Coulomb Interactions in Electron Beams in the Vicinity of a Schottky and Cold Field Emission Sources

Abstract

Dizertační práce se zabývá problematikou výpočtu vlivu coulombovských interakcí částic na parametry emitovaného elektronového svazku v blízkosti Schottkyho a studené katody. Práce poskytuje základní předhled o problematice, popisuje vytvořené modely emisních zdrojů a metodu simulace Monte Carlo. Představuje novou metodu generování vstupních dat, která klade větší důraz na přesnou simulaci emisního procesu. Pozornost je zde věnována zejména vlivu interakcí na energiovou šířku, velikost virtuálního zdroje a jas katody v závislosti na velikosti poloměru hrotu a emisním proudu. Sledováním vývoje energiové šířky bylo zjištěno, že naprostá většina interakcí se odehrává v prostoru do několika mikrometrů od hrotu katody. Závislost spočtené celkové energiové šířky na úhlové intenzitě je ve shodě s dostupnými experimentálními daty. Spočtené energiové rozšíření vlivem coulombovských interakcí bylo srovnáno s hodnotami vypočtenými pomocí vzorců založených na analytických přiblíženích. Bylo zjištěno, že některé z nich přijatelně předpovídají trendy ale nemohou být použity pro kvantitativní odhad.This thesis deals with the effects of the coulomb interactions in the vicinity of the Schottky and the cold field electron source. It provides a basic overview about the subject describes Monte Carlo simulation method and used emitter models. A new method for generating initial particle conditions has been developed, which respects in more detail than usually the physical emission process. Especially the effects of the mutual interactions on energy width, size of the virtual source and brightness in dependence on the tip radius and the angular intensity were investigated. The evolution of the energy width in the emitter region showed that the absolute majority of interactions take place within first few micrometer. The dependence of the calculated total energy width on the angular intensity was compared with available experimental data, showing a good agreement. The calculated contribution of the interaction effects to the energy width was compared with predictions based on analytical approximations. It has been shown that some of them predict reasonably the tendencies but cannot be used for quantitative estimations.