热阴极发射非均匀性对本征发射度的影响

发布时间：2024-01-20 19:57

　　电子束流品质决定了加速器、自由电子激光、真空电子器件等束流装置的性能乃至寿命。其中,阴极表面发射电子的初始特征对束流发射度、稳定性和噪声等品质有显著影响。然而,实际热阴极表面并不理想,存在各种非均匀性因素,导致初始电子束密度不均匀、本征发射度涨落。因此,研究热阴极表面非均匀性对发射涨落及本征发射度的影响,反过来支持阴极研制工艺优化,具有重要的实际意义。本研究从理论推导和数值仿真两方面着手,研究了热阴极表面温度、逸出功非均匀性、粗糙度以及耦合非均匀性对热阴极本征发射度的影响。理论方面,基于热电子发射的基本过程,构建电子发射数的理论表达形式,在此基础上推导了光滑热阴极温度及逸出功非均匀发射时的均方根本征发射度通用计算形式。针对二维粗糙阴极,构造二维余弦形貌模型,推导了发射度增长系数随表面形貌特征(R,TR)和外加电场的近似变化关系;最后基于非均匀性独立耦合模型,建立了耦合发射度增长的基本理论形式。由于本征发射度关注的是阴极表面附近的区域,难以通过实验直接测量得到。为了和理论研究结果对比,并分析各种难以数学描述的表面非均匀性特征,必须采用数值仿真技术。为此,自主开发了基于FDTD-PIC技术...

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

本文编号：3881463