高性能電子槍的設(shè)計與研究.pdf

1、為滿足自由電子激光器對高品質(zhì)電子束流的要求，高性能電子槍的研究已經(jīng)得到了廣泛重視。本文就應(yīng)用于自由電子激光器的三種高性能電子槍開展了設(shè)計和研究工作。
　　論文第一部分介紹了15 keV強(qiáng)流柵控電子槍，它作為獨(dú)立調(diào)諧微波電子槍的外注入式電子源，為遠(yuǎn)紅外自由電子激光器提供高品質(zhì)的電子束流。我們提出了一種雙陽極結(jié)構(gòu)，即在常規(guī)柵控槍結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了中間電極，使得束流在電子槍內(nèi)經(jīng)過加速再減速的過程，提高了電子槍的發(fā)射能力和聚焦性能，成功實

2、現(xiàn)了高導(dǎo)流系數(shù)和大面積壓縮比電子槍的設(shè)計。這種結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)實際需要，通過調(diào)整中間電極的電壓來調(diào)節(jié)電子槍的最佳輸出電流而能量保持不變。通過對遠(yuǎn)紅外自由電子激光注入器的束流動力學(xué)計算和優(yōu)化，可以使系統(tǒng)對電子槍的輸出流強(qiáng)由設(shè)計值4.2A降低至2.45 A。
　　雙陽極方案的電子槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊，為了避免可能出現(xiàn)的真空擊穿和絕緣陶瓷表面爬電現(xiàn)象，我們采用雙脈沖電源對陰極和中間電極供電，柵控信號疊加在高壓脈沖信號上。這種方式既降低了打火和

3、爬電的風(fēng)險，又保證了輸出束流的具有良好的上升沿和下降沿，并能實現(xiàn)脈寬可調(diào)。
　　為了測量提供給獨(dú)立調(diào)諧微波單元的脈沖束流品質(zhì)，我們根據(jù)該柵控電子槍的輸出束流能量低、流強(qiáng)高的特點，設(shè)計了一套電子槍測量裝置測量陽極出口處，即獨(dú)立調(diào)諧微波電子槍入口處的束流流強(qiáng)和束斑尺寸。該裝置通過一段陶瓷腔與電子槍連接，電子槍陽極固定在陶瓷腔法蘭上。步進(jìn)裝置驅(qū)動熒光屏從陽極下游的真空室移動至陶瓷腔內(nèi)的陽極出口處，通過后方的觀察窗和反射鏡采集束斑信號。該

4、方案省去了屏蔽罩，將FCT直接套在陶瓷真空室外，可以使FCT的位置貼近陽極出口。另外，我們還在高壓電源回路中放置了三個束流流強(qiáng)檢測器，可以通過測量高壓電源和燈絲電源的負(fù)載電流，測得陰極的發(fā)射電流、柵網(wǎng)的截獲電流、以及電子槍內(nèi)電極上損失的電流，為獲得最佳的電子束輸出提供參考依據(jù)。
　　論文第二部分介紹了500 kV脈沖高壓電子槍系統(tǒng)。為了獲得較低初始發(fā)射度的3A脈沖束流，該電子槍選用發(fā)射性能優(yōu)異、抗中毒能力良好的單晶CeB6作為陰極

5、材料，陰極發(fā)射面直徑3 mm;通過對槍體內(nèi)電場分布的計算，優(yōu)化了電子槍的電極形狀，給出了束流動力學(xué)計算結(jié)果。我們設(shè)計了一套雙縫法發(fā)射度測量裝置平臺，給出了裝置的布局。另外，我們還完成了基于500 kV脈沖高壓電子槍的預(yù)注入器的物理設(shè)計，驗證了該槍作為短波長自由電子激光器電子源的可行性。
　　論文的第三部分介紹了對光陰極微波電子槍中的類肖特基效應(yīng)的初步研究。我們針對ASTRA對PITZ光陰極微波電子槍中類肖特基效應(yīng)的模擬結(jié)果與實驗數(shù)