谢应猛 张善才 汤振兴

（中国科学技术大学 国家同步辐射实验室 合肥 230029）

一种微波栅控直流电子枪初步物理设计

谢应猛 张善才 汤振兴

（中国科学技术大学 国家同步辐射实验室 合肥 230029）

红外波段自由电子激光的小信号增益大小以及饱和功率对束流的能散非常敏感。为满足远红外自由电子激光对能散的要求，在合肥光源栅控直流高压电子枪的基础上，模拟了一种热阴极微波栅控直流高压电子枪。微波栅控直流高压电子枪采用微波栅控的方法，控制和压缩阴极引出电子束团的长度。再通过直流高压对电子加速后，在电子枪的出口可以得到量级为几十皮秒的束团。本文使用SUPERFISH、POISSON分别进行栅控微波场与高压电场优化计算，PARMELA (Phase And Radial Motion in Electron Linear Accelerators)进行束流跟踪与分析，得到一组能满足红外自由电子激光需求的电子枪参数。

微波栅控热阴极电子枪，束团长度，三次谐波，双频腔

热阴极电子枪由于其阴极工作寿命长、稳定性好、技术比较成熟、能提供较大的电流密度，现有的同步辐射光源注入器的电子枪多为栅控直流电子枪。如国家同步辐射实验室HLSⅡ的800 MeV直线加速器、上海光源的150 MeV电子直线加速器[1]。栅控直流枪在自由电子激光的应用也较为广泛，如德国HZDR (Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf)的ELBE ( Electron Linear accelerator with high Brilliance and Low Emittance)装置[2]与荷兰的FELIX (Free Electron Laser for Infrared eXperiments)[3]。

直流高压电子枪得到的是直流束流，束流在被进一步加速之前，需要经过预聚束器、聚束器进行聚束。在聚束过程中，360°相位的电子中大部分会被纵向聚束到10°−20°的加速相位上。由于聚束是通过调制电子的能量与相位关系，电子的能散被人为加大来实现速度调制，从而实现纵向聚束。……