電子束流品質(zhì)決定了加速器、自由電子激光、真空電子器件等束流裝置的性能乃至壽命。其中,陰極表面發(fā)射電子的初始特征對束流發(fā)射度、穩(wěn)定性和噪聲等品質(zhì)有顯著影響。然而,實際熱陰極表面并不理想,存在各種非均勻性因素,導致初始電子束密度不均勻、本征發(fā)射度漲落。因此,研究熱陰極表面非均勻性對發(fā)射漲落及本征發(fā)射度的影響,反過來支持陰極研制工藝優(yōu)化,具有重要的實際意義。本研究從理論推導和數(shù)值仿真兩方面著手,研究了熱陰極表面溫度、逸出功非均勻性、粗糙度以及耦合非均勻性對熱陰極本征發(fā)射度的影響。理論方面,基于熱電子發(fā)射的基本過程,構(gòu)建電子發(fā)射數(shù)的理論表達形式,在此基礎(chǔ)上推導了光滑熱陰極溫度及逸出功非均勻發(fā)射時的均方根本征發(fā)射度通用計算形式。針對二維粗糙陰極,構(gòu)造二維余弦形貌模型,推導了發(fā)射度增長系數(shù)隨表面形貌特征(R,TR)和外加電場的近似變化關(guān)系;最后基于非均勻性獨立耦合模型,建立了耦合發(fā)射度增長的基本理論形式。由于本征發(fā)射度關(guān)注的是陰極表面附近的區(qū)域,難以通過實驗直接測量得到。為了和理論研究結(jié)果對比,并分析各種難以數(shù)學描述的表面非均勻性特征,必須采用數(shù)值仿真技術(shù)。為此,自主開發(fā)了基于FDTD-PIC技術(shù)...

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【學位級別】：博士

本文編號：3881463