CN115295375A - 一种结合充气系统的热阴极 - Google Patents

Abstract

一种结合充气系统的热阴极，包括充气系统、加热系统及阴极部件。所述热阴极电子枪包括对热阴极直接电流加热及间接电流加热的设计。所述设计通过将阴极材料、加热系统及充气系统整合成一个气密整体，或者通过独立的重启管道抵近阴极充气，将阴极表面变成装置的充气口，从而提高阴极表面局部的中性密度并压制空间电荷效应，实现更高的电子发射能力。所述设计尤其适用于使用六硼化镧等不容易被加工成丝状的阴极材料制成的热阴极器件，可大幅度提高其电子发射能力。

Description

一种结合充气系统的热阴极

技术领域

本发明涉及热阴极电子源领域，具体是一种适用于电子枪及等离子体高能电子源的热阴极系统设计方法，更具体地为一种结合充气系统的热阴极。

背景技术

热阴极是一种应用非常广泛的电子源器件，在阴极射线显像管及其他电子枪器件中，它是作为电子来源的核心零件，电子枪器件至今广泛应用于原子光谱及材料处理等工业领域。热阴极至今在原子光谱、材料处理等产业领域仍然是重要的器件，而在等离子体研究中，热阴极放电提供一个免于射频及微波干涉的等离子体环境，为太空等离子体、基础等离子体物理过程、托卡马克偏滤器等离子体、等离子体诊断物理等领域研究提供一个普适性的实验平台，在国外支撑了如UCLA的LAPD大型直线装置及日渐普及的托卡马克偏滤器模拟器等重要的大科学平台。因此，提升热阴极放电的发射性能对于相关领域将带来普遍的赋能性提升。

热阴极器件一般有两种阴极材料的情况，一种是以钨、钽等金属材料为阴极。金属材料具有非常好的可塑性及弹性，容易加工成条状、丝状以及螺旋型等复杂、细致的形状方便做成直流加热阴极，但是金属材料一般有较高的功函数，导致其发射温度达2000C左右、而且单位面积发射量较低。在高发射温度之下，金属材料的黑体辐射发光也相当强，在需要使用光谱诊断的等离子体或原子光谱应用之中尤其影响其使用。随着化合物材料工艺的进步，以六硼化镧为代表的化合物阴极近年开始普遍成为新的阴极材料，这些阴极材料具有远低于金属的功函数，导致其发射温度比金属材料要低近1000度，而且单位面积发射量也获得了飞跃性的提高。然而化合物阴极材料一般非常的易碎，导致他们不容易做成细丝状。这导致到化合物阴极一般被制成粉状或饼状，安装在一个灯丝加热系统中成为一个间接加热热阴极器件。当然，随着大电流电源及真空电极工艺的普及化，近年也有更多特殊设计的直流加热六硼化镧热阴极。

无论是间接加热还是直流加热，由于体积半径的增大，六硼化镧以及其他化合物阴极在其形成的等离子体中远大于等离子体本身的德拜半径，导致这些热阴极的发射电流都受到空间电荷限制。这是一种电子堆积于阴极附近，造成一个虚阴极的空间电势结构导致电子发射被限制的现象。反之，非常细的金属灯丝则往往可以形成不被虚阴极限制发射电子量。一般受空间电荷限制的热阴极必须增加其阴极电压才能增加电子发射量，这在一些对于电子能量有精确需求的应用中形成了相当大的限制。此外，近年研究发现，直流加热热阴极如果受到空间电荷限制，则可能会进一步受到加热电流形成的表面磁场限制导致放电猝灭。在直流加热热阴极放电系统的自动化控制工作中，这种现象可能会导致自动系统无法识别加热电流是不足还是过余，从而导致系统损坏。综上所述，一个可以减缓空间电荷限制的热阴极设计无论是对增加热阴极的发射性能还是增加系统使用的装置安全性都会有可观的提高。

发明内容

在系列热阴极相关的研究中，我们发现只要热阴极材料关键尺寸远大于等离子体德拜半径，即阴极材料为板型或者>0.5mm粗条状的，则其电子发射必然是受到空间电荷效应限制的。我们进一步发现了在这种情况下将热阴极设计成直流加热电子枪，其直流加热自身在阴极表面形成的磁场将会将发射电子束缚回到阴极表面，从而阻止发射。这种现象会导致热阴极放电从空间电荷发射状态被猝灭，进而因过热损坏阴极器件[1]。空间电荷限制及磁约束现象限制了我们可以通过使用化合物阴极材料而获得的热阴极效能提升，而我们已知这两种效应都可以通过中性密度及阴极偏压的提升而缓和的。中性密度的提高可以增加阴级表面的中性碰撞，增加被空间电荷效应困住的离子，填平空间电荷效应中的虚阴极，即空间中的电势井，从而降低空间电荷效应。此外，当地中性密度的增加可提升当地等离子体密度，从而通过德拜半径的压缩增强当地电场，使电子更有效被排出，使得电子堆积减少从而缓和空间电荷效应。而阴极偏压的提升则直接增加电子的排出效率，同样减少阴极附近的电子堆积，缓和空间电荷效应。

然而，阴极偏压同时决定了发射电子的能量，这对于需要精确控制电子能量的应用形成限制。另一方面，中性密度也改变了中性碰撞径，在一些应用中对于装置的中性密度也有比较严苛的需求，不能随意改变。

本发明利用等离子体装置及其他电子枪应用中充气口局部气压较装置其他地方较高的现象，通过将装置充气结合到热阴极器件，使等离子体及其他需要充气的电子枪装置应用中气体由热阴极表面充气到装置中，使得热阴极表面的中性密度大幅提高。这种设计可以在不改变装置整体中性密度的前提下通过局部中性密度的提高大幅缓和空间电荷现象，从而大幅提高热阴极的电子发射性能。

本发明提供一种结合充气系统的热阴极，所采用的技术方案为：一种利用局部碰撞性增加而提高电子发射能力的热阴极设计，包括充气系统、加热系统及阴极部件。所述设计方案将充气系统、加热系统及阴极表面整合成一个单向气流的密封整体，或通过独立的重启管道将热阴极变成一个充气口，使得充气气体只从阴极表面输出进入使用该热阴极的等离子体装置及其他具充气需要的电子枪应用。

所述热阴极设计利用充气口附件中性密度大于装置总体密度的原理，提高热阴极表面附件的中性密度，进而通过中性碰撞的增大将虚阴极填平，缓和空间电荷效应对电子发射的限制。通过将热阴极与装置整体本身的充气系统结合，所述热阴极设计不增加装置整体的中性密度，从而不影响装置整体运作的前提下独立的提升热阴极的电子发射性能。

所述热阴极设计可以做成直流加热系统或者是间接加热系统。在直流加热系统中，加热电极可以加入水冷设计使用。两种不同热阴极系统都可以通过本发明的设计大幅度提高电子发射量。

本发明采用如下技术方案：

一种结合充气系统的直流加热型热阴极，包括：外壳(1)、真空法兰(2)、第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)、第二绝缘层(8)、阴极(10)和充气口(11)；

外壳(1)的一端设置有真空法兰(2)，外壳(1)的另一端设置有阴极(10)；第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)和第二绝缘层(8)位于外壳(1)内部；

充气口(11)位于真空法兰(2)上，充气口(11)与外壳(1)内部相通；

外壳(1)内部的一侧设置有第一加热导线(5)，第一加热导线(5)外包裹有第一绝缘层(7)，第一加热导线(5)的一端设置有阴极(10)，第一加热导线(5)的另一端连接第一加热电流电极(3)；

外壳(1)内部的另一侧设置有第二加热导线(6)，第二加热导线(6)外包裹有第二绝缘层(8)，第二加热导线(6)的一端设置有阴极(10)，第二加热导线(6)的另一端连接第二加热电流电极(4)。

进一步地，所述热阴极还包括充气管道(9)，充气管道(9)与外壳(1)同轴心设置，且充气管道(9)位于外壳(1)内部，充气管道(9)与外壳(1)内部相通。

进一步地，所述热阴极还包括外壳前套(12)，所述外壳前套(12)与外壳(1)以螺纹方式链接，所述外壳前套(12)将阴极(10)压在第一加热电流电极(3)和第二加热电流电极(4)上。

进一步地，所述阴极(10)为片状，并在阴极(10)表面设置有通孔，所述通孔与外壳内部相通。

进一步地，所述阴极(10)采用的材料为六硼化镧或氧化钡。

一种结合充气系统的间接加热型热阴极，包括：外壳(1)、真空法兰(2)、第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)、第二绝缘层(8)、阴极(10)、充气口(11)、加热线圈(13)和加热线圈电绝缘导热垫片(14)；

外壳(1)的一端设置有真空法兰(2)，外壳(1)的另一端设置有阴极(10)；第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)和第二绝缘层(8)位于外壳(1)内部；

充气口(11)位于真空法兰(2)上，充气口(11)与外壳(1)内部相通；

外壳(1)内部的一侧设置有第一加热导线(5)，第一加热导线(5)外包裹有第一绝缘层(7)，第一加热导线(5)的一端连接加热线圈(13)，加热线圈(13)和阴极(10)之间设置有加热线圈电绝缘导热垫片(14)，第一加热导线(5)的另一端连接第一加热电流电极(3)，

外壳(1)内部的另一侧设置有第二加热导线(6)，第二加热导线(6)外包裹有第二绝缘层(8)，第二加热导线(6)的一端连接加热线圈(13)，第二加热导线(6)的另一端连接第二加热电流电极(4)。

进一步地，所述热阴极还包括充气管道(9)，充气管道(9)与外壳(1)同轴心设置，且充气管道(9)位于外壳(1)内部，充气管道(9)与外壳(1)内部相通。

优选地，所述热阴极还包括外壳前套(12)，所述外壳前套(12)与外壳(1)以螺纹方式链接，所述外壳前套(12)将阴极(10)压在第一加热电流电极(3)和第二加热电流电极(4)上。

优选地，所述阴极(10)为片状，并在阴极(10)表面设置有通孔，所述通孔与外壳内部相通。

优选地，所述阴极(10)采用的材料为六硼化镧或氧化钡。

进一步地，阴极(10)表面的通孔与加热线圈电绝缘导热垫片(14)上的通孔一致。

本发明的一种结合充气系统的热阴极，具体为一种适用于六硼化镧及其他难以制成丝状的材料的热阴极的电子发射热阴极系统，通过将充气系统与加热、阴极部件整合封装成一个密封的整体，局部增加阴极材料表面的中性密度并压制阴极表面的空间电荷效应，从而获得更大的电子发射电流。

进一步地，本发明的一种结合充气系统的热阴极，通过充气系统与加热、阴极部件的融合，使阴极靶材表面同时成为等离子体源或者电子枪充气的进气口，从而增加阴极表面中性碰撞性而获得阴极电子发射电流的提升。

进一步地，本发明的一种结合充气系统的热阴极，通过充气系统与加热、阴极部件的融合，使阴极靶材表面同时成为等离子体源或者电子枪充气的进气口，从而增加阴极表面中性碰撞性而获得阴极电子发射电流的提升。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种利用局部碰撞性增加而提高电子发射能力的热阴极设计，适用于间接加热及直流加热热阴极系统。通过将热阴极与装置整体本身的充气系统结合，所述热阴极设计不增加装置整体的中性密度，从而在不影响装置整体运作的前提下独立的提升热阴极的电子发射性能。本发明针对使用化合物阴极材料，如六硼化镧或氧化钡等，或者使用板型阴极的热阴极系统在低气压的真空等离子体装置中的性能提升尤其突出。

参考文献：

1.Yip,C.-S.,et al.,Extinguishment of hot cathode discharges by space-charge and surface magnetic effects.Plasma Sources Science and Technology,2020.29(11):p.115021.

附图说明

图1为本发明一种结合充气系统的直流加热型热阴极示意图；

图2为本发明一种结合充气系统的间接加热型热阴极示意图；

图3为验证实验装置示意图；

图4为验证实验中以本发明对热阴极极限发射电流增加的数据；

图5为验证实验中以本发明增加阴极电流对等离子体参数影响的数据。

图中，1-外壳，2-真空法兰，3-第一加热电流电极，4-第二加热电流电极，5-第一加热导线，6-第二加热导线，7-第一绝缘层，8-第二绝缘层，9-充气管道，10-阴极，11-充气口，12-外壳前套，13-加热线圈，14-加热线圈电绝缘导热垫片，15-分子泵，16-进气口A，17-热阴极，18-进气口B。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

根据本发明一个实施例，提出一种结合充气系统的直流加热型热阴极，图1为本发明一种直流加热型热阴极示意图。如图1所示，所述直流加热型热阴极包括：外壳1、真空法兰2、第一加热电流电极3、第二加热电流电极4、第一加热导线5、第二加热导线6、第一绝缘层7、第二绝缘层8、充气管道9、阴极10和充气口11。外壳1的一端设置有真空法兰2，外壳1的另一端设置有阴极10。外壳1焊接到真空法兰2上。第一加热电流电极3和第二加热电流电极4位于真空法兰2处。外壳1为管道。在外壳内部腔体内设置有第一加热电流电极3、第二加热电流电极4、第一加热导线5、第二加热导线6、第一绝缘层7、第二绝缘层8、充气管道9和阴极10。外壳1的内部同轴心设置有充气管道9。在充气管道9和外壳1之间的一侧设置有第一加热导线5，第一加热导线5外包裹有第一绝缘层7。第一加热导线5的一端连接阴极10，第一加热导线5的另一端连接第一加热电流电极3。在充气管道9和外壳1之间的另一侧设置有第二加热导线6，第二加热导线6外包裹有第二绝缘层8。第二加热导线6的一端连接阴极10，第二加热导线6的另一端连接第二加热电流电极4。外壳前套12与外壳1以螺纹方式链接，将阴极10压在第一加热电流电极3和第二加热电流电极4上。阴极10加工为片状，并在阴极10表面钻通孔用于中性气体出流。阴极10表面的通孔与充气管道9相通。

其中，第一加热电流电极3、第二加热电流电极4、第一加热电流电极3延伸的第一加热导线5、第二加热电流电极4延伸的第二加热导线6、第一绝缘层7、第二绝缘层8、充气管道9、阴极10的背面全部包裹在一个密封的外壳1中。充气管道9一端连接真空法兰2，真空法兰2上设置有充气口11，所述充气口11与充气管道9相通。真空法兰上的充气口11接上传统应用的供气系统，如质量流量控制器或者是针阀。第一加热电流电极3和第二加热电流电极4为真空电极。充气口11与外壳内部相通。

由于绝缘需求，外壳1推荐以陶瓷为材料，或将前端焊接上陶瓷。可选地，阴极材料可以做成环状、迷宫状、或者是一个有缺口的环形等，便于与电极形成单方向电流。管道内部的第一绝缘层7和第二绝缘层8两个绝缘层进行电阻隔，防止加热电极漏电到充气管道9。如果外壳1的气密性能足够，而且对气流效率没有需求，则充气管道9可以省略，利用外壳1本身作为气密管道。外壳前套12应以陶瓷件加工，与外壳1以螺纹方式链接，将阴极压在加热电极上。阴极10采用化合物阴极材料，如六硼化镧或氧化钡等。阴极10可为板型阴极。可选地，阴极10的材料可以为圆柱或方柱形六硼化镧。

充气口11与外壳1内部空间相通。充气管道9与外壳1内部空间相通。

本发明的具体实施方式如下：一种利用局部碰撞性增加而提高电子发射能力的热阴极，包括充气系统、加热系统及阴极部件。通过密封限制在热阴极内部的管道对装置进行充气，使阴极位置成为面向装置真空的出气口，从而在阴极发射电子的表面附近获得远高于装置总体的局部气压及中性气体密度。中性气体通过增加当地等离子体密度改善发射电子从空间电荷势井(即虚阴级)的排出，同时通过离子-中性碰在势井中生产大量被困的离子，从而将空间电荷势井填平。这些作用都会将空间电荷作用减缓，从而增加热阴极的电子发射量。

根据本发明的另一个实施例，提出一种结合充气系统的间接加热型热阴极，其布置如图2所示。图2为一种间接加热型热阴极示意图，图2与图1的区别在于，所述间接加热型热阴极还包括：加热线圈13和加热线圈电绝缘导热垫片14。第一加热导线5的一端连接加热线圈13，加热线圈13和阴极10之间设置有加热线圈电绝缘导热垫片14，第一加热导线5的另一端连接第一加热电流电极3。第二加热导线6的一端连接加热线圈13，加热线圈13和阴极10之间设置有电绝缘导热垫片14，第二加热导线6的另一端连接第二加热电流电极4。阴极10加工为片状，并在阴极10表面钻通孔用于中性气体出流，而且通孔应与加热线圈电绝缘导热垫片14上的通孔一致。阴极10表面的通孔与充气管道9相通。加热线圈电绝缘导热垫片14上的通孔可以做成中心单孔，也可以中心四周钻多个通孔，后者在磁化直线装置之类对于磁场轴心有电子发射需求的应用中尤其推荐。管道内部的第一绝缘层7和第二绝缘层8两个绝缘层电极进行电阻隔，防止加热电极漏电到外壳。如果外壳1的气密性能足够，而且对气流效率没有需求，则充气管道9可以省略，利用外壳1本身作为气密管道。外壳前套12应与外壳1以螺纹方式链接，将阴极10压在第一加热电流电极3和第二加热电流电极4上。图2的紧凑设计中，外壳1、外壳前套12及与阴极10本身需要统一的电连接，并与第一加热导线5和第二加热导线6绝缘，因而需要用金属材料。外壳1内部以第一绝缘层7及第二绝缘层8的绝缘层(一般为陶瓷)加热系统进行电阻隔，防止漏电到外壳1及充气管道9。对比起直流加热热阴极系统，间接加热热阴极系统由于线圈的同轴性，使用中心通孔设计更容易实现。

本发明的具体实施方式如下：一种利用局部碰撞性增加而提高电子发射能力的热阴极设计，包括充气系统、加热系统及阴极部件。通过密封限制在热阴极内部的管道对装置进行充气，使阴极位置成为面向装置真空的出气口，从而在阴极发射电子的表面附近获得远高于装置总体的局部气压及中性气体密度。中性气体通过增加当地等离子体密度改善发射电子从空间电荷势井(即虚阴级)的排出，同时通过离子-中性碰在势井中生产大量被困的离子，从而将空间电荷势井填平。这些作用都会将空间电荷作用减缓，从而增加热阴极的电子发射量。间接加热阴极由于阴极是一个平板，所以通过通孔的设计可以进一步控制阴极表面气压及中性气体密度：在同一进气量下，出于通量守恒，气体通过的截面越小，通过密度越高，因此孔数越少、孔径越细，则越可以在小部分阴极表面形成更大的中性气体密度。反之如果需要在整个热阴极发射表面上获得更平均的发射量，则可钻多个通孔。

本发明的使用方式如下：

图1所描述的直热加热型热阴极的使用方式如下：

1、首先需要将热阴极安装到装置中，直接从真空法兰4加上普通真空垫圈安装到装置的窗口上。

2、将第一加热电流电极3和第二加热电流电极4分别接上一台直流电源的正极及负极作为加热用途，并在任何一方另外接上一个偏压电源的负极。这一点与一般直流加热热阴极的操作方法相同。

3、从充气口11接上独立的流量控制器，在0.5Pa气压以下的惰性气体等离子体源上应用中，热阴极同时当唯一充气口使用。通过充气确保装置获得工作所需的气压以后，启动热阴极，即对热阴极施加偏压，并通过加热电流进行加热直到获得所需的发射电流。如果在任何偏压下增加加热无法获得更高的电流，即需要增加偏压来获得更高的发射电流。至此启动完成。

4、在0.5Pa以上应用中，可以先用装置本身的其他充气口进行充气获得所需气压，并启动热阴极，然后增加热阴极的充气口充气量，替代装置的充气量(即减少装置本身的充气口充气量)，直到获得最高发射电流，然后再进行所需发射电流的加热调控。

图2所描述的间接加热型热阴极的使用方式如下：

1、使用图2所描述的间接加热型热阴极的时候，则应加在真空法兰2加上绝缘真空垫片安装到装置的窗口上。

2、将第一加热电流电极3和第二加热电流电极4分别接上一台直流电源的正极及负极作为加热用途，并在真空法兰2上接上偏压电源的负极。注意此时外露于装置外的真空法兰是有负偏压的，应注意触电安全。

3、从充气口11接上独立的流量控制器，在0.5Pa气压以下的惰性气体等离子体源上应用中，热阴极同时当唯一充气口使用。通过充气确保装置获得工作所需的气压以后，启动热阴极，即对热阴极施加偏压，并通过加热电流进行加热直到获得所需的发射电流。如果在任何偏压下增加加热无法获得更高的电流，即需要增加偏压来获得更高的发射电流。至此启动完成。

4、在0.5Pa以上应用中，可以先用装置本身的其他充气口进行充气获得所需气压，并启动热阴极，然后增加热阴极的充气口充气量，替代装置的充气量(即减少装置本身的充气口充气量)，直到获得最高发射电流，然后再进行所需发射电流的加热调控。

图3、4展示一个在多偶极热阴极放电装置中通过进气口的改变演示原理验证的实验的验证结果。图3-4使用的热阴极17为图1所示的直热加热型热阴极的其中一种可行设计，除了阴极本身没有与充气系统结合成一个密封整体。图3为原理验证的多偶极热阴极等离子体装置测试平台(DTS-II)，通过热阴极放电制造等离子体为本发明常用的场景之一。DTS-II为一个多偶极约束放电装置，其真空腔长800mm，直径500mm，在腔体的径向壁及2个轴向壁之间分别安装了3套16条永磁体，在装置壁表面附近产生多偶极磁场约束，从而获得中心均匀而且无磁场影响的等离子体。装置由一个分子泵15抽气，本底真空约10^-3Pa。为验证本发明的有益效果，我们将装置充气口布置在两个不同的位置：进气口A16位于离热阴极17距离至少500mm的径向窗口上，而进气口B18则延申至一根15cm长、直径2mm的圆柱形六硼化镧直流加热热阴极17中心的5mm范围内，由于充气口附近的高密度区只持续充气口距离1cm以内的空间，因此进气口A16可视为常规热阴极放电的工作方式，而进气口B18则可视为本发明充气方式的模拟。本次验证实验使用氩气，充气量为2-6sccm，获得气压为0.03-0.09Pa。无论从哪一个充气口进气，最终总体气压变动在±5％以内，在测量及抽气等因素导致的误差以内。实验中热阴极偏压统一为-60V。发射电流的验证结果如图4所示，在一个直流加热热阴极放电中，仅通过将充气口从远离热阴极(进气口A16)的移到热阴极附近(进气口B18)，在实验范围中最低的气压(约0.03Pa)中可以将极限发射电流从0.14A提升至0.25A，在0.09Pa的环境中，极限发射电流则从2.18A提高到5.56A，提升超过两倍。

为观测使用本发明对于等离子体参数的影响，我们在使用进气口A16及进气口B18获得0.12Pa的相同气压并分别扫描使用两个进气口所获得的阴极发射电流的前提下，利用一个朗缪尔探针测量了所获得的等离子体参数，结果如图5所示，在任何相同的发射电流下，将进气口从远离热阴极的进气口A16换成在热阴极5mm附近的进气口B18所获得的等离子体参数是一样的。因此，使用本发明提升热阴极的电子发射性能并不影响装置整体运作。

图3、4、5所展示的实验只是一个原理验证展示，由于阴极本身没有与充气系统完全结合起来，而且只有很小的一部分(约1/10的总发射面积)热阴极材料沉浸在中性气压增大的区域，因此其实实际电子发射的提升效果比较差，但是已经良好的展示了本发明对于热阴极电子发射量的增益。本发明实际作用将大幅优于原理验证所展示的增益。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种结合充气系统的直流加热型热阴极，其特征在于，包括：外壳(1)、真空法兰(2)、第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)、第二绝缘层(8)、阴极(10)和充气口(11)；

外壳(1)的一端设置有真空法兰(2)，外壳(1)的另一端设置有阴极(10)；第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)和第二绝缘层(8)位于外壳(1)内部；

充气口(11)位于真空法兰(2)上，充气口(11)与外壳(1)内部相通；

外壳(1)内部的一侧设置有第一加热导线(5)，第一加热导线(5)外包裹有第一绝缘层(7)，第一加热导线(5)的一端设置有阴极(10)，第一加热导线(5)的另一端连接第一加热电流电极(3)；

外壳(1)内部的另一侧设置有第二加热导线(6)，第二加热导线(6)外包裹有第二绝缘层(8)，第二加热导线(6)的一端设置有阴极(10)，第二加热导线(6)的另一端连接第二加热电流电极(4)。

2.根据权利要求1所述的热阴极，其特征在于，所述热阴极还包括充气管道(9)，充气管道(9)与外壳(1)同轴心设置，且充气管道(9)位于外壳(1)内部，充气管道(9)与外壳(1)内部相通。

3.根据权利要求1所述的热阴极，其特征在于，所述热阴极还包括外壳前套(12)，所述外壳前套(12)与外壳(1)以螺纹方式链接，所述外壳前套(12)将阴极(10)压在第一加热电流电极(3)和第二加热电流电极(4)上。

4.根据权利要求1所述的热阴极，其特征在于，所述阴极(10)为片状，并在阴极(10)表面设置有通孔，所述通孔与外壳内部相通。

5.根据权利要求1所述的热阴极，其特征在于，所述阴极(10)采用的材料为六硼化镧或氧化钡。

6.一种结合充气系统的间接加热型热阴极，其特征在于，包括：外壳(1)、真空法兰(2)、第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)、第二绝缘层(8)、阴极(10)、充气口(11)、加热线圈(13)和加热线圈电绝缘导热垫片(14)；

外壳(1)的一端设置有真空法兰(2)，外壳(1)的另一端设置有阴极(10)；第一加热电流电极(3)、第二加热电流电极(4)、第一加热导线(5)、第二加热导线(6)、第一绝缘层(7)和第二绝缘层(8)位于外壳(1)内部；

充气口(11)位于真空法兰(2)上，充气口(11)与外壳(1)内部相通；

外壳(1)内部的一侧设置有第一加热导线(5)，第一加热导线(5)外包裹有第一绝缘层(7)，第一加热导线(5)的一端连接加热线圈(13)，加热线圈(13)和阴极(10)之间设置有加热线圈电绝缘导热垫片(14)，第一加热导线(5)的另一端连接第一加热电流电极(3)，

外壳(1)内部的另一侧设置有第二加热导线(6)，第二加热导线(6)外包裹有第二绝缘层(8)，第二加热导线(6)的一端连接加热线圈(13)，第二加热导线(6)的另一端连接第二加热电流电极(4)。

7.根据权利要求6所述的热阴极，其特征在于，所述热阴极还包括充气管道(9)，充气管道(9)与外壳(1)同轴心设置，且充气管道(9)位于外壳(1)内部，充气管道(9)与外壳(1)内部相通；

优选地，所述热阴极还包括外壳前套(12)，所述外壳前套(12)与外壳(1)以螺纹方式链接，所述外壳前套(12)将阴极(10)压在第一加热电流电极(3)和第二加热电流电极(4)上；

优选地，所述阴极(10)为片状，并在阴极(10)表面设置有通孔，所述通孔与外壳内部相通；

优选地，所述阴极(10)采用的材料为六硼化镧或氧化钡。

8.根据权利要求7所述的热阴极，其特征在于，阴极(10)表面的通孔与加热线圈电绝缘导热垫片(14)上的通孔一致。

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