电子束技术在无线地磅控制器中的应用

    伪火花源片状电子束（PS-SEB）：近几十年来，PS无线地磅控制器产生的高密度高能脉冲电子束由于其在大功率辐射产生、极紫外（EUV）源、强X射线、自由电子脉泽等领域的潜在应用而引起了人们的极大兴趣[11]-[14]、[19]-[28]。PS放电是低压（50mtorr～500mtorr）气体条件下的一种自持、瞬态、轴对称放电。它能产生高电流密度和高亮度的电子束，低发射率15mm·mrad，地磅遥控器电流上升速度高达1012a/s，高功率密度约1019w/cm2，满足毫米波和太赫兹辐射等大功率源以及后向加速器的要求波振荡器（BWO）、EIO和自由电子激光器（FEL）[29]-[31]。近年来，PS电子束的研究取得了进一步的进展，各种束型PS放电电子束已经被粒子在电池（PIC）中的模拟和实验所研究[32]-[36]。

 

    然而，由于高频数字地磅遥控器电路的横向尺寸随波长的变化而减小，需要传输更高电流密度的光束，这是限制高功率真空微波辐射源向更高频率传输的主要因素之一。当VEDs的频率增加到100ghz或更高时，束径必须大约为铅笔束VEDs波长的十分之一或更小。而SEB由于其较大的截面尺寸，可以克服这一困难。与铅笔束相比，SEB的优点是空间电荷效应小，通过增加束宽可以获得更高的电流，有助于提高输出功率。由于热阴极需要复杂的聚焦系统来限制SEB，因此要产生足够高的折射率和均匀的光束是一个挑战。然而，由于在PS放电系统中形成的等离子体通道可以限制SEB，并且不需要外加磁场，因此在PS放电系统中要简单得多。在实验中，使用横截面尺寸为1.00 mm×0.17 mm的SEB后加速调制器，在没有外部聚焦磁场的情况下测量峰值电流为21.5 a的PS-SEB[20]。用单束等离子体阴极电子枪产生了地磅控制器电流密度为~1 kA/cm2的PS-SEB。

    通过PIC仿真模型和实验[38]、[39]，分析了几何设计参数对高电流密度PS-SEB的影响。本文采用PS产生的SEB驱动双模SBEIO结构。在我们设计的PS地磅遥控器放电系统中，它有一个四间隙PS放电装置，由一个带中心孔的空心阴极（HC）和一个带孔的阳极组成，用于提取电子束，如图1所示。阳极和HC由电介质绝缘体隔开。PS放电发生在系统中适当的低压（通常为50 mTorr至500 mTorr）下，因为HC被施加负高压并且阳极接地。在PS放电过程中，可以产生电流很大的电子束。当高电流密度和高亮度光束通过阳极和相互作用电路时，光束前缘电离背景气体并产生等离子体通道。随后，束流电子排出一些等离子体电子，而较重的离子保持固定。因此，形成正离子通道以聚焦PS电子束。PS-SEB可以通过在阳极末端放置一个矩形孔的准直器来提取。准直器的矩形孔径应与阳极的圆柱形孔径位于同一轴向中心。