CN104735898A - 电子帘加速器、反射极以及电子加速方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子帘加速器、反射极以及电子加速方法，涉及辐照领域。其中本发明的电子帘加速器包括阴极和反射极，反射极为相对于阴极方向的凸弧形曲面。这样的装置，反射极除了产生电子减速场，将阴极发射的电子朝栅极的方向加速外，还产生垂直于反射极轴线与阴极连线方向的电场，使电子可以在平行于栅极的方向上漂移一定距离后再达到栅极，从而达到增加单个灯丝阴极发射电子的覆盖区域的目的，减少电子帘加速器中阴极的数目。

Description

电子帘加速器、反射极以及电子加速方法

技术领域

本发明涉及辐照领域，特别是一种电子帘加速器、反射极以及电子加速方法。

背景技术

电子帘加速器是一种高压型加速器，没有加速管和扫描装置，具有体积小、外形规整以及结构简单的特点。电子帘加速器的应用广泛，主要用于海水淡化、功能膜制备、建筑装饰材料及录音带等高端产品涂层固化，烟气净化，废水治理、薄形橡胶和橡胶乳辐射硫化以及医用材料制备等领域。

目前的电子帘加速器的主体是不锈钢柱型筒，作为真空室，其结构如图1所示。真空室中间有灯丝，处于负高压状态，发散出电子。电子被高压加速，形成电子帘。真空室下侧开有钛窗，高能电子束流穿过钛窗射到受照物质上。在图1的横切面中，1为反射极，2为阴极，3为栅极，阴极位于反射极和栅极之间，栅极3具有相对于阴极2的正电位。反射极1又称悬浮极，是通过接收阴极2灯丝发射的电子而形成的一个负电位电极。反射极1附近为电子减速场，将阴极2发射朝向反射极运动的电子减速后朝栅极3的方向加速，即增加阴极2发射电子的利用率。4为阳极，在栅极3和阳极4之间产生电子加速场，加速电子向阳极运动。5为钛窗，到达阳极4的电子经钛窗5发射出电子帘加速器。

其中，反射极1的形状如图2或3所示。图2和图3中，2为阴极，产生电子，图2中21为凹弧形反射极，这样的结构降低了阴极的热辐射损耗，降低灯丝的加热功率，但其阴极电子利用效率低。图3中31为平板反射极，它可以将阴极发射的大部分电子推向栅极。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种提高阴极电子覆盖区域的反射极结构。

根据本发明的一个方面，提出一种电子帘加速器，包括阴极和反射极，反射极为相对于阴极方向的凸弧形曲面。

进一步地，还包括：栅极，位于电子经反射极加速后运动的方向，并垂直于反射极中心轴与阴极的连线；钛窗，位于栅极远离阴极的一侧，并平行于栅极。

进一步地，反射极为钽材料制成。

进一步地，反射极为圆筒形。

进一步地，反射极半径为阴极灯丝半径的5～10倍。

进一步地，反射极的横切面为圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、优弧或劣弧。

进一步地，反射极横切面的曲率根据阴极的直径、阴极与栅极间距、阴极与反射极间距和/或相邻反射极间距获取。

进一步地，反射极长度与阴极灯丝长度相近。

进一步地，反射极长度为8～15cm。

这样的装置，反射极除了产生电子减速场，将阴极发射朝向反射极运动的电子减速后朝栅极的方向加速外，还产生垂直于反射极轴线与阴极连线方向的电场，使电子可以在平行于栅极的方向上漂移一定距离后再达到栅极。从而达到增加单个阴极灯丝发射电子的覆盖区域的目的，能够减少电子帘加速器中阴极的数目。

根据本发明的另一个方面，提出一种反射极，用于电子帘加速器，反射极为相对于电子帘加速器中的阴极方向的凸弧形曲面。

这样的反射极能够使阴极发射的电子在垂直于反射极轴线与阴极连线方向上漂移一定的距离，从而增加单个灯丝阴极发射电子的覆盖区域，减少电子帘加速器中阴极的数目。

根据本发明的又一个方面，提出一种电子加速方法，凸弧形反射极将阴极发射朝向凸弧形反射极运动的电子减速，且将电子朝预定方向加速，以便增加电子向垂直于凸弧形反射极中心轴与阴极连线的方向运动的距离。

通过这样的方法，能够增加电子向垂直于凸弧形反射极轴线与阴极连线的方向运动的距离，从而增加单个灯丝阴极发射电子的覆盖区域，减少电子帘加速器中阴极的数目。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中一种电子帘加速器结构的立体示意图。

图2为现有技术中一种电子帘加速器的部分示意图。

图3为现有技术中另一种电子帘加速器的部分示意图。

图4为本发明的电子帘加速器的第一个实施例的示意图。

图5为本发明的电子帘加速器的工作原理示意图。

图6为本发明的电子帘加速器的第二个实施例的示意图。

图7为本发明的电子帘加速器的第三个实施例的示意图。

图8为本发明的电子帘加速器的第四个实施例的示意图。

图9为本发明的电子帘加速器的第五个实施例的示意图。

图10为本发明的电子帘加速器的第六个实施例的示意图。

图11为本发明的电子加速方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的电子帘加速器的一个实施例的示意图如图4所示，图4为电子帘加速器的横切面，其中2为阴极，阴极2可以是负高压灯丝，用于发散电子，41为反射极，反射极41是向阴极方向凸起的曲面，产生电子减速场，对电子起排斥作用。

图4中向阴极方向呈凸弧形的反射极41的电场具有向下和水平两个方向的电场分量，对电子具有向下和向水平加速的作用。这样的反射极除了产生电子减速场，将阴极发射朝向反射极运动的电子减速后朝栅极的方向加速外，还产生垂直于反射极轴线与阴极连线方向的电场，使电子可以在水平方向上漂移一定距离后再达到栅极，从而达到增加单个灯丝阴极发射电子的覆盖区域的目的，能够减少电子帘加速器中阴极的数目。

电子帘加速器除了反射极和阴极，还具有栅极和钛窗，如图1中所示，栅极3可以具有相对于阴极的正电位，将阴极发射的电子最大限度的吸引过来，栅极3起到均匀电子的作用。通过调整栅极3的电压能够控制阴极2电子发射的电流。钛窗5位于栅极远离阴极的一侧，且并平行于栅极。钛窗5与栅极3之间具有高压电场，电子经过栅极3后在高压电场的作用下向钛窗5加速运动。通过这样的装置，电子从阴极发出，经过加速和扩散，从钛窗发射出，实现电子加速器功能。

图5为电子帘加速器的工作原理的示意图。51为曲面反射极，图中以圆筒形曲面反射极为例。2为阴极，301为第一栅极(控制栅极)，302为第二栅极(屏蔽栅极)，5为钛窗。阴极2朝各个方向发射电子，电子的运动轨迹如6所示。朝栅极运动的电子在反射极1的排斥作用和栅极的吸引作用下，向栅极301、302的方向加速运动，朝反射极发射的电子在反射极1的排斥作用下减速，随后朝栅极的方向加速运动。由于朝阴极2突出的曲面反射极1具有垂直于栅极和平行于栅极的两个方向的电场分量，因此，电子可以在平行于栅极的方向运动一定的距离后再到达栅极，从而有效增加了单个阴极发射的电子的覆盖面积。在电子帘加速器中，往往采用多个阴极平行布置的方式，即多个阴极灯丝平行于栅极分布，通过增加单个阴极发射的电子的覆盖面积，能够增大阴极之间的距离，从而减少阴极灯丝的需求量。

在一个实施例中，反射极为钽材料制成。这样的材料导电性能良好，可塑性强，且熔点高，利于生产应用。

本发明的电子帘加速器的一个实施例的示意图如图6所示。61为反射极，反射极61为圆筒形。圆筒形的反射极加工、定位简单，且利于固定，可以通过在圆筒轴线上预留固定孔的方式进行固定，从而有利于生产应用。

在一个实施例中，反射极横切面的半径根据阴极的直径、阴极与栅极间距、阴极与反射极间距和/或相邻反射极间距获取，这样的装置能够优化电子的覆盖区域和加速的程度。在一个实施例中，可以通过仿真模拟的方式调整圆筒横切面的半径，使电子覆盖区域达到最佳。

在一个实施例中，反射极的半径为灯丝半径的5～10倍。这样的结构能够保证反射极的电场方向满足电子在平行于栅极的方向上运动的需求。

反射极除了图6所示的圆筒形，还可以是其他的曲面形状。图4以及图6到图10为电子帘加速器的几个实施例中反射极和阴极横切面的示意图。

图4中，反射极41的横切面为椭圆弧形，该椭圆弧形可以是优弧、劣弧、半椭圆弧。这样的弧形能够产生垂直于栅极和平行于栅极两个方向的电场分量，从而能够使电子向栅极方向加速的同时，向平行于栅极的方向扩散。

图7中，反射极71的横切面为椭圆形。椭圆柱形的反射极结构能够通过调节长轴和短轴的比值，调整电场平行于栅极的分量的强度，从而调整电子的扩散程度。

图8中，反射极81的横切面为半圆弧，图9中反射极91的横切面为优圆弧，图10中反射极101的横切面为劣圆弧。这样的反射极结构均能够产生垂直于栅极和平行于栅极两个方向的电场分量，从而能够使电子向栅极方向加速的同时，向平行于栅极的方向扩散。

在一个实施例中，曲面反射极的曲率根据阴极的直径、阴极与栅极间距、阴极与反射极间距和/或相邻反射极间距获取，这样的装置能够优化电子的覆盖区域和加速的程度。在一个实施例中，可以通过仿真模拟的方式调整曲面的曲率，使电子覆盖区域达到最佳。

在一个实施例中，反射极的长度与阴极灯丝的长度相近，这样的结构能够保证阴极电子和反射极的高利用率。

在一个实施例中，反射极的长度为8～15厘米，这样的长度能够在保证电子帘加速器效果的同时，将设备的重量、尺寸控制在预定范围内，方便电子帘加速器的使用。

本发明的反射极的几个实施例的示意图如图4以及图6到图10中所示，配合阴极结构使用，这样的反射极能够使阴极发射的电子在垂直于反射极轴线与阴极连线方向上漂移一定的距离，从而增加单个灯丝阴极发射电子的覆盖区域，能够减少电子帘加速器中阴极的数目。

本发明的电子加速方法的一个实施例的流程图如图11所示。

在步骤111中，阴极向各个方向发射出电子。

在步骤112中，反射极产生电子减速场，将向反射极方向运动的电子减速，并将阴极发射的各个方向的电子向反射极的反向加速。在如图1所示的结构中，电子朝栅极加速运动。由于反射极为相对于阴极的凸弧形，反射极产生的电场具有平行于反射极中心轴与阴极连线的方向以及垂直于反射极中心轴与阴极连线的方向两个分量，即垂直于栅极和平行于栅极两个分量。

在步骤113中，电子在反射极产生的电场的作用下，除了向平行于反射极中心轴与阴极连线的方向加速运动外，还能够向垂直于反射极中心轴与阴极连线的方向漂移。

通过这样的方法，能够从而增加电子向垂直于凸弧形反射极与阴极连线的方向运动的距离，增加电子的覆盖范围和电子的利用效率，减少阴极灯丝的使用。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种电子帘加速器，包括阴极和反射极，其特征在于：所述反射极为相对于阴极方向的凸弧形曲面。

2.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，还包括：

栅极，位于所述电子经所述反射极加速后运动的方向，并垂直于所述反射极中心轴与所述阴极的连线；

钛窗，位于所述栅极远离所述阴极的一侧，并平行于所述栅极。

3.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极为钽材料制成。

4.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极为圆筒形。

5.根据权利要求4所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极半径为所述阴极灯丝半径的5～10倍。

6.根据权利要求1所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极的横切面为圆形、半圆形、椭圆形、半椭圆形、优弧或劣弧。

7.根据权利要求1～6任一所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极横切面的曲率根据所述阴极的直径、所述阴极与所述栅极间距、所述阴极与所述反射极间距和/或相邻反射极间距获取。

8.根据权利要求1～6任一所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极长度与所述阴极灯丝长度相近。

9.根据权利要求1～6任一所述的电子帘加速器，其特征在于，所述反射极长度为8～15cm。

10.一种反射极，用于电子帘加速器，其特征在于，所述反射极为相对于所述电子帘加速器中的阴极方向的凸弧形曲面。

11.一种电子加速方法，其特征在于，凸弧形反射极将阴极发射朝向所述凸弧形反射极运动的电子减速，且将所述电子朝预定方向加速，以便增加所述电子向垂直于所述凸弧形反射极中心轴与所述阴极连线的方向运动的距离。