电子源的未来方向：激光技术成重点
近日，美国能源部科学办公室公布报告《电子源的未来》，认为了未来X射线自由电子激光（XFEL）、超快电子衍射（UED）和超快电子显微镜（UEM）的电子源市场需求和研发机遇。下一代仪器的研发，从软X射线自由电子激光到超快电子散射仪器，将反感依赖电子源的突破性进展。
近日，美国能源部科学办公室公布报告《电子源的未来》，认为了未来X射线自由电子激光（XFEL）、超快电子衍射（UED）和超快电子显微镜（UEM）的电子源市场需求和研发机遇。下一代仪器的研发，从软X射线自由电子激光到超快电子散射仪器，将反感依赖电子源的突破性进展。2016年9月8日到9日，基础能源科学（BES）办公室在斯坦福直线加速器中心（SLAC）国家加速器实验室举行了未来电子源研讨会，目的确认未来XFEL、UED和UEM的电子源市场需求和未来的研发机遇，来自美国国家实验室、学术界和国际机构的60多名专家参与了研讨会。
《电子源的未来》报告是该研讨会的总结。报告认为，电子源的所有主要技术领域的变革必须符合未来的X射线和电子散射仪器的市场需求，纳米技术和通过设计申请专利的材料在转变光电阴极方面具备相当大的前景，枪技术必须获得更佳的进展以维持初始束流的亮度。报告确认了4个优先研究方向。1、高亮度束流的下一代阴极研发。
高亮度束流的两个关键因素是升空时的横向和纵向能量，它们可通过多种方式构建增加10倍以上，还包括材料工程、加热阴极基板和激光波长回声。在确实的枪环境中对先进设备光电阴极展开测试，对将这项研究转化成为电子束质量的必要改良至关重要。此外，探寻用于纳米和微米光电发射器，可大大提高束流相干性。由头计算出来阴极设计可以构建具备自定义特性的光电阴极，从而使高亮度束流取得新的应用于。
2、研发连续波流经器以大幅度减少阴极加快梯度和输入束流能量。连续波流经器必须在阴极加快梯度和电子束能量上都提升两倍以上,以产生和维持XFEL和单发UEM所需的高亮度电子束。要解决问题这些挑战性的市场需求，必须在铜材料和射频超导连续波流经器技术上获得重大进展。
应当展开从头到尾的模拟计算来增大技术自由选择。3、下一代电子源的高梯度研发。脉冲电子枪的特征是具备十分低的初始加快梯度（100兆伏/米量级），比较较低的重复率（大约200赫兹）和平均值束电流。
新型结构和材料的进展未来将会构建两倍以上的源电场，并记录高峰值亮度。4、先进设备加速器和束流调控概念的研发。建议研发基于先进设备加速器概念（如激光或束等离子体尾场或太赫兹波）的电子枪，因为它们可能会构建吉伏/米量级的流经场。先进设备相空间束流调控方案的应用于可以将XFEL的技术风险和成本减少一个数量级以上。
除了上述的优先研究方向之外，还应当研究束流临床、束流动力学和激光技术。电子源及涉及技术的进展将使新型仪器和设备以求构建，从而能在基础的时空尺度上对物质展开研究，再度引起X射线和电子散射科学的革命。
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