4-38 微脉冲电子枪设计与实验

杨兴繁 许 州 刘锡三 卢和平 蔡公和 黎 明 金 晓

　　微脉冲电子枪是一种新型高亮度电子源，它是利用电子在微波腔中的倍增放大过程工作。这种电子源具有电流强、脉冲短、能散低和发射度低、不怕中毒等优点。在理论分析的基础上，利用SUPERFISH和PARMELA程序进行了加速腔设计和束流动力学计算。加速间隙为1cm。腔体选用不锈钢材料，其电阻率为75´10^-6W^×cm。根据共振条件可以得到加速腔上的电场强度为6.82MV/m，利用SUPERFISH程序计算加速腔参数为：腔壁损耗23.5kW，腔内储能1.2mJ。加速腔焊接完成后进行了腔参数测量，主要包括加速腔谐振频率、耦合度、品质因数、腔中电场分布等。

　　测量结果为：加速腔的谐振频率2855.25MHz，耦合度3.22，有载品质因数460。利用网络分析仪测量了加速腔中电场分布。在微脉冲电子枪中阴、阳极都有电子发射，阴极为平面型，阳极为网状结构。发射极用钼材料作为基体，为了增加发射材料的牢固性，先在基体上涂上Al₂O₃，再在Al₂O₃表面涂上MgO，然后经高温烧结而成。经过这样过程制备的电子发射体较牢固。为了实验方便，阴极、阳极设计为可拆卸结构，其中网格结构的阳极有三种尺寸选取。阴极、阳极位置可以调整，这对加速腔的频率也有一定的调节作用。其阴、阳极如图1所示。加速腔如图2所示，为了确保加速腔的谐振频率在速调管的工作带宽之内，在腔体上设计了金属杆频率调节机构。为了保持加速腔稳定运行，加速腔带有恒温水装置。

　　实验中测量得到了微波反射波形和束流波形，其宏脉冲内的电流约为80mA。实验中发现在进腔功率较小时，电子束的宽度正常，随着进腔功率的增加，束流消失或宽度缩短。实验得到的束流强度与理论计算结果相差很大，其结果有待进一步分析。