粒子加速器常用材料二次电子发射机理和实验研究

In particle accelerators, the secondary electrons resulting from the interaction bwtween the particles and the vacuum chamber have important influence on beam quality. Especially for the positron, proton and heavy ion accelerators, massive electrons lead to electron cloud, which affect the stability, energy, emittance and beam life adversely. Therefore it's neccesary to study the secondary electron emission (SEE) and electron cloud. In our research, CST PARTICLE STUDIO method will be adopted to simulate the process of SEE and analyse the influencing factors quantitatively. An experimental facility will be designed and constructed to measure the seondary electron yields of accelerator materials accurately.This research will provide the basis for the design and construction of the new generation of particle accelerator, and can also be applied in the fields of electron microscope, electro vacuum and aerospace components.

在粒子加速器中，粒子束与真空室内壁相互作用产生的二次电子是影响束流品质的重要因素，特别在正电子、质子和重离子加速器中，真空室在粒子轰击下产生大量二次电子，聚集形成电子云，对储存束流的稳定性、能量、发射度、寿命等均造成不利影响。因此，对粒子储存环材料二次电子发射过程以及电子云的形成、抑制进行研究是十分必要的。本课题拟通过对粒子加速器真空室材料二次电子发射机理研究，采用CST 粒子工作室方法模拟二次电子发射过程，定量分析二次电子发射的影响因素。建立有效的二次电子测试实验系统，精确测定几种常用材料的二次电子产额。此项研究结果不仅为新一代粒子加速器设计建造提供依据。还可以应用于电子显微成像、电真空器件、航空航天器件设计建造等领域中。

粒子加速器储存环中粒子束与真空室内壁和残余气体相互作用产生二次电子，这些电子在储存环真空室内聚集形成电子云，严重影响储存束流的流强、能量、发射度、稳定性和寿命等。电子云问题已成为新一代加速器设计建造瓶颈。开展材料二次电子发射过程、’电子云形成机理和抑制方法研究已成为各国实验室研究重点。. 本项目依托合肥国家同步辐射实验室真空工程实验室，结合课题组多年来在粒子加速器储存环真空室结构材料表面处理方法研究的优势基础，集成搭建国内第一台加速器真空室结构“材料二次电子特性参数测试仪”，开展了加速器真空室常用结构材料不锈钢、无氧铜和铝及铝合金的在不同条件、不同温度和不同加工工艺下二次电子产额的数据测试和研究。同时对加速器真空室结构材料在不同表面处理工艺下二次电子产额的数据进行了测试和研究。获得了碳系薄膜（无定形碳、类金刚石和石墨烯）、多种NEG吸气合金薄膜、真空室常用结构材料（不锈钢、无氧铜和铝及铝合金）激光刻蚀处理后的二次电子产额数据。这些研究结果和大量数据为新一代粒子加速器设计建造提供了依据，在电子显微成像、电真空器件制作、航空航天器件设计建造等领域中也有重要的应用前景。