CN104616949A - 一种电子输出窗 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子输出窗，包括间隔布置的两层输出窗片，所述两层输出窗片与输出窗两侧的导热基底连接固定，所述两层输出窗片之间填充有气凝胶。本发明提供的电子输出窗能够有效地支撑所述输出窗片，提高电子输出窗的抗冲击性，避免了射线通过电子输出窗后对窗造成损坏和射线束剂量率的降低，优化器件的使用性能，提高电子输出窗的使用寿命。

Description

一种电子输出窗

技术领域

本发明涉及电磁波真空器件领域，尤其涉及一种电子输出窗。

背景技术

输出窗是高平均功率微波、毫米波器件的关键部件之一。输出窗的稳定性直接影响真空器件的性能。在大功率电子束通过的情况下，输出窗会产生大量的热量，从而使空气的一端的输出窗片暴露在加热状态下，易与空气中的各种成分发生化学反应，导致输出窗的各方面理化性质会发生较大变化而破损、漏气，从而造成管内真空系统的破坏，尤其在热工作状态下窗片的损坏，将使电子枪、高频系统严重氧化，导致整管及部件损坏。此外，高能电子直接轰击输出窗片时，高能电子在介质窗片中的损耗增加，导致窗片温度过高，热应力及大气压力的合力超出了窗片应力极限，也会引起窗片损坏。

现有技术中，电子输出窗片主要由铍、镍、钛或类金刚石薄膜等材料制成，为了减少输出窗片的损坏，通常采用金属铍作为电子输出窗片材料，铍因其密度低，机械性能优良，热导率好而广泛的应用于放疗，同步辐射，X射线管等仪器中。通常的高能电子通过的输出窗片为单层或双层结构，如(Rev.Sci.Instrum.63(I)，1992)所报道采用单层铍窗作为电子输出窗；在一些商品化的机器中采用了双层结构，如Simens的Primus的加速管中使用的是双层结构的钛窗，在双层铍中间通有空气作为冷却气体。铍窗主要作为空气和真空之间的隔离层，为了减少通过电子的损耗，通常铍片的厚度很薄(一般为几十微米)，因此在实际应用过程中，输出片经常会在大气压力及电子束的冲击作用下发生机械破裂，从而导致加速管内部器件的损坏。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种电子输出窗，用以解决现有技术中输出窗在高能电子束通过时由于急剧升温和极大的内外压差而发生物化反应，导致材料性质发生变化，破坏了系统的真空度，从而有效地提高电子输出窗对于高能电子束的抗冲击性，减少通过电子束在介质窗片中的损耗，提高器件的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电子输出窗，包括间隔布置的两层输出窗片，所述输出窗片与输出窗两侧的导热基底连接固定，所述两层输出窗片之间填充有气凝胶。

可选的，所述两层输出窗片之间全部或部分空间填充有气凝胶。

可选的，所述气凝胶为柱状或环状结构。

可选的，所述柱状气凝胶均匀分布于所述两层输出窗片之间。

可选的，所述气凝胶为碳系气凝胶。

可选的，所述气凝胶密封固定于所述两层输出窗片之间。

可选的，所述两层输出窗片间距为50～100微米。

可选的，所述输出窗片由铍，镍，钛或类金刚石薄膜制成。

可选的，所述两层输出窗片互相平行。

可选的，所述导热基底设有冷却水路。

与现有技术相比，本发明中使用了气凝胶支撑所述输出窗片，具有以下优点：1)优异的机械强度可以使输出窗承受足够大的内外压强差，提高输出窗片抵抗大气压力差的能力和抵抗电子束冲击的能力。2)极低的密度对发射电子(束)的阻挡很低，避免了射线通过输出窗后剂量率的降低。3)优异的化学稳定性和耐高温性，在电子通过时产生大量热量的条件下，仍保持材料稳定的物理化学性能。

附图说明

图1所示为现有技术中的电子输出窗的结构示意图；

图2所示为本发明一个实施例的电子输出窗的结构示意图；

图3所示为本发明一个实施例的电子输出窗的剖面结构示意图；

图4所示为本发明又一个实施例的电子输出窗的结构示意图；

图5所示为本发明又一个实施例的电子输出窗的剖面结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种电子输出窗，通过在电子输出窗的两层输出窗片之间填充气凝胶，利用气凝胶材料优异的机械强度作为双层输出窗片的支撑，提高输出窗片的抗冲击性，避免输出窗片在长期的内外压差环境下发生破损，同时还利用气凝胶优良的化学稳定性、耐高温性，以及对电子的低阻挡率，使得高能电子在通过输出窗片产生大量热量时，保持材料的物化特性，提高电子输出窗的使用寿命，避免了射线通过电子窗后剂量率的降低，优化器件的使用性能。

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1现有技术中的电子输出窗的结构示意图所示，输出窗片1通过导热基底2连接固定，利用导热基底2和冷却水路3对所述输出窗进行冷却处理；为了降低电子在介质窗片中的吸收或折射损耗，一般输出窗片的厚度只有几十微米，在大量高能电子的冲击以及长期管内外极大的压力差环境下，几十微米的输出窗片会产生较大的形变使得输出窗片1表面受到很大的应力作用，造成输出窗的机械破损；此外，高能电子通过时产生的大量热量，使得输出窗片1在高温环境下极易与外界空气发生化学反应从而理化性能发生变化，导致所述输出窗发生破裂或漏气，损坏甚至报废器件。

如图2和图3所示为本发明一个实施例的电子输出窗的结构示意图和剖面结构示意图所示，所述电子输出窗包括间隔布置的两层输出窗片1、所述输出窗片1之间填充有环状结构的气凝胶4，所述输出窗片1与导热基底2连接固定，导热基底2内设有冷却水路3，用于导出大量高能电子产生的热量；优选地，本实施例中所述气凝胶4以圆环状结构密封固定于所述两层互相平行的输出窗片1之间，利用气凝胶4优异的机械强度，支撑所述输出窗片1。当大量高能电子冲击输出窗片1时，气凝胶相当于将输出窗片1分割成几个小部分，每一个部分的受力半径变小使得输出窗片1发生的形变也相应变小，所受的应力也随之变小，从而有效地增强所述输出窗的电子抗冲击性，提高输出窗的使用寿命。

所述输出窗片1由铍、镍、钛或类金刚石薄膜制成，本实施例优中选为金属铍，所述输出窗片之间的间距为50～100微米，本实施例优选为80微米，所述导热基底3为无氧铜。

电子通过输出窗片的能量损失和输出窗片厚度的微分关系可以如下公式表示，式中dF／dx表示能量损失率，正比于密度ρ和原子核电荷数Z，反比于原子截面积A。本实施例中，优选气凝胶为碳系气凝胶，因为碳系气凝胶具有更小的原子核电荷数Z，所以碳系气凝胶的能量损失率dF／dx更低，在支撑所述输出窗片1的同时，更能有效地避免高能电子通过所述输出窗后剂量率的降低，提高器件的使用性能。

如图4和图5所示为本发明又一个实施例的电子输出窗的结构示意图和剖面结构示意图。本实施例中，所述气凝胶4以若干个柱状结构密封固定于所述间隔布置的两层输出窗片1之间，优选地，本实施例中气凝胶4以圆柱状结构均匀分布于两层互相平行的输出窗片1之间，将所述输出窗片1均匀分割成若干部分，在减少各部分的应力作用的同时，平衡各部分的应力大小，有效地起到支撑作用，防止输出窗在高能电子束的冲击下发生机械破损；所属输出窗片由金属铍制成，所述输出窗片之间的间距为100微米。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种电子输出窗，包括间隔布置的两层输出窗片，所述两层输出窗片与输出窗两侧的导热基底连接固定，其特征在于，所述两层输出窗片之间填充有气凝胶。

2.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述两层输出窗片之间全部或部分空间填充有气凝胶。

3.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述气凝胶为柱状或环状结构。

4.如权利要求3所述的电子输出窗，其特征在于，所述柱状气凝胶均匀分布于所述两层输出窗片之间。

5.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述气凝胶为碳系气凝胶。

6.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述气凝胶密封固定于所述两层输出窗片之间。

7.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述两层输出窗片间距为50～100微米。

8.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述输出窗片由铍、镍、钛或类金刚石薄膜制成。

9.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述两层输出窗片互相平行。

10.如权利要求1所述的电子输出窗，其特征在于，所述导热基底设有冷却水路。