the energy spread of 1.9%. Finally, we present some application examples of the proposed photoinjector.