高梯度加速结构中射频击穿现象的研究

发布时间：2024-02-15 06:27

　　近年来,紧凑型正负电子对撞机、X射线自由电子激光、紧凑型医疗及工业用加速器等装置对常温高梯度加速结构有着迫切的需求。实现高梯度加速结构的主要限制因素之一为射频击穿现象。该现象可导致金属表面损伤、加速腔失谐、腔间相移改变、加速管寿命缩短、被加速束团能量下降甚至丢失等一系列问题,需要得到尽可能的抑制。射频击穿现象是一种复杂的物理现象,一般认为由场致发射所诱发,并包括等离子产生、爆炸发射、表面熔化等众多物理过程。其发生概率与电场、磁场、脉冲宽度、修正后的坡印廷矢量等多种物理量有关。射频击穿发生的位置和时刻均随机分布,因此目前通常的实验研究多采用对特定的加速结构进行长期测量的方式,通过大量实验数据的统计结果进行分析。该方法所需实验时间较长,且无法较好地分离各物理量,为解读实验数据和进一步理解射频击穿现象带来了困难。本论文采用高功率激光,可在发生位置和时刻均可控的情况下在腔体表面触发射频击穿,从而缩短实验时间并明确实验结论。在S波段1.6 cell光阴极微波电子枪中,通过该方法得到了射频击穿电流的时间结构,并发现了在同一个微波脉冲中发生多次射频击穿的实验现象。结合带有射频击穿电流项的等效电路模型...

【文章页数】：129 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 高梯度加速结构的应用
        1.1.1 紧凑型正负电子对撞机
        1.1.2 紧凑型光源
        1.1.3 光阴极微波电子枪
        1.1.4 用于国民生产的中低能加速器
    1.2 射频击穿
        1.2.1 射频击穿现象
        1.2.2 射频击穿危害
        1.2.3 射频击穿的研究现状
    1.3 场致发射现象
        1.3.1 场致发射简介
        1.3.2 高梯度结构中场致发射研究现状
    1.4 论文工作的主要内容和创新点
第2章 激光触发射频击穿的研究
    2.1 物理背景
    2.2 高功率实验平台
        2.2.1 S波段光阴极微波电子枪
        2.2.2 诊断方法
    2.3 激光触发射频击穿实验
        2.3.1 高功率激光对铜表面的损伤
        2.3.2 高功率实验现象
        2.3.3 实验现象初步分析
    2.4 等效电路模型分析
        2.4.1 等效电路模型
        2.4.2 基本方程
        2.4.3 模型基本参数
        2.4.4 等效电路仿真与实验对比
        2.4.5 讨论
    2.5 小结
第3章 采用针形阴极的相关研究
    3.1 L波段光阴极微波电子枪测试平台
        3.1.1 L波段单腔高梯度光阴极微波电子枪
        3.1.2 实验平台
    3.2 针形阴极的微波老练
        3.2.1 微波老练过程
        3.2.2 场致发射电流演变情况
        3.2.3 SEM表面形态分析
        3.2.4 讨论
    3.3 腔体储能对场致发射的影响
        3.3.1 场致发射电流测量
        3.3.2 场致发射电流动力学研究
        3.3.3 各种因素的影响
        3.3.4 讨论
    3.4 小结
第4章 场致发射在线高分辨率成像研究
    4.1 场致发射位置高分辨率在线成像方法
        4.1.1 高分辨率场致发射成像难点
        4.1.2 高分辨率场致发射成像方法
    4.2 动力学仿真
        4.2.1 成像参数定义
        4.2.2 初始电子分布
        4.2.3 发射相位/能量选择
        4.2.4 成像特性研究
    4.3 实验准备
        4.3.1 阴极制备
        4.3.2 实验平台升级改造
    4.4 成像实验
        4.4.1 高分辨率成像
        4.4.2 单点场增强因子测量
        4.4.3 表面形态研究
    4.5 小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
附录A 阴极中心表面电场强度计算方法
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3899372