直线加速器物理课件.ppt

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1、电子直线加速器应用广泛：作为同步加速器、同步辐射光源和正负电子对撞机的注入器；放射性治疗用加速器；正负电子直线对撞机。所有这些电子直线加速器在开始部分都有一段预注入器作为整个直线加速器的起始，预注入器虽然因机器的不同而有所不同，但结构和功能都基本相同，通常是由电子枪和聚束系统组成。预注入器示意图2.6电子直线加速器的预注入器电子枪分类：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）BEPC电子枪：峰值流强4A

2、，脉冲宽度2.5ns，重复频率12.5Hz。BEPCII电子枪：峰值流强10A，脉冲宽度1ns，重复频率50Hz。强流电子枪示意图一般要求电子枪能够提供有一定聚束的，小发射度的，大流强的束流。可使用EGUN程序模拟计算进行设计。电子枪基本原理一般都是加热阴极，使其发射电子，然后电子在极间高压的作用下加速，通过阳极上的小孔射出。现在一般比较常用的常规电子枪是栅控电子枪。在离阴极很近的地方安装一个栅极，改变栅极调制电压可以很方便的调节枪电流，从而获得陡峭的电流脉冲。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

3、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：Cp>0.1P弱流：Cp0.1P导流系数Cp：200kVHVsupplyGunE-GunforBEPCII-Linac(highcurrentandsmallemittance)ParametersUnitBEPCIICathodeEIMACY796BeamcurrentPulselengthAns101(FWHM)Emittance(norm.)µm14Acceleratin

4、gvoltagekV150200Pulse/3μsHeatervolt./currentV/A68/57.5GridvoltageV0~250RepetitionRateHz50电子枪出口纵向束流分布（150KeV）BEPCII-LinacItemsUnitsSpecificationsTypeTriodeBeamCurrent（max）A2AnodeVoltagekV~120FilamentVoltageV6.4FilamentCurrentA5.5GridBiasV50500Bunchlengths3.0Repetit

5、ionRate(max)Hz625NSCKIPT100MeV100kW电子直线加速器电子枪参数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（ContinuousWave）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、

6、亚ps量级，归一化发射度可小于2mm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30mm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10mmmrad以下。正在设计中的ERL装置，束流发射度的设计目标均在1mmmrad左右。BINP：BudkerInstitute ofNuclearPhysics，RussiaJAERI：JapanAtomicEnergyResearchInstituteERL:Energy

7、RecoveryLinac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。JLAB高压直流型电子枪JLAB:ThomasJeffersonNationalAcceleratorFacility

8、(JeffersonLab)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