基于FEL高功率紧凑型THz源电子束装置相关技术研究

发布时间：2021-02-23 16:11

　　中国科学技术大学国家同步辐射实验室与华中科技大学联合研制基于FEL高功率紧凑型THz源,其中国家同步辐射实验室研制紧凑型电子束产生装置为THz源提供高品质电子束流。该电子束产生装置主要由强流二极枪、外注入式热阴极独立调谐（ETC-IT TC）微波电子枪、加速管及聚焦系统、输运线及束流测量系统等组成。本论文主要包含外注入式热阴极独立调谐微波电子枪的研制、准S2E束流仿真、束流调试及相关束流参数测量。同时本论文包含基于遗传算法双周期驻波加速结构的优化设计。ETC-ITC微波电子枪采用双驻波腔结构,其主要特点是电子源由外部二极枪注入,避免反轰效应；两个腔体之间无耦合,微波功率分别独立馈入。通过调节两腔的馈入功率和相位,该枪能产生高品质的电子束流。此外未采用补偿线圈和a磁铁,结构紧凑简单。根据束流动力学计算,选取一组理想的腔体结构参数和腔体及其耦合器尺寸,经精密加工、微波参数及尺寸调配,完成该枪的研制。为了测量沿轴线电场分布,搭建一套基于National Instrument Labview软件平台自主开发的自动化测量系统,同时加工一标准圆柱腔体用于验证该测量系统。在腔体加工调配期间,依据微波... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：187 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 THz源简介
        1.1.1 THz源发展史
        1.1.2 THz源特性、应用及产生
        1.1.3 基于FEL的高功率THz源
    1.2 FEL基本原理及束流品质
        1.2.1 FEL基本原理
        1.2.2 FEL对束流品质要求
        1.2.3 FEL束流品质的改善
    1.3 基于FEL的THz源国内外发展状况
        1.3.1 基于FEL的THz源
        1.3.2 电子源
    1.4 选题背景和意义
    1.5 论文主要内容
    1.6 论文创新点
    参考文献
第二章 外注入式独立调谐微波电子枪研制
    2.1 总体结构设计
        2.1.1 腔体尺寸的确定
        2.1.2 腔体结构
    2.2 强流二极枪验证及激活
        2.2.1 电子枪基本参数定义
        2.2.2 强流二极枪可行性验证
        2.2.3 强流二极枪参数测量
    2.3 微波腔体加工调试
    2.4 腔体耦合器设计
        2.4.1 耦合方式
        2.4.2 耦合器物理设计
        2.4.3 耦合器机械结构设计及调耦调谐方案
    2.5 微波腔体调配及冷测
        2.5.1 腔体调配及测量
        2.5.2 拉珠法测量系统研制
        2.5.3 ETC-ITC微波腔体电场分布测量
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 THz源电子束产生装置
    3.1 加速管及聚焦系统
        3.1.1 加速管设计
        3.1.2 聚焦系统设计
    3.2 输运线系统
    3.3 微波系统
        3.3.1 微波功率源系统
        3.3.2 波导传输系统
        3.3.3 微波测量控制系统
    3.4 真空系统
    3.5 电源系统
    3.6 恒温水冷系统
    3.7 辐射安全防护及连锁系统
    3.8 控制系统
    3.9 准直系统及安装
    3.10 电子枪激活与加速管及波导系统老炼
    3.11 本章小结
    参考文献
第四章 THz源电子束产生装置束流动力学仿真
    4.1 束流参数要求
    4.2 准S2E仿真方案
    4.3 准S2E仿真
        4.3.1 ETC-ITC微波电子枪
        4.3.2 加速管及聚焦系统
    4.4 输运线
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 束流调试及测量
    5.1 ETC-ITC工作频率调节
    5.2 束流调试
        5.2.1 束流调试
        5.2.2 速调管输出功率的研究
        5.2.3 二极枪特性测量
    5.3 束流测量原理
        5.3.1 束流能量测量
        5.3.2 束流能散测量
        5.3.3 束团长度测量
        5.3.4 发射度测量
    5.4 标定束流测量靶
    5.5 束流测量
        5.5.1 灯丝电流6.0 A
        5.5.2 灯丝电流6.1 A
        5.5.3 灯丝电流6.2 A
        5.5.4 灯丝电流6.3 A
    5.6 本章小结
    参考文献
第六章 基于遗传算法驻波加速管优化设计
    6.1 SUPERFISH与CST网格划分对比分析
        6.1.1 SUPERFISH计算分析
        6.1.2 CST计算分析
    6.2 原有腔体仿真
        6.2.1 均匀腔计算
        6.2.2 聚束腔计算
        6.2.3 整管计算
        6.2.4 束流动力学计算
    6.3 单变量法优化设计
    6.4 基于遗传算法优化设计
        6.4.1 遗传算法简介
        6.4.2 均匀腔优化设计
        6.4.3 整管调谐计算
        6.4.4 束流动力学计算
        6.4.5 耦合器设计
    6.5 本章小结
    参考文献
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 工作展望
附录1 目前世界上基于FEL的THz源
附录2 TOSHIBA E37308速调管参数表
致谢
攻读博士期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]Physical design of FEL injector based on the performance-enhanced EC-ITC RF gun[J]. 胡桐宁,陈曲珊,裴元吉,李骥,秦斌.  Chinese Physics C. 2014(01)
[2]减小直线加速器耦合腔中不对称性的方法[J]. 魏献林,吴丛凤.  核技术. 2013(07)
[3]独立调谐热阴极微波电子枪实验研究[J]. 柏伟,黎明,王汉斌,杨兴繁,单李军,张浩,刘宇,沈旭明,甘孔银,李涛,谭志远,胡和平,陈天才.  强激光与粒子束. 2013(03)
[4]采用飞秒装置的高功率宽带太赫兹源(英文)[J]. 林栩凌,周峰,张建兵,戴志敏.  红外与激光工程. 2012(01)
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[8]基于自由电子激光的小型太赫兹源初步设计[J]. 熊永前,秦斌,冯光耀,谭萍,田家胜,陈萍,杨军,余调琴,裴元吉,樊明武.  中国物理C. 2008(S1)
[9]中国工程物理研究院远红外自由电子激光实验研究[J]. 金晓,黎明,许州,黎维华,杨兴繁,陈天才,徐勇,余虹,王远,沈旭明,程云,谢敏,卢和平,邓德荣,刘婕,崔丽,杨茂荣,李正红,胡克松,都兴绍,俞泉兔,黄孙仁,邓仁培,刘锡三,束小建,丁武,窦玉焕,吴中发.  高能物理与核物理. 2006(S1)
[10]光阴极注入器超导加速腔集成实验研究[J]. 金晓,许州,杨兴繁,蔡公和,沈旭明,邓仁培,黎明,都兴绍,杨茂荣,李正红,钱民权,蔡琳,潘清,程云,刘捷,卢和平,赵夔,张保澄,王莉芳,谢大林,郝建奎,胡克松,周传明.  强激光与粒子束. 2001(06)

博士论文
[1]外注入式独立调谐微波电子枪的研制[D]. 庞健.中国科学技术大学 2009

硕士论文
[1]光阴极微波电子枪微波特性研究[D]. 关歆.清华大学 2007



本文编号：3047864