Un fotoinyector es un tipo de fuente de intensos haces de electrones que se basa en el fotoefecto . Un pulso de láser que incide en el cátodo de un fotoinyector expulsa electrones de él y los introduce en el campo de aceleración del cañón de electrones. [1] En comparación con el cañón de electrones termoiónico generalizado , los fotoinyectores producen haces de electrones de mayor brillo, lo que significa más partículas empaquetadas en un volumen más pequeño de espacio de fase ( emitancia del haz ). Los fotoinyectores sirven como la principal fuente de electrones para las fuentes de luz de sincrotrón de un solo paso , como los láseres de electrones libres [2]y para configuraciones de difracción de electrones ultrarrápida . [3] El primer fotoinyector de RF se desarrolló en 1985 en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y se utilizó como fuente para un experimento de láser de electrones libres. [4] [5] Los haces de electrones de alto brillo producidos por fotoinyectores se utilizan directa o indirectamente para sondear la estructura molecular, atómica y nuclear de la materia para la investigación fundamental, así como para la caracterización de materiales.
Un fotoinyector comprende un fotocátodo, un cañón de electrones (CA o CC), fuentes de alimentación, sistema de conducción láser, sistema de sincronización y temporización, imanes de compensación de emisión. Puede incluir un sistema de vacío y un sistema de fabricación o transporte de cátodos. Por lo general, va seguido de diagnósticos de haz y aceleradores de mayor energía.
El componente clave de un fotoinyector es un fotocátodo , que se encuentra dentro de la cavidad del cañón de electrones (por lo general, una celda fraccional de 0,6 para una distribución óptima del campo de aceleración). El haz de electrones extraído sufre de sus propios campos de carga espacial que deterioran el brillo del haz. Por esa razón, las pistolas de fotoelectrones a menudo tienen una o más celdas de refuerzo de tamaño completo para aumentar la energía del haz y reducir el efecto de carga espacial. De la pistola campo de aceleración es de RF (radio frecuencia) onda proporcionada por un klystron u otra fuente de potencia de RF. Para haces de baja energía, como los que se utilizan en difracción de electrones y microscopía, la aceleración electrostática (CC) es adecuada.
La fotoemisión en el cátodo es iniciada por un pulso incidente del láser impulsor . Dependiendo del material del fotocátodo , la longitud de onda del láser puede variar desde 1700 nm ( infrarrojos ) hasta 100-200 nm ( ultravioleta ). La emisión desde la pared de la cavidad es posible con una longitud de onda de láser de aproximadamente 250 nm para paredes de cobre o cátodos. Los cátodos de semiconductores suelen ser sensibles a las condiciones ambientales y pueden requerir una cámara de preparación limpia ubicada detrás de la pistola de fotoelectrones. El sistema óptico del láser impulsor a menudo está diseñado para controlar la estructura del pulso y, en consecuencia, la distribución de electrones en el grupo extraído. Por ejemplo, un pulso de láser de escala fs con un perfil transversal elíptico crea un grupo de electrones delgado en forma de "panqueque", que evoluciona hacia un elipsoide lleno uniformemente bajo sus propios campos de carga espacial. [6] Un pulso láser más sofisticado con un perfil longitudinal en forma de peine genera un haz de electrones en peine de forma similar. [7] [8]
Notas
- ^ "DESY - PITZ Zeuthen" . winweb.desy.de . Consultado el 25 de septiembre de 2020 .
- ^ Emma, P .; Akre, R .; Arthur, J .; Bionta, R .; Bostedt, C .; Bozek, J .; Brachmann, A .; Bucksbaum, P .; Coffee, R .; Decker, F.-J .; Ding, Y. (2010). "Primer láser y operación de un láser de electrones libres de longitud de onda ångstrom" . Nature Photonics . 4 (9): 641–647. Código Bibliográfico : 2010NaPho ... 4..641E . doi : 10.1038 / nphoton.2010.176 . ISSN 1749-4893 .
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- ^ Luiten, DO; van der Geer, SB; de Loos, MJ; Kiewiet, FB; van der Wiel, MJ (25 de agosto de 2004). "Cómo realizar racimos de electrones elipsoidales tridimensionales uniformes" . Cartas de revisión física . 93 (9): 094802. Código Bibliográfico : 2004PhRvL..93i4802L . doi : 10.1103 / PhysRevLett.93.094802 . ISSN 0031-9007 . PMID 15447108 .
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