CN109143312A - 一种脉冲式电子枪试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉冲式电子枪试验装置及方法，包括：电子枪，电子枪位于高电位；测量真空室，测量真空室与电子枪之间通过加速管电压隔离；法拉第筒，法拉第筒位于地电位，法拉第筒设置在测量真空室内，法拉第筒的前部安装有狭缝；电机，电机驱动法拉第筒沿束流的径向移动。本发明对束流剖面进行狭缝扫描测量，不仅大大降低了束流的平均功率和辐射剂量，而且能在一次测试中同时获得束流强度和束流截面大小的数据。

Description

一种脉冲式电子枪试验装置及方法
技术领域
本发明涉及脉冲式电子枪的技术领域，尤其涉及一种脉冲式电子枪试验装置。
背景技术
电子枪在设计和制造完成之后先要在试验装置上进行测试，确保其性能符合设计要求才使用。对束流品质的评价，一般从束流强度、束流截面和横向散角三个方面进行考察，有些时候人们更关注束流强度和束流束径。常用法拉第筒测量束流强度，用电子打靶感光或产生的痕迹来测量束流直径。工业辐照用高压型加速器的束流为直流模式，流强达数十毫安。电子枪引出的束流能量也达到数十千电子伏，以30mA/30kV为例，束流功率高达900W。在进行电子枪测试时，电子轰击法拉弟筒产生的热量和X射线剂量都非常大，因此试验装置需要冷却和辐射屏蔽措施，结构复杂，造价昂贵，使用有安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种脉冲式电子枪试验装置。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种脉冲式电子枪试验装置，其中，包括：电子枪，所述电子枪位于高电位；测量真空室，所述测量真空室与所述电子枪之间通过加速管电压隔离；法拉第筒，所述法拉第筒位于地电位，所述法拉第筒设置在所述测量真空室内，所述法拉第筒的前部安装有狭缝；电机，所述电机驱动所述法拉第筒沿束流的径向移动。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述狭缝的长度大于束流的有效直径。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述法拉第筒与地之间接有测量电阻。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，还包括：示波器，所述示波器用于测量进入所述狭缝的束流的大小。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，还包括：光测高温计，所述光测高温计用于测量所述电子枪的阴极灯丝的温度。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述电子枪的引出电极呈圆筒形，所述引出电极安装在所述加速管的电极上。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述电子枪为高压型电子加速器用的二极电子枪，所述电子枪的阴极灯丝为W-Re丝，所述电子枪的阴极灯丝绕制成无感盘香状。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述测量真空室相对于所述电子枪的另一端设有观察窗，用于观察所述法拉第筒和所述电子枪的阴极灯丝。
上述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述测量真空室的下部设有泵管。
一种脉冲式电子枪试验装置的工作方法，其中，包括上述的任意一项所述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述电子枪发射的束流经所述狭缝被所述法拉第筒接收，所述法拉第筒接收的束流强度为束流截面上对一个维度的积分，同时所述电机沿径向驱动所述法拉第筒，逐点测量并记录束流大小和所述法拉第筒的位置，从而得到束流的径向位移分布。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
(1)本发明对束流剖面进行狭缝扫描测量，不仅大大降低了束流的平均功率和辐射剂量，而且能在一次测试中同时获得束流强度和束流截面大小的数据。
附图说明
图1是本发明的脉冲式电子枪试验装置的工作原理图。
图2是本发明的脉冲式电子枪试验装置的结构图。
图3是本发明的脉冲式电子枪试验装置的高斯分布曲线图。
图4是本发明的脉冲式电子枪试验装置的束流截面图。
附图中：1、电子枪；2、测量真空室；21、观察窗；3、加速管；4、法拉第筒；41、测量电阻；5、狭缝；6、电机；7、泵管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1是本发明的脉冲式电子枪试验装置的工作原理图，图2是本发明的脉冲式电子枪试验装置的结构图，请参见图1至图2所示，示出了一种较佳实施例的脉冲式电子枪试验装置，包括：电子枪1和测量真空室2，电子枪1位于高电位，测量真空室2与电子枪1之间通过加速管3电压隔离，加速管3作为绝缘管使用。
此外，作为一种较佳的实施例，脉冲式电子枪试验装置包括：法拉第筒4，法拉第筒4位于地电位，法拉第筒4设置在测量真空室2内，法拉第筒4的前部安装有狭缝5。
其中，引出电压等于电子枪1阴极对地的电压，为脉冲负高压，幅度为0到-30kV可调，宽度约为5微秒，重复频率24赫兹。高压脉冲的测量使用11000:1的分压器和示波器。通过调压器改变隔离变压器初级的电压，隔离变压器次级用于给电子枪1供电。电子枪1的束流大小通过改变电子枪1的阴极灯丝的加热电流来调节，引出电压通过改变高压脉冲的幅度来调节。
另外，作为一种较佳的实施例，脉冲式电子枪试验装置包括：电机6，电机6驱动法拉第筒4沿束流的径向移动。
还有，作为一种较佳的实施例，狭缝5的长度大于束流的有效直径。由于法拉第筒4的深度远大于狭缝5的宽度，因此束流轰击法拉第筒4产生的二次电子绝大部分再次被法拉第筒4吸收，提高了束流测量的准确度。
再有，作为一种较佳的实施例，法拉第筒4与地之间接有测量电阻41。
进一步，作为一种较佳的实施例，脉冲式电子枪试验装置还包括：示波器，示波器用于测量进入狭缝5的束流的大小。
更进一步，作为一种较佳的实施例，脉冲式电子枪试验装置还包括：光测高温计，光测高温计用于测量电子枪1的阴极灯丝的温度。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
本发明的进一步实施例中，请继续参见图1至图2所示，电子枪1的引出电极呈圆筒形，引出电极安装在加速管3的电极上。
本发明的进一步实施例中，电子枪1为高压型电子加速器用的二极电子枪，电子枪1的阴极灯丝为W-Re丝，电子枪1的阴极灯丝绕制成无感盘香状，在～2500K可发射数十毫安的电子流。
本发明的进一步实施例中，测量真空室2相对于电子枪1的另一端设有观察窗21，用于观察法拉第筒4和电子枪1的阴极灯丝。
本发明的进一步实施例中，测量真空室2的下部设有泵管7。
下面说明本发明的工作方法：
电子枪1发射的束流经狭缝5被法拉第筒4接收，法拉第筒4接收的束流强度为束流截面上对一个维度的积分，同时电机6沿径向驱动法拉第筒4，逐点测量并记录束流大小和法拉第筒4的位置，从而得到束流的径向位移分布。
下面说明本发明的计算方法：
图3是本发明的脉冲式电子枪试验装置的高斯分布曲线图，图4是本发明的脉冲式电子枪试验装置的束流截面图，请参见图1至图4所示。
假设束流截面为一圆形，那么在圆形的任意一个直径上逐点测量束流强度，作图可以得到图3所示的一条高斯分布曲线，而整个截面上束流分布为高斯分布曲线沿束轴旋转一周所得到的轴对称曲面，如图4所示。
图3所示的高斯分布曲线以Z轴为对称轴，函数可以用如下公式表示：
式(1)中π是圆周率；E是自然对数的底；X为横坐标，表示束流径向位移；Z为纵坐标，是X的函数，称为束流径向位移分布函数；σ2为理论的方差；A为曲线下面积，即沿X轴的一条直线上测量到的束流总和；μ为X理论的平均数。从图3中可以看出μ＝0，所以式(1)的可以改写为[3,4]：
将式(2)表示的曲线沿Z轴旋转一周，即得到图4所示的曲面，表达式为：
式(3)中Y和X一样，表示束流径向位移。当式(3)中Y＝0时，曲面退化为式(2)所示的高斯曲线，表示曲面与X-Z平面相交的一条曲线。令式(3)中X＝K，K为任意常数，曲面退化为下式所表示的曲线：
上式(4)表示曲面与垂直于X轴并通过轴上X＝K点的平面相交的一条曲线，可以看出该曲线也是高斯分布。一个特例如图4中所示，为通过X＝10点的平面内的高斯曲线。
把式(3)对Y积分，得到如下所示表达式：
上式(5)中I是X的函数，表示束流大小；其余符号含义与式(1)中相同。很明显，式(5)也是高斯分布函数。对I的含义做一说明：从式(5)可以看出，对于X轴上任意一点，通过该点做垂直于X轴的平面，曲面与该平面相交所得的曲线为一高斯分布曲线，例如图4所示X＝10处平面内的曲线，求高斯分布曲线下的面积，就得到束流在该平面内对Y的积分值，该积分值就是I表示的含义。
在束流截面上用一个带狭缝5的法拉第筒4逐点扫描测量流强，狭缝5与X轴垂直，狭缝5长度足够长，记录下各点测量到的束流强度值，该值即为式(5)中的I，做图即得到一条曲线。曲线的形式如下式所示：
上式(6)的形式与式(2)的形式一致，为高斯分布曲线。对测量到的曲线用高斯分布函数拟合，就可以获得束流大小和束流半径的数值。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，包括：
电子枪，所述电子枪位于高电位；
测量真空室，所述测量真空室与所述电子枪之间通过加速管电压隔离；
法拉第筒，所述法拉第筒位于地电位，所述法拉第筒设置在所述测量真空室内，所述法拉第筒的前部安装有狭缝；
电机，所述电机驱动所述法拉第筒沿束流的径向移动。
2.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述狭缝的长度大于束流的有效直径。
3.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述法拉第筒与地之间接有测量电阻。
4.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，还包括：示波器，所述示波器用于测量进入所述狭缝的束流的大小。
5.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，还包括：光测高温计，所述光测高温计用于测量所述电子枪的阴极灯丝的温度。
6.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述电子枪的引出电极呈圆筒形，所述引出电极安装在所述加速管的电极上。
7.根据权利要求6所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述电子枪为高压型电子加速器用的二极电子枪，所述电子枪的阴极灯丝为W-Re丝，所述电子枪的阴极灯丝绕制成无感盘香状。
8.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述测量真空室相对于所述电子枪的另一端设有观察窗，用于观察所述法拉第筒和所述电子枪的阴极灯丝。
9.根据权利要求1所述的脉冲式电子枪试验装置，其特征在于，所述测量真空室的下部设有泵管。
10.一种脉冲式电子枪试验装置的工作方法，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的脉冲式电子枪试验装置，其中，所述电子枪发射的束流经所述狭缝被所述法拉第筒接收，所述法拉第筒接收的束流强度为束流截面上对一个维度的积分，同时所述电机沿径向驱动所述法拉第筒，逐点测量并记录束流大小和所述法拉第筒的位置，从而得到束流的径向位移分布。
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