专利名称：用于产生电子束的装置及用于制造该装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生电子束的装置及ー种制造该装置的方法。
背景技术：
随着科学技术的进步，在现代科学中，将电子枪用于了解对象的化学或物理特性。电子枪产生细束形式的电子。电子枪用在电子显微镜、行波管、及阴极射线管中，并且也被包含在回旋加速器中以了解对象的特性。为了发射电子束，可以使激光束入射在阴极上。利用无线电频率入射在其上的谐
振腔的方法用作用于加速所发射的电子束的手段。
发明内容
在粒子加速器中使用的常规电子枪在阴极与外壳的联接结构方面具有ー些问题。问题之一为难以在外壳的谐振腔中形成高真空。此外，常规电子枪是有问题的，在于非常难以防止在谐振腔中产生的暗电流。此外，常规电子枪是有问题的，在于难以精确地控制谐振腔的谐振频率。本发明的目的是要解决这些问题，并且本发明的技术目的不限于上述目的，并且根据下列描述，上文中尚未描述的其它技术目的对于所属领域技术人员来说将变得明显。为了实现上述目的，根据本发明的用于产生电子束的装置包括外壳，该外壳构造成具有形成在其中的谐振腔；阴极，该阴极安装在外壳的ー侧上的开口中，使得电子束由入射在谐振腔的内侧上的激光从阴极的表面上产生；以及金属垫圈，该金属垫圈安装在阴极与外壳之间，以密封该外壳，并且该金属垫圈被阴极与外壳之间的联接强度压缩以控制谐振腔的谐振频率。此外，金属垫圈可由无氧铜制成。此外，可通过将金属板切割成环形或利用鋳造或锻造方法加工成环形来制作金属垫圈。此外，谐振腔可包括连接在一起的第一谐振腔和第二谐振腔，并且第一谐振腔和第二谐振腔可设置在发射从阴极产生的电子束的方向上。为了实现该目的，根据本发明的制造用于产生电子束的装置的方法包括将外売、金属垫圈及阴极组合该外壳具有形成在其中的谐振腔；測量与金属垫圈和阴极相结合的外壳的谐振腔的谐振频率；以及如果测量到的谐振频率与设定值不相同，则进ー步压缩金属垫圈或用具有不同厚度的另ー金属垫圈来代替该金属垫圈。为了实现该目的，根据本发明的制造用于产生电子束的装置的方法包括在组合阴极和外壳的同时，压缩阴极与外壳之间的金属垫圈；测量外壳内的谐振腔的谐振频率；并且如果测量到的谐振频率小于设定值，则通过增大阴极与外壳的联接強度来进ー步压缩该金属垫圈，并且如果测量到的谐振频率大于该设定值，则用具有更厚的厚度的另ー金属垫圈来代替该金属垫圈。
为了实现该目的，根据本发明的制造用于产生电子束的装置的方法，该装置包括构造成具有形成在其中的谐振腔的外壳、安装在外壳的ー侧上的开口中的阴极，以及安装在阴极与外壳之间的金属垫圈，其中，该谐振腔包括连接在一起的第一谐振腔和第二谐振腔，该方法包括測量第一谐振腔和第二谐振腔的谐振频率；通过压缩或延伸外壳来改变第一谐振腔的体积以控制第一谐振腔的谐振频率；以及进一步压缩金属垫圈或用具有不同厚度的另ー金属垫圈来代替该金属垫圈以控制第二谐振腔的谐振频率。此外，可通过将金属板切割成环形或利用鋳造或锻造方法成环形来提供金属垫圈。为了实现该目的，根据本发明的制造用于产生电子束的装置的方法包括測量外壳内的谐振腔的谐振频率，并且如果测量到的谐振频率与设定值不相同，则通过在轴向方向上压缩或延伸该外壳来使外壳变形。
图I示出了根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置用的模拟装置的结构；图2为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的分解立体图；图3为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的截面图；图4为示出了根据本发明的实施方式的调谐谐振频率的方法的流程图；图5为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的谐振腔内的电场分布的模拟结果；图6为示出了根据本发明的实施方式的调谐第一谐振腔和第二谐振腔中的谐振频率的过程的侧视截面图；图7为示出了根据本发明的实施方式的实验数据和模拟结果的曲线图；以及图8为示出了根据本发明的另ー实施方式的调整谐振频率的过程的流程图。
具体实施例方式在下文中，将參照附图详细地描述本发明的实施方式。然而，本发明的实施方式并不限于所公开的实施方式，而是可以以多种方式实施。提供本发明的实施方式以使本发明的公开内容完整并且使得所属领域技术人员能够充分地理解本发明的范围。可以放大附图中的元件的形状以突出更为清楚的描述，并且遍及附图利用相同的附图标记来表示相同的部件。图I示出了根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的模拟装置的结构。如图I中所示，可将激光从射频(RF)枪100、即、用于产生电子束的装置的前面引入至内側，并且激光撞击在射频枪内的阴极上，从而产生电子束。
所产生的电子束被排放到射频枪的外部。所排出的电子束被外部上的螺线管会聚并且在经过加速管的同时被加速。为了移除因空间电荷而导致的发射率的増大，可利用螺线管和增压线性加速器。所排出的电子束可以穿过用于监测电子束的位置的偏转位置监测器以及四极磁鉄。接着，电子束可在穿过偏转磁铁后到达法拉第杯。可以通过数学模拟程序PARMELA来计算该模拟状况下的发射率的増量。在对于光电阴极射频枪的研究中，主要关注点为高量子效率和低发射率。从量子效率的观点出发，已对适用于阴极的材料的物质长期进行了研究。在现有技术中，为了在谐振腔内形成真空并阻止谐振腔内无线电频率的泄露，在谐振腔的外壳与阴极之间安装有helicoflex密封件。然而，所发现的是，该helicoflex密封件在阴极与外壳之间形成细微间隙。同样发现的是，该间隙产生谐振腔的RF击穿和暗电流。图2为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的分解立体图。图3为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的截面图。如可从图2和图3看出的那样，根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置包括外壳50、垫圈30、及阴极10。外壳50可以在其中设置有第一谐振腔(全单元)51和第ニ谐振腔(半単元)52。外壳50可由铜制成，特别地，可由无氧铜制成。作为另ー实施方式，在外壳内可以设置一个谐振腔，并且在该外壳内可以设置两个或更多个谐振腔。电子束排出孔53可以设置在外壳50的在Z轴方向上的ー侧上。电子束排出孔53是由阴极10产生的电子束被排出到外部所经过的通道。电子束排出管凸缘54可以设置在电子束排出孔53的外周中并且可以连接至外部管道。泵送腔56为连接至真空腔(未示出)的部分以维持住第一谐振腔51和第二谐振腔52内的真空度。设置通气ロ 55以使得第一谐振腔51和泵送腔56彼此连通。波导器安置单兀58为其上安装有波导器(未不出)的部分。波导器安置单兀58可将外部产生的电磁波通过波导器传递至第一谐振腔51。外壳凸缘40接合在外壳50的第二谐振腔(52)侧上并且可与外壳50成为一体。外壳凸缘40可由強度比铜高的不锈钢制成。阴极10为当入射在谐振腔上的激光束撞击在阴极上时产生电子束的部件。阴极10可由铜制成并且，特别地，可由无氧铜制成。阴极凸缘20可通过螺栓42联接至阴极10。作为ー种替代方式，可通过钎焊将阴极凸缘与阴极结合在一起。与阴极10相结合的阴极凸缘20可通过螺栓41与外壳凸缘40相结合。阴极凸缘20可由強度比铜大的不锈钢制成。垫圈30安装在外壳凸缘40与阴极凸缘20之间。垫圈30可密封该谐振腔的内部，由此能够維持真空。垫圈30可由金属制成并且，特别地，可由无氧铜制成。当垫圈是由铜制成的时，存在増加了无线电频率接触的优点。垫圈30可通过在铜钢板中将垫圈形切割成环形来形成或可利用鋳造或锻造方法将垫圈30形成为呈环形。当阴极凸缘20通过螺栓与外壳凸缘40相结合吋，垫圈30可通过联接強度来使其细微地变形并受到压縮。作为另ー实施方式，可在阴极凸缘和外壳凸缘与垫圈相接触的表面中设置刀刃(或突起)。由此，当在阴极凸缘与外壳凸缘之间施加联接强度时，刀刃被精密地插入到垫圈中，并且由此可减小阴极凸缘与外壳凸缘之间的间隔。根据实验，所发现的是，当将联接強度施加到将垫圈30压缩约50 y m的程度时，可将外壳相对于外侧密封达到可保持谐振腔内的真空的程度。然而，压缩度可根据垫圈的尺寸、外壳、及阴极或实验条件而有所不同。在该实施方式中所使用的垫圈的直径为约IOcm,厚度为约Imm,谐振腔的真空度为约10_1CI托(Torr)，并且谐振频率被设定至2. 856GHz。在如上所述将垫圈30压缩约50 Pm后，如果进一歩增大该联接强度，则可将垫圈30进ー步压缩约200 ym。然而，压缩度可根据垫圈的尺寸、外壳、及阴极或实验条件而有所不同。可通过该压缩来精密地控制谐振腔的体积，并且由此可控制谐振腔的谐振频率。根据该垫圈的结构，存在可在谐振腔中容易地形成高真空状态的优点。此外，由于在垫圈与外壳之间不适当地形成真空，因此，可以防止出现如下现象，即，谐振腔的谐振频率或暗电流被泄露到外部或不能达到高真空状态。此外，由于逐渐提高了粒子加速器的性能，因此可满足高电压和高真空度的需求。此外，根据该结构，尽管谐振腔的大小从ー开始就未被精确地制作，但是可精确地控制谐振腔内的谐振频率。图5为根据本发明的实施方式的用于产生电子束的装置的谐振腔内的电场分布的模拟結果。如图5中所示，该曲线图示出了通过利用SUPERFISH测量而得的谐振腔内的电场 的結果。在该曲线图中，水平轴表示在Z轴方向上与阴极10的表面相距的距离，并且竖直轴表示在向外方向上与阴极10的表面的中心相距的距离。谐振腔包括第一谐振腔(全単元)51和第二谐振腔(半単元)52。第二谐振腔52的长度为第一谐振腔51的长度的0. 6倍。在本实验中，在n -模式的谐振频率fn为2，856MHz的情况下，运行用于产生电子束的装置。在现有技术中，通过利用安装在形成于该全单元中的孔中的两个音杆来控制该全単元的谐振频率。此外，为了控制该半单元的谐振频率，利用Helicoflex密封件。然而，如果利用该方法，则在RF击穿与电场之间产生不对称性。图6为示出了根据本发明的实施方式的调谐第一谐振腔和第二谐振腔中的谐振频率的过程的侧视截面图。如可从图6看出的那样，在该实施方式中，为了调谐第一谐振腔的谐振频率，可通过使第一谐振腔在Z轴方向上变形来改变第一谐振腔的谐振频率。即，通过在轴向方向上压缩或延伸该外壳来改变外壳的形状，并且由此可改变该外壳所特有的谐振频率。符号Dl表不该外壳当外壳在Z轴方向上被延伸时的变形形状,并且符号D2表不该外壳当外壳在与Z轴方向相反的方向上被压缩时的变形形状。同时，为了调谐第二谐振腔的谐振频率，可利用具有不同厚度的垫圈30。图7为示出了根据本发明的实施方式的实验数据和模拟结果的曲线图。如可从图7的(a)中看出的那样，圆点表示实验数据，而实线表示模拟結果。可以控制该全単元的谐振频率使得通过压缩该全单元，该谐振频率变得接近目标值。该全単元的谐振频率被最終设定为2854. 7MHz。在调谐该全単元的过程中，该全单元的壁向内变形约10微米。接着，可通过利用具有不同尺寸的金属垫圈来执行该半単元的调谐。图7的(b)示出了当全单元与半单元之间的加速电场的最大值的比率为I时，n模式的频率与0模式的频率之间的差值Af为3. 4MHz。S卩，当fn、即n模式的频率为2，856. 98MHz时，A f为3. 4MHz。在23. (TC下执行全单元与半单元的调谐。接着，通过温度调谐来最終控制该谐振频率。当温度从23. (TC増大到40. 9°C,BP,常见的操作温度吋，当A f 为3. 4MHz吋，fn达到2，856. OMHz0测量值与由实线表示的模拟结果是相同的。图4为示出了根据本发明的实施方式的调谐谐振频率的方法的流程图。首先，将垫圈放置在外壳凸缘与阴极凸缘之间，并且通过利用螺栓联接方法或相似的联接方法的特定联接强度将外壳凸缘与阴极凸缘相结合(图4的S10)。接着，通过穿过泵送腔的真空装置在谐振腔内形成真空。接着，测量谐振腔内的谐振频率(图4的S20)。当測量到的谐振频率小于目标频率时，増大了外壳凸缘与阴极凸缘之间的联接强度，使得垫圈被进ー步压缩。这是由于谐振腔内的谐振频率与谐振腔的尺寸是彼此成比例的。 作为另ー实施方式，如果测量到的谐振频率明显大于目标频率，则可利用具有较厚厚度的垫圈。如果测量到的谐振频率明显小于目标频率，则可利用具有较薄厚度的垫圈。接着，如果再次测量该谐振频率且测量到的谐振频率小于该目标频率，则可通过増大外壳凸缘与阴极凸缘之间的联接强度来进ー步压缩垫圈(图4的S30)。存在通过上述步骤可容易地控制该谐振频率的优点。图8为示出了根据本发明的另ー实施方式的调谐谐振频率的过程的流程图。首先，可执行测量第一谐振腔和第二谐振腔的谐振频率的步骤S110。接着，可执行通过压缩或延伸外壳来改变第一谐振腔的体积，以便控制第一谐振腔的谐振频率的步骤S120。接着，可执行进一步压缩金属垫圈或用具有不同厚度的另ー金属垫圈来代替该金属垫圈，以便控制第二谐振腔的谐振频率的步骤S130。可将步骤S120和步骤S130颠倒次序并执行。存在通过利用垫圈的压缩量可精密地控制谐振腔的谐振频率的优点。此外，存在通过插入多种厚度的垫圈可精密地控制谐振腔的谐振频率的优点。此外，存在高真空状态可根据该垫圈的结构容易地形成在谐振腔中的优点。此外，存在无线电频率RF接触由于利用了金属垫圈而变得更好的优点。此外，存在阻止了谐振腔的无线电频率RF击穿和暗电流的发生的优点。本发明的技术目的不限于上述目的，并且通过以下描述，上文中尚未描述的其它技术目的对于所属领域技术人员来说将变得明显。上述和附图中所示的本发明的实施方式不应当被解释为限制本发明的技术精神。本发明的范围仅由权利要求进行限制，并且本发明所属领域的普通技术人员可以多种形式改进和修改本发明的技术精神。因此，只要这些改型对于所属领域技术人员来说是明白的，这些改型就落入到本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于产生电子束的装置，包括 外壳，所述外壳构造成具有形成在其中的谐振腔； 阴极，所述阴极安装在所述外壳的ー侧上的开口中，使得电子束由入射到所述谐振腔的内侧上的激光从所述阴极的表面上产生；以及 金属垫圈，所述金属垫圈安装在所述阴极与所述外壳之间以密封所述外壳，并且所述金属垫圈被所述阴极与所述外壳之间的联接强度压缩以控制所述谐振腔的谐振频率。
2.根据权利要求I所述的装置，其中，所述金属垫圈由无氧铜制成。
3.根据权利要求I所述的装置，其中，所述金属垫圈通过将金属板切割成环形或利用鋳造或锻造方法加工成环形而制成。
4.根据权利要求I所述的装置，其中 所述谐振腔包括连接在一起的第一谐振腔和第二谐振腔，以及 所述第一谐振腔和所述第二谐振腔设置在发射从所述阴极产生的所述电子束的方向上。
5.一种制造用于产生电子束的装置的方法，所述方法包括 将外壳、金属垫圈、及阴极组合，其中所述外壳具有形成在其中的谐振腔； 測量与所述金属垫圈及所述阴极相组合的所述外壳的所述谐振腔的谐振频率；以及 如果测量到的谐振频率与设定值不相同，则进ー步压缩所述金属垫圈或用具有不同厚度的另ー金属垫圈代替所述金属垫圈。
6.一种制造用于产生电子束的装置的方法，所述方法包括 在组合阴极和外壳的同时，压缩所述阴极与所述外壳之间的金属垫圈； 測量所述外壳内的谐振腔的谐振频率；以及 如果测量到的谐振频率小于设定值，则通过增大所述阴极和所述外壳的联接强度来进ー步压缩所述金属垫圈，并且，如果测量到的谐振频率大于所述设定值，则用具有更厚的厚度的另ー金属垫圈来代替所述金属垫圈。
7.—种制造用于产生电子束的装置的方法，所述装置包括外壳，所述外壳构造成具有形成在其中的谐振腔；阴极，所述阴极安装在所述外壳的ー侧上的开口中；以及金属垫圈，所述金属垫圈安装在所述阴极与所述外壳之间，其中，所述谐振腔包括连接在一起的第一谐振腔和第二谐振腔，所述方法包括 測量所述第一谐振腔和所述第二谐振腔的谐振频率； 通过压缩或延伸所述外壳来改变所述第一谐振腔的体积以控制所述第一谐振腔的所述谐振频率；以及 进ー步压缩所述金属垫圈或用具有不同厚度的另ー金属垫圈代替所述金属垫圈以控制所述第二谐振腔的所述谐振频率。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其中，通过将金属板切割成环形或利用鋳造或锻造方法成环形来提供所述金属垫圈。
9.一种制造用于产生电子束的装置的方法，包括 測量外壳内的谐振腔的谐振频率；以及 如果测量到的谐振频率与设定值不相同，则通过在轴向方向上压缩或延伸所述外壳来使所述外壳变形。
全文摘要
本发明涉及一种用于产生电子束的装置，该装置包括阴极；外壳，该外壳具有形成在其一侧处的开口，使得该阴极联接至该开口，并且该外壳具有形成在其中的谐振腔；以及垫圈，该垫圈被插置在阴极与外壳之间，使得根据阴极与外壳之间的联接强度来压缩该垫圈以使谐振腔与外部切断。
文档编号H01J37/06GK102859634SQ201180013425
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者朴龙云, 高仁洙, 朴成柱, 朴容正, 金承焕, 洪周浩, 文成益 申请人:浦项工科大学校产学协力团