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科学家找到测量重要光束特性的新方法

2020-9-5 21:13| 发布者: 安之竹| 查看: 160| 评论: 0

摘要: 科学家们试图创造出最好的光束,他们对决定产生光束的光电阴极的量子效率和本征发射度感兴趣。

光束图像是螺线管强度的函数


从自由电子激光器到尾流场加速器再到电子显微镜,对于各种各样的高功率科学仪器而言,产生具有特定特性的明亮电子束是最重大的挑战之一。这些仪器可用于研究物质的原子能级性质或将粒子加速为高能。试图创造最佳光束的科学家对确定产生光束的光阴极的工作效率有两个方面的兴趣-量子效率及其内在发射率。量子效率衡量产生的电子与撞击光子的光子之比。阴极。另一方面,本征发射率描述了电子发射时的电子束发散。


科学家们试图创造出最好的光束,他们对决定产生光束的光电阴极的量子效率和本征发射度感兴趣。


量子效率测量的是产生的光电子数与击中阴极的光子数之比。另一方面,本征发射度描述了电子发射时光束的散度。量子效率测量所产生的光电子数与撞击阴极的光子之比。另一方面,本征发射度描述了电子发射时的电子束发散。


科学家对具有高量子效率和低本征发射度的阴极最感兴趣。但这还不是全部,他们还希望整个阴极的量子效率和固有发射度保持恒定。美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的加速器物理学家邵嘉航说:“您可以把我们的阴极想像成电视屏幕。我们的阴极由‘像素’组成,就像在电视屏幕上一样,您希望每个像素具有相似的亮度。”


在一项来自Argonne的新研究中,Argonne Wakefield Accelerator设施的研究人员发现了一种新的更快的方法,可以同时测量光电阴极的量子效率和本征发射度的分布,并关联这些分布以更好地了解碲化铯的发射机理。


Shao说,测量阴极上每个点的本征发射度(实际上是逐像素进行)是一个非常耗时的过程。为了加快速度,研究人员使用了一种叫做微透镜阵列的设备来创建多个可以同时测量的小波束,本质上是在形成图案而不是进行单独的测量。


“这种图案大大减少了我们对整个阴极表面进行测量所需的时间,因为我们不必一步一步地去做,我们可以同时对不同的区域进行采样,” Shao说。


为了测量量子束的发射率,研究人员使用了一种称为螺线管的装置,该装置将光束聚焦在屏幕上。通过调节螺线管的聚焦强度并测量相应的光束大小,研究人员可以反向构造光束的发射率。


本征发射度是测得的总发射率的一个组成部分,它包含增长因子,该增长因子是由于电子团簇(称为空间电荷)或随着光束传播而引入的其他像差所产生的影响。试图了解阴极本征发射度的科学家必须以某种方式降低这些复合效应。在这项研究中,通过仔细的模拟和实验努力消除了这种影响。


在研究不同束流的特性时,研究人员注意到具有较高量子效率的束流通常也具有较高的本征发射度,这使得设计最佳束流的工作变得复杂。 邵说:“看来我们总是会在量子效率和本征发射度之间进行某种取舍,问题是我们如何平衡两者。”


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