超快电子衍射系统中电子枪的理论及实验研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展,科技工作者对物质微观变化越来越感兴趣,由于超快电子衍射具有高达0.01nm的空间分辨率、可以实现飞秒（fs）量级时间分辨率等特点,因此超快电子衍射被越来越多地应用于科学实验中。作为探索物质结构和相变重要手段之一的超快电子衍射,是研究微晶、表面、薄膜等结构动力学过程以及生物反应等最有力的工具,所以近年来受到国内外很多科学家的关注,目前他们已经研制了各种超快电子衍射系统用于科学研究。本文的目的是研制一套具有较高时空分辨率的超快电子衍射系统,利用其可以同时提供较高时间和空间分辨率的特点,为尽早实现原子和分子高时间分辨的动态拍摄提供可能。首先,根据实验要求确定超快电子衍射系统的参数,确定超快电子衍射系统内光学系统:加速电压为50Kv,采用短磁聚焦实现对电子束的聚焦,偏转板采用平板加折板的方式,探测系统采用双MCP实现电子倍增。然后采用Monte-Carlo方法、边界元法、龙格-库塔公式等计算电场、磁场、电子轨迹等,从而得到超快电子衍射系统的设计参数。以设计结果为基础制作了构成超快电子衍射系统的各个零部件:光电阴极、磁聚焦线圈、静电偏转扫描系统、电子图像增强系统、真空系统以及电路控制系统,从而制作了一套可以实际使用的超快电子衍射系统。经过对系统的调试以及参数测试,,从测试结果可以得到如下结论:此超快电子衍射系统完全可以使用于科学实验当中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电子衍射现象
• 1.1.1 电子的波粒二象性
• 1.1.2 电子衍射的基本公式
• 1.1.3 产生电子衍射的充要条件
• 1.1.4 晶体的电子衍射
• 1.2 超快电子衍射现象在科学实验中的重要地位
• 1.3 超快电子衍射系统在国内外的应用以及研究进展
• 1.4 论文的研究内容以及安排
• 第二章 超快电子衍射系统的电子光学原理
• 2.1 超快电子衍射系统
• 2.2 光电阴极以及光电发射
• 2.2.1 光电阴极
• 2.2.2 光电子发射的统计分布
• 2.3 电子聚焦系统以及磁透镜
• 2.3.1 空间电场和磁场的计算方法
• 2.3.2 空间电场的计算
• 2.3.3 磁透镜
• 2.4 偏转系统
• 2.4.1 磁偏转系统
• 2.4.2 静电偏转系统
• 2.5 探测系统
• 2.5.1 微通道板
• 2.5.2 荧光屏
• 2.6 超快电子衍射系统的性能参数
• 2.6.1 电子轨迹计算
• 2.6.2 超快电子衍射系统像面
• 2.6.3 超快电子衍射系统的电子光学传递函数
• 2.6.4 超快电子衍射系统的其他参数
• 2.7 小结
• 第三章 超快电子衍射系统的制作
• 3.1 超快电子衍射系统的结构
• 3.2 超快电子枪的结构
• 3.2.1 高压引线
• 3.2.2 光电子的发射与加速系统
• 3.2.3 磁线圈
• 3.2.4 偏转板
• 3.3 真空系统的制作
• 3.4 探测系统的制作
• 3.5 超快扫描电路模块
• 3.6 控制系统
• 3.7 小结
• 第四章 超快电子衍射系统的实验结果
• 4.1 超快电子衍射系统的静态实验
• 4.1.1 测量电子束斑大小
• 4.1.2 对电子束发散角的测量
• 4.2 实际应用
• 4.3 超快电子衍射系统标定电子脉宽实验
• 4.4 小结
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.2 一些建议
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢