直线加速器物理.pptxVIP

会计学;电子枪分类： 直流电子枪，脉冲电子枪（脉冲长度从1ns到几?s ） 强流电子枪（安培量级），弱流电子强（毫安量级） 传统电子枪，新型电子枪（热阴极微波电子枪，光阴极微波电子枪，极化束电子枪等）;强流电子枪示意图;其中I是电子注电流，V是注电压。 当电极形状一定时，在一般情况下，导流系数是一个常数，与温度无关，导流系数的大小表示电子枪发射电子的能力强弱，也反映了电子束空间电荷效应程度以及电子枪的结构和尺寸。 单位：P（泊，朴），?P 强流：Cp0.1 ?P 弱流：Cp?0.1 ?P ;200 kV HV supply ;电子枪出口纵向束流分布 （150 KeV）;第6页/共53页;BEPCII-Linac;Items;能量回收型直线加速器（ERL） 对电子枪的要求： （1）高平均电流 在俄罗斯的低频常温装置BINP上，得到20mA的电子束流，在美国JLAB的1.3GHz光阴极、超导ERL设备上已经得到9.1mA的束流。高平均电流，就要求加速器必须工作在CW（Continuous Wave）模式，或者长脉冲模式。100mA的平均流强成为当前研制ERL的目标。 （2）短脉冲、低发射度的电子枪 与储存环同步辐射光源相比，ERL能够产生高品质的电子束流，即脉冲长度短至ps、亚ps量级，归一化发射度可小于2 mm?mrad。现在已经运行的BINP－ERL装置和JAERI－ERL装置采用的是热阴极直流高压枪，束流发射度在30 mm?mrad左右，JLAB－ERL装置采用的光阴极高压直流注入系统，束流品质得到极大提高，束流发射度减小到10 mm?mrad以下。正在设计中的ERL装置，束流发射度的设计目标均在1 mm?mrad左右。 ;高压直流型电子枪，技术相对成熟，电子枪本身结构简单，可以获得非常好的真空，GaAs阴极在此真空环境下可以有相对较长的寿命。但是加速梯度低（7MV/m）、场致发射、枪内打火、隔离陶瓷击穿、离子反轰阴极一直是高压直流型电子枪待解决的问题。同时，因为加速梯度低，为减小空间电荷效应引起的发射度增长，枪内电子脉冲必须足够长，这就需要在电子枪后加聚束器压缩束团，而且需要利用加速组元进一步提高束团能量。 ;超导微波电子枪以德国的Rossendorf超导微波电子枪为代表。因为腔体置于低温环境，可以保持高真空度。枪内加速梯度峰值已经实现20MV/m，有利于对空间电荷效应的抑制，Rossendorf超导微波电子枪采用3.5cell结构，在枪出口直接得到几个MeV的能量。不需要聚束器，不需要加速组元进一步提高能量。但是系统复杂，造价高。非超导的阴极材料置于超导枪内，超导部分与非超导部分需要严格隔离，阴极材料是否对超导腔造成污染，提高流强就需要提高馈入的激光能量，是否会引起失超等等一直是人们担心的问题。 ;低频率（几百MHz）的常温微波枪，与超导微波枪相比，结构相对简单，造价低，有诸多S波段和 L波段高频微波枪运行。因为频率低，微波周期长，驱动激光可以长达几十个ps，几十个ps的电子束团感受到近似直流高压的加速，可以极大的减小空间电荷效应的影响。同时与高压直流枪相比，加速场梯度大，枪后不需要加速组元进一步加速。但是常温微波电子枪需要在连续模式下运行，腔体的散热问题和高真空如何实现、能否保持是此类电子枪的最大问题。 ;聚束系统原理;聚束过程通常第一步采用驻波单腔结构的预聚束器进行预聚束； 然后使用行波腔进行进一步聚束，在聚束器的前几个腔，相速vp c，以满足和束流的同步要求。;选择;可以把能量增益改写成如下形式：;考虑到 E(z) 的对称性，和粒子速度变化不大的情况，有;把电场改写成sin形式，则经过聚束器后相位为?的粒子与相位为0的粒子相比，速度的变化为;粒子相位差的变化为：;选择合适的聚束器与加速器之间的漂移长度Ld，使;第21页/共53页;电子枪出口纵向束流分布 （150 KeV）;BEPCII电子和正电子束流的微脉冲 电子有3个清晰的微脉冲，总长度在1ns左右，正电子则有约6或7个微脉冲，总长度在2ns左右。; 聚束器和加速管（上海，2998MHz);BEPCII-Linac;第26页/共53页;前BEPCII的聚束系统及聚束完成前后的束团结构 ;SHB1;未经过次谐波聚束器聚束;2.7 高频功率源和脉冲压缩器 ● 高能直线加速器的高频功率源速调管（klystrons）和高压调制器（modulators）两部分。 ● 峰值功率高（10- 80 MW），占空比低（例如：重复频率～100Hz，脉冲长度～几?s ）;第31页/共53页;第32页/共53页;BEPCII-Linac New RF Power Source New modulators with high power 320 kV × 360 A.