發(fā)布時(shí)間：2022年10月26日 09:31:26
原理
在電子槍里，燈絲，一般是鎢絲，通電加熱后，表面產(chǎn)生大量的熱電子，在陽(yáng)極和陰極之間的高壓電場(chǎng)作用下，熱電子加速向陽(yáng)極方向高速移動(dòng)，并獲得很高的動(dòng)能。其具體速度值取決于加速電壓的高低，一般可以達(dá)到光速的三分之二左右。在聚焦線圈的作用下可使電子束流聚焦，在導(dǎo)向線圈，又稱偏轉(zhuǎn)線圈的作用下可使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在一定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。電子槍的工作電壓通常在幾十到幾百千伏之間，為防止高壓擊穿、束流散射及其能量減損，電子槍的真空度須保持在6.67x10^-2帕以上。
結(jié)構(gòu)
電子槍由發(fā)生電子的發(fā)射極（陰極）、聚焦電子束的聚焦極、和加速電子的引出極（陽(yáng)極）三部分組成。
電子槍的分類
電子槍的結(jié)構(gòu)有許多形式。根據(jù)槍體結(jié)構(gòu)不同，可分為軸向電子槍（直形自加速電子槍）、環(huán)形電子槍（靜電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電子槍）。
軸向電子槍
燈絲陰極發(fā)射電子，陽(yáng)極對(duì)電子加速。調(diào)制極位于燈絲與陽(yáng)極之間，對(duì)電子束電流起調(diào)節(jié)和初聚作用。聚焦極對(duì)調(diào)制極初聚的電子流進(jìn)一步聚焦以獲得更細(xì)的合適束斑。由于聚焦線圈的應(yīng)用，使直形電子槍可以得到100kW/cm2以上的高能密度，而且易控制調(diào)節(jié)。因此，所用的大功率電子束應(yīng)用設(shè)備多采用軸向槍。
軸向槍的發(fā)明者是Pierce，為了紀(jì)念這位發(fā)明家，人們也將軸向槍稱為“Pierce槍”。
環(huán)形電子槍
環(huán)形槍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，并能以簡(jiǎn)單的電源裝置工作。槍體由環(huán)形燈絲、陽(yáng)極、陰極、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈等組成。環(huán)形燈絲處于負(fù)高壓，用做熱電子發(fā)射源，在聚焦極的定向反射和陽(yáng)極的加速作用下，使電子束會(huì)聚于坩堝蒸發(fā)源中心。環(huán)形槍和直形槍在使用時(shí)，高能電子束轟擊材料將發(fā)射二次電子。
強(qiáng)流軸向電子槍
由于軸向槍其有著一系列優(yōu)點(diǎn)，使槍的壽命大大延長(zhǎng)，故被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。
強(qiáng)流電子槍可根據(jù)電子注形狀分為兩類：產(chǎn)生軸對(duì)稱實(shí)心電子注的稱為“O”型電子槍，產(chǎn)生片狀及管狀電子注的稱為“M”型電子槍。“O”型電子槍廣泛用于大功率電子注加工及冶煉設(shè)備中，是得到廣泛應(yīng)用的一種。導(dǎo)流系數(shù)的不同會(huì)引起設(shè)計(jì)方法的不同，所以在“O”型槍設(shè)計(jì)中又區(qū)分為低導(dǎo)槍和高導(dǎo)槍兩種。
電子束發(fā)生系統(tǒng)
電子束發(fā)生系統(tǒng)是發(fā)射電子并形成電子束的裝置，
在軸向槍中，發(fā)射電子束的陰極有兩種形式：直熱式陰極和間熱式陰極。
電子束發(fā)射后，經(jīng)陽(yáng)極加速并在陽(yáng)極之后形成一定的束腰，而且束腰的直徑、位置和束流強(qiáng)度都可以很容易地進(jìn)行控制。其控制的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是在預(yù)定的電子束途徑上，確定所需要的電磁場(chǎng)。
直熱式陰極
直熱式陰極加工成絲狀。而直接通電加熱發(fā)射電子束。這種情況下燈絲就是陰極。直熱式陰極的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但只能用于小功率的電子槍。
直熱式陰極一般采用純鎢作陰極材料，加熱電流直接通過(guò)陰極。
間熱式陰極
間熱式陰極通常加工成塊狀，由另一個(gè)燈絲對(duì)陰極進(jìn)行間接地加熱。這種情況下燈絲與陰極是不同的。間熱式陰極的壽命較長(zhǎng)，工作性能穩(wěn)定，通常用于大功率的電子槍中。
間熱式陰極一般采用敷釷鎢、敷氧化物、鈧酸鹽、六硼化鑭陰極，它分為轟擊型和加熱型兩種。
間熱式轟擊型陰極
間熱式轟擊型陰極加熱方式是，通過(guò)在熱子（燈絲）和陰極之間加上幾百乃至上千伏的轟擊電壓，在此電壓下，從熱子發(fā)射的電子轟擊陰極，使陰極加熱到一定溫度后從其表面發(fā)射出大量電子來(lái)。
間熱式加熱型陰極
間熱式加熱型陰極的化合物層固定在薄壁的底托上（鎳管或鉬管），底托下面放著耐熱絕緣的螺旋鎢絲。電流流過(guò)燈絲，燈絲燒熱陰極，當(dāng)陰極達(dá)到發(fā)射電子的溫度時(shí)，就發(fā)射出電子來(lái)。
材料的選擇
材料的選擇對(duì)電子槍的發(fā)射能力和壽命有決定作用。燈絲必須選用熔點(diǎn)高、電阻率大的材料，一般是用鎢絲制成的，通過(guò)強(qiáng)電流后，燈絲被加熱到一千度以上。陰極必須選用逸出功低的材料，陰極表面原子的外層電子，受到一定的熱能或電能的激勵(lì)后，會(huì)脫離原子核的束縛越出軌道而成為自由電子。
選用氧化物作為材料，氧化物陰極的逸出功更低，例如氧化鋇的逸出功只有2.8電子伏，但其耐蝕性差，一般只適宜在10-5-10-6毫米汞柱的高真空下工作，在10-4毫米汞柱時(shí)，其發(fā)射本領(lǐng)顯著下降，在10-3毫米汞柱下工作時(shí)，甚至?xí)?yán)重地受空氣侵蝕。
選用鎢絲作為材料，其逸出功為4.55電子伏，在工作溫度為2500K時(shí)，J=0.5安/厘米2。鎢絲的熔點(diǎn)為3655K，在工作溫度為2750K時(shí)，蒸發(fā)率為0.0043毫克/厘米·秒，鎢絲的耐侵蝕性較強(qiáng)。
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