專利名稱：電子倍增柵控納米碳管場致發(fā)射復(fù)合式陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對現(xiàn)有電真空器件中電子束發(fā)射陰極的重大改進(jìn)，適用于在各種X線管或其它相關(guān)電真空產(chǎn)品中代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱電子發(fā)射(直熱式、間熱式)陰極。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)電真空器件(如X射線管等)中電子發(fā)射陰極均采用直熱式或間熱式熱電子發(fā)射原理，需要提供專門的燈絲電源，功耗大，工作壽命有限。大多數(shù)X線管陰極處于負(fù)高壓電位，其燈絲電源需采用隔離高電壓的燈絲變壓器，體積大，制造成本高。熱電子發(fā)射陰極另一缺點(diǎn)是熱慣性大，不利于快速開斷。
新型納米碳管材料具有穩(wěn)定的場致發(fā)射電流特性，可在無燈絲電源功耗情況下作為冷陰極發(fā)射電子，并能提供較大發(fā)射面積。在采用柵控隔離技術(shù)后，還可實(shí)現(xiàn)對發(fā)射電子束聚焦，但其穩(wěn)定發(fā)射電流密度遠(yuǎn)低于熱電子發(fā)射陰極，柵控本身還要損失約20％總發(fā)射電流，從而限制了其應(yīng)用發(fā)射電流的范圍。
電子光學(xué)器件中已成功研發(fā)應(yīng)用一種“微通道板”。由一定電阻率電子逸出功較低特殊材料制成的一定長度的毛細(xì)管緊密排列構(gòu)成，在兩面電極間加上一定電壓在真空中工作。該微通道板可使進(jìn)入微通道的電子束得到倍增(利用電子束撞擊管壁二次電子倍增發(fā)射原理)后射出。目前只用于微光影像增強(qiáng)管中，尚未被用于電子發(fā)射器件。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明提供一種電子倍增柵控納米碳管場致發(fā)射復(fù)合式陰極，其目的在于不僅要解決現(xiàn)有熱電子發(fā)射陰極功耗大，工作壽命有限、體積大，制造成本高和熱慣性大，不利于快速開斷等缺點(diǎn)，同時還要解決新型柵控納米碳管陰極柵控電流損失和總發(fā)射電流比較小從而限制了其應(yīng)用范圍的問題。
2、技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的電子倍增柵控納米碳管場致發(fā)射復(fù)合式陰極，在電真空器件外殼內(nèi)設(shè)置有復(fù)合陰極外殼，其特征在于在復(fù)合陰極外殼內(nèi)設(shè)有納米碳管膜片作為場致發(fā)射原初發(fā)射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板，在微通道板外側(cè)的復(fù)合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階，通過發(fā)射極、柵極、陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外，管腳間相互絕緣。
由納米碳管膜片作為本陰極原初電子發(fā)射體，在納米碳管膜片背面緊貼焊有導(dǎo)線的導(dǎo)電引出襯板，通過導(dǎo)線連接到發(fā)射極引出管腳引出電真空器件外殼外；在納米碳管膜片正面一定間隔外平行設(shè)置了微通道板，微通道板面向納米碳管膜片的內(nèi)電極作為柵極，由導(dǎo)線連接到柵極引出管腳引出電真空器件外殼外；微通道板外電極則緊貼復(fù)合陰極外殼，由復(fù)合陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外；絕緣墊片把納米碳管膜片、導(dǎo)電引出襯板和微通道板固定在復(fù)合陰極外殼內(nèi)，使之相互絕緣；在微通道板外側(cè)的復(fù)合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階。
發(fā)射極引出管腳與柵極引出管腳之間加場致發(fā)射電壓U1，柵極引出管腳與復(fù)合陰極外殼引出管腳之間加發(fā)射電流倍增電壓U2。
當(dāng)被用于陰極處于負(fù)高壓電位時，兩組電壓U1、U2取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級倍壓電容，通過電阻或電容分壓提供。
3、優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明在發(fā)明人前一發(fā)明“柵控納米碳管冷陰極X線管”(申請?zhí)?2133184.7)中的陰極組合體中以微通道板取代原來的多孔金屬片作為控制柵極，利用微通道板的電子倍增功能，既保持前發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)，免除陰極燈絲供電電源及沒實(shí)現(xiàn)電場分離對出射電子束聚焦，無熱慣性便于快速開斷等等，又克服了納米碳管發(fā)射電流密度較低的缺點(diǎn)，從而擴(kuò)展了納米碳管冷陰極板可應(yīng)用的發(fā)射電流工作范圍。
本發(fā)明以納米碳管材料代替熱陰極作為電子束發(fā)射部件用于電真空器件(如X線管)中，擺脫了燈絲供電電源和隔離變壓器，簡化了電路，降低了成本，縮小了體積。同時使電子發(fā)射部件無熱慣性，可實(shí)現(xiàn)快速開斷。
本發(fā)明電子發(fā)射電場及倍增電場與發(fā)射后電子聚焦加速電場完全分離，可按需要實(shí)現(xiàn)對發(fā)射電流大小的快速調(diào)控和對發(fā)射電子束的聚焦和加速。
本發(fā)明使得由納米碳管發(fā)射的原初電流得到倍增后發(fā)射出陰極，克服了納米管膜片發(fā)射密電流密度較小的缺點(diǎn)，從而擴(kuò)大其電流應(yīng)用范圍。
四

附圖1為本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為當(dāng)陰極處于負(fù)高壓電位時復(fù)合陰極以電阻分壓供電方式的電路示意圖；附圖3為當(dāng)陰極處于負(fù)高壓電位時復(fù)合陰極以電容分壓供電方式的電路示意圖。
五、具體實(shí)施方案見附圖1所示，其中1為復(fù)合陰極外殼，2為微通道板；3為微通道板內(nèi)電極；4為絕緣墊片；5為納米碳管膜片；6為導(dǎo)電引出襯板；7為發(fā)射極S引出管腳；8為柵極g引出管腳，(接微通道板2內(nèi)電極)；9為復(fù)合陰極外殼引出管腳，(接微通道板外電極)，陰極為k；10為電真空器件(如X線管)外殼(部分)；11為復(fù)合陰極外殼上的一級聚焦臺階；12為復(fù)合陰極外殼上的二級聚焦臺階。
由納米碳管膜片5制成本復(fù)合陰極原初電子發(fā)射體，該膜片中心在特定發(fā)射面上定向生長有納米碳管陣列，在相應(yīng)電場作用下該膜片可發(fā)射電子束流。納米碳管膜片5背面緊貼焊有導(dǎo)線的導(dǎo)電引出襯板6，導(dǎo)線聯(lián)接發(fā)射極引出管腳7。
在納米碳管膜片5正面一定間隔距離外平行設(shè)置了微通道板2，該板面向納米碳管膜片5的內(nèi)電極3即作為柵極，通過導(dǎo)線聯(lián)接?xùn)艠O引出管腳8。微通道板2的外電極則緊貼復(fù)合陰極外殼1。由絕緣墊片4把納米碳管膜片5、導(dǎo)電引出襯板6以及微通道板2固定在復(fù)合陰極外殼1之內(nèi)部，并使之相互絕緣。復(fù)合陰極由外殼引出管腳9固定在電真空器件(例如X線管)的外殼10上。發(fā)射極引出管腳7，柵極引出管腳8以及陰極外殼引出管腳9均相互絕緣，真空密封固定在電真空器件(例如X線管)外殼10上。
復(fù)合陰極外殼在微通道板外側(cè)制成為一級聚焦臺階11和二級聚焦臺階12的形狀。以達(dá)到本復(fù)合陰極在電真空器件(如X射線管)中與陽極間電場對所發(fā)射電子束按設(shè)計(jì)需要進(jìn)行聚焦的目的。
本復(fù)合陰極可用于各種X線管或其它需要發(fā)射電子束陰及的電真空器件中作為陰極部件。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求電真空器件外殼10可采用各種工藝實(shí)用材料如玻璃或陶磁金屬封接組合。
本復(fù)合陰極在工作時，在發(fā)射極引出管腳7與柵極引出管腳8之間(發(fā)射極—柵極)加場致發(fā)射電壓U1，在柵極引出管腳8與復(fù)合陰極外殼引出管腳9之間(柵極—陰極)加電流倍增電壓U2，在電真空器件(例如X線管)陰極、陽極之間加所需的電子束加速電壓即管電壓。本復(fù)合陰極發(fā)射電流大小，由前兩個電壓聯(lián)合控制，基本上不受管電壓(真空器件陽極與陰極間)電壓影響。以電阻分壓的方式供電時，見附圖2所示，以電容分壓的方式供電時，見附圖3所示。當(dāng)電真空器件(例如X線管)需要陰極接負(fù)高壓時，前兩個電壓U1、U2可由高壓倍壓整流線路中負(fù)高壓端最后一級倍壓電容以電容或電阻分壓方式提供，通過電阻或電容分壓給出。
權(quán)利要求
1.電子倍增柵控納米碳管場致發(fā)射復(fù)合式陰極，在電真空器件外殼(10)內(nèi)設(shè)置有復(fù)合陰極外殼(1)，其特征在于在復(fù)合陰極外殼(1)內(nèi)設(shè)有納米碳管膜片(5)作為場致發(fā)射原初發(fā)射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板(2)，在微通道板(2)外側(cè)的復(fù)合陰極外殼成型為一級聚焦臺階(11)和二級聚焦臺階(12)，通過發(fā)射極、柵極、陰極外殼引出管腳(7)、(8)、(9)引出電真空器件外殼(10)外，管腳間相互絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式陰極，其特征在于由納米碳管膜片(5)作為本陰極原初電子發(fā)射體，在納米碳管膜片(5)背面緊貼焊有導(dǎo)線的導(dǎo)電引出襯板(6)，通過導(dǎo)線連接到發(fā)射極引出管腳(7)引出電真空器件外殼(10)外；在納米碳管膜片(5)正面一定間隔外平行設(shè)置了微通道板(2)，微通道板(2)面向納米碳管膜片(5)的內(nèi)電極作為柵極，由導(dǎo)線連接到柵極引出管腳(8)引出電真空器件外殼(10)外；微通道板(2)外電極則緊貼復(fù)合陰極外殼(1)，由復(fù)合陰極外殼引出管腳(9)引出電真空器件外殼(10)外；絕緣墊片(4)把納米碳管膜片(5)、導(dǎo)電引出襯板(6)和微通道板(2)固定在復(fù)合陰極外殼(1)內(nèi)，使之相互絕緣；在微通道板(2)外側(cè)的復(fù)合陰極外殼成型為一級聚焦臺階(11)和二級聚焦臺階(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式陰極，其特征在于發(fā)射極引出管腳(7)與柵極引出管腳(8)之間加場致發(fā)射電壓U1，柵極引出管腳(8)與復(fù)合陰極外殼引出管腳(9)之間加發(fā)射電流倍增電壓U2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合式陰極，其特征在于當(dāng)被用于陰極處于負(fù)高壓電位時，兩組電壓U1、U2取自倍壓整流電路負(fù)高壓端最后一級倍壓電容，通過電阻或電容分壓提供。
全文摘要
本發(fā)明涉及對現(xiàn)有電真空器件中電子束發(fā)射陰極的重大改進(jìn)，適用于在各種X線管或其它相關(guān)電真空產(chǎn)品中代替?zhèn)鹘y(tǒng)熱電子發(fā)射(直熱式、間熱式)陰極。其特征在于在復(fù)合陰極外殼內(nèi)設(shè)有納米碳管膜片作為場致發(fā)射原初發(fā)射體和替代柵極的具有電子倍增功能的微通道板，在微通道板外側(cè)的復(fù)合陰極外殼成型為一級聚焦臺階和二級聚焦臺階，通過發(fā)射極、柵極、陰極外殼引出管腳引出電真空器件外殼外，管腳間相互絕緣。本發(fā)明目的在于不僅要解決熱電子發(fā)射陰極功耗大，工作壽命有限、體積大，制造成本高和熱慣性大，不利于快速開斷等缺點(diǎn)，同時還要解決新型納米碳管柵控?fù)p失總發(fā)射電流較小從而限制了其應(yīng)用范圍等方面存在的問題。
文檔編號H01J1/304GK1560889SQ200410021150
公開日2005年1月5日 申請日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者譚大剛 申請人:譚大剛