CN105280461A

CN105280461A - 一种辐射电子加热式电子枪

Info

Publication number: CN105280461A
Application number: CN201510818035.0A
Authority: CN
Inventors: 席洪柱; 张建成; 尚吉花; 王鹏康; 董彬彬
Original assignee: Anhui East China Institute of Optoelectronic Technology
Current assignee: Anhui East China Institute of Optoelectronic Technology
Priority date: 2015-11-21
Filing date: 2015-11-21
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明公开了一种辐射电子加热式电子枪，所述电子枪包括绝缘子组件、依次设置的阳极板、用于发射电子的阴极组件和用于对阴极组件电子加热的灯丝组件，所述阳极板设有用于将发射电子导出的阳极孔，所述阳极板、阴极组件和灯丝组件两两之间通过绝缘子组件固定连接。本发明在加热方式上使用了电子加热阴极，具有寿命长、开关响应时间短、轴线长度短、工艺简单等特点。同时，采用平板电极结构，在形成细小电子束，尤其是带状电子束时能有效避免电子的扰动和电子含量少的电子束边缘涡流层，提高电子枪发射电子的质量。

Description

一种辐射电子加热式电子枪

技术领域

本发明属于真空电子器件技术领域，具体涉及一种辐射电子加热式电子枪。

背景技术

电子枪是真空电子器件中电子光学系统的一部分，受限于磁场，在真空电子管中形成并传输飞行电子束。传统的电子枪结构中将灯丝掩埋在阴极中，灯丝通电后温度升高，通过传导方式实现对阴极的加热。这种通过传导实现热交换的阴极灯丝组件具有很多不足点，比如，由于灯丝和陶瓷绝缘成分之间的电子化学互作用造成的低寿命；较高的热惯量，在电子束电流，器件功率和频率稳定时对阴极温度的控制难度加大；由于阴极灯丝组件由物理属性不一样的材料组成，必须要平稳的增加(和降低)阴极灯丝组件的温度，使灯丝开关过程持续时间较长(达10-15min)；传统的灯丝组件制作工艺难度很大，测试或使用时电子枪报废率很高。另外，传统电子枪结构中往往使用聚焦电极或限制罩，但微结构的轨迹分析数据和实验研究证明，绝对尺寸很细的电子束结构，尤其是带状电子注电子枪，由于阴极附近的电极和阴极结合的电子动态透镜带来的静态扰动，超过热速度差和空间电荷造成的扰动10倍之多。

发明内容

为有效改善上述传统电子枪的技术问题。为此，本发明提供一种辐射电子加热式电子枪，目的是有效控制电子枪的热惯量，减小电子枪结构对细小电子束的静态扰动，并提高电子枪的寿命，降低电子枪装配难度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种辐射电子加热式电子枪，所述电子枪包括绝缘子组件、依次设置的阳极板、用于发射电子的阴极组件和用于对阴极组件电子加热的灯丝组件，所述阳极板设有用于将发射电子导出的阳极孔，所述阳极板、阴极组件和灯丝组件两两之间通过绝缘子组件固定连接。

优选的，所述阴极组件和所述阳极板之间还设有用于将发射电子高压加速的装置。

优选的，所述绝缘子组件包括绝缘子和用于固定阴极组件与灯丝组件且作为通电引线的固定装置，所述绝缘子与固定装置固定连接。

优选的，所述绝缘子设有若干贯穿孔，所述固定装置为与贯穿孔配合固定连接的销钉，所述销钉包括与阴极组件固定连接的第一销钉和与灯丝组件固定连接的第二销钉以及第三销钉。

优选的，所述阴极组件包括阴极、阴极杯形件和与阴极杯形件连接的阴极套环，所述阴极包括阴极发射面，所述阴极杯形件设有阴极发射槽，所述阴极套环与第一销钉固定连接，阳极板和阴极发射面具采用平板型结构。

优选的，所述阳极孔的尺寸大于阴极发生槽尺寸的3.2倍。

更有选的，所述阴极发射槽位于阳极孔的中心通道方向上。

优选的，所述灯丝组件包括钨铼丝或钨丝螺旋线和金属罩，螺旋线的两端分别与两个第二销钉焊接，第三销钉和其中一个第二销钉均与金属罩焊接。

优选的，所述绝缘子的表面上设有位于两两贯穿孔之间的沟槽结构。

优选的，所述销钉还包括设于绝缘子两端的第四销钉，所述阳极板上设有分别与第四销钉焊接的角铁。

工作原理：当给电子枪的灯丝施加工作电压U₁后，灯丝温度升高，表面发射出电子，然后在灯丝和阴极之间施加辅助加热电压U₂,将灯丝发射的电子拉到阴极上对其进行辐射加热。阴极温度升高后，阴极内部活性物质的电子能量大于其逸出功就会在阴极发射面发射出电子，在阴极和阳极板之间施加上高压加速电压U₃后，将会对阴极发射出的电子进行加速形成电子束，并通过阳极板中间的阳极孔发射出去。由于阴极发射面和阳极板均采用平板型结构，因此发射出的电子注横截面形状将会与阴极发射面形状一致。

本发明的有益效果：本发明避免了灯丝与阴极和绝缘材料之间的高温接触，同时本电子枪使用平板电极，没有使用聚焦电极及其他任何限制罩，可以避免由于阴极附近的电极和阴极结合的电子动态透镜带来的静态的扰动，以及电子含量少的电子束边缘涡流层，并在指定电子枪电场强度的情况下提高阴极电场强度。本发明在加热方式上使用了电子加热阴极，具有寿命长、开关响应时间短、轴线长度短、工艺简单等特点。同时，采用平面电极结构，在形成细小电子束，尤其是带状电子束时能有效避免电子的扰动和电子含量少的电子束边缘涡流层，提高电子枪发射电子的质量。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明辐射电子加热式电子枪的工作原理结构示意图；

图2是本发明辐射电子加热式电子枪的整体结构示意图；

图3是本发明辐射电子加热式电子枪的绝缘子组件的结构示意图；

图4是图3中的A-A剖视图；

图5是图3中的B-B剖视图；

图6是图3中的V-V剖视图；

图7是本发明辐射电子加热式电子枪的绝缘子组件的俯视图；

图8是本发明辐射电子加热式电子枪的阴极及阴极套环结构示意图；

图9是本发明辐射电子加热式电子枪的阴极杯形件结构示意图；

图10是本发明辐射电子加热式电子枪的螺旋线结构示意图；

图11是本发明辐射电子加热式电子枪的金属罩俯视图；

图12是本发明辐射电子加热式电子枪的金属罩侧视图；

图13是本发明辐射电子加热式电子枪的金属罩正视图。

图中标记为：

1、绝缘子，2、第二销钉，3、第三销钉，4、第一销钉，5，第四销钉，6、阳极板，7、阴极，8、阴极套环，9、阴极发射槽，10、螺旋线，11、金属罩，12、角铁，13、沟槽结构，14、阴极发射面，15、阳极孔，16、灯丝。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图13所示，本发明一种辐射电子加热式电子枪，电子枪包括绝缘子组件、依次设置的阳极板6、用于发射电子的阴极组件和用于对阴极组件电子加热的灯丝组件，阳极板设有用于将发射电子导出的阳极孔15，阳极板6、阴极组件和灯丝组件两两之间通过绝缘子组件固定连接。

上述阴极组件和所述阳极板6之间还设有用于将发射电子高压加速的装置。在灯丝16和阴极之间施加辅助加热电压U₂,阴极温度升高后，阴极内部活性物质的电子能量大于其逸出功就会在阴极发射面发射出电子，在阴极和阳极板之间施加上高压加速电压U₃后，将会对阴极发射出的电子进行加速形成电子束，并通过阳极板中间的阳极孔发射出去。

绝缘子组件包括绝缘子1和用于固定阴极组件与灯丝组件且作为通电引线的固定装置，绝缘子1与固定装置固定连接。绝缘子1设有若干贯穿孔，固定装置为与贯穿孔配合固定连接的销钉，绝缘子由绝缘材料制作，如陶瓷、玻璃等。销钉包括与阴极组件固定连接的第一销钉4和与灯丝组件固定连接的第二销钉2以及第三销钉3。

阴极组件包括阴极7、阴极杯形件和与阴极杯形件连接的阴极套环8，阴极杯形件设有阴极发射槽9，阴极套环8与第一销钉4固定连接。通过高熔点的导线将阴极7固定在阴极套环8上，阴极7包括阴极发射面14，要求固定后的阴极发射面14与阴极套环的相对应的端面平行。阴极是将电子发射活性物质密封在阴极杯形件中，在阴极杯形件的发射端面具有阴极发射槽9，活性物质从该阴极发射槽9发射出电子。该阴极发射槽9的形状和尺寸决定着发射电子束的横截面形状和尺寸。

绝缘子的第一个作用是绝缘作用，主要包括阴极7、灯丝组件之间绝缘，阴极7、灯丝组件与阳极间高压绝缘；绝缘子的第二作用是机械固定，固定作为灯丝的螺旋线10、阴极7、和阳极板6。为此，绝缘子上需要具有七个贯穿孔来安装固定销钉。

绝缘子1的七个孔内插入与其孔径相匹配的销钉进行釉封焊牢。销钉的作用一是固定电子枪组件，二是电子枪的通电引线。要求这些销钉是耐高温、与绝缘材料膨胀率相近的导电金属材料，如当绝缘子采用Al₂O₃陶瓷时，销钉可以选用Mo、Mo-Re合金等。销钉焊接牢固后，要进行弯曲处理，便于在销钉上焊接电子枪的其它部件。两个第二销钉2上端是固定灯丝的支点，第一销钉4用于固定阴极套环，第三销钉3销钉用于固定阴极罩的。这些销钉关于绝缘子中心对称。为了预防销钉通电后，在销钉之间出现打火现象，要求绝缘子上两孔之间的最短表面距离乘以所用陶瓷的表面绝缘系数(V/cm)要大于这两个销钉之间的电压差，为此，可在绝缘子的表面上做一些沟槽结构13，用于增大两个孔之间的表面最短距离。

阳极板由耐高温度的金属导电材料构成，中心有阳极孔15，为了在电子束形成区域创建平面对称的电场结构，并保证这个场的轴向分量得到最大程度的均匀，光圈的阳极孔的尺寸最好要超过对应阴极发射槽对应尺寸的3.2倍。阴极发射槽是如图9所示的矩形槽时，对应的阳极板发射槽也应与阴极发射槽形状相匹配，要求阴极发射槽位于阳极孔的中心通道方向上，且和阳极孔中心对称。

灯丝组件，其由钨铼丝或钨丝螺旋线和耐高温的金属罩11构成。螺旋线10的两端分别与两个第二销钉焊接，因此，其长度要大于第二销钉之间的距离，且内径要大于第二销钉2的直径。金属罩11即可以保证阴极、钨或钍钨螺旋线与金属罩后面的管子区域电场电子静态屏蔽，并且能将部分螺旋线10辐射的热能反射到阴极7上，提高作为灯丝的螺旋线10的热效率。金属罩11通过其中间的孔固定到绝缘子第三销钉和其中一个第二销钉上。

通过焊接工艺，将阳极板6、阴极组件、灯丝组件焊接到绝缘子组件的各个销钉上，组装后的电子枪结构如图2所示。销钉还包括设于绝缘子两端的第四销钉5，其中，阳极板6和第四销钉5之间的焊接是通过高熔点的角铁12焊接在一起的，而且阳极板6和阴极7之间的距离是通过四个角铁12的高度来控制的。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述电子枪包括绝缘子组件、依次设置的阳极板、用于发射电子的阴极组件和用于对阴极组件电子加热的灯丝组件，所述阳极板设有用于将发射电子导出的阳极孔，所述阳极板、阴极组件和灯丝组件两两之间通过绝缘子组件固定连接。

2.根据权利要求1所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述阴极组件和所述阳极板之间还设有用于将发射电子高压加速的装置。

3.根据权利要求1所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述绝缘子组件包括绝缘子和用于固定阴极组件与灯丝组件且作为通电引线的固定装置，所述绝缘子与固定装置固定连接。

4.根据权利要求3所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述绝缘子设有若干贯穿孔，所述固定装置为与贯穿孔配合固定连接的销钉，所述销钉包括与阴极组件固定连接的第一销钉和与灯丝组件固定连接的第二销钉以及第三销钉。

5.根据权利要求4所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述阴极组件包括阴极、阴极杯形件和与阴极杯形件连接的阴极套环，所述阴极包括阴极发射面，所述阴极杯形件设有阴极发射槽，所述阴极套环与第一销钉固定连接，阳极板和阴极发射面具采用平板型结构。

6.根据权利要求5所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述阳极孔的尺寸大于阴极发生槽尺寸的3.2倍。

7.根据权利要求5所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述阴极发射槽位于阳极孔的中心通道方向上。

8.根据权利要求4所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述灯丝组件包括钨铼丝或钨丝螺旋线和金属罩，螺旋线的两端分别与两个第二销钉焊接，第三销钉和其中一个第二销钉均与金属罩焊接。

9.根据权利要求4所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述绝缘子的表面上设有位于两两贯穿孔之间的沟槽结构。

10.根据权利要求4所述辐射电子加热式电子枪，其特征在于：所述销钉还包括设于绝缘子两端的第四销钉，所述阳极板上设有分别与第四销钉焊接的角铁。