低反轰热阴极微波电子枪初步实验

 简述了紧凑型自由电子激光太赫兹源研制的系统设计方案,介绍了具有两路微波馈入的热阴极微波电子枪的研制与测试情况,利用束流传感器测试了束流强度,并利用CCD相机测试了束斑大小,给出了微波电子枪通过初步热测实验得到的结果。测得微波电子枪出口处束流强度超过500 mA,束斑约3 mm,采用双屏法测量束流发射度,得到归一化发射度约为13.5 π·mm·mrad,测试指标与理论设计值吻合较好。     

关于热阴极微波电子枪中电子反轰问题的研究

提出了热阴极微波电子枪的设计中可以通过缩短腔长减小电子反轰功率,并通过模拟计算详细研究了腔长对电子反轰及枪出口束流品质的影响。     

关于热阴极微波电子枪中电子反轰问题的研究

 提出了热阴极微波电子枪的设计中可以通过缩短腔长减小电子反轰功率，并通过模拟计算详细研究了腔长对电子反轰及枪出口束流品质的影响。     

热阴极微波电子枪的电子反轰现象

 利用数值模拟方法研究了热阴极微波电子枪在高重复率（200Hz）时电子反轰运动以及输出束流品质与腔长的关系，并讨论了抑制电子反轰的措施。     

热阴极微波电子枪的电子反轰现象

利用数值模拟方法研究了热阴极微波电子枪在高重复率（200Hz）时电子反轰运动以及输出束流品质与腔长的关系,并讨论了抑制电子反轰的措施。     

多腔热阴极微波电子枪的实验研究

详细介绍了用于北京自由电子激光器(BFEL)多腔热阴极微波电子枪的实验研究情况,通过对该微波电子枪出口脉冲电流波形和宏脉冲不同时间位置电子能谱的测量,表明该枪大大减小了电子反轰功率. 实验测量得到通过α磁铁的束流强度约为200mA,束流发射度约为20-30π·mm·mrad,并且,还将实验得到的能谱与模拟结果作了比较.     

用于BFEL的多腔热阴极微波电子枪的设计研究

详细介绍了用于北京自由电子激光器(BFEL)的多腔热阴极微波电子枪的物理设计以及模拟计算结果,给出了出束及热测实验研究结果.该微波电子枪采用双周期轴耦合驻波加速结构,由四个加速腔组成,工作在π/2模,工作频率为2856MHz.该枪在设计中采用了缩短首腔以及增加腔间漂移段等设计思想,大大减小了电子反轰功率,并有效地调节了电子束团的纵向特性.     

独立调谐热阴极微波电子枪电子反轰效应北大核心CSCD

为开展自由电子激光太赫兹技术研究,研制出利用两路微波馈入的独立调谐热阴极微波电子枪,建立了热测实验装置,并进行了束流测试和电子反轰效应的热测实验研究。实验结果表明,该微波电子枪出口处束流强度可超过500mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。     

热阴极微波电子枪模拟计算

用模拟计算方法,研究了热阴极微波电子枪的束流动力学行为,采用笛卡尔坐标,编制了准三维模拟计算程序──HOTGUN.计算中除考虑了射频场外,还充分考虑了空间电荷效应(空间电荷场为轴对称场)、肖特基效应及稳态负载效应等.文中给出了HOTGUN程序与PARMELA部分模拟结果及中科院高能所自由电子激光室微波电子枪热测实验台部分实验结果的比较,最后以用于北京自由电子激光器的多腔热阴极微波电子枪为例,给出了详细的HOTGUN程序模拟计算结果.     

多腔微波电子枪聚束腔作用分析

 分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程,使用RUNGE KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用。研制的4+1/2腔RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段,取得了高占空因子,较高束流功率的实验结果。     

独立调谐热阴极微波电子枪实验研究

为了研制紧凑型自由电子激光装置,开展自由电子激光太赫兹技术研究,需要研制微波电子枪作为高品质电子束源,为此,中国工程物理研究院研制了独立调谐热阴极微波电子枪。在前期进行了初步热测实验的基础上,通过改进实验环境、优化实验参数,进一步开展大量实验,深入研究了热阴极微波电子枪的热测实验结果。实验结果表明:微波电子枪出口处束流强度可超过500 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化。该热阴极微波电子枪已经应用于紧凑型自由电子激光装置。     

热阴极微波电子枪的改进设计

 北京自由电子激光目前所用热阴极微波电子枪输出的电子束，在经过加速管加速后，位于微波脉冲前沿的电子束团存在能量偏高的现象，使得这部分电子无法对FEL增益做贡献。根据实验数据，分析了造成该现象的原因，提出一种可行的改进措施，即通过降低微波谐振腔的品质因数缩短建场时间，来消除该现象，以便提高整个装置的输出性能。     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

热阴极微波电子枪的改进设计

北京自由电子激光目前所用热阴极微波电子枪输出的电子束,在经过加速管加速后,位于微波脉冲前沿的电子束团存在能量偏高的现象,使得这部分电子无法对FEL增益做贡献。根据实验数据,分析了造成该现象的原因,提出一种可行的改进措施,即通过降低微波谐振腔的品质因数缩短建场时间,来消除该现象,以便提高整个装置的输出性能。     

Physical design of FEL injector based on the performance-enhanced EC-ITC RF gun

To meet the requirements of high performance THz-FEL (Free Electron Laser), a compact scheme of FEL injector was proposed. A thermionic cathode was chosen to emit electrons instead of a photo-cathode with its complex structure and high cost. The effective bunch charge was improved to ～200 pC by adopting an enhanced EC-ITC (External Cathode Independently Tunable Cells) RF gun to extract micro-bunches; back bombardment effects were almost eliminated as well. Constant gradient accelerator structures were designed to improve energy to ～14 MeV, while the focusing system was applied for emittance suppressing and bunch state maintenance. The physical design and beam dynamics of the key components for the FEL injector were analyzed. Furthermore, start-to-end simulations with multi-pulses were performed using homemade MATLAB and Parmela. The results show that continual high brightness electron bunches with a low energy spread and emittance could be obtained stably.     

Physical design of FEL injector based on the performance-enhanced EC-ITC RF gun

To meet the requirements of high performance THz-FEL （Free Electron Laser）, a compact scheme of FEL injector was proposed. A thermionic cathode was chosen to emit electrons instead of a photo-cathode with its complex structure and high cost. The effective bunch charge was improved to ~200 pC by adopting an enhanced EC-ITC （External Cathode Independently Tunable Cells） RF gun to extract micro-bunches; back bombardment effects were almost eliminated as well. Constant gradient accelerator structures were designed to improve energy to ~14 MeV, while the focusing system was applied for emittance suppressing and bunch state maintenance. The physical design and beam dynamics of the key components for the FEL injector were analyzed. Furthermore, start- to-end simulations with multi-pulses were performed using homemade MATLAB and Parmela. The results show that continual high brightness electron bunches with a low energy spread and emittance could be obtained stably.     

325 MHz微波栅控高压型热阴极电子枪的设计研究

高重复频率、高平均流强的电子枪具有十分广泛的应用。设计了一台束团重复频率为325 MHz在CW模式工作的微波栅控高压型热阴极电子枪,并详细论述了该类型微波栅控电子枪的实验原理。在该类型电子枪的设计中,首先需要利用仿真模拟软件EGUN、POISSON（PoissonSuperfish）、GPT（General Particle Tracer）完成300 kV直流高压电子枪的结构设计,并进行束流动力学验证计算。为将微波馈入该直流电子枪的阴栅极之间,进行了该微波栅控电子枪的供电系统设计,完成了从射频功率源到同轴热阴极的阻抗匹配方案,设计了一种325 MHz双模式同轴供电器件,并进行了验证与分析。     

Ultra-low emittance X-band photocathode RF gun

In this paper, we present the simulation results of a 1.6 cell X-band photocathode RF gun for ultra-low emittance electron beams. It will work at 9.3 GHz. The emittance, bunch length, electron energy and energy spread at the gun exit are optimized at bunch charge of 1pC using PARMELA. Electron bunches with emittance about 0.1 mm·mrad and bunch length less than 100 fs can be obtained from this gun. A PITZ type coupler is adopted in this gun and an initial simulation by MAFIA is also given in this paper.     

Ultra-low emittance X-band photocathode RF gun

In this paper, we present the simulation results of a 1.6 cell X-band photocathode RF gun for ultra-low emittance electron beams. It will work at 9.3 GHz. The emittance, bunch length, electron energy and energy spread at the gun exit are optimized at bunch charge of 1pC using PARMELA. Electron bunches with emittance about 0.1 mm·mrad and bunch length less than 100 fs can be obtained from this gun. A PITZ type coupler is adopted in this gun and an initial simulation by MAFIA is also given in this paper.