CN106508075B - 热阴极等离子体电子枪 - Google Patents

热阴极等离子体电子枪

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雷光玖
曹建勇
江涛
姜韶风
卢大伦
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Abstract

本发明涉及一种热阴极等离子体电子枪，包括放电系统、电子束引出加速系统、电源系统。放电系统的放电室为一个不锈钢圆筒，作为放电阴极的灯丝通过灯丝支杆设置在放电室内，放电室壁为放电阳极，放电室外围以及灯丝支杆一侧的端盖上分别均匀排列相互会切的永久磁铁；电子束引出加速系统连接在放电室的引出端，引出加速系统的入口端设有引出电极(阳极)，引出电极的前端设有等离子体栅极(阴极)。该发明取消了轴向磁场，可以提高发射密度，并能在低真空条件下工作。

Description

热阴极离子体电子枪
技术领域
本发明属于电子枪技术领域，具体涉及一种从等离体中引出电子并加速的电子枪。
背景技术
传统的电子枪是从热阴极中引出电子并加速形成电子束，这种电子枪只能在高真空条件下使用(＞10-6Pa)。在某些工业和研究条件下，电子枪必须要能在低真空乃至大气中运行。在低真空条件下，热阴极电子枪由于大量返流离子轰击阴极导致阴极寿命极短而无法工作。由于热阴极发射密度的限制，传统的热阴极电子枪发射电子的密度很难超过20A/cm2。由于大面积热阴极被加热时存在边缘冷效应，所以很难使热阴极均匀发射电子，使得引出大面积、大束流电子束极其困难，一般小于20A。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高发射密度，并能在低真空条件下工作引出大面积电子束的热阴极等离子体电子枪。
为解决上述技术问题，本发明包括放电系统、电子束引出加速系统、电源系统，放电系统的放电室为一个不锈钢圆筒，作为放电阴极的灯丝通过灯丝支杆设置在放电室内，放电室壁为放电阳极，放电室外围以及灯丝支杆一侧的端盖上分别均匀排列相互会切的Sm-Co永久磁铁；所述的电子束引出加速系统连接在放电室的引出端，引出加速系统的入口端设有引出电极作为阳极，引出电极的前端设有等离子体栅极作为阴极。
上述电子束的引出加速系统包括高压石英玻璃绝缘环，高压石英玻璃绝缘环，外围设有固紧绝缘柱。其中，引出电极连接着一个有四个方形孔的圆筒。
本发明电源系统包括灯丝电源、送气电源、弧放电电源以及为引出电极供电的高压加速电源，弧放电电源的电压控制在40V～140V之间。上述灯丝的直径为1.0～1.2mm，长为150mm，通过钼螺杆固定到水冷的灯丝支杆上。
采用该发明，电子束与气体分子碰撞，电离形成等离子体束；抵消了电子束内的电位下垂，大大减小或完全克服了电子束的空间电荷效应引起的束发散，从而，在无聚焦磁场的条件下，在相当远的电子束行程中，电子束不会发散，以至于在引出加速系统中可以完全取消轴向磁场，从而大大减少设备的重量和体积。由于从等离子体中引出电子，而非从阴极直接引出电子，从而提高了电子的引出密度和面积，并且在低真空条件下，也不会出现大量离子轰击阴极影响阴极寿命。
附图说明
图1热阴极等离子体电子枪剖面图。
图中，1.放电室；2.灯丝支杆；3.送气管；4.Sm-Co永久磁铁；5.等离子体栅极；6.引出(地)电极；7.高压石英玻璃绝缘环；8.固紧绝缘柱；9.聚四氟乙烯绝缘片；10.灯丝
具体实施方式
图1为本发明热阴极等离子体电子枪剖面图。热阴极等离子体电子枪的放电室1是直径为10cm的不锈钢筒，一端固定着灯丝支杆2；送气管3位于灯丝支杆2中间，与放电室相通；灯丝10采用发夹形状的钨丝制成，钨丝的直径为1mm或1.1mm或1.2mm，长为150mm，通过钼螺杆固定到水冷的灯丝支杆2上。放电室外围均匀排列8列相互会切的Sm-Co永久磁铁4，后盖上均匀排列3列相互会切Sm-Co的永久磁铁4。
该发明的电子束引出加速系统连接在放电室的引出端，引出加速系统的入口端设有引出电极6(阳极)，引出电极6的前端设有等离子体栅极5(阴极)。电子束的引出加速系统包括高压石英玻璃绝缘环7，高压石英玻璃绝缘环7外围设有固紧绝缘柱8等。引出电极6连接着一个有四个方形孔的圆筒，用于将高压石英玻璃绝缘环7之间的气体通过圆筒中间抽出。
该发明的电源系统包括：灯丝电源、弧放电电源、高压加速电源、送气电源等；所有的电源与控制系统非常稳定、可靠并具有完善的保护功能。等离子体放电电压一般控制在40V～140V之间，根据等离子体的体积大小，电流将从几安到数千安。
灯丝10处于无磁场区，以提高电子发射能力。当灯丝10加热到3000K左右，在灯丝与筒壁之间加上几十伏乃至上百伏的电压，这时在灯丝10表面的热电子离开阴极并在等离子体阴极鞘层中得到几乎全能量，电离气体，但是由于在筒体内表面设置了会切磁场这些高能电子将被反弹，返回等离子体中，直到电子能量转移给等离子体，这时电子能量约几个电子伏特，低能电子可以穿过会切磁场到达阳极形成放电电流。

Claims (6)

1.一种热阴极等离子体电子枪，包括放电系统、电子束引出加速系统、电源系统，其特征在于：所述电子束的引出加速系统包括高压石英玻璃绝缘环(7)，高压石英玻璃绝缘环(7)外围设有固紧绝缘柱(8)；所述的电源系统包括灯丝电源、送气电源、弧放电电源以及为引出电极供电的高压加速电源；所述放电系统的放电室(1)为一个不锈钢圆筒，作为放电阴极的灯丝(10)通过灯丝支杆(2)设置在放电室内，放电室壁为放电阳极，放电室(1)外围以及灯丝支杆一侧的端盖上分别均匀排列相互会切的永久磁铁(4)；所述的电子束引出加速系统连接在放电室的引出端，引出加速系统的入口端设有引出电极(6)作为阳极，引出电极(6)的前端设有等离子体栅极(5)作为阴极。
2.如权利要求1所述的热阴极等离子体电子枪，其特征在于：弧放电电源的电压控制在40V～140V之间。
3.如权利要求1所述的热阴极等离子体电子枪，其特征在于：灯丝(10)的直径为1.0～1.2mm，长为150mm，通过钼螺杆固定到水冷的灯丝支杆(2)上。
4.如权利要求1所述的热阴极等离子体电子枪，其特征在于：放电室周围均匀排列8列相互会切的Sm-Co永久磁铁(4)，灯丝支杆一侧的端盖上均匀排列3列相互会切Sm-Co的永久磁铁(4)。
5.如权利要求2所述的热阴极等离子体电子枪，其特征在于：放电室周围均匀排列8列相互会切的Sm-Co永久磁铁(4)，灯丝支杆一侧的端盖上均匀排列3列相互会切Sm-Co的永久磁铁(4)。
6.如权利要求1所述的热阴极等离子体电子枪，其特征在于：引出电极(6)连接着一个有四个方形孔的圆筒。
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