CN104735897B - 电子帘加速器、接收极和电子加速方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子帘加速器、接收极和电子加速方法，涉及加速器领域。其中的接收极朝向电子帘加速器的电子束发射组件侧呈现凸起状，以便对电子束产生汇聚作用。通过凸起状接收极结构，在接收极周围建立一个电子束聚焦场，消除电子帘阴极与阳极筒间散焦电场的影响，提高电子束在接收极的通过率和有效利用率，同时减少钛窗支撑结构的制冷量。

Description

电子帘加速器、接收极和电子加速方法

技术领域

本发明涉及加速器领域，特别涉及一种电子帘加速器、接收极和电子加速方法。

背景技术

电子帘加速器是一种高压型加速器，参考图1所示，其主体是一个带铅屏蔽的不锈钢柱型筒(也称真空室)，阴栅组件1’位于真空室的中心区域，阴栅组件1’包括反射极11’、阴极12’、栅极13’等。在栅极13’和阳极2’(也称接收极)间加有直流高压，故在栅极13’和阳极2’间可建立电子束的加速电场。被加速的电子束通过阳极2’的阳极缝2A’、穿过钛窗3’后进入大气，可对物品进行辐照。阴栅组件1’相对阳极筒4’为负高压，阳极筒4’为地，在栅极13’的栅缝与阳极2’的阳极缝2A’间的区域存在对电子束散焦作用的静电场。真空室内被静电场加速的高能量电子由于电场的散焦作用将会轰击到阳极缝2A’周围的钛窗3’支撑结构。这将降低电子束的通过率和有效利用率，并增加钛窗3’支撑结构的制冷量。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：由于电场散焦作用电子束的通过率和有效利用率降低及钛窗支撑结构的制冷量增加的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供的一种电子帘加速器，包括：电子束发射组件和接收极，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现凸起状，以便对电子束产生汇聚作用。

在一个实施例中，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的阶梯状。

在一个实施例中，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

在一个实施例中，所述阶梯状为中心对称的阶梯状。

在一个实施例中，所述阶梯状的下降梯度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

在一个实施例中，所述阶梯状的下降梯度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

在一个实施例中，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状为中心对称的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

在一个实施例中，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

在一个实施例中，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

在一个实施例中，电子帘加速器还包括：钛窗，所述钛窗的厚度范围是10um～20um。

根据本发明实施例的再一个方面，提供的一种接收极，应用于电子帘加速器，所述接收极朝向所述电子帘加速器的电子束发射组件侧呈现凸起状，以便对电子束产生汇聚作用。

在一个实施例中，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的阶梯状；或者，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

在一个实施例中，所述阶梯状的下降梯度、或者所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

根据本发明实施例的又一个方面，提供的一种电子加速方法，包括：朝向电子束发射组件侧呈现凸起状的接收极对所述电子束发射组件射出的电子束进行汇聚，以提高电子束在所述接收极的通过率。

本发明实施例通过凸起状接收极结构，在接收极周围建立一个电子束聚焦场，消除电子帘阴极与阳极筒间散焦电场的影响，提高电子束在接收极的通过率和有效利用率，同时减少钛窗支撑结构的制冷量。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术电子帘加速器一个实施例的截面示意图。

图2为本发明电子帘加速器一个实施例的截面示意图。

图3为本发明凸起状接收极对电子束光学作用的示意图。

图4为本发明栅极到钛窗的电子束包络示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图2为本发明电子帘加速器一个实施例的截面示意图。参考图2所示，电子帘加速器包括：电子束发射组件1、接收极2，还包括钛窗3、阳极筒4等部件。电子束发射组件1也称阴栅组件，包括发射电子的阴极12，通常还设置反射极11和栅极13，反射极11附近建立一个电子减速场，将阴极12发射朝向反射极11运动的电子减速而后朝栅极13的方向加速，栅极13主要建立一个相对阴极12的正电位，将阴极12发射的电子最大限度的吸引过来，并且可以控制阴极12电子发射的电流。

接收极2也称阳极，具有电子可以穿过的缝隙，称为阳极缝2A。接收极2可以用胶圈法兰与阳极筒4密封连接。参考图2所示，接收极2朝向电子束发射组件1侧呈现凸起状，以便对电子束产生汇聚作用。该凸起状接收极结构，可以在接收极周围建立一个电子束聚焦场，从而消除电子帘阴极与阳极筒间散焦电场的影响，将原本会轰击到接收极和钛窗两侧支撑结构的电子束重新汇聚到接收极区域，提高电子束在接收极的通过率和有效利用率，同时减少钛窗支撑结构的制冷量。

图3为本发明凸起状接收极2对电子束光学作用的示意图。如图3所示，接收极2附近电场的等势线C，在接收极2附近形成一个聚焦电场，电子束发射组件1中射出的电子束B在聚焦电场作用下重新汇聚到接收极2区域，从而提高电子束B在接收极的通过率和有效利用率。

图4为本发明栅极13到钛窗3的电子束包络示意图。其中，S是栅极13与接收极2间静电加速场的散焦作用示意，F是接收极2处的聚焦作用示意。随着电子束与栅极13的距离增加电场的散焦作用也逐渐凸现，当电子束接进接收极2后又逐渐感受到接收极2周围电场的聚焦作用，最终在钛窗3处形成一个宽度相当于或接近钛窗3宽度的电子束。

作为凸起状接收极2的示例，接收极2朝向电子束发射组件1侧呈现中部高两侧低的阶梯状。或者，接收极2朝向电子束发射组件1侧呈现中部高两侧低的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。图2中示出的是阶梯状接收极2的实现方式。这些示例均可以在接收极周围建立一个电子束聚焦场，但是阶梯状相对较容易加工定位。

为了进一步提升电子束的汇聚效果，接收极2可以为中心对称结构。例如，参考图2，阶梯状可以为中心对称的阶梯状。圆弧状、椭圆状或者抛物线状为中心对称的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

通过改变接收极2凸起状的凸起程度可以调整接收极2附近电场的汇聚效果。接收极2的凸起状越凸出电场汇聚作用越大。例如，改变接收极2阶梯状的下降梯度可以调整接收极2附近电场的汇聚效果。接收极2的阶梯状的下降梯度越大电场汇聚作用越大。或者，改变接收极2圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率可以调整接收极2附近电场的汇聚效果。接收极2的圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率越大电场汇聚作用越大。

接收极2凸起状的凸起程度可以根据电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度确定，电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度越大接收极2的凸起状越凸出，以增强接收极2附近电场的汇聚作用。此外，接收极2凸起状的凸起程度还可以结合电子束发射组件1所在真空室内的最高场强、以及电子束发射组件1与接收极2间距确定，另外，还可以参考期望达到的电子束在接收极处的通过率等来确定。例如，电子束发射组件1与接收极2间距越大接收极2的凸起状越凸出，电子束在接收极2处的通过率越大接收极2的凸起状越凸出，接收极2附近电场的场强不应超过真空室内的最高场强。

对于阶梯状接收极2，阶梯状的下降梯度根据电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度获取。或者，阶梯状的下降梯度根据电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度、电子束发射组件1所在真空室内的最高场强、以及电子束发射组件1与接收极2间距获取。

对于圆弧状、椭圆状或者抛物线状接收极2，弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度获取。或者，圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据电子束发射组件1与接收极2间电场的散焦场强度、电子束发射组件1所在真空室内的最高场强、以及电子束发射组件1与接收极2间距获取。

钛窗3也称钛箔窗，可以通过四周法兰固定在接收极2的电子流束射出的一侧，接收极2的该侧面为一平面，可以对钛窗3起到支撑作用。为了减少电子束在钛窗中的功率损耗，即热量沉积，本实施例依靠接收极2对钛窗3的支撑作用，尽量减小钛窗3的厚度，钛窗3的厚度范围是10um～20um。可选的，钛窗3的厚度范围是10um～15um，例如钛窗3的厚度为11um、12um、15um等，此处不再一一列举。通过减小钛窗3的厚度，可以减少电子束在钛窗中的功率损耗，降低钛窗冷却的难度。

根据本发明实施例的再一个方面，提供的一种接收极2，可以应用于电子帘加速器，接收极2朝向电子帘加速器的电子束发射组件1侧呈现凸起状，以便对电子束产生汇聚作用。接收极2的结构以及相关参数具体参考前述，这里不再赘述。

根据本发明实施例的又一个方面，提供的一种电子加速方法，包括：朝向电子束发射组件1侧呈现凸起状的接收极2对电子束发射组件1射出的电子束进行汇聚，以提高电子束在接收极2的通过率。

本发明实施例通过凸起状接收极结构，在接收极周围建立一个电子束聚焦场，消除电子帘阴极与阳极筒间散焦电场的影响，提高电子束在接收极的通过率和有效利用率，同时减少钛窗支撑结构的制冷量。

本发明前述实施例中的电子帘加速器及其接收极结构，适用于需要建立电子束聚焦场的任意场景，对于形成电子束的电子束发射组件1的结构不做限定。例如，电子束发射组件的结构可以是图1-图3中示出的结构。以图1中的电子束发射组件为例，栅极可以是平板结构。以图2和图3中的电子束发射组件为例，栅极的外侧可具有汇聚电场的凸起。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电子帘加速器，包括：电子束发射组件和接收极以及钛窗，其特征在于，所述电子束发射组件向所述接收极发出被散焦的电子束，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现凸起状，以便对被散焦的电子束产生汇聚作用，在所述钛窗处形成一个宽度相当于或接近钛窗宽度的电子束；

其中，所述接收极凸起的程度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取，或者，根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

2.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的阶梯状。

3.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

4.根据权利要求2所述的电子帘加速器，其特征在于，所述阶梯状为中心对称的阶梯状。

5.根据权利要求2或4所述的电子帘加速器，其特征在于，所述阶梯状的下降梯度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

6.根据权利要求2或4所述的电子帘加速器，其特征在于，所述阶梯状的下降梯度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

7.根据权利要求3所述的电子帘加速器，其特征在于，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状为中心对称的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

8.根据权利要求3或7所述的电子帘加速器，其特征在于，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

9.根据权利要求3或7所述的电子帘加速器，其特征在于，所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

10.根据权利要求1-3任一项所述的电子帘加速器，其特征在于，还包括：钛窗，所述钛窗的厚度范围是10um～20um。

11.一种接收极，应用于电子帘加速器，其特征在于，所述接收极朝向所述电子帘加速器的电子束发射组件侧呈现凸起状，以便对被散焦的电子束产生汇聚作用，在钛窗处形成一个宽度相当于或接近钛窗宽度的电子束；

其中，所述接收极凸起的程度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取，或者，根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。

12.根据权利要求11所述的接收极，其特征在于，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的阶梯状；

或者，所述接收极朝向所述电子束发射组件侧呈现中部高两侧低的圆弧状、椭圆状或者抛物线状。

13.根据权利要求12所述的接收极，其特征在于，所述阶梯状的下降梯度、或者所述圆弧状、椭圆状或者抛物线状的曲率根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取。

14.一种电子加速方法，其特征在于，朝向电子束发射组件侧呈现凸起状的接收极对所述电子束发射组件射出的被散焦的电子束进行汇聚，在钛窗处形成一个宽度相当于或接近钛窗宽度的电子束，以提高电子束在所述接收极的通过率；

其中，所述接收极凸起的程度根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度获取，或者，根据所述电子束发射组件与所述接收极间电场的散焦场强度、所述电子束发射组件所在真空室内的最高场强、以及所述电子束发射组件与所述接收极间距获取。