Forskere finder en ny måde at måle vigtige stråleegenskaber på

Til en bred vifte af højtydende videnskabelige instrumenter, fra frielektronlasere til wakefield-acceleratorer til elektronmikroskoper, at generere en lys elektronstråle, der har specifikke egenskaber, repræsenterer en af ​​de største udfordringer. Disse instrumenter kan bruges til at undersøge stoffets egenskaber på atomniveau eller til at accelerere partikler til høje energier.

Forskere, der søger at skabe de bedst mulige stråler, er interesserede i to særlige kvaliteter, der bestemmer, hvor godt fotokatoderne, der genererer stråler, fungerer - deres kvanteeffektivitet og deres iboende emission.

Kvanteeffektivitet måler forholdet mellem antallet af producerede fotoelektroner og de fotoner, der rammer katoden. Iboende emission, på den anden side, beskriver stråledivergensen, når elektroner udsender.

Forskere er mest interesserede i katoder, der har høj kvanteeffektivitet og lav iboende emission. Men det er ikke alt - de ønsker også, at kvanteeffektiviteten og den iboende emission skal være konstant over hele katoden. "Du kan tænke på vores katode som en tv-skærm, " sagde acceleratorfysiker Jiahang Shao fra det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory. "Vores katode består af 'pixels, ' og ligesom på en tv-skærm ønsker du, at hver pixel skal have en lignende lysstyrke."

I en ny undersøgelse fra Argonne, forskere ved Argonne Wakefield Accelerator-faciliteten har fundet en ny og hurtigere måde at måle fordelingen af ​​kvanteeffektivitet og iboende emittans af en fotokatode på. og har relateret distributionerne for bedre at forstå emissionsmekanismen for cæsiumtelluridkatoder, en hovedtype fotokatode.

Måling af den iboende emittans af hvert punkt på katoden - i det væsentlige pixel-for-pixel - er en ekstremt tidskrævende proces, sagde Shao. For at fremskynde tingene, forskerne brugte en enhed kaldet et mikrolinsearray til at skabe flere små stråler, som de kunne måle samtidigt, i det væsentlige at skabe et mønster i stedet for at lave individuelle målinger.

"Mønsteret reducerer dramatisk den tid, det tager at foretage vores målinger af hele katodeoverfladen, fordi i stedet for at skulle gå trin for trin, kan vi prøve forskellige regioner på samme tid, " sagde Shao.

For at tage målinger af strålernes emittans, forskerne brugte en enhed kaldet en solenoide, der fokuserer strålen på en skærm. Ved at justere solenoidens fokuseringsstyrke og måle den tilsvarende strålestørrelse, forskere kan konstruere omvendt strålens emittans.

Indre emission er en komponent af den målte samlede emission, som indeholder vækstfaktorer, der enten skyldes effekter som følge af klyngning af elektroner - kaldet rumladning - eller andre afvigelser, der indføres, når strålen udbreder sig. Forskere, der søger at forstå den iboende emittans af selve katoden, må på en eller anden måde reducere disse sammensætningseffekter. I dette studie, sådanne effekter blev elimineret ved omhyggelig simulering og eksperimentindsats.

Ved at studere egenskaberne af de forskellige beamlets, forskerne bemærkede, at stråler med højere kvanteeffektivitet også havde en tendens til typisk at have højere iboende emission, komplicerer indsatsen for at designe de bedst mulige bjælker. "Det ser ud til, at vi altid vil have en form for afvejning mellem kvanteeffektivitet og iboende emission, " sagde Shao. "Spørgsmålet er, hvordan vi balancerer de to."

Et papir baseret på undersøgelsen, "Hurtig termisk emission og kvanteeffektivitetskortlægning af en cæsiumtelluridkatode i en rf fotoinjektor ved hjælp af flere laserstråler, " blev offentliggjort i 4. maj-udgaven af Physical Review Acceleratorer og Beams .