專利名稱：電子直線加速器用電子槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子直線加速器使用的電子槍。
背景技術(shù)：
在中高能的醫(yī)用及工業(yè)用電子直線加速器中，常常要使用較大的電子束流，而產(chǎn)生電子的電子槍又是一個有壽命的重要部件，提高它的壽命是一個重要工作。根據(jù)使用的需要，對電子槍的要求是電子槍要可以大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其輸出的電子束流，如從數(shù)毫安培到數(shù)百毫安培；要求電子槍的使用壽命長，如要達(dá)到數(shù)千高壓小時；要求電子槍使用到壽命期后可方便地現(xiàn)場拆卸并安裝新的電子槍。就這些要求，用六硼化鑭作為陰極的轟擊型二極電子槍是一種較好的選擇，它發(fā)射電子能力較大，壽命較長，常用在需要現(xiàn)場可拆卸電子槍的大型中高能的醫(yī)用及工業(yè)用電子直線加速器上。它的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)射電子量大，抗中毒性好，可暴露在大氣中操作。
迄今在中高能的醫(yī)用及工業(yè)用電子直線加速器上使用的電子槍，其核心部件是采用有鉭皮作基底材料的圓片型六硼化鑭陰極，此陰極被轟擊一面的鉭皮與六硼化鑭陰極塊的結(jié)合只是機(jī)械接觸，留有機(jī)械接觸的不良導(dǎo)熱的小空隙，可是在大束流使用情況下，由于小空隙的不良導(dǎo)熱作用，致使陰極1內(nèi)六硼化鑭陰極塊要達(dá)到所需的溫度則要求基底材料鉭皮上的溫度要更高，從而導(dǎo)致陰極1被轟擊一面的鉭皮會產(chǎn)生局部過熱，鉭皮在非正常的高溫和六硼化鑭的微滲透雙重作用下而產(chǎn)生非正常變形，由于產(chǎn)生了更大的變形而使機(jī)械接觸的不良導(dǎo)熱的小空隙進(jìn)一步變大，致使它們間的不良導(dǎo)熱作用更甚，如果還要保持被鉭皮包裹六硼化鑭陰極塊溫度不變，則上述的不良過程就會惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致電子槍在常使用較大束流后使用壽命會非正常地縮短。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，研制一種使用壽命長，且能穩(wěn)定工作的電子直線加速器用電子槍。
2.技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的的電子直線加速器用電子槍，由電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路兩部分組成。其中電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)的構(gòu)成是在現(xiàn)有電子槍的基礎(chǔ)上，直接使用沒有基底材料包裹的六硼化鑭作為陰極，因此其總體構(gòu)成與現(xiàn)有電子槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)相同，其主要部件的構(gòu)成是，無基底材料鉭皮包裹的圓片型六硼化鑭陰極裝于電子槍聚焦電極內(nèi)，電子槍陽極裝于安裝法蘭內(nèi)，與電子槍燈絲及陰極接線柱相聯(lián)的包括槍燈絲在內(nèi)的電子槍燈絲組件聚焦筒固定在支架上，支架安裝在固定于安裝法蘭上的陶瓷筒外殼上；控制電路的組成是，交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器與電子槍燈絲組件聚焦筒內(nèi)的燈絲相連，陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源通過高壓脈沖變壓器次級雙繞組線圈分別連于聚焦筒內(nèi)的電子槍燈絲及無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，其特點(diǎn)是，在控制電路中還增設(shè)了一個負(fù)反饋控制電路，即在與電子槍燈絲相連的高壓脈沖變壓器次級繞組線圈與陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源之間串聯(lián)一個取樣電阻，取樣電阻負(fù)端通過陰極轟擊電流設(shè)定電壓連于直流放大器正輸入端，取樣電阻的正端直接連于直流放大器負(fù)輸入端，直流放大器的輸出端連于串聯(lián)在交流電源的一根輸出線上的電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊。
3.有益效果本發(fā)明在電子直線加速器工作于中、大電子束流時，由于使用了無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭作為陰極，轟擊功率就直接作用于六硼化鑭陰極，電能轉(zhuǎn)換成熱能的效率高，不會產(chǎn)生由于導(dǎo)熱問題帶來的局部過熱現(xiàn)象，使電子槍的使用壽命在電子直線加速器工作于中、大電子束流時與工作于較小束流時相同，從而延長了電子槍的使用壽命。然而由于采用了無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，使得從燈絲發(fā)射出來的電子流以所需的功率直接轟擊到陰極上，而一般六硼化鑭陰極的工作溫度是1400度左右，在這樣的高溫下，物質(zhì)都會微量升華，六硼化鑭也不例外，它也會粘黏到炙熱的燈絲上，同時微量的六硼化鑭在粘黏到炙熱的燈絲上后，也會又升華出去，這是一個隨機(jī)過程，很不穩(wěn)定。由六硼化鑭陰極的特性可知，六硼化鑭表面的電子逸出功大大低于金屬鎢，所以這樣的過程會使燈絲發(fā)射的轟擊電流趨于不穩(wěn)定，即使用同樣燈絲功率，可轟擊電流有時會相差幾倍，正是由于本發(fā)明的電子槍帶有一個由陰極轟擊電流的取樣電阻上的電壓來控制的負(fù)反饋過程，從而可以在負(fù)反饋電控裝置的作用下矯正趨于不穩(wěn)定的轟擊電流，克服了由于去除了陰極基底材料帶來的負(fù)面影響，使本發(fā)明達(dá)到既能克服現(xiàn)有技術(shù)中非正常的壽命縮短問題，又能使電子槍穩(wěn)定工作。通過設(shè)定值的調(diào)節(jié)，加速器所需的束流越大，轟擊功率就可越大，轟擊功率越大陰極的溫度越高，陰極上發(fā)射出的熱電子流越大，反之亦然。
四

圖1，電子直線加速器用電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3，電子直線加速器用電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制電路原理示意圖。
圖4，電子直線加速器用電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制電路實(shí)施例示意1中的標(biāo)號名稱1無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，2電子槍聚焦電極，3電子槍陽極，4電子槍燈絲組件聚焦筒，5安裝法蘭，6支架，7燈絲及陰極接線柱，8陶瓷筒外殼。
圖2中的標(biāo)號名稱1-1圓片形六硼化鑭陰極，1-2鉭支撐架。
圖3與圖4中的標(biāo)號及符號名稱其中1～8的標(biāo)號名稱與圖1中的標(biāo)號名稱一致，T1高壓隔離燈絲變壓器，T2高壓脈沖變壓器，R取樣電阻，P1陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源，A1電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊，A2直流放大器，Uf負(fù)反饋取樣電壓，Ug陰極轟擊電流設(shè)定電壓，Ud直流放大器輸入電壓，Uo直流放大器輸出電壓，C1、C2平衡電容，R1～R6電阻。
五具體實(shí)施例方式
根據(jù)附圖敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。由圖1可知，本發(fā)明的電子直線加速器用電子槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)是，六硼化鑭陰極1裝于電子槍聚焦電極2內(nèi)，電子槍陽極3固定在安裝法蘭5內(nèi)，與燈絲及陰極接線柱7相連的包括燈絲在內(nèi)的電子槍燈絲組件聚焦筒4固定在支架6上，支架6安裝在固定于安裝法蘭5上的陶瓷筒外殼8上；本發(fā)明電子槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，六硼化鑭陰極1采用如圖2所示的無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，圖2中的1-1為圓片形六硼化鑭陰極，1-2為鉭支撐架。
圖3是本發(fā)明的電子直線加速器用電子槍的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制電路原理示意圖，圖3中的標(biāo)號及名稱1～8與圖1中的標(biāo)號1～8完全一致，1～8的部分是圖1的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。圖3中的控制電路部分的組成是，220伏交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器T1與電子槍燈絲組件聚焦筒4內(nèi)的電子槍燈絲相連，電子槍陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源P1的負(fù)輸出端通過取樣電阻R和電子槍高壓脈沖變壓器T2次級繞組的一個線圈連于聚焦筒4內(nèi)的槍燈絲，陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源P1的正輸出端通過電子槍高壓脈沖變壓器T2次級另一個繞組線圈連于無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極1。負(fù)反饋控制電路的組成是，在陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源P1的負(fù)輸出端串聯(lián)一個取樣電阻R，取樣電阻R的負(fù)端通過陰極轟擊電流設(shè)定電壓Ug連于直流放大器A2正輸入端，而取樣電阻R的正端直接連于直流放大器A2負(fù)輸入端，直流放大器A2的輸出端連于串聯(lián)在交流電的一根輸出線上的電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊A1，可采用的型號為EUV-10A-II模塊。
圖4是圖3的具體實(shí)施例圖，圖中的標(biāo)號及符號名稱與圖3一致，虛線框圖內(nèi)為直流放大器A2，它由運(yùn)算放大器U1組成的反相器和運(yùn)算放大器U2組成反相加法放大器二部分組成，在運(yùn)算放大器U1組成的反相器中，R1是輸入電阻；R2是反饋電阻；運(yùn)算放大器U1、U2由±12V電源供電。在運(yùn)算放大器U2組成的反相加法放大器中，R5是正極性電壓輸入電阻；R3是負(fù)極性電壓輸入電阻，也是陰極轟擊電流設(shè)定值電壓輸入電阻；R4是反相加法放大器中的反饋電阻；Z1是反相加法放大器輸出電壓的限幅半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管；R6是反相加法放大器輸出電阻。圖中的Ug為陰極轟擊電流設(shè)定電壓電位器。運(yùn)算放大器U1與U2可采用LM741運(yùn)算放大器。
本發(fā)明具體實(shí)施例的工作過程是交流電220V通過電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊A1經(jīng)高壓隔離燈絲變壓器T1的134降壓加到電子槍燈絲，讓電子槍的燈絲4加熱，使之有能力發(fā)射熱電子。電子槍陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源P1的直流1200伏電壓通過電子槍高壓脈沖變壓器T2的雙繞組線圈加到燈絲4和陰極1之間，-15KV脈沖高壓輸入電子槍高壓脈沖變壓器T2的初級繞組，這時電子槍燈絲4發(fā)射的電子流在轟擊高壓的作用下從燈絲4直接向六硼化鑭陰極1轟擊，轟擊六硼化鑭陰極1的功率是轟擊高壓乘以電子槍燈絲4發(fā)射的電子電流，轟擊六硼化鑭陰極1的功率使六硼化鑭陰極1加熱，在電子槍高壓脈沖變壓器T2的次級雙繞組線圈輸出有-60KV脈沖高壓，這樣被轟擊加熱的六硼化鑭陰極1就向電子直線加速器中發(fā)射電子。從燈絲4發(fā)射出來的電子流以所需的功率轟擊到陰極1使六硼化鑭陰極1的工作溫度達(dá)到1400度左右，在這樣的高溫下，物質(zhì)都會微量升華，六硼化鑭也不例外，它也會粘黏到炙熱的燈絲上，同時微量的六硼化鑭在粘黏到炙熱的燈絲上后，也會又升華出去，這是一個隨機(jī)過程，很不穩(wěn)定。由六硼化鑭陰極的特性可知，六硼化鑭表面的電子逸出功大大低于金屬鎢，所以這樣的過程會使燈絲發(fā)射的轟擊電流趨于不穩(wěn)定，即使用同樣的燈絲功率，轟擊電流有時會相差幾倍，轟擊電流就是電子槍陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源P1的電流，流經(jīng)陰極轟擊電流的取樣電阻R得到代表轟擊電流的負(fù)電壓信號-Uf，此信號由運(yùn)算放大器U1組成的反相器反相后得到輸出正的代表轟擊電流的電壓信號Uf，同時所需要的穩(wěn)定的轟擊電流設(shè)定值由陰極轟擊電流設(shè)定電位器Ug設(shè)定所代表的電壓-Ud，這二個信號分別同時送入由運(yùn)算放大器U2組成的反相加法放大器輸入端，放大倍數(shù)為K，實(shí)際上進(jìn)行-K(-Ud+Uf)的運(yùn)算放大，其中的穩(wěn)壓晶體管Z1限制反相加法放大器的輸出電壓不大于+5V，反相加法放大器的輸出電壓Uo控制控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊A1內(nèi)的導(dǎo)通程度，來控制電子槍的燈絲4加熱，從而控制電子槍燈絲4發(fā)射的電子電流即轟擊電流，這實(shí)際上是穩(wěn)定轟擊電流的負(fù)反饋控制，用控制燈絲4的功率的方法來控制要趨于不穩(wěn)定的轟擊電流。用本發(fā)明的電子槍和配套控制裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種電子直線加速器用電子槍，包括電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路，電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)是，六硼化鑭陰極(1)裝于電子槍聚焦電極(2)內(nèi)，電子槍陽極(3)固定在安裝法蘭(5)內(nèi)，與燈絲及陰極接線柱(7)相連的包括槍燈絲在內(nèi)的電子槍燈絲組件聚焦筒(4)固定在支架(6)上，支架(6)安裝在固定于安裝法蘭(5)上的陶瓷筒外殼(8)上；控制電路的組成是，交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器(T1)與電子槍燈絲組件聚焦筒(4)內(nèi)的燈絲相連，陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源(P1)的負(fù)輸出端通過取樣電阻(R)和高壓脈沖變壓器(T2)次級繞組的一個線圈連于電子槍燈絲組件聚焦筒(4)內(nèi)的電子槍燈絲，陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源(P1)的正輸出端通過高壓脈沖變壓器(T2)次級繞組的另一線圈連于六硼化鑭陰極(1)，其特征在于，六硼化鑭陰極(1)為無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，控制電路中還包含為了穩(wěn)定陰極轟擊功率而設(shè)的負(fù)反饋控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子直線加速器用電子槍，其特征在于，負(fù)反饋控制電路是在陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源(P1)的負(fù)輸出端串聯(lián)一個取樣電阻(R)，取樣電阻(R)負(fù)端通過陰極轟擊電流設(shè)定電壓(Ug)連于直流放大器(A2)正輸入端，而取樣電阻(R)正端直接連于直流放大器(A2)負(fù)輸入端，直流放大器(A2)的輸出端連于串聯(lián)在交流電源的一根輸出線上的電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊(A1)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子直線加速器用電子槍，它包括電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路兩部分，電子槍機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由無鉭皮作基底材料的六硼化鑭陰極(1)、電子槍聚焦電極(2)、電子槍陽極(3)、電子槍燈絲組件聚焦筒(4)、電子槍安裝法蘭(5)、支架(6)、燈絲及陰極接線柱(7)和電子槍陶瓷筒外殼(8)等部件組成，控制電路包括高壓隔離燈絲變壓器(T1)、陰極轟擊高壓穩(wěn)壓電源(P1)、高壓脈沖變壓器(T2)，還包括由取樣電阻(R)、陰極轟擊電流設(shè)定電壓(Ug)、直流放大器(A2)和電壓控制交流調(diào)相調(diào)壓模塊(A1)所組成的負(fù)反饋控制電路。用本發(fā)明的電子槍和配套控制裝置，能克服陰極轟擊功率不穩(wěn)定的問題，能延長電子槍的使用壽命。
文檔編號H05H7/00GK1547426SQ20031011261
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者趙明華 申請人:南京大學(xué)