光阴极电子枪的研究

一、光阴极的研究进展情况 1.问题的提出 在发展FEL的过程中,对电子束的品质提出了很苛刻的要求,而束流品质是用亮度来表征的,规一化峰值亮度定义为:     

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...     

光阴极电子枪微波与激光同步系统研究

光阴极微波电子枪中,微波与激光脉冲的同步问题是其能否稳定工作的关键之一.我们自行设计、采用了一种取样锁相电路,用频率不很稳定的激光脉冲的基波与S波段高频微波直接取样鉴相,提高了锁相精度,实现了超快激光脉冲与高频微波的精准同步,这在国内还是第一次.均方根时间抖动为0.57ps,时间抖动的最大值为2.6ps,锁相精度完全满足SDUV项目光阴极微波电子枪的要求.     

单晶LaB6阴极在微波电子枪中的应用

随着自由电子激光器的发展,高亮度微波电子枪越来越受到重视,为满足北京自由电子激光器注入器的要求,高能所进行了国内首台热阴极微波电子枪的实验研究,采用单晶LaB_6做阴极材料。本文描述了在研制过程中所解决的阴极表面处理、夹持、加热等一系列工艺问题,首次采用电子束焊的方法将LaB_6与基金属牢固结合,最后给出实验结果:阴极发射密度可达84A/cm~2,阴极寿命200h,加热灯丝寿命大于500h。     

光阴极微波电子枪驱动激光整形与传输系统

为满足合肥先进光源对高品质注入束流的要求,合肥先进光源预研项目研制了一套光阴极微波电子枪系统作为注入器电子源。为降低空间电荷效应引起的束流发射度增长,对驱动激光整形及传输系统进行了理论和实验研究。通过双折射晶体的脉冲时间整形以及采用光阑高斯截断的空间整形,得到了近似均匀分布的激光脉冲。像传递激光传输光路,实现了光阴极表面激光位置的高稳定性。实验结果显示,光阴极表面的激光位置抖动小于4 μm,激光性能满足实验要求。     

光阴极微波电子枪中时间抖动对粒子动力学的影响

对光阴极微波电子枪粒子束性能起决定性影响的因素之一就是激光脉冲相对加速微波相位的时间抖动. 对这种时间抖动的测量和反馈控制进行了理论和实验分析, 并对时间抖动对束流品质的影响进行了模拟研究, 得到了利用锁相环回路降低激光脉冲相位噪声的实验经验, 为光阴极微波电子枪中激光与微波相位同步问题提出了解决方法.     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO2作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10-6 A·V-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10-6 A·V-3/2,与设计基本符合。     

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。     

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。     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

 设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO₂作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10^-6 A·V^-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10^-6 A·V^-3/2,与设计基本符合。     

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.     

强流低发射度光阴极微波电子枪的优化设计

为了实现高增益 FEL,对其关键部件光阴极微波电子枪进行了优化设计 ,还就发射度补偿技术进行了较详细的考虑 ,并用 PARMELA程序进行了粒子动力学的模拟 ,初步给出了为降低初始电子束团横向发射度的优化参数。     

BEPCII新加速管的高功率测试和老练

BEPCⅡ(北京正负电子对撞机重大改进工程)要求其直线注入器提供更高的能量和流强,为此必须改进正电子产生靶前后的加速管,以提高加速梯度,并消除原有加速管因长期运行后性能有所下降的隐患.本文叙述了新加速管的高功率测试,包括测试装置的设计、建立,微波功率源(速调管)的调试和加速管高功率测试结果及其分析.     

热阴极微波电子枪模拟计算

用模拟计算方法,研究了热阴极微波电子枪的束流动力学行为,采用笛卡尔坐标,编制了准三维模拟计算程序──HOTGUN.计算中除考虑了射频场外,还充分考虑了空间电荷效应(空间电荷场为轴对称场)、肖特基效应及稳态负载效应等.文中给出了HOTGUN程序与PARMELA部分模拟结果及中科院高能所自由电子激光室微波电子枪热测实验台部分实验结果的比较,最后以用于北京自由电子激光器的多腔热阴极微波电子枪为例,给出了详细的HOTGUN程序模拟计算结果.     

北京大学高平均流强光阴极电子枪驱动激光系统

DC-SC超导光阴极注入器将直流光阴极电子枪和超导加速腔结合在一起,其特点之一是适合于提供高平均流强电子束.文中介绍了直流光阴极电子枪的驱动激光系统的研制.该驱动激光系统的主机为瑞士TBP公司的GE-100-XHP型激光器,是采用可饱和吸收镜技术的被动锁模激光器,其工作晶体为Nd:YVO₄,输出波长为1064nm,脉冲重复频率为81.25MHz,平均功率10W.该驱动激光系统配套的CLX-1100同步控制器可以将激光脉冲与射频参考信号严格锁定,随机抖动不大于1ps.根据使用要求,作者研制了高效的激光倍频器,获得了大于1W的266nm紫外激光.同时,激光到光阴极的传输设计中,采用了傅立叶光学技术,在紫外激光功率650mW左右的条件下,从自行研制的Cs₂Te光阴极上实现了大于500μA的光电流引出     

紧凑型氢等离子体枪设计和实验

 设计了一种紧凑型氢等离子体枪及驱动电路。这种枪采用同轴结构,电极之间有两层石墨环和两层氢化钛,利用氢化钛作为气源储存体,利用表面闪络机制产生等离子体。实验诊断表明,等离子体枪能产生密度为10×¹⁰~10¹²/cm³,半径为1~2cm,长度为60~80cm的等离子体柱,它在磁场导引下存在时间大于400 μs。该枪结构简单、体积小、重量轻、工作电压低、使用方便。适合作为等离子体高功率微波器件中的等离子体源。     

光阴极微波电子枪中激光脉冲的时间抖动测量

 研究了光阴极微波电子枪输出电荷量与驱动激光相对于微波入射相位的关系。通过对光阴极材料在光电子发射时的肖特基效应和电子束团在电子枪内的纵向加速过程分析模拟，得到了电子枪输出电荷量与激光入射相位的一段线性关系，设计了利用此关系测量驱动激光脉冲相对于微波相位的时间抖动的实验方案。结果表明，这种测量方法可以分辨1.15fs的时间抖动，误差为0.23fs。     

RFQ加速器高频测量软件和分析软件开发

强流RFQ加速器要求严格控制束流损失和束流发射度增长,因此必须准确测量和正确分析RFQ加速器的场分布和模式的场分量,并使它们符合设计要求.LebView是一个广泛应用于自动测量和数据处理的计算机软件平台,介绍在此平台上开发的RFQ自动测量软件和数据分析软件,同时给出这些软件的一些应用实例.     

用于微波电子枪的双重入腔及其阴极结构

介绍一台用于热阴极微波电子枪的双重入驻波腔及其阴极结构．根据微波枪束品质要求，首先定出腔体基本参数，然后报告了腔形、场分布、谐振频率、耦合度等的设计考虑，并给出腔体测量结果，最后介绍了阴极结构的设计．