射频结构中暗电流的解析与数值研究：用于短脉冲高梯度加速

高梯度加速是未来收率子加速器、光源及其他应用的关键研究领域，以实现紧凑型线性加速器。在追求高梯度操作时，射频击穿限制了正常导电射频结构可达的加速梯度。最近的实验表明，使用持续数纳秒的短射频脉冲是一种有前景的做法：Argonne Wakefield Accelerator的实验表明，这些约1 ns的射频脉冲可以缓解击穿限制，实现更高梯度。例如，在6 ns长射频脉冲驱动的X带宽光电子枪中，实现了接近400 MV/m的电场，观察到快速射频条件化和低暗电流。尽管有这些有前景的实验结果，但短脉冲范畴仍是一个鲜有探索的参数空间，射频击穿在纳秒脉冲下的物理学需要进一步调查。本文对射频加速腔体在短脉冲范畴内的暗电流动力学进行解析和数值仿真。我们研究跨越不同时间尺度的击穿相关过程，包括场发射、多极放电和等离子体形成，使用X带宽光电子枪腔体进行仿真。结果表明，使用短射频脉冲降低暗电流并缓解射频击穿具有优势，为实现一类性能更好、更不易受击穿影响的紧凑型加速器提供了道路。