在YAG屏幕上觀察到的電子小束，距陰極源的距離不同

       光束驅(qū)動(dòng)的尾場(chǎng)加速方法有望成為未來大型機(jī)器（包括X射線自由電子激光器和線性對(duì)撞機(jī)）的候選者，因?yàn)樗鼈兙哂刑岣咝屎徒档瓦\(yùn)營成本的潛力。

       推動(dòng)效率提高的關(guān)鍵因素之一是涉及操縱電子束的時(shí)間分布。在過去的幾十年中，研究人員研究了許多不同的機(jī)制，這些機(jī)制成功地產(chǎn)生了具有不同局限性，質(zhì)量各不相同的時(shí)間形電子束。

       在美國能源部（DOE）的阿貢大學(xué)和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們使用一種稱為場(chǎng)發(fā)射的現(xiàn)象來探索使用微小的鉆石尖端陣列來產(chǎn)生他們希望的橫向形狀電子束。然后，光束將被發(fā)送到一個(gè)發(fā)射交換光束線上，以將橫向分布轉(zhuǎn)換為時(shí)間上的分布。
       場(chǎng)發(fā)射通過降低電子可以根據(jù)概率定律偶然穿過的量子勢(shì)壘而起作用。該研究的作者物理學(xué)家邵嘉航說：“通過應(yīng)用這些領(lǐng)域，我們似乎可以將一堵磚墻變成干墻了。其他產(chǎn)生電子的方法包括使用熱絲（類似于白熾燈泡中的熱絲）從固體中驅(qū)除電子的熱電子陰極，或使用超短激光脈沖使電子松動(dòng)的光電陰極。
       據(jù)邵嘉航說，場(chǎng)發(fā)射陰極的優(yōu)勢(shì)在于它們既不需要熱源，也不需要昂貴的激光器。邵嘉航說：“無論何時(shí)需要加速電子，我們都在使用電場(chǎng)?！?“首先使用它們來生成它們并不會(huì)帶來太多不便?！?br/>       為了成功使用場(chǎng)發(fā)射技術(shù)，研究人員需要在陰極表面上直接施加非常強(qiáng)的集中電場(chǎng)。為此，他們制作了一層金剛石薄膜，該金剛石薄膜的側(cè)面大約有10微米的金剛石金字塔，頂部有納米級(jí)尖端，這些尖端排列成一個(gè)1毫米的等邊三角形。
       實(shí)驗(yàn)研究是在Argonne Wakefield Accelerator工廠的Argonne陰極測(cè)試臺(tái)（ACT）光束線上進(jìn)行的?！巴ㄟ^場(chǎng)發(fā)射產(chǎn)生橫向成形的光束是該項(xiàng)目的第一步，我們正在探索不同的發(fā)射器幾何形狀以及射頻槍操作參數(shù)，”邵嘉航說。
       根據(jù)該研究的另一位作者Argonne的加速器科學(xué)家Manoel Conde的說法，研究人員正試圖通過使用這些鉆石場(chǎng)發(fā)射體陣列來平衡兩個(gè)獨(dú)立但相互競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象?？茖W(xué)家們需要產(chǎn)生盡可能高的電流，使電子離開材料。但是，他們希望減輕電子之間的排出力，以在發(fā)射和傳輸過程中保持三角形形狀。
       基于該研究的文章“在射頻槍中鉆石金字塔陰極產(chǎn)生的圖案化電子束的傳輸?shù)难菔尽卑l(fā)表在2020年1月的《應(yīng)用物理快報(bào)》上，并成功地證明了橫向形狀的產(chǎn)生和傳輸來自鉆石場(chǎng)發(fā)射器的電子束在RF槍中排列陰極。另一篇文章“來自鉆石場(chǎng)發(fā)射器陣列陰極的成形光束”發(fā)表在2020年7月的IEEE Transactions on Plasma Science上 并報(bào)告了鉆石場(chǎng)發(fā)射器陣列的連續(xù)幾何優(yōu)化。