一种电子束轰击炉专用电子枪

摘要

本发明公开一种电子束轰击炉专用电子枪，主要由电子枪外壳、以及设置电子枪外壳中的灯丝、阴极和聚束极组件，阳极，聚束极电极，灯丝首端电极，灯丝末端电极，阴极电极，电抗器，绝缘组件，绝缘冷却油和高压电缆引出头组成。增设的电抗器由铁芯和绕制在该铁芯上的绕组所构成。电抗器浸没在绝缘冷却油中。电抗器绕组首端与聚束极电极相接；电抗器绕组末端与阴极电极相接。本发明能够抑制电子束流瞬变的电子枪，从而提高电子枪的束通率。

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备领域，具体涉及一种电子束轰击炉专用电子 枪。

背景技术

电子束轰击炉电子枪常采用轴对称的皮尔斯电子枪结构，其阴极发射电 子束流受温度限制状态和空间电荷限制状态制约。在温度限制状态下阴极发 射的饱和电子束流密度由式决定，式中i_s为阴极发射的饱和电子 束流密度，A₀为理查逊常数，T为阴极的热力学温度，k为玻耳兹曼常数，为阴极材料逸出功。在空间电荷限制状态下，在某一阴极温度下，阴极发射 的电子束流密度由式决定，式中i_sp为在空间电荷限制下阴阳 极间的电子束流密度，d为阴阳极间距，E_a为加速电压，且i_sp<i_s。由于电子 枪中阴极与聚束极等电位，那么阴极的有效发射面积与聚束极的膜孔直径有 关。因此阴极发射电子束流与阴极材料的阴极工作温度T、阴阳极间加 速电压E_a、阴阳极间距d和聚束极的膜孔直径d_b有关，其中d和d_b在工 作中是不可变的，且E_a一般控制在某一个稳定值。可见，要改变电子束轰击 炉电子枪的电子束流大小，只能通过改变阴极加热功率来改变阴极温度T。 为了获得稳定的电子束流，电子束轰击炉电子枪需采用负反馈的控制策略。 这种电子枪的缺点是电子束流的控制只能控制其平均值，且时间常数较大， 电子束瞬变时有可能导致电子枪的束通率下降而影响电子枪寿命。如果把阴 极和聚束极分开，采用改变栅偏电压E_b来改变阴极的有效发射面积的方法来 控制电子束流，虽可以部分改善电子束瞬变的束通率，但栅偏电压E_b降低了 阴极的发射能力，将增加阴极的工作温度，从而降低阴极寿命。为了解决电 子枪束通率与阴极寿命之间的矛盾，有必要对电子枪的结构进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束轰击炉专用电子枪，其能 够抑制电子束流瞬变的电子枪，从而提高电子枪的束通率。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

一种电子束轰击炉专用电子枪，主要由电子枪外壳、以及设置电子枪外 壳中的灯丝、阴极和聚束极组件，阳极，聚束极电极，灯丝首端电极，灯丝 末端电极，阴极电极，电抗器，绝缘组件，绝缘冷却油和高压电缆引出头组 成。其中所述灯丝首端电极和灯丝末端电极通过固定在电子枪外壳上的高压 电缆引出头引出并经由高压电缆分别接至灯丝电源的两极。所述聚束极电极 和阴极电极通过固定在电子枪外壳上的高压电缆引出头引出并经由高压电缆 分别接至加速电源的负极和轰击电源正极。加速电源的正极与大地、电子枪 外壳、阳极和工件相接。轰击电源负极与灯丝电源的任一极相接。所述电抗 器由铁芯和绕制在该铁芯上的绕组所构成。电抗器浸没在绝缘冷却油中。电 抗器绕组首端与聚束极电极相接；电抗器绕组末端与阴极电极相接。

上述方案中，所述电抗器的铁芯采用环形非晶态高频磁性材料制成。

所述电抗器的作用是：当电子枪发射电子束时，电子束流方向为加速电 源的正极→工件→阴极→阴极的电极→电抗器绕组末端→电抗器绕组→电抗 器绕组首端→聚束极的电极→高压电缆→加速电源的负极形成回路，电子束 流流经电抗器时，如果发生变化将产生压降的电感量，I_e电子束流）， 此电压U_e将施加至阴极与聚束极间，对电子束流形成一个快速局部负反馈作 用，达到抑制电子束流瞬时波动的目的。电子束流I_e的直流成分通过电抗器 不产生压降，阴极与聚束极直流等电位，电抗器对阴极的平均发射能力不产 生影响。

与现有技术相比，本发明所设计的电子枪的阴极和聚束极间在电气上不 直接连接，而是通过一电抗器进行连接，这样能够利用电抗器抑制电子束流 的动态分量，提高电子束流的平稳性和电子枪的束通率，但又不增加阴极工 作温度，即不降低阴极的寿命。

附图说明

图1为电子枪结构及其高压电极接线示意图。图中标记：1、灯丝、阴极 和聚束极组件；2、阳极；3、聚束极电极；4、灯丝首端电极；5、灯丝末端 电极；6、阴极电极；7、电抗器；8、电子枪外壳；9、绝缘组件；10、绝缘 冷却油；11、高压电缆引出头；12、高压电缆；13、轰击电源；14、灯丝电 源；15、加速电源。

图2为图1中电抗器结构示意图。图中标记：71、铁芯；72、绕组；73、 绕组首端；74、绕组末端。

具体实施方式

一种电子束轰击炉专用电子枪，如图1所示，其主要由电子枪外壳8、 以及设在电子枪外壳8内的灯丝、阴极和聚束极组件1，阳极2，聚束极电极 3，灯丝首端电极4，灯丝末端电极5，阴极电极6，绝缘组件9，绝缘冷却油 10和高压电缆引出头11组成。所述灯丝首端电极4和灯丝末端电极5通过 固定在电子枪外壳8上的高压电缆引出头11引出并经由高压电缆12分别接 至灯丝电源14的两极。所述聚束极电极3和阴极电极6也通过上述高压电缆 引出头11引出并经由高压电缆12分别接至加速电源15的负极和轰击电源 13正极。加速电源15的正极与大地、电子枪外壳8、阳极2和工件相接。轰 击电源13负极与灯丝电源14的任一极相接。

上述电子枪的各个部件的基本安装结构和电气连接关系沿用现有技术， 并与现有的电子枪相同或相似，本发明的核心改进点是在电子枪外壳8内盛 有的绝缘冷却油10中增设了电抗器7，并通过该电抗器7来间接实现电子枪 的阴极电极6和聚束极电极3间的电气连接。增设的电抗器7由铁芯71和绕 制在该铁芯71上的绕组72所构成。电抗器7的铁芯71采用环形非晶态高频 磁性材料制成。电抗器7浸没在绝缘冷却油10中。电抗器7绕组首端73与 聚束极电极3相接，电抗器7绕组末端74与阴极电极6相接。

本发明的电子枪的阴极电极6和聚束极电极3分别用电极引出，但电子 枪的阴极电极6和聚束极电极3间在电气上却不直接连接，而是通过一电抗 器7连接。接在阴极电极6和聚束极电极3间的电抗器7的作用是：当电子 枪发射电子束时，电子束流与电子束飞行方向相反方向为加速电源15的正极 →工件→阴极→阴极的电极6→电抗器7绕组末端74→电抗器7绕组72→电 抗器7绕组首端73→聚束极的电极3→高压电缆12→加速电源15的负极形 成回路，电子束流流经电抗器7时，如果发生变化将产生压降电抗 器7的电感量，I_e电子束流，此电压U_e将施加至阴极与聚束极间，对电子束 流形成一个快速局部负反馈作用，达到抑制电子束流瞬时波动的目的。电子 束流I_e的直流成分通过电抗器7不产生压降，阴极与聚束极直流等电位，电 抗器7对阴极的平均发射能力不产生影响。