强流短脉冲电子枪研究

作     者：宗阳 

作者单位：中国科学院研究生院（近代物理研究所） 

学位级别：硕士

导师姓名：袁平;张子民

授予年度：2014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：真空弧放电 静电场模拟 光阴极微波电子枪 光阴极材料 微波场分布 

摘      要：随着电子加速器装置的不断发展，电子枪作为其中发射电子束的重要部件而受到广泛关注。流强高、脉冲宽度短的电子枪成为其中一个重要的发展方向。目前，强流短脉冲电子枪已经在国内外各大电子加速器装置中取得了长足的发展与广泛的应用。本文重点对其中的两种强流短脉冲电子枪的研究工作做了一些介绍与说明。 首先介绍针对中科院近代物理研究所介质壁加速器平台研制的真空弧脉冲电子枪设计与研制工作。研究真空弧放电的形成及物理过程;给出所需真空弧脉冲电子枪的设计参数;同时根据真空弧现象的放电特性，设计出利用真空弧放电现象来产生电子束的阴极构件——闪光板并进行试验验证了该电子枪生成脉冲电子束的原理可靠性;计算机模拟了设计的真空弧脉冲电子枪内部的静电场分布。经测试，该电子枪可以产生脉冲电子束，峰值束流强度超过了2.5安培，脉宽实现了从微秒级到纳秒级可调，导流系数超过了7.2106泊，实现了与介质壁加速器的联调联试，基本可以满足该实验平台的实验要求，对介质壁加速器的下一步实验具有一定的帮助作用。 其次文章主要介绍为了满足利用电子束来诊断高能量密度物理的实验要求，需要研制一台工作频率位于C波段的光阴极微波电子枪的一些初步概念性设计工作。这种类型的脉冲电子枪是利用脉冲激光束打在光阴极材料上的光电效应形成了脉冲电子流，同时依靠1.6cell微波腔内极高的微波场强使得电子束可以在极快的时间内达到接近光速的效果，这样就可以很好的控制束团的发射度，从而达到提高电子束束流品质的目的。其中主要可以分为两部分：光阴极材料的初步研究及C波段1.6cell微波腔的概念性设计。首先是光阴极材料的选定，参考国内外相关实验结果，结合我们自身实验需求，我们选定使用金属作为光阴极材料并确定了阴极形状及大小;另外，我们从微波腔长度、半径、孔径的大小等方面都对其进行了计算机模拟设计，以求达到控制发射度从而提高束流品质的目的：模拟两个腔体之间的长度关系对轴向微波场的影响;径向微波场与腔内半径之间的线性关系;微波腔体半径与工作频率之间的关系，这一系列计算机模拟结果都对今后研制该电子枪打下可靠的基础。