专利名称：电子直线加速器用电子枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子直线加速器使用的电子枪。
背景技术：
在中高能的医用及工业用电子直线加速器中，常常要使用较大的电子束流，而产生电子的电子枪又是一个有寿命的重要部件，提高它的寿命是一个重要工作。根据使用的需要，对电子枪的要求是电子枪要可以大范围内调节其输出的电子束流，如从数毫安培到数百毫安培；要求电子枪的使用寿命长，如要达到数千高压小时；要求电子枪使用到寿命期后可方便地现场拆卸并安装新的电子枪。就这些要求，用六硼化镧作为阴极的轰击型二极电子枪是一种较好的选择，它发射电子能力较大，寿命较长，常用在需要现场可拆卸电子枪的大型中高能的医用及工业用电子直线加速器上。它的优点是发射电子量大，抗中毒性好，可暴露在大气中操作。
迄今在中高能的医用及工业用电子直线加速器上使用的电子枪，其核心部件是采用有钽皮作基底材料的圆片型六硼化镧阴极，此阴极被轰击一面的钽皮与六硼化镧阴极块的结合只是机械接触，留有机械接触的不良导热的小空隙，可是在大束流使用情况下，由于小空隙的不良导热作用，致使阴极1内六硼化镧阴极块要达到所需的温度则要求基底材料钽皮上的温度要更高，从而导致阴极1被轰击一面的钽皮会产生局部过热，钽皮在非正常的高温和六硼化镧的微渗透双重作用下而产生非正常变形，由于产生了更大的变形而使机械接触的不良导热的小空隙进一步变大，致使它们间的不良导热作用更甚，如果还要保持被钽皮包裹六硼化镧阴极块温度不变，则上述的不良过程就会恶性循环，最终导致电子枪在常使用较大束流后使用寿命会非正常地缩短。
发明内容
1.发明目的本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，研制一种使用寿命长，且能稳定工作的电子直线加速器用电子枪。
2.技术方案实现上述目的的电子直线加速器用电子枪，由电子枪机械结构和控制电路两部分组成。其中电子枪机械结构的构成是在现有电子枪的基础上，直接使用没有基底材料包裹的六硼化镧作为阴极，因此其总体构成与现有电子枪的机械结构相同，其主要部件的构成是，无基底材料钽皮包裹的圆片型六硼化镧阴极装于电子枪聚焦电极内，电子枪阳极装于安装法兰内，与电子枪灯丝及阴极接线柱相联的包括枪灯丝在内的电子枪灯丝组件聚焦筒固定在支架上，支架安装在固定于安装法兰上的陶瓷筒外壳上；控制电路的组成是，交流电源通过高压隔离灯丝变压器与电子枪灯丝组件聚焦筒内的灯丝相连，阴极轰击高压稳压电源通过高压脉冲变压器次级双绕组线圈分别连于聚焦筒内的电子枪灯丝及无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极，其特点是，在控制电路中还增设了一个负反馈控制电路，即在与电子枪灯丝相连的高压脉冲变压器次级绕组线圈与阴极轰击高压稳压电源之间串联一个取样电阻，取样电阻负端通过阴极轰击电流设定电压连于直流放大器正输入端，取样电阻的正端直接连于直流放大器负输入端，直流放大器的输出端连于串联在交流电源的一根输出线上的电压控制交流调相调压模块。
3.有益效果本发明在电子直线加速器工作于中、大电子束流时，由于使用了无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧作为阴极，轰击功率就直接作用于六硼化镧阴极，电能转换成热能的效率高，不会产生由于导热问题带来的局部过热现象，使电子枪的使用寿命在电子直线加速器工作于中、大电子束流时与工作于较小束流时相同，从而延长了电子枪的使用寿命。然而由于采用了无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极，使得从灯丝发射出来的电子流以所需的功率直接轰击到阴极上，而一般六硼化镧阴极的工作温度是1400度左右，在这样的高温下，物质都会微量升华，六硼化镧也不例外，它也会粘黏到炙热的灯丝上，同时微量的六硼化镧在粘黏到炙热的灯丝上后，也会又升华出去，这是一个随机过程，很不稳定。由六硼化镧阴极的特性可知，六硼化镧表面的电子逸出功大大低于金属钨，所以这样的过程会使灯丝发射的轰击电流趋于不稳定，即使用同样灯丝功率，可轰击电流有时会相差几倍，正是由于本发明的电子枪带有一个由阴极轰击电流的取样电阻上的电压来控制的负反馈过程，从而可以在负反馈电控装置的作用下矫正趋于不稳定的轰击电流，克服了由于去除了阴极基底材料带来的负面影响，使本发明达到既能克服现有技术中非正常的寿命缩短问题，又能使电子枪稳定工作。通过设定值的调节，加速器所需的束流越大，轰击功率就可越大，轰击功率越大阴极的温度越高，阴极上发射出的热电子流越大，反之亦然。
四
图1，电子直线加速器用电子枪机械结构示意图。
图2，无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极结构示意图。
图3，电子直线加速器用电子枪机械结构与控制电路原理示意图。
图4，电子直线加速器用电子枪机械结构与控制电路实施例示意1中的标号名称1无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极，2电子枪聚焦电极，3电子枪阳极，4电子枪灯丝组件聚焦筒，5安装法兰，6支架，7灯丝及阴极接线柱，8陶瓷筒外壳。
图2中的标号名称1-1圆片形六硼化镧阴极，1-2钽支撑架。
图3与图4中的标号及符号名称其中1～8的标号名称与图1中的标号名称一致，T1高压隔离灯丝变压器，T2高压脉冲变压器，R取样电阻，P1阴极轰击高压稳压电源，A1电压控制交流调相调压模块，A2直流放大器，Uf负反馈取样电压，Ug阴极轰击电流设定电压，Ud直流放大器输入电压，Uo直流放大器输出电压，C1、C2平衡电容，R1～R6电阻。
五具体实施例方式
根据附图叙述本发明的具体实施方式
。由图1可知，本发明的电子直线加速器用电子枪的机械结构是，六硼化镧阴极1装于电子枪聚焦电极2内，电子枪阳极3固定在安装法兰5内，与灯丝及阴极接线柱7相连的包括灯丝在内的电子枪灯丝组件聚焦筒4固定在支架6上，支架6安装在固定于安装法兰5上的陶瓷筒外壳8上；本发明电子枪的机械结构与现有技术不同的是，六硼化镧阴极1采用如图2所示的无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极，图2中的1-1为圆片形六硼化镧阴极，1-2为钽支撑架。
图3是本发明的电子直线加速器用电子枪的机械结构与控制电路原理示意图，图3中的标号及名称1～8与图1中的标号1～8完全一致，1～8的部分是图1的简化结构示意图。图3中的控制电路部分的组成是，220伏交流电源通过高压隔离灯丝变压器T1与电子枪灯丝组件聚焦筒4内的电子枪灯丝相连，电子枪阴极轰击高压稳压电源P1的负输出端通过取样电阻R和电子枪高压脉冲变压器T2次级绕组的一个线圈连于聚焦筒4内的枪灯丝，阴极轰击高压稳压电源P1的正输出端通过电子枪高压脉冲变压器T2次级另一个绕组线圈连于无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极1。负反馈控制电路的组成是，在阴极轰击高压稳压电源P1的负输出端串联一个取样电阻R，取样电阻R的负端通过阴极轰击电流设定电压Ug连于直流放大器A2正输入端，而取样电阻R的正端直接连于直流放大器A2负输入端，直流放大器A2的输出端连于串联在交流电的一根输出线上的电压控制交流调相调压模块A1，可采用的型号为EUV-10A-II模块。
图4是图3的具体实施例图，图中的标号及符号名称与图3一致，虚线框图内为直流放大器A2，它由运算放大器U1组成的反相器和运算放大器U2组成反相加法放大器二部分组成，在运算放大器U1组成的反相器中，R1是输入电阻；R2是反馈电阻；运算放大器U1、U2由±12V电源供电。在运算放大器U2组成的反相加法放大器中，R5是正极性电压输入电阻；R3是负极性电压输入电阻，也是阴极轰击电流设定值电压输入电阻；R4是反相加法放大器中的反馈电阻；Z1是反相加法放大器输出电压的限幅半导体稳压二极管；R6是反相加法放大器输出电阻。图中的Ug为阴极轰击电流设定电压电位器。运算放大器U1与U2可采用LM741运算放大器。
本发明具体实施例的工作过程是交流电220V通过电压控制交流调相调压模块A1经高压隔离灯丝变压器T1的134降压加到电子枪灯丝，让电子枪的灯丝4加热，使之有能力发射热电子。电子枪阴极轰击高压稳压电源P1的直流1200伏电压通过电子枪高压脉冲变压器T2的双绕组线圈加到灯丝4和阴极1之间，-15KV脉冲高压输入电子枪高压脉冲变压器T2的初级绕组，这时电子枪灯丝4发射的电子流在轰击高压的作用下从灯丝4直接向六硼化镧阴极1轰击，轰击六硼化镧阴极1的功率是轰击高压乘以电子枪灯丝4发射的电子电流，轰击六硼化镧阴极1的功率使六硼化镧阴极1加热，在电子枪高压脉冲变压器T2的次级双绕组线圈输出有-60KV脉冲高压，这样被轰击加热的六硼化镧阴极1就向电子直线加速器中发射电子。从灯丝4发射出来的电子流以所需的功率轰击到阴极1使六硼化镧阴极1的工作温度达到1400度左右，在这样的高温下，物质都会微量升华，六硼化镧也不例外，它也会粘黏到炙热的灯丝上，同时微量的六硼化镧在粘黏到炙热的灯丝上后，也会又升华出去，这是一个随机过程，很不稳定。由六硼化镧阴极的特性可知，六硼化镧表面的电子逸出功大大低于金属钨，所以这样的过程会使灯丝发射的轰击电流趋于不稳定，即使用同样的灯丝功率，轰击电流有时会相差几倍，轰击电流就是电子枪阴极轰击高压稳压电源P1的电流，流经阴极轰击电流的取样电阻R得到代表轰击电流的负电压信号-Uf，此信号由运算放大器U1组成的反相器反相后得到输出正的代表轰击电流的电压信号Uf，同时所需要的稳定的轰击电流设定值由阴极轰击电流设定电位器Ug设定所代表的电压-Ud，这二个信号分别同时送入由运算放大器U2组成的反相加法放大器输入端，放大倍数为K，实际上进行-K(-Ud+Uf)的运算放大，其中的稳压晶体管Z1限制反相加法放大器的输出电压不大于+5V，反相加法放大器的输出电压Uo控制控制交流调相调压模块A1内的导通程度，来控制电子枪的灯丝4加热，从而控制电子枪灯丝4发射的电子电流即轰击电流，这实际上是稳定轰击电流的负反馈控制，用控制灯丝4的功率的方法来控制要趋于不稳定的轰击电流。用本发明的电子枪和配套控制装置，克服了现有技术中的缺点。
权利要求
1.一种电子直线加速器用电子枪，包括电子枪机械结构和控制电路，电子枪机械结构是，六硼化镧阴极(1)装于电子枪聚焦电极(2)内，电子枪阳极(3)固定在安装法兰(5)内，与灯丝及阴极接线柱(7)相连的包括枪灯丝在内的电子枪灯丝组件聚焦筒(4)固定在支架(6)上，支架(6)安装在固定于安装法兰(5)上的陶瓷筒外壳(8)上；控制电路的组成是，交流电源通过高压隔离灯丝变压器(T1)与电子枪灯丝组件聚焦筒(4)内的灯丝相连，阴极轰击高压稳压电源(P1)的负输出端通过取样电阻(R)和高压脉冲变压器(T2)次级绕组的一个线圈连于电子枪灯丝组件聚焦筒(4)内的电子枪灯丝，阴极轰击高压稳压电源(P1)的正输出端通过高压脉冲变压器(T2)次级绕组的另一线圈连于六硼化镧阴极(1)，其特征在于，六硼化镧阴极(1)为无基底材料钽皮包裹的圆片形六硼化镧阴极，控制电路中还包含为了稳定阴极轰击功率而设的负反馈控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种电子直线加速器用电子枪，其特征在于，负反馈控制电路是在阴极轰击高压稳压电源(P1)的负输出端串联一个取样电阻(R)，取样电阻(R)负端通过阴极轰击电流设定电压(Ug)连于直流放大器(A2)正输入端，而取样电阻(R)正端直接连于直流放大器(A2)负输入端，直流放大器(A2)的输出端连于串联在交流电源的一根输出线上的电压控制交流调相调压模块(A1)。
全文摘要
本发明公开了一种电子直线加速器用电子枪，它包括电子枪机械结构和控制电路两部分，电子枪机械结构主要由无钽皮作基底材料的六硼化镧阴极(1)、电子枪聚焦电极(2)、电子枪阳极(3)、电子枪灯丝组件聚焦筒(4)、电子枪安装法兰(5)、支架(6)、灯丝及阴极接线柱(7)和电子枪陶瓷筒外壳(8)等部件组成，控制电路包括高压隔离灯丝变压器(T1)、阴极轰击高压稳压电源(P1)、高压脉冲变压器(T2)，还包括由取样电阻(R)、阴极轰击电流设定电压(Ug)、直流放大器(A2)和电压控制交流调相调压模块(A1)所组成的负反馈控制电路。用本发明的电子枪和配套控制装置，能克服阴极轰击功率不稳定的问题，能延长电子枪的使用寿命。
文档编号H05H7/00GK1547426SQ20031011261
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者赵明华 申请人:南京大学