CN1034091A - 高电荷密度的产生和控制 - Google Patents

Abstract

本发明所公开的是放电产物中所产生的高电荷 密度实体。也公开了用各种引导技术将这些高电荷 密度实体隔绝、选择和控制用的设备。采用这些设 备，例如可以转换这些实体所遵循的路径，或者选择 性地改变路径的长度，从而可以完全控制这些实体。 并公开了控制和利用这些实体的附加装置，包括它们 与摄象机以及在示波器中的用法。

Description

本发明涉及高电荷密度实体的产生、控制和利用。具体地说，本发明涉及由放电产生的高负电荷密度的实体，这种高负电荷密度的实体可以用于电能的传输。

强等离子体放电，高强度电子束以及类似的现象已经成为各种研究学科。由J.M.拉弗蒂（J.M.lafferty）编辑的，约翰.威利父子公司（JohnWiley    &    Sons）于1980年出版的《真空电弧理论和应用》（Vaccum    ArcsTheory    and    Application）概括地包含了研究真空放电的简略的历史，以及详细分析了真空电弧的各种特点。一直以来人们的注意力都集中在阴极辉点和用于产生放电的阴极的消蚀，以及阳极光点和放电的结构。利用涡旋线来描绘电子束的结构。许多研究者都从有关证示板记录的靶破坏研究获得了放电结构的证据，这种证示板记录则是由放电投射到插在辐射源和阳极之间的放电路径的平板上而形成的。针孔照相机装置也揭示了表示例如X射线和中子的其他局部密集的辐射源的几何结构，这类辐射伴随有等离子体聚束及相关的放电现象。在等离子体环境的情况下，各种无规则结构的实例是不同的，包括闪电，尤其是球状闪电，以及任何类型的电火花，包括继电器在高压，或低压大电流情况下的开启或闭合所产生的电火花。

根据有关带电粒子束在极接近于电介质物体之处传送的研究知道，可以采用电介质构件来约束或引导高强度电流的放电。在这些研究中，从辐射源引出的整个粒子通量是沿着电介质引导装置而被引导的。因此，粒子通量的性能是受总放电特性所支配的。本文中所用的“总放电”部分地是指在放电中一般所含有的电子、正离子、负离子，中性粒子及光子。在放电过程中出现的个别的离散结构的特性与总放电的一般特性并不具有明显的差别。在这些研究中，采用了一种介质引导装置，这种引导装置完全用来约束路径。在本发明的情况下，介质引导装置可用来控制与总放电不同的高电荷密度的实体。

由以前研究者提出的等离子体放电的结构可能没有反映与本发明有相同因果关系的情况，甚至也没有反映相同的物理现象。尽管（假使不知道）本发明的高电荷密度实体也可能存在于各种放电过程中，但是本发明揭示了这些实体的认别，产生、隔离和控制这些实体所用的方法，以及它们的用途。本发明的技术至少部分地限定了一门具有各种用途的新技术，包括（但不限于）进行快速处理，用小型元件传输能量，其他现象的时间分析以及产生X射线的光点。

本发明涉及一种高电荷密度的实体，这种高电荷密度的实体是可以利用阴极和阳极之间的高电场所产生的、相对离散的、带负电荷的高密度物态。根据电子电荷的希腊文“elektron”，以及根据意思是有力量、强的、且有结合能力的拉丁文“valere”，已经将这种实体命名强结合电子实体（ELECTRUM    VALIDUM），简写为“EV”。正如下文会更详细说明的，也发现EV存在于总放电中。

本发明包括离散的EV，这些EV是由个别的EV以及下文中确定的EV“链”所组成的。本发明的一个目的是为了在放电中产生EV，以及使EV与以此产生的扩散空间电荷的有限通量相分离而创造条件。

另一个目的是在时间和空间方面控制EV。

还有一个目的则是隔离和控制EV，以达到精确的相对时间间隔的控制和测量。

一般说来，根据本发明的EV可以采用例如（但不限于）真空或充气二极管的发生器而产生。这种发生器的其中一种型式是在发射阴极和第二电极、即阳极之间配置电介质材料，因而由这种电介质构件将阳极与阴极屏蔽，避免阴极向阳极直接放电。然而电介质构成了一个表面，EV可沿着该表面向阳极移动。可以制作这种的电介质构件，用以确定诸如通道或类似物的引导装置，将EV约束在一个限定的路径上。对电极可以位于电介质材料相反一侧上的所需路径的下面，进一步将EV约束在该路径上。将一种低压气体加到电介质表面上，会便于EV运动跨越电橹省?

在另一种形式的发生器中，圆柱形的对称阴极被移离阳极一段间隙，这段间隙可以处于一电介质外壳内的真空或低压气体中。在这种结构的一种变型中，一锥形电介质构件的内部配置了一个阳极，构件的外部构制了一个阴极，作为一种型式的EV发射器，该阴极可以产生EV，EV可被发射越过真空或低压气体内的一段间隙，受到承载在一管状电介质构件外部的对电极所吸引，EV被控制进入管状电介质构件内。

所提供的各种阴极结构包括圆柱形对称的以及平面形的，而且还公开了用导电材料润湿这些结构以弥补消蚀的方法。

无论是在圆柱形对称发生器或者是在沿表面传送EV的发生器的情况下，电介质结构具有通常居于阴极和阳极中间的锐角边缘，一个定位于该电介质结构后面的对电极可被用来将所需的EV与形成EV的放电过程中可能存在的电子和离子相分离。一种类似的结构容许从产生的多种EV中选择EV。

电介质引导装置的原理得到了进一步的完善，用以提供据此可将EV路径分开的装置，这样甚至考虑到EV达到特定点的受控到达时间。举例子说，使EV脱离引导路径就允许选择性地调整其路径，形成例如EV转换装置。

本发明包括通过电感/电容的作用而引导EV的方法，这些方法也可用来产生入射在EV路径上的射频信号。在气态环境下，伴随EV的传送而产生的可见光则被用来提供EV路径遵循的光路。

由于EV表示高度集中的电荷，EV传播到达阳极例如可用来产生快速升降时间的脉冲。这类快速脉冲具有各种用途，包括在阴极上产生适当的电位脉冲，导致EV的纯场致发射的产生。此外还提供了一种平面阴极发生器，用于产生EV的纯场致发射。EV撞击在适当的靶极上也可用来产生从靶极的集中区域发出的X射线。

发射的电子射到传播的EV上可用来产生各种用途的高密度电子的受控发射。此外，公开了一种EV示波器，利用偏转场影响EV的传播，借此可在荧光屏或其它类似物上观察到入射电子的发射，从而可进行信号分析，例如研究所加的时变场。而且还提供了一种电子摄象机，用来观察EV在加或不加偏转场时的性能。

因而本发明提供了EV本身以及产生，隔离，控制和利用EV的各种技术。

图1是EV发生器连同检测EV发生过程用的证示板的顶视图。

图2是图1EV发生器的侧视图。

图3是另一种形式的EV发生器部分示意的剖面侧视图。

图4是（举例说）用于图3的EV发生器中的一个润湿了的金属阴极的放大了的剖面侧视图。

图5是另一种形式的润湿了的金属阴极与图4类似的视图。

图6是还有一种形式的润湿了的金属阴极与图4和图5类似的视图。

图7是在一电介质衬底上的一个阴极和一个阳极的侧视图。

图8是采用分离器的圆柱形对称EV发生器的部分剖面侧视图。

图9是带分离器的平面EV发生器的部分剖面侧视图。

图10是图9所示的分离器盖的顶视图。

图11是平面RC    EV引导装置的顶视图。

图12是图11配有盖子的EV引导装置的侧视图。

图13是另一种形式的平面RC    EV引导装置的顶视图。

图14是图13的EV引导装置的侧视图。

图15是圆柱形对称RC    EV引导装置的剖面侧视图。

图16是另一种形式的圆柱形对称RC    EV引导装置的剖面侧视图。

图17是EV发生器连同周围介质为气体的EV引导装置一起的侧视图。

图18是图17的发生器和引导装置的侧视图。

图19是采用反光镜的EV引导装置的顶视图。

图20是LC    EV引导装置的部件分解透视图。

图21是另一种形式的LC    EV引导装置的部件分解透视图。

图22是又一种形式的EV发生器的顶视图，其中阴极与引导通道内的EV表面制成一个整体。

图23是图22的EV发生器沿图22的23-23剖割线截取的纵剖面。

图24是图22和23所示的配备有盖子的EV发生器的侧视图。

图25是圆柱形对称的EV发生器-发射器的剖面侧视图。

图26是圆柱形对称的EV选择器和引导装置的部分剖面侧视图。

图27是平面EV选择器的顶视图。

图28是图27的EV选择器的侧视图。

图29是EV分裂器的顶视图。

图30是图29的EV分裂器的侧视图。

图31是另一种EV分裂器的顶视图。

图32是图31配备有盖子的EV分裂器的侧视图。

图33是时延可调的EV分裂器的顶视图。

图34是图33的部分分裂器沿图33的34-34线截取的不完全的纵剖面。

图35是另一种形式的时延可调的EV分裂器的顶视图。

图36是EV偏转开关的顶视图。

图37是图36的EV偏转开关沿图36的37-37线截取的纵向剖视面。

图38是图36和37的偏转开关的侧视图。

图39是EV示波器的顶视图。

图40是图39配备有盖子的EV示波器的侧视图，举例说明了光学放大装置与示波器配用的情况。

图41是电子摄象机部分剖开的侧视图，展示了安置在电子摄象机前面的EV源。

图42是图41的电子摄象机沿图41的42-42线截取的纵剖面。

图43是图41和42所示的摄象机的侧视图，摄象机装在那里用以观测EV示波器，可以看到电视摄象机的透镜系统装成用以观测电子摄象机的输出。

图44是用多个电子摄象机观测EV的特性的示意图。

图45是平面多电极EV发生器的等角示意图。

图46是另一种平面多电极发生器的顶视图。

图47是图46的多电极EV发生器沿图46的47-47线截取的纵向剖视面。

图48是图46和47的多电极发生器的侧视图。

图49是“无电极”EV源的剖面侧视图。

图50是应用EV的行波管的部分示意侧视图。

图51是应用EV的平面波电路的部分示意的顶视图。

图52是应用EV的脉冲发生器的纵向剖视图。

图53是图52的脉冲发生器的端视图。

图54是应用图52和53脉冲发生器的原理的场致发射EV发生器的部分剖切的侧视图。

图55是平面场致发射EV发生器的顶视图。

图56是控制图55的场致发射EV发生器用的电路图。

图57是应用EV的X射线发生器的部分剖切的侧视图。

图58是应用EV的选通电子源的部件分解等角图。

图59是应用EV的射频源的部件分解等角图。

图60是EV的示意图。

图61是一个EV链的示意图。

1.EV的定义及某些特性

EV是一种离散的、自容的、带负电荷的电子束。尽管对EV的结构还没有完全搞清楚，但根据本发明人对EV性能的大量观察，本发明人认为EV之所以是自容的是由于电子束内各电子之间所形成的电磁场所致。这当然与普通的电子束成显明的对比，在普通电子束中，电子在电子束中的可容度不是由于外部静电场就是由于外部磁场所致。如本技术领域中所周知的那样，电子各自都是带负电荷的，因而具有彼此互相排斥的倾向。

还应该理解的是，虽然EV是自容的电子束，但比起自行消失，却是更喜欢与其它物体或实体（例如其它EV，电介质和电极）联系的，而且若没有什么东西可以联系，则经过一段时间后就往往会分开。

EV具有这样一些主要特性：体积小（例如横向尺寸达一微米的数量级，但可以更大或小到0.1微米的程度）未补偿的电子电荷量高（即没有正离子，或上限至少达每100，000个电子电荷一个离子），一般在10¹¹个电子电荷的数量级。观察1微米的EV可以看到其最小电荷量为10⁸电子电荷。EV的电荷密度约为固体的平均密度，即在6.6×10²³电子电荷/立方厘米的数量级，但不是为离子所中和的空间电荷或具有相对论的电子运动。EV在所加场的作用下所能达到的速度（为十分之一光速的数量级）表明，EV的荷质比与电子的相同，而EV在极性已知的场的作用所产生的偏转表明，EV具有与电子同样的响应，即作为带负电荷的实体进行响应。

目前所能进行的最佳测定结果表明，EV通常最可能呈现的形状是球形，但可以是呈复曲面的，而且可能具有精密的结构。如图60中示意例示的那样，从图中可以看到EV是一些周围环绕有电磁场801，具有自容电子的中心球体800。EV之间的耦合产生准稳态的结构。然而单独的EV却是少见的。EV具有结合成象珠链的形状，例如象图61所示的那样，其中珠链中的各EV珠在外力或内力的作用下可以自由稍微旋转或彼此盘绕。珠链是闭合的，看起来象一些直径20微米的环状结构，多条链串则还可以结合在一起，以较有次序的形式彼此排成直线。在图61的链810中，可以看到十个EV812、814、816、818、820、822、824、826、828和830通常呈圆圈排列。EV珠在珠链中的间距通常约等于各珠子的直径。一珠链圈与另一珠链圈的间距在一个圈直径的数量级。一微米宽由十个EV珠子（这是珠串中珠子的一般数目）组成的圈可具有10¹²电子电荷。在一珠链圈中可以看到各个EV珠子。EV实体具有非中性电子等离子体的性质，本身受到极大的约束，EV珠子之间的接合力较弱，最后珠链之间的接合最弱。但所有的结合能看来大于物质的化学结合能。后文将论述EV的其他性能。

2.发生器

EV可在加有足够高的负电压的电极端部产生。图1和2是EV发生器的示意图，EV发生器的总编号为10，它具有阴极12。阴极12通常呈细长棒条的形状，具有一个尖顶端    ，通常朝下指向阳极板14的颈部12a，介质板16介于阳极板14与阴极之间，将两者隔离开来。如图所示，阳极或收集电极14系保持在极性较正的电压值（可以是地电压），阴极12上则加有10千伏量级的负脉冲，以便在阴极的尖顶处产生强电场。在阴极尖端形成场致发射的情况下，通常在阴极尖顶接近或接触介质的A点的附近形成一个或多个EV。只要介质表面不带电，EV就为阳极14所吸引，并横越介质16表面，通常是沿如虚线B所示的路径，朝阳极移动。一个或若干个EV沿介质表面的传播可能使该表面局部带电。如果不先驱散表面电荷，后面的EV就会循着介质表面的不规则的路径移动，这在后面将详细介绍。绝缘电介质板16最好是由优质的电介质所制成（例如石英），它起防止阴极12和阳极14之间直接放绲淖饔茫椅狤V提供一个可在其上移动的表面。

必要时，可在阳极14附近设证示板18截住来自阴极12的EV。证示板18可以取受EV冲击时保持可见损伤的导电金属箔的形式。这样就可以利用证示板18检测EV的发生情况并判明EV冲击阳极14的位置。此外，EV横越介质表面传播时会在该表面上形成用光照射即可看到的条纹。如后面将更详细谈到的那样，还可将其它组件与发生器10配合使用，以便进一步控制和/或利用如此产生的EV。

发生器10可以安置在适当的外壳（图中未示出）中，从而按照需要使其在真空中或在受控气体环境中工作。一般说来，本说明书所公开的全部组件都可以如此安置在适当的外壳中以便可以选择各组件的工作环境。可以利用端子之类和气体输送管线穿过外壳壁用来传送电信号以及选定的所希望的压力下的气体。

图1中所示的10毫米比例值是EV发生部件的一般大小。通常，当EV以小量产生和控制时，它们可用小型结构制造和引导。即使采用大型结构时，EV总是寻求整个结构中最小的元件，并由这些元件引导，且与这些元件以最有效的方式相互作用，使较大的元件不受注意。大致说来，各EV珠子的产生和控制可采用总尺寸小到十微米的结构付诸实施。

通常总希望采用极其稳定的材料作为产生、控制和利用EV的结构的材料，这包括耐高温金属和介质，选用这些材料尽量接近EV的结合能，从而维护结构的寿命。有些介质材料，例如低熔点塑料不如陶瓷之类的其它材料更为理想。

任何类型的EV发生器，无论加到阴极上的是直流或脉冲信号，都需要采用某种类型的电极围绕一个环路形成电流通路以收集EV（后面将论述的“无电极”源的情况例外）。

另一种形式的EV发生器的大致情况如图3中的20所示，该发生器有一个圆柱形对称的阴极22，其端部呈锥形，但与也是圆柱形对称的阳极/集流电极24面对面地相隔一段距离。工作电路包括将阳极24接地的负载电阻器26，同时限流输入电阻器28插接在阴极22和输入端子30之间。阳极24设有输出端子32，辅助设备即可接到此端子上。举例说，可借助于端子32将象示波器之类的检测设备（图中未示出）连接到装置上，从而可以观测EV在阳极上的冲击情况。

可以装设一个外壳，例如装在圆柱形的玻璃管34中，从而可以控制阴极22和阳极24之间的间隙的环境，并使其保持在真空或所选定的气体压力下。管34可适当加以密封并装上通到真空泵和/或气源的输送管线（图中未示出），以控制管中的环境。

阴极22可用相对于阳极约为2千伏的负脉冲或直流电流进行激励。负脉冲的宽度可以在若干毫微秒到直流的范围内变化，而不会严重影响EV的产生。在脉冲宽度较大的情况下，输入电阻器28应选择得足以防止辉光放电在玻璃管中持续进行。在高度真空的情况下或象10^-3乇那样的低压情况下，放电容易抑制，因而可以不用电阻器28，但在高压的气体环境中，电阻值应选取与所采用的气体压力相适应，以便起抑制放电的作用。操作是在真空和气体环境中进行时，可采用的脉冲宽度为0.1微秒，例如，一般为500至1500欧的电阻值。

发生器20是在高真空情况下工作时，若加到阴极上的信号为2千伏，则阴极22和阳极24之间的间距最好小于1毫米。在若干乇压力的气体中工作时，倘若如图所示在毗连玻璃管处采用接地面36，则可将阴极22与阳极24之间的距离增加到60厘米以上。接地面36可部分围绕管34延伸，或甚至环抱管34。在某些特殊用途中，可用其它结构代替玻璃管34来引导EV（后面即将谈到），而且可设计各种线路以利用EV的各种性能。

3.阴极

象前面论述的12和22之类的阴极可用任何适当的方法将其削尖。例如磨削和抛光，甚至采用化学腐蚀法，得到一个足够锐利的尖端，以便高强度的场可以集中在阴极的端部。在正常情况下，当EV在这种金属电极尖端产生时，其中耗散的能量使电极材料散开，并且破坏阴极尖端或其它结构，同时使产生EV所需用的电压增加。但阴极可耦合到液态导体源，使该电极在很短的时间内再生。图4显示了用涂敷到阴极上的导电物质42润湿的金属电极40，这样涂料就可以表面徙动到电极尖端。电极产生EV的过程中往往会引起电极尖端损耗，徙动的材料则更新电极尖端使其保持尖锐状态。涂敷材料42的表面张力、其在尖端上的毁坏以及阴极上所产生的电场，三者结合在一起推动涂料物质徙向阴极尖端。

图5中，管46围绕着电极44，从而在电极外表面与管子内表面之间形成环形间隙48。间隙48用以保持涂料50所形成的储槽，涂料储槽是藉表面张力在间隙内维持下来的，但它润滑着阴极，并在阴极上形成涂层52的过程中徙向阴极尖端，使阴极保持适当的尖端。储槽管46最好是非导电性材料制成的，如氧化铝陶瓷，以防止管子不必要的电子辐射以及润湿材料沿管身不必要的徙动。不然的话也可采用导电体制成的管子，只要它不太靠近阴极尖端而使管子会发射电子即可。涂料50通常可以是象水银之类的金属液体，这类金属液体可在例如铜制的电极44上适当徙动。

图4和5的阴极40和44系分别为在某一特定尖端上发射EV而设计的。图6中，管形阴极54的特点是其一端的圆锥形内部形成尖而圆的边缘或线56，EV是在该边缘56上产生的。线性阴极54内部的圆柱形部分借助于表面张力形成涂料58的储槽，它润湿着阴极的锥形内表面，并沿该表面徙向发射边缘56。这样，徙动材料58对圆形边缘56起更新作用，使其保持适当尖锐状态以便产生EV。

一般说来，对可反复激发以产生EV的发射源来说，在具有能提高场强的形状的导电衬底上是需要有一种迁徙导体的。阴极尖锐的端部（例如图4或图5所示）是可以进一步削尖的，办法是借助于所加场的作用将阴极上的润湿金属涂层拉成极细的锥体。同样，管形阴极中的涂料（如图6所示）可借助场效应拉成圆边，使其形成具有极细发射锥体的特尖的边缘。

被润湿的阴极通常可用各种各样的材料制成。一般说来，对于在室温下工作的EV发生器，阴极可用涂有水银的尖铜丝制成。或者也可将水银涂在银或钼上。同样也可同镓铟合金或锡铅合金涂敷各种衬底金属来制成阴极。高温下用的阴极结构的实例有工作温度为600℃的涂铝的碳化钛和工作温度约为900℃的涂氧化硼玻璃的钨。

还可以采用非金属的导电涂料。举例说，掺以碘化钾或碘化钠的甘油和掺以硝酸的硝化甘油都已成功地与各种金属衬底（如铜、镍、钨和钼等）配用。甘油系用包括酸在内的物质进行硝化处理或掺以物料，使有其材料具有相当的导电性。但如果能使涂料保持形成极薄的涂层，则无需掺料使其具有导电性。这类材料经过极化是足以使其在场中移动从而将材料排送到能提高场强的尖端上。

应该理解的是，经润湿的发射源，特别是在外界压力减低的环境甚至是真空中工作时，是伴随着润滑材料的蒸发或产生气体物质的。这样，润湿金属的材料就形成蒸汽。可能还会得到有机或无机气体，这视乎润湿物质而定。场致发射的同时伴随有对阴极起加热作用的电流流经阴极，促使润湿材料蒸发。场致发射的电子对蒸汽粒子起碰撞和电离作用。所产生的正离子云进一步提高场致发射作用，产生爆炸般的飞逸过程，导致电子密度局部变高。

有各种各样润湿过的电极可提高润湿材料的迁徙作用，使蒸发了的物质返回发射源，使产生场的结构保持尖锐，以及/或有助于减少电离时间，使脉冲频率高，从而产生EV。为利用润湿性阴极所提供的再生作用，加到阴极上以产生EV的脉冲重复频率应低得足以使涂料可以迁徙，从而在各脉冲之间恢复点或线。但对伸长的或线性的发射源来说（例如象图6的环形阴极54），脉冲重复频率可提高到比用点发射源时实用的脉冲重复频率高得多，因为不需要借助涂料的迁徙在脉冲之间使线完全再生。线性阴极的某些部分在沿线上某处产生EV之后通常仍然很尖，可供接下去产生EV之用。

图7所示的EV发生器60有一个陶瓷基片62，有一个沿基片表面安置的平面或表面阴极64和一个沿基片另一个表面通常与阴极的位置对向安置的平面阳极或对电极66。阴极64实际上是另一种形式的延长或线性的发射源，可涂以诸如氢化锆或氢化钛之类的金属氢化物，供产生EV之用。只要往氢化物中重新加氢，这类阴极就可以继续生效。这可以通过令发生器或源在氢气氛中工作，从而使阴极以闸流管的方式工作，而这正是周知的氢化物的再生方法。但由于润湿材料没有流到阴极基片材料，因此使用一段时间之后，涂料扩散，发射源就不能激发了。因此通常表面式源64的实际寿命比沉积有迁徙性材料的阴极（如象图4-6所示的那几种）短。后文将介绍象图7所示的那一种表面式发生器的结构和工作情况的其他细节。

4.分离器

一般说来，EV的产生总是伴随有等离子体放电的形成，通常当EV是在阴极产生，等离子体电荷密度至少为10⁶电子电荷/立方微米，一般为10⁸电子电荷/立方微米时，包含有离子杂乱无章的电子。在发射源的阴极和阳极之间的距离较短的情况下，伴随EV的形成而产生的高等离子体密度通常是以局部火花的形式产生的。随着阴极与阳极之间距离的增加，EV的产生和传输也伴随有流光形成，即沿EV的路径呈气态的受激离子在电子移动时产生光。前面已经说过，EV本身总的电荷密度极大。一般说来，由十个EV珠子构成一条链圈，当各珠子宽度约为1微米时可含有10¹²电子电荷，且以大约十分之一光速的速度移动会在10^-14秒内通过一尖端，形成易与普通电子流加以区别的高电流密度。通常，在脉冲源的情况下，除可伴随EV的产生而产生的外部电荷外，加到阴极上的各脉冲都可望形成EV。

形成EV时出现的等离子体放电的各种组分都被认为是对EV的污染物，最好从EV的传送过程中除去。这种除去的方法是可将EV源装进一个分离器，在EV源与引出电极或阳极之间设置一小孔或小导沟。在外壳上设对电极供形成EV之用。放电的污染物装在分离器中，而EV则可通过小孔或导沟排出，朝引出电极移动。

图8中通常在70处显示的发生器具有一个圆柱形对称的尖顶阴极72（举例说，可以是水银润湿过的铜）和一个板阳极74，且装备有柱面对称的分离器76。分离器76具有一通常为管形的构件。管形构件最好是由电介质，例如，氧化铝之类的陶瓷制成，在离开阴极72的尖端以外的部分进入区域78逐渐变尖，包括圆锥小角的截头锥体的外部表面和截头锥体的内部表面，形成以管形构件较尖环形端部为界的小孔80。当孔道76是采用电介质时，在孔道外侧形成对电极82，且相对于阴极72保持正电位，而阳极74相对于对电极为正。引出阳极74、对电极82和阴极72上的电压值一般分别可以在4千伏、2千伏和零的范围内。电极82不仅提供形成EV用的较正的电位，而且还起对电极的作用，用以将EV通过管咀小孔80传送出去，而移位的阳极74举例说相当于一个负载，它可用任何其它类型有效负载代替。其它材料，如半导体，都可用以制造孔道76，与阴极72适当加以电隔离。在这些情况下，孔道材料本身就起对电极的作用。

由于EV在电介质分离器76中感应出镜象电荷，EV具有被吸向电介质表面的倾向。但形成放电中的各种污染物（包括电子和离子）可能为孔道分离器76所排斥，同时EV则被吸向孔道。这样，EV从小孔80出来，就不含放电污染物，这些污染物都被保留在分离器76中。小孔80应具有这样的横截面，使得EV可以排出，同时形成的通道窄得足以保留放电污染物，而且防止它们通过小孔。

将发生器70制成具有带小孔80的管形分离器76是较便于与阴极72和阳极74之间的介质配用的。举例说，由带小孔80的分离器76所形成的管咀的出口侧可以按需要搞成真空或某选定的气压。管咀的成形侧，即安置有阴极72的分离器76内部可通到真空区或经选择与出口侧的环境不同的充气区域中。为保持所希望有的环境，可利用适当的泵唧作用。

以上举例说明和介绍的分离器76系呈漏斗状，但本发明人发现，一种具有与小孔80类似供EV出口用的小孔的方盒（图中未示出）可以将EV与放电的其余部分（如上所述，可能含有电子、正负离子、中性粒子和光子）很好地分离出来。

图9所示的EV发生器（总的标以84的编号）配备有一个为用于EV发生器的平面结构而设计的分离器。介质基片86上装有表面阴极88。呈介质盖90的分离器在阴极88上并超出阴极88的范围延伸，终止于呈斜坡的外部表面上，该外部表面与较小倾斜角的呈斜坡的内部表面配合，形成较尖锐的边缘，在基片86表面上方悬垂很短的距离92。从图10中可以看出，分离器90的边缘也是沿横向朝向间隙92削尖的，分离器90的特点在于其壁94，壁94与倾斜的内表面配合形成实际上在分离器盖和基片86之间封闭起来的区域的外围界限。盖90扁平的外表面部分覆盖有对电极96，对电极96则向下延伸盖90倾斜外表面的大约三分之二长度，以提供极性较正的电位，供从阴极80形成EV并将EV传送出去之用。陶瓷基片86的另一侧设有靶阳极98供收集被传送的EV之用，并可用其它一些控制和/或利用所产生的EV的负载来代替。

分离器90的作用基本上和图8的分离器76一样，即图9中阴极88所产生的EV由盖90的对电极96吸向孔口92，同时外来的放电污染物被保留在盖90内。或者也可以将阴极88设在越过盖90背面延伸的沟槽（图中未示出）内，并将盖放在基片86上。盖的下面或基片上的区域92中可设小沟槽，使EV可通过其中排到盖子外壳外。阴极88的沟槽可恢毖有角?2中，使EV可从盖90底下射出。此外若阳极98向左延伸（如图9所示）处在区域92下面，则可不用对电极96。

基片88和分离器盖90可由象氧化铝之类的陶瓷材料制成，对电极96和阳极98则可举例说由烧制到陶瓷衬底上的银导电层制成。阴极88举例说则可由烧制到绝缘体上的银制成，再用水银润湿。

其它制造导体图形的涂敷方法，如加热蒸发法或溅射法，可分别用以制造图8和9中所示的两个分离器76和90的对电极。分离器所提供的孔口应小得足以使EV射出同时除去放电污染物。举例说，图8中分离器76的小孔80当发生器的工作电压为2千伏时直径可以在0.05毫米左右，圆唇厚度在0.025厘米左右。图9的盖分离器90所提供的唇和孔口的大小相当。在两种情况下，孔口较小时容许的电压值就较低，但仍然可有效地对污染物起过滤作用。通常，分离器横截面的形状不是过滤功能的首要因素。

5.RC引导器件

一般说来，加上适当的电位时，阳极与阴极配合工作以产生EV，阳极可作为发生器的靶电极或负载，而且实际上受到EV的冲击。通常，对电极没有受到EV的冲击，而是用以操纵和控制EV，并可用以产生EV。举例说，图8和9的对电极82和96分别起着将EV拉离各自阴极EV发生区的作用，但EV仍然有可能分别冲击阳极74和98，尽管对电极82和96也都提1供形成EV的电压。如后面即将更详细谈到的那样，EV可沿着或靠近安置在EV传播路径中的介质材料的表面移动。若处在相对于产生EV的阴极为正的电位下的接地平面或对电极系安置在介质材料的另一侧，则在介质材料阴极侧上传送的EV势必通过介质被吸向对电极，而这个吸引作用，如后面将详细介绍的那样，可用以影响EV沿介质传播的路径，特别是在EV用的RC（电阻/电容）引导器件的情况下更是如此。

若EV系射向由处于较正电位下的对电极或阳极所衬托的介质结构，则EV可能会在介质表面以明显不规则的方式移动。但EV的路径系由局部的电效应所确定，例如介质的极化强度、表面电荷、表面构形、介质厚度和背面电极（backing    electrode）的初始电位以及电极的导电能力等。影响EV在介质表面移动的主要机理是产生将EV吸向介质但不使EV往前移动的镜象力的介质的极化强度。即使没有处在适当电位的对电极，感应出的镜象电荷也具有将EV吸向介质表面的倾向。EV不会跑进介质内。因此EV势必会横过绝缘体表面移动，而当到达绝缘材料的边缘或角时，EV通常会绕着该角移动。前面已经说过，EV往往会遵循细小的结构部分，表面刮痕和缺陷所引起的引导作用证实了这一点。通常，交角小于180度的两个介质表面或平面具有沿交线引导EV的倾向。

图11和12例示了通常以编号100表示的EV引导元件，该引导元件具有一个介质基底构件102，其特征在于其平滑的沟槽104，起提高引导效应的作用。对电极板106覆盖着基底102与沟槽104相反一侧的大部分表面，它可以保持在相对于发射阴极的较正电位，发射阴极通常则是朝向沟槽的一端。引导元件100可以例如与图1和2所示的EV发生器以及图9和10所示的分离器配用。但这种引导元件100实际上可与任何EV源和其它元件配用。从图11中可以看到可任选也是由绝缘材料制成的顶盖108，盖在沟槽104上，与基底102接触。

沟槽104的宽度和深度只需若干微米，供引导小量EV之用。但随着待控制的能量的增加和EV数目的增加，可能会出现拥挤问题，这时就需要加大沟槽的尺寸，沟槽的横截面形状对其引导EV的能力来说不是首要因素。EV在由如图1和2或图3中所示的发生器产生并用图8或9和10中所示的分离器耦合到引导元件（如图10和11所示具有总厚度为0.0254厘米，具有0.05毫米深0.05毫米宽的沟槽的熔合二氧化硅或氧化铝绝缘基底的那种引导元件）的情况下就可以显示其引导作用。

图13和14是平面引导元件的变型的示意图。引导元件的总编号为110。引导元件110具有介质基底112，基底上有一个介质瓦片114，安置在并适当粘接到基底上。基底112表面与以90度交角相交于基底的瓦片表面的交线处（即象图11和12中的沟槽104的一半），形成90度的“V”字形，EV即沿该“V”字形处传播。但如图所示沿与基底相交的瓦片表面以大致45度角设置的斜切边形成总编号为116的沟槽，提高了引导效应。沿基底112与瓦片114相反的表面上设有对电极板118。象114那样备有斜切边以形成如116的沟槽的一批瓦片可沿基底112以拼凑的方式配置，形成延伸的传导路径的界限。引导元件110实际上可与任何其它用以产生、控制和/或利用EV的元件配用。

采用管形介质引导元件可以提高对EV的引导作用，使EV可以沿管子内部移动。图15是管形介质引导元件120的示意图，该引导元件120具有一个圆截面、光滑的内部通道122，外面覆盖有对电极124。内部通道122的横截面积应略大于待引导的EV珠或珠链，从而使其具有最佳的传播性能。

图3中连同发生器20一起示出的有玻璃管34和环抱玻璃管34的接地平面36，玻璃管34就是图15中所示的那一种引导元件。在不同的用途中，图3中的玻璃管可用另一种类型的引导元件代替。

图16是总的结构与图14所示的相反的引导元件的示意图，即介质管形构件126具有一个内部通道128，通道上覆盖有内部对电极130，外部普通圆柱表面132与介质结构本身和对电极130共同起引导面的作用。在这种情况下，EV可沿外部表面132移动，借助于因EV的存在所产生镜象电荷，而且还借助于维持在较正电位下的对电极130的作用被吸引到引导元件上。

一般来说，图11-16的介质引导元件以及其它介质元件可适当掺杂以限制其导电能力，从而限制或控制杂散电荷，这在后面将详细论述。前面已经提到过，在RC引导器件的引导结构中移动的EV在引导结构上形成暂时性的电荷，另一个EV不会进入由于第一个EV引起的引导结构该即极高电荷区中，但可在绝缘体上的电荷在第一个EV通过而消散之后随之而来。

若通过或横过介质材料用作引导元件的沟槽或管道，其横截面比EV上大小窄，则沿引导元件通过的EV可能会有效地切入引导材料中使路径变宽。通道一经EV这种方式钻出，以后在EV沿引导元件传播时就不会进一步损坏介质的材料。一般说来，横向尺寸约为20微米的通道是可以使EV通过而不致为EV所钻削。这大致等于某给定源所能产生的形成一个圈的EV珠链的横向尺寸。引导元件的沟槽的横横截面可配合EV的大小加以扩大或缩小，这视乎它们的EV情况而定。

6.充气引导器件

图11-16所例示的任何一种引导结构都可在真空中或在某一选定的气体环境中使用。但在引导元件中使用低压气体对引导例如形成珠链的EV方式会产生另一种有益的作用。

在某些情况下，来自高功率源形成的EV可由成链式结构的珠子所组成。这类珠链群会由于各珠子在珠链中的紧密结合和表面的不规则性在传播，该种组合态过程中所引起的破裂可能不会在特定的固体波导表面上很好地传播。在低压的气体气氛中（一般在10^-3乇至10^-2乇的范围内）EV链会从介质表面被提升一段较短的距离，再不会以破裂的方式与表面相互作用，从而提高了传送的效率。因此，一般说来，在加有某一给定电压的情况下，EV可以在阴极与发生阳极之间的间距较大的情况形成，而且能在电极之横间向移动较大的距离。从证示板的迹象看来表明，在大致上不受固体表面约束的情况下运动，珠链具有散开的倾向，而且总的说来以圆圈的形式传播，圆圈则处在垂直于传播方向的平面内。通常，随着气体压力的增加，EV会进一步从固体表面被提起。当气体压力在若干乇以上时，EV通常会完全离开固体表面，这时平直的固体表面不再起引导元件的作用。但如此较高的气体压力仍然可以起引导作用，使EV沿封闭的波导元件（象图15所示的那一种）内部移动。

虽然各种各样的气体看来都可用以产生使EV和EV组合态提升的作用，但象氙和汞等原子序数较高的气体所起的作用则是特别好。对这类EV组合态和单个EV所起的增强的引导作用在图11-15中所示的那些介质引导元件外壳内部作用情况良好，在单平面表面上也能很好起作用。

图17和18例示了一种利用气“垫”来保持EV被提离引导表面，具有一个沟或槽般引导结构的引导器件。“充气”引导元件，总编号为136具有一个由介质部件138形成的槽，绝缘部件例如可取涂釉多孔陶瓷的形式。介质部件138的特点是在其底部有一个对电极140，沿槽或沟的内部下面部分还涂有电阻材料142（这在后面题为“表面电荷的抑制”一节将谈到），以阻止EV沿如此涂敷的表面运动脱离部件138所形成的槽。引导元件136借助连接件146连接到输气管道144，连接件146的特点是内部有一个通道148，通过内部通道148有选择地输送到引导元件的气体可从气源（图中未示出）通到部件138的底部。介质部件138的底部在与连接件通道148相交的部分不上釉，使气体可以进入部件的多孔内部。沿V字形槽底部的釉涂层和电阻材料涂层142都被刮除或切去，使气体可以从绝缘部件138内部排出。整个装置际敲芊獾模员憧梢杂醒≡竦乜刂苹肪常饪遣捎谜婵毡孟低骋员愠槿∑澹ü考?38排出。这样，通过连接件146引入多孔部件138的气体沿槽底部排出，并在往上扩散到整个槽中时形成气压梯度。因此气体的浓度从槽底部向上由大变小。尖顶的阴极150（例如经水银润湿过的铜丝）在距电阻涂层142的始端很短一段距离的地方朝下伸向槽的底部，可以使阴极尖端保持在距槽的绝缘材料上方一段很短的距离处。

工作时，可往阴极150上加大约2千伏的负脉冲信号（若阴极端部不够尖则电压还要高），同时保持对电极140处于地电位（即较为正的电位），以便正好在介质部件138所形成的槽的深度范围内（在这里气体压力最高）在阴极尖端产生EV。当所选用的气体通过输气管道144引入槽中时，EV就沿槽的长度传播，而被提离正好在槽底上方气体层的EV仍然被介质材料的镜象电荷或力以及对电极140的电位吸向介质部件138上。槽所形成的楔形成气压梯度包含有气垫作用或把气垫作用“集中”起来，有助于使EV保持在槽的范围内。但即使用一个涂釉层和电阻材料层142也有同样切口的扁平表面取代上述槽，也会具有足够的梯度，（而且还由于镜象力的作用和对电极电位）使得EV会沿介质部件被引导，通常正好在涂层的切口上方。此外，从上述有关低气体压力对EV在介质表面上传播所产生的影响的论述来看，可以理解，在气体压力中没有梯度存在的情况下，EV还是会提升在这类引导表面上方的。

7.光引导器件

在没有RC引导结构存在的情况下，EV通过低压的纯气相中移动时，会伴随有可见流光的形成。在流光出现之前会出现一束很窄的光束，这可能是流光使气体电离造成的。在任何情况下，EV遵循着流光所限定的途径，流光则看来跟随光的传播。举例说，当EV在气体环境（例如氙气环境）中在引导表面上移动时也会发生这种效应。当EV系在表面上或沿该表面移动时，若表面极为干净，则会直线移动（EV在气体环境中传播之后表面电荷效应就消失）。来自流光的前视光（forward-Looking    Light）限定着流光因而也是EV所遵循的直线路径。若此光路因表面上的物体而偏转，则流光会偏转，同时EV会遵循新的路径。只需很小的干扰就可以使路径开始改向。一旦沿该路径运动，只要流光持续着，路径就保留下来供未来使用。

图19是用于气体环境中的一个光引导元件的示意图。绝缘板152上示意画出了路径154，如图19中所看到的那样，路径154从左向右延伸。路径154可以是板152表面上的刮除部分或真正在板中开的沟槽。处在适当电位的对电极（图中未示出）可安置在绝缘材料152的下侧上，有助于EV在介质表面上的传播。反射表面156系安置得使其与如虚线所示的沿绝缘板152的EV路径相交。表面156将入射到其上的光反射出去（显然是按照光学规律），结果EV路径也同样偏转，如图所示。第二个反射表面158与新的偏转光路相交，并将光路偏转到一个新的方向上。于是EV会如虚线所示。沿着由两个反射器引导的光路走。

各反光器件156和158最好是由介电常数高，在紫外线区的反射性好的材料制成的正面反射器。反射角确定着各情况下的最终EV路径。光路方向的改变引起流当方向的改变，EV则沿光所限定的路径跟着流光移动。在EV传播和被适当引导的绝缘表面上方可采用若干乇的气体压力。反射器156和158的一侧只需几分之一毫米。

图19中所例示的光引导装置或其任何变型都可与任何可能有的EV发生器及其它元件配用，此外，诸如反光器件156和158的反光器，可与任何其它元件配用。举例说，采用如图15所示的管状引导元件的波导装置可以在管状引导元件各端部装设反光器。

8.LC引导器件

通常，EV趋近任何线路元件时，元件上的电位就降低。降低了的电位使元件对EV的吸引力减弱，因而若有对EV更具吸引力的方向，则就会产生方向控制作用。电感性元件在有EV存在的情况下对电位的变化特别敏感，可以利用这种效应为EV提供LC（电感/电容）引导元件。

图20是三级四极EV结构的部件分解图，该EV结构总的编号为160，它具有三个引导元件162，彼此用两个隔片164隔开。各引导元件162具有一个外框架和四个向框架中心延伸的极元件162a、162b、162c、和162d，但其端部很短，使中心形成一个通道区。EV或EV链从一列引导元件的一端（如箭头C所示），通常沿垂直于各引导元件取向平面的方向进入该列引导元件中。

如图所示，四极162a-d系以彼此正交的反极性的极对而配置的。各极中的电感都足以在EV趋近时使其中的电位降低。EV通过时越接近某给定极，电位降低的程度越大。因此举例说，EV趋近时离下部磁极162a比离上部磁极162c更近时，在下部磁极中所引起的电位降低就比在对面的上部磁极中所引起的电位降低大。于是EV被吸向较远的磁极162c的力比被吸向较近的磁极162a的力大。因此就在EV加了一个合力使它往上移，力图平衡两相对的极162a和162c中的电位降低。若EV移动时更靠近侧面的磁极162b和162d中的一个，则侧面的相对两磁极中也会产生类似的效果。于是，有一个恢复合力迫使EV在水平或垂直方向上朝两相对的磁极间距的中心移动。EV在两方向中的任一方向上随时偏离中心部位时又会再次使电位降低不平衡，从而产生恢复合力，企图使EV回到各磁极的中心。不难理解，若EV在水平和垂直以外的方向上偏离中心，也会产生恢复合力，促使四极之间的不平衡电位降低，从而使这种恢复力的垂直和水分量始终取决于各有两对的反极性四极之间的电位不平衡。

这样，这种力图使EV处于通过某一给定引导元件162的通道的中心位置的恢复力，就可由各引导元件提供。用一列的这种四极引导元件162，就可在列的整个长度上提供恢复力，从而使四极元件列起EV引导元件的作用，力图使EV的路径保持在反极性四极面之间的中心。隔片164仅仅起使毗邻引导元件162的四极彼此隔开的作用。整列的引导元件162和隔片164，举例说，可制成层叠式器件，各引导元件与毗邻的隔片接触。此外，不难理解，图20的LC引导器件可通过添加引导元件162和隔片164延长到任意长度。

象图20所示的那种LC引导器件可制成各种形状，以及采用数目不同的磁极。实际上，图20中例示的各极类似沿一对反极性极轴的延迟线。在EV通过一组磁极之后，其中的电位会有回弹现象，这视乎LC电路的时间常数而定。最后，电位谐振会衰减下来。引导元件时间函数应选择得，例如，使其足以适应接着发生EV的通过。此外，应该理解的是，虽然LC波导器件的结构方式可构制得使其产生大量的镜象力，但图20的LC引导器件工作时并不需要象RC引导器件的介质那样产生特殊的镜象般的力，以便在EV通过其中时纠正EV的位置。实际上，引导元件162和隔片164都是导体而不是电介质。

运动着的EV与引导构件之间的耦合限定了在某一给定的EV大小（即EV电荷）下构件的极限尺寸。举例说，若引导构件160的横截面太大，则构件响应时就不足以控制EV;构件太小则没有足够的变向所需的时间和空间供调节EV路径之用。引导构件160无论过大或过小，其与EV的耦合都会使EV的传播方式不稳定，使EV破坏以及使引导构件损坏。在设计象图20中所例示的那种LC引导器件160时，可利用的一个因素是应把各极看做是在待引导的EV的近似频率下的四分之一波长构件。该频率主要由EV的速度以及EV和控制元件或极元件162a-d之间的距离所确定。由于引导器件160的直径与耦合系数有关，因而引导器件的直径与各元件162a-d的间距之间存在着某一种相互关系。在这类引导器件中，四分之一波长元件162a-d可在直流或固定电位下工作而不会有充电效应。尽管通常是可以将LC波导器件按需要制成大的或小的，使其适应待引导的EV的特定大小并与它耦合，但某一给定LC引导器件所要引导的EV，其传播速度范围并不是任意宽的。

应该理解的是，举例说，待传导的珠链中的数目越多，引导器件所供给的功率等级越大。一般说来，要求RC引导器件横截面为20微米的EV需要稍大一些的LC引导器件。象图20的162a-d那样的引导电极或磁极，它们之间的间距也应在20微米左右。不能期望如此大小元件转送极高的功率。虽然可以用多个并联的部件来引导一股EV流，但如果将EV结构按比例放大以配合较大的引导器件，则在材料的使用和加工方面更为经济。当采用多个发生器时，这种比例基本上是EV发生器或发生器之后的电荷复合电路的函数。

图20中所例示的那种LC引导器件可在几何和电气条件方面加以改变。但那种结构对较大的尺寸来说较为理想，最好采用层叠制造法。对较小的构件可采用不同的制造方法，特别是那些适合于薄膜工艺的制造方法。图21的170例示了用薄膜结构制成的LC引导器件的部件分解图。

平面式LC    EV引导器件170具有三个引导层，该引导层包括一上引导件172和一下引导件174以及介在上下引导之间的中间引导件176。上引导件172包括一对用横条180连接成梯状结构的细长构件178。同样，下引导件包括由横条184连接的纵向延伸构件182。中引导层系176则包括两条细长构件186，各细长构件都具有从其上伸出的一排短杆即极片188。

在三个引导件172-176以层叠结构的形式连接在一起的情况下，上下横条180和184分别与中间层系的极片188配合，通过成列横条和极片而形成沟道般的通道。在这种结构中，与四分之一波长线类似的导电极片188对EV在横向的传播起了限制作用。如图所示，横条180和184，各自作为缩短了的半波长线工作，起了纵向限制的作用。引导构件170实际上以开缝引导或延迟构件的形式工作。

鉴于引导构件170在电性能非常活跃，而且预期可以强烈辐射，因此可以在结构顶部和底部用导电平面封面闭起来，以抑制其辐射。从图中可以看到，导电辐射屏蔽板190和192系以层叠式结构分别配置成顶层和底层。由于对引导构件172-176之间的电位差并没有什么基本要求，因而它们的边可以连接在一起，但当然必要时也可以用隔片使它们彼此隔离。

一般说来，由大多数发生器在短暂的时间内产生的EV，至于它们之间的间距并不是高度正规的，尽管在某些情况下，可以影响所产生的EV的间距。但LC引导器件对通过它的EV起某种同步化的作用。EV或EV链通过LC引导的平均速度系固定在引导的频率，并迫使各EV或EV链的间距与引导结构周期同步。于是在引导器件中所产生的合成的周期性电场通过对慢的EV起加速作用，对快的EV起减速作用，使EV串聚束在该电场中。

当最初的EV进入LC引导器件中时，在一个很短的时间内电磁场的电平过低，不能起强有力的同步作用。随着电平的提高，同步变得更有效。“Q”值即引导器件作为空腔的品质因数确定增高和衰减的速率。Q值过大会使空腔损坏。LC引导器件即作为同步装置有一个隐最佳充填系数。充填系数低，则同步化不起作用，充填系数高，则有破坏和干扰引导功能的危险。

当同步装置与EV的耦合比（举例说）图20和21的LC引导器件耦合松时，可以使同步化情况更好。这种松弛的耦合可通过采用在波导的一侧设有若干小槽的带槽空腔来实现。于是这种装置就会在较低的频率下工作，而且通频带更宽。后面将作为RF（射频）源介绍这种结构。

9.表面源

图22-24展示了一个包括一个表面源连同一个引导元件的EV发生器的三个视图。通常在表面上或靠近表面处引导EV需要将它们从源上或前面的元件耦合到有关表面上。举例说，在采用象图4-6的阴极的发生器的情况下，有可能将该源安置在离传播表面不远的地方，并达到适当的耦合。在图22-24所例所示的装置中，EV源是与EV准备沿其上传播的引导器件做成一个整体以增强耦合效果的。

详细地说，发生器和引导器件的组合体总编号为200，它具有一介质基底202，基底202的特点是有一个引导沟槽204和一个表面或平面阴极206，阴极206朝向引导沟槽的一端且嵌入引导沟槽中。在绝缘基底202上与沟槽204和阴极206的相对的另一侧配置有一表面阳极/对电极208，用来完成产生EV并沿沟槽上传播EV的任务。图24中示出了可选择顶盖210，以便将其紧贴安置在基底202的带槽平面上，倘若槽平面系光滑，则无需密封就可使用。为防止电荷聚集在有盖的引导通道中，盖210上涂有能驱散电荷的材料，如掺杂的铝氧粉，下面将详细谈到。

在实际应用中，介质基底202可以是厚约0.25毫米并带有深度和宽度约各为0.1毫米的引导沟槽的氧化铝陶瓷板或衬底。举例说，阴极206和对电极208的金属涂层可以是烧制在陶瓷上的银糊剂化合物。银阴极上可用水银润湿，办法是将水银涂擦在阴极。在这类尺寸的情况下，产生EV并将EV沿引导路径204传播所需用的工作电压约为500伏。采用薄膜加工法制造更薄的介质衬底202可以降低工作电压，采用这种薄膜制造技术，就可以用氧化铝作为电介质，用蒸发钼作为金属电极206和208，这些都是淀积在氧化铝衬底上的。在这种情况下，水银还可用作迁徙性阴极材料，因为水银可通过足以起润湿作用的离子轰击过程而将钼润湿。这种轰击可直接轰击到钼表面上。不然的话也可以在钼表面附近用水银轰击氩离子，从而将钼表面清理干净，为润湿作好准备。鉴于水银与钼的可溶性不高，因此为便于借助直接或间接水银离子轰击的方法进行表面清理，可在钼表面蒸发少量的镍。钼和水银比银或铜和水银结合得更好，因为银和铜在水银中很快就溶解掉，太容易溶解在水银中，就不可以用在薄膜电路中。

由于阴极源206在引导沟槽204中与介质衬底202有效地形成一个整体，因而阴极与介质衬底适当地耦希簿褪撬担珽V从阴极发生区传入引导沟槽中并沿引导沟槽的传播，因EV引起的能量损耗最小。此外，阴极206经水银等润湿，具有自行削尖或再生作用的特点，因而可以适当维持其产生EV的前缘锐利。此外，阴极206是一种延伸的或线性源，因而可以将产生EV所需的脉冲重复率提高到比单点源的情况高得多的值，因为在如上述的延伸源的情况下的各个脉冲之间是不需要涉及到液体金属迁徙的再生过程。应当指出的是，延伸式阴极206与图7中所示的阴极64完全一样，也是直接装设在陶瓷基底62上。这种延伸式阳极的工作依赖于在阴极边缘能促使对可移动的阴极润湿材料有锐化作用的边缘场效应。因此，始终可以依靠一个或多个相对尖锐的结构，导致供引发EV用的场致发射，因而这种源的工作电压是较低的。

10.表面电荷的抑制

EV产生之后，由于这类电子在形成时结合较弱，也可能由于其它过程，例如EV经过粗糙表面时，可能会失去电子。特别是在后一种情况下，失去的电子本身会沿该表面分布，在以后EV通过带电表面区时对EV生减速电场效应。有好几种方法可以消除由此产生的表面电荷。

举例说，可以把EV发生器或RC引导器件中使用的经受表面电荷聚焦的介质衬底或基底使其变得具有足够的导电性，从而可以使表面电荷通过衬底引到阳极或对电极上。基底的电阻率应小得足以将聚焦的表面电荷在使表面带电的EV通过之后、下一个EV通过之前排放掉。但表面的电阻率不能任意降得过低，因为对于阳极或对电极的过高的电导率会破坏后来的EV。

为使衬底达到所希望的体电导率，若电阻值不远低到200欧/100平方英尺的范围，则可将氧化铝之类的介质材料涂以通常制造厚膜电阻器所用的任何电阻性材料。这种电阻性涂料通常是由含金属成分的玻璃料组成，而且是用丝网印刷法涂上去后在高温下烧制的。但应用强场和可能有很高的热梯度而使EV活动能力很强时，这种玻璃料往往会破裂，因而不能令人满意。特别是在这些情况下，可以往介质元件中加入掺有例如铬、钨或钼的氧化铝薄膜，使材料具有足够的导电性，从而使介质达到所希望的体电导率水平。减少衬底的厚度可以提高这种处理过程的效果。

若促使EV衰减的干扰严重，则衰减的EV，其光电发射光谱是富有紫外光和软X射线的。所产生的光电导体，其吸收光谱应使其与这此高能量生成物相匹配。鉴于电子在光电导体中散射而且迁移率低而使光电导过程比EV的流通慢，因而表面电荷由EV的衰减而引起的放电是在EV已通过表面上某一特定位置稍微过后发生的，因此对EV传导至阳极的过程不造成威胁。除发射紫外线和X射线外，来自靠近某一表面的EV的部分电子发射在介质材料中激发出荧光，这种荧光则有助于引发光电导过程。

另一种通过光电导性抑制表面电荷的方法是采用金刚石般的碳制造介质元件。这类材料的能带隙约为3电子伏特，因而可被激励使其进入光电导状态。此外，这种碳质材料不难掺以石墨形的碳以提高衬底的电导率。

另一种驱散表面电荷的方法是利用通过轰击引起的电导性。这种导电性是通过来自EV穿透极薄的介质层而轰击阳极的高速电子引发起来的，它能使敷在阳极上的介质导电。事实上，随着高速电子流在介质中转变成许多低速电子，介质的电导率增加。如果介质材料够薄且带有一些阱区，则可以使这个过程适当达到最佳效果。阱区开始时可用热的方法或光学的方法清除，在操作过程中则为电场所清除。

一般来说，介质衬底的几何结构可能会影响使衬底导电抑制表面电荷的效能，例如，在用光电导性和轰击引发导电性的方法的情况下就是这样。

11.发射器

在某些用途或结构中，需要或希望EV能传过真空或气体环境中的一个缝隙。举例说，可以将EV发射越过间隔着阴极和阳极或引导结构的缝隙。EV越过某一缝隙的发射可以通过施加适当的电压将EV从一个区吸引到另一个区的方法来实现。但如此施加的电压意味着系统的功率损失或可能给EV带来了不必要的能量增益。通过譬如说诱使EV离开阴极区进入对电极区来减少所需施加的电压，从而使系统的能量损失减少到最低程度，而不致使能量增益过大。这可通过令EV传播横越在所希望的施加电压下场强很大的区域，因而场将EV从它所经过和所附的表面上除去。

图25是一个发射器结构的示意图。发射器（总编号为216）是为将EV横过EV发生器218与EV引导器件（例如220）之间一个缝隙的发射而设计的。发生器218有一个通常呈管形，但在前端封闭成锥形结构，在尖端222终止的介质基底。对电极224在介质基底内部，由涂敷在整个锥形区的基底内部表面并部分沿基底圆柱形部分延伸的导电材料涂层形成。介质基底的部分外表面涂有导电材料，形成阴极226。阴极226沿基底的圆柱形部分延伸并一直到基底的锥形端部，但并不象对电极224那样沿基底纵向延伸得那么远。通过在离锥形尖端222端点不远的地方终止阴极226，其上形成EV的阴极前缘保持与阳极224相当接近。此外，呈截头锥形的阴极226具有这样的特点，即其EV产生区比阴极一直延伸到基底尖端222的情况为大。在产生EV的过程中利用了靠近阳极224的阴极226前缘周围的边缘场效应。

对电极则比基底圆柱形外侧的阴极涂层，在基底圆柱形部分内向左延伸得更远。

管形引导构件220通常系制成如图15所示的管形引导构件，其外表面涂有导电材料，形成一直延伸到引导构件的大部分长度但没有到头的对电极。对电极228没有延伸到引导构件220的终端，以免EV传播到对电极上。面对发生器218的引导构件220的端部，其特点在于其内表面230呈锥形，因而发生器尖端222可以安置在引导构件锥形端内而仍然可以使两者之间保持一段间隔。只要对电极228留在阴极226区域的后面，则引导构件220也可以制造得使其外接在发生器218上。

工作时，往发生器218的阴极226和对电极224之间施加适当的电位差，以产生一个或多个EV，这些EV在电位差所建立的场的作用下离开阴极的前端移向尖端222。意图是想使EV离开发生器218，然后进入引导构件220内部。这之后，通常如前面所谈过的那样，EV可以在引导构件对电极228所建立的至少一部分场的作用下沿引导构件220内部传播。发生器端部锥形的几何形状以及发生器阴极226和对电极224的相对定位使EV在发生器尖端222受到强场的作用，促使EV偏离发生器218的基底。这样，EV就在引导构件220的开始部分有效地从发生器尖端222射出，继续往前，但这时是在引导构件的作用下传播。

在实践中，阴极226可以如前面谈过的那样，用液态金属导体适当地加以润湿。引导构件对电极228可以在与发生器对电极相同的电位下工作，但也可采用其它电位值。加到引导对电极228上的引出电压是EV发生过程的一个固有部分，没有这个电压，发生器就不能有效地产生EV。当阴极226在某些负电压下运行时，引出电压通常是处于地电位。在负脉冲加到阴极226上以产生EV的情况下，发生器对电极224可以在地电位下运行。可流动的润湿性金属系在阴极226最靠近尖端222的端部被拉延成薄圈。EV是在阴极区周围产生的，因此在高脉冲频率下，伴随着EV的产生，在阴极端部周围有稳定的辉光。

作为制造如图25所示的发射器25的一个例子，发生器218的介质体的锥形端部（即在润湿的金属阴极边缘）可以用厚度为0.1毫米的氧化铝陶瓷制成，而沿基底的圆柱形体干部分则稍厚一些，以增加其机械支撑作用。对电极224和阴极226可象前面谈过的那样烧制在涂敷在绝缘表面的银糊剂上。基底218锥形端的内外侧都细致地搞尖以增加尖端222处的场强，使EV趋近该区时分离。发生器尖端222与引导构件220最靠近尖端222的内表面之间的间距可以在1毫米或更小的数量级。在上述尺寸下，在发生器对电极224与阴极226之间加有大约500伏电位差的情况下，EV可以在发生器尖端222上形成而离开。10^-2乇数量级的气压将EV提离发生器基底218的介质表面，而且便于将EV转移和传播到引导构件220上，甚至还可把阴极冲脉冲降低到200伏。高分子量气体，如氙和水银等，对这种作用特别有好处。

应该指出，引导构件220与发生器218之间的间距是可加以调节的。在真空或选定的气体条件下要求在密封情况下工作的给定用途中，这些活动都可用各种方法实行。

尽管这里所例示和介绍的是普通圆柱形对称的发射器218，应该理解的是，发射器技术可用于任何种类的EV发生和控制元件上。举例说，图22-24的平面发生器和引导构件都可应用发射技术来解决，例如距后面各引导构件的大间隙问题，特别是当利用低电压产生EV时更是如此。

一般说来，若减小各元件的尺寸，则可以在较低的电压下形成和发射EV。为能在低电压下工作，一般都希望用薄膜涂敷法来制造诸元件。举例说，为了制造平面发射器，可用金属板印刷法制造阳极，然后覆以诸如氧化铝或金刚石般碳的薄膜。淀积绝缘材料之后，可把阴极材料（一般为钼）涂到绝缘材料上，然后可用液态金属润湿整个阴极。当通常为圆柱形的发射器不可用薄膜法如此制造时，则可将各电极刷上涂料以制造这种发射器。当发生器绝缘基底的厚度约为1微米时，可在发生器的阴阳极间的电位差小于100伏的情况下形成和发射EV。

虽然这里举例介绍了EV发射器的一些最佳实施例，但熟悉本技术领域的技术人员不难理解，EV发射器是可以制成各种其他形式的。

12.选择器

如前谈过的那样，EV可以珠链的形式产生，多个珠链基本上同时产生。可能有时候希望或需要将所选定的某一总电荷的EV加以隔离，以便在某一过程或器件中使用。选择器的作用有助于限制可用以提供所希望的品种的EV类型的数目。通常可产生各种EV并令其射向在介质表面的尖锐边缘周围的阳极或集流电极上。引出器电场使所选取的EV从介质边缘上脱离并将它们推向引导元件或其它选定区。从选择器的几何条件考虑，引出器电压以及引导电压都不难加以调节，以便引出具有所选定电荷量EV。一般说来，一次可以引出大约五个EV链，各链含十或十二个珠子，链或EV的数目与引出装置的几何条件成比例。

图26的236表示普通常圆柱形对称的选择器，选择器有一个发生器或源238，通常构成如图8中所示的分离器的形式。通常呈管形的陶瓷基底240有一个锥形前端，其中锥形内外表面的相应锥形角彼此配合形成以圆而尖的边缘242为界的小孔。导电涂层，例如烧制的银糊剂涂层，绕锥形端的外基底形成对电极带244。润湿了的金属阴极246安置在管形绝缘基底240内，阴极锥形端处在绝缘基底的锥形结构内且面向以边缘242为界的小孔。阴极246举例说可以如前所述，是水银润湿了的铜。

引出器248呈具有小圆孔250的导电板的形式安置在源圆形边缘242前面一短距离的中心位置。引出器248的另一侧有一个管形引导构件252。管形引导构件252，举例说，有一个外表面部分覆以导电表面形成对电极254的介质体。

若发生器238是在引出器248上不加电压的情况下工作以产生EV，则EV通过陶瓷锥体端部的孔并绕尖缘242到达锥体外和阳极上，而使EV从阴极尖端区移到阳极244上。但当引出器上加有适当的电压时，在介质边缘242上某一选定部分的EV离开介质并通过引出器孔250被推向引导构件252上，通过引导构件252在引导对电极254上电位的作用下传播。

图27中的260表示平面选择器，平面选择器260包括一个具有细长颈部264的普通扁平的介质基底262。表面源或发生器（通常是图22所示的那一种）装在选择器260中，平面阴极266则处在沟槽268中。但产生EV用的阳极并不是安置在介质基底260的另一侧上，而是呈覆盖层270的形式安置在与第一沟槽268锐角相交，形成尖锐相交边缘274的第二沟槽272的侧壁上。在只有阴极266和阳极270两端加有电位差的情况下，在阴极（可以是润湿金属型）上形成的EV沿沟槽268移到其与沟槽272的相交处，于是EV转过尖缘274，然后进行到阳极270上。

两引出器电极276和278沿基底262颈部264的外表面安置在其对向侧和引导槽268两侧。往引出器电极276和278加适当电压促使选定的通过尖缘274的EV离开尖缘274，并沿引导槽268，通过引出器电极界定的范围区而前进。从图28可以看到，对电极280位于沿介质基底的颈部264的部分引导沟槽268下面，将选定的EV沿引导沟槽进一步推向超出引出器电极276和278的范围。

前面已经谈过，当EV沿某一表面移动时，镜象力将它约束在该表面上。约束力的大小在某种程度上取决于镜象力所作用的表面的几何条件。减少该表面的有效面积时（例如当EV通过图26中的发生器238锥形结构的圆形尖缘242或通过图27中的平面选择器260的尖缘274时），镜象力就减小，且EV就处于较松的约束状态并易感受到由另一个加有较正电压的电极所提供的场的分离作用。移向引出器电极的EV，其高的负电荷可能会在瞬间将阴极与引出器之间的电位降低到引出任何其余的在有关边缘并移向源阳极的珠链或成组珠子所要求的阈值以下。初始的EV结构被引出并传播到引出器场以外之后，后来的EV就可从介质边缘区引出。

举例说，在图26中所示的结构形式中，当阴极上所加的负电压为2千伏，以尖缘242为界的小孔约为50微米，锥体半径大小相当，且介质小孔至引出器电极的间距约1毫米时，要使EV脱离需要大约2千伏的正引出电压。引出阈值电压极为关键。举例说，当令上述尺寸的EV源不断发洌褽V完全被介质锥体上的阳极所捕获时，在1.9千伏的引出电压下，引出器就没有引出能力，但在2.0千伏的正引出电压下，则EV被引出。

尽管图24-26所示的分离器是与EV发生器结合在一起的，但实际上分离器是可以沿一系列EV控制元件在任何位置上装设的。举例说，分离器可以设在引导器件之后，或甚至设在另一个分离器之后，只要顺次排列或甚至串级排列的EV分离器可以从宽范围结合能的EV引出具有某特定结合能的EV即可。

13.分裂器

通常，对各过程需要计时或同步的操作可以用从单个输入信号获取的两个或两个以上的输出信号进行控制。举例说，主过程可以划分为多个子过程。当EV源是在极短的时间内产生大量EV珠或珠链的EV源时，有可能划分这种过程，即将一阵迸发的EV划分成两个或多个EV传播信号。如此划分EV信号用的器件叫做分裂器，它通常是用一个或多个与主引导通道相交的分支引导通道中断引导元件（例如，图11-16中所示的RC引导器件）而制成的。当EV沿主引导通道移动，到达主通道与某一分支或辅助通道的相交处时，有些EV进入辅助通道内，其余的EV继续沿主通道行进。制造分裂器时，务必注意确保辅助引导通道与主通道在EV真正传播的位置上相交。举例说，若主通道较大从而EV可在整个主通道的横载面的各个位置上一直移动，则不能肯定EV是否会碰撞辅助通道与极为接近其入口的主通道的相交处而进入辅助通道中。

图29和30中的290即为分裂器，它有一个介质基底292，介质基底292上粘结有镶嵌式瓦片294。辅助瓦片296也粘结到基底292上。瓦片294和296系切成如图所示的形状并粘结到基底292上，两瓦片之间经适当隔开形成辅助引导通道298。单瓦片（在图29中从顶部看通常为矩形）可切成两片以形成通道298，这时再把各片适当粘结到基底292上。

前面谈过，这种镶嵌式瓦片的边缘和基底292之间的90度角可以形成一个通道，EV即被吸向该通道并在该通道中传导。但当瓦片294和296粘接到基底292上时，45度斜角就按图13和图14中引导构件110形成通道的方式形成锐角主通道300。用以影响吸力使EV维持在引导通道中的引导对电极或接地平面302系安置在基底292与瓦片294和296相反的一侧上。介质瓦片294、296和基底292可用任何适当的材料（例如氧化铝）制成。同样，对电极302也可由任何适当的导电材料（例如银板）制成。加到对电极302上的电位按用途和其它所采用的电位电平进行选择，且可以是正电位或地电位。

第二种形式的分裂器如图31中的310所示。分裂器310有一个介质基底312，基底312上有直的主引导通道314和辅助引导通道316，后者从主通道中以锐角分支出去。通道314和316是在基底312上形成横截面为矩形的沟槽。如图32中所示，对电极318系安置在基底312与通道314和316相反的一侧，以促进EV沿各通道的传播，介质平盖320则可有可无，靠在基底的顶部表面将引导通道封闭起来。为确保EV沿主通道从左至右（如图31中所看到的那样）移动到离被辅助通道316所断开的主通道的侧面足够近的程度，主通道的横截面不应从沿该通道传播的EV的平均尺寸大得多，尽管各通道必须大得足以适应准备在其中传播的最大EV结构。（图29和30中具有斜面300的镶嵌式波导通道有一个敞开侧面，因而会适应任何尺寸的EV结构）。一般说来，对在2千伏下形成的EV珠链来说，主通道的横向尺寸应为20微米。传导单个EV珠子的通道宽度下限约为1微米。但当在2千伏下形成的EV珠子是准备沿分裂器310的两个通道传播时，辅助通道316的宽度至少应力20微米，主通道314的宽度则可在20微米和30-35微米之间的范围。

分裂器290和310都可与各种其它元件配用，且举例说，EV可从本说明书所公开的任何源发射或传播入主引导通道300和314中。在图29和30的分裂器290的情况下，EV或EV珠链沿通道成形斜面300的顶点移动，一直到达与辅助通道298的相交处为止。这时，一些EV或EV珠链进入辅助引导通道298中，其余的EV或EV珠链继续往右（如图29中所示），沿主通道300前进。辅助通道298引导已进入该通道的EV或EV珠链如图所示绕该通道的肘部，从而使两股EV或EV珠链流如图29所示沿两通道300和290到达分裂器290的右端。从那里，EV可由其它元件控制或利用。

同样，射入图31和32的分裂器310的主通道314左端的EV或EV珠链沿该通道移动，直到有些EV或EV珠链进入辅助通道316，并被引导绕过其肘部，从而使两股EV或EV珠串到达分裂器的右端，供进一步控制或利用。

在各情况下，沿图示的分裂器290或310的主通道移动的单个EV预期可转入较狭窄的辅助通道。但应该指出，一股EV或EV珠链流会如所述那样被分裂开来，有些沿主波导通道传播，其余的则沿辅助通道传播。传播中的EV流只有一部分偏转进入横截面小于或等于主通道的辅助通道中，这可能是由于多个EV或EV珠链在通道相交处的拥挤效应引起的（而该拥挤效应则可能是由于EV电荷密度高所致），这样就可以防止所有的EV群都取道辅助通道。这是一种形式的自行转换过程，在该过程中，一个或少量EV结构一次通入辅助通道，同时其它EV结构继续沿主通道前进。在任何情况下，图29-32中所示的那种分裂器都能有效地将来自单源作为单股流的EV形成多股流传播。此外，由于沿主通道和辅助通道在路径长度方面的差别不大，因而EV实际上是同时到达主通道和辅助通道的输出端的。因此，举例说，用单信号脉冲产生的且到达主通道和辅助通道交汇处的多个EV可能会分裂，有些EV沿各波导通道传播，以便在两处产生EV到达信号，若波导通道路径长度相同，则EV可能同时或几乎同时到达各通道的终端。

图33和34中的330显示了一种时延可调的分裂器，用于产生一对EV传播信号，该信号从单迸发的EV产生，但在规定的时间内到达一对位置，该规定时间可以基本相同或不同。时延分裂器330有一个介质基底332，介质基底332上粘结有三个镶嵌式的介质瓦片334、336和338。从图中可以看到类似图1、2或17中所示的那种尖顶阴极40，用以产生EV，使其沿基底332与两瓦片334和336顶边（如图33所示）的交线延伸的第一路径342传播。路径342，如图33中所示，还沿基底332与矩形瓦片338左边缘的交线向上延伸，再沿瓦片338的上部边缘沿伸，然后向下右边缘延伸。

第一瓦片334呈梯形，与呈三角形的第二瓦片336配合形成通道344，通道344将该两瓦片隔开，并与主通路342相交成锐角，形成辅助引导路径346的初始部分。

通常呈U字形的介质瓦片348可移动，并可相对于矩形瓦片338如图中双箭头E所示选定其位置，它有左分支350和右分支352，用以如图所示围绕矩形瓦片338的下部分延伸。辅助路径346如图33所示继续向下沿基底332与瓦片338的左边的90度交线（见图34），直到该路径到达瓦片分支350为止。可移动的左分支350有一个倾斜45度的下部内边缘354，如图34所示。因此辅助路径346（此辅助路径沿基底332与矩形瓦片338在通道344下方的交线走）就由基底与分支350的倾斜边缘的交线引导，因为对EV来说，比起瓦片338的边缘与基底332的90度相交，它更喜欢较受限制的相交。因此，EV路径346离开瓦片338沿着瓦片分支350走。应该理解的是，可动瓦片348可这样安置，使分支350处在通道344的出口，从而使辅助路径346沿着分支走而无需首先沿着瓦片338的左边缘走。辅助路径346前行至U形瓦片348的底面，然后经过瓦片底面移到右分支352，右分支352则沿其左边缘与基底332正交，如图34所示。但瓦片338的右下部边缘具有这样的特点，它以一个45度斜面356与基底332相交。因此EV沿瓦片分支352与基底332的交线向上移动（如图33所示），然后沿瓦片338与基底的倾斜相交处，再往上离开可动分支的端部。从图34中可以看到，对电极358处在基底332的下面，以提供增强路径342和346的引导效果所需要的电位，而当分裂器330具有产生EV用的阴极时，则提供产生EV所需要的电位。

从图33可以看到，矩形瓦片338的右边缘有两个发射器360和362，其末端呈尖锐边缘的介质延伸部分的形式。这样，沿瓦片338的右边缘的上部分与基底332的正交处移动的EV为发射器360与基底的交线所引导。但发射器360的横截面通常是三角形，如图33所示，这使发射器的右端形成尖锐边缘。EV会向前移动到基底332的平直衬底而不是绕过发射器360的尖角。发射器360前沿的形状是否正确很大程度上影响着EV的这个前行运动，因而该前沿必须尖而直，以免EV在不希望的角度发射。为进一步操纵EV，可由设在发射器360右侧的电极（图中未示出）提供外部场。

同样，发射器362的特点是朝向右端的尖锐边缘，因而沿瓦片338的右下部边缘与基底332的倾斜相交处移动的EV向右转，如图33所示，沿发射器362与基底之间的正交处移动，然后离开发射器在基底上移动。从发射器362出来的EV可由采用适当的电极（图中未示出）施加的外部场进一步进行控制。

主路径342是一个固定的路径，即它的长度只有一个，例如，从该路径与通道344的相交处至发射器360的长度。另一方面，辅助路径346的路径长度是可调的，例如，从通路344与主路径342的相交处至第二发射器362。路径长度的调节是通过U形构件348相对于矩形瓦片338的双箭头E所表示的运动实现的。介质构件348向下相对于瓦片338安置得越远（如图33所示），辅助路径长度346越长（同时分支350和352与瓦片338相应侧面的重叠部分就越短）。有选择地相对于瓦片338安置介质波导构件348，就可选定路径346的长度，这样就可以选择EV通过辅助路径346和到达第二发射器362所需要的时间。因此通过安置介质引导构件348可以选择例如由单脉冲所产生且沿着两条路径342和346行进的EV到达两发射器360和362的相对时间。

图33中所示的10毫米尺寸是可变分裂器的一般比例。应该理解的是，十分之一毫米或更小数量级的路径长度差异不难采用所述尺寸的可变分裂器达到。可利用任何适当的方法移动和有选择地安置可动引导构件348，例如，包括机械连接方法在内。必要时，当调节是用人工进行时，可利用诸如杠杆和/或传动装置等具有适当机械效益的微型操纵器或变换器来达到所希望的控制灵敏度。

应该理解的是，可改变引导路径342和346以适应任何用途。此外，各路径不必都延长至发射器360和362，但举例说，可继续通到另一些引导路径上，或其它元件，视乎是否恰当而定。

图35中的370例示了一种可变延时分裂器。分裂器370的结构和操作情况与分裂器330类似，因而这里不再详加介绍，只介绍其间的不同点。例如，固定引导路径372可与图33中的固定引导路径342相同，但分裂器370所提供的可变引导路径374是由可动引导构件376调节的（如双箭头F所示），可动引导构件376向右远伸，如图35中所示，在发射器378处终止，发射器378沿朝向与第一引导路径372的交点G的线而发射EV。这样，可以使EV同时或选定的不同时从两个不同的方向到达G点，这视乎可动波导构件376的位置而定。可设置象荧光屏380和382之类的证示板或其它EV检测器以接收分别沿主路径372和辅助路径374移动的EV。此外还可利用适当的阳极或对电极来增强或促进EV从发射器的运动。

一般说来，分裂器辅助通道在横向1尺寸上可以大于或小于或等于主通道。若辅助通道的横截面比主通道的大得多，则所有的EV可能沿辅助通道传播。辅助通道可以大至90°的任何锐角与主通导相交。各通道可以各种图形彼此分支，例如呈“Y”字形或“T”字形。在这类实例中，两个分支可以是大小相当的通道。此外，还可以利用多个辅助路径，从而可以从来自例如单源的单输入EV信号形成任意数目的输出信号。应该理解的是，分裂器也可制成与图29-35所示的那些不同的形式。举例说，分裂器可利用前面谈过的那种通常为管形的引导元件。

14.偏转开关

已经谈过，EV和EV链不仅可以采用引导元件使其在选定的方向上传播，而且引导元件还能改变引导路径，以便有选择地改变传播的方向。引导元件之所以能影响EV的传播方向是因为EV上的电荷力使EV被吸向介质引导元件表面，而且对电极所建立的场也将EV吸向介质引导表面。采用横向电场使其作用于EV实体的电荷，使它们偏转到所述选定的新方向，也可以影响EV和EV珠链的传播方向。偏转的程度取决于偏转场的大小以及场施加到EV实体上的时间。此外，偏转场还可以加入或除去，或调到不同的场强，以便有选择地偏转不同量的EV，或者当EV通过某一特定区时使其完全不偏转。当然，这里存在着双向作用，而偏转机构，无论它采取任何形式，都会受到EV通道所产生的反电压不希望有的反作用。

当EV沿引导路径（例如如前述的由引导沟槽提供的引导路径）时，EV的传播路径非常稳定，这不仅是由于因介质镜象电荷和对电极场引起的EV在其中通行的势阱，而且还由于介质沟槽沿两个以上横向建立的横向壁界所致。为了使所加的场能将沿某一引导通路移动的EV横向偏转到新的传播方向，在偏转方向上的引导约束作用应该小得足以允许在偏转场的作用下产生偏转。无论如何，要发生偏转的区域应不存在可能会干扰EV横向偏转的任何引导通道壁。通常，沿引导通道移动而且经历高度稳定传播路径的EV应使其暴露在偏转区较不稳定的路径上;所希望的偏转发生之后，EV可以再次进入例如沿引导通道稳定性较高的传播路径。有选择的余地时，EV可在现有的两个或多个偏转后传播路径中的一个路径行进。如此用以有选择地改变EV或EV串的传播方向的器件，举例说，就是偏转开关。

图36-38的390分别为偏转开关的顶视图、侧视图和端视图。EV偏转开关390是个单刀双投开关，它由介质基底392构成，介质基底392上分别装有单输入引导通道394以及第一和第二输出引导通道396和398。输入和输出通道394-398（图中看到的是彼此平行，但部梢允顾?们实际上彼此成任何角度）由转换或偏转区400连接起来，该区的深度与引导通道相同，但宽度一般较大。引导对电极402处在输入通道394下面，引导对电极404和406分别处在输出通道396和398下面，供施加适当的电压之用，以促进EV沿各自的引导路径传播。

两偏转电极408和410也安置在引导通道394-398和转换区400对面的基底392底侧，偏转器电极横向从部分处在转换区下面的位置向外延伸，以提供表面积较大的电极。因此处于偏转器左电极408上的正电荷和/或处于偏转器右电极410的负电荷可以使从输入引导通道394进入转换区400的EV向左偏转（从观测进入转换区的EV的观测点看起）。这样，EV的传播路径被迫转离输入引导通道394中通常为直线的路径。往偏转器电极408和/或410上加适当的电荷，就可以使EV路径偏转从而使EV进入EV可在其中继续传播的第一或左输出波导通道396中。不然的话，也可以将电荷处于偏转器板408和410中的其中一个或两个上使从输入通道394发射的EV的传播通道偏转，从而使EV进入第二或右边的输出通道398，EV即可沿输出通道398继续传播。

偏转开关是这样工作的：使EV从输入引导通道中稳定性较高的路径移入较不稳定区中，在该区中，通过施加偏转器场可有选择地使路径偏转，于是EV就可进入一个输出引导通道中，提供另一个稳定性较高的传播路径。从输入引导通道到转换区的转换应以不致在EV路径上形成瞬变状态的方式进行，否则会产生虚假的转换状态。可采用来自偏转了的EV的反馈以完全解除输入加载或耦合的影响。举例说，EV通过时，附近的任何电极会接收到电压反馈;反馈信号可通过适当的振幅可变的倒相器耦合传送到偏转板上。本领域的技术人员知道这是一种推挽式器件。对调引线的接法，就可用它提供交叉耦合。从图中可以看出，这个反馈电极412系安置在基底392上面，与左输出通道396毗邻，且通过适当的引线接到耦合电路413，耦合电路413的输出端则连接到左侧的偏转电极408上。类似的反馈电极414安置在基底上面，与右输出通道398毗邻，并连接到耦合电路415上，耦合电路415的输出端则连接到右侧的偏转电极410上。这样就可以实现负反馈或正反馈，以分别产生稳态或非稳态的，即双稳态的开关作用。还可以实现其它周知的反馈作用，各作用有不同的反馈线路。同样，滤波器可与反馈线路一起制造，举例说，以便根据电荷大小或其它参数限制EV往输出通道的转换。反馈线路采用接近光速工作的电磁元件大有好处，这样可以防止否则会使瞬变效应变差的延迟。一般说来，普通的电阻器、电容器和电感元件都能很好地与以0.1光速行进的EV配合工作。

图36-38所示的偏转开关390可用例如光刻法将引导路径和转换区刻蚀成熔凝的二氧化硅而制成。导电电极的淀积可采用真空蒸发法或溅射法进行。为了配合在大约1千伏下产生的EV工作，输入和输出引导通道的深度和宽度应为0.05毫米左右。加到偏转器电极上的偏转电压，视乎通过转换或偏转区的EV路径的稳定程度而定，可以在几十伏到几千伏的范围内。转换器区中EV路径的稳定程度取决于转换区的形状和长度以及对电极的构形。

为使开关的偏转灵敏度达到最佳程度，应使EV往下沿转换区中间部分的传播路径更加不稳定。举例说，偏转开关390的特点在于其转换引导部分400，转换引导部分400有侧壁416与输入通道的波导壁正交，标志着输入引导通道394的突然终止。这种突变的机械转变要求高的偏转电压以便有选择地在转换区内控制和偏转EV，因为EV只能在与所希望的偏转相反的方向上馈在转换引导区400的其中一个侧壁上。因此要将通过转换引导区400的EV转换到相对的壁上需要有高的偏转电压。

通过特别设计各电极（包括输入引导对电极402）的形状，可以使输入通道394至偏转引导区400的转换平缓，而且提高器件的偏转灵敏度。举例说，从图中可以看到，输入引导对电极402不是在输入引导通道394与中间转换区400的相交处终止，而是延续到锥形部分418上，部分在中间区延伸。因此偏转器电极408和410系截成与输入对电极402的锥形部分418平行。这种电气转换法使EV可以在干扰不大的情况下从输入引导通道394移到中间引导区400中，即在没有偏转器场存在，传播路径的变化不显著的情况下，从而提高了偏转灵敏度。一般说来，不用对电极是不易预测EV的传播路径的。

如图所示，中间区400分别在第一和第二输出引导通道396和398之间形成一V形薄壁420。中间引导区侧壁这部分420的形状对在中间区中EV路径稳定性的控制所起的影响是不大的。

不然也可以獷V引入中间转换区中，使其可以在低干扰情况下偏转，同时采用机械设计使EV从输入引导通道的影响区逐渐过渡到中间引导区。举例说，这种偏转开关可具有这样的特点：它具有在厚度或深度方向上倾斜的一输入引导沟槽，同时配备有一输入引导对电极，这种对电极举例说可以具有较陡的末端，甚至可以划分成方格。举例说，作为这种机械设计的一个例子，图37的剖视图显示了关于输入通道394的一个倾斜顶表面422。输入引导通道在EV朝偏转区前进时引导EV的作用是逐步消失的，因而解决了在无偏转器场时，EV的传播路径在干扰不大的情况下在两个区之间的转移，同时提供较高的偏转灵敏度。应该理解的是，刻蚀法通常在各表面端部形成的是倾斜的边缘，而不是陡峭的划成方格的边缘。这种自然形成的刻蚀斜边可加以扩大以制取如图37中的422所示的斜边。

防止电荷聚集更为稳定的方法是在偏转器各电极上采用低电阻涂层，并将这些电极安置在转换区400内（而不是转换区下面）的上部表面。这样，EV路径通常会横过偏电器电极。采用这种偏转法可防止介质冲电。

15.EV示波器

EV或EV珠链之所以能在真空中横过某一表面无规则移动可能是由于局部场和表面干扰引起的。这种运动伴随有电子从EV的排出过程，因此其路径用电子图象系统观察时是可以看到的，或者伴随有所排出的电子冲击附近的荧光材料，从而发出可见光。通过利用场成形构件，如偏转电极，来施加电场以控制EV的路径，则可以显示出EV的路径，因而显示其光学图象，由此描出所加电压随时间变化的函数曲线，这就是示波器的功能。这可通过扩充图36-38的EV开关390的稳定和偏转法的性能来实现。

图39是的424例示了平面式EV示波器。示波器427有一个介质衬底或基底426，其特点在于，EV输入引导通道428通到形式与图36中的偏转开关390的转换区400一样的展开式转换或偏转区430。如图所示，引导对电极432处在引导沟槽428下面，但终止在偏转区430下面的延伸斜面上。偏转区430的前壁434与输入通道428成90度。因此锥形的对电极432和偏转区壁434相对于输入通道428的结构，两者结合起来使从输入通道进入偏转区的EV或EV链的稳定性达到最大限度，这与前面有关偏转开关390的论述一样。

如图所示，衬底426下面设有偏转器电极436和438，以便有选择地施加信号，从而影响EV横过某一选定区（偏转区430用虚线H表示的有效面积）的移动。转换区430的整个内部区域可涂上电阻性材料，以抑制表面电荷，并起终端连接器的作用，供传输线给偏转电极436和438馈送偏转信号之用。偏转区430的底部表面应光滑，以防局部形成可能招致EV偏转的无意识的局部结构。EV或EV链通常会在有效面积H和偏转区430以外传播，最后可能为收集阳极（图中未示出）所捕获。

图40是EV示波器424的端视图，从图中可以看到附加的荧光屏440。荧光屏440应起码安置在整个有效面积H上，但可延伸到整个转换区430，或甚至整个衬底426上。从EV或EV链发射出在所加偏转场的影响下移动的电子与荧光材料440相互作用而发光。设置的光学显微镜442用以接收从荧光材料440发出的光，供放大和观察之用。这种结构也可采用增光电视摄象机来代替光学显微镜。观测系统，无论是显微镜或电视摄象机，其放大倍数应足以显示若干微米大小大致相当于一个EV大小的物体。应用电视监控器观测示波器的工作情况，既可提高灵敏度，又具有简易的记录能力。此外，电子摄象机（这以后在第十六节中即将介绍）可用以直接观测在转换区430或甚至在空间中移动的EV。

任何能适应往引导器件中进行发射的EV源都可与EV示波器424配用。认为恰当时，还可采用分离器或选择器来提供进入示波器引导通道428的理想EV或EV链。一般说来，用以获取示波器424的EV的形成和发射电压可在200伏和2千伏之间的范围，这视乎所应用的结构的大小而定。象在图36-38的偏转器开关390的情况下，引导通道428（例如其长度）和对电极432以及偏转区430的设计应能提供射入偏转区430经过稳定的EV而不致锁在偏转区的侧壁上。示波器424实际上部分作为具有许多由加到偏转器电极436和438上的电压确定的输出状态的模拟式开关。

EV移出引导通道428外并横过偏转区430的速度，配合如由光学显微镜、电视系统或电子摄象机所提供图象放大倍数而表示示波器424的水平扫描率，而采用偏转器电极436和438正交施加到该运动的电场则显示出垂直轴。所产生的EV的运动并不是施加到偏转电极436和438上的电位的真实函数，而是该函数的积分。

在采用示波器424进行分析的情况下，EV轨迹与电气过程的同步化可以在显示该过程稍前一点的时间产生EV来进行，通常示波器都是这样做的。示波器424的灵敏度和扫描速率可加以调节，方法是从几何条件方面改变整个器件，或起码在较长的扫描时间内观察EV在扩展的有效面积H中较长时间的运动情况。一般说来，两偏转器电极436和438的各最近点之间的距离可在大约1毫米的范围，所施加的信号频率则可采用100千兆赫的数量级。显示器的电压范围是通过将信号加到偏转电极436和438之前选定该信号的某一特定衰减确定的。由于EV的体积小，速度较高，因而EV示波器的带宽较大。当转换时间在0.1微微秒的范围时可分析出单个过程的波形。这种快速示波器是分析用EV获取的高速效应的有效工具。对如此宽的带宽（这对“微微示波器”（Picoscope）来说是可能的），有必要将信号输入线路中所用的衰减器补偿到偏转电极436和438上。制造EV示波器时采用微型结构可以避免过量的信号时延。示波器424和任何有关电器应尽量靠近待测量的过程而进行操作，以防在耦合传输线中的耗散现象。在EV示波器范围的许多工作中，示波器实际上可嵌入信号发生区内。微微示波器实质上变成了一个“片式示波器”（chipscope），实际上看做是可随意使用的器件。

16.电子摄象机

前面已经谈过，电子摄象机可用以观测规EV示波器（象图39和40的微微示波器424）上移动的EV所发射的电子。这种电子摄象机一般如图41和42中的450所示。摄象机450具有一金属外壳452，作为电屏蔽防止杂散场，不然的话，杂散场会影响在外壳中对电荷的控制。针形小孔454是作为通往外壳452的入口，使电子、离子、中性粒子或光子可以进入外壳中，同时，举例说，有助于筛出杂散电荷。摄象机450一般的比例尺度如图42中25毫米的尺寸所示。小孔454的横向尺寸一般约为50微米。

外壳452中配置有一对偏转器板456和458，因而进入小孔454中的带电粒子通常都朝向两偏转板之间。端子460和464分别从偏转板456和458延伸出去，穿过外壳壁452，分别借助于绝缘轴462和466与外壳壁绝缘。横越小孔454对面的外壳452端部安置着复合通道电子倍增器（CEM）和荧光屏468。带电粒子冲击CEM，于是CEM产生串级效应，产生电荷在荧光屏上的加强冲击，由此发光，以光的形式在CEM上与荧光屏上的光点相对的位置上发出原冲击的信号。这种CEM和荧光屏组合体468的结构和工作情况是众所周知的，因而这里不进一步详细介绍。

外壳452在荧光屏处是敞开着的，除了若有可能加上一个导电薄膜以完善外壳所起的屏蔽作用，但不致妨碍光线从荧光屏的发射，以便可从外壳外面观测。虽然图中没有表示出来，但CEM和荧光屏468是配备有适当的引线接头，所选定的电压即可与外壳452可能所设定的电压分开加到这些引线接头上，CEM与荧光屏之间的电位差也可借助这些引线接头产生。一般说来，CEM与荧光屏之间的电位差为5千伏，CEM的增益则单独通过其电位的设定加以调节。通常，摄象机450的各种元件，包括外壳452，可设定在两种极性中的任何一个极性和任何电位上，起码达5千伏。

摄象机450除容许往其外壳452、CEM和荧光屏468以及电极456和468上施加各种电压外，还可以安装得能完成某选定动作，并把它相对于所要观测的任何物体进行定位。因此，举例说，有时可能适宜于将摄影机纵向和/或侧向移动，或将摄影机绕其任何轴线轴动。

进入小孔454的带电粒子，如电子，可撞冲CEM468上的任何点，结果在荧光屏上产生亮点，这可以看作是某一过程的迹象。配置的偏转板456和458是用以例如进行电荷或能量分析，或其它测量。降低电位法，例如应用CEM上的电压，也可在分析中采用。这类分析方法是众所周知的，因而这里无需详述。

针孔摄象机450具有各种各样的用途，举例说，与EV一起使用。在图41中，EV源470和阳极472系安置在摄象机小孔454前面，以便从EV源引出EV，并将其通过引出阳极中的一个小孔。EV会围绕小孔454撞击摄影机450正面，小孔454则可以处在一个钼板中。带小孔454的板前可设一个黄铜环（图中未示出），以接收EV并防止它们撞击摄象机450的表面。横跨小孔454可设一个金属薄片作为靶。在另一种这类布局方式中，EV源470和引出器472的组合体可安置成相对于摄象机450不同的角度取向，例如相对于图41中所示的配置方式成90度，使所产生的EV通过摄象机小孔454，从而使一些从通过的EV发射出来的电子可进入摄影机小孔中，供观察EV的传播情况。

图43举例说明了摄象机450如何与EV示波器（例如图39的微微示波器424）在一起使用的情况。如图43所示，摄象机450可安置得面对示波器424的有效面积H，同时摄影机小孔离示波器一短距离，使自EV发射用以跟踪示波器有效面积上的信号的电子可通过摄象机小孔进入摄象机中并为CEM和荧光屏所检测。使用这种摄影机时，偏转板456和458可保持在例如地电位上，CEM则保持在足以加速EV所射出的电子使其撞击CEM的电压。从图43可以看到，电视摄象机474的透镜系统面向摄象机450的光输出端。如图所示，CEM和荧光屏组合体已在摄象机450中提供大致为5倍的放大倍数。采用电视装置可以提高电子摄象机450和电视摄象机474组合体的总放大倍数。

图44还显示了电子摄象机450的另一种应用，这里是与第二个电子摄象机450′一起使用，安置成使得两摄影机的纵向轴线彼此垂直，且处在一个平面上。这样就可以在三维空间内测定出例如通过两摄象机正面的EV的位置。如图所示，摄象机450和450′系分别沿XYZ直角坐标系的X轴和Y轴而定位，各摄象机都“往后看”坐标系统原点。两组偏转电极（包括沿X轴彼此处在相对位置的电极476和478及沿垂直于第一对电极476和478的取向轴线的线，即沿Y轴，也是彼此在相对位置的电极480和482）可以如图示那样安置，以便有选择地使EV在摄象机450和450′的合成视野内偏转。电极476-482可以是比方说直径在0.5毫米数量级的细金属丝，使分别离摄象机450和450′最近的金属丝478和482可以安置在各摄象机前面而不致挡住摄象机的视线，即摄象机“巡视”着各金属丝电极。接到电极476-482的适当引线可用以使各电极设定在所希望的电位。这样，如前面第15节中有关EV示波器的讨论中所谈过的那样，可制造出一种以三维方式工作的EV示波器，并将其与两台电子摄象机一起使用。

图44还例示了用例如沿Z轴安置的第三个电子摄象机450″，以便分别与X和Y摄象机450和450′配合使用来进一步以三维方式观察EV的性能。场电极484和486系沿Z轴上设置，供在该方向上偏转EV之用。

可沿同一条线上配置两个电子摄影机，象图44所示的摄影机450″和450′′′那样彼此沿Z轴面对面配置，以进行例如电子的多普勒能量分析。

和第15节的微微示波器的情况一样，举例说，可利用任何这里所公开的EV控制元件的适当EV源将EV引入图44所示的摄象机的任何布置方式的视场。

17.多电极源

前面谈过的分离器、选择器和发射器都是多电极源或EV发生器的各种形式，如前面说过的那样，是为专门用途而设计的;就是说，这些器件除具有一个阴极和单个阳极，或对电极外，还具有多个电极，供产生EV之用。多电极器件还可用于其它用途。在某些用途中，可能需要在维持固定的阴极和阳极间电位差以产生EV的同时仍然有选择地对EV的产生实行控制。这可通过加入一个控制电极以制成三极器件来实现。图45的490是三极源的一种形式。三极器件490是在介质基底492上制成的，其特点是有一个细长的引导沟槽494，其中装有一平面阴极496。阳极或对电极498系安置在基底492与阴极496相反的一侧，但比起阳极498在纵向上离阴极的端部较近。实际上，控制电极500系安置在阴极496与阳极498之间，因而控制电极的电压可以较大地影响形成EV的阴极发射端的电场。

在阴极496和阳极498上加有固定电位的情况下，通过往控制电极500上通以正脉冲就可以在阴极上产生EV。在阴极上进行场致发射这个引发产生EV的过程是有一个准确的阈值的。因此要产生EV，可往控制电极500加一个偏置电压连同电压幅度适中的脉冲信号。在这种情况下，没有直流电流从控制电极500上引出，但有大的交流电流和脉冲信号同时存在。

三极源是通过将阴极发射强度提高到产生EV所需的临界点而工作的。在三极源中，控制电极500与源490输出之间通常是会发生某些相互作用的。控制电极500必须被强激励得足以迫使发生第一个EV和以后的EV，因为强劲的反馈作用具有抑制EV的产生的倾向。一般在高频下的反馈能降低发生器的增益，从而不能使控制电极提高到足以使以后的EV产生所需的正电位。举例说，当控制极电压正往正的方向提高以便在阴极496引发产生EV时，控制电极和阳极498的组合的电容由于EV的存在和控制电极电压的增加而增加。当开始形成第一个EV时，控制电压的作用因空间电荷而下降。当EV离开控制电极500上方的区域趋近阳极498上方的区域时，有电压耦合到控制电极上，该耦合电压随阳极的瞬时电位而定，且阻止为使以后EV产生所需要的控制电极电位上升。这种耦合可通过装设又另一个电极以制成四极器件来减少。

图46-48中的510显示了平面四极源。介质基底512的特点是具有一个引导沟槽514，里面装有一个平面阴极516。在基底512与阴极516的相反一侧，朝基底512的另一端有一个阳极或对电极518。控制电极520，与图45中所示的控制电极500类似，系安置在基底512与阴极516的相反一侧，横过引导沟槽514下面，位于阳极518的纵向位置和阴极的纵向位置之间。因此，即使阴极和阳极的电位保持恒定，也可以对控制电极520加上偏压并通上脉冲以便从阴极516上产生EV，如介绍有关图45中的三极源490时的情况一样。

反馈电极522也安置在基底512与阴极516相反的一侧。反馈电极522安置的位置离阳极518近得足以减少控制电极520与阳极之间的耦合。此外，参看图46就不准理解，反馈电极522部分伸入阳极518侧面的凹口524，使得阳极部分防护着反馈电极，使其免受控制电极520的影响，从而使控制电极与反馈电极之间不利的耦合减少到最低程度。

图46-48中所示的四极源可用微平版印刷薄膜技术进行制造。EV引导沟槽514的宽度可以在大约1毫米至大约20微米的范围;因此可用光平版印刷方法或电子平版印刷方法制造四极器件。一般说来，介质基底512可用氧化铝制成，各种电极可用钼导电材料制成。其它可选用的材料还有，金刚石般的碳作为介质，碳化钛或石墨作为导体。一般说来，任何稳定的介质材料和稳定的金属导体材料都可加以采用。阴极516，象前面谈过的那样，可用液体金属润湿。但在小构件处于热平衡的情况下，迁徙性金属具有可能杂散到阴极516以外的地方从而使电极的结构发生变化的危险。或者，与其依靠金属润湿以恢复阴极边缘来产生EV，倒不如令平面阴极516的端部变尖，使其有一个能在EV形成过程中促进场致发射电子的产生的尖顶。象这里所列举的三极器件490和四极器件510的多电极源可在真空中工作，或在选定的气体压力下工作，如前面有关其它器件所论述的那样。

在第21节有关场致发射源中将更详细论述多电极源，其中操作线路就表示四极源。

上面介绍的三极器件，包括分离器、选择器和发射器，也可以四极器件的形式提供。尽管这里举例说明和介绍的是一些多电极发生器，但其它采用两个以上的电极、用于各种用途且为一系列目的的器件也可适用于EV技术。一般说来，控制电子管用的技术也可有效地应用于EV发生或控制器件中。

18.无电极源

图49中的530表示另一种类型的EV发生器。通常是细长的介质外壳532的特点在于，它有三个电极534、536和538，固定在外壳的外表面。两电极534和538安置在外壳538的相对两端，可以看到中间电极536安置在从电极534至电极538的距离的三分之一处。端部电极538是一个引出电极，用以在EV形成之后控制EV之用。其余的电极534和536则用以形成EV。中间电极536呈环状电极，围绕着外壳532。在例示的特定实施例中，环形电极536系安置在一个缩颈的外部结构中，内部小孔即以该缩颈为界将外壳532分隔成形成室542（图49中看到的是在左边）和利用或工作室544（图49中看到的是在右边）。同样，端部电极534位于外壳532端部的凹口所形成的凹陷处。因此中间电极536呈截头圆锥形，端部电极534呈圆锥形，引出电极则呈平面形。电极534和536分别所在的凹口和缩颈并不是形成EV所必需的，但具有其它用途，下面即将谈到。虽然图中所示工作室544的长度约为形成室542的2倍，但实际上是可取任意长度的。

当双极电能，如射频能，分别加到装在内部充气的介质外壳532上的第一和第二电极534和536上时，尽管各外部金属电极都隔离起来不致在内部产生放电，但是形成室542中还是有EV形成。虽然被隔离的第一电极534看来是“虚阴极”，但还是利用阴极来产生EV。这种“无电极”或隔离阴极式的EV产生最好是在某些情况下进行，例如，存在因高电压放电产生EV所引起的溅射有可能损坏电极的危险情况。

象间距、气体压力和电压之类的一组给定的参数，当内部气体的原子序数高，放电过程对产生和引导EV特别有效（例如，象论述气体和光引导器件时所谈到的那样）。举例说，假设间距、压力和电压诸条件保持不变，则在有效性的范围中，氩气列为较低，氪气较有效，氙气则是三者中最有效的一个。

EV通过外壳532中的气体时产生离子流光，如早先谈过的那样，在自由气逯锌雌鹄词且淮思付恋南撸蚋皆谕饪潜谏稀Ｒ桓龌蚨喔鯡V可能会沿着早先传播的EV所产生的离子流光行进。这一系列的第一个EV在电荷不平衡的情况下传播;沿系列第一EV所建立的同一个离子层通过的以后的EV则是在保持电荷平衡的情况下传播。随着多个EV沿同一个流光的传播，离子层的厚度增加。

在两形成电极534和536之间的峰值电压为3千伏，氙气的内压力为0.1大气压下工作时，介质外壳532一般可由氧化铝制成，内部横向厚度约为0.25毫米。在这些参数的条件下，形成电极534和536之间的间距应约为1毫米。制造电极534-538时可将介质喷镀以银。

第一电极534的截头圆锥形状具有稳定EV形成的位置的倾向。在仍然是上述参数的情况下，环形缩颈形成的小孔540约为5×10毫米。当应用适当的泵唧作用借助于气体压力传送管路（图中未示出）产生压力差时，小孔540允许在形成室542与工作室544之间小孔相对两侧的不同压力下工作。举例说，降低工作室中的气体压为可以降低流光的引导作用，从而更易于选择性地操纵EV。在工作或负载室中的EV可以通过往引出电极538上和例如其它外电极（未示出）上施加可调幅度或定时的电位加以控制，以达到有效操纵EV的目的。泵唧速率给定时，在小孔直径较小的情况下，可在小孔540的相对两侧保持较大的压力差。小孔直径可减小到大约2.5×10毫米而使EV仍然通过其中。若工作室中的气体压力足够低，则EV会在不产生可见的流光的情况下作为“黑色的”EV传播。此外，可以制造形成电极534和536间距较小的无电极源，从而可以在所加电压低到几百状的情况下产生EV。而且，无电极源可以是平面式的。

19.行波元件

象图49的源530所提供的在介质外壳中产生的EV，它的用途之一是用在行波电路中，特别是用在行波管中。这种器件提供了例如将能量从EV转换到普通电气线路的良好耦合方法。通常，用本说明书所介绍的任何引导、发生或发射器件所控制的EV流是可以耦合供这种能量转换用的。举例说，图50中所示的行波管50有一个发射器（通常为图25所示的那一种）或阴极552，用以在圆柱形对称的EV引导管554内发射或产生EV，引导管554的另一侧有一个阳极或收集电极556。从图中可以看到对电极接地平面558在引导管554外面并沿着引导管554配置，且可以部分外接引导管。接地平面558不可完全外接管554，因为这种结构会挡住电磁辐射信号使其不能传出管外。在引导管554的两端设有适当的装配和密封配件560和562，分别用以在引导管544的相同两端安置发射器或阴极552和阴极556之用。

引导管554上绕有螺旋导线564，通常在发射器552和阳极556之间延伸，或只是重叠在发射器552和阳极556上。螺旋导线564终端接负荷566，负荷566表示任何适当的用途，但必须与螺旋导线的阻抗匹配，以便将反射作用减少到最低限度。脉冲输入信号可通过任选的输入限流电阻器568馈到发射器或阴极552上。若在某给定的用途中输入电阻器568功耗太大则可加以删除。在螺旋导线564中没有消耗掉的能量在阳极556和集流电阻器上收集进入地中。输出端子572供连通适当的检测器之用，例如示波器，供监视波形之用。

EV的速度一般为光速的0.1，或稍大一点，这种速度范围可与螺旋线构件和螺旋形延迟线构件所能达到的时延范围匹配。举例说，在螺旋线具有这种结构，其延时达到约16毫微秒，螺旋阻抗约200欧的情况下，螺旋线546的长度和EV路径从发射器或阴极552至阳极556的长度可约为30厘米。螺旋线564的阻抗和延迟部分受与接地平面558的容性耦合所影响。玻璃或陶瓷管554的内径约为1毫米或小于1毫米，外径则约为3毫米。在氙气压力为10^-2乇的情况下，EV可在1千伏电压（主要由发射源确定）下发射，以便从螺旋线564达到例如若干千伏的输出脉冲。

举例说，用水银润湿的铜丝作为阴极来代替发射器552，氙气压力约为10^-2乇，600毫微秒宽，1千伏的输入脉冲电压以100脉冲/秒的激发速率（firing rate）加到1500欧输入电阻器568上，且阳极电压为零，靶负荷570为50欧的情况下，在200欧延迟线564上可达到-2千伏的输出电压，而输入到靶556上的输出电压为-60伏。在管554中产生淡紫色辉光，而当输入正电压加到阳极556上时，在最后一厘米长的EV刚要撞击阳极之前可以看到EV流光。螺旋线564中所产生的波形是气体压力的函数。通常，在上述诸参数的情况下会产生宽度约为16毫微秒的负尖脉冲，紧接着是一个平顶脉冲，其宽度与气体压力成线性关系，可使间从气体压力最小最佳情况下实质上的零值到1毫秒长的范围内变化。气体压力值如此之高时，可降低输入脉冲的重复率，以便可以清除管中各脉冲之间的离子以提供长的输出脉冲。负脉冲的幅度随气体压力的下降而增加。在最小的气体压力下，只获得约16毫微秒的负尖脉冲。

平面行波电路如图51中的580所示，可采用有关材料的薄膜用平版印刷术制造。介质基底582包括具有一个收集极或阳极586的引导通道584。EV由图51中引导槽584左端的发射器或其它适当器件输入，采用基底582与沟槽相反一侧上的对电极（图中看不到）进一步将EV维持在引导槽中。

弯曲导体588安置在基底582的底侧，如图所示处在引导的沟槽584下面，而且按需要令其终止于一个负荷电阻器或其它类型负荷590上。当EV发射入沟槽584中且沿沟槽引导时，EV的能量被转移到弯曲导体588上并传送到负荷590上。其余的EV在阳极586处被吸收，阳极586则可以连接到一个接地电阻器、检测器或其它负荷上。虽然图中没有示出，但最好在弯曲导体下面设一个对电极，用一个介质层隔离，使线路的阻抗达到合理的程度，并减少辐射，此外在沟槽与弯曲导体之间也设介质层或隔离层。

除将导体588安置在基底582底下与引导槽584相对之外，也可用介质将沟槽盖住，并将象588那样的弯曲导体放在介质盖上，覆盖在沟槽的上面。如果不用这类介质复盖层将沟槽584与上面的导体隔开，则应在基底584下侧引导槽下面设一个对电极，以防EV移入弯曲导体中。在这种配置方式下，在EV沿着引导槽584中往下传播过程中所发射出的电子就可在弯曲导体上收集作为附加的能量加以输送。

这样，如图50和51中所示的行波管或线路提供了一种将EV能转换成可用普通电气线路传送的能量的方法。用这种技术，从微波区到可见光区的电磁辐射就可由EV脉冲产生并通过有选择地调节传输线路的诸参数和EV产生的能量耦合到普通电气线路上。

20.脉冲发生器

EV的特点在于，大的负电荷集中在一个小体积中，并以较高的速度移动，因此EV或EV链可用以产生高电压速升和速降的脉冲。举例说，本说明书所介绍的用以产生EV的任何器件都可与象图26或图27中所示的那种选择器一起使用，以获取所希望的电荷结构，以便在捕获电极上提供EV，从而将EV的高电荷密度转变成具有所希望的总脉冲形状的电磁脉冲。当含有10个元电荷且以0.1光速移动的1微米EV珠子在设计成所希望的带宽的电极系统所捕获时，可以获得快到大约10^-14秒的转换或脉冲上升速率。所产生的电压取决于EV捕获电路的阻抗，但通常是在若干千伏的范围内。

图52中的600显示了一个脉冲发生器，该脉冲发生器有一个圆柱形对称的选择器602。用导电材料润湿的锥形尖顶的阴极604安置在分离器介质基底606中，且面向其上的小孔608。发生阳极610覆盖介质基底606的外部，引出电极612则安置在基底小孔前面一短距离处。呈普通圆柱形的导电屏蔽614通常外接分离器602，且由介质材料制成的盘616封闭，引出电极612就装设在盘616上。呈圆环状的导电金属覆盖层在盘616面对屏蔽614的一面上形成导电端子618，且与屏蔽形成电接触。电阻器覆盖层所形成的负荷电阻620覆盖着引出电极612与环形导体618之间的环形表面积，因而分离器602几乎是完全为屏蔽所包围，以限制杂散电场，并有助于形成电感最小的电流通路。脉冲发生器的整个大小约为0.5厘米。

介质盘616（也示于图53中）的外侧实际上是内侧的镜象，其特点是，有一个圆形的输出电极622，它通过电阻性涂层626连接到圆环形电极624上，外电极622和624的形状和尺寸大致上分别与内电极612和618的相同。因此输出电极622容性耦合到引出电极612上，从而使引出电极捕获EV或EV链的较高电荷的在输出电极上产生相应高的负电荷。

要引发EV的产生，可以在借助于通过屏蔽614中适当孔口632的端子630，使阳极610保持接地或较小正电位的情况下，通过输入端子628往阴极604上加适当的负脉冲。更为正的引出电压系通过端子634加到引出电极612上的，端子614则经由屏蔽614通过导电环618和内电阻器复盖层620连接到引出电极上。当EV产生并离开选择器602且为引出电极612所捕获时，引出电极的电位迅速下降，而当EV电荷通过电阻器覆盖层620和屏蔽614以及最终通过端子634消散时，引出电极的电位上升。加到引出电极612上的引出电压是可调节的，因而只有部分EV可从选择器引出，以提供所希望的输出脉冲。通过端子636可将偏置电压加到输出电板622上，端子636连接环形导体624，且最后通缱杵鞲哺遣?26连接到输出电极上。

通常，对于快脉冲时间，可采用各种线路元件之间距离最小的小型低电抗组件。EV从选择器602到引出电极612的前进距离以及EV的电荷确定输出电极622上负脉冲的上升时间。负载电阻器620的RC常数或电阻值确定脉冲的下降时间。举例说，升降时间最小值为10^-13秒的输出脉冲可用最大外径约为0.5厘米的“微微脉冲发生器”600付诸实施。负载电阻器620一般起码约为10^-4欧（可以是10^-3欧），并可利用涂敷在介质盘616表面的薄金属涂层而达到该阻值，介质盘616可以是举例说陶瓷制成的。可采用类似的电阻性涂层作为电阻器626进行输出耦合和起旁路电容器的作用。输出电阻器626确定着例如负荷上的偏压。当在输出端引出直流电流时，可通过改变输出电阻覆盖层626来调节输出脉冲后沿持续时间，较长的脉冲后沿持续时间则通过例如应用烧制厚膜制造技术来增加覆盖层的电阻值。适当注意金属导电覆盖层环618和624的修整加工，可以获取供各种电压偏置用的高达8千伏的工作电压。通过有选择地改变加到端子636上的负载电路中的衰减系数可以调节输出脉冲的电平。

这样，微微脉冲发生器提供了一种通过先产生EV或EV链而获取极快而大的电压脉冲的方法。为获取最佳特性，脉冲发生器600应在真空中操作。

21、场致发射源

要能产生EV，主要要求能将极高未经补偿的电子电荷快速集中到一个小体积中。这样的操作意味着必须把发射过程与快速的转换过程结合起来。在前面介绍过的各种气体EV发生器中，转换过程是通过气体电离的非线性作用，可能的话是通过一些电子锤效应而形成的。即使采用经液体金属润湿过的阴极的发生源，只要基本的场致发射过程一经通过热蒸发和离子轰击从阴极区释放出金属蒸汽，气体转换过程就起作用。将所有的气体和迁移性物质从EV发生系统中清除掉可以实现纯场致发射产生EV。要实现这种场致发射生产EV，场致发射体应配有且与之耦合的快速开关，使发射过程可以起动，然后在用电子传导法将发射体加热到蒸发温度之前再使发射过程停下来。因此，EV是由在其它场致发射器件通常所用的发射密度区以外工作的场致发射阴极产生的，办法是对发射体极其快速地通以脉冲然后断开，即要快于阴极的热时间常数，从而避免发射体因热而破坏。鉴于发射体的热时间常数一般都小于1微微秒，因而几百伏电压范围的电位所要求的短转换时间可采用EV驱动的开关器件（例如图52和53所示的脉冲发生器600）来实现。

图54显示了场致发射EV源650，其结构和作用与图52和53的脉冲发生器600类似，只是场致发射源的脉冲输出电极652有一个尖顶的发射体654，发射体654从原先是盘形的电极上突出。适当的电压脉冲信号加到分离器660的阴极656和阴极658上以产生EV，选定的引出电压则加到引出电极662上以便将EV吸引到它上面。EV在引出电极662上被捕获，使输出电极652上产生快速上升的负脉冲，从而使大电场集中在发射体654的尖端。在发射体654尖端所得出的场效应使得在场致发射源处于真空中工作的情况下的纯场致发射产生一个或多个EV。在输出电极652上的产生EV的负脉冲的下降时间也应短，使该脉冲在发射器654在该脉冲下降过程中被损坏之前截断该脉冲。在盘666的引出电极一侧上的电阻器覆盖层664可以为10^-2欧左右，场致发射体一侧的电阻器覆盖层668可以为10⁶欧左右。举例说，图15中所示的通常为圆柱形结构的EV引导器件670系安置成用以接收从发射体654发射的EV，并将它们利用于任何所希望的负荷上。

场致发射发生器650可用以产生EV同时检测场致发射阴极654的损坏，以使形成过程达到最理想的程度，使损坏减少到最低的程度。可适当设置荧光屏或证示板（图中未示出），以接收在发射体654上所形成的EV。关掉微微脉冲发生器，并通过引线672加上偏压，以便将直流电压加到发射体654上，从而从那里引出直流场致发射。虽然加到引线672上的偏压通常为负，但若来自阴极656的EV是由高于2千伏的电压产生的，则也可以为正。于是在毗邻的荧光屏或证示板上的发射图形就可结合加到发射体654的直流偏压和电流值进行分析，以便在EV产生之后马上测定阴极的半径、结晶状态和其它形态特性等。这些场致发射表面的分析方法是众所周知的。

驱动场致发射体654用的微微脉冲发生器的峰值电压可通过引线672改变偏压的大小以补偿加到阴极656的脉冲电压来确定。这样，场致发射体654系作为极高速的检波器或检测器使用，以测定阴极654的脉冲峰值。为测定所产生的EV的特性，可在安置于发射体654前面的一个阳极（图中未示出）前面设一光滑的金属薄膜或金属薄片，并连接到该阳极上，作为证示板。当系统是在大约2千伏下工作时，发射体654与这种阳极之间宽达1毫米的间距可在真空中采用。EV在证示板上留下的撞击标志可在扫描电子显微镜中加以分析，以确定所形成的EV珠子的数目以及它们到达的方式。许多高速率效应可用图54的发生器650加以研究。若从脉冲发生器的输出保持在低电压且采用灵敏的检测器检测来自场致发射体654的发射，则有可能利用场致发射体高速检波的能力借助于替代法有效地测定脉冲极短的电压幅度。通过引线672所加的电压是用以代替脉冲电压的。

在高电平脉冲电压下，一直深入到通常认为是场致发射体的空间电荷饱和区，发射体654产生与EV相似的成束电子，这可从毗邻的证示板上检测出来。这些小EV对象专用计算机那样采用电荷进行控制的应用可能非常有用。

图54所示的场致发射发生器650是可利用较大的元件达到必要的转换速率，以取得纯场致发射产生EV的其中一个方法的实例。在实际应用中，可能希望能用兼容性微型元件的完整体系来制造开关和发射器件。此外，考虑到所要求的小型化和较高的电压，根据较纯场致发射形成的利用和产生EV的更实用器件是可以用微加工技术制造的。

图55显示了采用薄膜技术来制造通过场致发射无需依靠可能会使高速操作复杂化的外部EV发生器或大体积元件来生产EV的整个系统的微型电路。这里，转换过程是通过与EV发生器中的热过程相一致的时标下的反馈进行的，就是说，转换速率等于或最好快于热时间常数和热过程。为防止阴极损坏，需要在少于1微微秒的时间接通和断开发射器。

图55中的场致发射源680与图46-48的四极源510在结构上类似。因此介质基底682的特点是有一个细长沟槽684，其横截面通常为矩形，沟槽684中设有线阳极源686，阴极源686工作时无需用金属涂料润湿。对电极688系安置在基底682与沟槽684相反的一面，并朝向基底与阴极686相对的一端。对电极688处在部分引导沟槽684下面。控制电极690也与对电极688安置在基底682上相同一面上，从基底的一侧边缘延伸到处在穿过阴极686的一端与对电极688的一端之间的引导沟槽下面的位置。反馈电极692也安置在基底682与阴极686相反的一面，且横向延伸横过基底下面朝向对电极688离阴极较近的一端。反馈电极692的一个分支694沿对电极688的一个凹处696延伸，从而反馈电极在EV沿引导沟槽684传播的过程中与所产生的EV相互作用，通常是在电极分支694的长度上。

图56显示了图55的场致发射源680及其有关的用以用场致发射产生EV的器件的电路图700。储能器件702连接到阴极686上，并通过引线704施加有适当的负电位。无源能源702可以是一个电容器或是一条延迟线，例如象氢闸流管脉冲雷达系统中所用的那一种，带有电阻器或导体馈电系统。生成能源702工作时，当通过改变控制电极690上的电位进行放电时，一般发出1微微秒的负脉冲。不然的话，可用阴极686与对电极688之间加一恒定电位。

空气芯倒相脉冲变压器706是通过引线708借助于触发脉冲有选择地运行，以便将通过引线710所提供的正控制偏压加到控制电极690，以在阴极686上起动场致发射产生EV。在清除触发脉冲之后且一直到储存在电源702中的能量已经耗尽以前，维持发射所需用的反馈信号是由变压器706通过反馈电极692而提供的。

象654和686那样用于那些已介绍的纯场致发射源的场致发射体应采用对热损坏和离子溅射损坏较稳定的材料制造。举例说，象碳化钛和石墨等金属碳化物就具有制造良好的阴极的这些性能。同样，介质材料应高度稳定并具有高的电介质场强。氧化铝和金钢石般的碳就具有这样的性能。鉴于和液体金属润温的源的情况一样目前还没有使阴极自行修补的方法，因而在发射体处最好采用超高度真空，以防止因离子轰击或表面逸出功的改变而使它损坏。

要使各方面的因素都占优势切忌使用大型的纯场致发射体。图55中所示的那种发射体686其横向尺寸的临界极限约为一微米。若阴极的尺寸超过此极限，有关线路所储存的能量会在发射过程中对小发射区带来不适当的热应变。场发射体的大小在一微米以下时，若小元件本身固有的表面/体积比高，则具有冷却效果大的长处。

22.X射线源

EV可用以产生X射线。X射线发生器或X射线源如图57中的720所示，有一个水银润湿型铜阴极722（如图4所示）和一个配备有一对电极726的分离器724（如图8所示），相对于阳极728而配置，用以产生EV（包括EV链），并将其从阴极通过分离器小孔传播到阳极上。

已经发现，EV在实体靶或阳极上被截止时伴随有所产生的等离子体发出的闪光，同时EV分裂时会留下坑口，且消耗能量。部分消耗掉的能量在产生X射线的过程中被带走。X射线源本身在靶728中是和EV一样小的，即横向尺寸大约在1至20微米的范围内，这视乎EV原来是如何制造或选择的。小X射线源的生产率和强度都较高，与输入的能量相比X射线的总输出量高。这个现象表明，有次序的EV结构分裂时产生强烈的X射线，这可能是由于EV中电子运动所产生的大磁场突然破坏所致。

阴极722和分离器724的输出撞击阳极靶728，发射出X射线，如图57所示意的那样。靶728的材料电感低得足以促使EV有效地分裂开。象石墨之类原子序数低的材料能使分裂所引起的损坏减小到最低程序，且使所产生的X射线较易于通到靶728的输出侧。X射线源720可在真空中或低压气体中工作。举例说，在阴极上加有2千伏的脉冲信号以产生EV的情况下，在几个乇氙气的环境中，阴极722和分离器724可距阳极靶728大到约60厘米的距离。X射线从源720的总输出量的分析可应用周知的各种方法，例如采用滤波器或照相胶片或波长色散分光仪（dispersion    spectrometers）。但由于X射线的光子大致上都是同时产生的，因而能量色散分光仪不能分析X射线输出的光谱能量值。

因此本发明提供一种能作为一个X射线点源用于例如静止X光照相的X射线发生器或X射线源。本发明的X射线发生器还可用于各式各样的X射线的应用中。

23.电子源

沿着引导器件运动的EV通常会发射出电子，这些电子可以用例如收集电极加以收集。举例说，在RC引导器件的情况下，若引导沟槽够深，且EV系牢牢地锁在引导槽的底部或至少锁在引导介质基底另一面上的对电极上，则有可能收集从引导沟槽顶部发射出来的电子。如此发射出来的电子来自EV通过时的能量所产生的辅助发射源和场发射源。鉴于这些电子是来自重新充电的RC时间常数较长的介质材料，因此有必要等待这个重新充电，直到另一个EV能占据该区为止，从而进一步促使电子的发射。在LC类引导器件中，由于重新充电过程是通过金属电极提供的，因而该时延较短。只要加设一个收集电极，电子就可以收集起来供直流输出用，因为所发射出的电子已由EV提供初始能量。在LC引导器件的情况下，任何图20或21的引导构件中的任何电极都可用作收集电极。

EV能引起电子发射的这种性能使EV可有效地用作各种用途的阴极。经适当激励过的EV可使其发射出相当窄的电子能带。采用这类阴极时应考虑的首要问题是确定所发射出的电子的平均能量和能量分布。例如，沿引导器件运动并发射电子的EV彼此之间具有一定的间距，因此也会产生断续作用。通常存在的断续范围是从实质上连续的EV串的稳定发射到单个EV或EV链通过小孔内极其类似脉冲的发射。因此EV传播的性质以及EV运动所通过的引导结构都必须适当选择，使其与电子发射的用途相称。

图58中的740是选通或断续电子发射源的示意图，它可以是三极器件般结构的一部分。这里有一个RC    EV引导器件742，其特点在于，它具有一个引导沟槽744和一个在引导基底与该沟槽相反一面的对电极（图中看不见），通常象图11中所示的EV引导器件。介质板746安置在引导器件742基底的正上方。板746的特点是具有覆盖在引导沟槽744上面且有作为选通电极用的金属涂层750。第三个元件（图中未示出）可以是阳极等，安置在介质板746上方，供接收或收集所发射出的电子;第三个元件的确切性能受电子发射用途的支配。

工作时，一个或多个EV发射入或不然的话传播入引导槽744中，如箭头I所示。前面已经谈过，与EV往下通过引导沟槽744有关的辅助或场致发射效应导致可能会从引导沟槽中传播出来（如箭头J所示）的电子发射，这是因为电子在与EV的存在有关的形成过程中已获得了初始传播能。一般说来，发射出来的电子还会被第三个元件，例如阳极（图中未示出）所吸引。但电子往第三元件的传播是通过往控制电极750上施加适当的电位而有选择地进行控制的。一般说来，加到控制电极750上的电位始终相对于用以产生EV的阴极为负。实际上，介质746上的门或口748在各种情况下可以通过选择各控制电极750上的具体电压使通过其中的电子通路断开或接通。为关闭门748，应使控制电极750上的电位变得更负，使得不致通过门748产生电子发射。为使门748打开，应使控制电极750上的电位相对于产生EV的阴极负得少一些，使电子发射可以通过门748。

当EV沿引导沟槽744往下传播时，就产生电子发生。但电子可以只在通道748的位置通过介质板746到第三电极元件。因此EV沿引导沟槽744运动促使电子脉冲通过介质板746发射，同时在通道748的位置出现脉冲。此外，往相应的控制电极750上加适当的电位可以使某给定通路748不让电子通过其中传输。因此往控制电极750上适当的电位可以得出电子发射脉冲的某种选用的形式。脉冲的形式可进一步加以改变，方法是沿引导沟槽744往下传播一系列EV或EV链以便例如在各种控制电极750本身加上随时间变化的电位值的情况下沿一系列端口748上获取持续的电子发射脉冲形式。因此，电子发射的方式既可通过选择EV的传播方式也可通过调节控制电极750上的电位大范围地加以改变。

为防止EV本身跑出其中一个端口748，应使沟槽744保持较大的深度，或者不然的话也可以在板746与波导742的基底之间采用一个隔离片（图中未示出）。

应该理解，可以按需要任意设某种形式的电子发射端口748，配以适当的EV引导机构。选用电子发射方式时还可以改变端口748沿引导槽744的配置和数目。电子发射端口748也可以是在介质板上的举例说完全外接各端口的实际上通孔。在这种情况下，各控制电极750也可以镶衬着端口壁的各侧。

一般说来，任何类型的EV发生器，只要能为给定用途产生所希望的EV，都可用以提供EV，供电子发射之用。一般可采用图49中所示的那一种在低气体压力下工作的无电极源。系统中的惰性气体压力可以在10乇范围内，且在整个系统中应处于平衡状态。

采用本说明书中所介绍的任何器件（例如图58中所示的选通电子源740）通过EV的传播进行的电子发射具有各种用途。举例说，各种迄今为止因提供发射强度够强的阴极的现有技术不过关而不实用的器件就可采用象本说明书所公开的用EV产生的电子源加以利用。这一类器件，例如射束偏转自由电子器件，都可利用例如图58中所示的那种选通电子源提供。

24.RF源

EV通过图20和21的LC引导器件时在引导器件中产生射频场，但EV与这些场的相互作用是用以引导EV而不是利用外部辐射。但EV通过时所产生的射频可以在EV引导器件外面耦合，供外部使用。

图59是射频源或射频发生器760一般形式的示意图。介质基底762的特点是有一个细长的引导沟槽764，具有供EV进入沟槽中（如箭头K所示）用的引导结构。对电极766可安置在介质基底762的底面，对电极766的特点是具有一系列孔口768。射频的产生是要在对电极766上施加能感应出电荷的场。若对电极带孔口，则感应效果强。第二电极呈收集电极770的形式，系安置在对电极的下方，用介质与对电极766隔离。介质可以是空隙或一层介质材料（图中未示出）。收集电极770的特点是具有一系列臂或伸出部分772，各伸出部分安置在各对电极矩形孔768的正下方。EV沿引导通道764运动时，对电极矩形孔口768提供EV的电荷与集电极770耦合的通路，射频场即在收集电极770中产生。射频能可通过适当的线路或另外辐射系统从收集电极770引出。

EV沿引导通道764的速度与输出孔768（连同收集电极臂772）之间存在着对所提供的辐射频率起确定作用的倒数关系。所产生的频率等于EV的速率乘以各矩形孔口768之间间距的倒数。

应该理解，对电极766上孔口768的形状确定着所要产生的波形。可用以驱动各种电子计算机或计时功能元件的非周期性波形可用图59中所示的结构通过给对电极孔口768取适当的形状而产生。

收集电极770上的负载应与所形成波形的带宽成比例。对低频来说，集电极770的输出端应连接到其特性阻抗为电阻性终端负载的传输线上。EV在引导沟槽764中的速度可采用象在论述LC引导器件时所提到的射频注入或相互作用而锁定在同步运动中。这种同步化有助于调节获自收集电极770的输出脉冲周期率。

图59的波形发生器59可使其工作以提供正极性或负极性的脉冲，办法是在EV通过对电极766上的矩形孔口时对EV电荷加以微分处理。收集电极770输出端上的高阻抗负载实质上产生的是负脉冲。但若在对电极770上有低负载阻抗则会先产生负脉冲，然后产生正脉冲。这种脉冲形式对产生用以驱使场致发射器件进入发射状态的正波形很有用，这就是用EV产生电磁能量的唯一应用的一个例子。

25、结论

本发明提供了产生、隔离、控制和利用EV（作为单一的EV或作为EV链）的方法。控制EV的产生和传播具有广泛的用途，其中一些用途在本说明书中已经介绍过了。传播中的EV本身是一些能源，包括射频范围的电磁能，可通过利用如图59所示的EV射频源或如图50或51所示的行波器件获得。EV在越过绝缘表面传播时伴随而产生的电子发射，举例说，使传播中的EV可在使用例如图58的EV源的情况下作为虚阴极进行处理。通过适当选择这类电子源中的选通方式，在例如任何需要强电子束的场合都存在各色各样的用途。前面介绍的微微示波器也是利用伴随EV的传播而产生的电子发射来提供例如供分析电信号用的快速响应小型示波器。同样，图52的微微脉冲发生器也是利用了大电荷的快速传送来产生速升速降的电压脉冲。这种快速脉冲有各种各样的用途，包括操纵如图54的EV发生器那样的纯场致发射器件。

产生和选择性地控制EV的这种能力提供了一项具有若干极其合乎需要的特点的新电气技术。一般说来，这项技术所使用的元件都特别小，而且可在一系列施加电压下工作。如已经谈过的那样，用EV技术进行的操作是极其快速的，它涉及到大能量密度以EV形式的快速传播。举例说，各种发生器、发射器、引导器件、分离器、选择器和分裂器都和现有技术中的例如真空管、晶体管等等类似。

从上述本发明的公开内容可以理解，本说明书所介绍的各种器件都可加以组合以满足某些已知的用途。本说明书所公开的各种发生器中的任何一个都可与一个或多个引导器件配用以提供例如微微示波器中所用的EV。一个EV发生器可与一些引导器件和一个或多个分裂器和/或一个或多个开关配用以提供多重EV路径，就各开关而论，而这些路径可加以选择供传播EV用。一个EV发生器可与若干引导器件和一个或多个微微脉冲发生器组合使用以便在所希望的位置提供脉冲输出，并利用象图33的所的分裂器的可调时延臂提供时间可调的脉冲。同样，任何能量转换器件，如图50和51的行波电路，或图59的射频源或图58的电子发射源，都可与其它各种操纵元件，如引导器件、分裂器和开关，组合使用。还应该理解的是，在适当的场合，可用EV选择器、分离器和发射器来提供电荷大小合乎所希望的要求的EV，发射入某一特定引导器件或其它器件，而且不含等离子体放电污染物。电子摄象机本身则可通过与例如微微示波器或如图44所示的多维示波器系统组合起来用以分析EV本身的特性，并用于其它分析中，包括但不局限于对时变电场的分析。

本发明上述公开和描述都是以举例的形式来说明本发明的内容，在不脱离本发明的精神实质的前提下，在本说明书所附权利要求的范围内是可以对本发明的方法的各步骤，以及所例示器件的细节进行各种修改的。

Claims (146)

1、一种离散的、带负电的、自容的电子束。

2、根据权利要求1的电子束，其特征在于：所述电子束的自容度是所述电子间建立在电磁场的一个函数。

3、一种离散的，通常未被正离子补偿而呈带负电荷的物态，它具有的电荷密度近似于固体的平均电荷密度。

4、根据权利要求3的物态，其特征在于：所述电荷密度约为10²³个电子电荷/（厘米）。

5、一种离散的、带负电的、自容的电子束，所述电子束是利用一阴极和一阳极之间的一电场而产生的。

6、一种EV。

7、一种EV链。

8、一种利用一阴极和一阳极之间的电场所产生的EV链。

9、一种产生EV用的系统，它包括：

用以产生放电的装置，该放电中包含EV和选自由正离子，负离子，电子，中性粒子，光子，及其组合所组成的一组中的一种或多种粒子;以及

用以使所述EV与所述粒子分离的装置。

10、用以产生EV的设备，它包括：一个导电阴极和一个与所述阴极相分离的第二导电电极。

11、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括位于所述阴极和所述第二导电电极之间呈普通平面形的电介质材料，以及其中所述阴极包括一个面向所述电介质材料一侧面的尖顶的金属构件，所述第二电极包括一个定位在所述电介质材料与所述阴极相反一侧的平面构件。

12、根据权利要求11的设备，其特征在于：所述尖顶的阴极包括一个用导电材料润湿，呈普通锥形的端部。

13、根据权利要求12的装置，其特征在于还包括一个用来提供润湿所述阴极的锥形端部的金属材料的容器。

14、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括位于所述阴极和所述第二导电电极之间、呈普通平面形的电介质材料，以及其中所述阴极包括位于所述电介质材料一个侧面上的平面阴极，所述第二电极被定位在所述电介质材料的相反侧面上。

15、根据权利要求14的设备，其特征在于还包括一个含有定位在所述电介质材料上的所述平面阴极上方的一电介质构件的分离器，和一个位于伸向所述呈普通平面状的电介质材料的所述电介质构件上的第三导电电极。

16、根据权利要求14的设备，其特征在于还包括至少一个局部封闭的结构，作为所述电介质材料的一部分，所述平面阴极就定位在所述局部封闭结构内，而所述局部封闭结构用以接收和引导所述EV。

17、根据权利要求16的设备，其特征在于：所述引导结构包括一个限定至少一个引导EV的局部闭合径路的普通细长的结构。

18、根据权利要求17的设备，其特征在于还包括一个至少局部地复盖所述细长外壳的电介质材料的复盖物。

19、根据权利要求17的设备，其特征在于：所述产生EV用的设备是一选择器的其中一部分，该设备还包括：

a.一个在所述阴极和所述第二电极之间与所述第一引导结构锐角相交的普通是细长的第二引导结构;

b.一个沿所述第二引导结构定位的第三导电电极;以及

c.至少一个通常沿所述第一引导结构、在所述相交处与所述阴极相反的侧面上定位的引出电极;

d.其中加到所述第三电极上的电极将EV吸引到其上，以及加到所述至少一个引出电极上的电压使被选中的EV沿所述第一引导结构向所述相交处传播。

20、根据权利要求14的设备，其特征在于：所述阴极包括润湿子结构材料的导电材料。

21、根据权利要求14的设备，其特征在于：EV是由所述设备通过无热离子发射的场致发射而产生的。

22、根据权利要求14的设备，其特征在于还包括一个位于所述电介质材料同一侧上的所述阴极和所述第二电极之间，如同所述第二电极的控制电极。

23、根据权利要求22的设备，其特征在于：所述阴极包括润湿子结构材料的导电材料。

24、根据权利要求22的设备，其特征在于还包括至少一个局部封闭的结构，作为所述电介质材料的部分，所述平面阴极就定位在所述局部封闭结构内，而所述局部封限结构用以接收和引导所述EV。

25、根据权利要求22的设备，其特征在于还包括一个通常靠近所述第二电极而定位的反馈电极。

26、根据权利要求25的设备，其特征在于：所述阴极包括润湿子结构材料的导电材料。

27、根据权利要求25的设备，其特征在于：EV是由所述设备通过无热离子发射的场致发射而产生的。

28、根据权利要求27的设备，其特征在于还包括至少一个局部封闭的结构作为所述电介质材料的一部分，所述平面阴极就定位在所述局部封闭结构内，而所述局部封闭结构用以接收和引导所述EV。

29、根据权利要求25的设备，其特征在于还包括至少一个局部封闭的结构作为所述电介质材料的一部分，所述平面阴极就定位在所述局部封闭结构内，而所述局部封闭结构用以接收和引导所述EV。

30、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述阴极和所述第二电极用一敞开的间隔所隔开，以及还包括封闭所述间隔用来控制其内环境的装置。

31、根据权利要求30的设备，其特征在于：封闭所述间隔用的所述装置包括管道。

32、根据权利要求30的设备，其特征在于：所述受控环境包括低压气体。

33、根据权利要求30的设备，其特征在于：所述受控环境包括至少部分真空。

34、根据权利要求30的设备，其特征在于：所述阴极包括一个具有一端部比较尖锐的呈普通圆柱形的结构。

35、根据权利要求34的设备，其特征在于：所述阴极被导电材料所润湿，该导电材料是由这种材料构成的容器所提供的。

36、根据权利要求35的设备，其特征在于：所述阴极结构呈普通管状，所述管状结构的壁逐渐缩小以形成一圆形的所述尖锐端部，所述容器位于所述管状结构内，因而所述导电材料润湿所述阴极的内部。

37、根据权利要求35的设备，其特征在于：所述阴极结构包括一个配有所述较尖锐端部的圆锥体，以及所述阴极被一表面所外接约束，用以限定所述表面和所述阴极之间的环形空间，从而形成所述容器。

38、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述阴极和所述第二缂怀募涓羲艨鲆跫ㄒ桓鲂纬杀冉霞馊竦脑沧短宓脑仓味猿乒辜鲆跫拱ㄒ桓鲋辽俨糠滞饨铀鲆跫⒊势胀ü茏吹牡缃橹使辜⒃谒鲆跫瞬亢退龅诙缂淇行】祝古溆杏玫嫉绮牧瞎钩傻牡谌缂玫谌缂话阍际鲆跫瞬亢退鲂】字涞穆肪叮⒂伤龉辜牡缃橹什牧细艨?

39、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述阴极包括润湿子结构材料的导电材料。

40、根据权利要求39的设备，其特征在于：所述阴极呈普通平面形。

41、根据权利要求39的设备，其特征在于：所述阴极还包括一个具有较尖锐端部的圆锥体的呈普通圆柱形的结构。

42、根据权利要求41的设备，其特征在于还包括一个通常约束所述阴极的表面，以在所述表面和所述阴极之间限定一环形空间，形成一个所述导电材料的容器。

43、根据权利要求39的设备，其特征在于：所述阴极还包括一个呈普通管状的结构，所述管状结构的壁逐渐缩小以形成一呈圆形的较尖锐端部。

44、根据权利要求43的设备，其特征在于：所述管形结构的内部形成一个所述导电材料的容器，因而所述导电材料润湿所述阴极的内部。

45、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述装置处于低压气体环境中。

46、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述装置处于至少部分真空内。

47、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括一个电介质材料的外壳，所述阴极和所述第二电极定位在所述外壳的外部，因而使EV产生于所述外壳内。

48、根据权利要求47的设备，其特征在于还包括一个所述外壳内的小孔，该小孔部分限定所述外壳的两个内室，用来控制每个所述内室中的环境。

49、根据权利要求48的设备，其特征在于：所述第二电极通常在所述小孔处至少局部约束所述外壳。

50、根据权利要求48的设备，其特征在于：

a.所述阴极位于所述外壳的一端;

b.所述第二电极至少局部约束所述外壳;以及

c.一个第三电极被定位在超越所述第二电极的位置，以控制EV。

51、根据权利要求47的设备，其特征在于：

a.所述阴极位于所述外壳的一端;

b.所述第二电极至少部分约束所述外壳;以及

c.一个第三电极被定位在超越所述第二电极的位置以控制EV。

52、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述阴极包括一个在圆锥尖顶的介质材料上的导电外表面，所述阴极离开所述电介质材料的尖端，所述第二电极包括一个位于所述电介质材料内部，且与所述圆锥形电介质材料和所述阴极对称的圆锥形金属表面，以及还包括一个移离所述阴极和所述第二电极的圆柱形对称的第三电极，使得从所述阴极产生的EV可以通过所述阴极和所述第三电极内部区域之间的间隙。

53、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括一个用以从所产生的多种EV中选择性引出EV的选择器。

54、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括一个用以从与产生EV一起形成的等离子体放电产物中引出EV的分离器。

55、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述第二电极包括一个靶，该靶被EV撞击后会发射出X射线范围内的电磁辐射。

56、根据权利要求55的设备，其特征在于还包括一个用以从与产生EV一起形成的等离子体放电产物中引出EV的分离器。

57、根据权利要求10的设备，其特征在于它还包括引导装置，用以引导用所述设备产生的这类EV的传播总方向。

58、根据权利要求10的设备，其特征在于：所述设备包括产生电压脉冲用的装置。

59、根据权利要求58的设备，其特征在于：所述电压脉冲装置包括一个输出电极，当EV到达所述第二电极时，所述输出电极上就会产生脉冲。

60、根据权利要求59的设备，其特征在于还包括一个用以接收所述输出脉冲和产生EV的发射体。

61、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括一个与所述阳极和所述第二电极之间的间隔毗邻的导电构件，所述构件被排成一列，使得当EV从所述阴极向所述第二电极传播时，EV重复通过所述构件的若干部分，从而使能量以电磁辐射的形式传播到所述构件。

62、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括：

a.一个由普通多孔的电介质材料构成的细长槽;

b.所述阴极朝向所述槽的内部;

c.所述第二电极通常沿所述槽而定位;以及

d.所述设备的环境由穿过所述槽的电介质材料而选择性地漏入所述槽的气体所控制。

63、根据权利要求10的设备，其特征在于还包括一个附加电极和用以选择性地改变通过选择性地将一电场加到所述附加电极上而产生的EV总传播方向的装置。

64、控制EV用的设备，它包括用以引导EV的总传播方向的装置。

65、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括一电介质体，所述电介质体具有相对的第一和第二表面，以及沿着所述第一表面有一用以接收EV和约束所述EV运动的通路。

66、根据权利要求65的设备，其特征在于：所述通路包括一条细长的沟槽。

67、根据权利要求66的设备，其特征在于还包括一个至少复盖所述沟槽其中一部分的电介质复盖物。

68、根据权利要求65的设备，其特征在于还包括一个位于所述电介质体的所述第二表面上的电极，用以将电位加到该电极上，沿所述沟槽至少部分地约束EV。

69、根据权利要求65的设备，其特征在于：所述通路至少部分是由所述电介质体的一附加表面与所述第一表面以不大于90°角相交而形成的。

70、根据权利要求69的设备，其特征在于：所述电介质体包括一个第一构件和一个与所述第一构件相接触的第二构件;而所述第一表面包括所述第一构件的一个表面，以及所述附加表面包括所述第二构件的一个表面。

71、根据权利要求65的设备，其特征在于：所述通路具有可经选择而变化的长度。

72、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括一个呈普通圆柱形的管状电介质体。

73、根据权利要求72的设备，其特征在于还包括一个位于所述电介质体的呈普通圆柱形的外表面上的电极，用以将电位加到该电极上，至少部分地使EV沿所述电介质体的内部传播。

74、根据权利要求72的装置，其特征在于还包括一个沿所述电介质体内部设置的电极，用以将电位加到该电极上，至少部分地使EV沿所述电介质体的呈普通圆柱形的外表面传播。

75、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括至少一个反光表面。

76、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括一个用以选择性地改变EV的总传播方向的开关。

77、根据权利要求76的设备，其特征在于所述开关包括：

a.一个用以暂时约束EV的中间部分;

b.一个用以将EV引入所述中间部分的输入通路;

c.至少一个用以将EV从所述中间部分引出的输出通路;以及

d.至少一个用以加上电位，选择性地控制EV向所述输出通路传播的电极。

78、根据权利要求77的设备，其特征在于还包括一个在所述中间部分上的电介质复盖物。

79、根据权利要求77的设备，其特征在于还包括一个靠近至少一个输出电路，用以接收从所述中间部分沿所述输出通路引出的EV的反馈信号。

80、根据权利要求77的设备，其特征在于还包括一个供至少一个所述通路用的附加电极，所述附加电极相对于所述通路而定位，用以将电位加到所述附加电极，至少部分地使EV沿所述通路传播。

81、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括一分裂器。

82、根据权利要求81的设备，其特征在于：所述分裂器沿其表面包括一个具有至少两个相交的通路，从而使到达这些通路相交处的EV可以沿所述至少两个通路的其中至少一个而继续传播。

83、根据权利要求82的设备，其特征在于：所述通路包括若干细长的沟槽。

84、根据权利要求82的设备，其特征在于：至少一个所述通路至少部分地是由所述电介质体的两个表面以不大于90°角相交而形成的。

85、根据权利要求82的设备，其特征在于：EV通过所述通路的相交处后可沿着至少一个所述通路而传播，该至少一个所述通路具有可经选择而变化的长度。

86、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括至少一个使EV可据此传播的导电体，结果，所述EV和所述导电体之间的电感和电容的相互作用趋向于使所述EV保持沿一个总方向而传播。

87、根据权利要求86的设备，其特征在于：

a.所述引导装置还包括一系列相互间隔开并沿所述总方向排列的多个这样的导电体;以及

b.每个导体包括一个多极构件，使得沿所述总方传播的EV通过这种导电体的至少两极。

88、根据权利要求86的设备，其特征在于：所述导电体包括一系列隔开的构件，其中每个构件提供一个使沿所述总方向传播的EV可以通过的通道。

89、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括用以选择性地传递来自EV传播路径的电子发射的装置。

90、根据权利要求64的设备，其特征在于：所述引导装置包括：

a.一个沿其表面具有一通路，用以接收EV及约束其运动的电介质体;

b.在至少一部分所述通路上方的电介质复盖物;所述复盖物内中的一或多个所述孔路加置在所述通路上面;以及

c.每个所述孔口处的一个选通电极，用以选择性地加上电位，选择性地使电子通过所述孔口而传播，以及选择性地阻止这种传播。

91、根据权利要求30的设备，其特征在于：所述阴极包括润湿子结构材料的导电材料。

92、根据权利要求64的设备，其特征在于，所述引导装置包括：

a.一介质体，沿其第一表面上有一个通道，用以接收EV并约束EV的运动。

b.一第一电极，沿所述介质体的第二侧配置，且包括一个或多个穿通的孔口，沿所述通道配置;和

c.一第二电极，通常沿所述第一电极配置，但与第一电极隔开，所述第二电极包括安置在所述孔口的集电材料，用以接收EV沿所述通道通过时穿过所述第一电极中所述诸孔口发射的电磁辐射。

93、根据权利要求92的设备，其特征在于，所述电磁辐射处在射频范围内。

94、根据权利要求64的设备，其特征在于，所述引导装置包括：

a.一偏转区，EV的传播路径可在其中有选择地加以偏转;

b.用以将EV引入所述偏转区中的装置;和

c.一对电极，沿所述偏转区配置，从骋坏缧藕偶拥剿龅缂希笶V在所述偏转区中的传播路径按所述电信号而偏转。

95、根据权利要求94的设备，其特征在于，所述设备还包括在所述偏转区附近的一荧光屏，用以接收EV通过所述偏转区传播时所发射出的电子，并根据所述接收到的电子发出可见光。

96、根据权利要求95的设备，其特征在于，该设备还包括一观测装置，用以放大所述荧光屏所产生的光象。

97、根据权利要求94的设备，其特征在于，该设备还包括一介质体，所述偏转区即设在该介质体上，所述一对电极也固定在该介质体上。

98、根据权利要求94的设备，其特征在于，该设备还包括一电子摄象机，系为接收EV在所述偏转转区传播时所发射的电子而配置的。

99、一种与EV分离器配用的EV发生器，用以从与随所述EV的产生一起产生的等离子体放电产物中引出EV。

100、根据权利要求99的设备，其特征在于：

a.所述发生器具有一个通常为圆柱形对称的具有一个尖端的阴极;和

b.所述分离器包括一通常为管形的介质构件，该管状构件至少部分外接所述阴极，界定与所述阴极的所述尖端成一直线且移离所述阴极的所述尖端的小孔，且具有一安置在所述管形构件外表面上的电极;

c.其中，所产生的EV可通过为所述管形构件所界定的所述小孔排出，而其它放电产物可容纳在所述管形构件中。

101、根据权利要求99的设备，其特征在于：

a.所述发生器有一个介质体，该介质体包括一配置有一阴极的第一表面;

b.所述分离器有一安置在所述介质体上的介质构件，用以至少部分盖住所述阴极，与所述介质体配合，至少部分界定通常与所述阴极成一直线并与所述阴极分开的孔口，且其特点是有一个电极，安置在所述构件的外表面上;

c.所产生的EV可通过所述孔口排出，而其它放电生成物可继续留在所述介质体与所述介质构件之间的区域中。

102、一种EV发射器，用以将EV横过某一空间传播。

103、根据权利要求102的设备，其特征在于，该设备还包括一个与一电极分开的EV发生器，供施加电位以便将EV从发生器上除去，并促使所述EV横过所述空间传播之用。

104、一种EV选择器，用以有选择地从多个EV引出一个或多个EV。

105、根据权利要求104的设备，其特征在于，所述选择器包括一通常为管形倾斜界定由一锐利边缘所外接的小孔的绝缘构件，且其特点是在所述管形构件的外表面上有一电极，从而使EV可通过所述小孔从所述管形构件内朝向所述电极传播出去，同时可利用一外电位有选择地从所述边缘的区域引出EV。

106、根据权利要求105的设备，其特征在于，该设备还包括一阴极，该阴极安置在所述通常为管形的构件内并与所述小孔成一直线，从而可通过住所述阴极与所述电极之间施加电位差来产生EV。

107、根据权利要求105的设备，其特征在于，该设备还包括一第二电极，所述第二电极与所述小孔分开安置，用以施加所述外电位，以便有选择地从所述边缘的区域引出EV。

108、根据权利要求104的设备，其特征在于，所述选择还包括：

a.一介质体，具有第一表面;

b.第一和第二EV引导通道，沿所述第一表面安置，且彼此相交成锐角以界定该内交角的一个边，以及

c.一电极，沿所述第二通道，离开与所述第一通道的所述相交处而安置，且安置成使EV沿所述第一通道运动以便在所述边缘朝所述电极传播，从而可以施加外电位以便有选择地从所述边缘区域提取EV，使其沿所述第一通道离开所述边缘传播。

109、根据权利要求108的设备，其特征在于，该设备还包括一通常为平面的阴极，用以产生EV，所述阴极系沿所述第一通道绕所述边缘离开所述电极而配置的。

110、根据权利要求108的设备，其特征在于，该设备还包括至少一个附加电极，该附加电极通常沿所述第一通道且离开所述相交处而安置，用以施加所述外电位以便有选择地从所述边缘的区域引出EV。

111、一种EV示波器，用以往EV的传播路径上施加电信号，使所述EV的传播按所述施加的信号而偏转。

112、根据权利要求111的设备，其特征在于，所述示波器包括：

a.一偏转区，在该偏转区中，EV的传播路径可有选择地加以偏转;

b.用以将EV引入所述偏转区中的装置;和

c.一对沿所述偏转区配置的电极，从而将电信号加于所述电极上，使EV在所述偏转区中的传播路径按所述电信号而偏转。

113、根据权利要求112的设备，其特征在于，该设备还包括在所述偏转区附近的一个荧光屏，用以接收EV通过所述偏转区传播时所发射出来的电子，并根据所述收到的电子发出可见光。

114、根据权利要求113的设备，其特征在于，该设备还包括一观测装置，用以放大所述荧光屏所产生的光象。

115、根据权利要求112的设备，其特征在于，该设备还包括一介质体，所述偏转区即设在该介质体上，且所述一对电极也固定在该介质体上。

116、根据权利要求112的设备，其特征在于，该设备还包括一电子摄象机，该摄象机系为接收EV横过所述偏转区传播时所发射出的电子而配置的。

117、根据权利要求112的设备，其特征在于，该设备还包括至少一个附加的这种示波器，该附加的示波器相对于所述第一示波器配置，使得所述若干示波器的偏转区至少有一部分相重叠。

118、根据权利要求117的设备，其特征在于，所述多个示波器是这样取向，使取通过它们各自的电极施加的电信号可使EV的传播路径在三维方向上偏转。

119、根据权利要求117的设备，其特征在于，配置有一个或多个电子摄象机，用以接收EV通过所述偏转区时所发射的电子。

120、一种电子摄象机，用以通过某种电子图形观察某一过程。

121、根据权利要求120的设备，其特征在于，所述电子摄象机包括：

a.一针形小孔，电子可通过该小孔;和

b.可见输出装置，用以根据撞击到所述可见输出装置的电子产生可见输出，所述可见输出装置通常与所述小孔成一直线，但与所述小孔分开配置。

122、根据权利要求121的设备，其特征在于，该设备还包括若干偏转电极，这些偏转电极通常安置的所述小孔与所述可见输出装置之间，从而使通过所述小孔的电子的路径可在所述电子撞击所述可见输入装置之前通过往所述诸电极上施加电位而有选择地偏转。

123、根据权利要求121的设备，其特征在于，所述可见输出装置包括一通道电子倍增器与一荧光屏的组合体。

124、根据权利要求121的设备，其特征在于，该设备还包括一外壳，通过所述小孔配有进入该外壳的入口，且该外壳通常覆盖住所述小孔和所述可见输出装置之间的区域。

125、根据权利要求121的设备，其特征在于，该设备还包括至少一个附加的这种电子摄象机，所述多个电子摄象机系为接收通常来自该同一区域的电子而配置的。

126、根据权利要求125的设备，其特征在于，所述电子摄象机系为接收EV通过至少一EV示波器时所提供的电子而配置的。

127、根据权利要求121的设备，其特征在于，该设备还包括一EV示波器，所述电子摄象机系配置得使其接收EV通过所述EV示波器时所提供的电子。

128、一种用以引导EV通过某一路径的设备，同时可以传送来自所述流通的EV所产生的电磁能，并收集所述能量。

129、根据权利要求128的设备，其特征在于，该设备包括一行波电路。

130、根据权利要求129的设备，其特征在于，所述设备还包括：

a.一通常为管形的介质构件，这种EV即可在该管形绝缘构件中输送;和

b.一导电的螺旋线，通常只按所述管形构件一段距离，所述EV即可输送通过该管形构，使得在EV如此输送的过程中至少有部分沿所述螺旋线的纵向通过。

131、根据权利要求130的设备，其特征在于，该设备还包括一通常沿至少所述螺旋线的一部分而配置的接地平面。

132、根据权利要求130的设备，其特征在于，该设备还包括一EV发生器，该EV发生器具有一阴极和一第二电极，所述阴极和第二电极通常与所述管形构件成一直线配置，使得通常从所述阴极朝所述第二电极运动的电子沿所述管形构件的内部通过。

133、根据权利要求129所述的设备，其特征在于，所述行波电路包括：

a.一个具有第一表面的介质体;

b.一个在所述的第一表面上的EV引导通道;和

c.一螺旋状导体构件，沿所述介质体和沿所述通道配置，使得沿所述通道传播的EV通常沿所述螺旋形导体的纵向通过。

134、根据权利要求128的设备，其特征在于，所述设备还包括：

a.一介质体，其第一表面上具有一通道，用以接收EV并约束EV的运动;

b.一第一电极，沿所述介质体的第二侧上配置，且包括一个或多个通过其中沿所述通道配置的孔口;和

c.一第二电极，通常沿所述第一电极配置但与所述第一电极分开，所述第二电极包括安置在所述孔口上的集电材料，该集电材料用以接收EV沿所述通道通过时通过所述第一电极中的所述诸孔口发射出来的电磁辐射。

135、根据权利要求128的设备，其特征在于，所述电磁辐射处在射频范围内。

136、一种藉产生EV而形成电子脉冲的设备。

137、根据权利要求136的设备，其特征在于，该设备还包括：

a.一用以产生EV的阴极和一通常与所述阴极成一直线且偏离所述阴极的第二电极;

b.一介质构件，所述第二电极即安置在该介质构件上，且面向所述阴极;

c.一输出电极，安置在所述介质构件与所述第二电极相反的一侧上，使得由于EV撞击所述第二电极的结果在所述输出电极上产生电脉冲。

138、根据权利要求137的设备，其特征在于，该设备还包括一导电屏蔽，通常将所述阴极和所述第二电极封闭起来。

139、根据权利要求137的设备，其特征在于，该设备还包括一分离器，该分离器包括：

a.一通常为管形的介质体，该介质体至少部分外接着所述阴极且形成一小孔，该小孔通常在所述阴极与所述第二电极之间成一直线，在所述阴极上产生的EV即可通过该小孔排出;和

b.一第三电极，安置在所述通常为管形体的外表面，用以产生EV，从而可以利用加在所述阴极与所述第二电极之间的电位来有选择地分离EV，将其传播到所述第二电极上。

140、根据权利要求137的设备，其特征在于，该设备还包括一与所述输出电极有电气联系的场致发射体，用以接收产生EV用的所述电脉冲。

141、根据权利要求136的设备，其特征在于，该设备还包括一场致发射体，该发射体系为接收所述产生EV用的电脉冲而配置的。

142、产生EV用的设备，其特征在于，该设备包括：

a.一导电阴极;

b.一第二导电电极，与所述阴极分开;和

c.一第三电极，作为控制电极工作，通常安置在所述阴极与所述第二电极之间，用以往所述第三电极与所述阴极之间施加电位，以便控制EV的产生过程。

143、根据权利要求142的设备，其特征在于，该设备还包括一第四极，作为反馈电极工作，所述第四电极通常安迷谒龅诙缂浇岳肊V通过时的反馈效应。

144、根据权利要求143的设备，其特征在于，该设备还包括一介质基底，该介质基底具有通常沿所述基底的引导EV用的装置，所述阴极通常配置在所述基底的一个表面上，所述第二、第三和第四电极则通常配置在其相反表面上。

145、根据权利要求143的设备，其特征在于，所述EV通常系借助于纯场致发射如此产生的。

146、根据权利要求142的设备，其特征在于，该设备还包括一介质基底，该介质基底具有通常沿所述基底引导EV用的装置，所述阴极通常系配置在所述基底的一个表面上，所述第二和第三电极通常则配置在基底的反面上。

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