大面积微通道板（MCP）电子清刷测试系统设计

电子清刷是提升MCP性能的有效手段,鉴于目前国内的清刷测试系统只适用于直径30 mm以下的MCP,设计了一套4工位大面积MCP（500 mm100 mm）的清刷测试系统。该系统4个工位均可实现对大面积MCP的电子清刷,且其中一个工位兼具测试功能,可以测试清刷前后MCP的参数变化,清刷测试工位可实现相互转换。通过均匀紫外光照射金阴极产生均匀电子再经标准MCP（105 mm）倍增后得到用于清刷的可调均匀电子束。多次抽真空、检漏、及对该系统的烘烤处理使该系统达到真空度510-4 Pa的时间小于45 min,且极限真空度优于510-5 Pa,完全满足了清刷测试的指标要求。针对负载对该真空系统抽真空难度带来的影响,定义了负载影响因子K,并在实验过程中对K值作了量化计算（K值在0.35~1.57范围内）,揭示了K值与该系统抽真空难度存在的正比例关系。     

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。     

电子帘加速器电子枪的研制

研究了电子帘加速器电子枪的束流传输特性,分析了影响束流纵向均匀性的几个因素,尤其对灯丝的下垂问题提出了一种理想的端约束模型.介绍了新研制的电子枪,其束流纵向不均匀度≤±10%.     

二次发射微波电子枪的倍增特性

 利用3DRun程序通过数值模拟计算，对二次发射微波电子枪的束流倍增特性作了研究。用1维模型计算了束流倍增与腔两极间距离以及腔中场强的关系，并详细给出了腔两极间距离为10mm,场强为5-4MV/m时出射电子纵向聚束及能量聚焦过程；利用3DRun程序研究了在高频场及粒子束本身空间电荷场的共同作用下，束流在3维运动过程中的倍增特性，计算了出射束流的发射度。通过计算表明：二次发射微波电子枪可以提供低发射度、高流强的电子束。     

强流电子枪电子光学性能的研究

 利用SLAC-226程序对一种工业用大功率电子加速器(450kW)的电子枪光学系统性能进行了研究。计算程序以带电粒子的洛伦兹力运动方程的相对论形式为基础，在充分考虑了空间电荷效应和电子自身产生磁场的情况下编写而成。在该程序中，网格的划分采用正方形网格；解泊松方程采用半迭代切比雪夫法；解轨迹方程采用四阶龙格 库塔法。经过对轴上电位的优化计算，得到了轴上电场的分布，电子轨迹以及阳极孔处的径迹斜率等结果，并且对外加电场与空间电荷场对束流的聚焦作用作了比较分析。计算发现，电子初始角和初始能量（对束流的）聚焦性能影响很小，二极管间距 d=58.5mm时对束流聚焦最有利。     

集装箱检测系统用加速器电子枪的特性研究

 研究了固定式海关集装箱检测系统用9MeV电子行波直线加速器电子枪的结构特点和束流特性。该电子枪采用钪酸盐阴极,在灯丝电流为2.4A,阳极引出电压为-40kV的工作条件下,由电子枪发射到加速器入口处的脉冲电流强度为300mA,在加速器出口处,束斑截面小于φ2mm;打靶后,产生的X射线剂量率大于30cGy/(min× m)。电子枪的良好特性及束流强度保证了集装箱检测图像所需的高分辨率的要求。为保证满足更换电子枪时的安装要求,利用EGUN程序模拟计算了电子枪的结构及束流特性,为实际装配和使用提供了参考尺寸和调试参数。     

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     

120 MW束流功率速调管电子枪设计

 速调管电子枪是速调管重要部件之一,它为速调管高频腔提供直流电子注。对国产50 MW速调管电子枪束流光学系统进行了模拟分析,并对电子枪陶瓷筒进行了重新设计和优化。为了在国产30 MW速调管的基础上设计50 MW速调管,采用进口钡钨电子枪阴极来减小蒸发和抑制打火,将电子注电压提高到320 kV,电流和导流系数分别为346 A和1.91 μp,以满足速调管功率提高的需要。设计出低电场强度（22.1 kV/mm）电子枪新结构,即在不影响电子枪内部束流稳定的前提下,将陶瓷筒设计成靠近阴极端半径较大而远离阴极端半径较小的形状,以避免高功率运行致使陶瓷筒的损坏。     

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。     

高效率行波管电子枪设计及其优化

 利用综合迭代法初步确定了用于高效率行波管的电子枪几何尺寸参数，考虑电子枪设计对导流系数、注腰半径、层流性等参数提出的要求，通过建立评价电子注性能优劣的目标函数以量化设计结果;应用EGUN软件和步长加速直接求优的方法对目标函数进行了优化，优化结果满足了设计要求。该电子枪已经用于制管实验，电子注静态通过率99.7%,动态通过率98.0%,电子效率达到34%，实验结果进一步验证了该电子枪设计的合理性。     

8 mm三次谐波潘尼管大回旋电子枪设计

根据现有磁体条件和工艺设计了一过渡区较长的倒向磁场系统,其主磁场为0.396 T,反向磁场为-0.033 T,并给出了一种实用8 mm三次谐波潘尼管电子枪的设计结果。该大回旋电子枪工作在43.5 kV,1.45 A下,阴极可置于轴向磁场幅值渐减区域。该结构电子枪不追求在通过反转点之前形成薄的环形电子束,不利用突变倒向磁场,不需要刻意控制磁力线与电子注包络走向的一致性,显著降低了调试的难度和要求。最终优化所得电子注的纵向速度零散为4.78%,偏心率为7.18%,速度比高达2.2,而速度比的零散仅为4.88%,满足三次谐波潘尼管的要求。经大信号模拟计算,在该电子枪驱动下,潘尼管器件功率可达31.9 kW,效率高达49.4%,总体参量仍具有吸引力且建立在可实现的电子光学系统基础上。     

Computer Simulation of Axis-Encircling Beams Generated by an Electron Gun with a Permanent Magnet System

Results from computer aided design of a novel electron gun generating axis-encircling beams are presented and discussed. Numerical experiments were performed by the new version of the software package GUN-MIG named GUN-MIG/CUSP. It is based on a self-consistent relativistic model and is developed as a problem oriented tool for analysis of electron-optical systems with magnetron injection guns (MIG) and electron guns with field reversal (cusp guns), forming axis-encircling beams. As a result of the simulations an electron-optical design of a novel electron gun with permanent magnet system was accomplished. The gun is expected to form high quality beams with small velocity spread and beam ripple. Parameters of the generated beams are appropriate for a prospective weakly relativistic high harmonic large orbit gyrotron (LOG). The development of such device is in progress now at the Research Center for Development of Far-Infrared Region (FIR Center) at Fukui University.     

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。     

W波段扩展互作用速调管电子光学系统

W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成,用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪,并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟,导流系数0.21μP,注电流大于0.5A,注平均半径小于0.3mm,射程大于11mm。永磁聚焦磁场约0.33T,传输距离大于50mm,电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试,技术指标满足要求。     

微脉冲电子枪的初步实验研究

给出了微脉冲电子枪的模拟计算及其初步实验结果. 该电子枪采用铜铝镁合金作为冷阴极材料, 在以磁控管作为微波功率源的出束实验中得到了100mA/cm²的电流密度.实验结果与次级电子倍增解析计算和SEEG程序的模拟计算结果基本符合, 初步验证了微脉冲电子枪的基本原理, 为今后实验中得到更大的电流密度打下了基础.     

磁控注入电子枪的研究

介绍了毫米波回旋速调管磁控注入电子枪的结构与特点.依据回旋管对电子枪的要求,考虑相对论效应和空间电荷效应,编制了一套计算程序.利用电子枪模拟程序对电子轨迹进行模拟计算,研究了电极形状、磁场分布以及电子轨迹与电子注参量的影响,为磁控注入电子枪的设计提供了理论依据. The Structure and characteristics of the magnetron injection gun (MIG) for mm wave gyro-klytron are introduced. According to the requirements for the gyro-klytron, the relativistic effect and the space charge effect is taken into account . A program is developed for CAD. An electron gun code is used to simulate the electron trajectory, the influence of electrode shape, magnet field, electron trajectory on the electron beam have been studied. The theory for design of the electron gun is presented.     

A COAXIAL MAGNETRON INJECTION GUN (CMIG) FOR A 2 MW, 170 GHz COAXIAL CAVITY GYROTRON

An electron gun (80 kV / 75 A) for a 170 GHz coaxial cavity gyrotron has been designed, fabricated and tested. Special care has been devoted to the design of the technical part of the electron gun in order to avoid trapping of electrons, which may result in a limitation of the high voltage performance due to built-up of a Penning discharge which may limit the high voltage performance. The performance of the electron gun and electron beam has been found to be well in agreement with the design objective. A stable operation up to I_b = 80 A and U_c = 80 kV has been obtained without any observable beam instabilities. No limitations in high voltage performance due to built-up of a Penning discharge occurred. The influence of the type of electron flow on gyrotron performance has been studied experimentally. The maximum output power has been obtained for an intermediate type of flow.     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

BEPCII电子枪系统设计

 BEPCII改进工程需要更高流强的电子枪。新电子枪系统的物理设计、机械设计、控制系统设计等均进行了描述。电子枪的设计发射电流在脉宽为1 ns时大于10 A，重复频率50 Hz。将会采用脉冲电源来为电子枪提供最高200 kV的脉冲高压。在设计阶段，电子枪的几何结构和束流传输过程利用计算机模拟进行了优化。EGUN和DGUN的计算结果表明导流系数为0.22 mA·V^-3/2，电子枪出口的发射度为16 p·mm·mrad。PARMELA的模拟结果表明束流能顺利地传输至第一根加速管末端，捕获效率为67%，出口的均方根发射度为25 mm·mrad。基于EPICS平台的电子枪控制系统设计也已完成，提供了全新的双脉冲运行模式和2.5 μs长脉冲运行模式。