基于综合法的用于灭菌加速器的电子枪设计Ξ-强激光与粒子束.PDF

　第 15 卷 　第 11 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 11 　 　2003 年 11 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Nov. ,2003 　 文章编号 (2003) 基于综合法的用于灭菌加速器的电子枪设计 孔潇潇 , 　李泉凤 ( 清华大学 工程物理系 加速器实验室, 北京 100084) 　　摘 　要 : 　从优于传统的图解法和缩尺法的角度 ,简要介绍了用于设计收敛型皮尔斯电子枪的“综合法”。 采用综合法重新设计了现有的用于灭菌加速器的热阴极电子枪 ,并对应用综合法的合理性进行了讨论。依据 综合法给出电子枪的主要参数初值 , 由 EGUN 程序进行电子枪模拟计算 ,完成了聚焦极和阳极形状的设计。 最终设计了出口束流强度 1A ,电流密度较均匀,归一化发射度小于 4mm ·mrad 的电子枪 ,符合实际工程需要。 　　关键词 : 　收敛型皮尔斯电子枪 ; 　热阴极 ; 　综合法 ; 　EGUN 程序 　　中图分类号 : TL503. 3 　　　　文献标识码 :A 　　电子枪是灭菌加速器的最重要的部件之一。为达到灭菌的目的 ,要求电子枪提供的束流具有较大的流强 , 较均匀的出口密度 ,较小的发射度。以往基于传统的图解法设计的电子枪 ,有约 25 %的束流打在阳极孔上 , 出 口处电流密度均匀性较差,发射度也很大。为此 ,用综合法重新设计了用于灭菌加速器的电子枪 ,得到了满意 的结果:流强达 1A ,阳极无截获电流 ,出口束流均匀性好 ,发射度小于 4mm ·mrad 。 1 　设计收敛型皮尔斯电子枪的综合法简介 1 . 1 　传统方法 　　图解法和缩尺法是最常用的方法 。图解法是根据已有的设计曲线查图设计。这种方法既大量耗时又不准 ( ) 确。缩尺法是根据电子光学器件的缩尺原理 scaling principle ,从已有的电子枪中派生出新的电子枪。这种方 法灵活性差 ,受已有电子枪的限制 ,工作量也较大。这两种方法完全依赖于设计者的经验 ,人为因素很大。 1 . 2 　综合法 　　综合法最初是由 Vaughan[1 ] 在 1981 年提出命名 的 ,又经 Tawary [2 ] 和 Sharma[3 ] 的相继工作 , 到 2001 年 ,综合法已发展为一个较完善的计算收敛型皮尔斯 电子枪主要参数初值的算法。其实质是将电子枪设计 时应用的理论、修正 ,综合在一套计算公式中 ,从而设 ( 计者只要给出所需电子枪的特性参数 束流电压 V , 束流强度 I ,束腰半径 rw ,阴极发射电流密度 J c , 电子 ) 枪的主要结构由这 4 个参数唯一决定 ,就可由这组公 式的计算结果给出电子枪的设计参数初值。显然 ,用 此方法进行设计 ,工作量和机时大大减小 ,而且不依赖 于设计者的经验。详细了解请参阅文献[1～4 ] 。综合 Fig. 1 　Comparison between the estimated values of ra 法适用于导流系数 0. 4 ～ 3. 0μ by synthesis method and the actual values P ,压缩比 10. 7 ∶1 ～ 300 ∶1 的电子枪的设计 ,最大误差为 8 % 。在一些低 图 1 　ra :综合法计算值与实验实测