专利名称:一种连续能谱电子源的制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续能谱电子源的制造装置，属于空间应用技术领域：
。
背景技术：
地球同步轨道(GEO)空间等离子体环境会对飞行器表面材料充电，从而引起空间静电放电(SESD)，造成敏感电子系统的干扰以及非指令性开关等事件。而鉴定空间材料带电效应的最有效的方法就是地面模拟空间实际环境，进行地面模拟试验对卫星空间使用材料进行评价。
GEO存在的是连续能谱的电子环境，而地面模拟试验中使用的多是单能电子枪。在轨数据表明:采用单能电子枪的模拟试验与真实在轨的监测数据存在着较大的差别。例如，SCATHA卫星和DSP卫星的在轨数据表明，实际空间静电放电的发生时间和地面模拟试验并不一致。文献“Electron-beam-charged dieIectrics-1nternal charge distribution”石开究表明，其主要是由于入射电子能谱不同，材料内部的电场强度存在差别导致了地面试验和空间在轨实际情况的差别。当一束能量为数十keV的单能电子束照射到金属靶时，将会有20% 30%的电子被散射，剩下的部分电子将穿透金属或停留在金属内不同的位置。如果金属的厚度足够薄，部分电子将完全穿透金属并产生能量衰减。因此，利用这个现象可将单能电子束变成连续能谱的电子束。因此，为了准确评价带电效应，有必要发展一种更接近空间实际环境的、连续能谱的电子源。
发明内容
本发明提供了一种连续能谱电子源的制造装置，具体为在电子枪下施加一个电子束散射薄膜，电子枪产生的电子在穿过薄膜后发生散射和能量损失过程，将单能电子束变为连续能谱的电子束。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种连续能谱电子源的制造装置，所述装置为在电子枪下施加一个圆形的电子束散射薄膜，薄膜一面镀有同心银环，另一面镀有铝层，电子枪发射端与薄膜镀有同心银环的一面相对，所述薄膜为聚酰亚胺(Kapton)薄膜。
优选所述同心银环为一层或一层以上，在同一个银环的不同层之间，宽度从下往上依次递减。
优选在铝盘上开设通孔，在通孔中安装所述电子束散射薄膜，并将铝盘安装在单能电子枪的外加速栅极正下方，电子枪发射端与同心银环的中心相对，同时将铝盘接地。
优选所述铝盘上开设通孔的直径为50mm，所述电子枪发射端到电子束散射薄膜的距离为50_。
优选所述Kapton薄膜直径为50mm,厚7.5μ ηι;招层厚IOOnm ;所述同心银环宽10mm，厚0.2μπι，相邻两同心银环之间的距离为1mm，与薄膜相接触的同心银环宽度为IOmm0[0011]优选所述电子枪包括正电极、负电极、灯丝、陶瓷环、加速极和球面金属网；其中，正负电极位于电子枪顶部，并在正负电极之间安装灯丝；通过陶瓷环将连有灯丝的正负电极与加速极固定连接，加速极下方固定球面金属网，使灯丝发射的电子束依次通过陶瓷环、加速极和球面金属网后射出；
优选所述电子枪辐射的电子束能量为O 50KeV，束流密度为InA/cm2 20 μ A/cm2 ；
实际使用时，将装有所述电子束散射薄膜的铝盘和电子枪安装在真空室内，通过导线将铝盘接地；给真空室抽真空至10_4Pa，开启电子枪，使电子枪发射单能电子束，所述单能电子束穿过电子束散射薄膜后，得到具有连续能谱的电子束。
有益效果
本发明提供了一种连续能谱电子源的制造方法，将电子枪发射的单能电子束能谱变为具有连续能谱的电子束，能够比较真实的模拟空间电子环境，适用于卫星表面充放电实验的使用。
图1为本发明所述的电子束散射薄膜和电子枪的结构示意图。
图2为电子束散射薄膜的俯视图。
图3为电子束散射薄膜的剖面图。
图4为实施例得到的电子枪的能量与电流密度的关系曲线图。
其中，1-正电极、2-负 电极、3-灯丝、4-陶瓷环、5-加速极、6_球面金属网、7_装有电子束散射薄膜的铝盘、8-同心银环、9-Kapton薄膜。
具体实施方式
如图1所示的一种连续能谱电子源的制造装置，所述装置为在电子枪下施加一个电子束散射薄膜，所述薄膜为一面镀有铝层，另一面镀有同心银环8的Kapton薄膜9 ;
所述Kapton薄膜9直径为50mm,厚7.5 μ m ;招层厚IOOnm ;所述同心银环宽IOmm,厚0.2 μ m,相邻两同心银环8之间的距离为Imm ；
所述同心银环8为一层或一层以上，在同一银环的不同层之间，宽度从下往上依次递减，最下面一层的同心银环宽度为IOmm ；
在一块300 X 300mm的铝盘上开一个直径为50mm的孔，在孔上安装所述电子束散射薄膜，并将铝盘安装在单能电子枪的外加速栅极正下方，同时将铝盘接地。
所述电子枪包括正电极1、负电极2、灯丝3、陶瓷环4、加速极5和球面金属网6 ；其中，正负电极位于电子枪顶部，并在正负电极之间安装灯丝3 ;通过陶瓷环4将连有灯丝3的正负电极与加速极5固定连接，加速极5下方固定球面金属网6，使灯丝3发射的电子束依次通过陶瓷环4、加速极5和球面金属网6后射出；电子枪发射端到电子束散射薄膜的距离为50mm。
所述装置的装配过程如下:
单能电子枪制作:电子枪制作材料为黄铜，分上下两部分。上部分为电子枪阴极，圆柱形结构，中空，内部放置电子枪灯丝3，灯丝3 —端与阴极连接，另一端为辅助极，通过陶瓷环4从阴极连出并与阴极绝缘。阴极下底开口，使灯丝3发射的电子流可以从中间的开口处射出。电子枪下部为环状结构的加速极5，加速极5下部接球面金属网6。电子枪上下两部分通过陶瓷环4连接。使用过程中，给电子枪的加速栅极施加O 50KeV的高压，并且保持发射的单能电子束的束流密度范围为InA/cm2 20 μ A/cm2。
散射薄膜制作:在一块300X300mm铝盘上开一个50mm直径的孔，在孔上安装
7.5 μ m厚的镀银Kapton薄膜9，并将装有电子束散射薄膜的铝盘7安装在单能的电子枪的外加速栅极正下方50mm处。为了使产生的电子束能谱更接近实际的GEO空间电子环境，需在7.5 μ m厚的铝化Kapton上镀银膜，镀银工艺采用溅射镀膜法，镀银的形状为IOmm宽
0.2μπι厚的银条纹，条纹完全采用叠加的覆盖方式，每个条纹之间的间距为1mm，其结构如图2所示。因此，0.4μπι厚和0.2 μ m厚的银条纹分别覆盖了 75%和17%的散射薄膜的总面积，剩下的8%的面积为锻招的Kapton基底。
电子枪的束流和能量监测:采用法拉第筒和阻滞势分析仪相结合的方法对电子枪的能谱和束流密度进行监测，监测结果如图4所示，说明将电子枪发射的单能电子束能谱变为具有连续能谱的电子束。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 ·
权利要求
1.一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述装置为在电子枪下施加一个圆形的电子束散射薄膜，薄膜一面镀有同心银环(8)，另一面镀有铝层，电子枪发射端与薄膜镀有同心银环(8)的一面相对，所述薄膜为Kapton薄膜(9)。
2.根据权利要求
1所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述同心银环(8)为一层或一层以上，在同一个银环的不同层之间，宽度从下往上依次递减。
3.根据权利要求
1或2所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:在铝盘上开设通孔，在通孔中安装所述电子束散射薄膜，并将铝盘安装在单能电子枪的外加速栅极正下方，电子枪发射端与同心银环(8)的中心相对，同时将铝盘接地。
4.根据权利要求
3所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述铝盘上开设通孔的直径为50mm，所述电子枪发射端到电子束散射薄膜的距离为50mm。
5.根据权利要求
1或2所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述Kapton薄膜(9)直径为50mm,厚7.5 μ m ;招层厚IOOnm ;所述同心银环宽IOmm,厚0.2 μ m,相邻两同心银环(8)之间的距离为1mm，与薄膜(9)相接触的同心银环宽度为10mm。
6.根据权利要求
1所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述电子枪包括正电极(I)、负电极(2)、灯丝(3)、陶瓷环(4)、加速极(5)和球面金属网(6);其中，正负电极位于电子枪顶部，并在正负电极之间安装灯丝(3);通过陶瓷环(4)将连有灯丝(3)的正负电极与加速极(5 )固定连接,加速极(5 )下方固定球面金属网(6 ),使灯丝(3 )发射的电子束依次通过陶瓷环(4 )、加速极(5 )和球面金属网(6 )后射出。
7.根据权利要求
6所述的一种连续能谱电子源的制造装置，其特征在于:所述电子枪辐射的电子束能量为O 50KeV ，束流密度为InA/cm2 20 μ A/cm2。
专利摘要
本发明涉及一种连续能谱电子源的制造装置，属于空间应用技术领域：
。所述装置为在电子枪下施加一个电子束散射薄膜，所述薄膜为一面镀有铝层，另一面镀有同心银环的Kapton薄膜；实际使用时，将装有所述电子束散射薄膜的铝盘和电子枪安装在真空室内，通过导线将铝盘接地；给真空室抽真空至10-4Pa，开启电子枪，使电子枪发射单能电子束，所述单能电子束穿过电子束散射薄膜后，得到具有连续能谱的电子束。能够比较真实的模拟空间电子环境，适用于卫星表面充放电实验的使用。
文档编号G21K1/10GKCN103226986SQ201310145194
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月24日
发明者汤道坦, 李得天, 杨生胜, 秦晓刚, 李存惠, 柳青 申请人:兰州空间技术物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan