《金剛石放大光陰極物理及原理性實驗研究》是依託中國科學技術大學，由徐宏亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金剛石放大光陰極物理及原理性實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐宏亮
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金剛石二次電子放大光陰極作為一種很有前途的獲得高流強、高亮度電子束的手段，近些年得到越來越多的研究探索和套用。金剛石放大光陰極具有大的增益和耐用性，作為一個負電子親和勢（NEA）陰極，能夠傳送一個非常小熱發射度的電子束團。因此，需要設計一個束流輸運系統，目標是模擬和測量發射電子束的發射度以及電子束其它特性。為了最最佳化電子槍設計的性能，需要理解二次電子的產生以及它們在不同特性（厚度、濃度和純度類型、金屬鍍膜表面和負電子親和勢表面作用）金剛石樣本中的傳輸，還要理解金剛石放大器與完整光陰極注入系統的結合問題。為了解決這一問題，我們必須模擬電子產生以及電荷在金剛石中傳輸的過程。設計和研製一個熱陰極直流高壓電子槍系統用來測量金剛石光陰極在發射模式下的電流增益效果和二次電子束的特性,作為後續金剛石二次電子放大光陰極電子槍系統研究和套用的基礎。
結題摘要
近年來，世界各大加速器實驗室都在研製平均流強達到安培量級的高亮度光陰極注入器，以用於各種大型加速器裝置，比如超高功率自由電子雷射（FEL）、能量回收直線加速器（ERL）、電子冷卻強子加速器等。 合肥國家同步輻射實驗室正在進行第四代光源和短波長自由電子雷射的研究，光陰極注入器是研究重點之一。金剛石放大光陰極電子槍是一種可以獲得高平均流強、高亮度、低發射度電子束的新型電子槍，套用前景廣闊。模擬計算的結果顯示，幾千電子伏特的初級電子束照射在鍍有金屬膜的金剛石窗上，次級電子從具有負電子親和勢的另一端發射出來，可以產生兩個數量級的電子增益效果，同時電子束流在增益前後發射度變化不大。這為獲得高品質（高流強、高亮度、低發射度）的電子束流提供了很有前景的套用方案。 本次報告首先簡單介紹了金剛石放大器的放大原理及其五大優勢，介紹了相關模擬工作，如自編寫蒙卡程式，基於光學介電模型，模擬初次電子在金剛石中的倍增過程，得到了鍍層金屬對初次電子造成的能量損失大小，初次電子在金剛石的最大射程以及二次電子的左邊被截斷的高斯分布；再如利用VSIM軟體基於PIC算法進行了二次電子輸運的數值模擬，得到電子增益倍數與電子束流能量、流強，材料以及外界環境等因素的關係，並給出了電子束流測量相關的方案。介紹可用於金剛石放大器放大原理驗證實驗的柵控型熱陰極電子槍的設計以及相關Opera-3D和CST的模擬結果，也就放大後的電子束的發射度測量進行了相關理論研究，推導了相關公式，並給出了相應的測量方法，並且使用相關模擬軟體如CST和ASTRA驗證了該測量方法，完成了放大後電子束髮射度測量系統的物理設計。最後我們介紹了實驗部分的進展，包括進行金剛石放大光陰極放大原理驗證的實驗裝置的相關主要器件，如電子槍，真空腔體與真空泵，測量電流的皮安表和給金剛石膜施加電壓的高壓電源等，並展望了下一步的工作目標。
