CN105321784A - 一种电子束流源装置及基于该装置的提供电子束流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子束流源装置，包括：电子阴极、加速电极、减速电极、短波辐射光源，其中所述短波辐射光源发射的光照射电子阴极的表面，所述电子阴极通过导线与电源地相连，以保持地电位；所述加速电极通过导线与加速电源相连，加载正最高电压，以保持最高电位；所述加速电极通过导线与减速电源相连，以加载负电源。

Description

一种电子束流源装置及基于该装置的提供电子束流的方法

技术领域

本发明涉及低能粒子探测技术，尤其涉及一种用于空间低能电子探测仪器的定标的电子束流源装置。

背景技术

对于空间带电粒子的运动机制、规律等的研究是整个空间天气研究的核心，通过对于空间能量载体的带电粒子的研究，从而获取日地空间不同板块之间各类活动的关联(太阳风运动、太阳日冕物质抛射以及磁层电离层耦合等等)，这些带电粒子包括能量高的宇宙线、能量稍低的相对论粒子以及更低能量的等离子体粒子。而对于带电粒子的各类研究均仰赖于空间带电粒子的探测，因此，显然地，空间粒子探测的准确与否是研究的基石，而要实现准确探测就需要探测仪器在地面研制过程中得到精确的刻度定标。

空间粒子探测仪器的定标需要粒子源的束流稳定、可靠、且粒子能散度小、束斑均匀等。在低能粒子定标束流源的研制过程，通常采用透镜或者扫描的方法来实现束斑均匀。透镜的方法是采用许多不同电位的电极造成粒子的聚焦和散焦从而使得束斑扩大，并取中间相对均匀的部分；而扫描的方法是采用横向电场使得小束斑通过扫描形成大的束斑。这两种方法的缺点在于，利用透镜的方法容易造成机械结构和电气结构复杂，而扫描的方法除了造成结构复杂外还会造成束斑瞬间不均匀的问题。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提出一种提供电子束流的方法，包括以下步骤：1)利用短波辐射光照射电子阴极来发射电子；2)利用高压电极与电子阴极之间的高压电场将电子加速至高能态以降低地磁场的影响；3)然后再利用减速电极对高能量电子进行减速以使得电子能量符合目标能量需要。

根据本发明的另一方面，还提出一种电子束流源装置，包括：电子阴极、加速电极、减速电极、短波辐射光源，其中所述短波辐射光源发射的光照射电子阴极的表面，所述电子阴极通过导线与电源地相连，以保持地电位；所述加速电极通过导线与加速电源相连，加载正最高电压，以保持最高电位；所述减速电极通过导线与减速电源相连，以加载负电源。

根据本发明的一个实施例的电子束流源装置，还包括装置机壳，其中电子阴极为片形，采用低功率金属材料制成，安装在装置机壳上；加速电极为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳上；减速电极为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳上；短波辐射光源为圆筒状，安装在装置机壳上。

优选地，短波辐射光源发射的光恰好覆盖住电子阴极的表面。并且优选地，短波辐射光源为紫外光源。

根据本发明的一个实施例的电子束流源装置，还可以包括玻莫合金筒，与装置机壳外形一致，且包覆在装置机壳的外表面。优选地，玻莫合金筒的厚度大于0.1mm。

优选地，电子阴极、加速电极及减速电极这三个电极均表面平整，其不平整度均小于1mm。

优选地，电子阴极、加速电极及减速电极三者之间保持平行，不平行公差小于0.1mm。

优选地，加速电极和减速电极的栅网的占空比均大于50％。

根据本发明的一个实施例的电子束流源装置，短波辐射光源倾斜安装在装置机壳的外壁上，且装置机壳的壁上开有通孔，通孔尺寸与短波辐射光源的出口匹配。

根据本发明的一个实施例的电子束流源装置，加速电源与减速电源的输出范围大小相同，但极性相反。加速电源的负极接地，以保证与电子阴极一致，加速电源的正极与加速电极相连。减速电源的正极与加速电源的正极相连，减速电源的负极与减速电极相连。

优选地，加速电源的输出极性为正电压，电压纹波小于10％，用于将电子阴极发射出来的电子加速到高能量状态从而降低地磁场干扰。减速电源的输出极性为负电压，电压纹波小于5％，用于根据定标需要将电子由高能量减速到所需能量。

优选地，电子束流源装置的真空腔保持在10-3Pa以上的真空度，以降低由于电子束流与残留气体的相互作用所产生的次级粒子对于电子束流造成的干扰。

本发明的电子束流源装置优点在于：可以提供宽能量范围、低能散、高均匀束斑的电子束，以用于电子仪器的定标或者试验。

本发明的电子束流源装置具有相对结构简单、原理清晰、安装要求低的特点。

附图说明

图1为本发明的一种电子束流源结构示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的电子束流源装置的电气实现原理框图。

图3为根据本发明的电子束流源所包含的电子阴极的示意图。

图4为根据本发明的电子束流源所包含的加速电极的示意图。

图5为根据本发明的电子束流源所包含的减速电极的示意图。

图6为利用本发明的电子束流源提供电子束流的方法流程图。

附图标记

1、电子阴极2、加速电极3、减速电极

4、玻莫合金桶5、短波辐射光源6、装置机壳

7、待定标仪器8、加速电源9、减速电源

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的电子束流源装置进行详细说明。

图1为本发明的一个实施例的电子束流源的结构示意图。图2为图1的电子束流源装置的电气实现原理框图。如图1所示的电子束流源装置包括：电子阴极1、加速电极2、减速电极3及短波辐射光源5，其中所述短波辐射光源5发射的光照射到电子阴极1的表面，所述电子阴极1通过导线与电源地相连，以保持地电位；所述加速电极2通过导线与加速电源8相连，加载正最高电压，以保持最高电位；所述减速电极3通过导线与减速电源9相连，以加载负电源。待定标仪器7安装在电子束流源的与电子阴极1相对的另外一端，且待定标仪器7开口朝向电子束来流方向。

根据此实施例，还包括装置机壳6，其中电子阴极1为片形，采用低功率金属材料制成，安装在装置机壳6上；加速电极2为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳6上；减速电极3为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳6上；短波辐射光源5为圆筒状，安装在装置机壳6上。

优选地，短波辐射光源5发射的光恰好覆盖住电子阴极1的表面。

在此实施例中，还可以包括玻莫合金筒4，与装置机壳6外形一致，且包覆在装置机壳6的外表面。优选地，玻莫合金筒4的厚度大于0.1mm，以尽可能对地球磁场进行导磁，从而降低外界包括地磁场在内的各类磁场对装置机壳6内部的真空腔内电子束流的影响。

图3为根据本发明的电子束流源所包含的电子阴极的示意图。图4为根据本发明的电子束流源所包含的加速电极的示意图。图5为根据本发明的电子束流源所包含的减速电极的示意图。从图中可见，电子阴极1、加速电极2及减速电极3这三个电极均表面平整，其不平整度均小于1mm，以尽可能地避免由于电极表面形成过多杂散而降低电子束流的质量。

优选地，电子阴极1、加速电极2及减速电极3三者之间保持平行，不平行公差小于0.1mm，以尽可能地降低由于三者不平行而造成电场异常进而影响电子的加速或减速效果。加速电极2和减速电极3的栅网，占空比均大于50％，以保证透过率大于25％，这样可以避免电子束流由于两次通过栅网而可用效率过低。

在上述实施例中，短波辐射光源5倾斜安装在装置机壳6的外壁上，装置机壳6的壁上开有通孔，通孔尺寸与短波辐射光源5的出口匹配。

在上述实施例中，加速电源8与减速电源9的输出范围大小相同，但极性相反。加速电源8的负极接地，以保证与电子阴极一致，加速电源8的正极与加速电极2相连。减速电源9的正极与加速电源8的正极相连，减速电源9的负极与减速电极3相连。加速电源8的输出极性为正电压，电压纹波小于10％，用于将电子阴极1发射出来的电子加速到高能量状态从而降低地磁场干扰。减速电源9的输出极性为负电压，电压纹波小于5％。减速电极产生的电场与加速电极产生的电场为反方向，以便根据定标需要将电子由高能量减速到所需能量。

优选地，电子束流源装置的真空腔保持在10^-3Pa以上的真空度，以降低由于电子束流与残留气体的相互作用所产生的次级粒子对于电子束流造成的干扰。

图6为利用前述的电子束流源装置提供电子束流的方法，包括以下步骤：1)利用短波辐射光照射电子阴极来发射电子；2)利用高压电极与电子阴极之间的高压电场将电子加速至高能态以降低地磁场的影响；3)然后再利用减速电极对高能量电子进行减速以使得电子能量符合目标能量需要。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种电子束流源装置，其特征在于包括：电子阴极、加速电极、减速电极、短波辐射光源，其中所述短波辐射光源发射的光照射电子阴极的表面，所述电子阴极通过导线与电源地相连，以保持地电位；所述加速电极通过导线与加速电源相连，加载正最高电压，以保持最高电位；所述减速电极通过导线与减速电源相连，以加载负电源。

2.根据权利要求1的电子束流源装置，其特征在于还包括装置机壳，其中电子阴极为片形，采用低功率金属材料制成，安装在装置机壳上；加速电极为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳上；减速电极为栅网状，采用金属材料制成，通过绝缘材料安装在装置机壳上；短波辐射光源为圆筒状，安装在装置机壳上。

3.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于短波辐射光源发射的光恰好覆盖住电子阴极的表面。

4.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于还包括厚度大于0.1mm的玻莫合金筒，与装置机壳外形一致，且包覆在装置机壳的外表面。

5.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于电子阴极、加速电极及减速电极这三个电极均表面平整，其不平整度均小于1mm。

6.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于电子阴极、加速电极及减速电极三者之间保持平行，不平行公差小于0.1mm。

7.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于加速电极和减速电极的栅网的占空比均大于50％。

8.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于短波辐射光源倾斜安装在装置机壳的外壁上，且装置机壳的壁上开有通孔，通孔尺寸与短波辐射光源的出口匹配。

9.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于加速电源与减速电源的输出范围大小相同，但极性相反；加速电源的负极接地，以保证与电子阴极一致，加速电源的正极与加速电极相连；减速电源的正极与加速电源的正极相连，减速电源的负极与减速电极相连。

10.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于加速电源的输出极性为正电压，电压纹波小于10％，用于将电子阴极发射出来的电子加速到高能量状态从而降低地磁场干扰；减速电源的输出极性为负电压，电压纹波小于5％，用于根据定标需要将电子由高能量减速到所需能量。

11.根据权利要求1或2的电子束流源装置，其特征在于该电子束流源装置的真空腔保持在10-3Pa以上的真空度，以降低由于电子束流与残留气体的相互作用所产生的次级粒子对于电子束流造成的干扰。

12.一种基于权利要求1-11之一所述的电子束流源装置所实现的提供电子束流的方法，包括以下步骤：

1)利用短波辐射光照射电子阴极来发射电子；

2)利用高压电极与电子阴极之间的高压电场将电子加速至高能态以降低地磁场的影响；及

3)然后再利用减速电极对高能量电子进行减速以使得电子能量符合目标能量需要。