專利名稱：適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子發射技術領域，特別涉及適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置。
背景技術：
固體材料二次電子發射的能力，通常用二次電子發射系數
J來表征。簡單地說，二次電子發射系數可定義為二次發射電子流與一次電子流&之
比。固體材料二次電子發射系數測試裝置是獲取其二次電子發射系數的有利工具，該工具的一個重要組成部分就是一次電子發射裝置。目前的一次電子發射由電子槍完成，即用電子槍產生定向運動的高速電子，發射出具有一定能量、一定流強、一定束流直徑和發射角的電子束流，該電子束的方向和強度可以控制，通常由熱陰極、控制電極和若干加速陽極等組成。電子槍的功能在于給出滿足要求的電子束，而電子槍的材料和工藝結構又必須考慮到加工和維修使用的方便。但現有電子槍只是單純的機械結構，存在許多缺陷，如沒有相應的控制電源，工作時不能實現隨時控制電子發射的通斷，出射電子束徑過大，及出射的電子能量難以調節寸。
發明內容鑒于目前上述相關研究領域的技術瓶頸，本實用新型提供一種適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，包括電子槍、電源和電源控制模塊；所述電子槍包括分別套裝在絕緣筒內且軸線重合并依次固定連接的熱陰極、調制極、加速極、一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述電源包括燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源； 所述電源控制模塊包括可編程控制器(以下簡稱PLC)和數字量模擬量轉換模塊(以下簡稱 D/A轉換模塊)；燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源分別與相應的熱陰極、調制極、加速極、一次聚焦腔和二次聚焦腔連接，以提供電壓；PLC通過D/A轉換模塊與燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源連接，用于控制各電源的電壓大小，繼而實現對電子槍的控制。所述一次聚焦腔包括依次連接的一次前聚焦極和一次后聚焦極，用于對通過了加速極的電子束進行一次聚焦，使絕大部分電子流可以從一次聚焦腔通過。一次前聚焦極和一次后聚集極均開有小孔，小孔軸線與電子入射方向重合。一次前聚焦極小孔孔徑為4 cm 5 cm, 一次后聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm。所述二次聚焦腔包括依次連接的二次前聚焦極、二次中聚焦極和二次后聚焦極， 用于對通過了加速極的電子束進行第二次聚焦，使通過了一次聚焦腔的電子束再次縮徑， 達到所需求的束徑值并沿電子槍軸線射出；二次前聚焦極、二次中聚焦極、二次后聚焦極均開有小孔，并且小孔軸線與電子入射方向重合。二次前聚焦極小孔孔徑為2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦極小孔孔徑為2 cm 3cm，二次后聚焦極小孔孔徑為1. 5 cm 2. 5 cm。所述熱陰極包括燈絲及罩在燈絲外面的小金屬圓筒，以得到均勻的一次電子束流和好的脈沖調制特性，所述小金屬圓筒外表面涂有一層硼化物，所述硼化物以六硼化鑭 LaB6為材料，以使陰極有較強的抗毒性，能夠多次使用，逸出功較小。所述調制極為套裝在熱陰極外側并且前端開有小孔的金屬圓筒，小孔孔徑略大于二次電子收集器的孔徑，電子可以從所述小孔中通過。所述加速極為開有小孔的圓筒，用于對電子流加速。本實用新型的電子發射裝置中的燈絲電源指標根據燈絲特性決定，具有較好的穩流特性，用以保證測試過程中恒定的電子束流。調制電源用于產生脈沖電子束流，脈寬一般選在10 μ S左右，電壓最大為50V。加速電源用于為加速極提供高壓，加速電壓在50V時也要保證出束光斑很小。整個電子發射裝置產生的電子束能量范圍為50eV 50keV。本實用新型的具體工作原理是當熱陰極中的燈絲中通入電流時，熱陰極受熱而發射電子，改變調制級的電壓可以控制通過調制極小孔的電子數目，通過調制電源電壓方向的改變，實現一次電子束的通斷控制，形成脈沖電子束，進入到加速極。穿過調制級小孔的電子束，在加速電壓的作用下， 加速向聚焦極運動。但是由于電荷同性相斥，電子束會逐漸散開。通過一次聚焦腔和二次聚焦腔的聚焦作用，使電子重新聚焦起來并交匯于一點，適當調節兩個聚焦極之間電位差的大小，便能使焦點在電子槍中軸線上，最終從電子槍發射出能量可調及的束徑極小的電子束。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點(1)本實用新型采用PLC隨時調整調制電壓的大小，以實現電子發射的通斷控制；(2)本實用新型設計了一次聚焦腔和二次聚焦腔，既使絕大部分從熱陰極發射出來的電子都能順利通過電子槍的同時，又使得電子槍出射電子流的束徑比傳統電子槍的更小；(3)本實用新型出射電子束的能量范圍更大，可達到50eV 50keV，遠優于傳統電子發射裝置。
圖1為本實用新型適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
實施例本實用新型的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，包括電子槍、電源和電源控制模塊。如圖1所示所述電子槍由分別套裝在絕緣筒10內且軸線重合的熱陰極1、調制極2、加速極3、一次聚焦腔6和二次聚焦腔11依次固定連接構成；所述電源包括燈絲電源、 調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源；所述電源控制模塊包括D/A轉換模塊與PLC ;PLC通過D/A轉換模塊與燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源連接。熱陰極包括燈絲及罩在燈絲外面的小金屬圓筒，小金屬圓筒外表面涂有一層 LaB6,以使陰極有較強的抗毒性，能夠多次使用。調制極為套裝在熱陰極外側并且前端開有小孔的金屬圓筒，電子從小孔中通過。加速極為開有小孔的圓筒，用于電子流加速。一次聚焦腔6包括均開有小孔的一次前聚焦極4和一次后聚焦極5，對通過了加速極的電子束進行初級聚焦，使絕大部分電子流可以從一次聚焦腔通過，一次前聚焦極和一次后聚焦極的小孔孔徑分別為4cm和3cm。二次聚焦腔11包括均開有小孔的二次前聚焦極 7、二次中聚焦極8和二次后聚焦極9，對通過加速極的電子束進行第二次聚焦，使通過一次聚焦腔的電子束再次縮徑，達到所需求的束徑值并沿電子槍軸線射出。二次前聚焦極7、二次中聚焦極8和二次后聚焦極9的小孔孔徑分別為3 cm,2. 5cm和1. 5 cm。燈絲電源與燈絲連接，用于加熱電子槍熱陰極，使其發射電子；調制電源與調制極連接，用于調節調制極的電位，以實現發射電子的通斷控制，脈寬一般選在IOys左右， 電壓最大為50V ；加速電源與加速極連接，用于加速從陰極發射出來的電子束，加速電壓在 50V時也要保證出束光斑很小；一次聚焦電源和二次聚焦電源分別與一次聚焦腔和二次聚焦腔連接，對加速后的電子束進行一次聚焦和二次聚焦，使得電子束通過整個電子槍后仍可保持極小的束徑。所述D/A轉換模塊與PLC連接，PLC為控制電源模塊的核心部件，通過 D/A轉換模塊FX2N-4DA實現對電子槍的控制。本實用新型的一次電子發射裝置在發射一次電子時，通過控制裝置來控制燈絲電源電壓并啟動，使電子槍熱陰極通電加熱后發射電子；然后還要設定調制電源放入電壓， 設定加速電源電壓，再分別設定一次聚焦電源電壓和二次聚焦電源電壓，使從熱陰極發射出來的電子處于正常發射狀態。整個一次電子發射裝置產生的電子束能量范圍為50eV 50keVo最后需要說明的是以上實施方式僅用以說明而非限制本實用新型的技術方案， 盡管參照上述實施方式對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和范圍的任何修改及局部替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍內。
權利要求1.適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，包括電子槍、電源和電源控制模塊；所述電子槍包括分別套裝在絕緣筒內且軸線重合并依次固定連接的熱陰極、調制極、加速極；所述電源包括燈絲電源、調制電源、加速電源；所述電源控制模塊包括可編程控制器；其特征在于所述電子槍還包括分別套裝在絕緣筒內并與加速極依次連接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述電源還包括一次聚焦電源和二次聚焦電源；燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源分別與對應的熱陰極、調制極、加速極、一次聚焦腔和二次聚焦腔連接；所述電源控制模塊還包括數字量模擬量轉換模塊，可編程控制器通過數字量模擬量轉換模塊與燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源連接。
2.根據權利要求1所述的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，其特征在于所述一次聚焦腔包括依次連接的一次前聚焦極和一次后聚焦極；一次前聚焦極和一次后聚集極均開有小孔，小孔軸線與電子槍電子入射方向重合。
3.根據權利要求2所述的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，其特征在于所述一次前聚焦極小孔孔徑為4 cm 5 cm，一次后聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm0
4.根據權利要求3所述的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，其特征在于所述二次聚焦腔包括依次連接的二次前聚焦極、二次中聚焦極和二次后聚焦極； 二次前聚焦極、二次中聚焦極、二次后聚焦極均開有小孔，并且小孔軸線與電子槍電子入射方向重合。
5.根據權利要求4所述的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置， 其特征在于所述二次前聚焦極小孔孔徑為2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm, 二次后聚焦極小孔孔徑為1.5 cm 2. 5 cm。
6.根據權利要求5所述的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，其特征在于所述熱陰極包括燈絲及罩在燈絲外面的小金屬圓筒，所述小金屬圓筒外表面涂覆有一層六硼化鑭。
專利摘要本實用新型的適用于二次電子發射系數智能測試的一次電子發射裝置，包括電子槍、電源和電源控制模塊；電子槍由分別套裝在絕緣筒內且軸線重合的熱陰極、調制極、加速極、一次聚焦腔和二次聚焦腔依次固定連接構成；電源包括燈絲電源、調制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源，并分別與熱陰極、調制極、加速極、一次聚焦腔和二次聚焦腔連接；電源控制模塊包括D/A轉換模塊與PLC；PLC通過D/A轉換模塊與電源連接，以實現對電源電壓的控制。本實用新型可實現隨時控制電子發射的通斷，保證發射的電子束徑在極小的范圍內，出射的電子能量可調節范圍大，是固體材料二次電子發射系數智能測試裝置的必要組成部分。
文檔編號H01J37/244GK202067762SQ20112015628
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者吳金成, 常天海, 常建, 梁添, 馬威 申請人:華南理工大學