CN110534387B - 一种铁电陶瓷集束电子发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁电陶瓷集束电子发射器，所述集束电子发射器包括真空玻璃管、电子发射端、栅极、聚焦电子磁场、阳极、调控磁场；电子发射端铺覆在所述真空玻璃管的底部；栅极对应所述电子发射端设置，并与所述电子发射端间隔开，栅极用于吸引电子发射端发射出的电子；阳极对应栅极设置，并与栅极间隔开，聚焦电子磁场产生的磁场用于控制高能电子的运动轨迹；调控磁场设置在真空玻璃管的管口，用于控制高能电子的出射方向。通过本申请所述铁电陶瓷集束电子发射器可将漫射的电子束在高电场作用下收集、加速和聚焦，控制高能电子的出射方向。
Description
技术领域
本发明涉及高能电子领域，具体涉及一种铁电陶瓷集束电子发射器。
背景技术
电子发射，是电子从物体逸入周围媒质(真空或气体)的现象。物体中的电子在常态下所具有的能量都不足以克服表面势垒而逸出物体。要使它们从物体里释放出来，另外给予它们能量，进行激发，传统的金属电子发射体的电子管中，电子发射需要的加热温度高，发射密度低(10A/cm),且易受到残余气体的氧化而“中毒”，当热阴极表面不清洁时，或者阴极表面受到气体污染后，表面逸出功发生变化，导致阴极电子发射能力下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高阴极电子发射能力的铁电陶瓷集束电子发射器。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种铁电陶瓷集束电子发射器，所述集束电子发射器包括真空玻璃管、电子发射端、栅极、聚焦电子磁场x、阳极、调控磁场；
所述真空玻璃管的底部为曲面形玻璃管，所述真空玻璃管的管身为弯曲的弧形玻璃管；
所述电子发射端铺覆在所述真空玻璃管的底部；
所述栅极的表面对应所述电子发射端表面设置，并与所述电子发射端间隔开，所述栅极用于吸引所述电子发射端发射的电子，栅极电压可控制铁电膜被负脉冲激发出来的电子，其高低决定了流出电荷的数量；
所述阳极对应所述栅极设置，并与所述栅极间隔开，所述阳极和所述栅极分别与不同的正电压连接，所述阳极与所述栅极之间形成电压差，在所述阳极与所述栅极之间的空隙形成电场，所述铁电陶瓷集束电子发射器可加装一个或多个阳极，以聚焦并提高电子的速度；
所述聚焦电子磁场设置在所述电场对应所述真空玻璃管区域的外壁，所述聚焦电子磁场通过电流产生的磁场将陶瓷表面漫射的电子约束，运动方向朝向真空玻璃管中心偏转；
所述调控磁场设置在所述真空玻璃管的管口，用于控制所述高能电子的出射方向。
可选的，所述电子发射端包括：铁电体和电极；
所述铁电体为锆钛酸铅陶瓷和锆钛酸铅薄膜中的任意一者；
所述铁电体按照阵列的排布方式粘覆在真空玻璃管的底部；
所述铁电体通过外接电路串联连接；
所述铁电体的表面覆盖半导体材料，在所述半导体材料的表面覆盖电极，所述电极与负脉冲电压电路连接，所述负脉冲电压电路用于提供负脉冲电压给所述电极。
可选的，所述栅极为网状平面结构；
所述网状平面结构对应所述电子发射端表面设置，并与所述电子发射端表面间隔设置；
所述网状平面结构的周围通过金属丝固定在所述真空玻璃管内壁上，通过所述金属丝穿过所述真空玻璃管至管外与正电压电路连接，所述正电压电路用于为所述栅极提供正电压。
可选的，所述阳极为为网状平面结构；
所述网状平面结构对应所述栅极网状平面设置，并与所述栅极网状平面间隔设置；
所述网状平面结构的周围通过金属丝固定在所述真空玻璃管内壁上，通过所述金属丝穿过所述真空玻璃管至管外与正电压电路连接，所述正电压电路用于为所述阳极提供正电压。
可选的，所述聚焦电子磁场为线圈采用圆环形环绕在真空玻璃管外壁，所述真空玻璃管外壁的区域为位于栅极与阳极中间的区域。
可选的，所述真空玻璃管包括：所述真空玻璃管的底部为曲面形，所述真空玻璃管的底部的面积在900cm2到3600cm2范围内；
所述真空玻璃管的管身为弧形，所述真空玻璃管的长度在50cm到80cm范围内；圆形管径最小出口的直径为小于或等于2厘米；
所述真空玻璃管的真空度为1.0×10－7Pa～5.0×10－7Pa。
可选的，所述调控磁场包括二对垂直的线圈，所述二对垂直的线圈采用上下和前后两对线圈对应设置，夹持在所述真空玻璃管的管口周围。
可选的，所述铁电陶瓷集束电子发射器还包括：托卡马克；
所述托卡马克为橄榄型，两端尖中间肚子大；
所述托卡马克产生环形磁场对电子的运动进行约束，所述托卡马克的内壁、外层和线圈均使用托卡马克的专用耐高温和绝缘材料；
所述托卡马克的两端将的电子反射到相反的方向并保持旋转方向不变。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
负脉冲电极对铁电体表面施加负脉冲电压，在脉冲的后沿能够激发出铁电体表面的电子并出射，从而产生大量的电子；在靠近陶瓷表面的空间加个具有正电压的网状栅极，拉出电子向栅极的方向运动。电场越大，拉出的电子数量越多；电子依靠运动的惯性穿过栅极后，继续被阳极吸引。构造多极阳极，控制电子的运动方向并加速，使出射粒子为高能电子。最后出口前的线圈用于产生磁场，用于控制电子的出射方向，在空间扫描如果产生的电子束强度不够，再接一个托卡马克。在磁场不工作或电子束能够准直射出的条件下，让电子束直接进入托卡马克。电子在托卡马克中往返运动，同时又不断有电子继续进入，当电子数量或整体能量积累到一定程度后，利用输出端的磁场进行控制，瞬时输出强大的电子流。
铁电体在负高压脉冲下向周围空间辐射电子；利用电场对辐射电子的收集、加速和聚焦，产生更高的电子束流能量，并调控能量在极小的范围内波动；在特定方向上或方向范围内有较好的准直性，以方便应用。该发明实现了产生、操控和应用电子束流的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的集束电子发射器结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的托卡马克的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的锆钛酸铅陶瓷片铁电体中铁电单元和背电极结构示意图；
图4为本发明实施例2提供的锆钛酸铅陶瓷片铁电体中铁电单元和前电极结构示意图。
1-真空玻璃管；2-阳极；3-栅极；4-调控磁场；5-电子运动轨迹；6-铁电陶瓷阵列；7-陶瓷片；8-电极排布；x-聚焦电子磁场；9-电子入射端；10-电子回旋腔体；11-电子出射端；12-陶瓷片；13-背电极；14-前电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种铁电陶瓷集束电子发射器，包括真空玻璃管真空玻璃管1、电子发射端、栅极栅极3、聚焦电子磁场聚焦电子磁场x、阳极阳极2、调控磁场调控磁场4；真空玻璃管真空玻璃管1的底部为曲面形玻璃管，真空玻璃管1的管身为弯曲的弧形玻璃管；电子发射端铺覆在真空玻璃管1的底部；栅极3的表面对应电子发射端表面设置，并与电子发射端间隔开，栅极3用于吸引电子发射端发射的电子，获得吸引电子；阳极2对应栅极3设置，并与栅极3间隔开，阳极2和栅极3分别与不同的正电压连接，阳极2与栅极3之间形成电压差，在阳极2与栅极3之间的空隙形成电场，电场用于加速吸引电子，获得高能电子；聚焦电子磁场x设置在电场对应真空玻璃管1区域的外壁，聚焦电子磁场x产生的磁场用于控制高能电子的运动轨迹；调控磁场4设置在真空玻璃管1的管口，用于控制高能电子的出射方向。
铁电陶瓷集束电子发射器通过负脉冲电极对铁电体施加负脉冲电压，在脉冲的后沿能够激发出铁电体7表面电子并射向空中；在靠近陶瓷表面的空间加个具有正电压的网状栅极3，拉出电子向其运动。电场越大，拉出的电子数量越多；电子依靠运动的惯性穿过栅极3后，通过聚焦磁场x对陶瓷表面漫射的电子进行约束，使其运动方向向玻璃管中心偏转，穿过栅极3的电子继续被阳极2吸引(具体实施过程中可根据实际需要构造多极阳极2，本实施例只描述了一极)，控制电子的运动方向并使电子加速。
最后出口前的调控磁场4用于产生磁场，其作用是控制电子的出射方向，也能够在空间扫描。
如图2所示，如果产生的电子束强度不够，再接一个托卡马克。在磁场不工作或电子束能够准直射出的条件下，让电子束直接进入托卡马克。电子在托卡马克中往返运动，同时又不断有电子继续进入，当电子数量或整体能量积累到一定程度后，可以利用电子出射端11的磁场进行控制，瞬时输出强大的电子流。
图1为本实施例的铁电陶瓷集束电子发射器结构，由发射电子的铁电薄膜或陶瓷阵列构成，阵列平行于屏幕放置，图示大方框为该阵列转向90°看到的正面图，方框内有若干铁电方形或圆形薄片。薄片正面镀上了叉指电极构成，可以向表面提供电压脉冲。右下角的网格为管内栅极3的小区域放大图。金属栅极3平行于屏幕，垂直于电子运动方向。栅极3通过电线接到玻璃管外的电源正极上，该电源负极接地。阳极2结构与栅极3相同，且均与电源正极连接。
将平板圆盘型直径为2.5cm厚度1mm的锆钛酸铅压电陶瓷铁电陶瓷前后表面抛光后，用溅射法形成后电极约0.5mm厚的铜电极，电子发射面先镀上一层极薄的C-Cu-S半导层，再将镀上间隔400μm的环形金属条纹为前电极。后电极接地，前极加负高压脉冲；在(0.05～0.5Pa)的真空条件下外加最大为3kV的脉冲电压，可发射本专利所需要的电子束，整个装置可以安置在一个玻璃套筒内直接将电子输入到托卡马克中。玻璃套筒的内壁可以涂上荧光材料，电子输入线圈可以安放在玻璃套筒外，通过观察荧光强弱调节线圈电流。
实施例2：
如图3和图4所示，本实施例是在上述实施例1的基础上进一步限定的实施例，具体的，本实施例将陶瓷制备成厚度为1mm，直径为12mm的陶瓷片12,用丝网印刷方法印制银电极：发射电子的前电极为条栅电极，等间隔地裸露陶瓷宽度和银电极宽度,接高脉冲电压的陶瓷反而将电极涂成实心圆形，在700℃保温10min烧成电极。
铁电陶瓷片12的电极为前后两层。后底层平面均涂满银浆，前发射电子面涂成条纹状银浆。选择540～750℃之间烧成的银浆。锆钛酸铅压电陶瓷系列陶瓷片12的厚度在0.5～1.0mm之间，当电压加到1kV以上时，陶瓷片12表面开始发射电子。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述集束电子发射器包括真空玻璃管、电子发射端、栅极、聚焦电子磁场、阳极、调控磁场；
所述真空玻璃管的底部为曲面形玻璃管，所述真空玻璃管的管身为弯曲的弧形玻璃管；
所述电子发射端铺覆在所述真空玻璃管的底部；
所述栅极的表面对应所述电子发射端表面设置，并与所述电子发射端间隔开，所述栅极用于吸引所述电子发射端发射的电子，获得吸引电子；
所述阳极对应所述栅极设置，并与所述栅极间隔开，所述阳极和所述栅极分别与不同的正电压连接，所述阳极与所述栅极之间形成电压差，在所述阳极与所述栅极之间的空隙形成电场，所述电场用于加速所述吸引电子，获得高能电子；
所述聚焦电子磁场设置在所述电场对应所述真空玻璃管区域的外壁，所述聚焦电子磁场产生的磁场用于控制所述高能电子的运动轨迹；
所述调控磁场设置在所述真空玻璃管的管口，用于控制所述高能电子的出射方向；
所述电子发射端包括：铁电体和电极；
所述铁电体为锆钛酸铅陶瓷；
所述铁电体按照阵列的排布方式粘覆在真空玻璃管的底部；
所述铁电体通过外接电路串联连接；
所述铁电体的表面覆盖半导体材料，在所述半导体材料的表面覆盖电极，所述电极与负脉冲电压电路连接，所述负脉冲电压电路用于提供负脉冲电压给所述电极；
所述锆钛酸铅陶瓷的厚度在0 .5～1 .0mm之间。
2.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述栅极为网状平面结构；
所述网状平面结构对应所述电子发射端表面设置，并与所述电子发射端表面间隔设置；
所述网状平面结构的周围通过金属丝固定在所述真空玻璃管内壁上，通过所述金属丝穿过所述真空玻璃管至管外与正电压电路连接，所述正电压电路用于为所述栅极提供正电压。
3.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述阳极为网状平面结构；
所述网状平面结构对应所述栅极网状平面设置，并与所述栅极网状平面间隔设置；
所述网状平面结构的周围通过金属丝固定在所述真空玻璃管内壁上，通过所述金属丝穿过所述真空玻璃管至管外与正电压电路连接，所述正电压电路用于为所述阳极提供正电压。
4.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述聚焦电子磁场为线圈采用圆环形环绕在玻璃管外壁，所述玻璃管外壁的区域为位于栅极与阳极中间的区域。
5.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述真空玻璃管包括：所述真空玻璃管的底部为曲面形，所述真空玻璃管的底部的面积在900cm2到3600cm2范围内；
所述真空玻璃管的管身为弧形，所述真空玻璃管的长度在50cm到80cm范围内；
圆形管径最小出口的直径为小于或等于2厘米；
所述真空玻璃管的真空度为1.0×10－7 Pa～5.0×10－7 Pa。
6.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述调控磁场包括二对垂直的线圈，所述二对垂直的线圈采用上下和前后两对线圈对应设置，夹持在所述真空玻璃管的管口周围。
7.根据权利要求1所述的一种铁电陶瓷集束电子发射器，其特征在于，所述铁电陶瓷集束电子发射器还包括：托卡马克；
所述托卡马克为橄榄型，两端尖中间肚子大；
所述托卡马克产生环形磁场对电子的运动进行约束，所述托卡马克的内壁、外层和线圈均使用托卡马克的耐高温和绝缘材料；
所述托卡马克的两端将电子反射到相反的方向并保持旋转方向不变。
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