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建立一个更好的电子枪

LCLS-II电子枪的成功测试(见相关文章)标志着能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)十多年来研发工作的高潮。

该枪的设计于2006年由伯克利实验室退休的物理学家John W. Staples和伯克利实验室加速器技术与应用物理部门的高级科学家Fernando Sannibale构思。不久之后,开始研究一种名为Advanced Photoinjector EXperiment(APEX)的原型电子枪,后来成为LCLS-II电子枪的原型。

APEX原型枪的开发由Sannibale领导,他现在担任伯克利实验室先进光源(ALS)加速器操作的副手。ALS从加速电子产生光。

Staples仍然是伯克利实验室的附属科学家,目前正在协助Sannibale提出的下一代电子枪的概念性工作,称为APEX-2,归功于伯克利实验室的Russell“Russ”Wells的前工程工作,现已退休,和史蒂夫Virostek在APEX和LCLS-II电子枪及相关仪器上。

Sannibale说:“我们在伯克利实验室开始研究这个概念十年后,我们所有人都非常满意地看到在调试这个重要的LCLS-II组件时所取得的快速进展。” 该LCLS-II项目是在SLAC国家加速器实验室的直线加速器相干光源的X射线自由电子激光的升级。

从左到右:Daniele Filippetto,Fernando Sannibale,John Staples和Russell Wells参与了伯克利实验室APEX电子枪和测试光束线项目的研发工作。APEX作为LCLS-II项目电子枪和注射器的原型。图片来源:Roy Kaltschmidt / Berkeley Lab

伯克利实验室的高级工程师Virostek领导了LCLS-II枪的制造工作,他认为包括工程师,物理学家,技术人员,机械设计师和制造车间人员在内的多学科团队的努力使得枪支从图纸中脱颖而出登上测试阶段。

“这种规模和复杂性的项目需要巨大的规划,协调和专业知识,我们的团队才能应对挑战,”Virostek说。

Daniele Filippetto是伯克利实验室的科学家,负责激光系统和APEX枪的电子束诊断和测量 - 并且已经率先使用APEX原型枪作为超高速电子探针,称为高重复率电子散射仪器(HiRES)说:“这对伯克利实验室来说是一个非常重要的里程碑。”

他指出,LCLS-II喷油枪及其原型代表“对美国具有战略意义的新一代超快仪表。这是仅在伯克利实验室进行的研发工作的结果,旨在设计和展示具有前所未有性能的新技术这使得LCLS-II的梦想成为技术上可实现的现实。“

除了电子枪本身,伯克利实验室还设计了前2米的LCLS-II电子束线,其中包括用于压缩和聚焦电子束的关键部件。史泰博表示,他很高兴LCLS-II电子枪的设计基于APEX概念化的“折返式药丸腔”加速结构,“结果非常好用。”

他补充道,“物理学并不是那么困难,但工程学使其成功。这是一项工程上的胜利。”

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