本发明涉及一种手持电子枪，属于空间环境材料加工技术领域。
背景技术：
随着我国深空探测、空间站、天基发射平台等航天活动的开展，对航天器的在轨建造于维修、组装利用等服务提出了新的要求。国外研究证明，电子束技术是最适合在太空真空环境下使用的高效加工手段，可以用于切割、焊接、喷涂、增材制造等作业。
空间电子束焊接设备原理与地面用设备相同，但在结构方面存在巨大差异。由于太空是天然的高真空环境，因此，空间用电子枪就可以做成开放式结构，不用考虑电子发射时高真空环境获得和密封。另外，在太空中，宇航员需要根据作业内容，利用手工的方式进行相关操作，因此，用于空间用的电子束加工设备需要满足宇航员手持操作的特点，并考虑射线辐射、热辐射等防护措施。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于空间在轨作业的便携式手持电子枪，所述手持电子枪结构简单合理，小巧便携，满足空间环境下典型航天材料焊接、切割、喷涂等在轨作业的使用要求，便于宇航员操作和使用。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种用于空间在轨作业的便携式手持电子枪，所述手持电子枪主要包括外置的聚焦线圈、电子枪壳体、操作手柄和包含在电子枪壳体内部的电子枪芯；
其中，所述电子枪芯包括电缆接头、阴极组件、拘束极和阳极组件；
所述阴极组件由阴极坐和阴极组成；
所述阳极组件主要由阳极安装法兰和阳极组成；
所述电缆接头包括绝缘子控件和穿过其内部的连接电极；
所述操作手柄操为中空结构，配套电源的电缆的穿过所述操作手柄操与所述连接电极连接；
所述电子枪壳体的一端与阳极安装法兰固接，另一端与所述操作手柄固接；所述绝缘子控件固接在所述电子枪壳体连接操作手柄一端的内表面；所述阴极坐的一端端面与所述阴极固接，另一端与连接电极的正极和负极连接；所述拘束极固接在所述阴极坐上，并与所述连接电极的正极或负极连接，且所述阴极与所述拘束极之间形成等电位；所述阳极和所述聚焦线圈分别固接在所述阳极安装法兰的两侧，并所述阳极与设备地线连接；所述阴极高压电源接头、聚焦线圈接头和设备地线接头的正、负极均分别与所述连接电极的正、负极连接；
所述阳极组件、阴极组件和拘束极之间的同轴度小于等于0.05mm，所述阳极距离阴极电子发射面的距离为1～2mm。
进一步的，所述操作手柄上设有集成电子束操作的启、停按钮。
进一步的，所述操作手柄上设有防护罩。
进一步的，所述阴极坐分为第一阴极坐和第二阴极坐；所述第一阴极坐和第二阴极坐之间通过螺栓连接，并在其中间设有绝缘垫片。
进一步的，所述连接电极为插拔式结构，采用铜、镀金导体或镀银导体制造。
进一步的，所述连接电极采用螺帽和轴肩的方式固定在所述绝缘子控件的内部。
进一步的，所述操作手柄操左右对称的中空结构，其左右两边通过卡扣或螺栓方式连接。
进一步的，所述阳极和所述阳极安装法兰的连接面之间设有调整垫块。
进一步的，所述拘束极的材质为钨或钼，其上加工有散热孔。
进一步的，所述阳极安装法兰和绝缘子控件均采用止口方式与所述电子枪壳体进行装配。
有益效果
(1)本发明所述手持电子枪通过优化设计，结合空间环境使用的特点，研制了重量小于5Kg的手持式低压电子束加工设备，可以用于宇航员在轨时的大型航天器构建、在轨增材制造以及航天器在轨维修；所述手持电子枪解决我国在空间领域电子束加工设备缺乏的现状，提高我国空间加工方面的自主创新能力，实现我国在轨制造及维护服务的未来需求。
(2)本发明所述手持电子枪期属于低压二级枪，功率为1Kw，发射电压为10Kv，可以避免设备工作时X射线对人体的伤害。
(3)相较于传统电子枪，本发明所述手持电子枪采用非密封结构，减少了真空系统、合轴系统、观察系统和扫描控制系统等部分，在不影响使用的前提下最大程度简化电子枪结构，增大发射时有效载荷数量。
(4)本发明所述手持电子枪的通过设计手持操作把柄，可以满足航天员在轨手动操作，极大提高了设备的便携性，可用于我国航天器在轨建造、增材制造和维修服务；并通过操作手柄上设置防护罩和启、停按钮，更加便于宇航员的操作，同时可在工作时避免光、热等对宇航员手的伤害。
(5)本发明所述手持电子枪的第一阴极坐和第二阴极坐之间设有绝缘垫片，可有效保证所述阴极和拘束极之间为等电位。
(6)本发明所述手持电子枪通过调整调整垫块的厚度，可使阴极发射的所有电子都能够从阳极孔中引出。
(7)本发明所述手持电子枪的阳极安装法兰和绝缘子控件均采用止口方式与所述电子枪壳体进行装配，有效的保证所述阳极组件、阴极组件和拘束极之间的装配精度。
(8)本发明所述手持电子枪各部分通过螺纹或螺栓方式连接，便于设备模块化制造和组装维护；且阴极组件与拘束极之间的距离可通过螺纹进行调节。
附图说明
图1为本发明所述便携式手持电子枪的结构示意图；
其中，1-聚焦线圈；2-调整垫片；3-阳极；4-电子枪壳体；5-拘束极；6-绝缘子控件；7-操作手柄；8-阴极组件；9-连接电极；10-阳极安装法兰；11-防护罩；12-电缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
如图1所示，一种用于空间在轨作业的便携式手持电子枪，所述手持电子枪主要包括外置的聚焦线圈1、电子枪壳体4、操作手柄7和包含在电子枪壳体4内部的电子枪芯；
其中，所述电子枪芯包括电缆12接头、阴极组件8、拘束极5和阳极3组件；
所述阴极组件8由阴极坐和阴极组成；
所述阳极3组件主要由阳极安装法兰10和阳极3组成；
所述电缆12接头包括绝缘子控件6和穿过其内部的连接电极9；
所述操作手柄7操为中空结构，配套电源的电缆12的穿过所述操作手柄7操与所述连接电极9连接；
所述电子枪壳体4的一端与阳极安装法兰10固接，另一端与所述操作手柄7固接；所述绝缘子控件6固接在所述电子枪壳体4连接操作手柄7一端的内表面；所述阴极坐的一端端面与所述阴极固接，另一端与连接电极9的正极和负极连接，所述；所述拘束极5固接在所述阴极坐上，并与所述连接电极9的正极或负极连接，且所述阴极与所述拘束极5之间形成等电位；所述阳极3和所述聚焦线圈1分别固接在所述阳极安装法兰10的两侧，并所述阳极3与设备地线连接；所述阴极高压电源接头、聚焦线圈1接头和设备地线接头的正、负极均分别与所述连接电极9的正、负极连接；
所述阳极3组件、阴极组件8和拘束极5之间的同轴度小于等于0.05mm，所述阳极3距离阴极电子发射面的距离为1～2mm。
其中，所述操作手柄7上设有集成电子束操作的启、停按钮。
所述操作手柄7上设有防护罩11。
所述阴极坐分为第一阴极坐和第二阴极坐；所述第一阴极坐和第二阴极坐之间通过螺栓连接，并在其中间设有绝缘垫片。
所述连接电极9为插拔式结构，采用铜、镀金导体或镀银导体制造。
所述连接电极9采用螺帽和轴肩的方式固定在所述绝缘子控件6的内部。
所述操作手柄7操左右对称的中空结构，其左右两边通过卡扣或螺栓方式连接。
所述阳极3和所述阳极安装法兰10的连接面之间设有调整垫片2。
所述拘束极5的材质为钨或钼，其上加工有散热孔。
所述阳极安装法兰10和绝缘子控件6均采用止口方式与所述电子枪壳体4进行装配。
工作原理：
所述手持电子枪利用空间环境高真空特点，宇航员带着所述手持电子枪到达需要建造或维修位置，通过配套电源给所述手持电子枪供电，阴极电压达到和加热电流一定值时，将从阴极发射大量电子，电子在阴极与阳极3之间的电压差作用下，被从阳极3孔中引出，在聚焦线圈1中通过1～2A的电流时，电子在磁场的作用下实现汇聚，形成具有一定强度的电子束，该电子书穿过线圈中间的孔继续沿直线运动，直至作用在被加工材料表面，携带的动能转化为热能，实现材料加工。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。