直线感应加速器加速腔物理设计与研究

简要介绍直线感应加速器（ＬＩＡ）加速腔物理设计的几个关键问题．讨论了加速电压及其平顶和腔参数的关系．对腔的耦合阻抗与束流不稳定性的关系作了概念性介绍，分析了降低耦合阻抗的途径．并给出两个加速腔设计原型．

激光驱动的光阴极研究

论述激光驱动的光阴极实验研究。包括直流高压真空试验系统，测试装置和实验结果及其分析讨论。ＬａＢ６、纯金属铜（Ｃｕ）和钐（Ｓｍ）以及半导体碲化铯（Ｃｓ２Ｔｅ）三类有代表性光阴极的量子效率分别是６×１０－４、３．８×１０－４、１１．６×１０－４和（２～６）×１０－２。利用ＫｒＦ激光，１８ｋＶ极间电压下饱和电流密度分别为７０Ａ／ｃｍ２、５０Ａ／ｃｍ２、１０２Ａ／ｃｍ２和５７Ａ／ｃｍ２。用多孔板法测得的归一化发射度约１０πｍｍ·ｍｒａｄ。

“多靶串接”饱和增益软X光激光实验研究

采用“多靶串接”设计,利用强度为0.8×10^(13)～1.0×10^(13)W/cm^2,波长为1.05μm,脉宽约1ns的两路钕玻璃激光线聚焦辐照四块串接的平面厚锗靶,观察到波长为23.2和23.6nm的接近饱和的类Ne锗软X光激光输出。当总靶长为5.6cm时,这两种波长的软X光激光输出的GL值都达到16左右,沿靶法线和靶平面方向的发散角都只有3～4mrad。

S波段1＋腔热阴极微波电子枪研究

叙述了１＋腔热阴极微波电子枪设计、制造与调试的情况。该枪已于１９９２年１２月调试出束，经过一年多的调试运行，测量了电子束的发射度和能谱，得到了满意的结果。当输入功率约１．１ＭＷ时，输出电子束最大能量１ＭｅＶ，平均电子能量０．６ＭｅＶ，宏脉冲电流１Ａ，宏脉冲宽度约２μａ，重复频率５０Ｈｚ，微波工作频率２９９７．７５ＭＨｚ，束流归一化发射度ε_ｎ≈５πｍｍ·ｍｒａｄ。

3.3MeV LIA脉冲功率源系统研制

简要介绍了3.3MeV LIA脉冲功率系统的设计思想和结构特点及功率调制过程,论述了如何运用系统的电压传递公式预估实验结果和确定故障位置,以及保证多开关系统实现同步触发的方法,分析了开关油箱中各阻容元件的相互制约关系,以实际测量结果的数据为例,从系统中的各单个开关多次放电和开关群各次放电两方面分析了系统的同步问题,提出进一步提高系统同步性的各种途径。

CAEP闪光X射线机的发展

闪光X射线机技术在中国工程物理研究院(下称CAEP)已有三十年的发展历史在爆轰物理学和y射线辐照效应研究中发挥了重要作用。本文总结了CAEP几种类型闪光X射线机的研制概况,阐述了高压脉冲技术、场发射技术、强流束聚焦等的研究进展,并介绍几种装置的主要技术参数。闪光X射线机是研究爆轰物理过程及其它高速瞬变过程的重要工具。国防科学技术研究中,大型闪光X射线机的研制具有很大的意义。文中对开拓强流电了束新的应用领域提出了展望。

强流电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性

本文研究了由1.5MeV直线感应加速器(LIA)引出的2～3kA强流脉冲电子束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。理论上,利用推导的非线性轨迹方程、K-V包络方程及解析方法研究了空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制并对聚焦实验布局和参数进行了优化选择。实验上,获得了直径5～6mm的最小焦斑(包含90％电子)。实验结果与理论预估基本一致。

无箔二极管结构设计研究

用数值计算方法研究了无箔二极管中几何结构参量对束流的影响，得出了无箔二极管结构参数选择的部分规律，同时又结合实际给出了一个无箱二级管模型的最佳组合参数．

大平面二极管虚阴极振荡器的宽脉冲微波辐射

给出了产生宽脉冲微波辐射的大平面天鹅绒二极管虚阴极振荡器的结构和测试装置，测得了二极管中阴－阳极等离子体的闭合速率为３０～４３ｋｍ／ｓ，获得了微波辐射的最大脉宽为１．５μｓ，产生的微波峰值功率约为１５ＭＷ，频率为０．５ＧＨＺ，指出这种平面二极管型虚阴极振荡器在辐射脉宽，辐射频率和辐射功率三者之间存在着物理上的制约关系，认为同轴型虚阴极振荡器是突破这种制约关系的一个新途径．

1.5MeV LIA脉冲功率系统

本文简要介绍了1.5MeV LIA脉冲功率系统的结构、组成和设计思想;给出了开关运行参数和确定开关时间抖动指标的方法、闭环系统的总抖动对加速电压相对变化的影响、脉冲功率系统各段输出波形和电压幅度的调制关系;测量结果表明,1.5MeV LIA的运行功率和时间同步满足总体设计要求。

闪光Ⅰ号应用于X射线爆轰照相——研究金属射流的穿甲效应

闪光X射线照相技术是研究动载荷及其效应的重要测试手段,特别适用于研究物质在爆炸作用下的瞬变过程,本文介绍了闪光Ⅰ号加速器应用于X射线爆轰照相的基本状况,以及用于观察金属射流穿过高密度物质钨靶的实验技术。

曙光一号自由电子激光实验

叙述了曙光一号装置（ＳＧ－１ＦＥＬ）继１９９１年首轮实验后安排的第二轮实验，由于注入器设计和新的天鹅绒阴极材料的使用，使电子束亮度有较大提高，在数值模拟基础上，省去了长９ｍ的束流调制区，而改用２ｍ束流传输段。实验表明，自发辐射放大（ＡＳＥ）的输出功率接近１００ｋＷ，指数增益系数约２０ｄＢ／ｍ，在相互作用区自由电子激光功率呈良好的指数增长；磁场失谐曲线与数值模拟基本一致，摇摆器内通过的电流基本保持在６００Ａ左右，从而验证了双向聚焦的摇摆器设计达到了预期目标。

准直孔法改善束流品质初探

本文提出了用准直孔结合调节束流导引磁场获得较好品质强流电子束的方法,运用该方法在1.5MeV直线感应加速器(LIA)进行了试验,结果准直束流前后沿明显减小,束亮度提高几倍;同时,用此方法测出了束密度及束亮度的径向分布.

10MeVLIA强流电子束的聚焦

研究了１０ＭｅＶ直线感应加速器（ＬＩＡ）的输出束在螺线管透镜作用下的聚焦特性。通过解非线性电子轨迹方程获得实验所需的磁场范围，并解析分析空间电荷效应、发射度、透镜球面像差和色散像差对最小焦斑直径的限制，同时，对束质心螺旋运动影响束聚焦的情况亦做了较为详细的分析。实验结果表明：在合适的螺线管聚焦磁场下，可获得直径≤６ｍｍ的电子束焦斑。

10MeVLIA强流电子束的输运

介绍了１０ＭｅＶ直线感应加速器（ＬＩＡ）束输运系统布局及实验的调试规律。分析了束横向运动对束稳定输运的影响，理论分析和实验调试的结果表明，抑制束稳定输运的主要障碍来自束的横向运动。当束稳定输运时，可获得束能１０．４ＭｅＶ，束流强度２．６ｋＡ，束半高宽约１００ｎｓ的强流脉冲电子束。

喇曼型无引导场自由电子激光实验

EPA-74脉冲线加速器二极管改用凹面聚焦阴极产生束流,从有栅网阳极孔引出后,通过磁透镜将束流注进长1.5m,周期长3.45cm的双绕螺旋摇摆器中,摇摆器磁场为1.25kGs时,进入摇摆器均匀区的束流为280A,传输到均匀区末端束流130A。实验得到130dB/m的增长率和辐射输出饱和现象,饱和功率7.6MW,效率5％。由波导色散线和微波量热计分别测得辐射频率为37GHz和辐射能量48mJ。辐射波模为TE_(11)圆波模。

3.3MeV直线感应加速器的设计和性能

综述3.3MeV直线感应加速器(LIA)的物理工程概貌和束流特性参数测量。所测数据均达到或超过了设计指标。并已成功地做为曙光一号自由电子激光器出光实验的电子束源。目前,拟串接更多的加速组元使加速器的电子束能量达到10MeV,以便同时用于自由电子激光研究和闪光X射线照相。

铁电体阴极的实验研究

铁电体阴极是一种具有很大发展潜力的新型高亮度、高重复率、强流电子束源。电子发射的基本机制是利用铁电体中的快极化反转产生的极化值变化,其转换时间为纳秒量级,因此,重复率可达数百兆赫;最大电子发射密度为10^(14)/cm^2;发射电流的大小取决于样品上激励电压的上升时间;发射电子的最大能量决定于样品厚度,初步估算,在电流强度相同的情况下,铁电阴极的亮度可比激光照射的光阴极高4倍,与传统电子源相比,它具备许多特殊的优点,本文报导了E∥P和E⊥P两种实验模式,测得的最大发射电流密度分别为12A/cm^2和21A/cm^2。

类氖锗X光激光增益实验

本文介绍了在LF-12激光器上进行的类氖锗X光激光增益实验。当泵浦激光波长为1.053μm,脉宽为1.1～1.4ns、能量为550～650J、线聚焦焦斑为185μm×20mm时,使用片状锗靶测量波长为19.61、23.22、23.63、24.73及28.65nm的五条激光跃迁线的增益分别为3.06、3.99、3.72、2.36及4.59cm^(-1)。实验给出了关于柱形等离子体激光介质发射区厚度及软X射线激光发射角的实验数据。实验也给出了软X射线激光强度随泵浦激光功率密度变化的讯息。最后分析了由薄膜锗X光激光靶进行的增益实验中未看到激光增益线的原因。

驻波腔内电子运动过程的解析分析

考虑了加速电场的高次谐波的影响，解析地分析了电子在驻波腔内的运动过程，给出了电场分布，与数值模拟计算的电场分布比较吻合。讨论了高次谐波对电子束横向运动的影响，利用此解析解可选择高亮度注入器腔的最优电场分布。并得出射频驻波腔内电子束在β趋于１时射频场效应趋于零的结论。