金刚石放大热阴极系统中电子枪的设计及发射度测量系统的数值模拟

作     者：邵琰 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐宏亮

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：金刚石放大光阴极 能量可调 电子枪 数值模拟 发射度测量 

摘      要：随着加速器技术的不断进步,对于束流品质的要求越来越高,希望可以获得更高流强、更高亮度的低发射度束流,所以研究产生高品质束流的方法引起了高度重视。金刚石放大光阴极不失为一个获得高品质束流的好方法。金刚石放大光阴极是指采用光阴极电子枪发射初级电子束,而后初级电子束打到特制金刚石薄膜窗被金属化的一侧,次级电子束从金刚石薄膜窗被氢化的一侧发射出来,次级电子束的流强可比初级电子束流强高两个数量级,同时束流的发射度几乎不变。本论文中使用热阴极电子枪发射初级电子束,来研究金刚石放大的机理。论文第一部分主要是在金刚石薄膜对电子束流强放大的数值模拟基础上,对用于金刚石放大热阴极实验平台中的能量可调的栅控电子枪进行设计。确定电子枪的设计指标后,在皮尔斯电子枪理论的指导下,利用软件OPERA设计电子枪的结构,并通过不断调整聚焦极夹角大小、阴极与阳极之间的距离、阳极孔的大小等方式对电子枪的结构进行优化,最终得到合理的电子枪结构。之后在OPERA中进行数值模拟,得到束流流强、束流轨迹、电势分布、场强分布等信息,并将电子枪结构导入CST中,得到束流的发射度。最后通过束斑半径、束流流强等参数与电子枪阳极电压之间的关系,证明设计出的电子枪符合实验要求,可以在金刚石放大热阴极系统中使用。为了测量电子枪发射束流的发射度,论文的第二部分工作是设计一个横向发射度测量系统。通过理论分析,采用螺线管线圈作为聚焦透镜,利用软件ASTRA对完整的横向发射度测量系统进行数值模拟,用分析表达式算出的发射度与模拟值较为一致,获得理想的结果,说明该发射度测量系统可用于测量电子枪的发射度。最后对论文已经完成的工作进行了简要的介绍,并指出下一步的工作方向。