100 keV回旋电子束参数测量

&% % % % # #% % % （’） $ ! (（ " & $ ） " +" & $ 则可以计算出电子的相对质量 "， 只要能从实 ( ( 根据单电子模型， 若已知电子枪的加速电压 *、 引导磁场 %" ，
验中测量得到电子拉莫半径的大小 +" ， 就可以根据 （’） 可计算出电子运动的螺旋角大小， 进一步就可以计算出 电子的纵向漂移速度 ’ , 等参数。
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的色散曲线与高频系统的色散曲线达到最好的匹配， 获得最优化的注波互作用过程。因此， 在实验中固定引导 磁场大小及阴极电压， 改变阴极发射区的初始磁场大小， 获得不同纵向漂移速度的电子束， 相应电子束的螺旋 角及束半径也不同。实验测得不同初始磁场下的电子束横截面图像如图 ! 所示。图中中间的环形斑为电子束 横截面， 周围的亮斑为热阴极发出的红色光经波导系统的管壁反射后， 由荧光屏卡环周围的排气孔泄漏出来， 成像在 ""# 相机的感光面上。根据电子束横截面的图像， 空心电子束的轮廓基本上是一个圆环， 圆环宽度就 是电子束的厚度， 约 $% & ’’， 电子束电荷密度在方位角方向的分布基本是均匀的。
! ! 近年来， 电子回旋型射频设备如回旋管 （ /J>&K>&L ） 、 回旋行波放大器 （ /J>&?926 ） 、 回旋返波振荡器 （ /J>&? ;21） 等射频装置在宽带、 大功率、 高效率毫米波、 亚毫米波波段的研究和应用获得了长足的发展。此类射频 装置的效率及带宽在很大程度上受回旋电子束的参数影响， 如果要获得更高的效率以及更大的工作带宽， 高品
!
赵军平， ! 田进寿， ! 白永林， ! 刘百玉， ! 欧阳娴， ! 杨文正， ! 白晓红， ! 黄! 蕾
（ 中国科学院 西安光学与精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，西安 ,"+""# ）
! ! 摘! 要： ! 利用电子束轰击快响应荧光屏获得电子束横截面图像的方法， 对 "++ BC% 大回旋轨道空心电子 在横截面上的束轮廓及电荷密度分布进行了测量， 计算出回旋电子束半径、 螺旋角等参数， 并 束 （ :DEF 电子束） 与相同条件下的计算机数值模拟结果进行了对比和分析。测量结果表明初始磁场强度从 +( ++$ G 9 增加到 +H ++A * 9 时， 电子束的拉莫半径从 $( * II 增加到 $( # II， 螺旋角从 +( , 增加到 "( + ， 满足使用此电子束的回 旋行波放大器的调试需求。 ! ! 关键词： ! 回旋电子束； ! 回旋管； ! 电子束半径； ! 螺旋角； ! :786 射程 ! ! 中图分类号： ! 9)"*A! ! ! ! 文献标识码： ! 6
!" 实验装置
( ( 测量电子束参数的实验装置如图 $ 所示。实验中采用一 负高压脉冲作用在阴极上， 阳极接地， 加速电压从阴极引出的 电子经过阳极孔后， 随着磁场很快增加到均匀磁场 %" ， 其轨 迹也趋于稳定。为了测得实际参与互作用的电子束参数， 荧 光发光单元 （ 如图 % 所示） 位于高频互作用区中。系统各参 数的典型值如表 $ 所示。电子束引导磁场大小约 ") % *， 加速 电压 $"" +,， 脉宽 %"" -.。
子的 KPH8 最大射程约为 %$ !;， 因此在本实验中采用 %" !; 的无氧铜铜箔， 透过铜箔的电子最大动能略大于 $" +/,。
6" 测量结果及模拟结果对比分析
( ( 本实验的目的是测量回旋行波放大器电子束运动的螺旋角， 以便根据实验结果调节电子束参数， 使电子束
第! 期
赵军平等：B$$ J/K 回旋电子束参数测量
! 第 "# 卷! 第 $ 期 ! *++, 年 $ 月
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文章编号： ! "++"?@$** （ *++, ） +$?+@A,?+@
!"" #$% 回旋电子束参数测量
4& 5 $"& $ 5# % 5& ") ""% 5 ") ""4 :9?67 ") % D $ E $" F ’
G=1) $( H=:1-?.7=! .2.7/; ./76I 图 $( 测试系统结构
G=1) %( C>?.I>?0 .!=-7=AA:7?0 图 %( 荧光成像部分结构
( ( 为防止电子轰击衰减铜箔产生的 J 射线损坏 KKH 器件， 电子轰击荧光屏后产生的荧光经过与轴线成 #&L 角放置的平面镜反射后才由垂直于轴线放置的 KKH 相机接收。因为普通相机的快门速度比较慢， 而且电子束 到达的时刻与快门动作不易同步， 因此， 相机采用 M 门方式控制， 即实验前快门打开， 电子束与荧光屏作用发 光过程结束后关闭快门， 这样得到的是电子束横截面对时间的积分图像。为防止背景光影响测量结果， 实验在 密闭的暗室中进行， 光传播通道的管壁也使用粗糙处理形成漫反射以降低管壁反射光造成的影响。为了获得 快速的响应， 实验中采用的荧光屏基本参数如下： 响应时间小于 $ -.， 余辉时间约 #" -.， 荧光波长在 NO" 5 #N" -;， 入射发光电子能量为 ’ +/,， 荧光粉颗粒尺寸 $ !;， 具有很高的空间分辨能力。为了防止过高能量的电子 轰击损坏荧光屏， 紧贴荧光屏前插入一个吸收能量的铜箔， 使穿过铜箔的电子动能低于 $& +/,。电子在介质 中的连续慢化近似射程 （ KPH8 射程） 与其入射能量满足公式 - KPH8 !
*++O?+O?"@ ； ! ! 修订日期： *++,?+*?"+ ! 收稿日期： 作者简介： 赵军平 （ "#,# —） ， 男， 陕西三原人， 硕士， 主要从事超短电磁脉冲及高功率微波研究； NSMCTENS&’=>U S&KI=M’( N&I。
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. 为粒子能量。在不同介质中， 不同能量的电子最大射程与其 KPH8 射程相差不大， 电子 式中： % 为介质密度；
［ $N ］ 在不通介质中的 KPH8 射程可查表获得 。在纯铜中， $"" +/, 的电子的 KPH8 射程约为 %& !;， 4" +/, 的电
()*% >+ ?/3’ @3,3’/1/,. 4,-’ ’/3.A,/’/21 326 .)’A731)-2 图 >+ 电子束参数测量结果与模拟结果
+ + 实验结果与数值模拟结果符合得比较好， 实验结果略大于模拟结果， 是由于系统几何轴线、 电子束中心与 磁场中心轴线不重合造成的。由于行波放大器工作的需要， 传输系统中存在孔径较小的区域， 电子束在经过这 些区域时， 传输半径较大的电子会损失在管壁上， 穿过的电子为回旋半径较小即螺旋角较小的电子， 因而造成 初始磁场较大时测量结果比模拟结果小。
［B］ + 刘盛纲% 相对论电子学 ［ ;］ % 北京：科学出版社， B&CD% （ E)A F =% G/731)H).1)0 /7/01,-2)0.% ?/)I)2*：F0)/20/ 9,/..， B&CD ）
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第 => 卷
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