CN112908816A - 中空阴极管启动方法、装置及中空阴极中和器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种中空阴极管启动方法、装置及中空阴极中和器，所述方法包括：向中空阴极管导入工作气体；启动维持电源，向中空阴极管输入维持电流；对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热；当所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时，控制温度调整至设定温度值；开启阴极电源向中空阴极中和器提供工作电源；该技术方案能适应低温阴极材料工作环境，降低了高压启动对电源的要求，无需大量的气体流量来启动，便于启动控制。

Description

中空阴极管启动方法、装置及中空阴极中和器

技术领域

本申请涉及离子源设备技术领域，特别是一种中空阴极管启动方法、装置及中空阴极中和器。

背景技术

离子源设备主要包括中和器和离子源，其中，中和器的作用是产生电子，一般中和器采用中空阴极中和器，中空阴极中和器的中空阴极管工作时先输入工作气体(一般是惰性气体，如氩气)，然后高压启动，在氩气氛围下工作，实现稳定的电子流输出。

常用的技术方案中，参考图1，图1是常用的中空阴极中和器结构示意图，为了启动中空阴极，需要启动电源和维持电源同时参与，中空阴极管通过击穿胆管头部的气体产生电流回路，为了保证击穿，启动电源需要产生一个数千伏的高压，在击穿后，关闭高压的启动电源并维持电源开始工作，此时维持电源提供稳定的维持电流(约2A)输出确保中空阴极管稳定工作；完成启动后，中空阴极管接入阴极电源，通过阴极电源产生一个适当的电压实现电子流从中空阴极管不断引出。

由于高压启动的中空阴极管温度都比较高，一般达到2000度以上，导致低温的阴极材料无法在中空阴极中和器中使用，例如钨钡合金材料，使用温度一般在1000度以下，使得中空阴极管的设备成本高，而且高压启动对电源要求高，需要通入大的气体流量来启动，使用条件要求较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述中空阴极管使用条件要求高的技术缺陷，提供一种中空阴极管启动方法、装置及中空阴极中和器。

一种中空阴极启动方法，用于启动中空阴极中和器中的中空阴极管，包括：

向中空阴极管导入工作气体；

启动维持电源，向中空阴极管输入维持电流；

对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热；

当所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时，控制温度调整至设定温度值；

开启阴极电源向中空阴极中和器提供工作电源。

在一个实施例中，所述工作气体为惰性气体，导入工作气体的气体量为5-10sccm；所述维持电流的电流范围为200mA-500mA。

在一个实施例中，对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热，包括：

启动加热电源对设于中空阴极管的头部位置周围的加热部件进行供电，对中空阴极管进行加热。

一种中空阴极管启动装置，包括：设置于中空阴极管的头部位置处的加热部件，以及连接所述中空阴极管的维持电源；

所述加热部件设于所述中空阴极管的头部周围；所述维持电源的负极连接中空阴极管、正极连接维持极；

所述维持电源用于在启动中空阴极管时，向中空阴极管提供维持电流；

所述加热部件用于对中空阴极管进行加热，直至所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时止。

在一个实施例中，所述的中空阴极管启动装置还包括：连接所述加热部件的加热电源，用于向所述加热部件提供加热电流。

在一个实施例中，所述加热部件包括紧密缠绕在中空阴极管头部的加热丝；

所述加热电源为交流电源或直流电源，所述加热电源的一端连接中空阴极管，另一端连接所述加热丝。

在一个实施例中，所述加热部件包括设于中空阴极管头部的感应线圈，所述感应线圈与中空阴极管头部非接触；

所述加热电源为中频或高频电源，所述加热电源的两端分别与感应线圈的两端连接。

在一个实施例中，所述的中空阴极管启动装置还包括：分别连接所述加热电源和维持电源的控制端，连接所述控制端的温度传感器，以及连接在中空阴极管的气管上的气体流量计；

所述控制端用于控制所述加热电源输出加热电流的开启/关闭、加热时间和加热电流大小，以及控制所述维持电源的开启和维持电流大小；

所述温度传感器，用于检测所述加热部件的温度数据并传输至所述控制端；

所述气体流量计，用于在所述控制端的控制下调节输入中空阴极管的工作气体的气体量。

一种中空阴极中和器，包括：中空阴极管，以及上述的中空阴极管启动装置。

在一个实施例中，所述的中空阴极中和器还包括：连接所述中空阴极管的阴极电源；其中，所述阴极电源负极连接中空阴极管，正极接地；

所述阴极电源用于在中空阴极管输出所述热电子后，向中空阴极管提供电子持续输出所需的电流。

本申请的技术方案具有如下有益效果：

通过对中空阴极管的头部位置进行持续加热，使得中空阴极管的头部位置的温度满足启动条件输出热电子；该技术方案能适应低温阴极材料工作环境，降低了高压启动对电源的要求，无需大量的气体流量来启动，便于启动控制。另外，通过加热丝或者感应线圈等加热部件，在使用中可以通过调整加热功率来对启动过程进行控制，提升了中空阴极管的启动效率。

附图说明

图1是常用的中空阴极中和器结构示意图；

图2是一个实施例的中空阴极管启动方法流程图；

图3是一个实施例的中空阴极管启动装置结构示意图；

图4是一个实施例的加热部件结构示意图；

图5是另一个实施例的加热部件结构示意图；

图6是一个实施例的中空阴极管启动装置电路结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的术语“包括”以及其他任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

参考图2，图2是一个实施例的中空阴极管启动方法流程图；在本实施例的方案，中空阴极管的头部位置可以参考图1中虚线框位置。

本实施例的中空阴极启动方法，主要是用于启动中空阴极中和器中的中空阴极管，该方法可以包括如下步骤：

(1)向中空阴极管导入工作气体；

在本步骤中，可以通过中空阴极管的气管通入工作气体，工作气体输入到中空阴极管内，工作气体可以采用惰性气体，一般是氩气；优选的，导入工作气体的气体量可以为5-10sccm。

(2)启动维持电源，向中空阴极管输入维持电流；

在本步骤中，启动维持电源向中空阴极管提供持续的维持电流，优选的，维持电流的电流范围可以为200mA-500mA。

(3)对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热；

在本步骤中，在导入一定量的工作气体后，开始对中空阴极管的头部位置进行加热，加热的部位主要是胆管头部周围，通过持续加热来提升中空阴极管的头部温度。

作为实施例，可以利用加热电源和加热部件实现对中空阴极管的加热过程；据此，在本步骤中，启动加热电源对设于中空阴极管的头部位置周围的加热部件进行供电，对中空阴极管进行加热。

(4)当所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时，控制温度调整至设定温度值；

在本步骤中，通过持续加热后使得中空阴极管的温度满足热电子输出时，可以停止加热，或者控制温度处于保温工作状态，此时通过维持电源的维持电流，使得维持极达到设置的几百毫安电流。

(5)开启阴极电源向中空阴极中和器提供工作电源；

本步骤中，是在完成上述启动流程后，进入持续输出电子的工作状态，此时可以开启阴极电源来为中空阴极中和器提供工作电源。

上述实施例的中空阴极管启动方法，通过对中空阴极管的头部位置进行持续加热，使得中空阴极管的头部位置的温度满足启动条件输出热电子；该技术方案能适应低温阴极材料工作环境，相对于传统的高压启动方式，本申请的技术方案降低了高压启动对电源的要求，无需大量的气体流量来启动，便于启动控制。

下面阐述中空阴极管启动装置的实施例。

参考图3，图3是一个实施例的中空阴极管启动装置结构示意图，包括：加热部件和维持电源；其中，加热部件设置于中空阴极管的头部位置处的周围，维持电源连接中空阴极管，维持电源的负极连接中空阴极管、正极连接维持极；维持电源的作用是在启动中空阴极管时，向中空阴极管提供维持电流，加热部件用于对中空阴极管进行加热，加热过程直至中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时止。

优选的，加热部件采用电加热方式，据此，加热部件连接加热电源，通过加热电源来向加热部件提供加热电流；需要说明是，本专利使用者也可以采用其他加热方式来对中空阴极管进行加热，在此不一一赘述。

对于加热部件，其也可以采用多种实现形式，优选的，本申请实施例提供了加热丝和感应线圈两种方式。

在一个实施例中，参考图4，图4是一个实施例的加热部件结构示意图；加热部件可以包括紧密缠绕在中空阴极管头部的加热丝；其中，加热电源可以为交流电源(工频50-60Hz)或直流电源，加热电源的一端连接中空阴极管，另一端连接所述加热丝。

在一个实施例中，参考图5，图5是另一个实施例的加热部件结构示意图；加热部件可以包括设于中空阴极管头部的感应线圈，感应线圈与中空阴极管头部非接触；加热电源为中频或高频电源，加热电源的两端分别与感应线圈的两端连接。

下面结合图6继续阐述中空阴极管启动装置更多实施例，图6是一个实施例的中空阴极管启动装置电路结构图。

在一个实施例中，中空阴极管启动装置还可以包括分别连接加热电源和维持电源的控制端(如工控机)；控制端用于控制加热电源输出加热电流的开启/关闭、加热时间和加热电流大小，以及控制维持电源的开启和维持电流大小；具体的，通过控制端，可以嵌入相应的控制方法来自动化控制加热电源和维持电源的工作流程。

优选的，本实施例的技术方案还可以包括连接控制端的温度传感器，用于检测加热部件的温度数据并传输至控制端；具体的，通过温度传感器可以检测中空阴极管头部温度，从而为加热过程提供了实时控制参数。

优选的，本实施例的技术方案还可以包括连接在中空阴极管的气管上的气体流量计，用于在控制端的控制下调节输入中空阴极管的工作气体的气体量；具体的，通过气体流量计控制启动过程中导入中空阴极管中的气体量，从而实现对启动过程的精确控制。

下面阐述中空阴极中和器的实施例。

本实施例的中空阴极中和器，参考图2-5所示，可以包括中空阴极管、加热部件、加热电源、维持电源、阴极电源和阴极本体等；其中，阴极电源负极连接中空阴极管，正极接地；阴极本体又可以包括支撑中空阴极管的绝缘块1和绝缘块2，维持片和外壳等等。

如上所述的中空阴极中和器，首先通过气管向气管连接口通入工作其他，然后启动维持电源工作，再启动加热电源对加热部件进行加热，当加热到满足热电子输出条件时，控制温度调整至设定温度值，可以控制温度处于保温工作状态；在中空阴极管输出热电子后，再接入阴极电源，向中空阴极管提供电子持续输出所需的电流，使得中空阴极中和器持续输出电子。

上述实施例的中空阴极中和器，能适应低温阴极材料工作环境，降低了高压启动对电源的要求，无需大量的气体流量来启动，便于启动控制。另外，通过加热丝或者感应线圈等加热部件，在使用中可以通过调整加热功率来对启动过程进行控制，提升了中空阴极管的启动效率。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种中空阴极启动方法，用于启动中空阴极中和器中的中空阴极管，其特征在于，包括：

向中空阴极管导入工作气体；

启动维持电源，向中空阴极管输入维持电流；

对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热；

当所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时，控制温度调整至设定温度值；

开启阴极电源向中空阴极中和器提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的中空阴极启动方法，其特征在于，所述工作气体为惰性气体，导入工作气体的气体量为5-10sccm；所述维持电流的电流范围为200mA-500mA。

3.根据权利要求1所述的中空阴极启动方法，其特征在于，对所述中空阴极管的头部位置进行持续加热，包括：

启动加热电源对设于中空阴极管的头部位置周围的加热部件进行供电，对中空阴极管进行加热。

4.一种中空阴极管启动装置，其特征在于，包括：设置于中空阴极管的头部位置处的加热部件，以及连接所述中空阴极管的维持电源；

所述加热部件设于所述中空阴极管的头部周围；所述维持电源的负极连接中空阴极管、正极连接维持极；

所述维持电源用于在启动中空阴极管时，向中空阴极管提供维持电流；

所述加热部件用于对中空阴极管进行加热，直至所述中空阴极管的头部位置的温度满足热电子输出时止。

5.根据权利要求4所述的中空阴极管启动装置，其特征在于，还包括：连接所述加热部件的加热电源，用于向所述加热部件提供加热电流。

6.根据权利要求4所述的中空阴极管启动装置，其特征在于，所述加热部件包括紧密缠绕在中空阴极管头部的加热丝；

所述加热电源为交流电源或直流电源，所述加热电源的一端连接中空阴极管，另一端连接所述加热丝。

7.根据权利要求5所述的中空阴极管启动装置，其特征在于，所述加热部件包括设于中空阴极管头部的感应线圈，所述感应线圈与中空阴极管头部非接触；

所述加热电源为中频或高频电源，所述加热电源的两端分别与感应线圈的两端连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的中空阴极管启动装置，其特征在于，还包括：分别连接所述加热电源和维持电源的控制端，连接所述控制端的温度传感器，以及连接在中空阴极管的气管上的气体流量计；

所述控制端用于控制所述加热电源输出加热电流的开启/关闭、加热时间和加热电流大小，以及控制所述维持电源的开启和维持电流大小；

所述温度传感器，用于检测所述加热部件的温度数据并传输至所述控制端；

所述气体流量计，用于在所述控制端的控制下调节输入中空阴极管的工作气体的气体量。

9.一种中空阴极中和器，其特征在于，包括：中空阴极管，以及权利要求4-8任一项所述的中空阴极管启动装置。

10.根据权利要求9所述的中空阴极中和器，其特征在于，还包括：连接所述中空阴极管的阴极电源；其中，所述阴极电源负极连接中空阴极管，正极接地；

所述阴极电源用于在中空阴极管输出所述热电子后，向中空阴极管提供电子持续输出所需的电流。

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