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电子枪讲座 2008.04. 目绿 一. 工业电子加速器对电子枪的要求 二. 电子枪阴极材料 三. 电子枪阴极结构 四. 阳极电压和孔径 五. 电子枪的加工工艺 电子枪 一. 工业电子加速器对电子枪的要求 1. 电子枪是加速器的重要部件(见图示) 强流电子枪----束流大于10mA. 弱流电子枪----束流小于20uA 2. 加速器对电子枪的要求: 电子流强----10---几百毫安.属于强流电子枪. 工作寿命----上万小时. 亮度---- 束流不稳定度----小于百分之五. 强电场中工作----5千伏以上. 真空系统要暴露大气. 价格适宜. 3. 电子枪结构----二极管(见图示) 主要部件三个:阴极.阳极和聚束极. 二. 电子枪阴极材料 1. 阴极主要参量 工作温度 发射电流密度(比发射) 发射电子流大小 加热比功率 阴极发射效率 阴极寿命 2. 纯金属热阴极的条件 逸出功尽可能小 熔点要高 在工作温度下蒸发率要小 必须具有适当的机械性能 应当较易获得,并且价格较低 基本符合上述要求的金属只有:钨.铼.钽.钧.尼等五种. 3. 电子枪的二种阴极材料 钨----纯金属热阴极材料中最好的 六硼化镧----是稀土和硷土金属的氧化物.硼化物.碳化 物.和氮化物中发射性能最好的,比钨阴极的发射性能高一个数量级. 其他阴极材料----薄膜阴极.厚涂层阴极.金属陶瓷阴极等都不适用于工业加速器. 4. 钨阴极特性 工作温度----2450---2650k 逸出功----4.52ev 直流发射电流----0.3---0.7安/平方厘米 加热比功率----70---84瓦/平方厘米 亮度----10000A/平方厘米x立体角瓣度 寿命----2000---3000小时(直径降致百分之九十) 耐高压作用的性能----好 中毒后恢复性能----好 缺点: 加工有一定难度----延展性不甚好,化学稳定性差,特别易与水蒸汽 作用. 5.六硼化谰阴极特性 工作温度----1500—1600C,熔点2400C, 发射能力:1600C时可支取65安平方厘米,在1680C时可支取100 安/平方厘米. 工作寿命----在支取10---20安/平方厘米时,寿命可长达几千小时,在支取50---100安/平方厘米时,寿命可达几百小时. 逸出功----2.66ev 亮度----106安/平方厘米x立体角弧度(比钨阴极高几十倍) 缺点:六硼化谰在高温下对大多数金属有腐蚀作用,只有铼可以避免腐蚀. 在大电流密度范围内.六硼化镧的发射性能优于所有常用难熔热电子发射材料.见图示. 在六硼化谰晶体中,镧原子构成简单的立方晶格,体积小的硼原子形成三维框架将体积大的镧原子包围在框架中.立万体的每一个顶点上都有一个由硼原子框架形成的八面体,八面体又以顶点互相连接.每个硼原子与5个硼原子相邻,四个在自身的八面体内,另一个位于立方体主轴之一的方向上,因此给出了配位数为5的同极晶格结构.硼原子形成键时,不足电子数由金属镧原子供给,镧的价电子数为3,参与成键的电子数为2,因此,晶体中有自由电子存在.这就使得六硼化澜具有金属的导电性和导热性,而且与金属一样,电阻率的温度系数为正值. 硼原子之间的强大键合力导致了六硼化谰具有非金属难熔化合物的特点:熔点高硬度大.化学稳定牲好和蒸发率低. 六硼化谰有一个致命的弱点,在高温下,几乎与所有难熔金属要发生化学反应.这是由于在高温下,体积小的硼原子要向这些基金属晶格中扩散,形成填隙式化合物,致使硼的三维框架崩溃, 谰原子蒸发,使六硼化谰”中毒”. 石墨和难熔金属的碳化物与六硼化澜接触,在高温下能阻止硼的扩散,能保证阴极长时间稳定正常工作. 金属铼具有六角密排结构,它不容许碳化物和硼化物在它上面形成.因此,对于六硼化谰阴极来说,铼是一种良好的基本材料.铼的熔点高达3452k. 三. 电子枪阴极结构 1. 钨阴极结构 直热式--- 结构与束流大小有关--