脉冲电子束发射度在线测量

本文介绍了一台用于脉冲电子束发射度在线测量装置的设计与调试,叙述了在线测试技术的物理基础及数据的自动获取与处理过程,在EPA-74脉冲加速器上用于无引导场FEL实验中束流发射度的测量,得到0.3～0.7mm rad的非归一化发射度。本装置也将用于SG-1FEL装置的束流发射度的测量。     

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。     

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7.5×107 A/(m·rad)2和4.14×108 A/(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。     

激光驱动的光阴极研究

论述激光驱动的光阴极实验研究。包括直流高压真空试验系统,测试装置和实验结果及其分析讨论。LaB6、纯金属铜(Cu）和钐（Sm）以及半导体碲化铯(Cs2Te）三类有代表性光阴极的量子效率分别是6×10-4、3.8×10-4、11.6×10-4和(2~6)×10-4。利用KrF激光,18kV极间电压下饱和电流密度分别为70A/cm2、50 A/cm2、102A/cm2和57A/cm2。用多孔板法测得的归一化发射度约10pmm· mrad,相应的归一化亮度约1010A/m2· rad2。     

光阴极电子枪中金属光阴极的热发射度研究

对光阴极电子注入器中金属光阴极的热发射度进行了理论研究.金属光阴极的热发射度由两部分构成.一方面对于理想平坦的阴极,光电子穿越表面势垒后有一定的残余动能,造成一定的热发射度,这部分前人已经做过一些理论研究.本文改进已有的模型,进一步给出了理想平坦光阴极的热发射度.另一方面,阴极表面的粗糙度将造成热发射度的增加,本文首次解析地分析了表面粗糙度对光阴极电子枪热发射度的影响,得到表面粗糙度造成的热发射度的估计公式.本文对金刚石车削后的铜、镁的表面形貌进行了测量,表明粗糙度造成的热发射度大约0.4mm·mrad.本文的热发射度理论能够较好的解释目前国际上铜、镁阴极的热发射度的测量结果.     

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:     

强流脉冲电子束时间分辨测试技术研究

简单介绍了LIA注入器中强流脉冲电子束能谱分布及发射度的测量原理.应用变象管扫描相机测量了脉冲宽度为100ns的强流脉冲电子束的能谱分布及发射度两个参量,得到了具有时间分辨本领为1ns的切伦科夫辐射图像.为强流直线感应加速器的研制,提供了实验数据.     

光电效应中几个常见问题的解答

1用频率小于极限频率的光照射金属,如果照射时间足够长,金属的温度升高,其电子的动能增大,电子脱离金属所需的功减小,逸出功减小,可能会发射光电子,对吗?     

高压直流连续波光阴极注入器中电子束流发射度研究

高平均功率自由电子激光研究中,电子束质量是关键。针对高平均功率自由电子激光目标参数,提出了直流高压连续波光阴极注入器,给出了注入器的束流动力学过程。为了降低输出束流横向发射度,采用特殊结构设计的静电加速腔,加速电压1MV,最大加速梯度10MV/m。用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟,电子束束团电荷为0.5nC,束团长度10ps时,注入器输出束流归一化发射度均方根值为5.8mm·mrad。     

CSR实验环电子冷却装置的纵向电子束温度

电子冷却装置中, 电子束纵向温度是计算冷却力的主要参量之一. 当电子与被冷却离子的相对速度很小时, 纵向冷却力与离子速度呈线性关系, 并且线性区域的宽度与电子束纵向温度有关. 通过分析影响电子束纵向温度的主要因素, 得到了兰州重离子冷却储存环实验环(CSRe)电子冷却装置中电子束纵向温度的大小.     

微脉冲电子枪动力学实验研究

微脉冲电子枪是一种利用次级电子倍增效应产生强流电子束的微波电子枪.使用氧化镁作为阴极材料进行了微脉冲电子枪的高功率热测实验, 给出了不同射频功率下的发射电流波形, 并观察到了高阶次级电子倍增效应.实验结果与稳态和瞬态粒子动力学以及模拟计算结果定性符合.     

Study of Intense Electron Beams Produced by High-Voltage Pulsed Glow Discharges

We report the generation of high-current-density (20 A/cm2) pulsed electron beams from high-voltage (48-100 kV) glow discharges using cathodes 7.5 cm in diameter. The pulse duration was determined by the energy of the pulse generator and varied between 0.2 ?s and several microseconds, depending on the discharge current. The largest electron beam current (900 A) was obtained with an oxidized aluminum cathode in a helium-oxygen atmosphere. An oxidized magnesium cathode produced similar results, and a molybdenum cathode operated at considerably lower currents. A small-diameter (<1 mm) well-collimated beam of energetic electrons of very high current density (>1 kA/cm2) was also observed to develop in the center of the discharge. Electrostatic probe measurements show that the negative glow plasma density and the electron beam current have a similar spatial distribution. Electron temperatures of 1-1.5 eV were measured at 7 cm from the cathode. The plasma density (8.5 · 1011 cm-3 at 450 A) was found to depend linearly on the discharge current. In discharges at high currents a denser and higher temperature plasma region was observed to develop at approximately 20 cm from the cathode. We have modeled the process of electron beam generation and predicted the energy distribution of the electron beam. More than 95 percent of the electron beam energy is calculated to be within 10 percent of that corresponding to the discharge voltage.     

氮等离子体枪中电子输运行为的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗模拟,对氮等离子体枪的两个环形电极间的氮气辉光放电过程中电子的输运过程进行研究.计算在不同平均电场与粒子数密度的比值(E/N)下,电子与氮分子发生不同碰撞的概率、出射电子的平均能量、方向角分布和电子的能量分布.结果表明,电子能量近似服从玻尔兹曼分布.随着E/N的升高,电子平均能量升高,发生激发、离化、电离和离化电离碰撞的概率增大;非均匀分布的电场使分子获得更高的离化率,同时显著增强出射电子的能量.模拟结果为等离子体应用设计提供了参考依据.     

二次发射微波电子枪的数值计算方法

阐述了在rfz轴对称坐标系下,计算二次发射微波电子枪中电子束运动的一种数值方法.通过在束流运动区域建立网格,把空间中的电荷密度分布转化为网格上各顶点的电荷密度分布.在束团运动坐标系中,用多重网格法求解Poisson方程,得到束团的空间电荷场.用5阶Runge?Kutta法直接求解相对论下的电子运动方程.通过实例计算,并和MAFIA的计算结果对比,证明其是一种可靠的方法.     

微脉冲电子枪的动力学研究

 利用SEEG程序模拟计算了微脉冲电子枪束流动力学问题。在不考虑空间电荷效应的情况下，模拟了在微脉冲电子枪中电子纵向聚束的过程。进而详细研究了在空间电荷效应作用及相聚过程共同作用下形成饱和电流的过程。在此基础上，给出了经过优化后的微脉冲电子枪腔型特性,使用SEEG程序对该枪进行束流动力学模拟计算。最后给出一个实验用微脉冲电子枪的物理设计。     

电子束在材料中的能量沉积和热激波特性

采用解析法、矩方法和Monte Carlo法等方法,计算了电子束在硬铝靶材中的能量沉积.计算表明,3个结果基本符合.根据得出的能量沉积结果和一维应变弹塑性流体动力学模型,计算了电子束热激波在硬铝靶材中的传播,并将其应力峰值的计算值与实测值进行了比较.     

聚四氟乙烯密封材料的电子束辐射效应研究

采用低能电子束辐射系统地研究了操作氚系统用密封材料（聚四氟乙烯）的辐射效应。利用扫描电镜和X光电子能谱仪分析了材料的表观形貌和表面元素的变化,用X射线粉末衍射仪和热分析仪分析了辐照前后材料的结晶度改变和热稳定性程度,并利用气相色谱仪和质谱仪测定了辐射降解气体的成分和生成量随吸收剂量的变化规律。采用电子自旋共振谱仪研究了材料在辐照过程中产生的中间体（自由基）,利用正电子湮没寿命谱仪分析了材料中的自由体积孔洞及浓度。结果表明,辐照前聚四氟氟乙烯样品的表面是规则的带状晶形结构,经1×10^5Gy辐照后样品的晶状结构遭到了明显的破坏,向非晶态转变显著。辐照后样品的熔点和热分解温度均呈下降趋势,表明样品的热稳定性降低。聚。四氟乙烯材料在氧气气氛中发生的辐射降解最为严重,其次是真空,而在氘气气氛中辐射降解最少。材料的辐射降解主要发生在主链上,即C—C键断裂,而侧基C—F键的断裂相对较少。第三寿命强度I3的变化规律与τ3相反,即随吸收剂量的增大,第三寿命的强度I3降低,表明自由体积孔洞的浓度降低。 The radiation effect of polytetrafluoroethylene used as a kind of sealing material in the tritium system was studied by using electron beam. The superficial configuration and state were analyzed by SEM and XPS respectively, and the crystal degree and thermal stability were determined by XRD and DSC. At the same time the composition of gas products after radiation ,was measured by GC/MS, and the yield of CO2 with the dose increasing was analyzed. The free radicals produced in the process of radiation were studied by ESR, and the content of free volume of PTFE is analyzed by positron annihilation lifetime spectroscopy. The result is that the crystal structure of the sample irradiated at the dose of 1 × 10^5 Gy is of an obvious damage while the structure of the unirradiated sample is crystal band. The transformation of the sample which has high crystal degree amorphous one. The melting point and thermal ecomposition temperature trend sample＇s thermal stability drops. The radiation decomposition of the sample is is remarkable from crystal state to to decline, which indiccates that the mainly the rupture of C--C bond, and less is the rupture of C--F bond. The Intensity I3 of the third lifetime fails with increasing the absorbed dose, which demonstrates the reduction of free volume cave content. Compared with I3, the rule of τ3 is reverse.     

Spectroscopic Investigation of a Double Discharge Pulsed Electron Beam Generator

ABSTRACT

The wide range of applications of the plasma-based electron beam generator make it necessary to diagnose the device with a noninterfering method. The results of experimental and modeling studies of neutral helium and hydrogen beta spectral lines emitted from the double discharge pulsed electron beam generator are presented in this paper. Neutral helium lines emitted from the plasma in the pressure range 0.1–0.4 torr are studied and compared with results of the collisional radiative model. The duration of the electron beam is shorter than 100 ns, and the peak current intensity is of order amperes. The full width at half maximum of the H _β spectral line is used for the determination of the plasma electron density, found as 3.16 × 10²¹ m^?3 at 0.3 torr, and good agreement is obtained by comparing with the full computer simulation method.     

Multislit-Based Emittance Measurement of Electron Beam from a Photocathode Radio-Frequency Gun

Measurement of emittance for a space-charge dominated electron beam from a photocathode rf gun is performed by employing the multislit-based method at Accelerator Laboratory of Tsinghua University. We present the design considerations on the multislit system and the experimental results, with special attention to the study of space charge induced emittance growth. The experimental results are in reasonable agreement with the PARMELA simulations.