【摘 要】
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为了满足HUST-UED分辨率对电子束品质的要求,束流传输系统以尽可能小的束团发射度、束斑尺寸和轨道偏差为目标进行设计。由于受电子枪的微波电场力等作用,电子束团在离开电子枪后发射度会增长,需要螺线管对束团进行聚焦,达到补偿发射度目的;同时在束流传输中不可避免地存在轨迹偏移,需要校正磁铁进行轨道校正。因此螺线管和校正元件的磁场特性对提高UED的性能非常重要。本文完成的主要工作如下:（1）螺线管边缘场
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为了满足HUST-UED分辨率对电子束品质的要求,束流传输系统以尽可能小的束团发射度、束斑尺寸和轨道偏差为目标进行设计。由于受电子枪的微波电场力等作用,电子束团在离开电子枪后发射度会增长,需要螺线管对束团进行聚焦,达到补偿发射度目的;同时在束流传输中不可避免地存在轨迹偏移,需要校正磁铁进行轨道校正。因此螺线管和校正元件的磁场特性对提高UED的性能非常重要。本文完成的主要工作如下:（1）螺线管边缘场分析。通过带电粒子的运动方程求解得到螺线管硬边模型的传输矩阵,再利用粒子跟踪程序ASTRA模拟软边螺线管和硬边螺线管在束流传输中的作用,通过对比分析了边缘场效应对于束流品质的影响,结果表明边缘场效应在一定程度上破坏了镜像光学,导致束流品质降低。（2）螺线管内置校正线圈的研究与设计。分析了螺线管像差对束流运动的影响,设计了可以补偿多极磁场的马鞍型校正线圈,通过单粒子模型研究了校正线圈对于二极磁场的补偿效果,并分析了改变校正线圈的参数对束流品质的影响,完成了内置校正线圈的设计。（3）螺线管磁场测量。对完成加工的螺线管进行了磁场测量,通过数据处理将其积分场均匀度和高阶谐波分量与仿真模型进行了比对,结果表明完成加工的螺线管性能较好。（4）组合型校正磁铁的设计与优化。基于束流轨道校正的需求,对既可以进行水平校正也可以进行垂直校正的组合型磁铁进行了详细的物理设计。采用POISSON和OPERA-3D软件进行校正磁铁的二维和三维仿真。垂直磁场的优化主要通过垫补和削斜磁极头实现,水平磁场的优化主要通过改变励磁电流的分布实现。最终垂直磁场和水平磁场的好场区相对误差小于±1×10-3。针对完成设计的螺线管校正线圈和组合型校正磁铁,本文基于Me V UED的全过程模拟办法对上述两个磁铁元件进行了束流光学验证。结果表明可以实现束流的品质优化和轨道校正。
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