热阴极微波电子枪功率自洽过程分析

用等效电路法分析了热阴极微波电子枪的功率自洽过程,给出了微波功率、无载耦合度、束流负载、加速腔参数之间的解析关系式和最佳耦合度的计算公式,阐明了无载耦合度与有载耦合度的关系,分析了枪宏脉冲内微波耦合状态的变化过程,并与实验结果进行了对比,对高占空因子热阴极微波电子枪调束实验中微波反射波形发生较大变化的实验现象进行了分析。

多腔微波电子枪聚束腔作用分析

分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程 ,使用 RUNGE-KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹 ,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用。研制的 4+1 /2腔 RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段 ,取得了高占空因子 。

轻便型X荧光仪多道脉冲幅度分析器的研制

本文详细介绍了一种用于现场辐射测量的多道脉冲幅度分析器，多道分析器的道数为２０４８道，适合半导体探测器等具有高分辨能力的探测器使用，电路设计中选用了功耗较低的元器件，仪器适合野外使用。

EPICS在加速器控制系统中的应用

介绍了当前国内外大型加速器实验室采用的主流控制系统软件开发工具EPICS的总体结构和特点,主要介绍了ASYN结构和特点,以及对使用ASYN软件包建立磁铁电源串口设备支持模块进行的研究,并将其应用于中国工程物理研究院驱动自由电子激光的30 MeV直线加速器磁铁电源控制系统中。同时还具体介绍了磁铁电源控制系统的结构以及系统软件设计,为直线加速器控制系统的建设做好准备工作。使用EPICS开发工具建立的加速器控制系统可以满足实验要求的高可靠性和高稳定性,从而为自由电子激光实验提供高品质束流。

中物院高功率THz FEL装置的理论分析和优化设计

在1～3THz频段内设计了11个分点频率,对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6THz附近时装置输出功率和增益都比较高,可以先锁定这个频段附近进行实验的调试;在长波段即1THz左右时,滑移效应显著,腔增益和输出功率较低,实验实现比较困难,因此在1THz频段附近必须积极想办法来提高输出功率。

高能工业CT用新型X射线源焦斑测量

为了获得较高的空间分辩率,设计了一种新型小束斑驻波电子直线加速器,该加速器取消了加速腔中的鼻锥结构,而在耦合腔中设置鼻锥结构。用狭缝法代替小孔法测得X射线源的焦斑尺寸为1.4mm。讨论了射线源焦点对成像质量的影响,分析了在高能条件下小孔法不适合用于焦点测量的物理原因,用4种测量方法测量了该高能X射线源的参数,测得该系统的成像极限分辩率为2.5lp/mm,最后对实验结果进行了分析。

CAEP太赫兹自由电子激光首次饱和出光

中国工程物理研究院基于超导射频直线加速器的谐振腔型太赫兹自由电子激光(CTFEL)于2017年8月29日16时首次饱和出光,并稳定运行,中心频率2.56THz,谱宽1.9%,宏脉冲平均功率大于5.7 W。

太赫兹自由电子激光的受激饱和实验

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,最高达17.9 W.本文介绍了太赫兹自由电子激光装置的主要组成部分及受激饱和实验的结果.

高平均功率太赫兹自由电子激光装置设计

为满足材料和生物医学等研究需要，中国工程物理研究院（中物院）提出了高平均功率太赫兹自由电子激光（THzFEL）用户装置研制项目。该装置采用准连续波运行的工作模式，太赫兹平均功率约为10W。通过调节电子束能量和摇摆器的磁场强度，装置输出波长可在100gin（3THz）～300μm（1THz）进行调节，以满足不同用户的研究需要。装置主要包括电子源、主加速器、混合型摇摆器、激光谐振腔、太赫兹传输与探测系统等。装置将使用直流高压光阴极注入器作为电子源，主加速器为超导加速器，超导加速器后的电子束能量约8MeV。该装置将建立成为一个用户装置。

C波段2MeV驻波加速管物理设计

为了发展结构紧凑、小束斑加速器,进行了C波段驻波电子直线加速器加速管的物理设计和研究。利用多级聚束和大孔径注入方法,抑制空间电荷效应。加速管由3个聚束腔和4个加速腔组成,长约163mm,馈入微波功率源1MW。在最终的数值模拟中,得到脉冲电流约150mA,俘获效率优于30%,在加速管出口外约14mm处,对电子的横向分布进行非线性Gauss拟合,得到束斑直径(FWHM)约为0.55mm。

低反轰多腔热阴极微波电子枪物理设计

为了开展基于自由电子激光的紧凑型太赫兹源技术研究,获得高品质(强流、低能散、低发射度)电子束,提出了一个低反轰双路微波馈入多腔热阴极微波电子枪的设计方案。用两路独立微波馈入激励微波电子枪,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔。两路微波互不耦合,通过移相器实现首腔和第2腔之间的相移连续可调。理论模拟结果表明:在一个射频周期内,热阴极微波电子枪的电子反轰功率约8 kW,平均反轰功率仅为1.2 W(重复频率25 Hz和脉宽6μs)。

光阴极直流高压电子枪工程设计

根据光阴极直流高压电子枪超高真空和高电压工作特点,采取技术措施,金属腔体采用大通径、短管设计,利用非蒸散型吸气剂(NEG)泵的抽气,封闭储气空间预置排气通道,电极系统增加中间电极,降低系统峰值场强,采用均压环非均匀分布,在绝缘子内表面获得更加均匀的场分布。结果表明,腔体真空度已小于5×10-9 Pa,电压可升至300kV。

中物院太赫兹自由电子激光装置现状及升级计划

中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CAEP THz FEL,CTFEL)是国内唯一运行的基于超导加速器的高平均功率自由电子激光太赫兹源,具有频率连续在线可调(0.1~4.2 THz)、高峰值功率(>0.5 MW)、高平均功率(>10 W)、高重频(54.17 MHz)、短脉冲(~ps)、窄线宽(~2%)、全相干和线性偏振等特点。自2017年出光以来,已稳定运行了四年多,并开展了诸多应用实验研究。为进一步满足用户需求,CTFEL计划升级为一台红外太赫兹自由电子激光装置,电子束能量提升至最大50 MeV,频谱范围拓展至0.1~125 THz,同时,建设材料光谱和生物医学两个实验站。

高压直流连续波光阴极注入器中发射度补偿

空间电荷效应是引起发射度增长的主要因素,特别是在高压直流连续波光阴极注入器中。分析了高压直流连续波光阴极注入器中线性空间电荷力的特点及其对电子束横向发射度的影响,并从理论上解析地研究了螺线管发射度补偿的原理及特点。最后利用Parmela程序对中国工程物理研究院高压直流连续波光阴极注入器的发射度补偿作了模拟计算。结果表明,束团电荷量为80pC的电子束在350keV高压直流电子枪出口处的横向归一化发射度为5.14mm.mrad,经过螺线管补偿后,其最小横向发射度变为1.27mm.mrad。电子束的发射度得到了很好的补偿。

高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器物理设计

讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计,在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后,选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构,永磁块长宽高为8cm×1.3cm×6cm,磁极长宽高为5cm×0.6cm×4.8cm。波荡器工作在变间隙模式下,间隙为1.81～3.05cm时,波荡器峰值磁场为0.529～0.184T,好场区为3.02～2.13cm。同时,考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响,提出了波荡器各参数误差,并对波荡器端部设计进行了重点讨论。

光阴极注入器超导加速腔集成实验研究

光阴极超导加速器实验系统由四倍频 Nd:YAG锁模激光器 ,Cs2 Te光阴极 ,2 +1 / 2微波电子枪 ,L波段 3 .5 MW脉冲微波源 ,1 .3 GHz单腔超导铌腔 ,5 0 0 W连续微波源 ,超导腔束管耦合器 ,4 .2 K低温恒温容器 ,液氦制冷系统 ,同步控制系统 ,束流参数诊断 ,真空系统等构成。进行了光阴极超导加速器原理性实验 ,测得超导加速段能量增益 0 .5 8Me V,微脉冲束流强度 0 .1

GaAs光阴极量子效率分布测量

基于负电子亲和势GaAs光阴极直流高压注入器,设计并搭建了国内首套光阴极量子效率分布测量系统。该系统利用单透镜实现逐点扫描,并采用LabVIEW进行控制和数据读写。实验表明,该系统单点采样时间小于2.3s,分辨率优于0.32mm。初步测量了GaAs阴极的量子效率分布,观察到量子效率分布及其衰减的不均匀性,量子效率较高区域的衰减速率更低。

砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展

主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展,并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素,提出了其工作寿命的定性物理模型;通过该模型对阴极和注入器进行优化,在直流高压电子枪上得到了5mA,32min的连续稳定输出;测量了电子束在4.8mA下归一化发射度约为4.0πmm·mrad,阴极热发射度约为0.6πmm·mrad,电子束本征横向能量约为92meV,250keV电子束在距离阴极90.6cm处纵向均方根长度约为11.5ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。

FEL驱动激光器的研究

为了获得高亮度和高品质的电子束,在自由电子激光实验装置中采用光阴极注入器作为电子源,其驱动激光器系统采用主振功率放大结构,振荡器为二极管抽运连续锁模激光器,放大器为一级双程及两级单程二极管脉冲抽运放大,后接4倍频系统。经过工程研制及调试,获得的输出指标为:波长266nm,微脉冲能量4μJ,宏脉冲宽度2μs至6μs可调,微脉冲能量抖动优于3%。结果表明,采用Cs_2Te 阴极的光阴极注入器实验,该系统能够获得不低于40A 的电子束流,达到了自由电子激光实验对电子源的束流要求。

C波段加速器初步热测实验

为了开展加速器小型化技术研究,进行了C波段2 MeV驻波加速器研制工作。目前,该加速器研制取得了显著进展,完成了全密封加速管的焊接,建立了加速器热测实验平台。在重复频率50 Hz情况下,进行了初步热测出束实验,利用电离室剂量仪测试了加速器靶前1 m处的X射线剂量率,并利用钢吸收法测试了电子束的能量。初步实验结果表明:电子束能量约2.5 MeV,剂量率超过330 mGy/(min.m)。