【摘要】：高重頻短波長自由電子激光和能量回收型直線加速器等大型科研裝置是未來先進(jìn)加速器技術(shù)的發(fā)展方向之一，這類裝置需要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的高重復(fù)頻率、低發(fā)射度、短束長電子束，這為高平均功率高亮度注入器研究帶來了巨大挑戰(zhàn)。直流高壓電子槍是驅(qū)動(dòng)這類裝置的熱點(diǎn)電子源之一，本論文以中物院FEL-THz裝置上的國內(nèi)首臺NEA-GaAs光陰極直流高壓注入器為基礎(chǔ)，圍繞高平均功率高亮度電子束的獲得和參數(shù)測量等若干物理問題，開展了廣泛深入的理論研究和初步實(shí)驗(yàn)研究。 針對高平均功率電子束穩(wěn)定獲得的問題，在國際同行的研究基礎(chǔ)上改進(jìn)了注入器工作狀態(tài)陰極壽命的物理模型，通過該模型判斷出注入器存在的真空度和陰極表面溫度等問題，并在此基礎(chǔ)上開展了一系列注入器優(yōu)化研究，包括擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)激光器宏脈沖調(diào)節(jié)范圍，消除宏脈沖模式下的電子束鬼脈沖，改進(jìn)束線尺寸設(shè)計(jì)，搭建GaAs真空銦焊平臺等，我們將陰極的工作壽命從50s提高到80min，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了1mA/3.3h，3mA/1.4h和5mA/0.5h的高平均功率電流穩(wěn)定輸出，并提出了注入器的進(jìn)一步改進(jìn)措施。 針對高亮度電子束獲得的問題，分析了直流高壓電子槍中的空間電荷效應(yīng)，研究了不考慮熱發(fā)射度情況下的螺線管發(fā)射度補(bǔ)償問題；采用極低電荷量的螺線管掃描法測量了GaAs陰極熱發(fā)射度上限；根據(jù)擴(kuò)散模型計(jì)算了電子束發(fā)射出陰極表面時(shí)的發(fā)射延時(shí)和最大縱向畸變。這些研究證明了FEL-THz的直流高壓注入器能夠提供發(fā)射度小于2mm·mrad，縱向初始半高寬長度約16ps的高亮度電子束。 針對電子束參數(shù)測量問題，考慮到高平均功率的破壞性，開展了基于湯姆遜散射的Laser Wire方法的理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究了LW測量非高斯分布電子束和LW對電子束參數(shù)的影響等問題，證明了LW對一般分布電子束測量的適用性及其無阻攔特性；在理論研究的基礎(chǔ)上，搭建了國內(nèi)首臺高重復(fù)頻率新型LW系統(tǒng)，首次將LW應(yīng)用于低能(250keV)高平均功率電子束測量，該裝置采用驅(qū)動(dòng)激光分束的方法，充分利用了驅(qū)動(dòng)激光的剩余功率，并在FEL-THz實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件下，無阻攔測量得到電子束縱向半高寬約為6mm的初步信號。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL503.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2800055