Designing and fabricaion possibility of electron gun with the output energy of electron Volt order useable in the microwave electronics

هدکشناد مولع

یشزومآ هورگ کیزیف

تفایرد تهج همان نایاپ نایاپ هجرد

دشرا یسانشراک همان

امسلاپ هنیمز یلوکلوم یمتا شیارگ کیزیف هتشر

ناکما و یحارط اب ینورتکلا گنفت تخاس یجنس

هدافتسا یارب تلو نورتکلا هبترم زا یجورخ متسیس رد

رتکلا یاه جومزیر کینو

رگشهوژپ :

لوا یمیدق میرم

امنهار داتسا :

ناوج یرهپس رصان رتکد

رواشم داتسا :

هزور نیمار مدقم راد

هام نمهب 1397

ناونع و :روآدیدپ مان ناکما و یحارط

یارب تلو نورتکلا هبترم را یجورخ اب ینورتکلا گنفت تخاس یجنس

رد هدافتسا متسیس

لوا یمیدق میرم/جومزیر کینورتکلا یاه

داتسا نا امنهار : ناوج یرهپس رصان رتکد

داتسا :رواشم نا هزور نیمار

مدقم راد

خیرات :عافد 10

/ 11 / 1397

دادعت حفص :تا 127

.ص

نایاپ هرامش :همان

/مولع

:هدیکچ :فده هیبش ،یروئت یسررب و قیقحت ،همان نایاپ نیا فده یانورتکلا اانفت تتااس یلامتحا یبایزرا و یزاس

.تسا شور :شهوژپ یسانش نورتکلا تکرح کیزیف ادتبا هعلاطم نیا رد متسیس اب شنکردنا تحت ار اه

ااتلو کایمانیدورتکلا یااه

یم لیلحت لااب .مینک

هدافتسا اب مرن زا

رازفا نورتکلا ی رنا اب ینورتکلا انفت عون ودCST

زا یاجورت یاه

هبترم 10KeV و 100KeV هیبش

.تسا هدش یزاس

هتفای اه : هیبش مرن اب یزاس رازفا

یم ناشنCST انفت یحارط ناکما هک دهد ی رنا اب ینورتکلا یاه

دوداح یااه

گ رظن رد اب ،تلو نورتکلا ولیک اهدص نتفر

دوجوم تاناکما و تازیهجت .تسا ارجا لباق

هجیتن :یریگ ناکما اب ینورتکلا انفت عون ود یم داهنشیپ نآ تتاس یجنس

رایپ هاسدنه زا وا هاسدنه رد .دوش

هداش هدافتاسا یانورتکلا هاکیراب ییارگمه یارب متسیس یجورت رد یسیطانغم یسدع کی اب دتاک و دنآ هب کیدزن متسیس لک وط .تسا ابیرقت هکیراب ی رنا طسوتم و25cm

10KeV یم

.داشاب یاحارط رد

ی رنا کت ینورتکلا هکیراب کی ندروآ تسدب یارب دتاک ریپ هسدنه زا زین مود زا هاک داش هاتفرگ هرهب

سناتیما رظن رد دانلب یسیطانغم هچیپ زا هدافتسا اب هصیقن نیا هک دوبن یبولطم تیفیک یاراد ییانشور و

تش متسیس وط .دیدرگ عفر هدنهدبا

ابیرقت اجنیا رد متسیس لک وط یم57cm

یانورتکلا واترپ و دشاب

ی رنا اب ،ی رنا کت و ینوناک ابیرقت متسیس وط رد 100KeV

.تسا هدهاشم لباق

هژاو :یدیلک یاه باتش ، ریپ ،انفت ،ینورتکلا وترپ

میس ،هدنهد ،یسیطانغم چیپ

.CST

1 - فده و همدقم

1-1 - همدقم

هکیراب نایرج ینورتکلا یاه یم تکرح یباختنا تهج رد هک دنتسه دازآ ینورتکلا یاه

-

یم هدیمان هکیراب روحم ،یتکرح تهج .دننک یاهریسم .دوش

هکیراب هاب کیدزن بلغا تارذ

.دنتسه میقتسم طت روحم

هکیراب هکیراب هجیتن رد .دشاب ینحنم ای میقتسم تسا نکمم -

یم اه دنناوت نراقت یاراد هناوتسا ؛ اثم ناونع هب :دنشاب فلتخم یاه

تخت ،یا یراون ای

.

هکیراب یاه ینورتکلا یلااگچ اب ی رنا اقتنا ،داوم شزادرپ ،ریواصت رتنک و داجیا یارب

انگیس اقتنا و دیلوت و رگید تارذ دیلوت ،لااب .دنتسه مهم یلیت لااب سناکرف یاه

نورتکلا یرادراب تارذ اه یاتکرح تارذ راتنک رثا هک دنتسه

نادایم هلیاسو هاب یااه

یم ماجنا یسیطانغم و یکیرتکلا یسرنیا ارظانتم و کچوک مرج .دوش

مک نورتکلا هایاپ ااه

متسیس درکلمع یم لیکشت ار لااب سناکرف یاه

نورتکلا اقتنا .دنهد ااب هارامه هکیراب یاه

کی نیاربانب .تسین گرزب یمرج اقتنا کی هکیراب

100KA

اهنت 2 نوراتکلا زا مرگ ار ااه

یم اقتنا تعاس کی ضرع رد شور .دهد

نورتکلا جورت یارب یدایز یاه طیحم زا اه

یااه

یداایز ماهم یاهدرکلمع نورتکلا راشتنا زا عون ره اساسا .دنراد دوجو یزاگ ای عیام ،دماج هاگتسد زا یم دوبهب ار رظانتم یکیرتکلا یاه

.دنشخب

درکلمع هزوح ب

هکیرا یاه دانترابع نآ ماهم یااهدربراک زا یترب .تسا گرزب ینورتکلا

:زا 1 - یسدع ؛ اثم ناونع هب( ینورتکلا کیتپا انفت ،اه

متسیس ،ینورتکلا یاه راسکنا یاه

هکیراب .)

2 - کینورتکلا جومزیر

کینورتکلا لماش ،لات جومزیر

.دازآ نورتکلا یاهرزیل و یتیبسن

3 - .ینورتکلا بورپ روزیلانآورکیم لماش ،ینورتکلا پوکسورکیم

4 - یروانف هکیراب ،بوذ ،یراکاشوج ،ندرک هتم ،قیقد شرب ؛ اثم ناونع هب( ینورتکلا

.)هچراپکی هتسجرب شقن تتاس ،لااب حوضو اب یفارگوتیل 5 - باتش هدنهد یاه هکیراب ینورتکلا .

1-1-1 - ینورتکلا گنفت

ینورتکلا انفت کی زا

شخب هتفای لیکشت فلتخم یاه هظفحم لماش هک

هالول اای لاات

(

Reizer, 2008

،لات متسیس ،) تسا یزاسراکشآ متسیس و یکینورتکلا متسیس

لکش(

1 -

1 ) . ینورتکلا انفت رد لات هلول ای هظفحم یسدع

و یروت و دنآ و دتاک ینعی ینورتکلا یاه

یپ چ یم یاج دوت رد ار یسیطانغم ه دهد

(

Read et al, 1971

.) کای هاب یبایتاسد یاراب

هنیهب یجورت هدافتسا لباق ینورتکلا هکیراب کی ینعی

فالتخم فاداها رد

، یااهرازبا لاک

امپ زا لات نیا هب یبایتسد یارب .دنریگ رارق لات رد دیاب ینورتکلا ترواص هاب هاک ییااه

یم هتسب یزاوم ای یرس دنوش

، یم هدافتسا دوش

.

لکش 1 - 1 - گنفت کی زا یلک حرط ینورتکلا

Humphries, 1999( )

یکینورتکلا متسیس ینورتکلا انفت رد یاراد

یم ییاهرادم و هیذغت عبنم ااب هاک داشاب

زااین دروام دربااک و ااتلو هب هجوت

، یام ااهنآ عوان و داداعت متاسیس .داشاب رایغتم داناوت

رق هدافتسا دروم ینورتکلا وترپ یزاسراکشآ یارب هک ینورتکلا انفت رد یزاسراکشآ یم را

-

ون ود لماش دریگ تاسا نزوسوس تاحفص و یداراف ناجنف ع

یاراب یدارااف زااسراکشآ زا .

هزادنا یم هدافتسا نآ یزاسراکشآ و رادراب تارذ نایرج یریگ رد زااسراکشآ نیا بلغا .دوش

یم رارق تبثم لیسناتپ نورتکلا یگدنکارپ زا ات دریگ

والج متسیس یاهتنا رد اه دواش یریگ

نایرج ناوتب یتحار هب و هکیراب

یدارااف یااجنف دراوم زا یترب رد .درک نییعت ار ینورتکلا

یام هتفرگ راک هب زین متسیس رد دنآ یاج هب هاکیراب هاب نداد باتاش راب هولااع اات دواش

نورتکلا زین عمج ار نآ نامزمه روط هب ی ب

هاکیراب ناایرج ،میاس کای زا هدافتاسا اب و دنک

یارب ار ینورتکلا هزادنا

هاگتسد هب یریگ هداش هیبعت روظنم نیا یارب هک ییاه

تیاداه ،دانا

یم و دنک هزادنا یارب نزوسوس یاهزاسراکشآ هاتفرگ رااک هاب هکیراب ییارگمه نازیم یریگ

یم یام جراات اانفت زا یانورتکلا هکیراب هک یماگنه هک هنوگ نیدب .دنوش نایا هاب دواش

لکش هب رون لیسگ و هدرک دروترب تاحفص یم دوجو هب یریاود

رایاود نایا هزادانا هک دیآ

یم نییعت ار ییارگاو ای ییارگمه دنک

.

زا لکاشتم ینورتکلا انفت ااهدورتکلا یدانبرکیپ و یانورتکلا هماشچ

تاسا هماشچ .

ینورتکلا ناملیف نامه ای یزلف هتشر کی

تسا نیدانچ لمااش زاین اهدورتکلا یدنبرکیپ .

عمج یارب دورتکلا رادراب تارذ یروآ

باتش ،همشچ زا لکاش و ااهنآ هب یهد

ااهنآ هاب یاهد

دنتسه نورتکلا . واتوف لیاسگ ،ینادایم لیاسگ ،ینویامرگ لیسگ دننام فلتخم قرط هب اه

یم جرات همشچ زا هیوناث نورتکلا و کیرتکلا .دنوش

یاهدتاک یااهدربراک یاراد ینویاامرگ

همشچ رد .دنتسه ناوارف ناملیف زا ینویامرگ یاه

ییاه لماش رب تازالف یات تاابیکرت اای

یزلف زادگرید نتسگنت دننام مویروت نتسگنت ای

یم هدافتسا هماشچ نیا .دوش

شور هاب ااه

یم قافتا نآ زا نورتکلا لیسگ و هدش مرگ اهنآ هب یکیرتکلا نایرج کی امعا اب میقتسم -

.دتفا همشچ زا یترب گ یاه

ر یم مرگ میقتسمریغ شور هب هک دنراد دوجو زین ینویام دنواش

نورتکلا لیسگ و یم قافتا اهنآ زا اه

همشچ نیا .دتفا همکد لکش هب اه

یزالف یااه دنتاسه

یم تروص قیرط ود هب یشیامرگ دنیارف هک ا :درایگ

- ناراابمب تاشپ

زا هدافتاسا ااب داتاک

رتکلا نو یم نورتکلا لیسگ و نآ ندش مرگ ثعاب هک اه .دوش

2 - یاسو هب ل مراگ کای ه ناک

.یکیرتکلا نورتکلا ییاه یم جرات دتاک زا ینویامرگ لیسگ هلیسو هب هک دنوش

یلواسکام عیزوت یاراد

و ی رنا تلو نورتکلا هبترم زا یاه دنتسه

نورتکلا رگا . متسیس طسوت دتاک زا یلیسگ یاه

تعراس عایزوت و رگیدکی اب شنکردنا طسوت ،دنریگن باتش اهدورتکلا کاچوک هایلوا یااه

یم هدنکارپ افتسا لباق لامع و دنوش

یمن هد باسانم ااتلو کی امعا اب دیاب نیاربانب .دنشاب

باتش ثعاب اهدورتکلا متسیس هب .داش داتاک زا یاجورت تارذ یاهد

( لکاش 1 - 2 )a

کای

تازاوم هب دنآ کی و دتاک کی زا لکشتم هک ار حطسم یدوید ینورتکلا انفت دنتاسه مه

یم ناشن ار نورتکلا .دهد

زا زیچان ی رنا کی اب دتاک زا اه تالو نوراتکلا هبترم

Ek

جراات ،

یم لیسناتپ .دنوش دنآ

رادقم اب تبثم دتاک لیسناتپ هب تبسن Va

یام هتفرگ رظن رد .دواش

نورتکلا یبیرقت ی رنا ااب رابارب و دانآ هاب یلاامعا لیاسناتپ اب بسانتم دنآ هب هدیسر یاه

a

a qV

E  تسا

. هکیراب ناوتب هکنیا یارب هدافتاسا لاباق ار دنآ هب هدیسر ینورتکلا یاه

کی دنآ رد ،درک خاروس

یم هتتاس ان هزادانا ااب دنآ و دتاک کی یارب .دوش

یلااگچ یهاانتم

دنآ هب هدیسر نایرج تسد لباق هدش دودحم ییاضف راب طسوت هک

یام یبای هاکیراب و داشاب

کی یاراد دنآ زا هدش جرات ینورتکلا :تسا صخشم هیواز

1

d r_a

3

 )1-1(

لکش 1 - 2 (- ( حطسم دوید )a هسدنه )b

سریپ (Moore et al, 2009)

نآ رد هک ra

هرفح عاعش خارواس ای

و دانآ هلاصاف d

داتاک و دانآ تاسا

. نیراتارگاو راگا

یگب رظن رد ار دنآ هب هدراو نورتکلا زیچاان ی رانا اب نورتکلا نیا ،میر

Ek

داتاک ااب یزاوام

یم راشتنا نیاربانب .دبای

یم ناوت رفح زا یجورت هکیراب تیعضو هدافتاسا اب ار دنآ ه

هایواز زا

1ملق یم فیرعت ریز تروص هب هک دوش

، درک نییعت (

1968 Imhof and Read,

2:)

a k

E

 E

 )1-2(

یم یهانتم هزادنا یاراد هک دتاک کی یارب نیب دوجوم ییاضف راب ،دشاب

ثاعاب دانآ و داتاک

یم .دوش ییارگاو راچد هلصاف نیا رد هکیراب هک دوش

2 ریپ هک داد ناشن هیواز اب

ندرک راد

دتاک تاسا هداش دودحم ییاضفراب هلیسو هب هک یهانتمان اعبا اب دوید کی یارب

، یام ناوات

نورتکلا ات هدرک دیلوت لیسناتپ نایدارگ اسناتپ ناایدارگ نایا ااب داتاک زا یاجورت یاه

لی

دنسرب دنآ هب دنناوتب (

Moore et al, 2009

.) دانآ هاب هدیاسر نایرج هنیشیب تلاح نیا رد

:اب تسا ربارب

1- Pencil Angle

2- Pierce

A d V

J r r

I  _a ^a _a³²

2 max

2

max 7.35 



 



 

 )1-3(

یم هبساحم ریز هطبار قبط دنآ رظانتم ی رنا هب ییانشور تبسن یام رادایاپ هاک دوش

-

:دشاب

1 1 2 2

2 / 3 2

2 2

max 0.74 ^{  }

 Acm sr eV

d E

E r

E I

E _k

a a

a a

 



 )1-4(

نامه ،داش ناایب زین لصف یادتبا رد هک روط اانفت

رد یداایز دربرااک یانورتکلا یااه

تعنص یمااظن عیاناص هژیو هب اانفت جوامزیر کاینورتکلا رد .دانراد کاینورتکلا و

یااه

هژیو دربراک ینورتکلا .دنراد یا

ب جوامزیر کینورتکلا رد هاکیرا

هداش دایلوت یانورتکلا یااه

کی دراو هیلوا ی رنا و باتش کی اب ینورتکلا انفت طسوت داننام یکیمانیدورتکلا متسیس

هناوتسا یزلف هظفحم ربجوم نامه ای یا

یم یم ثعاب هک دنوش نورتکلا دوش

باتش اه یاهد

ی رنا .دوش داجیا اهنآ زا ودمه شبات و دننک ادیپ انهامه نورتکلا یاه

زا یجورت یاه

رنا لماش ینورتکلا انفت یم تلو نورتکلا دنچ یاه

دشاب نورتکلا نیا هک دیلوت هب رداق اه

یمن یسیطانغمورتکلا جاوما دنشاب

. یام مزلا یاسیطانغمورتکلا جاواما دیلوت یارب نیاربانب -

نورتکلا نیا دشاب تعرس ات یتح اه

یاتلو نورتکلا اگیگ دنچ یاه )یتیباسن(

ادایپ باتاش

ک نامه راک نیا هک ،دنن باتش متسیس کی طسوت دش هتفگ هک روط

هناگادج روط هب هدنهد

یم خر هتاش رد .دهد کینورتکلا هک جومزیر کینورتکلا زا یا

یام هدیمان ییامسلاپUHF

-

وم کی رد ینورتکلا هکیراب دوش ردنا امسلاپ اب یزلف ربج

یام شنک ییاماسلاپ جوام و دانک

یم دیلوت یرادیاپان هک دوش

دراد یاسیطانغمورتکلا تیهام هدش دیلوت جوم نیا ثاعاب هاک

یم فوکنرچ شبات طسوت هتخیگنارب جوم تیوقت ( دوش

Kuzelev and Rukhadze, 1995

. )

همادا رد رصتخم روط هب جومزیر کینورتکلا دروم رد

.تسا هدش ثحب

1-1-2 - جومزیر کینورتکلا

کیاسلاک یااهدربراک زا یکی هاکیراب

یااه یاسیطانغمورتکلا شباات دایلوت ،یانورتکلا

ودمه شاخب رد شباات عباانم هعاسوت .تسا

جوامزیر رد هاک یاسیطانغمورتکلا فایط

دودحم ه 300 ات زترهاگم 3000

یلیم کی جوم وط( زترهاگیگ شرتاسگ)رتم کای ات رتم

یم اس ،دبای یهجوات لاباق شیازفا ریتا ههد دنچ رد اح نیا اب .تسا هدش زاغآ شیپ اه

یدیدج شخب رد تفرشیپ لماع هک ،تسا هتفرگ تروص عبانم نیا راک سناکرف و ناوت رد

یم هک کیزیف زا صا .تسا هدش ،دیمان یتیبسن یلااب سناکرف کینورتکلا ناوت

ط تیبسن حلا

زا هدافتسا هب وا هلهو رد هکیراب

یاه تعرس اب ی رنارپ ینورتکلا تعراس هاب کایدزن یاه

یم هک دراد هراشا رون ت

یلاگچ یاراد دناو ب رایسب نایرج یاه

عباانم روهظ هب مود و .دشاب لاا

جواامزیر .دراد هراااشا یتیبااسن راااثآ اااسا رااب داایدج

شبااات زا یااساسا عواان هااس

:دراد دوجو رادراب تارذ طسوت یسیطانغمورتکلا 1

فوکنرچ . تیمسا ای1

- لسراپ جوم ،2

یااه

دنک روان تعراس زا رتمک تعرس اب هرشتنم 2

یراذاگ شباات . و3

3 شباات . انلارتاشمرب

4

(

1994 Nusinovich et al,

3 .)

4 5 6

نورتکلا هک یماگنه فوکنرچ شبات کای زا راتگرزب تاسکش بیرض اب طیحم کی رد اه

) 1 (n

یم تکرح یم قافتا ،دننک

نورتکلا تعرس و دتفا ا رتگزب ،v

جاواما زااف تعراس ز

یسیطانغمورتکلا n

c v_ph  / هک ،تسا

ااهنت شباات نایا .تاسا لاات رد روان تعراس c

یم قافتا دشاب گرزب یفاک هزادنا هب تسکش بیرض هک یماگنه :دتفا

v c n /

7.

جوم جوم ینعی( دنک یاه اب ییاه

c v_ph  یاهراتتااس رد تاسا ناکمم زین ،) هرود

یا

شاب هتشاد دوجو ن

هیرظن اب قفاوت رد هک ،د

Floquet's

یام ار یسیطانغمورتکلا جوم :تسا -

کینومراه تروص هب ناوت ییاضف یاه



^

 

l

z ik l t

i Ae zl

e

E ^

یرواحم جوام دداع ااب

d k

k_zl  _z0 2/ هک .داد ناشن

هیواز سناکرف 

،شبات یا

،راتتاس هرود d داداعت l

و کااااینومراه

0

kz

تااااسا رفااااص هاااابترم زا ییاااااضف کااااینومراه جواااام ددااااع



/d k_z0/d



بیارض تبسن و Al

یم نییعت راتتاس لکش هلیسو هب .دواش

نورتکلا زا یسیطانغمورتکلا شبات دانک جوم راتتاس کی رد اه

5

هرود یا

، تیماسا شباات -

یاام هداایمان لااسراپ یاام ادااتبا .دوااش

زاااف تعرااس اااب ییاااضف کااینومراه کاای ناواات

c k v_ph / _zl  تاسکش بیراض ااب طیاحم کای رد هراشتنم دانک جوام ترواص هب ،



zl/ ck n یم هزاجا نیا .تفرگ رظن رد ، تیماسا شبات هک دهد

- اپ ترواص هاب ار لاسر

جوام یضرع جوم ددع هک دینک هجوت .میریگب رظن رد فوکنرچ شبات یمواهوم دانک یااه

:تسا

8 9

1- Cherencov

2- Smith-Purcell 3- Transition radiation 4- Bremsstrahlung 5- Slow-Wave

1- Traveling-wave tubs 2- Backward-wave osillators

2 0

2

2   



 





l kzl

k c

)1-5(

نیا عامج هراوید راتتاس یکیدزن رد ییاضف کینومراه رظانتم نادیم هک تسا ینعم نیدب

یم نورتکلا نیاربانب و دوش شاب جوم ود ره یارب هراوید راتتاس هب کیدزن بلغا دیاب اه

ن .د

هلول یاه جومزیر ی فوکنرچ شبات زا لکشتم تیماسا ا

- اپ هالول لمااش لاسر جوام ااب یااه

ورشیپ (1

رگناسون و )TWT

ورسپ جوم یاه (2

لکاش رد اهنآ درکلمع وصا .دنتسه )BWO

( 1 - 3 ( لکش .تسا هدش هداد ناشن ) 1

- a3 حرط ) یام نااشن ار ورشیپ جوم هلول کی هراو -

یجراات یسیطانغم نادیم کی هلیسو هب هدش تیاده ینورتکلا هکیراب کی نآ رد هک دهد جوم راوید اب ربجوم کی رد یقیرزت یسیطانغمورتکلا جوم کی

3راد یم تیوقت ار لکش .دنک

( 1 - b3 ورسپ جوم رگناسون کی یارب هباشم حرط کی ) ار

یام نااشن ( لکاش .داهد

1 - c3 ،)

حرط اب رظانتم یگدنشاپ رادومن یم ناشن ار اه

هاب جوام سنااکرف تیعبات یترابع هب ،دهد

د یروحم جوم ددع بوانت وط اب دنک جوم متسیس کی ر

. d یانحنم(

یاراب یگدانکارپ

یلوا دوم زا روبع دناب ن TM01

ینحنم .تسا هدش هداد ناشن روابع یاهدناب یارب روبع یاه

دوم زا رتلااب TM01

سناکرف رد دنتسه لااب بتارم یاهدوم هک ییاهنآ یارب هگن رتلااب یاه

یم هتشاد .)دنوش

10

طت رادومن ( لکش رد نیچ

1 - 3 تسا رون طت ،)c )

(k_zc یحاوان نیاب زرام هک ،

جوم دنت یاه )

/ (v_ph k_z c دنک و

) (v_ph c بع دناب .تسا

نیاب فلاتاتا ینعی رو

هنیمک سناکرف هطقن رد عطق سناکرف(

یاه ,...

/ 2 ,

0 d

k_z   هنیشیب سناکرف و )

(

رد

، طاقن ,...

/ 3 ,

/d d

k_z   جوم هراوید یادنلب هب )

هاب دراکلمع هاطقن .دراد یگتاسب اه

ینحنم عطاقت هلیسو یگدناشاپ

هاکیراب طات ااب

z zv

k یمااگمه طراش ااب قبااطم ،

فوکنرچ

z

ph v

v  یم نییعت .دوش

شخب رد اهTWT

یانحنم زا ییااه دناشاپ

لامع یگ

یم هک دننک

،دنک جوم هورگ تعرس )

/ (v_gr dw dk_z یانحنم یاراب یانعی( تسا تبثم

، هدااش هداد ناااشن d

k

c _z /

/ 

   و

d k

d _z 3 / /

2   

جواام و )هراایغ و یاااه

تهج رد هک ورشیپ ناسکی یاه

اب یام رااشتنا یانورتکلا هکیراب دانبای

، یام تایوقت واش

ن .د

شنکردنا ( لکش ردTWT

1 - 3 )c نوراتکلا هاک ،تاسا هدش هداد ناشن کاینومراه ااب ااه

جوم مرفص هبترم ییاضف یم شنکردنا ورشیپ یاه

.دنک هیحان رد اهBWO

تعراس هاک یا

3- rippled-wall

یم لمع تسا یفنم هورگ ( دننک

d k

d _z 2 /

/ 

   جوم تیوقت و )

رد هاک وراسپ یاه

تهج فلاخم یاه اب

یم راشتنا ینورتکلا هکیراب مزیناکم ،دبای

اب دروتز یام دوبهب ار یلتاد -

یارب .دشخب ( لکش رد شنکردناBWO

1 - 3 نورتکلا هک تسا هدش هداد ناشن )c نآرد ااه

یم شنکردنا ورسپ جوم ییاضف کینومراه نیلوا اب تعراس( یلاامعا ااتلو راییغت اب .دننک

نورتکلا ) یم ،کیدویرپ راتتاس ای ینحنم اب وترپ طت عطاقت هطقن لصا رد ناوت

یگدناشاپ

.داد تکرح ار رون طت ریز هطقن ره رد

لکش 1 - 3 - ( هراوحرط ( ورشیپ جوم پملا )a

( ورسپ جوم پملا )b ( فوکنرچ بابسا هب طوبرم رادومن )c

Gold

and Nusinovich, 1997 )

تعرس نویسلاودم هک تسا نآ مزلتسم مکارتم ینورتکلا هشوت لیکشت ،نوراتکلا یاه

vz

شنکردانا وط زا روبع زا سپ یسیطانغمورتکلا جوم کی اب شنکردنا لیلد هب ، ،L

هباج ثعاب زا تارذ ییاج

هبترم 2

/ هک ،دوش .تاسا لاات یااضف جوام واط 

طراش

یم هتشون ریز تروص هب رظانتم :دوش

~ 2

0



z z v v L

 )1-6(

زا هدافتاسا اب هاطبار

یتیباسن )2

/ ( 1 /

1  v c

  یاضرع تعراس هاکنیا ضراف و

0 v

:دنتسه طوبرم مه هب ریز تروص هب ی رنا و نورتکلا تعرس تارییغت ،تسا رفص

0 2

0

0 ( 1)

1









 



z z

v

v )1-7(

2 0 01eV_b/mc هک ،

Vb

( هلداعم .تسا هکیراب اتلو 1

- 7 یم ناشن ) تعراس هک دهد

-

نورتکلا یلااب هیلوا یاه هب کیدزن یتیبسن یاه

ی رانا زا یامهم راسک رگا یتح ،تسا c

یشبنج تعراس هک ینورتکلا و جوم نیب یماگمه ظفح یارب تقیقح نیا .دوش هتفرگ ناش

( هالداعم زا هدافتسا اب .تسا بولطم هدش هتساک نآ 1

- 7 ( هالداعم ،) 1

- 6 یام ار ) هاب ناوات

:تشون ریز تروص

L







 1 ^~

2

0 2 0



 )1-8(

قیمع تعرس شهاک کی یارب )

1

~ ( ₀  ( هلداعم ،

1 - 8 شهااک رایز هلداعم هب )

یم :دبای

2 ) 1

~⁰(⁰ 



L )1-9(

( هلداعم 1 - 9 یم ناشن ) نییااپ یاه اتلو رد هک دهد

) 1 1 (₀  

مزلا شنکردانا واط ،

لاااب یااه اتلو رد هاک یناامز ات ؛درادن یگتسب نورتکلا هیلوا ی رنا هب هشوت لیکشت یارب ) 1 (₀ 

تروص هب ،

2

0

جوام کای ماگمه کینومراه هلیسو هب راک ماجنا .دراد یگتسب

هلصاف زا سپ نورتکلا کی اب یسیطانغمورتکلا یارب .تسا نورتکلا ی رنا رییغت اب ربارب ،L

یم ضرف ،یگداس جوم هنماد هک مینک

.تسا تباث ،A سپ

یم یوریپ ریز هطبار زا A :دنک

e c AL m

2

 0



 )1-10(

( تلاداعم بیکرت ،تعرس قیمع شهاک کی یارب 1

- 9 ( و ) 1 - 10 یم هجیتن ) :دهد

) 1 ( 2 1

~

0 0

0 2 0











 e

c

A m )1-11(

( هلداعم 1 - 11 یم ناشن ) بسانتم دیاب نییاپ یاه اتلو رد ماگمه کینومراه هنماد هک دهد

اب Vb

اب بسانتم لااب یاه اتلو رد و

1 0



.دشاب

کی رد ،BWO

ناوات جوامزیر ااب باسانتم هاتفای رااشتنا

2

A0

هاک تاسا ، A0

هانماد

کینومراه اب بسانتم دیاب و تسا مرفص هبترم ییاضف

2 1

Pb

هک دشاب

b b

b IV

P  اب .تسا

وا هبترم ییاضف کینومراه یماگمه هنماد اح نیا A1

( هاطبار ااب قبااطم دایاب ، 1

- 11 )

اب ،لااب یاه اتلو رد ریداقم هک دشاب

0

وکعم روط هب طراش نایا ود ره .دراد طابترا

ااه

:دننک اضرا ار ریز هلداعم دیاب

Pb

A A

0 0

1 1

 )1-12(

تبسن هک

0 1/A یم A نواچ ،دوش رتنک دنک جوم راتتاس بسانم یحارط هلیسو هب دناوت

کینوماه هنماد ترا اب بسانتم رتلااب هبترم ییاضف یاه

،دراوام یاضعب رد .تاسا جوام عااف

یارب نایرج دودح هکیراب

یاه تروص هب لااب اتلو ینورتکلا

0 b  یم I :نیاربانب ،دشاب

2 0 0

1 1

 A

A )1-13(

هنماد هک تقیقح نیا A1

ناوات ااب بسانتم راوید یکیدزن رد هدش هتفرگ رارق مارآ جوم

یم نورتکلا ی رنا تسکش راتتاس شهاک رد دشاب

.تسا مهم rf

هلیسو نورتنگم اثم ناونع هب عطاقتم نادیم یاه هلیسو زا توافتم ،اه

یطت وترپ یاه

اثم ناونع هب و اهTWT

نورتکلا لیسناتپ ی رنا نآ رد هک ،دنتسه اهBWO

ناوات هاب اه

جومزیر نورتکلا قوس تروص هب یام لیدبت ،دنآ هب دتاک زا اه

نواچ ،دواجو نایا ااب .دواش

نورتکلا قوس تعرس نادیم رد

یروابع یجرات یسیطانغمورتکلا یاه )

(v_dr هاب کایدزن ،

مارآ یسیطانغمورتکلا جوم زاف تعرس یام ار ااهنآ ،تاسا

هاگتاسد ترواص هاب ناوات یااه

لکش( داد رارق هدافتسا دروم فوکنرچ 1

- 4 هاکیراب ناوات هاک یمااگنه ،هک دینک هجوت .)a

یم شیازفا یم بارت هکیراب ی رنا بوسر هیحان رد دنآ حطس دبای

،لایلد نیامه هاب .دوش

راتتاس رد ،هاتوک جوم وط یتیبسن نورتنگم جومزیر

یجورت یاهتنا اب هاتفرگ راک هب زاب

یم ( لکش[ دوش 1

- 4 .]دینیبب ار )b

لکش 1 - 4 - ( ( نورتنگم یسدنه حرط )a ( شارپ یجورخ گنیلپوک اب نورتنگم هسدنه )b

Gold and

1997 Nusinovich,

11)

یم قافتا ینامز یراذگ شبات نورتکلا هک دتفا

بیراض ااب طیاحم ود نیب زرم زا اه یااه

اب یطیحم ای و فلتخم تسکش هکبش دننام تلالاتتا یترب

یام روبع اناسر تاحفص ای اه -

هلول رد .دننک هکبش تلالاتتا نیا ،ییویدار سناکرف یاه

هالول رد .دنتسه اه یااه

جوامزیر

نورتسیلاک لاثم کاواک تلالاتتا نیا اه

یهاتوک فاگ یاه نادایم اهنآ رد هک دنتسه1

یااه

جومزیر یم هدیزگیاج نورتسیلاک .دنوش

جیار اه ت زا یراذاگ شبات اسا رب هاگتسد عون نیر

نورتکلا اه لکش( یلومعم نورتسیلاک هدننک تیوقت کی .دنتسه 1

- 5 دنچ ای کی لماش ،)

لکش یارب هک دنتسه قوس یاهاضف هلیسو هب هدش ادج کاواک هشوت یریگ

ینورتکلا یاه

نورتکلا تعرس نویسلاودم هلیسو هب هیلوا تتاونکی نورتکلا نایرج کی زا زا هدافتاسا ااب

نادیم ( یضرع یسیطانغم دم یروحم جوم کی یکیرتکلا یاه یم )TM

تیدودحم .دنوش -

نیایعت یجورت کاواک هلیسو هب سناکرف زا یعبات تروص هب یجورت ناوت رد یساسا یاه یم ناامز طاسوت هاک یلوط کی رد ار نورتکلا ی رنا زا یدایز تمسق کاواک نیا هک ،دوش

م نییعت نورتکلا راذگ ی

یم دوش .دریگ

1- shirt-gap

لکش 1 - 5 - ( کاواک ود اب نورتسیلاک هدننک تیوقت هسدنه Gold and Nusinovich, 1997

)

از راذگ هیو vz

L/



 زاف ظفح یارب ، زا شیاب دیابن کاواک فاکش rf

رد .داشاب 

ت جارختسا هب زاین ،یتیبسنریغ هدودحم هرود رد نورتکلا یشبنج ی رنا مام

rf 2 / کای ،1

هار هاب کاوااک فاکاش وط هب زاین نیا .تسا جارختسا لباق یناسآ هب هک تسا قیقد لح

:دراد ریز تروص

2m0

d eV^b



  )1-14(

هک eVb

اتلو کیپ اب ،نورتکلا ی رنا ، 2

b/

gap V

V  نادایم کیپ نیاربانب .تسا هرفح

یکیرتکلا :اب تسا ربارب ،rf

e V E_z m ^b

2

 0

 )1-15(

نورتکلا تعرس شرتسگ ،اضف راب لیکشت لیبق زا یلیلاد هب هتبلا نوراتکلا تشگرب و اه

ااه

نایا ااب .مینک فقوتم کاواک یاهتنا رد ار نورتکلا کی هک تسا نکمم ریغ ،دتاک تمس هب ( تلاداعم اح 1

- 14 ( و ) 1 - 15 یم ناشن ) عابرم هاشیر اب زاین دروم فاکش وط هک دنهد

ا ی رن ( تسا بسانتم نورتکلا هیلوا ترواص هاب یکیرتکلا نادیم و )هیلوا ی رنا اب امیقتسم

2 1

Vb

یام شیازافا لااب یاه اتلو رد ار مزلا یکیرتکلا نادیم ،یتیبسن تارثا .تسا ، .داهد

اتلو هک ینامز ات نورتکلا ی رنا زا لقتسم ،نورتکلا فاکش وط دیدش یتیبسن بیرقت رد یکیدزن هب فاکش 2

b/

V اب ربارب ،دسرب



c/

ًابقاعتم .تسا ی رانا اب یکیرتکلا نادیم ،

:دراد یطت هطبار سناکرف و نورتکلا

c E_z V^b

2

 )1-16(

یم ار میلام یتیبسن تلاح رد مزلا یکیرتکلا نادیم لح اب ناوت

تاسد هاب یدداع یاه

هالداعم رد هداش هداد یکیرتکلا نادیم .دروآ (

1 - 15 رد )

500KeV

ادوداح ،

20%

رد و

ابیرقت ،1MeV

، 40%

یم شیازفا .دبای

یم قافتا یعقوم انلارتشمرب شبات نورتکلا هک دتفا

ای و یکیرتکلا نادیم ریثات تحت اه

یاام ناااسون یااسیطانغم متااسیس رد .دااننک

شبااات راالپود ییاااجباج ،انلارتااشمرب یاااه

نورتکلا طسوت یسیطانغمورتکلا انهامه زا یکی اب ای و اهنآ تاناسون سناکرف اب ای اه

یااه

م اهنآ یم قبطن :دوش

,



k_zv_z S

 )1-17(

هک ت انهامه هرامش S ( هلداعم هکیئاجنآ زا .تسا یدیدش

1 - 17 راه ااب یجوم ره یارب )

یم یزاف تعرس جوم نیاربانب دشاب رارقرب دناوت

یشبات یم دناوت ( دانت مه c

v_ph  ماه و )

یم قافتا نیا هک تسانعم نادب نیا .دشاب دنک قاافتا زاین فاص هندب اب ربجوم کی رد دناوت

تارییغت اب جوعم حطس هب یزاین رگید و دتفایب هرود

یا جاوما .تسین دنک جوم دیلوت تهج

ربجوم هراوید هرانک رد رگید دنک جوم فلات رب و هدوب یقیقح یضرع جوم ددع یاراد دنت یم شنکردنا یاضف هجیتن رد .دنتسین زکرمتم نایا هاک داشاب یاضرع هاطقن راه رد دناوت

یلیم جاوما دیلوت تهج یزایتما یلیم ریز و یرتم

یرتم .تسا م زا هدافتاسا اریز ییااهربجو

هراوید رد فلاتا شهاک ببس گرزب عطقم حطس اب تسکشورف تیدودحم و اه

زاین و هداش

هکیراب زا هدافتسا ثعاب لیوط ینورتکلا یاه

یم رتلااب ناوت اب رت متاسیس نیا هلمج زا .دوش

-

یم اه .درک هراشا ینورتولکیس دیدشت یاهرزیم و دازآ نورتکلا یاهرزیل هب ناوت

هلول کی جومزیر

ناوت ی ولونکت زا یفلتخم عاونا لماش لااب اه

یم عابنم هالمج زا ؛دشاب

نورتکلا انفت کی ،لااب اتلو اب هیذغت ی

رادم کی ،لااب ناوت اب لاات هرجنپ کی ،لااب ناوت rf

عمج کی و بسانم هدننک

هکیراب .ینورتکلا

هاگتسد ره فیصوت جومزیر

دیلوت زا هدافتسا اب ،لااب ناوت هکیراب

عوان ،هژایو هب ،ینورتکلا

یارب هک هیذغت عبنم و ینورتکلا انفت رتنک

یم هدافتسا نآ راراق هاجوت دروام دیاب ،دوش

.دریگ هلول ره درکلمع جومزیر

هاکیراب یااهرتماراپ هب ار هاگتاسد هاک ،دراد یگتاسب نوراتکلا

رتنک یم ناوت اب هاگتسد کی یجورت ناوت هک یلاح رد .دنک هکیراب

رتکلا ااب یانعی ،یانو

اتلو و نایرج دیلوت هکیراب

یم عورش لاباق هاگتاسد ییارااک هاب تداش هب زین نآ هک دوش

تسد نورتکلا تعرس یشهاک دنور یسودمه هب طوبرم هک دراد یگتسب یبای هدافتاسا اب اه

نادیم زا یاه تسا rf

لبمااسنآ هاناکت یگدرتسگ و ی رنا ،اضف هب دوت هبون هب یسودمه .

نورتکلا هک ییاه هکیراب

یم لیکشت ار ناوانع هاب بالغا یگدرتسگ نیا .دراد یگتسب ،دنهد

تیفیک هکیراب یم فیصوت ینورتکلا هاگتسد .دنوش

فلتخم یاه هکیراب

ییاه ااتلو ،نایرج اب

یم دیلوت ییاضف یگدرتسگ و هاگتاسد ره تتاس رد ماگ نیلوا رد تیفیک و دننک

جوامزیر

.تسا مهم لااب ناوت هاگتسد یطت وترپ یاه زا اامومع یسلاپ ای cw

هاکیراب یااه هاسدنه زا هاک یانورتکلا

یم دیلوت ریپ یم هدافتسا ،دنوش

یام تروص یورک دتاک حطس زا راشتنا نآ رد هک دننک -

هب هک ،دریگ هداش هطاحا هدننک زکرمتم یاهدورتکلا هلیسو

نوراتکلا و دانا یاکیدزن رد ااه

یم عمج دنآ خاروس هزادانا رایپ هاسدنه رد ییااهن روتکااف اتلو و نایرج زا سپ .دنوش

هاک تاسا مهم لیلد نیا هب هکیراب هزادنا .تسا هدش دیلوت ینورتکلا هکیراب هاکیراب

زا دایاب

زرم یضرع داعبا یم روبع rf

.دنک

1-2 - فده

نایاپ نیا رد ریپ هسدنه زا هک هدوب نیا رب یعس همان

هکیراب دیلوت یارب یانورتکلا یاه

جومزیر کینورتکلا رد هدافتسا تهج بسانم هک یم

.دوش هتفرگ هرهب ،دشاب

:تسا هتفرگ تروص هنیهب یحارط ود .تسا هدش هدافتسا ،دتاک زا سپ دورتکلا هس زا وا یحارط رد هاسدنه یاحارط نیا رد

وا دورتکلا لیسناتپ و تسا هدش یحارط ریپ هسدنه اسا رب

یترواص هاب یلامعا یاه

یم دنشاب نآ ییارگمه ثعاب هکیراب هب نداد باتش رب هولاع هدش داجیا لیسناتپ حوطس هک

ک نیا ماجنا زا سپ .دوش زین یایارگمه ندروآ تاسد هاب یارب را

واترپ زا یرتاشیب کای زا

.تسا هدمآ تسد هب یلوبق لباق ییارگمه هک ،تسا هدش هدافتسا یسیطانغم یسدع واط

ابیرقت یحارط نیا رد متسیس 25

یم رتم یتناس تسد یارب .دشاب

یاجورت کای هاب یباای

ناایرج یلاگچ هنیشیب و ییارگمه و ی رنا ظاحل زا هنیهب

، هاسدنه و ااهدورتکلا هلاصاف و

هژیو هجوت دروم اهنآ هب یلامعا اتلو هاتفرگ رارق یا

و دانا ی رانا یاجورت ااب اانفت کای

هبترم زا بولطم 10

تکلا ولیک تسا هدمآ تسد هب مک فلاتا اب تلو نور .

نایا رد هاک هانوگ نیداب ،تاسا هداش هتفرگ هرهب ریپ هسدنه زا زین مود یحارط رد ارط هب ریپ هسدنه یح زا یریگوالج تاهج هناوتاسا کای طاسوت و هداش اامعا داتاک

وترپ ییارگاو تسا هدش هداد ششوپ یجورت یاه

زا یهااتوک هلاصاف کای رد نآ زا سپ و

دتاک

، یم لیوط هک ،تسا هدش هتفرگ رظن رد دنآ زا لیاسناتپ دانآ هاب و داشاب

هابترم 100

آ هاظفحم کای طاسوت اجنیا رد متسیس لک .تسا هدش هداد تلو ولیک هداد شاشوپ یانه

اابیرقت ااجنیا رد متاسیس لک وط و تسا هدش 57

راتم یتنااس ام

ی هاکیراب کای .داشاب

رنا هبترم زا ینورتکلا ی

100 یام ی رنا کت ابیرقت هک هدمآ تسد هب تلو نورتکلا ولیک -

دشاب . سپس زا عناام هاک ،تاسا هداش هدافتسا دنآ اب روحم مه یسیطانغم یسدع کی زا

ییارگاو و یگدنکارپ دوش ینورتکلا هکیراب

رد .تسا هدمآ دوجو هب نوناک دنچ هکیراب کی و

تسد یارب زین هسدنه نیا دروام اهنآ لیسناتپ و اهدورتکلا هسدنه بولطم یجورت هب یبای

هژیو هجوت .تسا هدش هتفرگ رارق یا

Title and Author:

Designing and fabrication possibility of electron gun with the output energy of electron Volt order useable in the microwave electronics / Maryam Ghadimi Aval

Supervisor: Naser Sepehri Javan (Ph.D) Graduation date: 2019/1/30

Number of pages: ¹²⁷ Abstract

Research Aim: The aim of this thesis is the theoretical investigation, simulation and evaluation of possiblity of manufacturing of electron gun.

Research method: In this study, first we analytically study the physics of motion of electrons under interaction with electrodynamic systems using high voltages. Two different types of electron gun with emitted electrons energy from the order of 10KeV and 100KeV has been simulated by using CST software.

Findings: Simulations by CST software show that there is possibility to design electron guns whit few hundreds KeV energies considering existed equipment and facilaties.

Conclusion: Two different types of electron gun with possibility to be manufactured are proposed. The geometry of the first one is related to a Pierce geometry of anode and cathode with a short magnetic coil at the exit of system to focus the electron beam. The total length of system is nearly 25cm and the average beam energy is approximately is 10KeV. In the second design, again the Pierce geometry has been employed for cathode in order to achieve monoenergetic electron beam which has not desirable beam quality from the point view of owing good emittance and brightness that this shortage is improved by using a long magnetic coil throughout the acceleration system length. The total length of the system was approximately 57cm and along the system a roughly monoenergitic focused electron beam with approximate energy of 100KeV was observed.

Keywords: Electron beam, gun, Pierce, accelerator, magnetic coil, CST.

University of Mohaghegh Ardabili Faculty of Science Department of Physics

Thesis submitted in partial fulfillment for the degree of M.Sc. in Atomic and molecular Physics

Designing and fabricaion possibility of electron gun with the output energy of electron Volt

order useable in the microwave electronics

By:

Maryam Ghadimi Aval

Supervisor:

Naser Sepehri Javan (Ph.D)

Advisor:

Ramin Rozehdar Moghaddam

January 2019