2-62 12MeV LIA二极管结构优化设计

禹海军 李 勤 石金水 王景生 马 冰 何国荣

　　为进一步提高12MeV LIA的性能(电子束流和束亮度)，电子束源来自于注入器的二极管部分，它包括含有天鹅绒发射体的阴极和有膜阳极等。研究表明，二极管的结构位形设计对于二极管内产生的束流品质有较大影响。

　　电子束流的性能高低主要表现在电子束亮度B_n=(2I/e²)。提高束亮度的途径有两种，一种是提高电子束束流I，一种是减小归一化发射度e。由于提高电子束流需要增大阴极发射体面积或提高阴、阳极间电压，而提高二极管间电压目前受到限制，增大阴极发射体面积会间接导致阳极钨网寿命下降和负载增加等问题，因此我们采用通过减小电子束初始发射度来提高束亮度。电子束初始束亮度与阴极发射面上电场强度分布的均匀性有直接的关系，发射面场强越均匀，初始电子束发射度就越小，因而束亮度就越高。通过对阴极发射面场强分布的计算与比较，得到一个阴极发射面场强均匀而发射场强适中的二极管模型。采用在二维空间中模拟等离子体物理过程的有限差分时域粒子模拟程序来进行理论计算。

　　程序计算方法是利用有限差分方法通过求解Marxwell方程组来模拟空间任一点的电磁场。设计了多种二极管的阴、阳极结构，对二极管区域内的电场强度分布进行了模拟计算。设计和计算的原则是要求增大阴极发射区域内电场分布的均匀性以及合适的发射区域中心的场强。表1给出了10种模型上阴极发射区域的电场强度分布及大小，二极管间电压1MV，间距35mm，E₀为阴极发射区域中心的场强，E为阴极发射区域内任一点的场强，D=|(E-E₀)/E|´100%表示阴极发射区域内场强的变化，M₁为原始模型。最后得到了一个理想的二极管模型M₁₀。

　　上述计算过程中没有对电子束流的发射度及束亮度的大小进行理论计算，需要通过实验研究确定，并且验证理论结果。实验工作即将展开。