高压直流连续波光阴极注入器中电子束流发射度研究

高平均功率自由电子激光研究中,电子束质量是关键。针对高平均功率自由电子激光目标参数,提出了直流高压连续波光阴极注入器,给出了注入器的束流动力学过程。为了降低输出束流横向发射度,采用特殊结构设计的静电加速腔,加速电压1MV,最大加速梯度10MV/m。用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟,电子束束团电荷为0.5nC,束团长度10ps时,注入器输出束流归一化发射度均方根值为5.8mm·mrad。     

高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80 pC的电子束在350 keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14 mmmrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27 mmmrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。     

射频腔光阴极注入器发射度研究

 在激光驱动的光阴极注入器产生的高亮度电子束中,空间电荷引起发射度的增长。分析了射频腔中引起发射度增长的因素以及解决这个问题的办法——在射频腔的阴极附近加一个螺旋聚焦磁场进行补偿,也给出了补偿后电子束的发射度并和数值模拟结果进行比较,实验测试表明,所得结果比较符合。     

射频腔光阴极注入器发射度研究

在激光驱动的光阴极注入器产生的高亮度电子束中,空间电荷引起发射度的增长。分析了射频腔中引起发射度增长的因素以及解决这个问题的办法——在射频腔的阴极附近加一个螺旋聚焦磁场进行补偿,也给出了补偿后电子束的发射度并和数值模拟结果进行比较,实验测试表明,所得结果比较符合。     

连续波光阴极注入器的驱动激光器研究

在连续波光阴极注入器的研究中,驱动激光器是一个关键技术,采用连续锁模振荡器的锁模输出作为种子源,用二极管连续泵浦放大,再连续倍频,可以产生符合注入器要求的激光脉冲列作为驱动激光。     

连续波光阴极注入器的驱动激光器研究

 在连续波光阴极注入器的研究中,驱动激光器是一个关键技术,采用连续锁模振荡器的锁模输出作为种子源,用二极管连续泵浦放大,再连续倍频,可以产生符合注入器要求的激光脉冲列作为驱动激光。     

光阴极RF腔注入器束流发射度研究

分析了光阴极RF腔注入器中的RF场效应和空间电荷效应,给出了电子在加速腔中束流发射度的解析表达式,它说明在加速过程中束流发射度是振荡变化的。利用SUPERFISH和GPT程序模拟计算了光阴极1+1/2腔注入器输出束流发射度与加速场强、注入相位、束团大小和形状、束团电荷的关系。适当选择这些条件,可以获得横向发射度小于2πmm·mrad 的输出束流。     

光阴极RF腔注入器束流发射度研究

 分析了光阴极RF腔注入器中的RF场效应和空间电荷效应,给出了电子在加速腔中束流发射度的解析表达式,它说明在加速过程中束流发射度是振荡变化的。利用SUPERFISH和GPT程序模拟计算了光阴极1+1/2腔注入器输出束流发射度与加速场强、注入相位、束团大小和形状、束团电荷的关系。适当选择这些条件,可以获得横向发射度小于2πmm·mrad 的输出束流。     

RF腔光阴极注入器中热发射度的测量研究

论文介绍RF腔光阴极注入器中热发射度的测量方法,在注入器中有三个因素影响热发射度的测量,它们是：射频场效应、空间电荷效应和发射度测量误差. 在注入器出口处,电子束发射度由：热发射度、射频场效应引起的发射度增长和空间电荷效应的发射度增长三部分组成. 论文从注入器中发射度增长理论和模拟出发,给出了一个能够消除射频场效应和空间电荷效应的热发射度测量方法.     

光阴极注入器型能量回收射频加速器

 光阴极注入器型能量回收射频加速器（PERL）是新一代加速器,在高平均功率自由电子激光和下一代高亮度光源等研究中有很好的应用前景。分析了PERL的强流与高平均功率特性,对注入器输出束流品质的要求及光阴极注入器、超导加速腔等关键技术进行了研究,设计分析了一种特殊结构的高压DC Gun光阴极注入器,能有效地提高DC加速腔中的加速场强,当高压为1MV和加速场达到10MV/m时,产生的电子束流能够基本满足PERL应用要求。同一超导加速段中的束流加速和能量回收的数值模拟计算结果表明,能获得高效率电子束流能量回收效果。     

DC-SC光阴极注入器的束载实验的调试进展

 北京大学射频超导实验室设计了新型超导光电子枪——DC-SC光阴极注入器,目标是为自由电子激光平台提供能量在2~3MeV,脉宽小于10ps,脉冲重复频率为81.25MHz,平均流强约为1mA的低发射度电子束。现在已经建成了DC-SC光阴极注入器实验平台,包括激光驱动光阴极系统,Pierce直流高压加速结构,1.3GHz 1＋1/2纯铌超导腔,恒温器低温系统,4.5kW连续波微波系统,1/16分频与同步控制系统,束流诊断系统和能量分析系统等。并且完成了超导腔的静态实验,直流加速结构也经过了100μA低电流测试。实验结果符合设计要求,整体调试后即可以进行束载实验。     

直线感应加速器加速间隙对发射度的影响

文中用解析方法计算了直线感应加速器加速间隙对发射度的影响。考虑了存在轴向引导磁场,加速电场,束流分裂以及多个加速间隙的作用。这种解析方法也适用于射频直线加速器的情形。     

蒙特卡罗模拟分析电子束发射度对照射量空间分布影响

加速器靶前正前方1 m处的照射量是衡量加速器光源辐射能力的重要物理参量。电子束轰击高原子序数靶产生的X射线空间分布具有很强的前冲性,照射量空间分布与电子束的发射度密切相关。采用高斯函数对不同电子束发射度条件下入射电子的空间分布和角度分布进行建模。应用蒙特卡罗方法对电子束打靶的轫致辐射过程进行模拟,分析电子束发射度对照射量的影响。同时还对整靶结构和叠靶结构下的轫致辐射光源照射量进行计算比较。结果表明,电子束的发散角是影响轫致辐射光源照射量的主要因素。与采用整靶结构相比,采用叠靶结构所获得的照射量空间分布基本一致,在正前方小角度范围内（0~4）的照射量有2%~3%的降低。     

神龙一号加速器束参数测量

文章全面介绍了在神龙一号直线感应加速器的研制过程中, 发展的一系列束参数测量手段. 光测方面, 介绍了利用光学渡越辐射和切伦柯夫辐射测量束剖面、发射度、能散度的工作; 电测方面, 介绍了利用电阻环、磁探针、纽扣电极方法测量束位置和强度, 以及利用返磁回路方法测量束流均方根半径的工作. 这些工作极大地提高了束流测量的水平.     

用于短波长FEL的光阴极微波电子枪设计研究

高增益、短波长自由电子激光器需要发射度低、峰值电流高的短脉冲电子束流.采用发射度补偿技术,设计了一台S波段、一个半腔体的光阴极微波电子枪以用于建议中的SDUV-FEL装置.POISSON,SUPERFISH和PARMELA程序的计算表明:当微脉冲电量为2nC时,这种设计能产生ε_n,rms=2.3π·mm·mrad、E_k=4.8MeV的电子束流.报道了该枪的设计考虑和模拟结果.     

利用光学渡越辐射进行强流束诊断

描述了光学渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用光学渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案。在解决了在强流束测量中强背景干扰等问题后,获得了光学渡越辐射的特征图案,据此测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角和发射度。初步的实验结果表明,光学渡越辐射方法是强流束诊断的一种有效手段。     

4 MV静电加速器调试中出现的问题及解决方案

 4 MV静电加速器由高压系统、离子源及束流系统、控制系统和气体系统四部分组成。调试中出现了离子源不起弧、加速管破裂、控制系统失灵和输电带输电能力降低等技术问题,分析了出现这些问题的原因,然后分别采取了相应的措施加以解决：变换工作流程,在每次关机前先把引出电压降为零,开机时等离子源起弧后再把引出电压升到预定值;对过渡法兰进行车加工,重新封装;对高压端的控制设备采取屏蔽措施,在输入、输出端使用TVS二极管,对控制软件进行抗干扰设计;对绝缘气体进行循环干燥等。调试出了流强为100 μA、能量在3 MeV以上的稳定质子流。     

RF离子源引出特性的研究

 为了使RF离子源具有良好的引出特性,测试了吸极几何参数、振荡器板压和引出电压对离子源聚焦度的影响,对实验结果进行了分析。在其它参数不变的情况下,吸极的外径D与内径d之比存在最佳值,增加D/d,有利于过聚焦的离子束恢复聚焦状态。吸极的长度为L,石英套管比吸极长l。当l/D增大时,聚焦度上升,引出束流下降。L/d之比减小时,聚焦度增大。当L/d小于4时,聚焦度增加趋势变缓。综合考虑聚焦度、引出束流和气压,D/d,l/D,L/d适宜的选择范围分别为1.6～2.1,0.7～1.1,4～7。增加振荡器功率会使离子束呈弱聚焦,而增加引出电压会使离子束呈过聚焦。振荡器功率和引出电压都存在最佳值。