一種微波柵控直流電子槍初步物理設(shè)計(jì).pdf

1、本文以遠(yuǎn)紅外自由電子激光為研究背景，介紹了加速器中各種電子槍工作機(jī)理、優(yōu)缺點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展，并給出了基于低能加速器的遠(yuǎn)紅外自由電子激光對(duì)電子槍束流參數(shù)需求。由于紅外波段自由電子激光的小信號(hào)增益的大小以及飽和功率對(duì)束流的能散非常敏感，而常規(guī)熱陰極電子槍得到的束團(tuán)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在聚束段絕對(duì)能散增加會(huì)比較明顯。為了滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光對(duì)束流能散的要求，本文在合肥光源柵控直流高壓電子槍的基礎(chǔ)上，模擬研究了一種熱陰極微波柵控直流高壓電子槍。<

2、br>　　微波柵控直流高壓電子槍采用微波柵控的方法，控制和壓縮陰極引出電子束團(tuán)的長(zhǎng)度。再通過(guò)直流高壓對(duì)電子加速，在電子槍的出口得到幾十ps的束團(tuán)，短的束團(tuán)意味著束流在聚束段絕對(duì)能散的增加要小，這樣就能減小低能加速器的能散。微波柵控即陰極與柵網(wǎng)之間形成陰柵腔，在陰柵腔中饋入頻率952MHz的基波與頻率2856MHz的三次諧波，其模式分別為T(mén)M0I0、TM020。同時(shí)在柵網(wǎng)上相對(duì)于陰極的直流負(fù)偏壓可以抑制陰極熱發(fā)射電子的輸出。在微波場(chǎng)與柵網(wǎng)

3、偏壓場(chǎng)的共同作用下可以控制陰極電子的引出長(zhǎng)度。文中使用SUPERFISH、POISSON分別進(jìn)行柵控微波場(chǎng)與高壓電場(chǎng)優(yōu)化計(jì)算，使用PARMELA進(jìn)行束流跟蹤與分析。最后得到了一組能滿足紅外自由電子激光束流需求的電子槍結(jié)構(gòu)。
　　文中對(duì)比了直流槍、基波無(wú)諧波微波柵控槍與基波加諧波微波柵控槍的束流跟蹤結(jié)果，對(duì)比其束流跟蹤結(jié)果可知基波加諧波微波柵控槍可以獲得更高的流強(qiáng)以及更短的束團(tuán)長(zhǎng)度，因而更適合做基于低能加速器的遠(yuǎn)紅外自由電子激光的電

4、子源。文中還針對(duì)了不同陰柵結(jié)構(gòu)條件，進(jìn)行了PARMELA束流跟蹤，分析了柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)束流參數(shù)的影響，在綜合考慮束團(tuán)的束團(tuán)長(zhǎng)度、橫向發(fā)射度、電荷量以及能散等參數(shù)后，得到了滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光需求的電子槍束流參數(shù)的陰柵結(jié)構(gòu)參數(shù)。文中最后還分析了柵網(wǎng)偏壓、微波場(chǎng)強(qiáng)以及基波與諧波場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)比對(duì)束流的影響以及產(chǎn)生影響的原因。得出結(jié)論:陰柵距離與柵網(wǎng)厚度對(duì)束團(tuán)長(zhǎng)度與電荷量影響比較大，而柵網(wǎng)孔對(duì)束團(tuán)長(zhǎng)度與電荷量的基本沒(méi)有影響;控制柵網(wǎng)偏壓與微波場(chǎng)的大小可