紅外波段自由電子激光的小信號(hào)增益大小以及飽和功率對(duì)束流的能散非常敏感。為滿足遠(yuǎn)紅外自由電子激光對(duì)能散的要求,在合肥光源柵控直流高壓電子槍的基礎(chǔ)上,模擬了一種熱陰極微波柵控直流高壓電子槍。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(zhǎng)度。再通過(guò)直流高壓對(duì)電子加速后,在電子槍的出口可以得到量級(jí)為幾十皮秒的束團(tuán)。本文使用SUPERFISH、POISSON分別進(jìn)行柵控微波場(chǎng)與高壓電場(chǎng)優(yōu)化計(jì)算,PARMELA（Phase And Radial Motion in Electron Linear Accelerators）進(jìn)行束流跟蹤與分析,得到一組能滿足紅外自由電子激光需求的電子槍參數(shù)。 

【文章來(lái)源】：核技術(shù). 2015,38(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

微波場(chǎng)與柵網(wǎng)偏壓Fig.1MicrowavefieldandDCbias.

損壞柵網(wǎng)；(2)束團(tuán)出柵網(wǎng)的平均能量不能過(guò)大，過(guò)大的束流初始能量會(huì)影響聚焦柵極的聚束效果；(3)電子槍設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮空間電荷效應(yīng)的影響，當(dāng)束流流強(qiáng)太大時(shí)，空間電荷效應(yīng)影響太強(qiáng)，會(huì)造成束流欠聚焦，當(dāng)束流流強(qiáng)過(guò)小時(shí)，空間電荷效應(yīng)較弱，會(huì)造成束流過(guò)聚焦，兩種情況下束斑的尺寸都會(huì)受到嚴(yán)重的影響；(4)根據(jù)束腰的位置以及束腰處束斑的大小來(lái)確定聚焦是否合適。合適的條件下，束腰在電子槍出口下游4mm處，束斑尺寸變化不大。表1為HLS二期工程中柵控直流槍出口的束流參數(shù)與柵控微波直流高壓槍出口的束流參數(shù)。圖2為POISSON靜電場(chǎng)結(jié)構(gòu)建模，陽(yáng)極電壓為0V，陰極電壓為100kV，柵網(wǎng)上的電壓是相對(duì)于陰極的負(fù)偏壓。對(duì)柵網(wǎng)建模時(shí)，假定柵網(wǎng)為一系列具有一定厚度和寬度的同心圓環(huán)，且相鄰?fù)膱A之間的距離相同。圖2靜電場(chǎng)結(jié)構(gòu)及場(chǎng)形Fig.2Structureandfieldmapofstaticfield.

謝應(yīng)猛等：一種微波柵控直流電子槍初步物理設(shè)計(jì)060104-3SUPERFISH陰柵腔建模其柵網(wǎng)部分見圖3。為防止柵網(wǎng)端面的場(chǎng)強(qiáng)太大，柵網(wǎng)端面做成圓弧面，腔中的峰值場(chǎng)強(qiáng)在柵網(wǎng)圓弧端面上，且為軸上微波場(chǎng)峰值的2.2倍左右。雙頻腔的微波參數(shù)見表2。表2雙頻腔微波參數(shù)Table2Dual-frequencycavitymicrowaveparameters.參數(shù)Parameters基波Fundamental諧波3rdHarmonic頻率Frequency/MHz951.992855.96品質(zhì)因子Qualityfactor1312.241467.12Rs*Q/10.56420.455分路阻抗Shuntimpedance/M·m114.5056.571雙頻腔建模時(shí)，因?yàn)闁啪W(wǎng)孔比較小(圖3)，功率在柵網(wǎng)孔后會(huì)慢慢截止(圖4)，因此RF場(chǎng)建模時(shí)柵網(wǎng)部分直接封閉。圖4是PARMELA(PhaseAndRadialMotioninElectronLinearAccelerators)為束流中心軸上基波場(chǎng)分布、三次諧波場(chǎng)分布以及基波與諧波疊加場(chǎng)分布，可見柵網(wǎng)中的微波場(chǎng)衰減很快。圖3雙頻腔柵網(wǎng)部分結(jié)構(gòu)Fig.3Partofdual-frequencycavity.圖4基波與三次諧波場(chǎng)分布Fig.4Fundamentalfieldandharmonicfieldalongzaxis.3PARMELA束流跟蹤三類電子槍PARMELA束流跟蹤的初始條件如下：初始能量為1eV，初始微脈沖束團(tuán)長(zhǎng)度為1ns，初始電荷量為2nC，初始設(shè)置粒子數(shù)50000個(gè)。3.1柵控高壓直流槍束流跟蹤柵控直流高壓電子槍得到的束流是連續(xù)的，束流縱向分布在952MHz的整個(gè)周期內(nèi)，電子槍出口的束流縱向分布與束斑橫向尺寸如圖5所示。在聚束時(shí)，為實(shí)現(xiàn)縱向聚束而對(duì)電子進(jìn)行速度調(diào)制會(huì)引入很大能散。如合肥光源800MeV直線加速器測(cè)量的相對(duì)能散為1%（絕對(duì)能散800keV），軟件模擬得到聚束過(guò)程中能散增長(zhǎng)的最小值約為300keV，此能散對(duì)于合肥800MeV直線加速器是可以接受的，但同樣的能散對(duì)低能的加速器造成的影響則是不可忽略的。圖5直流槍陽(yáng)極下

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]上海光源150MeV電子直線加速器的設(shè)計(jì)與調(diào)試[J]. 趙明華,林國(guó)強(qiáng),鐘少鵬,汪寶亮,張駿強(qiáng),劉衛(wèi)紅,周偉民,陳永忠.  中國(guó)物理C. 2008(S1)



本文編號(hào)：3101238