【摘要】：高重頻短波長(zhǎng)自由電子激光和能量回收型直線加速器等大型科研裝置是未來(lái)先進(jìn)加速器技術(shù)的發(fā)展方向之一，這類裝置需要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的高重復(fù)頻率、低發(fā)射度、短束長(zhǎng)電子束，這為高平均功率高亮度注入器研究帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。直流高壓電子槍是驅(qū)動(dòng)這類裝置的熱點(diǎn)電子源之一，本論文以中物院FEL-THz裝置上的國(guó)內(nèi)首臺(tái)NEA-GaAs光陰極直流高壓注入器為基礎(chǔ)，圍繞高平均功率高亮度電子束的獲得和參數(shù)測(cè)量等若干物理問(wèn)題，開(kāi)展了廣泛深入的理論研究和初步實(shí)驗(yàn)研究。 針對(duì)高平均功率電子束穩(wěn)定獲得的問(wèn)題，在國(guó)際同行的研究基礎(chǔ)上改進(jìn)了注入器工作狀態(tài)陰極壽命的物理模型，通過(guò)該模型判斷出注入器存在的真空度和陰極表面溫度等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了一系列注入器優(yōu)化研究，包括擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)激光器宏脈沖調(diào)節(jié)范圍，消除宏脈沖模式下的電子束鬼脈沖，改進(jìn)束線尺寸設(shè)計(jì)，搭建GaAs真空銦焊平臺(tái)等，我們將陰極的工作壽命從50s提高到80min，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了1mA/3.3h，3mA/1.4h和5mA/0.5h的高平均功率電流穩(wěn)定輸出，并提出了注入器的進(jìn)一步改進(jìn)措施。 針對(duì)高亮度電子束獲得的問(wèn)題，分析了直流高壓電子槍中的空間電荷效應(yīng)，研究了不考慮熱發(fā)射度情況下的螺線管發(fā)射度補(bǔ)償問(wèn)題；采用極低電荷量的螺線管掃描法測(cè)量了GaAs陰極熱發(fā)射度上限；根據(jù)擴(kuò)散模型計(jì)算了電子束發(fā)射出陰極表面時(shí)的發(fā)射延時(shí)和最大縱向畸變。這些研究證明了FEL-THz的直流高壓注入器能夠提供發(fā)射度小于2mm·mrad，縱向初始半高寬長(zhǎng)度約16ps的高亮度電子束。 針對(duì)電子束參數(shù)測(cè)量問(wèn)題，考慮到高平均功率的破壞性，開(kāi)展了基于湯姆遜散射的Laser Wire方法的理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究了LW測(cè)量非高斯分布電子束和LW對(duì)電子束參數(shù)的影響等問(wèn)題，證明了LW對(duì)一般分布電子束測(cè)量的適用性及其無(wú)阻攔特性；在理論研究的基礎(chǔ)上，搭建了國(guó)內(nèi)首臺(tái)高重復(fù)頻率新型LW系統(tǒng)，首次將LW應(yīng)用于低能(250keV)高平均功率電子束測(cè)量，該裝置采用驅(qū)動(dòng)激光分束的方法，充分利用了驅(qū)動(dòng)激光的剩余功率，并在FEL-THz實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件下，無(wú)阻攔測(cè)量得到電子束縱向半高寬約為6mm的初步信號(hào)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TL503.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2800055