静电聚焦同心球系统的成像电子光学 B章：近轴横向色差与几何横向球差

在A章基础上,进一步研究两电极静电聚焦同心球系统的轴上点电子光学横向像差。研究表明,对于成像电子光学系统,由光阴极发射的电子所形成的图像弥散,其轴上点的图像弥散由近轴横向色差与几何横向球差两部分组成,这证明了在静电聚焦同心球系统中,阴极透镜的二级近轴横向色差即Recknagel-Apцимович公式普遍成立。研究了宽电子束与细电子束之间轴上点横向像差之差异,最后讨论了两电极同心球系统向近贴聚焦系统过渡的特例。     

静电聚焦同心球系统的成像电子光学 A章：电子轨迹方程

在成像电子光学中,静电聚焦同心球系统具有一系列宝贵的性质,其电位分布与电子轨迹能以解析形式表示,可以定量地研究系统的电子光学成像特性与横向像差。尽管前人已有不少研究,但都限于零级近似成像的认识,且其中存在着不少谬误。本系列文章将全面研究静电聚焦两电极与多电极同心球系统中电子的运动轨迹、电子光学成像特性与横向像差,探讨电子束在成像段形成的图像弥散,得出一些新的结论和认识,纠正文献中存在的一些谬误,建立自己的理论体系。本系列文章的第一篇主要探讨电子在两电极同心球系统中在静电场作用下的运动轨迹,导出了两电极静电聚焦同心球系统中自阴极面逸出的电子轨迹在极坐标系下的表示式ρ=f(φ)与圆柱坐标系下新的轨迹方程的表示式r=r(z),给出了自光阴极逸出的电子在成像段的行进轨迹的交轴位置及其斜率的近似和精确表示式。本文为全面研究静电聚焦同心球系统的电子光学性质及其像差奠定基础。     

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。     

同心圆环形场发射阵列阴极的粒子模拟

模拟了同心圆环形发射阵列阴极的特性，采用时域有限差分法计算了电场，利用Ｆｏｗｌｅｒ－Ｎｏｒｄｈｅｉｍ方程计算锥尖处的发射电流，利用Ｌｏｒｅｎｔｚ方程计算了电子的运动轨迹，得到了微阴极电子运动轨迹，相空间图以及电子束的发散度，亮度等，结果表明该结构能形成良好的聚焦电子束。     

同心圆环型场发射阵列阴极的粒子模拟

 模拟了同心圆环型场发射阵列阴极的特性。采用时域有限差分法计算了电场，利用Fowler-Nordheim方程计算锥尖处的发射电流，利用Lorentz方程计算了电子的运动轨迹。得到了微阴极电子的运动轨迹、相空间图以及电子束的发散度、亮度等，结果表明该结构能形成良好的聚焦电子束。     

碳纤维阴极发射均匀性的实验研究

 分别用自制浸渍碘化铯（CsI）针式环状碳纤维阴极和环状不锈钢阴极所产生的电子束轰击尼龙目击靶,研究碳纤维阴极发射均匀性。在碳纤维阴极电子束轰击的目击靶上得到了均匀的烧蚀痕迹,而不锈钢阴极电子束轰击的目击靶上烧蚀痕迹不均匀,表明碳纤维阴极发射电子束的均匀性优于不锈钢阴极。分析认为两阴极不同的发射机制及其所特有的材料性质和结构导致其发射电子束均匀性的差异。用光学显微镜和电子显微镜对不锈钢阴极尖端和碳纤维阴极尖端和侧面进行扫描,发现不锈钢阴极仅尖端处被烧蚀,而碳纤维阴极尖端和侧面都有烧蚀痕迹,验证了碳纤维阴极由场发射和表面闪络共同作用的发射机制的假设分析。     

丝网印刷制备碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性研究

采用丝网印刷法制备了一种大面积的碳纳米管阴极,表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究了该阴极在不同脉冲条件下的高压脉冲发射特性,分析了发射时阴极面等离子体产生和发射点的分布.研究表明：碳纳米管阴极的脉冲发射机制为爆炸电子发射,在平均场强为16.7V/μm的单脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为99 A/cm².在平均场强为15.4 V/μm的双脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为267 A/cm².碳纳米管阴极可以作为强流电子束源在高能微波器件中得到应用. 关键词： 强流脉冲电子束 碳纳米管 阴极 丝网印刷     

天鹅绒阴极产生的强流双脉冲电子束特性

 通过一台2 MeV直线感应型强流电子注入器建立的双脉冲功率源系统,实验研究了天鹅绒阴极产生的相对论性猝发双脉冲强流电子束基本特性,给出了双脉冲电子束的积分发射度、亮度和双脉冲电子束时间分辨包络变化情况。研究结果表明：天鹅绒阴极产生的双脉冲的亮度达到108 A·(m·rad)^-2;实验得到的两个脉冲电子束包络半径不完全一致,这是由于天鹅绒阴极在发射电子束过程中产生的阴极等离子体对真空二极管的影响程度不同所导致的。     

多脉冲强流真空电子二极管研究

研究了猝发脉冲串条件下真空强流电子二极管状态和输出电子束参数的变化规律, 建立了阴极等离子体膨胀效应的强流电子二极管参量的方程组, 并提出了阴极等离子体柱状膨胀模型. 实验研究了猝发多脉冲电子二极管输出多脉冲强流电子束的能力和束品质的变化, 给出了以天鹅绒为阴极发射体, 阴极等离子体膨胀速度小于1cm/μs时二极管输出的双脉冲电子束包络的变化和电子束的发射度及亮度.     

关于成像公式精确性的分析

1 透镜、面镜成像与成像公式 图1和图2是经典的面镜成像和透镜成像的光路图.由物求像,由像求物,由物、像求焦点的问题都由光路图得到.     

掺镧锆锡钛酸铅陶瓷极化强度变化量对电子发射电流强度的影响

铁电阴极因其优异的电子发射性能在高功率微波管的电子束源、平板显示技术以及宇航推进器等领域 有着广阔应用前景而日益受到人们的重视.大量研究表明,铁电阴极电子发射性能受阴极材料性能的影响. 在激励电场作用下,铁电阴极材料会产生表面非屏蔽电荷而引起极化强度的变化, 这表明铁电阴极电子发射性能可能与阴极材料的极化强度变化量存在着某种关系. 为研究阴极材料极化强度变化量对铁电阴极电子发射性能的影响,以掺镧锆锡钛酸铅铁电和反铁电陶瓷样品 作为阴极材料,通过正半周电滞回线测试得到阴极材料在不同电场强度下的极化强度变化量, 测量得到电子发射电流强度随激励电场的变化曲线,并分析了电子发射电流强度与极化强度变化量的关系. 结果表明,两种样品电子发射电流强度与极化强度变化量正相关.     

深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用

对热扩散阴极表面微区发射状态进行原位观察和分析一直是热阴极研究的重要课题.本文着重介绍深紫外激光光发射电子/热发射电子显微镜的基本原理及其在热扩散阴极研究中的典型实例.系统配备了高温激活所用的加热装置,样品可被加热至1400℃.系统具有光发射电子、阴极热发射电子、光发射电子和阴极热发射电子联合三种电子成像模式.应用表明,对于热扩散阴极而言,深紫外激光光发射电子像适于呈现阴极表面的微观结构形貌;热发射电子像适于反映阴极表面的本征热电子发射及均匀性;光电子和热电子联合成像适于对阴极表面的有效发射点做出精确定位.     

强流脉冲电子束二极管等离子体漂移速度的研究

 强流相对论电子束二极管阴阳极等离子体的形成和漂移,是二极管工作状态研究的重要组成部分。根据Child-Langmuir定律和二极管导流系数,结合二极管阴极电子发射面积的变化模型,给出了二极管阴阳极等离子体漂移所导致的阴阳极间隙闭合速度。     

神龙1号加速器束流输运系统研制

神龙1号直线感应加速器由注入器输运段、加速段、聚焦段等3个部分组成。整个束传输线从阴极发射面算起到轫致辐射靶结束，全长约48m，其间数千安培的强流脉冲电子束经过约170mm的二极管加速区，电子能量达到约3．6MeV，再经过4．5m的无加速场漂移区到达注入器出口，随后进入到长38．5m的加速段，在加速段出口时电子能量不低于18MeV；然后进入到长约3．8m的无加速漂移段，经过调整后通过两级磁透镜的聚焦将电子束聚焦到轫致辐射靶上产生X射线。整个束传输线使用了100多个螺线管线圈（包括两个磁透镜）约束电子束的横向发散，     

微秒长脉冲有磁场高功率微波二极管真空界面设计

介绍了一种微秒长脉冲有磁场的真空二极管界面的设计和实验结果。采取了三种措施来抑制沿面闪络:一是阴极电子束挡板,用来拦截来自阴极和电子束漂移管的回流电子束;二是接地屏蔽板,使电场等势线和界面成约45°角,使阴极三结合点处发射的电子远离绝缘板;三是降低阴极三结合点处的场强,并使用一悬浮电位的金属环阻止电子倍增过程。计算了二极管内电场、磁场分布和电子束的运动轨迹并据此优化了真空界面的结构,实验验证了该二极管真空界面可以在400 kV、800 ns条件下正常工作,可以支持长脉冲高功率微波器件的研究。     

碳纳米管阴极的短脉冲爆炸场发射与等离子体膨胀

采用碳纳米管制备了一种强流电子束发射阴极,并对碳纳米管阴极在双脉冲条件下的强流发射性能进行了研究.在双脉冲条件下获得了245 A/cm²的强发射电流密度,阴极的开启时间约为40 ns.采用高速分幅相机和CCD相机对强流电子束在空间和时间的分布进行了研究.研究表明连续脉冲实验时,离子体及其膨胀对发射电子束的强度和分布影响很大,双脉冲时脉冲间隔时间内等离子体的膨胀速率约为8.17 cm/μs.等离子体形成时没有优先位置,电子束发射的局部增强位置是随机的.结果表明碳纳米管阴极可以作为强流阴 关键词： 碳纳米管 爆炸场发射 等离子体膨胀 强流电子束     

真空短间隙微弧级联效应观测

利用0.5 mm间隙微通道板成像器观测了微弧放电的斑点级联效应.实验发现,微弧阴极斑点的运动轨迹呈多类型的折线轨迹,斑点间隙在200—300 μm,首发射阴极斑点的放电强度比次级斑点高一个量级以上,而且次级斑点之间的放电强度相对稳定,次级斑点在放电阴极表面无融蚀现象.实验表明,次级斑点产生机制与首发射存在较强的依赖关系. 关键词： 阴极斑点 微弧级联 微通道板成像器     

多脉冲电子束发射度测量

采用多孔板并结合电子束在石英片相互作用产生的契仑柯夫辐射,对以天鹅绒为阴极发射的强流多脉冲电子束发射度和亮度进行了实验研究和测量。实验观测到了有外加磁场条件下的电子束发生旋转现象。对于电子能量为600 kV左右的电子束,多孔板处的磁场小于2.7 mT时,电子束元的偏离已经小于2°。分别测量了天鹅绒阴极发射的强流四脉冲电子束和双脉冲电子束的积分亮度,分别为7.5×107A/(m.rad)2和4.14×108A/(m.rad)2。结果表明,双脉冲电子束的积分亮度明显优于四脉冲电子束的积分亮度,进而验证了阴极等离子体对多脉冲电子束亮度具有重要影响,降低了电子束的品质。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

两电极静电同心球系统的近轴电子光学及其空间-时间像差

将从近轴解出发研究两电极静电同心球系统的空-时轨迹及其像差.由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发,先求解两电极静电同心球系统中自光阴极逸出的运动电子的近轴空间-时间轨迹,然后讨论此系统的静动态电子光学及其空间-时间像差,揭示近轴光学系统成像的一般规律.文中定义和推导了各级近轴空间像差和近轴时间像差,得到了与关于近轴空间-时间像差同样的结论,表明完全可以直接由近轴轨迹方程和近轴运动方程出发来研究理想成像及其空间-时间像差.