低反轰多腔热阴极微波电子枪物理设计

 为了开展基于自由电子激光的紧凑型太赫兹源技术研究,获得高品质（强流、低能散、低发射度）电子束,提出了一个低反轰双路微波馈入多腔热阴极微波电子枪的设计方案。用两路独立微波馈入激励微波电子枪,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔。两路微波互不耦合,通过移相器实现首腔和第2腔之间的相移连续可调。理论模拟结果表明:在一个射频周期内,热阴极微波电子枪的电子反轰功率约8 kW,平均反轰功率仅为1.2 W（重复频率25 Hz和脉宽6 μs）。     

用于BFEL的多腔热阴极微波电子枪的设计研究

详细介绍了用于北京自由电子激光器(BFEL)的多腔热阴极微波电子枪的物理设计以及模拟计算结果,给出了出束及热测实验研究结果.该微波电子枪采用双周期轴耦合驻波加速结构,由四个加速腔组成,工作在π/2模,工作频率为2856MHz.该枪在设计中采用了缩短首腔以及增加腔间漂移段等设计思想,大大减小了电子反轰功率,并有效地调节了电子束团的纵向特性.     

FEL用注入器研制

注入器设计过程中主要关注的指标有微脉冲束流强度、电子能量、电子束能散度、反轰功率和发射度等。为了满足自由电子激光研究的需要，要求峰值流强大于5A。由于热阴极微波电子枪存在电子反轰，束流负载效应将引起能散度的增加，因此为了降低能散度，要求尽量降低反轰。利用Suoerfish程序进行了腔形优化设计，分析了加速腔内的电场分布，计算了腔壁的损耗。利用Parmela程序进行了束流动力学计算。为了提高首腔的电子俘获系数，减小电子反轰，设计过场中采用了缩短首腔长度，     

关于热阴极微波电子枪中电子反轰问题的研究

 提出了热阴极微波电子枪的设计中可以通过缩短腔长减小电子反轰功率，并通过模拟计算详细研究了腔长对电子反轰及枪出口束流品质的影响。     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

驻波加速管中的电子反轰现象

在以半腔为首腔的边耦合驻波加速管中观察到了电子反轰现象,由于电子反轰的结果,导致电于枪发射电流非正常增长。本文从纵向运动方程出发,用相轨道方法分析了驻波加速管中的电子反轰运动,并计算了不同电场分布、不同电场幅值及不同注入电压对电子反轰的影响。     

多腔微波电子枪聚束腔作用分析

 分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程,使用RUNGE KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用。研制的4+1/2腔RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段,取得了高占空因子,较高束流功率的实验结果。     

热阴极微波电子枪的电子反轰现象

 利用数值模拟方法研究了热阴极微波电子枪在高重复率（200Hz）时电子反轰运动以及输出束流品质与腔长的关系，并讨论了抑制电子反轰的措施。     

外注入式独立调谐微波电子枪的概念设计

为得到微脉冲束团长度在百fs量级且高重复频率,设计了一种紧凑型的强流电子枪结构独立调谐微波热发射电子枪。该电子腔具有双驻波加速腔,两个驻波加速腔之间相互没有耦合,可以分别独立地馈入功率、调节相位。通过优化功率与相位,可以得到较优的束流品质,同时避免了磁铁和激光系统的使用,使得结构更加紧凑。并采用外注入式结构增大流强、降低能散度,同时消除电子反轰对阴极的负面影响。对不同结构参数的腔体进行1维和3维束流动力学计算,可以得到较为理想的腔体参数。通过调节预注入器的馈入功率和粒子入射相位,可以进一步的压缩束团长度。     

反箭形耦合腔微波电子枪腔结构

 研究了反箭形耦合腔微波电子枪腔体结构。它具有减少电子对阴极反轰、径向电场对称性好 、横向尺寸小、易制造、公差较低等优点。     

B&D of a Multi-cavity RF Gun With Thermionic Cathode for BFEL

Thi spaper describes thedesign,simulation and experiment of a multi-cavity RF gun with thermionic cathode for BFEL.This RF gun consists of 1/2+3 cavities (its first half cavity is about 1/3 of a full cavity) with a axis coupling bi-period standing-wave accelerating structure,and works at π/2 mode,2856MHz.We shortened the length of the lst cavity and added a short drift between the 2nd and 3rd cavities,so that the power of back bombardment electrons was greatly decreased and the logitudinal properties were adjusted properly.     

独立调谐热阴极微波电子枪实验研究

为了研制紧凑型自由电子激光装置,开展自由电子激光太赫兹技术研究,需要研制微波电子枪作为高品质电子束源,为此,中国工程物理研究院研制了独立调谐热阴极微波电子枪。在前期进行了初步热测实验的基础上,通过改进实验环境、优化实验参数,进一步开展大量实验,深入研究了热阴极微波电子枪的热测实验结果。实验结果表明:微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。该热阴极微波电子枪已经应用于紧凑型自由电子激光装置。     

1.6Cell光阴极微波电子枪冷测及初步高功率实验研究

介绍了清华大学加速器实验室BNL/KEK/SHI型1.6cell微波枪调谐以及老练的初步结果. 调谐过程中, 测量了耦合孔尺寸与外部品质因数之间的关系; 给出了0模和π模的频率、单腔频率以及场分布. 目前, 该微波电子枪正在进行高功率微波老练, 给出了该枪初步的微波老练的情况及测量结果.     

热阴极微波电子枪预测式自适应前馈控制系统

 北京自由电子激光装置采用热阴极微波电子枪作为电子直线加速器的注入器,在较长脉冲工作条件下, 热阴极微波枪固有的反轰效应使束流强度随时间增加, 能量因束负载效应而降低, 导致束流能散度变差, 并在随后的加速过程中因注入束流的纵向发射度的扩大而进一步变坏, 最终降低自由电子激光的性能。实验表明, 采用带预测的自适应前馈控制克服束负载效应以及提高微波枪束流质量切实可行。     

紧凑型自聚束微波电子枪设计研究

 提出一种新的紧凑型强流电子枪结构。紧凑型自聚束微波电子枪是一个多驻波腔结构,最大特点是腔与腔之间相互没有耦合,每腔可分别独立馈入功率和调节相位。通过选择合适的馈入功率和高频相位搭配,能够得到较优的束流品质。在此基础上采用外注入电子束的结构,能进一步增大流强和降低能散度,同时消除电子反轰对阴极工作的不利影响。利用Superfish和Parmela程序对腔体结构和束流动力学反复进行计算,确定了一组结构和工作参数。模拟结果表明出束微脉冲峰值流强可以到18 A,能散度小于2‰,横向发射度小于6 πmm·mrad。最后给出腔体冷侧结果,与模拟计算结果吻合得较好。