王 琳 方文程 赵振堂

1（中国科学院上海应用物理研究所 上海201800）

2（中国科学院大学 北京100049）

3（上海同步辐射光源 上海201204）

4（中国科学院上海高等研究院 上海201204）

近年来，第四代X射线光源开始蓬勃发展。基于自由电子激光（Free Electron Laser，FEL）的第四代高亮度光源对束流品质的要求极为苛刻，根据FEL工作原理可知，光源品质依赖于电子枪产生束流的性能，因此，研制高性能电子枪是产生高亮度光源的关键因素之一。目前在FEL的实验中，较长的束团在加速后为了进入波荡器时与磁场进行有效作用，需要经过长度的压缩。压缩的时候，会产生微束团与非线性效应，大大降低了辐射光的品质。为了将压缩倍数降低，降低电子束团的长度是FEL的发展趋势之一。2016年美国能源部（Department of Energy，DOE）举办的未来电子源大会［1］中，经专家们总结，电荷量为500 pC的高流强FEL注入器中，现有最先进的技术可以达到RMS（Root Mean Square）值为5 ps的水平。在未来，为了将电子束品质达到更高的水平从而获得亮度更强的自由电子激光，对FEL注入器束流要求低于RMS值为2 ps的水平。因此，作为FEL注入器中的核心部件光阴极微波电子枪，亟需解决对FEL更高要求的束流品质问题。

对于应用在FEL的电子束团，电量高、束团短、纵向速度低，故空间电荷力是电子枪发射度增长的主要因素。电子枪中场的梯度较高时，可以较快地将电子从速度接近零提高到相对论速度，故能降低空间电荷力发射度。在电荷量不变，电子束团纵向长度变短时，提高电子枪的梯度，可以抑制空间电荷力发射度的增长，保证电子束团的品质。……