Návrh a optimalizace femtosekundového elektrostatického elektronového děla

Abstract

Cílem této práce je návrh femtosekundového elektrostatického elektronového děla a studium vlastností produkovaného svazku po průchodu fokusační aparaturou. Navrhované zařízení má silný potenciál sloužit jako samostatný urychlovač nebo jako předurychlovač a injekční systém pro plazmové urychlovače. Výsledky této práce budou sloužit pro návrh optických prvků upravujících časový profil laseru indukujícího emisi elektronů tak, aby bylo kompenzováno prodloužení svazku při fokusaci pro dosažení délky elektronového svazku v řádu jednotek femtosekund. Na základě simulace v programu SIMION byla zjištěna kvadratická závislost zpoždění na příčné vzdálenosti elektronů od středu svazku při průchodu čočkou. Kromě geometrických efektů má podstatný vliv na toto zpoždění energetický profil, který je způsoben průchodem fokusační aparaturou. V práci je ukázáno, že energetický a časový profil lze optimalizovat pomocí změny rozměrů čočky a využitého napětí.

The goal of this thesis is the design of femtosecond electrostatic electron gun and the study of generated electron beam after traversing through the focusing apparatus. The proposed device has a strong potential to work as an independent accelerator or as a preaccelerator and an injection device for plasma accelerators. The results of this work will serve in designing the optical elements adjusting the time profile of the laser inducing the electron emission, in order to compensate the prolongation of the bunch caused by the focusing apparatus to achieve the bunch duration of the order of few femtoseconds. In the simulation in Simion programme, the quadratic dependence of time delay on the transverse distance of electrons from the centre of the bunch when entering the lens was observed. Aside from the geometrical effects, significant impact on this delay has the variance in the energetic spectrum, which arises after passing the focusing lens. In this thesis, it is shown that it is possible to optimize the energetic and temporal profile by changing the dimensions of the lens and the applied voltage.