CN109596905B - 一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，包括：真空腔体、电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器；真空腔体为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器设在真空腔体中；电子枪为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；冷槽固定在真空腔体的底部；冷槽为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；加热圈为聚合物材料的空间电荷测试提供热源；温度传感器采集冷槽的温度，并实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制加热圈和冷槽，使被测试样保持一定的温度，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制。采用前述的电子束辐射系统，可以使试样保持在预设温度，实现温度可控，进而提高了测试结果的准确性。

Description

一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统

技术领域

本申请涉及真空电子器件技术领域，尤其涉及以一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统。

背景技术

航天器在太空运行期间，在真空、温变、失重、地磁干扰或高能粒子辐射等环境因素的作用下，其表面的绝缘材料的内部会形成空间电荷。在高能射线及带电粒子的作用下，空间电荷将积聚在绝缘材料的内部，由于绝缘材料的电导率极低，造成积聚在绝缘材料的内部的电荷不易泄露。这将引起绝缘材料内的电场畸变，严重时甚至会引起绝缘材料的表面或内部放电，进而干扰航天器内部的电子设备系统，甚至致使航天器表面的绝缘材料损坏，影响航天器的性能和使用寿命。因此，为了提高航天器内部的电子设备系统的稳定性，提高航天器的使用寿命，需要对航天器表面的绝缘材料进行电气性能的测试试验。由于航天器表面的绝缘材料通常采用高绝缘性能的聚合物材料，而高绝缘性能的聚合物材料的静电放电是由其空间电荷积聚特性决定的，而聚合物材料的空间电荷积聚特性很大程度地受控于材料电荷输运特性。航天器在近地轨道上运行期间反复进出于地球阴影，环境温度通常在±150℃范围内交替变化，而在不同温度作用下，聚合物介质材料的电荷输运机制是不一样的。

航天器上的电介质材料一般是单电极接地的结构，而表面电位衰减法更符合受到高能电子辐射下材料内电荷传导模式的导电特性，针对航天器表面的聚合物材料，空间电荷的测试方法通常采用表面电位衰减法。在表面电位衰减试验的过程中，首先要对聚合物材料进行充电，然后再测试聚合物材料表面电位的衰减。对聚合物材料进行充电的方式主要有三种：接触式充电、电晕放电充电和电子束充电。接触式充电和电晕放电充电通常在空气中进行，发射出的电子不够纯净，含有其他杂质离子，会影响聚合物材料空间电荷测试的准确性；并且，接触式充电和电晕放电充电发射的电子能量和电流密度不可调控，使得电子注入至聚合物材料内部时深度和数量存在不确定性。因此，采用电子束充电的方法是对聚合物材料充电的优选方法。

在利用表面电位衰减法对聚合物材料充电时，需要采用装置是电子束辐射装置。现有技术中的电子束辐射装置包括电子枪，测试时，先将电子束辐射装置固定，然后将聚合物材料放置在电子束辐射装置下方的测试区，再给电子枪加大电流，利用电子枪中的钨丝发热的方式，发射电子至聚合物材料上，最后对聚合物材料的空间电荷进行测试。

但是，发明人在本申请的研究过程中发现，在现有的电子束辐射装置中，聚合物材料的空间电荷测试的温度只能取决于当前的环境温度，而环境温度多变，从而影响测试结果的准确性。

发明内容

本申请提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，以解决在现有的电子束辐射装置中，聚合物材料的空间电荷测试的温度只能取决于当前的环境温度，而环境温度多变，从而影响测试结果的准确性的问题。

本申请公开一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，包括：

真空腔体、电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器；

所述真空腔体为不锈钢的圆柱形结构，所述真空腔体连接抽气泵，所述真空腔体用于为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；

所述电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器设置在所述真空腔体中；

所述电子枪通过可移动绝缘导轨固定在所述真空腔体内；

所述冷槽固定设置在所述真空腔体的底部；

所述电子枪用于为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；

所述冷槽是密封空心圆柱体，所述冷槽用于为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；

所述加热圈紧贴在所述冷槽的外围，所述加热圈的加热方式为电加热，所述加热圈用于聚合物材料的空间电荷测试提供热源；

所述温度传感器紧贴在所述冷槽的上表面，所述温度传感器用于采集所述试样的温度，并将采集到的温度实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制所述加热圈和冷槽，使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制。

更进一步地，所述电子枪包括：

绝缘支架、阴极、控制极和聚焦极；

所述绝缘支架包括两根带螺纹的环氧支柱和陶瓷圆板，所述环氧支柱为环氧材质的圆柱体，所述陶瓷圆板设置在所述绝缘支架最顶端，所述陶瓷圆板通过环氧螺母固定在所述环氧支柱上，沿所述陶瓷圆板直径的直线上有两个与所述陶瓷圆板的圆心对称的等半径圆孔，所述绝缘支架用于支撑所述阴极、控制极和聚焦极；

所述阴极通过所述陶瓷圆板上的等半径圆孔垂直固定在所述绝缘支架上，所述阴极用于产生热电子；

所述控制极固定设置在所述绝缘支架的中间，所述控制极包括第一圆环和圆筒两部分，圆筒固定设置在第一圆环的内环上，第一圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第一圆环的内径和圆筒直径相同，所述控制极用于控制所述阴极产生的热电子；

所述聚焦极固定设置在所述绝缘支架的下端，所述聚焦极包括第二圆环和喇叭式圆筒两部分，喇叭式圆筒的长边固定设置在第二圆环的内环上，第二圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第二圆环的内径和喇叭式圆筒长边直径相同，所述聚焦极用于将所述经过控制极的热电子聚焦成电子束；

所述圆筒的朝向正对着所述喇叭式圆筒的短边的朝向，所述控制极和聚焦极连接高压电源。

更进一步地，所述阴极包括：

导线、金属套管、陶瓷管、带孔铜栓、钨丝底座、压片和钨丝；

所述导线为铜芯线，所述导线连接直流稳压电源，所述导线用于接入电流；

所述金属套管为不锈钢材质的金属套管，所述金属套管用于卡住所述陶瓷管，使所述陶瓷管固定在所述金属套管内部；

所述陶瓷管设置在所述金属套管和导线之间，所述陶瓷管的形状与所述金属套管的内壁形状相匹配，所述陶瓷管用于所述金属套管和导线之间的绝缘以及绝热；

所述带孔铜栓垂直固定在所述陶瓷管的端部，所述带孔铜栓上设置有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔用于配合螺栓将穿过所述带孔铜栓的导线固定；

所述钨丝底座为“倒L”型的铜质结构，所述钨丝底座的底部设置有第二螺纹孔，所述钨丝底座用于固定所述钨丝；

所述压片固定设置在所述钨丝底座上，所述压片和钨丝底座的端部大小相同，所述压片设置有与钨丝底座的底部相重合的第二螺纹孔，所述压片的中间设有卡槽，所述卡槽用于放置钨丝；

所述钨丝底部的形状为漩涡状，所述钨丝通过螺栓和压片固定设置在所述钨丝底座上；所述钨丝设置在所述控制极中的圆筒内。

优选地，所述冷槽底部与真空腔体底部通过法兰结构连接。

优选地，所述冷槽底部设置有进液管和排气管，所述进液管包括进液管上段和进液管下段，所述进液管上段为U型结构，所述进液管上段和进液管下段的为直径不同的空心管状结构；

所述排气管包括排气管上段和排气管下段，所述排气管上段和排气管下段为直径不同的空心管状结构。

优选地，所述真空腔体为内径410mm，高度为560mm的空心圆柱体，所述真空腔体的真空度达10^-4Pa级。

优选地，所述电子枪发射的电子能量的范围在0至30KeV之间，电流密度的范围在0至30A/㎝2之间。

优选地，所述抽气泵为机械泵和分子泵联用。

本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，包括：真空腔体、电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器；所述真空腔体为不锈钢的圆柱形结构，所述真空腔体连接抽气泵，所述真空腔体用于为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；所述电子枪、冷槽、加热圈和温度传感器设置在所述真空腔体中；所述电子枪通过可移动绝缘导轨固定在所述真空腔体内；所述电子枪用于为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；所述冷槽固定设置在所述真空腔体的底部；所述冷槽是密封空心圆柱体，所述冷槽用于为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；所述加热圈紧贴在所述冷槽的外围，所述加热圈的加热方式为电加热，所述加热圈用于聚合物材料的空间电荷测试提供热源；所述温度传感器紧贴在所述冷槽的上表面，所述温度传感器用于采集所述冷槽的温度，并将采集到的温度实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制所述加热圈和冷槽，使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制。

采用本申请公开的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，真空密封腔能够提供一个很好的真空环境，同时，通过加热圈和冷槽，可以使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现温度可控，进而提高了测试结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统中，一种PID控制原理的原理图；

图3是本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统中，电子枪的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统中，阴极的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统中，冷槽的结构示意图。

其中，101-真空腔体；102-电子枪；103-冷槽；104-加热圈；105-温度传感器；201-绝缘支架；202-阴极；203-控制极；204-聚焦极；301-导线；302金属套管；303-陶瓷管；304-带孔铜栓；305-钨丝底座；306-压片；307-钨丝；401-进液管；402-排气管。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，以解决在现有的电子束辐射装置中，聚合物材料的空间电荷测试的温度只能取决于当前的环境温度，而环境温度多变，从而影响测试结果的准确性的问题。

参照图1，示出了一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统的剖视图，包括：

真空腔体101、电子枪102、冷槽103、加热圈104和温度传感器105；

所述真空腔体101为不锈钢的圆柱形结构，所述真空腔体101连接抽气泵，所述真空腔体101用于为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；

所述电子枪102、冷槽103、加热圈104和温度传感器105设置在所述真空腔体101中；

其中，所述真空腔体101极限压力可达到10^-5Pa级，利用复合分子泵串接前级机械泵进行抽气，这样的组合抽气方式使腔体内的真空度达到10^-4Pa级，能够满足聚合物材料的空间电荷测试所需要的真空度，同时，也可以很好的模拟太空的高真空。

另外，所述真空腔体101上还设置有可与其他各部件之间的连接的法兰结构，法兰密封方式采用氟橡胶材质的O型圈进行密封，以保证真空腔体101的密封性。

所述电子枪102通过可移动绝缘导轨固定在所述真空腔体101内；

其中，电子枪102在真空腔体101中的位置可通过绝缘导轨移动，以方便对准待测试的试样，绝缘导轨设置在真空腔体的内部上方。

所述冷槽103固定设置在所述真空腔体101的底部；

其中，所述冷槽103通过法兰固定在所述真空腔体101的底部，接口处采用氟橡胶材质的密封圈进行密封。

另外，用于放置试样的试样区设置在所述冷槽103上，使提供给试样的温度更准确。

所述电子枪102用于为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；

所述冷槽103是密封空心圆柱体，所述冷槽103用于为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；

其中，冷槽103顶部是用紫铜铸造的密封空心圆柱体，紫铜的热导率极高，能够迅速将热量传导给试样，实现试样的快速降温。冷槽103内部为迷宫式结构，目的是让通入的液氮充分接触并气化，达到最大的冷却降温效果，实现快速降温。

所述加热圈104紧贴在所述冷槽103的外围，所述加热圈104的加热方式为电加热，所述加热圈104用于聚合物材料的空间电荷测试提供热源；

其中，所述加热圈104紧密缠绕冷槽103并充分接触冷槽103，加热圈104通电加热将热量传给冷槽103，达到快速升温的效果。

所述温度传感器105紧贴在所述冷槽103的上表面，所述温度传感器105用于采集所述冷槽103的温度，并将采集到的温度实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制所述加热圈104和冷槽103，使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制。

其中，温控程序采用PID控制原理，同时可以实现数据采集、数据处理、数据显示、数据保存以及硬件线路控制等多种功能。

具体的，参照图2，示出了一种PID控制原理的原理图，图2所示PID控制原理图，包括：反馈部分、PID调节器、固态继电器、发热管、加热温区(加热圈)和导线。PID控制原理是首先设定某一温度，反馈部分通过温度传感器采集实时温度，然后将采集的温度与设定温度比较得出差值，所述差值经过PID调节器运算输出，如果采集的温度低于设定温度则控制加热圈的发热功率，则启动继电器调压输出至发热管，最后通过加热圈加热到设定的温度。温度的存储和显示通过温度控制程序实现，温度控制程序可以设置目标温度、升温时间和升温速率，加热圈的温度可按某一升温速率匀速上升。如果采集的温度高于设定的温度，则控制通过调节气泵的出气流量实现降温，降温速率通过初期流量的大小进行控制。

在测试时，当待测试样当前的温度高于PC端设置的温度范围时，控制调节气泵的出气流量，通过冷槽103进行降温，使被测试样的温度达到当前设定的温度范围；

当被测试样当前的温度低于PC端设置的温度范围时，温度控制程序控制所述加热圈104，通过加热圈104进行升温，使被测试样的温度达到当前设定的温度范围。

本申请实施例提供的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，包括：真空腔体101、电子枪102、冷槽103、加热圈104和温度传感器105；所述真空腔体101为不锈钢的圆柱形结构，所述真空腔体101连接抽气泵，所述真空腔体101用于为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；所述电子枪102、冷槽103、加热圈104和温度传感器105设置在所述真空腔体101中；所述电子枪102通过可移动绝缘导轨固定在所述真空腔体101内；所述电子枪102用于为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；所述冷槽103固定设置在所述真空腔体101的底部；所述冷槽103是密封空心圆柱体，所述冷槽103用于为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；所述加热圈104紧贴在所述冷槽103的外围，所述加热圈104的加热方式为电加热，所述加热圈104用于聚合物材料的空间电荷测试提供热源；所述温度传感器105紧贴在所述冷槽103的上表面，所述温度传感器105用于采集所述冷槽103的温度，并将采集到的温度实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制所述加热圈104和冷槽103，使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制。

采用本申请公开的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，真空密封腔能够提供一个很好的真空环境，同时，通过加热圈104和冷槽103，可以使被测试样保持一定的温度，实现温度可控，进而提高了测试结果的准确性。

参照图3，示出了一种电子枪的结构示意图的剖视图，所述电子枪102包括：

绝缘支架201、阴极202、控制极203和聚焦极204；

所述绝缘支架201包括两根带螺纹的环氧支柱和陶瓷圆板，所述环氧支柱为环氧材质的圆柱体，所述陶瓷圆板设置在所述绝缘支架201最顶端，所述陶瓷圆板通过环氧螺母固定在所述环氧支柱上，沿所述陶瓷圆板直径的直线上有两个与所述陶瓷圆板的圆心对称的等半径圆孔，所述绝缘支架201用于支撑所述阴极202、控制极203和聚焦极204；

其中，所述绝缘支架201整体呈悬挂式结构，相当于电子枪102的框架结构，绝缘支架201由顶部的陶瓷圆板和穿过陶瓷圆板两边的两个环氧支柱组成，采用陶瓷材质和环氧材质的目的是绝缘，每个环氧支柱上均设置有三个螺纹，用来配合螺母固定陶瓷圆板、控制极203和聚焦极204；沿所述陶瓷圆板直径的直线上有两个与所述陶瓷圆板的圆心对称的等半径圆孔，所述等半径圆孔用来固定所述阴极202。

所述阴极202通过所述陶瓷圆板上的等半径圆孔垂直固定在所述绝缘支架201上，所述阴极202用于产生热电子；

其中，所述阴极202也叫发射极，是电子枪102的核心结构，阴极202的作用是发射电子。

所述控制极203固定设置在所述绝缘支架201的中间，所述控制极203包括第一圆环和圆筒两部分，圆筒固定设置在第一圆环的内环上，第一圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第一圆环的内径和圆筒直径相同，所述控制极203用于控制所述阴极202产生的热电子；

其中，控制极203固定设置在所述阴极202的正下方，所述控制极203顶部为圆环状结构，且在沿圆环直径的直线上靠近外部边缘地方有两个与圆心对称的圆孔，用来穿过环氧支柱并被环氧螺母所固定；控制极203底部为一薄壁圆筒状结构，其高度要超过阴极202灯丝部分长度，起到控制发射电子数量和电子束聚焦的作用。

所述聚焦极204固定设置在所述绝缘支架201的下端，所述聚焦极204包括第二圆环和喇叭式圆筒两部分，喇叭式圆筒的长边固定设置在第二圆环的内环上，第二圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第二圆环的内径和喇叭式圆筒长边直径相同，所述聚焦极204用于将所述经过控制极203的热电子聚焦成电子束；

其中，所述聚焦极204固定设置在控制极203的正下方，所述聚焦极204顶部为喇叭式开口结构，上面半径小，下面半径逐渐增大；聚焦极204底部为圆环状结构，和控制极203顶部圆环结构类似，但聚焦极204圆环内环半径比控制极203的内环半径要小；在沿圆环直径的直线上靠近外部边缘地方有两个与圆心对称的圆孔，用来穿过环氧支柱并被环氧螺母所固定。

所述圆筒的朝向正对着所述喇叭式圆筒的短边的朝向，所述控制极203和聚焦极204连接高压电源。

其中，所述控制极203中的圆筒的朝向与聚焦极204中的喇叭式圆筒的短边的朝向是相对的，控制极203和聚焦极204形成一个电场，控制阴极202产生的热电子。

参照图4，示出了一种阴极的结构示意图的剖视图，所述阴极202包括：

导线301、金属套管302、陶瓷管303、带孔铜栓304、钨丝底座305、压片306和钨丝307；

所述导线301为铜芯线，所述导线301连接直流稳压电源，所述导线301用于接入电流；

其中，所述导线301采用6平的铜芯线，可以通过大电流；

所述金属套管302为不锈钢材质的金属套管302，所述金属套管302用于卡住所述陶瓷管303，使所述陶瓷管303固定在所述金属套管302内部；

其中，所述金属套管302整体为不锈钢材质，顶端部分为带两个螺纹孔的矩形不锈钢方块，下面部分为两根空心圆柱状不锈钢套管，套管顶部带螺纹，和矩形不锈钢方块的螺纹孔相吻合。其中，不锈钢套管底部距离端口3mm处内径由12mm变为9mm，用来卡住陶瓷套管，使之悬挂在金属套管302内部不会掉下去。

所述陶瓷管303设置在所述金属套管302和导线301之间，所述陶瓷管303的形状与所述金属套管302的内壁形状相匹配，所述陶瓷管303用于所述金属套管302和导线301之间的绝缘以及绝热；

其中，所述陶瓷管303的外径小于不锈钢套管内径，大于不锈钢套管底部端口内径，通过重力作用使陶瓷管303卡在不锈钢套管内，用于不锈钢套管和导线301之间的绝缘以及绝热。陶瓷套管底部端口处和金属套管302底部具有类似的结构，目的是卡住靠重力悬挂的带孔铜栓304。

所述带孔铜栓304垂直固定在所述陶瓷管303的端部，所述带孔铜栓304上设置有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔用于配合螺栓将穿过所述带孔铜栓304的导线301固定；

其中，所述铜栓整体由内径相同外径不同的两个空心圆柱体构成，顶部圆柱体的外径小于陶瓷套管内径，大于陶瓷套管底部端口处的内径，使之通过陶瓷套管内部并悬挂在陶瓷套管端口处；铜栓小圆柱体的中部有两个螺纹孔，例如：M4的螺纹孔，其作用是配合相匹配的铜质螺栓将穿过陶瓷套管内部的导线301固定在带孔铜栓304内。

所述钨丝底座305为“倒L”型的铜质结构，所述钨丝底座305的底部设置有第二螺纹孔，所述钨丝底座305用于固定所述钨丝307；

所述压片306固定设置在所述钨丝底座305上，所述压片306和钨丝底座305的端部大小相同，所述压片306设置有与钨丝底座305的底部相重合的第二螺纹孔，所述压片306的中间设有卡槽，所述卡槽用于放置钨丝307；

其中，“倒L”型的钨丝底座305的垂直部分结构与压片306大小相同，压片306上的螺纹孔与所述钨丝底座305的螺纹孔位置大小均相同，即第二螺纹孔，用与第二螺纹孔相匹配的螺栓将钨丝307固定在钨丝底座305上。

所述钨丝307底部的形状为漩涡状，所述钨丝307通过螺栓和压片306固定设置在所述钨丝底座305上；所述钨丝307设置在所述控制极203中的圆筒内。

优选地，所述冷槽103底部与真空腔体101底部通过法兰结构连接。

参照图5，示出了一种冷槽103的结构示意图的剖视图；

所述冷槽103底部设置有进液管401和排气管402，所述进液管401包括进液管上段和进液管下段，所述进液管上段为U型结构，所述进液管上段和进液管下段的为直径不同的空心管状结构；

所述排气管402包括排气管上段和排气管下段，所述排气管上段和排气管下段为直径不同的空心管状结构。

其中，进液管401和排气管402为不锈钢空心圆柱体管，进液管401和排气管402穿过所述真空腔体101的底部，进液管401和排气管402与所述真空腔体101的连接部分通过法兰连接，用密封胶密封；

冷槽103采用液氮进行冷却，液氮存放在杜瓦瓶内，瓶口一端连接进液管401，一端连接气泵，气泵将空气充入杜瓦瓶内，通过压强的作用将液氮通入进液管401，液氮气化后从排气口排出，冷槽103降温速率的大小可通过调节气泵的出气流量来实现。

优选地，所述真空腔体101为内径410mm，高度为560mm的空心圆柱体，所述真空腔体101的真空度达10^-4Pa级。

另外，根据需要，所述真空腔体101还可以为其他大小的腔体，本申请不做具体限定。

优选地，所述电子枪102发射的电子能量的范围在0至30KeV之间，电流密度的范围在0至30A/㎝2之间。

本申请的电子枪102发射的电子能量在0～30KeV之间连续可调，电流密度在0～30A/cm²连续可调，能够实现电流密度和电子能量精确可控。

优选地，所述抽气泵为机械泵和分子泵联用。

其中，机械泵和分子泵联用可以提高真空等级，使真空度更接近太空的真空环境。

在使用本申请实施例公开的一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统时，首先将试样放置在真空腔体中的测试区，其中，所述测试区设置在所述聚焦极的正下方；

然后启动抽气泵，使真空腔体的真空度达到10^-4Pa级；

再启动PC端中的温度控制程序，并设置好预设温度；

当需要加热时，通过连接加热圈的控制程序对试样进行加热，达到预设温度，或者，当需要冷却时，通过冷槽进行降温，达到预设温度；

闭合连接控制极和聚焦极高压电源开关，设定电压数值，对控制极和聚焦极进行加压；

最后，接通连接导线的直流稳压电源，设定电流参数，对钨丝进行加热，热电子通过控制极和聚焦极辐射至所述试样。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，包括：

真空腔体(101)、电子枪(102)、冷槽(103)、加热圈(104)和温度传感器(105)；

所述真空腔体(101)为不锈钢的圆柱形结构，所述真空腔体(101)连接抽气泵，所述真空腔体(101)用于为聚合物材料的空间电荷测试提供真空环境；

所述电子枪(102)、冷槽(103)、加热圈(104)和温度传感器(105)设置在所述真空腔体(101)中；

所述电子枪(102)通过可移动绝缘导轨固定在所述真空腔体(101)内；

所述冷槽(103)固定设置在所述真空腔体(101)的底部；

所述电子枪(102)用于为聚合物材料的空间电荷测试提供电子束；

所述冷槽(103)是密封空心圆柱体，所述冷槽(103)用于为聚合物材料的空间电荷测试提供冷源；

所述加热圈(104)紧贴在所述冷槽(103)的外围，所述加热圈(104)的加热方式为电加热，所述加热圈(104)用于聚合物材料的空间电荷测试提供热源；

所述温度传感器(105)紧贴在所述冷槽(103)的上表面，所述温度传感器(105)用于采集所述冷槽(103)的温度，并将采集到的温度实时传输至PC端，通过PC端中的温度控制程序控制所述加热圈(104)和冷槽(103)，使被测试样的温度保持在预设的范围内，实现对聚合物材料的空间电荷测试的温度控制；

其中，所述电子枪(102)包括：

绝缘支架(201)、阴极(202)、控制极(203)和聚焦极(204)；

所述绝缘支架(201)包括两根带螺纹的环氧支柱和陶瓷圆板，所述环氧支柱为环氧材质的圆柱体，所述陶瓷圆板设置在所述绝缘支架(201)最顶端，所述陶瓷圆板通过环氧螺母固定在所述环氧支柱上，沿所述陶瓷圆板直径的直线上有两个与所述陶瓷圆板的圆心对称的等半径圆孔，所述绝缘支架(201)用于支撑所述阴极(202)、控制极(203)和聚焦极(204)；

所述阴极(202)通过所述陶瓷圆板上的等半径圆孔垂直固定在所述绝缘支架(201)上，所述阴极(202)用于产生热电子；

所述控制极(203)固定设置在所述绝缘支架(201)的中间，所述控制极(203)包括第一圆环和圆筒两部分，圆筒固定设置在第一圆环的内环上，第一圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第一圆环的内径和圆筒直径相同，所述控制极(203)用于控制所述阴极(202)产生的热电子；

所述聚焦极(204)固定设置在所述绝缘支架(201)的下端，所述聚焦极(204)包括第二圆环和喇叭式圆筒两部分，喇叭式圆筒的长边固定设置在第二圆环的内环上，第二圆环的外侧通过环氧螺母连接在环氧支柱上，第二圆环的内径和喇叭式圆筒长边直径相同，所述聚焦极(204)用于将经过所述控制极(203)的热电子聚焦成电子束；

所述圆筒的朝向正对着所述喇叭式圆筒的短边的朝向，所述控制极(203)和聚焦极(204)连接高压电源；

所述阴极(202)包括：

导线(301)、金属套管(302)、陶瓷管(303)、带孔铜栓(304)、钨丝底座(305)、压片(306)和钨丝(307)；

所述导线(301)为铜芯线，所述导线(301)连接直流稳压电源，所述导线(301)用于接入电流；

所述金属套管(302)为不锈钢材质的金属套管(302)，所述金属套管(302)用于卡住所述陶瓷管(303)，使所述陶瓷管(303)固定在所述金属套管(302)内部；

所述陶瓷管(303)设置在所述金属套管(302)和导线(301)之间，所述陶瓷管(303)的形状与所述金属套管(302)的内壁形状相匹配，所述陶瓷管(303)用于所述金属套管(302)和导线(301)之间的绝缘以及绝热；

所述带孔铜栓(304)垂直固定在所述陶瓷管(303)的端部，所述带孔铜栓(304)上设置有第一螺纹孔，所述第一螺纹孔用于配合螺栓将穿过所述带孔铜栓(304)的导线(301)固定；

所述钨丝底座(305)为“倒L”型的铜质结构，所述钨丝底座(305)的底部设置有第二螺纹孔，所述钨丝底座(305)用于固定所述钨丝(307)；

所述压片(306)固定设置在所述钨丝底座(305)上，所述压片(306)和钨丝底座(305)的端部大小相同，所述压片(306)设置有与钨丝底座(305)的底部相重合的第二螺纹孔，所述压片(306)的中间设有卡槽，所述卡槽用于放置钨丝(307)；

所述钨丝(307)底部的形状为漩涡状，所述钨丝(307)通过螺栓和压片(306)固定设置在所述钨丝底座(305)上；所述钨丝(307)设置在所述控制极(203)中的圆筒内。

2.根据权利要求1所述的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，

所述冷槽(103)底部与真空腔体(101)底部通过法兰结构连接。

3.根据权利要求1所述的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，

所述冷槽( 103) 底部设置有进液管(401)和排气管(402)，所述进液管(401)包括进液管上段和进液管下段，所述进液管上段为U型结构，所述进液管上段和进液管下段的为直径不同的空心管状结构；

所述排气管(402)包括排气管上段和排气管下段，所述排气管上段和排气管下段为直径不同的空心管状结构。

4.根据权利要求1所述的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，

所述真空腔体( 101) 为内径410mm，高度为560mm的空心圆柱体，所述真空腔体( 101)的真空度达10^-4Pa级。

5.根据权利要求1所述的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，

所述电子枪(102)发射的电子能量的范围在0至30KeV之间，电流密度的范围在0至30A/㎝²之间。

6.根据权利要求1所述的真空下温度可快速变化的电子束辐射系统，其特征在于，

所述抽气泵为机械泵和分子泵联用。

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