受未來高平均功率自由電子激光和能量回收型加速器等大型科研裝置的推動,高亮度電子源成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),用于產(chǎn)生穩(wěn)定的低發(fā)射度和高流強(qiáng)的電子束。砷化鎵光陰極直流高壓電子槍是一種重要的電子源,但其工作壽命和穩(wěn)定性仍面臨巨大挑戰(zhàn),其中離子反轟是限制電子槍性能的一個重要因素。本論文即在這樣的背景下,基于中國工程物理研究院THz-FEL裝置的直流高壓電子槍,圍繞離子反轟及其抑制和光陰極量子效率測量等開展了深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究。針對直流高壓電子槍離子反轟及其抑制的問題,本論文開展了系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。我們建立了電子槍的真空分布模型,分析了離子在電子槍內(nèi)的動力學(xué)特性；研究了影響離子反轟的因素,包括電子槍真空度、電子槍高壓及電場分布和束流發(fā)射位置等,并對離子對陰極結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行了初步分析；給出了抑制直流高壓電子槍離子反轟的相應(yīng)方法,包括優(yōu)化電子槍真空度、提高電子槍電壓、束流偏軸發(fā)射和陽極偏壓等,并對束流偏軸發(fā)射進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過測量束流發(fā)射前后陰極表面量子效率分布,我們證明了束流偏軸發(fā)射抑制離子反轟的可行性,并分析了束流偏軸發(fā)射對束流品質(zhì)的影響。為進(jìn)一步降低陰極離子通量,我們設(shè)計了一種新型陽極... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１高平均功率ＴＨｚ大型科研設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖??

地?fù)p失陰極結(jié)構(gòu)，因此稱為陰極中毒。２０１４年Ｎ．Ｃｈａｎｌｅｋ等人首次在極高真空??環(huán)境下（１．５ｘ１０－１１?ｍｂａｒ）測量了各種殘余氣體（〇２、＆、ＣＯ、＆０、ＣＨ４和Ｃ〇２??等）對ＧａＡｓ陰極的量子效率的影響ＰＷ，如圖１．２（ａ）所示。實(shí)驗(yàn)研究表明，Ｈ２Ｏ、??＆和ＣＨ４對陰極量子效率影響很小，ＣＯ造成陰極量子效率小幅降低倒２０％），??過量的〇２和Ｃ〇２則造成陰極量子效率的劇烈衰減（降低約９０％），通過重新補(bǔ)飽??操作，〇２過量的ＧａＡｓ陰極量子效率恢復(fù)到初始值的９５％，但ＣＯ和Ｃ〇２過量的??陰極量子效率僅恢復(fù)到初始值的６０％?－７０％。??１－２?Ｉ＇?＇?＇?＇?＇?＇?Ｉ?１０．Ｉ?Ｉ?????，????、?Ｉ?■；???????２２?８??＼?？?Ｈ，，州？？ｎｄＮ，?Ｉ??３?〇．？?－?＼?．ＣＯ?：ｓ????—＿化《?ｔ??…Ｖ??：?°??＂Ｌ＿＿，＿，＿＿

圖１２中物院ＤＣｇｕｎ模型。（ａ）電子槍外觀和細(xì)節(jié)圖；（ｂ）電子槍內(nèi)電場分布??化電為例，其氣壓大小與真空累的抽速、累的位置、腔室材料和環(huán)境溫度??等因素有關(guān)，假設(shè)材料的放氣率相同，９為材料放氣率的平均值；電子槍下方??的吸氣乗抽速為３ｘ１３００?Ｌ／Ｓ，吸氣泉在真空度為接近２ｘｌ〇－９化時，泉的抽速降??至約１０００Ｌ／ｓ［７５］。根據(jù)流量定律??５ｘ鳳＝?（２－１。??／??其中，Ｓ為粟的總抽速，巧）為平衡狀態(tài)下腔室內(nèi)的氣壓值，？為腔室內(nèi)??壁的表面積。對于中物院ＴＨｚ－ＦＥＬ裝置的直流高壓注入器，由式（２－１２）近似求??得電子槍腔室的平均放氣率為＾?＝?８．３４４巧Ｘ?１０－７化．Ｌ／ｓ．ｍ２（假設(shè)整個腔室內(nèi)壁材??料放氣率相同，且忽略陽極孔及其下游管道對槍內(nèi)部氣壓的影響）。為簡化計??算，假設(shè)電子槍腔室與下游管道之間的陽極孔為理想的圓孔，其流導(dǎo)為??Ｕａ?二?〇．９來?＾１￥兩?口－１３）??２０?°Ｃ時，直徑３０?ｍｍ的孔對Ｈ２的流導(dǎo)為９．８６４?Ｌ／Ｓ，根據(jù)流量的定義則有??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]GaAs光陰極量子效率分布測量[J]. 楊仁俊,肖德鑫,李凱,吳岱,潘清,王建新,楊興繁.  強(qiáng)激光與粒子束. 2015(05)
[2]砷化鎵光陰極直流高壓注入器研究進(jìn)展[J]. 吳岱,肖德鑫,李凱,潘清,楊仁俊,張海旸,王建新,劉宇,柏偉,林司芬,王漢斌,楊興繁,黎明,許州.  強(qiáng)激光與粒子束. 2015(04)
[3]直流光陰極注入器電子束壁損失初步研究[J]. 吳岱,肖德鑫,李凱,劉宇,李鵬,王漢斌,楊興繁,黎明.  強(qiáng)激光與粒子束. 2014(01)
[4]光陰極直流高壓電子槍工程設(shè)計[J]. 王漢斌,楊興繁,潘清,黎明.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(S1)
[5]GaAs陰極光電發(fā)射特性[J]. 李凱,潘清,肖德鑫,王漢斌.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(S1)
[6]GaAs光陰極高溫?zé)崆逑碵J]. 肖德鑫,李凱,潘清.  強(qiáng)激光與粒子束. 2013(S1)
[7]高平均功率太赫茲自由電子激光裝置設(shè)計[J]. 許州,楊興繁,黎明,束小建,魯向陽,黃文會,竇玉煥,王漢斌,柏偉,沈旭明,徐勇,鄧德榮,單李軍,張德敏,陳亞男.  太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報. 2013(01)
[8]Cs2 Te photocathode fabrication system at Peking University[J]. 戴勁,全勝文,常城,劉克新,趙夔.  中國物理C. 2012(05)
[9]Corkscrew運(yùn)動影響束流發(fā)射度的數(shù)值分析[J]. 代志勇,黃子平,龍繼東.  強(qiáng)激光與粒子束. 2007(02)
[10]光陰極RF腔注入器[J]. 李正紅,胡克松,黎明,楊茂榮,錢民權(quán),劉志強(qiáng),都興紹,潘清,鄧仁培.  強(qiáng)激光與粒子束. 2000(03)

博士論文
[1]NEA-GaAs光陰極直流高壓注入器物理特性與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 吳岱.清華大學(xué) 2014



本文編號：3449035