CN106783466B - 一种加速电子束流光学结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速电子束流光学结构，包括：至少一个束流光学结构，每个所述束流光学结构均包括两个呈相对设置的法兰，两个所述法兰之间设置有通过绝缘机构以使彼此呈间隔排列的电极组；其中，每个所述束流光学结构通过设置在其内的电极组，进而在束流光学结构内部电子束的传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区，以实现对待传输电子束的聚集和加速。本发明公布一种加速电子束流光学结构，其将加速结构的电极片分成几组，每组外侧的两个电极片制作成锥形结构，形成聚焦和散焦透镜组，综合得到聚焦及加速功能，与普通均匀分布结构的电极片加速结构相比，加速传输电子束的能力提升了20％左右，加速梯度的调节范围增加了20％左右。

Description

一种加速电子束流光学结构

技术领域

本发明涉及一种在电子束加速传输情况下使用的束流光学结构。更具体地说，本发明涉及一种用在电子束加速传输情况下的加速电子束流光学结构。

背景技术

一些束流光学结构的应用场合下，要求输出电子束的束流的范围能够提高，由于空间电荷效应的存在，束流光学结构加速传输的束流强度会有一个限值，超出此限值，空间电荷效应将使电子束开始发散，束斑截面尺寸变大，束流品质变差，严重的会损坏束流光学结构。

在另一些应用场合下，需要加大输出电子束能量的调节范围，然而，同样的束流光学结构，如果加速梯度低于额定加速梯度，聚焦能力会下降，空间电荷效应增强，造成束流散开。

而如何在现有束流光学结构模块的基础上，用尽可能少的改动，提升束流光学结构的聚焦能力，是一个需要解决的问题。

在现有技术中，通过改变分压电阻，可以得到变梯度加速结构，增强聚焦能力，但是，这种方法会使有一部分绝缘环上承受的电压将增加，可能影响高压性能，造成沿面放电。

还有一种方法是通过改变部分电极片的内部孔径，增强一点聚焦能力，但是聚焦能力太小，没有明显改善，无法适应使用的需要。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种加速电子束流光学结构，其将束流光学结构中的电极片分成几组，每组外侧的两个电极片制作成锥形结构，形成聚焦和散焦透镜组，综合得到聚焦及加速功能，其与普通均匀分布结构的电极片加速结构相比，其加速传输电子束的能力提升了20％左右，加速梯度的调节范围增加了20％左右。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种加速电子束流光学结构，包括：

至少一个束流光学结构，每个所述束流光学结构均包括两个呈相对设置的法兰，两个所述法兰之间设置有通过绝缘机构以使彼此呈间隔排列的电极组；

其中，每个所述束流光学结构通过设置在其内的电极组，进而在束流光学结构内部电子束的传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区，以实现对待传输电子束的聚集和加速。

优选的是，其中，所述电极组包括均布在电子束传输方向上的多个第一电极；

以及设置在各法兰内侧的第二电极；

其中，所述第一电极的内径大于第二电极的内径，进而在各束流光学结构的两端构成电子束传输方向上的Ⅰ聚焦区和Ⅵ散焦区。

优选的是，其中，所述电极组还包括：以可拆卸的方式并间隔预设距离设置在第一电极上的内电极组；

其中，所述内电极组被配置为具有一倾斜部，以通过切换不同的安装方向，在电子束传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区。

优选的是，其中，所述内电极组包括：

分别设置在束流光学结构最外端的两个第一电极上，并呈镜像对称的第一内电极；

其中，所述第一内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的两端，以使第一内电极内径最小的一端均向束流光学结构的中间延伸，进而对束流光学结构内部电场进行压缩，形成中间电场强，两端电场弱的分布，进一步在电子束传输方向上构成Ⅱ聚焦区和Ⅴ散焦区。

优选的是，其中，所述内电极组还包括：

分别设置在束流光学结构中心的两个第一电极上，并呈镜像对称的第二内电极；

其中，所述第二内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的中心，以使第一内电极内径最小的一端均向束流光学结构的两端延伸，进而在电子束传输方向上构成Ⅲ聚焦区和Ⅳ散焦区。

优选的是，其中，所述内电极组中的各内电极均包括：

一倾斜部；

设置在所述倾斜部内径较小一端的延伸部。

优选的是，其中，所述内电极组中的各内电极的最小内径被配置为与第二电极的内径大小一致。

优选的是，其中，所述第一电极的个数被配置为14个，厚度为0.7-1.5mm，其内径大小被配置为70-90mm；

所述绝缘机构的个数被配置为15个，厚度为12-15mm，其两端电压被配置为4-10KV。

优选的是，其中，所述第二电极的内径大小被配置为40-60mm。

优选的是，其中，所述内电极组中的各内电极的最大内径与第一电极的内径大小一致。

本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明将各束流光学结构中的电极片分成几组，每组外侧的两个电极片制作成锥形结构，形成聚焦和散焦透镜组，综合得到聚焦及加速功能，使得其与普通均匀分布结构的电极片加速结构相比，其加速传输电子束的能力提升了20％左右，加速梯度的调节范围增加了20％左右。

其二，本发明的各束流光学结构均被制作成模块化标准结构，每个束流光学结构模块长度200mm～280mm左右，两端是真空连接法兰接口，可以组合成任意长度的束流光学结构，且单个束流光学结构模块，体积和重量都不大，便于单人装配和组装。

其三，本发明在现有束流光学结构模块的基础上，仅仅简单改变内部少量电极片的结构，实现了提升束流光学结构的聚焦能力目的。具有可实施效果好，适应性强，成本可控，稳定性好的效果。

其四，本发明的各束流光学结构采用的是镶嵌内电极片的结构，使得其只需要重新制作几个镶嵌电极片，无需重新设计焊接新束流光学结构，就可以将现有束流光学结构的聚焦能力提升20％。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中加速电子束流光学结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种加速电子束流光学结构的实现形式，其中包括：

至少一个束流光学结构1，每个所述束流光学结构均包括两个呈相对设置的法兰110，两个所述法兰之间设置有通过绝缘机构130(如绝缘环)以使彼此呈间隔排列的电极组120；

其中，每个所述束流光学结构通过设置在其内的电极组，进而在束流光学结构内部电子束的传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区，如图1中所示：多个相互配合的聚焦区和散焦区可包括Ⅰ聚焦区，Ⅱ聚焦区，Ⅲ散焦区，Ⅳ聚焦区，Ⅴ散焦区，Ⅵ散焦区，图1中将Ⅱ和Ⅲ对应的电极片设置为一组，Ⅳ和Ⅴ电极片是另外一组，多个这样的电极片组可以持续排列下去，进而与两端的Ⅰ和Ⅵ构成多个相互配合的聚焦区和散焦区的一段束流光学结构，也就是说一段束流光学结构可以包含多个类似的电极片组，以实现对待传输电子束的聚集和加速，进而适应不同的需要。采用这种方案中的各束流光学结构模块均由多个绝缘环、多个电极片和两端的法兰组成，电极片之间放置一个绝缘环，电极片与法兰之间也放置绝缘环，而电极片采用分组设计，使得经过束流光学结构的电子束通过束流光学结构中的多个相互配合的聚焦区和散焦区，对电子束进行6级调整后，电场增大以加速传输电子束的能力，同时聚焦能力更强，有效提高束流光学结构的传输性能，具有更好的可实施性，传输稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述电极组包括均布在电子束传输方向上的多个第一电极121；

以及设置在各法兰内侧的第二电极122；

其中，所述第一电极的内径大于第二电极的内径，进而在各束流光学结构的两端构成电子束传输方向上的Ⅰ聚焦区和Ⅵ散焦区。采用这种方案相对于现有的束流光学结构而言，通过将原有的中间电极片内径加大，让开空间，以使外侧两端的锥形电极片向中间延伸，压缩电场，形成中间电场强，两端电场弱的分布，一端构成聚焦透镜，另一端构成散焦透镜，综合起来形成一个聚焦透镜，而靠近法兰的一组电极片分别与两个法兰之间也形成一个聚焦和散焦透镜，综合起来仍然是聚焦的，具有电场增大以加速传输电子束的能力，同时聚焦能力更强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述电极组还包括：

以可拆卸的方式并间隔预设距离设置在第一电极上的内电极组123；

其中，所述内电极组被配置为具有一倾斜部，以通过切换不同的安装方向，在电子束传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区。采用这种方案通过对内部电极的再次分组，以使其符合电子束传输过程中的传输规律，进一步传输过程中的电子束进行约束和调整，以使束流光学结构在传输电子束的过程中对电子束流进行有效增强，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述内电极组包括：

分别设置在束流光学结构最外端的两个第一电极上，并呈镜像对称的第一内电极124；

其中，所述第一内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的两端，以使第一内电极内径最小的一端均向束流光学结构的中间延伸，进而对束流光学结构内部电场进行压缩，形成中间电场强，两端电场弱的分布，进一步在电子束传输方向上构成Ⅱ聚焦区和Ⅴ散焦区。采用这种方案将束流光学结构最外侧的一组电极片被制作成锥形结构，形成聚焦和散焦透镜组，综合得到聚焦及加速功能，使得其与普通均匀分布结构的电极片加速结构相比，其加速传输电子束的能力提升了20％左右，加速梯度的调节范围增加了20％左右，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述内电极组还包括：

分别设置在束流光学结构中心的两个第一电极上，并呈镜像对称的第二内电极125；

其中，所述第二内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的中心，以使第一内电极内径最小的一端均向束流光学结构的两端延伸，进而在电子束传输方向上构成Ⅲ聚焦区和Ⅳ散焦区。采用这种方案对一定长度的束流光学结构在电子束的传输过程中，进行了约束和调整，以使其符合电子速的传输规律，进一步地对电子束流进行增强，电子束能量的调节范围更大，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实例中，所述内电极组中的各内电极均包括：

一倾斜部126，其用于通过对其安装方位的调整实现对传输过程中电子束进行聚焦和散焦的功能；

设置在所述倾斜部内径较小一端的延伸部127，其用于在一定范围内对电子束进行约束调整。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，适应性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述内电极组中的各内电极的最小内径被配置为与第二电极的内径大小一致。采用这种方案对电子束进行一定程度上的约束聚集传输，以使其传输性能的稳定性更好，具有可实施效果好，稳定性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述第一电极的个数被配置为14个，厚度为0.7-1.5mm，其内径大小被配置为70-90mm；

所述绝缘机构的个数被配置为15个，厚度为12-15mm，其两端电压被配置为4-10KV。采用这种方案以适应不同的电子束的传输需要，具有可实施效果好，适应性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述第二电极的内径大小被配置为40-60mm。采用这种方案只是其中一种优选的范围，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实例中，所述内电极组中的各内电极的最大内径与第一电极的内径大小一致。采用这种方案以使其与第一电极在焊接或可拆卸安装时的接合缝更小，紧密性更好，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

实施例：

两端法兰厚度15mm，绝缘环厚度14mm，数量15个，电极片厚度1mm，数量14个，分成两组，每组7个电极片，锥形电极片的内孔径与原有束流光学结构电极片的内孔径相同，保持在50mm，两个锥形电极片分别向中间延伸两个绝缘环的距离，锥形电极片之间其他电极片的内孔径增大到80mm，束流光学结构模块的总长度254mm。绝缘环两端电压10kV，单节束流光学结构模块的加速电压150kV，3节束流光学结构组合，可以加速450kV的电子束，束流强度500mA。同样结构尺寸的原始等孔径等间距结构束流光学结构只能传输400mA的电子束。降低绝缘环两端电压至5kV，新结构的束流光学结构可以有效传输240mA的电子束，原有结构的束流光学结构能传输200mA的电子束。继续降低绝缘环两端的电压至4kV，原有结构的束流光学结构不能传输200mA的电子束，新结构的束流光学结构可以有效传输200mA的电子束。

实际上，一段束流光学结构可以包括多组这样的结构，如图1中将Ⅱ和Ⅲ对应的电极片设置为一组，Ⅳ和Ⅴ电极片是另外一组，多个这样的电极片组可以持续排列下去，构成一段束流光学结构，也就是说一段束流光学结构可以包含多个类似的电极片组，不限于仅仅是两组，可以是任意多组，只是电极片组过多了，束流光学结构太长，不利于安装、操作，而不是仅仅如示意图1中的Ⅱ和Ⅲ为一组，Ⅳ和Ⅴ为一组的2组结构，比如：可以配置3组、4组等任意多组，构成一段束流光学结构，因此第一电极的数量可以更多，只要按这种方式和结构进行分组就行。

本发明的效果在于，在现有标准束流光学结构模块的基础上，简单改变少量几个电极片结构，就能实现单台电子加速器的电子束流强增加20％，电子束能量的调节范围更大，可以更好地满足使用者的不同需求，束斑尺寸更小，传输效率更高。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的加速电子束流光学结构的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种加速电子束流光学结构，其特征在于，包括：

至少一个束流光学结构，每个所述束流光学结构均包括两个呈相对设置的法兰，两个所述法兰之间设置有通过绝缘机构以使彼此呈间隔排列的电极组；

其中，每个所述束流光学结构通过设置在其内的电极组，进而在束流光学结构内部电子束的传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区，以实现对待传输电子束的聚集和加速；

所述电极组包括均布在电子束传输方向上的多个第一电极，以及以可拆卸的方式并间隔预设距离设置在第一电极上的内电极组；

所述内电极组包括分别设置在束流光学结构中心的两个第一电极上，并呈镜像对称的第二内电极；

所述第二内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的中心，以使第二内电极内径最小的一端均向束流光学结构的两端延伸，进而在电子束传输方向上构成Ⅲ聚焦区和Ⅳ散焦区。

2.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述电极组还包括；设置在各法兰内侧的第二电极；

其中，所述第一电极的内径大于第二电极的内径，进而在各束流光学结构的两端构成电子束传输方向上的Ⅰ聚焦区和Ⅵ散焦区。

3.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述内电极组均被配置为具有一倾斜部，以通过切换不同的安装方向，在电子束传输方向上构成多个相互配合的聚焦区和散焦区。

4.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述内电极组还包括：

分别设置在束流光学结构最外端的两个第一电极上，并呈镜像对称的第一内电极；

其中，所述第一内电极的倾斜部均被配置为朝向束流光学结构的两端，以使第一内电极内径最小的一端均向束流光学结构的中间延伸，进而对束流光学结构内部电场进行压缩，形成中间电场强，两端电场弱的分布，进一步在电子束传输方向上构成Ⅱ聚焦区和Ⅴ散焦区。

5.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述内电极组中的各内电极均包括：

一倾斜部；

以及设置在所述倾斜部内径较小一端的延伸部。

6.如权利要求1所述的束流光学结构加速电子束流光学结构，其特征在于，所述内电极组中的各内电极的最小内径被配置为与第二电极的内径大小一致。

7.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述第一电极的个数被配置为14个，厚度为0.7-1.5mm，其内径大小被配置为70-90mm；

所述绝缘机构的个数被配置为15个，厚度为12-15mm，其两端电压被配置为4-10KV。

8.如权利要求2所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述第二电极的内径大小被配置为40-60mm。

9.如权利要求1所述的加速电子束流光学结构，其特征在于，所述内电极组中的各内电极的最大内径与第一电极的内径大小一致。