CN205428866U - 一种冷阴极大功率电子束枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷阴极大功率电子束枪，特点是包括从上至下依次设置的电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管和使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，电极接入组件通过绝缘套与气体电离组件密封固定，气体电离组件、阳极栅孔管和束流偏转导引组件依次密封固定，电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管和束流偏转导引组件上均设置有水冷机构；优点是由于设置有使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，在工作过程中通过偏转线圈使出射电子束流发生偏转，从根本上避免了加热物料热辐射对冷阴极及气体电离室的干扰和影响，消除了飞溅物、烟气、灰尘等细微颗粒的意外放电，大大增加了冷阴极电子束枪的工作稳定性。

Description

一种冷阴极大功率电子束枪

技术领域

本实用新型涉及电子束的发生装置，尤其涉及一种冷阴极大功率电子束枪。

背景技术

电子束枪是一种高能热源，是关系到国家航空航天、国防、尖端材料制造等的高端先进技术，具有重大的战略价值，在耐高温和稀贵材料的加热、蒸发、焊接、熔炼、提纯等领域具有独到的优势。

目前市面上的电子束枪主要有热阴极电子束枪和冷阴极电子束枪两种，热阴极电子束枪采用钨丝结构，工作过程中电子束枪内的器件大多需要加热到2000℃以上，且枪室必须维持高真空环境，其故障多、能耗高、制造及使用维护成本高；而冷阴极电子束枪采用直筒型结构，电子由阴极产生后直接在高压电场的加速下，经聚焦扫描射向物料，由于物料高温产生的热辐射直接正对阴极，导致阴极表面温度升高，电子发射不稳定，同时气氛及产生的飞溅物极易对枪体造成较大影响，造成工作不稳定，严重时甚至会损坏阴极，而且目前冷阴极电子束枪的工作真空范围也较窄，限制了冷阴极电子束枪的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可避免物料热辐射对阴极产生影响，大大提高电子束枪工作稳定性，且应用较广的冷阴极大功率电子束枪。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种冷阴极大功率电子束枪，包括从上至下依次设置的电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管和使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，所述的电极接入组件通过绝缘套与所述的气体电离组件密封固定，所述的气体电离组件、所述的阳极栅孔管和所述的束流偏转导引组件依次密封固定，所述的电极接入组件、所述的气体电离组件、所述的阳极栅孔管和所述的束流偏转导引组件上均设置有水冷机构。

所述的电极接入组件包括电极连接座和高压电极接头，所述的高压电极接头固定连接在所述的电极连接座的上端，所述的绝缘套与所述的电极连接座固定连接，所述的电极接入组件上的水冷机构包括固定设置在所述的电极连接座上的第一水冷进口和第一水冷出口，所述的电极连接座中设置有轴向的水冷通孔，所述的第一水冷进口和所述的第一水冷出口均与所述的水冷通孔相连通的。

所述的气体电离组件包括冷阴极和套状阳极，所述的套状阳极中设置有气体电离室，所述的冷阴极位于所述的气体电离室中且与所述的套状阳极同轴设置，所述的冷阴极密封固定在所述的电极连接座的下端，所述的冷阴极的下端面为内凹的弧形，所述的绝缘套与所述的套状阳极的上端密封固定，所述的套状阳极的下端与所述的阳极栅孔管同轴密封固定，所述的套状阳极上固定设置有与所述的气体电离室相连通的工作气体接入口，所述的气体电离组件上的水冷机构包括固定设置在所述的套状阳极上的第二水冷进口和第二水冷出口，所述的套状阳极中设置有第一水冷环槽，所述的第二水冷进口和所述的第二水冷出口均与所述的第一水冷环槽相连通。

所述的冷阴极外套设有阴极护套，可减少冷阴极和套状阳极内壁之间的放电，提高冷阴极电子束枪工作的稳定性。

所述的工作气体为氢气或氢氧混合气，所述的氢气的质量占比大于等于90%，该工作气体由外部独立配气系统供应。

所述的套状阳极上固定设置有与所述的气体电离室相连通的真空测量接口，所述的真空测量接口与真空测量仪相连接，并控制电子束枪的工作气氛的真空度范围为0.0001Pa～10Pa。

所述的套状阳极的形状为筒形。

所述的阳极栅孔管上的水冷机构包括固定设置在所述的阳极栅孔管上的第三水冷进口和第三水冷出口，所述的阳极栅孔管中设置有第二水冷环槽，所述的第三水冷进口和所述的第三水冷出口均与所述的第二水冷环槽相连通。

所述的束流偏转导引组件包括聚焦偏转部分和扫描部分，所述的聚焦偏转部分包括上段束流管、上聚焦线圈和偏转线圈，所述的阳极栅孔管与所述的上段束流管同轴密封固定，所述的上聚焦线圈和所述的偏转线圈分别固定套设在所述的上段束流管上，所述的扫描部分包括下段束流管和扫描线圈，所述的下段束流管与所述的上段束流管固定连接，所述的上段束流管的中心轴线和所述的下段束流管的中心轴线的夹角为5～30°，所述的偏转线圈位于所述的上段束流管的下端与所述的下段束流管的交接处，所述的偏转线圈的偏转角度等于所述的上段束流管的中心轴线与所述的下段束流管的中心轴线的夹角角度，所述的扫描线圈固定套设在所述的下段束流管上，所述的束流偏转导引组件上的水冷机构包括固定设置在所述的上段束流管或所述的下段束流管上的第四水冷进口和第四水冷出口，所述的上段束流管和所述的下段束流管中设置有第三水冷环槽，所述的第四水冷进口和所述的第四水冷出口与所述的第三水冷环槽相连通。

所述的下段束流管上固定套设有下聚焦线圈，所述的下聚焦线圈位于所述的扫描线圈的上方。

与现有技术相比，本实用新型的优点是由于设置有使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，在工作过程中通过偏转线圈使出射电子束流发生偏转，从根本上避免了加热物料热辐射对冷阴极及气体电离室的干扰和影响，消除了飞溅物、烟气、灰尘等细微颗粒的意外放电，大大增加了冷阴极电子束枪的工作稳定性，而且由于上段束流管的中心轴线和下段束流管的中心轴线存在夹角，在一定程度上延长了电子束流在枪内的距离，增加了枪内环境的独立性；又由于套状阳极上固定设置有与气体电离室相连通的真空测量接口，真空测量接口与真空测量仪相连接，使得电子束枪的工作气氛的真空度范围可达到0.0001Pa～10Pa，并可通过控制工作气体的流量来控制电子束枪的功率大小，使得该冷阴极电子束枪可提供0～500kW的稳定、连续大功率的输出，且应用范围广；此外，整个冷阴极电子束枪结构紧凑、体积小、制造成本低。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：如图所示，一种冷阴极大功率电子束枪，包括从上至下依次设置的电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管1和使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，电极接入组件包括电极连接座2和高压电极接头3，高压电极接头3固定连接在电极连接座2的上端，电极连接座2中设置有轴向的水冷通孔21，电极连接座2上固定设置有与水冷通孔21相连通的第一水冷进口22和第一水冷出口23，电极连接座2上固定设置有绝缘套24，气体电离组件包括冷阴极4和筒形阳极5，筒形阳极5中设置有气体电离室51，冷阴极4位于气体电离室51中且与筒形阳极5同轴设置，冷阴极4密封固定在电极连接座2的下端，冷阴极4的下端面为内凹的弧形，冷阴极4外套设有阴极护套41，绝缘套24与筒形阳极5的上端密封固定，筒形阳极5的下端与阳极栅孔管1同轴密封固定，筒形阳极5上固定设置有分别与气体电离室51相连通的工作气体接入口52和真空测量接口53，工作气体为氢气或氢氧混合气，氢气的质量占比大于等于90%，真空测量接口53与真空测量仪（图中未显示）相连接，并控制电子束枪的工作气氛的真空度范围为0.0001Pa～10Pa，筒形阳极5中设置有第一水冷环槽54，筒形阳极5上固定设置有与第一水冷环槽54相连通的第二水冷进口55和第二水冷出口56，阳极栅孔管1中设置有第二水冷环槽11，阳极栅孔管1上固定设置有与第二水冷环槽11相连通的第三水冷进口12和第三水冷出口13；

束流偏转导引组件包括聚焦偏转部分和扫描部分，聚焦偏转部分包括上段束流管6、上聚焦线圈61和偏转线圈62，阳极栅孔管1与上段束流管6同轴密封固定，上聚焦线圈61和偏转线圈62分别固定套设在上段束流管6上，扫描部分包括下段束流管7、下聚焦线圈71和扫描线圈72，下段束流管7与上段束流管6一体连接，上段束流管6的中心轴线和下段束流管7的中心轴线的夹角α为15°，偏转线圈62位于上段束流管6的下端与下段束流管7的交接处，偏转线圈62的偏转角度为15°，下聚焦线圈71和扫描线圈72分别固定套设在下段束流管7上，下聚焦线圈71位于扫描线圈72的上方，上段束流管6和下段束流管7中设置有第三水冷环槽8，上段束流管6或下段束流管7上固定设置有与第三水冷环槽8相连通的第四水冷进口81和第四水冷出口82。

实施例二：如图所示，一种冷阴极大功率电子束枪，包括从上至下依次设置的电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管1和使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，电极接入组件包括电极连接座2和高压电极接头3，高压电极接头3固定连接在电极连接座2的上端，电极连接座2中设置有轴向的水冷通孔21，电极连接座2上固定设置有与水冷通孔21相连通的第一水冷进口22和第一水冷出口23，电极连接座2上固定设置有绝缘套24，气体电离组件包括冷阴极4和筒形阳极5，筒形阳极5中设置有气体电离室51，冷阴极4位于气体电离室51中且与筒形阳极5同轴设置，冷阴极4密封固定在电极连接座2的下端，冷阴极4的下端面为内凹的弧形，冷阴极4外套设有阴极护套41，绝缘套24与筒形阳极5的上端密封固定，筒形阳极5的下端与阳极栅孔管1同轴密封固定，筒形阳极5上固定设置有分别与气体电离室51相连通的工作气体接入口52，工作气体为氢气或氢氧混合气，氢气的质量占比大于等于90%，筒形阳极5中设置有第一水冷环槽54，筒形阳极5上固定设置有与第一水冷环槽54相连通的第二水冷进口55和第二水冷出口56，阳极栅孔管1中设置有第二水冷环槽11，阳极栅孔管1上固定设置有与第二水冷环槽11相连通的第三水冷进口12和第三水冷出口13；

束流偏转导引组件包括聚焦偏转部分和扫描部分，聚焦偏转部分包括上段束流管6、上聚焦线圈61和偏转线圈62，阳极栅孔管1与上段束流管6同轴密封固定，上聚焦线圈61和偏转线圈62分别固定套设在上段束流管6上，扫描部分包括下段束流管7和扫描线圈72，下段束流管7与上段束流管6一体连接，上段束流管6的中心轴线和下段束流管7的中心轴线的夹角α为15°，偏转线圈62位于上段束流管6的下端与下段束流管7的交接处，偏转线圈62的偏转角度为15°，扫描线圈72固定套设在下段束流管7上，上段束流管6和下段束流管7中设置有第三水冷环槽8，上段束流管6或下段束流管7上固定设置有与第三水冷环槽8相连通的第四水冷进口81和第四水冷出口82。

Claims (10)

1.一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于包括从上至下依次设置的电极接入组件、气体电离组件、阳极栅孔管和使出射电子束流发生偏转的束流偏转导引组件，所述的电极接入组件通过绝缘套与所述的气体电离组件密封固定，所述的气体电离组件、所述的阳极栅孔管和所述的束流偏转导引组件依次密封固定，所述的电极接入组件、所述的气体电离组件、所述的阳极栅孔管和所述的束流偏转导引组件上均设置有水冷机构。

2.如权利要求1所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的电极接入组件包括电极连接座和高压电极接头，所述的高压电极接头固定连接在所述的电极连接座的上端，所述的绝缘套与所述的电极连接座固定连接，所述的电极接入组件上的水冷机构包括固定设置在所述的电极连接座上的第一水冷进口和第一水冷出口，所述的电极连接座中设置有轴向的水冷通孔，所述的第一水冷进口和所述的第一水冷出口均与所述的水冷通孔相连通的。

3.如权利要求2所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的气体电离组件包括冷阴极和套状阳极，所述的套状阳极中设置有气体电离室，所述的冷阴极位于所述的气体电离室中且与所述的套状阳极同轴设置，所述的冷阴极密封固定在所述的电极连接座的下端，所述的冷阴极的下端面为内凹的弧形，所述的绝缘套与所述的套状阳极的上端密封固定，所述的套状阳极的下端与所述的阳极栅孔管同轴密封固定，所述的套状阳极上固定设置有与所述的气体电离室相连通的工作气体接入口，所述的气体电离组件上的水冷机构包括固定设置在所述的套状阳极上的第二水冷进口和第二水冷出口，所述的套状阳极中设置有第一水冷环槽，所述的第二水冷进口和所述的第二水冷出口均与所述的第一水冷环槽相连通。

4.如权利要求3所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的冷阴极外套设有阴极护套。

5.如权利要求3所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的工作气体为氢气或氢氧混合气，所述的氢气的质量占比大于等于90%。

6.如权利要求3所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的套状阳极上固定设置有与所述的气体电离室相连通的真空测量接口，所述的真空测量接口与真空测量仪相连接，并控制电子束枪的工作气氛的真空度范围为0.0001Pa～10Pa。

7.如权利要求3所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的套状阳极的形状为筒形。

8.如权利要求1所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的阳极栅孔管上的水冷机构包括固定设置在所述的阳极栅孔管上的第三水冷进口和第三水冷出口，所述的阳极栅孔管中设置有第二水冷环槽，所述的第三水冷进口和所述的第三水冷出口均与所述的第二水冷环槽相连通。

9.如权利要求1所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的束流偏转导引组件包括聚焦偏转部分和扫描部分，所述的聚焦偏转部分包括上段束流管、上聚焦线圈和偏转线圈，所述的阳极栅孔管与所述的上段束流管同轴密封固定，所述的上聚焦线圈和所述的偏转线圈分别固定套设在所述的上段束流管上，所述的扫描部分包括下段束流管和扫描线圈，所述的下段束流管与所述的上段束流管固定连接，所述的上段束流管的中心轴线和所述的下段束流管的中心轴线的夹角为5～30°，所述的偏转线圈位于所述的上段束流管的下端与所述的下段束流管的交接处，所述的偏转线圈的偏转角度等于所述的上段束流管的中心轴线与所述的下段束流管的中心轴线的夹角角度，所述的扫描线圈固定套设在所述的下段束流管上，所述的束流偏转导引组件上的水冷机构包括固定设置在所述的上段束流管或所述的下段束流管上的第四水冷进口和第四水冷出口，所述的上段束流管和所述的下段束流管中设置有第三水冷环槽，所述的第四水冷进口和所述的第四水冷出口与所述的第三水冷环槽相连通。

10.如权利要求9所述的一种冷阴极大功率电子束枪，其特征在于所述的下段束流管上固定套设有下聚焦线圈，所述的下聚焦线圈位于所述的扫描线圈的上方。