高空间电荷区纳秒电子束的汤姆逊背散射诊断

当需要高亮度束流时，束内排斥作用在决定自由电子器件的性能方面起着重要作用。束流的横向和纵向展宽、能量及密度是任何束流实验中的基本参数，且有多种束流诊断方法可用于测量这些参数。本文提出了一种基于激光束入射到粒子束上产生的汤姆逊背散射的诊断方法，用于研究高空间电荷区下的纳秒电子束。该诊断旨在测量密度、能量和能散，并在 Malmberg-Penning 阱（通常用于电子/离子约束）中搭建，设计了两种配置以优化灵敏度、空间分辨率以及电子束在时空上的重合度。为此，首先利用不同的静电诊断方法对由光阴极源产生的电子束（脉冲时间 <4ns）进行了表征，并用于测试诊断系统。文中详细阐述了为激光和束流注入真空室、电子与激光脉冲的时空重合、光子探测以及激光 - 束流相互作用几何优化所设计的解决方案。最后总结了结果，并对该装置的最小灵敏度进行了估算。