Ultrafast electron diffraction (UED) is an emerging technique for studies of transition state and material structural dynamics at the atomic-level. UED is a time-resolved diffraction technique that uses femtosecond laser pulses to initiate a chemical or material transformation and an ultrashort electron pulse to follow the structural evolution that results through changes in the electron diffraction pattern of the sample. Electron source design for UED experiments is a challenging problem due to the high-charge density inside the ultrashort electron pulses that are required for these experiments. Coulomb repulsion (space-charge) acts to rapidly broaden these pulses both transversely and longitudinally. Controlling this space-charge broadening through appropriate electron optical design is a key aspect of UED instrumentation. In this thesis a novel electron beamline for UED that uses radio-frequency electron pulse compression is described. Design criteria for the electron optical system appropriate for this beamline is determined. The fundamentals of charged particle imaging with magnetic fields are discussed, and lenses appropriate for use in the space-charge dominated electron be are described. / La méthode de diffraction ultra-rapide d’électron (DUE) est une technique émergente visant les études des états de transition et des dynamiques structurales de la matière au niveau atomique. La DUE est une technique de diffraction au temps-résolu qui utilise les pulsations femto-secondé du laser pour déclencher une transformation chimique ou matérielle et une pulsation ultra-courte d’électron pour suivre l’évolution structurale qui résulte des changements dans le mode de diffraction d’électron de l’échantillon. La conception des sources d’électrons des expériences de la DUE est un défi vue les densités élevées des charges de pulsations ultra-courtes d’électrons requises par ces expériences. Les répulsions de Coulomb (espace-charge) agissent en élargissant ces pulsations transversalement et longitudinalement. Controller cet élargissement espace-charge à travers une conception optique adéquate de l’électron est un facteur crucial de l’instrumentation de la DUE. Cette thèse présente l’utilisation de faisceau d’électron à compression d’électron radiofréquence dans la DUE. Les critères de la conception du system optique d’électron adéquat pour le faisceau sont aussi définis. Les fondements d’imagerie à particules chargées et champs magnétiques sont abordés, et les lentilles appropriées utilisées pour les électrons dominés par l’espace-charge sont décrites.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.40798 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Ghunaim, Thana |
| Contributors | Bradley Siwick (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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