阿尔贡国家实验室的贾里德·萨格夫 在离阴极源不同距离的钇铝石榴石屏幕上观察到的电子细光束
学分:阿尔贡国家实验室 束流驱动尾波场加速方法是未来大型机器(包括x光自由电子激光器和直线对撞机)的有前途的候选方法，因为它们具有提高效率和降低运行成本的潜力
推动这种效率提高的关键因素之一涉及操纵电子束的时间分布
在过去的几十年里，研究人员已经研究了许多不同的机制，这些机制成功地产生了具有不同限制的不同质量的瞬时成形电子束
在美国的一项新研究中
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美国能源部阿尔贡和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们利用一种叫做场发射的现象，探索如何利用微小的金刚石尖端阵列来产生他们希望是横向形状的电子束
然后光束将被送入发射度交换束线，将横向分布转换为时间分布
场发射的工作原理是降低量子势垒，根据概率定律，电子偶尔可以穿过量子势垒
阿贡加速器物理学家邵嘉航说:“通过应用这些领域，我们似乎可以把砖墙变成干墙——这要容易得多。”邵嘉航是这项研究的作者
产生电子的其他方法包括热阴极，它使用热灯丝(类似于白炽灯泡中使用的灯丝)从固体中排出电子，或者光电阴极，它使用超短激光脉冲来释放电子
据邵介绍，场发射阴极的优点是既不需要热源，也不需要昂贵的激光装置
邵说:“我们使用电场来加速电子。”
“首先使用它们来生成它们并不会带来太多不便
" 为了成功地使用场发射技术，研究人员需要在阴极表面直接施加一个非常强的电场
为了做到这一点，他们制作了一层钻石薄膜，其中包含了大约10微米的钻石金字塔，顶端有纳米级的尖端，排列成一个1毫米的等边三角形
实验研究是在阿尔贡尾场加速器设施的阿尔贡阴极测试台束线上进行的
“通过场发射产生横向形状的波束是项目的第一步，我们正在探索不同的发射器几何形状以及(射频)射频枪操作参数，”邵说
阿贡加速器科学家马诺埃尔·康德是这项研究的另一位作者，他说，研究人员试图通过使用这些钻石场发射器阵列来平衡两种独立但相互竞争的现象
科学家需要产生尽可能高的离开物质的电子电流；然而，他们希望减轻电子之间的排斥力，以在发射和运输过程中保持三角形形状
基于该研究的一篇文章“射频枪中金刚石金字塔阴极产生的图案化电子束的传输演示”发表在2020年1月的《应用物理快报》上，报道了射频枪中金刚石场发射阵列阴极产生和传输横向形状电子束的成功演示
另一篇文章“来自金刚石场发射阵列阴极的成形束”发表在2020年7月的《美国电气和电子工程师协会等离子体科学学报》上，报道了金刚石场发射阵列的连续几何优化
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