低發射度C波段光陰極微波電子槍設計與優化

王 琳 方文程 趙振堂

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海201800）

2（中國科學院大學 北京100049）

3（上海同步輻射光源 上海201204）

4（中國科學院上海高等研究院 上海201204）

近年來，第四代X射線光源開始蓬勃發展。基于自由電子激光（Free Electron Laser，FEL）的第四代高亮度光源對束流品質的要求極為苛刻，根據FEL工作原理可知，光源品質依賴于電子槍產生束流的性能，因此，研制高性能電子槍是產生高亮度光源的關鍵因素之一。目前在FEL的實驗中，較長的束團在加速后為了進入波蕩器時與磁場進行有效作用，需要經過長度的壓縮。壓縮的時候，會產生微束團與非線性效應，大大降低了輻射光的品質。為了將壓縮倍數降低，降低電子束團的長度是FEL的發展趨勢之一。2016年美國能源部（Department of Energy，DOE）舉辦的未來電子源大會［1］中，經專家們總結，電荷量為500 pC的高流強FEL注入器中，現有最先進的技術可以達到RMS（Root Mean Square）值為5 ps的水平。在未來，為了將電子束品質達到更高的水平從而獲得亮度更強的自由電子激光，對FEL注入器束流要求低于RMS值為2 ps的水平。因此，作為FEL注入器中的核心部件光陰極微波電子槍，亟需解決對FEL更高要求的束流品質問題。

對于應用在FEL的電子束團，電量高、束團短、縱向速度低，故空間電荷力是電子槍發射度增長的主要因素。電子槍中場的梯度較高時，可以較快地將電子從速度接近零提高到相對論速度，故能降低空間電荷力發射度。在電荷量不變，電子束團縱向長度變短時，提高電子槍的梯度，可以抑制空間電荷力發射度的增長，保證電子束團的品質。……