一種微波柵控直流電子槍初步物理設(shè)計(jì).pdf

1、本文以遠(yuǎn)紅外自由電子激光為研究背景，介紹了加速器中各種電子槍工作機(jī)理、優(yōu)缺點(diǎn)以及國內(nèi)外的研究進(jìn)展，并給出了基于低能加速器的遠(yuǎn)紅外自由電子激光對電子槍束流參數(shù)需求。由于紅外波段自由電子激光的小信號增益的大小以及飽和功率對束流的能散非常敏感，而常規(guī)熱陰極電子槍得到的束團(tuán)長度較長，在聚束段絕對能散增加會比較明顯。為了滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光對束流能散的要求，本文在合肥光源柵控直流高壓電子槍的基礎(chǔ)上，模擬研究了一種熱陰極微波柵控直流高壓電子槍。<

2、br>　　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，在電子槍的出口得到幾十ps的束團(tuán)，短的束團(tuán)意味著束流在聚束段絕對能散的增加要小，這樣就能減小低能加速器的能散。微波柵控即陰極與柵網(wǎng)之間形成陰柵腔，在陰柵腔中饋入頻率952MHz的基波與頻率2856MHz的三次諧波，其模式分別為TM0I0、TM020。同時在柵網(wǎng)上相對于陰極的直流負(fù)偏壓可以抑制陰極熱發(fā)射電子的輸出。在微波場與柵網(wǎng)

3、偏壓場的共同作用下可以控制陰極電子的引出長度。文中使用SUPERFISH、POISSON分別進(jìn)行柵控微波場與高壓電場優(yōu)化計(jì)算，使用PARMELA進(jìn)行束流跟蹤與分析。最后得到了一組能滿足紅外自由電子激光束流需求的電子槍結(jié)構(gòu)。
　　文中對比了直流槍、基波無諧波微波柵控槍與基波加諧波微波柵控槍的束流跟蹤結(jié)果，對比其束流跟蹤結(jié)果可知基波加諧波微波柵控槍可以獲得更高的流強(qiáng)以及更短的束團(tuán)長度，因而更適合做基于低能加速器的遠(yuǎn)紅外自由電子激光的電

4、子源。文中還針對了不同陰柵結(jié)構(gòu)條件，進(jìn)行了PARMELA束流跟蹤，分析了柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)對束流參數(shù)的影響，在綜合考慮束團(tuán)的束團(tuán)長度、橫向發(fā)射度、電荷量以及能散等參數(shù)后，得到了滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光需求的電子槍束流參數(shù)的陰柵結(jié)構(gòu)參數(shù)。文中最后還分析了柵網(wǎng)偏壓、微波場強(qiáng)以及基波與諧波場場強(qiáng)比對束流的影響以及產(chǎn)生影響的原因。得出結(jié)論:陰柵距離與柵網(wǎng)厚度對束團(tuán)長度與電荷量影響比較大，而柵網(wǎng)孔對束團(tuán)長度與電荷量的基本沒有影響;控制柵網(wǎng)偏壓與微波場的大小可