脉冲强流电子束的发射度测量

本文描述了利用多孔板测量脉冲强流电子束发射度的原理和方法。考虑了空间电荷和轴向磁场对测量的影响。实验参量是阴极形状、阳极网孔、二极管距离和电压、电流幅值。在直线感应加速器上、用天鹅绒平面阴极和腐蚀的钨网阳极,当束能为1.32MeV、束流为2kA时,测得均方根发射度ε_(rm)=79cm.mrad,相应规一化亮度B_n=4.8×10~3A/(cm.rad)~2。     

“神龙一号”直线感应电子加速器

"神龙一号"加速器是一台20 MeV直线感应电子加速器. 本文介绍了"神龙一号"的物理设计、研制过程和调试结果. 物理设计主要分析了加速器研制的技术难点,并给出各分系统应达到的技术要求和具体结果. 文中重点介绍了脉冲功率系统、注入器、束流的调试情况,调试结果表明,"神龙一号"加速器输出电子束的参数为：电子能量20MeV、束流强度2.5kA、束流脉冲宽度～70ns、能散度0.64%、发射度2060mm·mrad、打靶焦斑尺寸1.2mm .     

光阴极RF腔注入器

 光阴极RF腔注入器是一种强流、窄脉冲(ps量级)、低发射度的电子束源。文章给出了CAEP光阴极RF腔注入器的结构和实验结果,结构主要包括驱动激光器、Cs₂Te阴极制备室、2.5个RF腔、高功率微波源和测量仪器等,其中驱动激光器的参数是影响注入器电子束质量的重要因素;实验上,该光阴极RF腔注入器可稳定输出能量2MeV、流强70A、发射度～4mm.mrad的高亮度电子束流。     

用修正三梯度法测量束流发射度

 介绍了修正三梯度法的原理和利用该方法测量发射度的实验装置。编写了基于束包络方程的数值拟合程序，并进行了模拟计算。用修正三梯度法对3.5MeV注入器出口处脉冲电子束的发射度做了时间分辨的测量。结果表明，当空间电荷力不可忽略时，该注入器输出的电子束脉冲期间中间部分束的发射度为1 040π·mm·mrad。     

强流电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性

本文研究了由1.5MeV直线感应加速器(LIA)引出的2～3kA强流脉冲电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。理论上,利用推导的非线性轨迹方程、K-V包络方程及解析方法研究了空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制并对聚焦实验布局和参数进行了优化选择。实验上,获得了直径5～6mm的最小焦斑(包含90％电子)。实验结果与理论预估基本一致。     

用修正三梯度法测量强流脉冲束时间分辨发射度

三梯度法是加速器发射度测量的一种常用方法,但在低能强流的加速器上,由于空间电荷效应很显著,常规的三梯度方法不再适用.修正三梯度法是常规三梯度法考虑空间电荷效应后的改进,本文描述了修正三梯度法用于强流脉冲电子束发射度测量的理论依据,介绍了修正三梯度方法的实验方案.在35MeV,26kA,～100ns和18MeV,26kA,～100ns的两种强流脉冲电子束进行了发射度的实际测量.文中给出了在两种电子束上分别获得的实验结果和误差分析.实验结果表明,修正三梯度方法是强流脉冲电子束发射度测量的一种有效的手段.     

强流相对论电子束的数值模拟

我们研制了CEBQ程序和ENVLOP程序，模拟稳态相对论电子束在二极管区的产生和加速，以及电子束在阳极通道内的传输过程。CEBQ程序模拟二极管区电子轨道，当阳极电压为1．5MV时，阴极总发射电流为17．9kA，进入阳极通道内的传输电流为4．3kA，阳极入口处D=4cm的束发射度为24．9cm．mrad。ENVLOP程序使用线性近似下的包络方程，描述电子束包络在螺旋管引导磁场作用下的变化，讨论了外加引导磁场对包络的影响。计算结果表明，在合适引导磁场作用下，束包络起伏较小，进入阳极通道的束流(4．3kA)能全部通过。     

10MeV LIA强流电子束的聚焦

 研究了10MeV直线感应加速器（LIA）的输出束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。通过解非线性电子轨迹方程获得实验所需的磁场范围，并解析分析空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制，同时，对束质心螺旋运动影响束聚焦的情况亦做了较为详细的分析。实验结果表明：在合适的螺线管聚焦磁场下，可获得直径≤6mm的电子束焦斑，与理论分析结果基本一致。     

用于短波长FEL的光阴极微波电子枪设计研究

高增益、短波长自由电子激光器需要发射度低、峰值电流高的短脉冲电子束流.采用发射度补偿技术,设计了一台S波段、一个半腔体的光阴极微波电子枪以用于建议中的SDUV-FEL装置.POISSON,SUPERFISH和PARMELA程序的计算表明:当微脉冲电量为2nC时,这种设计能产生ε_n,rms=2.3π·mm·mrad、E_k=4.8MeV的电子束流.报道了该枪的设计考虑和模拟结果.     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理

 分析了对强流相对论电子束采用交变极性聚焦磁场聚焦存在稳定解的条件,提出了采用交变极性聚焦磁场抑制Corkscrew运动的机理.数值计算结果表明,在采用交变周期为1m、峰值磁场设为0.2T的情况下,对于能量为12MeV的电子束,当聚焦布局长度为2.8m时,束质心位移可从5mm（始端）被抑制至近似0 (终端);对于能量为20MeV的电子束,当聚焦布局长度为4.5m时,束质心位移可从5mm（始端）被抑制至近似0(终端)。     

Instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle

One kind of instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle and double imaging optical method has been set up. It is mainly adopted in the test for the intense electron-beam produced by a linear induction accelerator. The system features two characteristics. The first one concerns the system synchronization signal triggered by the following edge of the main output waveform from a Blumlein switch. The synchronous precision of about 1 ns between the electron beam and the image capture time can be reached in this way so that the electron beam emittance at the desired time point can be obtained. The other advantage of the system is the ability to obtain the beam spot and beam divergence in one measurement so that the calculated result is the true beam emittance at that time, which can explain the electron beam condition. It provides to be a powerful beam diagnostic method for a 2.5 kA, 18.5 MeV, 90 ns (FWHM) electron beam pulse produced by Dragon I. The ability of the instantaneous measurement is about 3 ns and it can measure the beam emittance at any time point during one beam pulse. A series of beam emittances have been obtained for Dragon I. The typical beam spot is 9.0 mm (FWHM) in diameter and the corresponding beam divergence is about 10.5 mrad.     

高亮度虚火花电子束发射度的测量

介绍了对一台脉冲线加速器驱动虚火花放电装置产的电子束发射度的测量工作。在十隙虚火花放电室中育以１５Ｐａ的氮气，产生能量为约２００ｋｅＶ，束流２０００Ａ，直径为１ｍｍ和高亮度电子束。在距阳极５ｃｍ处测得电子束的均方根发射度εｒｍｓ≈４８ｍｍ．ｍｒａｄ，规一化发射率εｎ≈４７ｍｍ．ｍｒａｄ。     

Emittance measurements of a laser-wakefield-accelerated electron beam

The transverse emittance of a relativistic electron beam generated by the interaction of a high-intensity laser with an underdense plasma has been measured with the "pepper-pot" method. For parameters pertaining to the forced laser wakefield regime, we have measured an emittance as low as (2.7+/-0.9) pi mm mrad for (55+/-2) MeV electrons. These measurements are consistent with 3D particle-in-cell simulations of the experiment, which additionally show the existence of a relatively large halo around the beam core.     

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9mm和10.5mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。     

厚靶轫致辐射特性的数值模拟研究

X光机正朝高能强流方向发展.这些装置中普遍采用mm厚度的重金属厚靶,其辐射特性和各种参数间的规律受到关注.本文采用基于蒙特卡罗法的EGS4程序比较全面的研究了高能X光机中所关心的靶厚度的选择、轫致辐射场的角分布和X射线能谱的规律.同时还专门就X光强度和束流发射度、打靶焦斑尺寸三者的依赖关系进行分析,结论表明针对现有的X光机参数,不用担心因追求小焦斑而带来X光照射量的损失。文中还分析了强束流条件下单粒子蒙特卡罗模拟程序的适用性.文中结论和已有实验结果吻合,对实际工作具有意义.     

An emittance measurement device for a space-charge dominated electron beam

Beam emittance is one of the most important parameters for electron sources. To investigate the beam emittance of the 3.5-cell DC-SC photocathode injector developed at Peking University, a multi-slit emittance measurement device has been designed and manufactured. The designed slit width, mask thickness and beamlet drift length are 100 μ m, 3 mm and 430 mm respectively. It is suitable for the electron beam with energy of about 5 MeV and the average current less than 0.1 mA. The preliminary measurement result of the rms emittance of the electron beam produced by the DC-SC injector is about 5-7 mm·mrad.     

3.5 MeV无箔注入器束流调试

 3.5 MeV 注入器是“神龙一号”直线感应加速器的束源，在注入器束流调试中，首先通过数值模拟方法，初步确定束流过聚焦和聚焦不足两种极端情况下引出线圈输运磁场峰值的变化范围；然后以注入器出口束流波形为参考，通过实验调试找到了这两种情况下引出线圈输运磁场峰值的实际配置；再通过测量束流的剖面或发射度，在这两种配置中选定一个折中的引出线圈磁场配置，并最终确定了注入器输运磁场的总体配置。经过调试完成后的注入器束流为3.6 MeV，流强为2.8 kA，归一化边发射度为1 040 mm·mrad，达到了预期的指标。     

Ultralow emittance, multi-MeV proton beams from a laser virtual-cathode plasma accelerator

The laminarity of high-current multi-MeV proton beams produced by irradiating thin metallic foils with ultraintense lasers has been measured. For proton energies >10 MeV, the transverse and longitudinal emittance are, respectively, <0.004 mm mrad and <10(-4) eV s, i.e., at least 100-fold and may be as much as 10(4)-fold better than conventional accelerator beams. The fast acceleration being electrostatic from an initially cold surface, only collisions with the accelerating fast electrons appear to limit the beam laminarity. The ion beam source size is measured to be <15 microm (FWHM) for proton energies >10 MeV.