重复脉冲强流电子束传输技术研究

分析并推导出了环形强流电子束的稳定传输条件，通过静电磁场模拟计算对CHP01强流电子加速器二极管引导磁场的位形分布、幅值大小及磁场电源进行了优化设计.经实验调试及束斑测量，表明设计的1秒磁场满足束流稳定传输条件，能使电压800kV、电流8kA、脉冲宽度40ns、脉冲重复频率100Hz的环形强流电子束稳定传输，并已成功运用于CHP01强流电子加速器束流传输系统. 关键词： 束流传输 引导磁场 二极管 重复脉冲 电子束     

厚针孔成像实时监测高能加速器束斑系统

为了方便地测量封有内靶的高能电子加速器束斑,采用了一种基于厚针孔成像技术的动态监测系统.本文给出了采用该系统在15MeV电子直线加速器束流打靶后的束斑测试结果,并简要介绍了成像原理和处理办法.通常的“三明治”方法需要冲洗X光胶片,整机调试时更要多次冲洗,效率较低.与之相比厚针孔成像方法可以实时成像,配合调机及时观察束斑的变化情况,使加速器参数调整有的放矢,提高了调机效率.     

辐照直线加速器电子束扫描控制

 在工业辐照电子直线加速器的扫描线圈内通以准三角波电流能使电子束在扫描方向分布均匀。系统的扫描电流周期和调制器的主脉冲同步, 可消除扫描均匀性中出现的拍频现象。根据速调管调制器主振脉冲频率、扫描宽度和电子束的束斑大小可以定出辐照床的最高运动速度以实现高效率的辐照。     

具有时间分辨能力的强流电子束束剖面测量系统

 高能强流电子束的束参数测量是加速器研制过程中重要的一项测量工作,由于光学渡越辐射具有时间响应快、分辨率高等特点而被用于测量电子束的具有时间分辨能力的束剖面、发散角、能量等多个参数;通过电子束束参数的时间分辨测量则能够了解电子束产生、输运中的问题,非常有利于加速器的研究与调试。一种具有时间分辨能力的、利用光学渡越辐射进行高能强流电子束束斑测量的系统在中国工程物理研究院被建立起来,并在12 MeV LIA的电子束束斑的测量中用于电子束传输研究,该系统拍摄图像的间隔时间最小为10 ns,最小的曝光时间为3 ns,具有一次可以拍摄8幅图像的能力,并获得了12 MeV LIA约100 ns内相应的时间分辨的束斑变化情况,观察到了一些过去未观察到的现象,为加速器的研究提供了又一个新测试方法。     

用于FEL-THz电子束测量的LW系统北大核心CSCD

基于汤姆逊背散射的激光丝扫描(LW)方法作为无阻拦电子横向尺寸测量手段,近年来广泛应用于高能对撞机和能量回收环直线加速器。为在连续模式下测量高平均功率相干强太赫兹源的直流光阴极电子枪(DC-gun)电子束横向束斑,本文提出了一种基于驱动激光器分束的高重复频率,较低脉冲功率的新型LW系统。通过理论及模拟分析,证明该系统相对于常规LW系统具有成本低、精度高、探测时间短、对电子束影响小的优势,并给出了用于自由电子激光太赫兹(FEL-THz)装置DC-gun出口电子束LW系统的实验设计。     

细电子束Cockcroft–Walton加速器的研究

细电子束由加速器通过电子枪发射电子,经电子透镜及偏转射向目标靶.以SDS-3电子束曝光机为基础,完成了电子束Cockcroft-Walton加速器噪声抑制的最优状态实验.系统为加速器调整电路提供一个正比于输入电压的电流.补偿放大器是由一个主放大器和一个辅助放大器组成,辅助放大器消除了主放大器自身的失调漂移.文中介绍了复合调整式Cockcroft-Walton加速器的总体设计方案,给出了实现加速器高稳定度的关键技术措施.从加速器总输出中滤去噪声信号,获得稳定的输出电压,并使电子束曝光机刻蚀出的图形质量和线条分辨率都得到了提高     

电子束在微束斑X射线源中运动轨迹的计算

轰击金属靶面的高能电子束束斑大小,是决定微束斑X射线源最终X射线束斑尺寸的关键因素之一.当LaB₆晶体阴极发射电流为60μA时,采用5点不等距有限差分法(FDM)计算了整个仪器内旋转对称电子光学系统电场的分布,并利用Runge Kutta法从LaB₆阴极发射端面开始追踪了电子束在整个系统内部的运动,经计算,聚焦在靶面上的电子束斑直径约为600~1000nm.     

赝火花脉冲电子束传输中束斑分析

通过赝火花强流脉冲电子束对酸敏变色片和单晶硅的轰击试验，结合束流自箍缩效应进行理论计算，对赝火花脉冲电子束传输中束斑的变形进行了研究与分析. 结果表明椭圆形轰击束斑是由通过旁路电容的瞬态电流产生的方位角磁场所引起的，并且提出了解决束斑变形的有效方法. 关键词： 脉冲电子束 赝火花放电 束斑 自箍缩效应     

时间分辨的强流脉冲电子束参数的光学测量诊断系统研制

电子束束参数是衡量各种加速器产生的电子束品质的重要参数, 其测量技术的研究及测量工作是极其重要的一个方面。由于加速器研制水平的提高, 尤其在调试阶段对束参数的测量要求也变得更高, 体现在高的时间分辨能力和更好的空间分辨率、数据更高的动态范围及更加直观的可视性。针对束参数中最基本的参数如束斑测量、发射度测量、能量测量等技术, 利用已研制的高性能设备, 针对强流脉冲电子束的特点, 基于多种主要原理研制了比较完整的、时间分辨能力高达2 ns、高灵敏度、高动态数据范围的电子束束参数光学测量及诊断系统, 并编制了一套处理程序, 达到了现场实时的数据处理水平, 具有直观诊断的特点, 为解决调试工作中诸多的问题提供翔实而准确的数据, 成功地应用于多个加速器的调试。     

回流离子对强流相对论电子束传输的影响

 介绍了采用双膜法测量神龙一号直线感应加速器靶区回流离子效应的实验工作,通过一片厚度数十μm的靶膜产生回流离子,并采用基于光学渡越辐射的电子束剖面测量系统记录时间分辨的束斑,首次证实了神龙一号加速器靶区存在回流离子。通过采用不同材料的靶膜,实验观测到了不同离子发射情况下回流离子对强流相对论电子束传输的影响,结果发现采用金属靶膜时,回流离子导致电子束部分汇聚、部分发散,而采用聚合物薄膜时,回流离子会导致电子束剖面出现剧烈的变化。     

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。     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

Investigations of electron beam characteristics using an accelerator based on a magnetron gun with a secondary-emission cathode

The reliability and service life of accelerating installations are substantially determined by the lifetime of electron sources. The accelerator under consideration has a magnetron gun with a channel-free cold secondary-emission cathode in crossed fields as an electron source [1, 2]. In the present work, the data of the electron beam parameters obtained in the accelerator based on the magnetron gun with a secondary-emission cathode are given, and possible secondary uses are suggested. The text was submitted by the authors in English.     

北京自由电子激光装置的设计研究

北京自由电子激光装置(BFEL)是一台工作在中红外区的康普顿型FEL振荡器。由一台30MeV的射频电子直线加速器提供电子束。特点之一是用微波电子枪作为高亮度注入器。本文首先概述了BFEL的一般情形和物理参数.接着用解析公式和模拟的方法论证了电子束的设计目标和激光器的运转特征。最后阐述了BFEL各部分采取的技术路线的特点,内容包括微波枪、加速器和微波系统、调制器、输运系统、摇摆磁铁、光学腔、电子束诊断、准直、自发辐射和激光实验。     

超快电子衍射装置的束流能量反馈控制

上海交通大学的超快电子衍射(UED)装置由一台电子直线加速器作为驱动,电子枪为一台光阴极微波电子枪。加速器在运行中电子枪会偶尔打火,腔体失谐,造成束流损失,束流能量产生变化,束流需要很长时间才能恢复到初始状态,影响了用户的使用。为此,对低电平控制器(LLRF)的幅度相位控制环路进行了改进,增加了能量反馈,代替了幅度反馈,通过对束流的中心位置进行实时的反馈以控制低电平控制器输出信号的幅度,保证了电子束流的能量稳定和电子枪加速场强的稳定。长时间的稳定性测试表明,电子枪在打火产生时,束流能量可以很快恢复,能量抖动由4.2933×10^-4(RMS)提高到2.8557×10^-4(RMS),实现了束流能量的长期稳定。     

等梯度加速结构瞬时束流负载效应的计算

本文从能量守恒定律出发,对应于等梯度加速结构,推导出瞬时束流负载一般解的解析表达式.特别对应于热阴极微波枪做为注入器的情形,此时脉冲内电流随时间线性增加,首次给出这时的束负载效应的解析公式.对北京自由电子激光器的加速器系统,给出数值计算结果,可以看到由于脉内电流的增长导致脉内束能量下降的程度.     

Equivalent cylinder model for describing the field of a low-voltage electron gun

Problems of electron gun operation at low voltages are discussed. The gun characteristics are analyzed within the equivalent cylinder model. A formula for the cut-off voltage is obtained. The minimum crossover size is determined by the cathode depth for low potentials in the Wehnelt bore. The dependences of the minimal crossover size on bias are plotted for different geometries.     

ELV-8型加速管电子光学性能研究

 ELV-8型加速器的加速管分为变梯度加速管段和等梯度加速管段两部分。阴极为六硼化镧平面阴极。电子束的聚焦采用变梯度场聚焦,使电子束成为层流束。电子枪的平面电极使得阴极发射面前的电场均匀,从而使得加速管的电子光学系统对初始条件不过于敏感,这便于电子枪的替换。     

Unheated magnetron gun as an electron source for a resonant linear accelerator

Investigations of the operation of a cold-cathode magnetron gun as part of a traveling-wave linear accelerator are described. Two operating regimes of the gun are observed: with and without the microwave field of the prebuncher near the gun. In the regime with no microwave field, short (around 2 ns) pulses of accelerated electrons of up to 0.5A were obtained with a gun current up to 20 A. The presence of a microwave field near the gun makes it possible to obtain a beam of longer duration (up to 1.0 μs), but with a current of up to 20mA at the accelerator exit and 1A from the gun. The operating mechanism of the gun is attributed to a secondary-electron current rise and the establishment of self-sustained secondary emission. A comparison between the conditions of beam production from a thermionic gun and that studied for the same injection energies indicates that the characteristics of this gun are acceptable for injection into an accelerator. Zh. Tekh. Fiz. 69, 130–134 (July 1999)     

1.2MeV电子加速器束流聚焦性能的研究

用二维全电磁PIC方法模拟了1.2MeV电子加速器束流聚焦过程,分析了计算结果. 特别研究了电子枪结构、阳极结构和极间电压分布等初始条件的影响, 得到了一些有价值的物理规律.