CN203733751U - 一种真空电子器件中用于产生带状电子注的阴极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，包括宽度和厚度以及前端到后端的长度合适的即合乎真空电子器件设计要求的导体薄片。当施加电压较高时，导体薄片前端电场强度大，将电子从导通薄片上拉出来，当施加电压再进一步增加时，导通薄片前端产生等离子体，强电场从等离子体中拉出更大的电流，形成带状电子注。当电流较大时，从等离子体中拉出来的电流不仅沿磁力线向前前进，向后流动的电流将会打在该斜面体上，从能量角度来说，向后电流打在该斜面体上电位没有变化，故而无能量损耗。本实用新型提出的真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，具有效率高，电流大的特点。同时具有成本低，加工装配容易的优点。

Description

一种真空电子器件中用于产生带状电子注的阴极

技术领域

本实用新型属于真空电子器件技术领域，更为具体地讲，涉及行波管、返波管、返波振荡器、自由电子激光、奥罗管等真空电子器件中用于产生带状电子注的阴极。 

背景技术

随着科技的进步，对真空电子器件的需求趋向于更高的功率和频率，因此能够产生大功率，高频率输出的带状电子注真空电子器件成为了国内外的研究热点。 

然而，带状电子注行波管、返波管、返波振荡器、自由电子激光、奥罗管等应用带状电子注的真空电子器件都面临一个关键问题，即如何产生带状电子注。 

国内外各个研究小组提出了多种不同的方法：1)利用绒布爆炸发射，然后采用缝隙阳极，剪切电子注，实现带状电子注。2)利用三维软件直接设计热阴极二极管，直接发射产生带状电子注。但是，这两种方法都有各自的缺点，绒布爆炸发射然后用阳极剪切将使得二极管发射效率降低。而直接设计的热阴极二极管发射电流小，工艺装配困难，成品率低，成本高。 

在2012年04月04日公布的、申请公布号为CN102403179A、名称为“一种高功率矩形截面带状注电子枪的结构”中公布了一种具有一定曲率的矩形柱面结构的阴极，其需要在阴极和阳极之间设置一个方框性结构的聚焦极，聚焦极有在窄、宽两边的两个横方向，各具有一定倾角的聚焦平面拼接而成。阳极为具有带锥度中空通道的结构，阳极头固设与阳极支撑桶内底面中心；矩形柱面阴极周缘与方框形聚焦极底部矩形中空方框配合，阴极和聚焦极位于阳极支撑筒内，聚焦极的两个对称面与阳极的两个对称面平行且二者的中轴线重合，聚焦极与阳极之间有一定的距离。该电子枪产生带状电子注的结构比较复杂，也不便于加工和安装。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，以提高发射的效率，增强发射电流，同时，降低结构复杂度，降加工制造成本。 

为实现上述实用新型目的，本实用新型真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，其特征在于，包括： 

一导体薄片，其宽度和厚度、前端到后端的长度根据具体的真空电子器件的要求确定；前端与阳极相对应； 

一个由导体制成的返流控制斜面体，该斜面体具有两个斜面，均与导体薄片的后端连接，连接处为返流控制斜面体的前端，一个斜面自连接处向后延伸、向上倾斜，另一个斜面自连接处向后延伸、向下倾斜，斜面倾斜的角度根据实际情况进行调整；返流控制斜面体是实心或空心结构；返流控制斜面体的后端为电源负极连接端。 

本实用新型的目的是这样实现的： 

本实用新型真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，包括宽度和厚度以及前端到后端的长度合适的即合乎真空电子器件设计要求的导体薄片。当阴阳极施加一定的电压时，直接应用该导通薄片实现带状电子注的发射。当施加电压较高时，导体薄片前端电场强度大，将电子从导通薄片上拉出来，当施加电压再进一步增加时，导通薄片前端产生等离子体，强电场从等离子体中拉出更大的电流，形成带状电子注。当从导体薄片拉出电流时，预先建立沿导体薄片方向的磁力线，发射电流则沿着磁力线前进。当电流较大时，从等离子体中拉出来的电流不仅沿磁力线向前前进，也有部分电流会沿磁力线向后前进，故而在导体薄片后增加一斜面体，此斜面体为导体，实心或空心均可，向后流动的电流将会打在该斜面体上，从能量角度来说，向后电流打在该斜面体上电位没有变化，故而无能量损耗。 

与现有的带状电子注产生技术相比，本实用新型提出的真空电子器中用于产生带状电子注的阴极还具有如下的优点： 

1、高效率 

本实用新型提出的用于产生带状电子注的阴极，直接发射带状电子注，然后通过缝隙状阳极。在阴极足够薄的情况下，带状电子注通过率可以高达100％。 而前面提到的绒布爆炸发射，然后采用缝隙阳极，剪切电子注，实现带状电子注的方式相比，绒布爆炸发射方式由于大部分电子都打在阳极上，使得其只有少量电子通过缝隙阳极，故而该方式效率低。其次，当电流较大时，有部分电子沿磁力线向后流动，此时斜面导体将挡住向后流动的电子，降低的返流的损耗，故而提高了整个阴极的效率。 

2、发射电流大 

本实用新型提出的用于产生带状电子注的阴极，直接在强电场情况下拉出电流，当电场强度足够强时，导体薄片前端将形成等离子体，能够发射高达百千安的电流。而上述利用三维软件设计热阴极二极管，发射带状电子注的方式，由于发射电流密度低(<50A/cm2)，发射面较小，根本无法发射千安级的电流。故而本实用新型提出的用于产生带状电子注的阴极，具有发射电流大的优点。 

3、结构简单、成本低 

本实用新型提出的用于产生带状电子注的阴极，由导体薄片和抑制返流的斜面体构成，在实际加工中，导体薄片和斜面体可以一体化加工，具有加工成本低的优势。 

4、装配容易 

本实用新型提出的用于产生带状电子注的阴极还具有装配容易的优点。在实际加工和装配过程中，返流控制斜面体后加工一螺纹或销作为电源负极连接端，可以直接方便的接入到电源。 

附图说明

图1是本实用新型真空电子器中用于产生带状电子注的阴极一种具体实施方式的结构示意图； 

图2是图1所示真空电子器中用于产生带状电子注的阴极和斜面阳极实现带状电子注产生的示意图，其中，(a)所示为用于产生带状电子注的阴极与阳极的位置关系图，(b)为带状电子注产生时的仿真示意图； 

图3是图1所示真空电子器中用于产生带状电子注的阴极和钼网阳极实现带状电子注产生的示意图； 

图4是返波振荡器中用于产生带状电子注的阴极，其中，(a)所示为返波 振荡器中用于产生带状电子注的阴极结构图，(b)所示为实际产生的带状电子注的截面图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。 

图1是本实用新型真空电子器中用于产生带状电子注的阴极一种具体实施方式的结构示意图。 

在本实施例中，如图1所示，本实用新型真空电子器中用于产生带状电子注的阴极包括导体薄片1以及由导体制成的返流控制斜面体2。 

导体薄片1的宽度和厚度、前端101到后端102的长度根据具体的真空电子器件的要求确定；前端101与阳极向对应。 

由导体制成的返流控制斜面体2具有两个斜面，均与导体薄片1的后端102连接，连接处为返流控制斜面体的前端201，一个斜面自连接处向后延伸、向上倾斜，另一个斜面自连接处向后延伸、向下倾斜，斜面倾斜的角度根据实际情况进行调整；返流控制斜面体2可以是实心的，也可以是空心的；返流控制斜面体的后端202有电源负极连接端。 

在本实施例中，如图1所示，导体薄片1的前端101断面为突起的弧线结构，这样更有利于带状电子注的稳定产生。 

图2是图1所示真空电子器中用于产生带状电子注的阴极和斜面阳极实现带状电子注产生的示意图。 

在本实施例中，图2(a)所示为用于产生带状电子注的阴极与阳极的位置关系图，其中，导体薄片1的宽为15mm，厚为0.5mm，长为10mm，返流控制斜面体2的斜面宽为15mm，角度为60°，高为10mm，两者相连接形成用于产生带状电子注的阴极。在本实施例中，如图2(a)所示，阳极3利用带斜面的缝隙构成。 

图2(b)为带状电子注产生时的仿真示意图。在阴阳极施加电压时，导体薄片1前端101拉出带状电子注4，进入阳极3内通道。仿真实现电流1kA，流 通效率100％。 

在具体实施过程中，设计合适宽度的导体薄片1以及合适斜率的返流控制斜面体2用于控制返流时，斜面体2的两个斜面向后延伸时，宽度逐步变宽，从而能够将左右两端的返流也同时抑制。阴极接电源负极，当阴阳极施加一定电压时，导体薄片1薄片前端电场集中，增大，从而从导体薄片1前端拉出电子注，被拉出的电子注在磁场中传输，有一部分电子注沿磁力线反方向流动，此时设计合适的斜面将挡住该部分返流电子注。 

图3是图1所示真空电子器中用于产生带状电子注的阴极和钼网阳极实现带状电子注产生的示意图。 

在本实施例中，如图3所示，导体薄片1的宽为20mm，厚为0.5mm，长为20mm，返流控制斜面体2的斜面宽为角度45°，高为15mm，宽为30mm，两者相连接形成用于产生带状电子注的阴极。阳极3为缝隙和钼丝网构成，阴阳极施加电压时，带状电子注发射，透过钼丝网，进入阳极3内通道。 

图4是返波振荡器中用于产生带状电子注的阴极结构以及实际产生的带状电子注的截面图。 

在本实施例中，图4(a)所示为返波振荡器中用于产生带状电子注的阴极结构图。用于产生带状电子注的阴极采用不锈钢一体加工而成，为实体结构。导体薄片1宽为30mm，厚为0.5mm，长为20mm，返流控制斜面体2斜面的角度45°，高为10mm，两者相连接形成阴极，返流控制斜面体2的后端接长10mm的M6螺纹5，作为电源负极连接端，便于和电源连接。 

图4(b)所示为实际产生的带状电子注的截面图。在本实施例中，该用于产生带状电子注的阴极实现了160kV，2kA的带状电子注，如图4(b)所示电子注宽30mm、厚1mm，通过阳极内通道效率大于80％。 

从上述具体测试来看，本实用新型提出的真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，具有效率高，电流大的特点。同时具有成本低，加工装配容易的优点。 

尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型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 求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。 

Claims (2)

1.一种真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，其特征在于，包括：

一导体薄片，其宽度和厚度、前端到后端的长度根据具体的真空电子器件的要求确定；前端与阳极相对应；

一个由导体制成的返流控制斜面体，该斜面体具有两个斜面，均与导体薄片的后端连接，连接处为返流控制斜面体的前端，一个斜面自连接处向后延伸、向上倾斜，另一个斜面自连接处向后延伸、向下倾斜，斜面倾斜的角度根据实际情况进行调整；返流控制斜面体可以是实心的，也可以是空心的；返流控制斜面体的后端为电源负极连接端。

2.权利要求1所述的真空电子器中用于产生带状电子注的阴极，其特征在于，所述的返流控制斜面体的两个斜面向后延伸时，宽度逐步变宽，从而能够将左右两端的返流也同时抑制。