专利名称：适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子发射技术领域，特别涉及适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置。
背景技术：
固体材料二次电子发射的能力，通常用二次电子发射系数
J来表征。简单地说，二次电子发射系数可定义为二次发射电子流与一次电子流&之
比。固体材料二次电子发射系数测试装置是获取其二次电子发射系数的有利工具，该工具的一个重要组成部分就是一次电子发射装置。目前的一次电子发射由电子枪完成，即用电子枪产生定向运动的高速电子，发射出具有一定能量、一定流强、一定束流直径和发射角的电子束流，该电子束的方向和强度可以控制，通常由热阴极、控制电极和若干加速阳极等组成。电子枪的功能在于给出满足要求的电子束，而电子枪的材料和工艺结构又必须考虑到加工和维修使用的方便。但现有电子枪只是单纯的机械结构，存在许多缺陷，如没有相应的控制电源，工作时不能实现随时控制电子发射的通断，出射电子束径过大，及出射的电子能量难以调节寸。
发明内容鉴于目前上述相关研究领域的技术瓶颈，本实用新型提供一种适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，包括电子枪、电源和电源控制模块；所述电子枪包括分别套装在绝缘筒内且轴线重合并依次固定连接的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源； 所述电源控制模块包括可编程控制器(以下简称PLC)和数字量模拟量转换模块(以下简称 D/A转换模块)；灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源分别与相应的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔和二次聚焦腔连接，以提供电压；PLC通过D/A转换模块与灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源连接，用于控制各电源的电压大小，继而实现对电子枪的控制。所述一次聚焦腔包括依次连接的一次前聚焦极和一次后聚焦极，用于对通过了加速极的电子束进行一次聚焦，使绝大部分电子流可以从一次聚焦腔通过。一次前聚焦极和一次后聚集极均开有小孔，小孔轴线与电子入射方向重合。一次前聚焦极小孔孔径为4 cm 5 cm, 一次后聚焦极小孔孔径为2 cm 3 cm。所述二次聚焦腔包括依次连接的二次前聚焦极、二次中聚焦极和二次后聚焦极， 用于对通过了加速极的电子束进行第二次聚焦，使通过了一次聚焦腔的电子束再次缩径， 达到所需求的束径值并沿电子枪轴线射出；二次前聚焦极、二次中聚焦极、二次后聚焦极均开有小孔，并且小孔轴线与电子入射方向重合。二次前聚焦极小孔孔径为2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦极小孔孔径为2 cm 3cm，二次后聚焦极小孔孔径为1. 5 cm 2. 5 cm。所述热阴极包括灯丝及罩在灯丝外面的小金属圆筒，以得到均勻的一次电子束流和好的脉冲调制特性，所述小金属圆筒外表面涂有一层硼化物，所述硼化物以六硼化镧 LaB6为材料，以使阴极有较强的抗毒性，能够多次使用，逸出功较小。所述调制极为套装在热阴极外侧并且前端开有小孔的金属圆筒，小孔孔径略大于二次电子收集器的孔径，电子可以从所述小孔中通过。所述加速极为开有小孔的圆筒，用于对电子流加速。本实用新型的电子发射装置中的灯丝电源指标根据灯丝特性决定，具有较好的稳流特性，用以保证测试过程中恒定的电子束流。调制电源用于产生脉冲电子束流，脉宽一般选在10 μ S左右，电压最大为50V。加速电源用于为加速极提供高压，加速电压在50V时也要保证出束光斑很小。整个电子发射装置产生的电子束能量范围为50eV 50keV。本实用新型的具体工作原理是当热阴极中的灯丝中通入电流时，热阴极受热而发射电子，改变调制级的电压可以控制通过调制极小孔的电子数目，通过调制电源电压方向的改变，实现一次电子束的通断控制，形成脉冲电子束，进入到加速极。穿过调制级小孔的电子束，在加速电压的作用下， 加速向聚焦极运动。但是由于电荷同性相斥，电子束会逐渐散开。通过一次聚焦腔和二次聚焦腔的聚焦作用，使电子重新聚焦起来并交汇于一点，适当调节两个聚焦极之间电位差的大小，便能使焦点在电子枪中轴线上，最终从电子枪发射出能量可调及的束径极小的电子束。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点(1)本实用新型采用PLC随时调整调制电压的大小，以实现电子发射的通断控制；(2)本实用新型设计了一次聚焦腔和二次聚焦腔，既使绝大部分从热阴极发射出来的电子都能顺利通过电子枪的同时，又使得电子枪出射电子流的束径比传统电子枪的更小；(3)本实用新型出射电子束的能量范围更大，可达到50eV 50keV，远优于传统电子发射装置。
图1为本实用新型适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例本实用新型的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，包括电子枪、电源和电源控制模块。如图1所示所述电子枪由分别套装在绝缘筒10内且轴线重合的热阴极1、调制极2、加速极3、一次聚焦腔6和二次聚焦腔11依次固定连接构成；所述电源包括灯丝电源、 调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源；所述电源控制模块包括D/A转换模块与PLC ;PLC通过D/A转换模块与灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源连接。热阴极包括灯丝及罩在灯丝外面的小金属圆筒，小金属圆筒外表面涂有一层 LaB6,以使阴极有较强的抗毒性，能够多次使用。调制极为套装在热阴极外侧并且前端开有小孔的金属圆筒，电子从小孔中通过。加速极为开有小孔的圆筒，用于电子流加速。一次聚焦腔6包括均开有小孔的一次前聚焦极4和一次后聚焦极5，对通过了加速极的电子束进行初级聚焦，使绝大部分电子流可以从一次聚焦腔通过，一次前聚焦极和一次后聚焦极的小孔孔径分别为4cm和3cm。二次聚焦腔11包括均开有小孔的二次前聚焦极 7、二次中聚焦极8和二次后聚焦极9，对通过加速极的电子束进行第二次聚焦，使通过一次聚焦腔的电子束再次缩径，达到所需求的束径值并沿电子枪轴线射出。二次前聚焦极7、二次中聚焦极8和二次后聚焦极9的小孔孔径分别为3 cm,2. 5cm和1. 5 cm。灯丝电源与灯丝连接，用于加热电子枪热阴极，使其发射电子；调制电源与调制极连接，用于调节调制极的电位，以实现发射电子的通断控制，脉宽一般选在IOys左右， 电压最大为50V ；加速电源与加速极连接，用于加速从阴极发射出来的电子束，加速电压在 50V时也要保证出束光斑很小；一次聚焦电源和二次聚焦电源分别与一次聚焦腔和二次聚焦腔连接，对加速后的电子束进行一次聚焦和二次聚焦，使得电子束通过整个电子枪后仍可保持极小的束径。所述D/A转换模块与PLC连接，PLC为控制电源模块的核心部件，通过 D/A转换模块FX2N-4DA实现对电子枪的控制。本实用新型的一次电子发射装置在发射一次电子时，通过控制装置来控制灯丝电源电压并启动，使电子枪热阴极通电加热后发射电子；然后还要设定调制电源放入电压， 设定加速电源电压，再分别设定一次聚焦电源电压和二次聚焦电源电压，使从热阴极发射出来的电子处于正常发射状态。整个一次电子发射装置产生的电子束能量范围为50eV 50keVo最后需要说明的是以上实施方式仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案， 尽管参照上述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改及局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。
权利要求1.适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，包括电子枪、电源和电源控制模块；所述电子枪包括分别套装在绝缘筒内且轴线重合并依次固定连接的热阴极、调制极、加速极；所述电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源；所述电源控制模块包括可编程控制器；其特征在于所述电子枪还包括分别套装在绝缘筒内并与加速极依次连接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述电源还包括一次聚焦电源和二次聚焦电源；灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源分别与对应的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔和二次聚焦腔连接；所述电源控制模块还包括数字量模拟量转换模块，可编程控制器通过数字量模拟量转换模块与灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源连接。
2.根据权利要求1所述的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，其特征在于所述一次聚焦腔包括依次连接的一次前聚焦极和一次后聚焦极；一次前聚焦极和一次后聚集极均开有小孔，小孔轴线与电子枪电子入射方向重合。
3.根据权利要求2所述的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，其特征在于所述一次前聚焦极小孔孔径为4 cm 5 cm，一次后聚焦极小孔孔径为2 cm 3 cm0
4.根据权利要求3所述的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，其特征在于所述二次聚焦腔包括依次连接的二次前聚焦极、二次中聚焦极和二次后聚焦极； 二次前聚焦极、二次中聚焦极、二次后聚焦极均开有小孔，并且小孔轴线与电子枪电子入射方向重合。
5.根据权利要求4所述的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置， 其特征在于所述二次前聚焦极小孔孔径为2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦极小孔孔径为2 cm 3 cm, 二次后聚焦极小孔孔径为1.5 cm 2. 5 cm。
6.根据权利要求5所述的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，其特征在于所述热阴极包括灯丝及罩在灯丝外面的小金属圆筒，所述小金属圆筒外表面涂覆有一层六硼化镧。
专利摘要本实用新型的适用于二次电子发射系数智能测试的一次电子发射装置，包括电子枪、电源和电源控制模块；电子枪由分别套装在绝缘筒内且轴线重合的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔和二次聚焦腔依次固定连接构成；电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源，并分别与热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔和二次聚焦腔连接；电源控制模块包括D/A转换模块与PLC；PLC通过D/A转换模块与电源连接，以实现对电源电压的控制。本实用新型可实现随时控制电子发射的通断，保证发射的电子束径在极小的范围内，出射的电子能量可调节范围大，是固体材料二次电子发射系数智能测试装置的必要组成部分。
文档编号H01J37/244GK202067762SQ20112015628
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者吴金成, 常天海, 常建, 梁添, 马威 申请人:华南理工大学