高性能常温光阴极微波电子枪设计与实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王琳 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 赵振堂 |
| 关键词 | 光阴极 微波电子枪 发射度 高梯度 双频 |
| 英文摘要 | 近年来,随着用户的增长和加速器技术的进步,基于电子加速器的装置,如自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)、超快电子衍射(Ultra Fast Electron Diffraction,UED)和超快电子成像(Ultra Fast Electron Imaging,UEM)得到了迅猛的发展。这些应用对电子束的发射度和束团长度有极高的要求。因此,可产生短电子束团并且具有低发射度的电子枪,是研发电子加速器的核心部分,也是重要挑战与研究热点。光阴极微波电子枪中的发射度主要包含热发射度、微波发射度和空间电荷发射度。在一定的束团长度下,降低热发射度和空间电荷发射度的一个很有前景的方向是提高微波电子枪内的加速梯度;降低微波发射度的一个很有前景的方向是在微波电子枪中引入高频谐波,形成双频微波电子枪。为了提高电子加速器装置电子束品质,本文从发射度原理出发,基于FEL、UED和UEM装置,介绍了这两种电子枪方案的研究。第一种是可以承受较高梯度、用于缩短束团长度时维持低发射度的C波段常温光阴极电子枪,第二种是基于“平顶”效应,用于改善束团RF发射度和相位抖动的S+C双频电子枪。目前使用在FEL的常温微波电子枪主要使用了 VHF波段、L波段和S波段。相比于现在正在运行的2856 MHz以下的电子枪,C波段频率为5712 MHz,因此可承受的梯度也较高。国内外的科研机构如INFN、THU、PSI、USTC都进行了C波段电子枪初步模拟,且结果都表明C波段在提高束流品质上的极大优势。然而,对于应用于FEL的电子枪,C波段电子枪的微波设计和束流动力学还未被系统性的分析,并且冷测和热测的实验结果较少。因此,本论文基于上海软XFEL装置,在现有微波电子枪和基础上,通过优化结构和工艺,研制了新型3.6cell的C波段电子枪。对于电子枪的微波结构,进行了电子枪盘片与孔径的优化、增加了阴极盘抽真空口的设计并改善了电子枪内的微波不对称性。对于电子枪的束流动力学,进行了腔体个数、首腔长度和电场强度等因素对束流品质的影响的模拟和分析,并设计了发射度补偿螺线管。本论文完成了国际上首个3.6-cell C波段光阴极电子枪的实现和测试。3.6-cell C波段光阴极电子枪的高功率微波实验,曾达到180 MV/m最高阴极电场强度,超过了 150 MV/m的设计目标。目前双频电子枪的研究集中于S波段和S波段的三次谐波X波段。由于X波段的功率源成本高昂,并且双频电子枪微波功率串扰的问题尚未得到充分的解决,本论文讨论了 S波段和S波段的二次谐波C波段的双频电子枪组合对UED和UEM应用的优势,如降低发射度和飞行时间抖动,并设计了可以解决双频电子枪微波功率串扰和微波不对称的双频电子枪微波结构。本论文介绍了国际首个加工完成的S+C波段电子枪冷测结果。实验结果和模拟结果较为吻合。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33868]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王琳. 高性能常温光阴极微波电子枪设计与实验研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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