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。     

电子帘加速器电子枪的研制

研究了电子帘加速器电子枪的束流传输特性,分析了影响束流纵向均匀性的几个因素,尤其对灯丝的下垂问题提出了一种理想的端约束模型.介绍了新研制的电子枪,其束流纵向不均匀度≤±10%.     

自由电子激光对束流品质的要求与改善措施

本文叙述了自由电子激光对电子束发射度、能散度和稳定性的要求，并介绍了采用谐波混频腔、光阴极微波电子枪和超导技术等改善措施中的关键技术问题。     

关于热阴极微波电子枪中电子反轰问题的研究

 提出了热阴极微波电子枪的设计中可以通过缩短腔长减小电子反轰功率，并通过模拟计算详细研究了腔长对电子反轰及枪出口束流品质的影响。     

FEL用注入器研制

注入器设计过程中主要关注的指标有微脉冲束流强度、电子能量、电子束能散度、反轰功率和发射度等。为了满足自由电子激光研究的需要，要求峰值流强大于5A。由于热阴极微波电子枪存在电子反轰，束流负载效应将引起能散度的增加，因此为了降低能散度，要求尽量降低反轰。利用Suoerfish程序进行了腔形优化设计，分析了加速腔内的电场分布，计算了腔壁的损耗。利用Parmela程序进行了束流动力学计算。为了提高首腔的电子俘获系数，减小电子反轰，设计过场中采用了缩短首腔长度，     

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.     

Multipacting analysis in micro-pulse electron gun

Modeling multipacting to steady state saturation is of interest in determining the performance of the micro-pulse electron gun. In this paper, a novel method is proposed to calculate the multipacting resonance param- eters for the gun. This method works well, and the 2-D simulation results suggest that steady state saturation can be achieved in the gun. After saturation the transition from two-surface multipacting to single-surface multipacting occurred, and an extensive range of electron emission time is a suggested way to avoid this kind of transition.     

基于比较算法和单纯形法的电子枪快速设计方法

 采用比较算法快速寻找数据库中与目标导流系数相匹配的电子枪尺寸,采用缩尺法改变其尺寸到所要求的目标尺寸。考虑电子枪尺寸对注腰半径、导流系数、层流性等参数的影响,建立了评价电子注性能的目标函数,采用单纯形法优化目标函数实现最优的电子层流性,且基于比较算法和单纯形算法的设计方法具有通用性,工作效率高。     

毫米波回旋速调管磁控注入电子枪模拟计算

介绍了毫米波回旋速调管磁控注入电子枪的结构与特点。电子枪提供的电子束流性能直接影响到回旋速调管的总体参数,为保证整管的效率和输出功率,利用电子枪模拟程序对电子轨迹进行模拟计算,研究了电极形状、磁场分布以及电子轨迹与电子注参量的影响,并为磁控注入电子枪的设计提供了理论依据。     

轴对称收敛型电子枪设计方法再讨论

 对轴对称收敛型电子枪设计方法进行了整理分析,就阴极半锥角的初始值对迭代综合法的收敛性能所产生的影响进行了讨论,针对低压缩比条件下原来的Vaughan公式失效的问题进行了分析,给出了更为合理的初始值计算公式。采用修正后的公式和迭代综合法对电子枪进行设计,在高压缩比情况下的设计结果与采用原来Vaughan方法的结果完全一致;而对于低压缩比的情况,也得到了合理的设计,从而解决了原来的Vaughan方法在低压缩比情况下失效的问题,扩大了迭代综合法的应用范围。