行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪各组件尤其是阴极和栅网的热形变对行波管电子光学性能有着较大的影响。基于有限元分析方法,利用热力场耦合对栅控电子枪热形变问题进行了研究,结果表明:阳极的总形变量最大,最高处达0.28 mm;控制栅网、阴影栅、阴极及部分支撑结构向着阳极方向发生形变,由温升引起的形变不会使控制栅网和阴影栅发生接触或交叉,而阴极形变量较大时,阴极与阴影栅则存在接触的危险,这对电子枪的工作性能有很大的影响,甚至会使阴影栅烧坏。降低电子截获率,适当增加控制栅网和阴影栅的厚度,使用热传导率高、线膨胀系数低的材料,可以减小栅控电子枪各组件的热形变。      

行波管栅控电子枪热形变研究

行波管栅控电子枪各组件尤其是阴极和栅网的热形变对行波管电子光学性能有着较大的影响。基于有限元分析方法,利用热力场耦合对栅控电子枪热形变问题进行了研究,结果表明：阳极的总形变量最大,最高处达0.28 mm;控制栅网、阴影栅、阴极及部分支撑结构向着阳极方向发生形变,由温升引起的形变不会使控制栅网和阴影栅发生接触或交叉,而阴极形变量较大时,阴极与阴影栅则存在接触的危险,这对电子枪的工作性能有很大的影响,甚至会使阴影栅烧坏。降低电子截获率,适当增加控制栅网和阴影栅的厚度,使用热传导率高、线膨胀系数低的材料,可以减小栅控电子枪各组件的热形变。      

热阴极微波电子枪的改进设计

北京自由电子激光目前所用热阴极微波电子枪输出的电子束,在经过加速管加速后,位于微波脉冲前沿的电子束团存在能量偏高的现象,使得这部分电子无法对FEL增益做贡献。根据实验数据,分析了造成该现象的原因,提出一种可行的改进措施,即通过降低微波谐振腔的品质因数缩短建场时间,来消除该现象,以便提高整个装置的输出性能。     

热阴极微波电子枪的改进设计

 北京自由电子激光目前所用热阴极微波电子枪输出的电子束，在经过加速管加速后，位于微波脉冲前沿的电子束团存在能量偏高的现象，使得这部分电子无法对FEL增益做贡献。根据实验数据，分析了造成该现象的原因，提出一种可行的改进措施，即通过降低微波谐振腔的品质因数缩短建场时间，来消除该现象，以便提高整个装置的输出性能。     

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.     

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。     

栅控电子枪中轮辐栅网截止放大系数的研究

本文首先建立轮辐栅网结构模型, 分区计算其屏蔽系数和单个栅格内栅丝半径与该栅格面积之比, 结合 Spangenberg书中的结论给出了轮辐栅网截止放大系数的新表达式, 然后详细地研究了栅丝半径、各环区所对球心角以及径向栅丝数目对截止放大系数的影响, 并计算了温度升高之后截止放大系数的变化, 最后给出了设计轮辐栅网的步骤和具体实例. 结果显示, 根据新表达式设计的栅网具有更好的稳定性和可靠性, 能够很好地解决平板正方形栅格近似中存在的问题.     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400 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,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400mA,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,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

低反轰热阴极微波电子枪初步实验

 简述了紧凑型自由电子激光太赫兹源研制的系统设计方案,介绍了具有两路微波馈入的热阴极微波电子枪的研制与测试情况,利用束流传感器测试了束流强度,并利用CCD相机测试了束斑大小,给出了微波电子枪通过初步热测实验得到的结果。测得微波电子枪出口处束流强度超过500 mA,束斑约3 mm,采用双屏法测量束流发射度,得到归一化发射度约为13.5 π·mm·mrad,测试指标与理论设计值吻合较好。     

RF gun for an intense THz radiation source

A new facility is under construction at the Shanghai Institute of Applied Physics,to generate femto-second electron bunches and intense coherent THz radiation pulses.A thermionic RF-gun is used to be the electron source of the linac,which is 1.6 cell,π/2,side coupled in design.In the following of this paper,the design,manufacture and beam operation of this gun are presented.     

RF gun for an intense THz radiation source

A new facility is under construction at the Shanghai Institute of Applied Physics, to generate femto-second electron bunches and intense coherent THz radiation pulses. A thermionic RF-gun is used to be the electron source of the linac, which is 1.6 cell, π², side coupled in design. In the following of this paper, the design, manufacture and beam operation of this gun are presented.     

新型热阴极电子枪加热结构热分析

利用ANSYS和COMSOL仿真模拟软件,对热阴极电子枪的加热结构进行热分析,得到了阴极加热结构设计的一些规律,然后通过实验对一系列加热结构进行阴极温度测试,进一步验证模拟计算的结果,得到了一种加热效率比较高的结构。该结构在加热功率为100 W时,阴极温度超过了1 900 K,达到了铱铈阴极的工作温度。在阴极温度1 800 K左右,阴极表面引出电场强度为3.6×106 V/m的条件下,该阴极的最大发射电流达到1.04 A,发射电流密度约13 A/cm2。     

低反轰多腔热阴极微波电子枪物理设计

为了开展基于自由电子激光的紧凑型太赫兹源技术研究,获得高品质（强流、低能散、低发射度）电子束,提出了一个低反轰双路微波馈入多腔热阴极微波电子枪的设计方案。用两路独立微波馈入激励微波电子枪,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔。两路微波互不耦合,通过移相器实现首腔和第2腔之间的相移连续可调。理论模拟结果表明:在一个射频周期内,热阴极微波电子枪的电子反轰功率约8 kW,平均反轰功率仅为1.2 W（重复频率25 Hz和脉宽6 μs）。     

小型空心阴极等离子体电子枪实验

基于空心阴极效应和低压辉光放电原理,设计了一种小型空心阴极等离子体电子枪并进行了实验研究,在低气压下获得了稳定的空心阴极辉光放电,测量电子枪放电结果表明：在空心阴极中加入灯丝热子可明显降低放电气压;电子束电流的大小随放电电压增大而增大,受气体气压影响较小;在气压2 Pa,放电电压10 kV,脉宽4 μs脉冲下放电,可得到脉宽为2 μs,电流为600 mA的电子束。