紅外波段自由電子激光的小信號增益大小以及飽和功率對束流的能散非常敏感。為滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光對能散的要求,在合肥光源柵控直流高壓電子槍的基礎(chǔ)上,模擬了一種熱陰極微波柵控直流高壓電子槍。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)的長度。再通過直流高壓對電子加速后,在電子槍的出口可以得到量級為幾十皮秒的束團(tuán)。本文使用SUPERFISH、POISSON分別進(jìn)行柵控微波場與高壓電場優(yōu)化計(jì)算,PARMELA（Phase And Radial Motion in Electron Linear Accelerators）進(jìn)行束流跟蹤與分析,得到一組能滿足紅外自由電子激光需求的電子槍參數(shù)。 

【文章來源】：核技術(shù). 2015,38(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

微波場與柵網(wǎng)偏壓Fig.1MicrowavefieldandDCbias.

損壞柵網(wǎng)；(2)束團(tuán)出柵網(wǎng)的平均能量不能過大，過大的束流初始能量會影響聚焦柵極的聚束效果；(3)電子槍設(shè)計(jì)時還需考慮空間電荷效應(yīng)的影響，當(dāng)束流流強(qiáng)太大時，空間電荷效應(yīng)影響太強(qiáng)，會造成束流欠聚焦，當(dāng)束流流強(qiáng)過小時，空間電荷效應(yīng)較弱，會造成束流過聚焦，兩種情況下束斑的尺寸都會受到嚴(yán)重的影響；(4)根據(jù)束腰的位置以及束腰處束斑的大小來確定聚焦是否合適。合適的條件下，束腰在電子槍出口下游4mm處，束斑尺寸變化不大。表1為HLS二期工程中柵控直流槍出口的束流參數(shù)與柵控微波直流高壓槍出口的束流參數(shù)。圖2為POISSON靜電場結(jié)構(gòu)建模，陽極電壓為0V，陰極電壓為100kV，柵網(wǎng)上的電壓是相對于陰極的負(fù)偏壓。對柵網(wǎng)建模時，假定柵網(wǎng)為一系列具有一定厚度和寬度的同心圓環(huán)，且相鄰?fù)膱A之間的距離相同。圖2靜電場結(jié)構(gòu)及場形Fig.2Structureandfieldmapofstaticfield.

謝應(yīng)猛等：一種微波柵控直流電子槍初步物理設(shè)計(jì)060104-3SUPERFISH陰柵腔建模其柵網(wǎng)部分見圖3。為防止柵網(wǎng)端面的場強(qiáng)太大，柵網(wǎng)端面做成圓弧面，腔中的峰值場強(qiáng)在柵網(wǎng)圓弧端面上，且為軸上微波場峰值的2.2倍左右。雙頻腔的微波參數(shù)見表2。表2雙頻腔微波參數(shù)Table2Dual-frequencycavitymicrowaveparameters.參數(shù)Parameters基波Fundamental諧波3rdHarmonic頻率Frequency/MHz951.992855.96品質(zhì)因子Qualityfactor1312.241467.12Rs*Q/10.56420.455分路阻抗Shuntimpedance/M·m114.5056.571雙頻腔建模時，因?yàn)闁啪W(wǎng)孔比較小(圖3)，功率在柵網(wǎng)孔后會慢慢截止(圖4)，因此RF場建模時柵網(wǎng)部分直接封閉。圖4是PARMELA(PhaseAndRadialMotioninElectronLinearAccelerators)為束流中心軸上基波場分布、三次諧波場分布以及基波與諧波疊加場分布，可見柵網(wǎng)中的微波場衰減很快。圖3雙頻腔柵網(wǎng)部分結(jié)構(gòu)Fig.3Partofdual-frequencycavity.圖4基波與三次諧波場分布Fig.4Fundamentalfieldandharmonicfieldalongzaxis.3PARMELA束流跟蹤三類電子槍PARMELA束流跟蹤的初始條件如下：初始能量為1eV，初始微脈沖束團(tuán)長度為1ns，初始電荷量為2nC，初始設(shè)置粒子數(shù)50000個。3.1柵控高壓直流槍束流跟蹤柵控直流高壓電子槍得到的束流是連續(xù)的，束流縱向分布在952MHz的整個周期內(nèi)，電子槍出口的束流縱向分布與束斑橫向尺寸如圖5所示。在聚束時，為實(shí)現(xiàn)縱向聚束而對電子進(jìn)行速度調(diào)制會引入很大能散。如合肥光源800MeV直線加速器測量的相對能散為1%（絕對能散800keV），軟件模擬得到聚束過程中能散增長的最小值約為300keV，此能散對于合肥800MeV直線加速器是可以接受的，但同樣的能散對低能的加速器造成的影響則是不可忽略的。圖5直流槍陽極下

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]上海光源150MeV電子直線加速器的設(shè)計(jì)與調(diào)試[J]. 趙明華,林國強(qiáng),鐘少鵬,汪寶亮,張駿強(qiáng),劉衛(wèi)紅,周偉民,陳永忠.  中國物理C. 2008(S1)



本文編號：3101238