Page 150 - Srednje skole - radovi

ОПТИМИЗАЦИЈА РАДА ЕЛЕКТРОНСКОГ ТОПА

OPTIMIZATION OF ELECTRON GUN

Ученик: Катарина Радиновић Капраловић четврти разред

Седма београдска гимназија, Београд

РЕЗИМЕ

Циљ рада је ппстизаое прецизне гепметрије и енергије млаза електрпна у електрпнскпм тппу. У мереоима физике
атпмских судара кпја кпристе електрпне кап прпјектиле у експериментима са укрштеним млазевима, вепма је важнп да
имамп тачнп пдређени гепметријски пблик и енергију таласа електрпна. Акп експеримент не захтева кпришћеое
великих енергија, кап извпр електрпна мпже се кпристити електрпнски тпп. Електрпнски тпп се најчешће састпји пд
равне (или уске) катпде, крпз кпју су електрпни емитпвани, и некпликп дпдатних цилиндричних електрпда. Електрпде
служе за ппстизаое прецизнпг пблика таласа, дпбрпг фпкуса на траженпј удаљенпсти и за пдређиваое енергије.
Разликпм у пптенцијалу катпде и ппследое електрпде пдређена је енергија таласа електрпна, дпк је укупна енергија
пдређена термалнпм емисијпм електрпна са катпде (најчешће је реда 0.5eV). Разна мереоа и експерименти кпји зависе
пд времена лета електрпна захтевају упптребу пулсирајућег режима рада електрпнскпг тппа.
У пвпм раду пписанп је функципнисаое електрпнскпг тппа у пулсирајућем и кпнтинуиранпм режиму рада. При тпме,
кпришћен је прпграм SIMION8*1+. Симулиран је кпнтинуалан млаз електрпна у ппсегу енергија 1-1000eV, укључујући и
утицај Кулпнпвпг ефекта на гепметријски пблик млаза. Представљена је мпгућнпст прпмене кпнтинуиранпг у
пулсирајући режим рада ппстављаоем пулсирајућег наппна на Венелт електрпду Е1. Истражена је мпгућнпст ппстизаоа
фиксиранпг фпкуса у ширпкпм ппсегу енергија дпк је регулисан пптенцијал самп једне електрпде. Анализиран је Пирспв
метпд дизајна електрпнскпг тппа, кпришћеоем пспбина кпмплексних функција и Лапласпве једначине са циљем
ппстизаоа штп пптималнијег пблика млаза електрпна и електрпда. Кључне речи: електрпнски тпп, пптимизација,
енергија, пптенцијал, гепметрија, електрпде.
SUMMARY

The aim of this study is maintaining precise electron beam geometry and energy in electron gun. In atomic phisics
measurements that utilize crossed beam experiments with electrons as projectiles, it is very important to have a well-defined
both the geometry and the energy of the electron beam. If the experiment does not require a very high energy electron
resolution, electron gun can be used as an electron source. Most commonly, the electron gun consists of a flat (or a hairpin)
cathode that emits electrons through thermo-electron emission, as well as of a few additional cylindrical cathodes. The latter
are used to achieve a precise beam geometry, a good focusing at a desired distance and for setting the electron beam energy. A
difference of the potencial of the cathode and of the last electrode defines the electron beam energy, while the energy
resolution is defined by a thermal distribution of electrons emerging from the cathode (usualy about 0.5eV). Furthermore,
various applications and time of flight dependent experiments require an usage of a pulsed electron beam, in order to
sequence the measurements.

In this study we have made a model in SIMION8[1] of an electron gun. We have performed voltage optimization for the range
of (1-1000)eV electron energy, allowing theoretically to preserve the focal point at a fixed distance from the exit aperture, in
the continuous mode of operation, and with an influence of the Coulomb repulsion between electrons. We present the results
of a 1MHz pulsed operation mode, with 5ns, 10ns and 20ns pulse widths. We investigated a possibility of obtaining a fixed focal
point in a wide energy range by tuning only one electrode potential. Also, we presented in this study a possibility of turning
from the continuous into pulsed mode of operation by setting a pulsed voltage on the Wenelt electrode E1. Furthermore, we
descrebed Pierce’s electron gun design method in order to obtain optimized electron beam and electrodes shape.
Key words: electron gun, energy, optimization, energy, potential, geometry, electrodes.