砷化镓光阴极直流高压电子枪中的离子反轰研究
发布时间：2021-10-21 13:04
受未来高平均功率自由电子激光和能量回收型加速器等大型科研装置的推动,高亮度电子源成为国内外研究的热点,用于产生稳定的低发射度和高流强的电子束。砷化镓光阴极直流高压电子枪是一种重要的电子源,但其工作寿命和稳定性仍面临巨大挑战,其中离子反轰是限制电子枪性能的一个重要因素。本论文即在这样的背景下,基于中国工程物理研究院THz-FEL装置的直流高压电子枪,围绕离子反轰及其抑制和光阴极量子效率测量等开展了深入的理论和实验研究。针对直流高压电子枪离子反轰及其抑制的问题,本论文开展了系统的理论分析和实验研究。我们建立了电子枪的真空分布模型,分析了离子在电子枪内的动力学特性；研究了影响离子反轰的因素,包括电子枪真空度、电子枪高压及电场分布和束流发射位置等,并对离子对阴极结构的损伤进行了初步分析；给出了抑制直流高压电子枪离子反轰的相应方法,包括优化电子枪真空度、提高电子枪电压、束流偏轴发射和阳极偏压等,并对束流偏轴发射进行了实验研究。通过测量束流发射前后阴极表面量子效率分布,我们证明了束流偏轴发射抑制离子反轰的可行性,并分析了束流偏轴发射对束流品质的影响。为进一步降低阴极离子通量,我们设计了一种新型阳极...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１高平均功率ＴＨｚ大型科研设备结构示意图??
地损失阴极结构，因此称为阴极中毒。２０１４年Ｎ．Ｃｈａｎｌｅｋ等人首次在极高真空??环境下（１．５ｘ１０－１１?ｍｂａｒ）测量了各种残余气体（〇２、＆、ＣＯ、＆０、ＣＨ４和Ｃ〇２??等）对ＧａＡｓ阴极的量子效率的影响ＰＷ，如图１．２（ａ）所示。实验研究表明，Ｈ２Ｏ、??＆和ＣＨ４对阴极量子效率影响很小，ＣＯ造成阴极量子效率小幅降低倒２０％），??过量的〇２和Ｃ〇２则造成阴极量子效率的剧烈衰减（降低约９０％），通过重新补飽??操作，〇２过量的ＧａＡｓ阴极量子效率恢复到初始值的９５％，但ＣＯ和Ｃ〇２过量的??阴极量子效率仅恢复到初始值的６０％?－７０％。??１－２?Ｉ＇?＇?＇?＇?＇?＇?Ｉ?１０．Ｉ?Ｉ?????，????、?Ｉ?■；???????２２?８??＼?？?Ｈ，，州？？ｎｄＮ，?Ｉ??３?〇．？?－?＼?．ＣＯ?：ｓ????—＿化《?ｔ??…Ｖ??：?°??＂Ｌ＿＿，＿，＿＿
图１２中物院ＤＣｇｕｎ模型。（ａ）电子枪外观和细节图；（ｂ）电子枪内电场分布??化电为例，其气压大小与真空累的抽速、累的位置、腔室材料和环境温度??等因素有关，假设材料的放气率相同，９为材料放气率的平均值；电子枪下方??的吸气乗抽速为３ｘ１３００?Ｌ／Ｓ，吸气泉在真空度为接近２ｘｌ〇－９化时，泉的抽速降??至约１０００Ｌ／ｓ［７５］。根据流量定律??５ｘ凤＝?（２－１。??／??其中，Ｓ为粟的总抽速，巧）为平衡状态下腔室内的气压值，？为腔室内??壁的表面积。对于中物院ＴＨｚ－ＦＥＬ装置的直流高压注入器，由式（２－１２）近似求??得电子枪腔室的平均放气率为＾?＝?８．３４４巧Ｘ?１０－７化．Ｌ／ｓ．ｍ２（假设整个腔室内壁材??料放气率相同，且忽略阳极孔及其下游管道对枪内部气压的影响）。为简化计??算，假设电子枪腔室与下游管道之间的阳极孔为理想的圆孔，其流导为??Ｕａ?二?〇．９來?＾１￥两?口－１３）??２０?°Ｃ时，直径３０?ｍｍ的孔对Ｈ２的流导为９．８６４?Ｌ／Ｓ，根据流量的定义则有??
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaAs光阴极量子效率分布测量[J]. 杨仁俊,肖德鑫,李凯,吴岱,潘清,王建新,杨兴繁. 强激光与粒子束. 2015(05)
[2]砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展[J]. 吴岱,肖德鑫,李凯,潘清,杨仁俊,张海旸,王建新,刘宇,柏伟,林司芬,王汉斌,杨兴繁,黎明,许州. 强激光与粒子束. 2015(04)
[3]直流光阴极注入器电子束壁损失初步研究[J]. 吴岱,肖德鑫,李凯,刘宇,李鹏,王汉斌,杨兴繁,黎明. 强激光与粒子束. 2014(01)
[4]光阴极直流高压电子枪工程设计[J]. 王汉斌,杨兴繁,潘清,黎明. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[5]GaAs阴极光电发射特性[J]. 李凯,潘清,肖德鑫,王汉斌. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[6]GaAs光阴极高温热清洗[J]. 肖德鑫,李凯,潘清. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[7]高平均功率太赫兹自由电子激光装置设计[J]. 许州,杨兴繁,黎明,束小建,鲁向阳,黄文会,窦玉焕,王汉斌,柏伟,沈旭明,徐勇,邓德荣,单李军,张德敏,陈亚男. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(01)
[8]Cs2 Te photocathode fabrication system at Peking University[J]. 戴劲,全胜文,常城,刘克新,赵夔. 中国物理C. 2012(05)
[9]Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析[J]. 代志勇,黄子平,龙继东. 强激光与粒子束. 2007(02)
[10]光阴极RF腔注入器[J]. 李正红,胡克松,黎明,杨茂荣,钱民权,刘志强,都兴绍,潘清,邓仁培. 强激光与粒子束. 2000(03)
博士论文
[1]NEA-GaAs光阴极直流高压注入器物理特性与实验研究[D]. 吴岱.清华大学 2014
本文编号：3449035
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１高平均功率ＴＨｚ大型科研设备结构示意图??
地损失阴极结构，因此称为阴极中毒。２０１４年Ｎ．Ｃｈａｎｌｅｋ等人首次在极高真空??环境下（１．５ｘ１０－１１?ｍｂａｒ）测量了各种残余气体（〇２、＆、ＣＯ、＆０、ＣＨ４和Ｃ〇２??等）对ＧａＡｓ阴极的量子效率的影响ＰＷ，如图１．２（ａ）所示。实验研究表明，Ｈ２Ｏ、??＆和ＣＨ４对阴极量子效率影响很小，ＣＯ造成阴极量子效率小幅降低倒２０％），??过量的〇２和Ｃ〇２则造成阴极量子效率的剧烈衰减（降低约９０％），通过重新补飽??操作，〇２过量的ＧａＡｓ阴极量子效率恢复到初始值的９５％，但ＣＯ和Ｃ〇２过量的??阴极量子效率仅恢复到初始值的６０％?－７０％。??１－２?Ｉ＇?＇?＇?＇?＇?＇?Ｉ?１０．Ｉ?Ｉ?????，????、?Ｉ?■；???????２２?８??＼?？?Ｈ，，州？？ｎｄＮ，?Ｉ??３?〇．？?－?＼?．ＣＯ?：ｓ????—＿化《?ｔ??…Ｖ??：?°??＂Ｌ＿＿，＿，＿＿
图１２中物院ＤＣｇｕｎ模型。（ａ）电子枪外观和细节图；（ｂ）电子枪内电场分布??化电为例，其气压大小与真空累的抽速、累的位置、腔室材料和环境温度??等因素有关，假设材料的放气率相同，９为材料放气率的平均值；电子枪下方??的吸气乗抽速为３ｘ１３００?Ｌ／Ｓ，吸气泉在真空度为接近２ｘｌ〇－９化时，泉的抽速降??至约１０００Ｌ／ｓ［７５］。根据流量定律??５ｘ凤＝?（２－１。??／??其中，Ｓ为粟的总抽速，巧）为平衡状态下腔室内的气压值，？为腔室内??壁的表面积。对于中物院ＴＨｚ－ＦＥＬ装置的直流高压注入器，由式（２－１２）近似求??得电子枪腔室的平均放气率为＾?＝?８．３４４巧Ｘ?１０－７化．Ｌ／ｓ．ｍ２（假设整个腔室内壁材??料放气率相同，且忽略阳极孔及其下游管道对枪内部气压的影响）。为简化计??算，假设电子枪腔室与下游管道之间的阳极孔为理想的圆孔，其流导为??Ｕａ?二?〇．９來?＾１￥两?口－１３）??２０?°Ｃ时，直径３０?ｍｍ的孔对Ｈ２的流导为９．８６４?Ｌ／Ｓ，根据流量的定义则有??
【参考文献】：
期刊论文
[1]GaAs光阴极量子效率分布测量[J]. 杨仁俊,肖德鑫,李凯,吴岱,潘清,王建新,杨兴繁. 强激光与粒子束. 2015(05)
[2]砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展[J]. 吴岱,肖德鑫,李凯,潘清,杨仁俊,张海旸,王建新,刘宇,柏伟,林司芬,王汉斌,杨兴繁,黎明,许州. 强激光与粒子束. 2015(04)
[3]直流光阴极注入器电子束壁损失初步研究[J]. 吴岱,肖德鑫,李凯,刘宇,李鹏,王汉斌,杨兴繁,黎明. 强激光与粒子束. 2014(01)
[4]光阴极直流高压电子枪工程设计[J]. 王汉斌,杨兴繁,潘清,黎明. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[5]GaAs阴极光电发射特性[J]. 李凯,潘清,肖德鑫,王汉斌. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[6]GaAs光阴极高温热清洗[J]. 肖德鑫,李凯,潘清. 强激光与粒子束. 2013(S1)
[7]高平均功率太赫兹自由电子激光装置设计[J]. 许州,杨兴繁,黎明,束小建,鲁向阳,黄文会,窦玉焕,王汉斌,柏伟,沈旭明,徐勇,邓德荣,单李军,张德敏,陈亚男. 太赫兹科学与电子信息学报. 2013(01)
[8]Cs2 Te photocathode fabrication system at Peking University[J]. 戴劲,全胜文,常城,刘克新,赵夔. 中国物理C. 2012(05)
[9]Corkscrew运动影响束流发射度的数值分析[J]. 代志勇,黄子平,龙继东. 强激光与粒子束. 2007(02)
[10]光阴极RF腔注入器[J]. 李正红,胡克松,黎明,杨茂荣,钱民权,刘志强,都兴绍,潘清,邓仁培. 强激光与粒子束. 2000(03)
博士论文
[1]NEA-GaAs光阴极直流高压注入器物理特性与实验研究[D]. 吴岱.清华大学 2014
本文编号：3449035
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