專利名稱：電子直線加速器用電子槍的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子直線加速器使用的電子槍。
背景技術：
在中高能的醫用及工業用電子直線加速器中，常常要使用較大的電子束流，而產生電子的電子槍又是一個有壽命的重要部件，提高它的壽命是一個重要工作。根據使用的需要，對電子槍的要求是電子槍要可以大范圍內調節其輸出的電子束流，如從數毫安培到數百毫安培；要求電子槍的使用壽命長，如要達到數千高壓小時；要求電子槍使用到壽命期后可方便地現場拆卸并安裝新的電子槍。就這些要求，用六硼化鑭作為陰極的轟擊型二極電子槍是一種較好的選擇，它發射電子能力較大，壽命較長，常用在需要現場可拆卸電子槍的大型中高能的醫用及工業用電子直線加速器上。它的優點是發射電子量大，抗中毒性好，可暴露在大氣中操作。
迄今在中高能的醫用及工業用電子直線加速器上使用的電子槍，其核心部件是采用有鉭皮作基底材料的圓片型六硼化鑭陰極，此陰極被轟擊一面的鉭皮與六硼化鑭陰極塊的結合只是機械接觸，留有機械接觸的不良導熱的小空隙，可是在大束流使用情況下，由于小空隙的不良導熱作用，致使陰極1內六硼化鑭陰極塊要達到所需的溫度則要求基底材料鉭皮上的溫度要更高，從而導致陰極1被轟擊一面的鉭皮會產生局部過熱，鉭皮在非正常的高溫和六硼化鑭的微滲透雙重作用下而產生非正常變形，由于產生了更大的變形而使機械接觸的不良導熱的小空隙進一步變大，致使它們間的不良導熱作用更甚，如果還要保持被鉭皮包裹六硼化鑭陰極塊溫度不變，則上述的不良過程就會惡性循環，最終導致電子槍在常使用較大束流后使用壽命會非正常地縮短。
發明內容
1.發明目的本發明的目的在于針對上述現有技術存在的問題，研制一種使用壽命長，且能穩定工作的電子直線加速器用電子槍。
2.技術方案實現上述目的的電子直線加速器用電子槍，由電子槍機械結構和控制電路兩部分組成。其中電子槍機械結構的構成是在現有電子槍的基礎上，直接使用沒有基底材料包裹的六硼化鑭作為陰極，因此其總體構成與現有電子槍的機械結構相同，其主要部件的構成是，無基底材料鉭皮包裹的圓片型六硼化鑭陰極裝于電子槍聚焦電極內，電子槍陽極裝于安裝法蘭內，與電子槍燈絲及陰極接線柱相聯的包括槍燈絲在內的電子槍燈絲組件聚焦筒固定在支架上，支架安裝在固定于安裝法蘭上的陶瓷筒外殼上；控制電路的組成是，交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器與電子槍燈絲組件聚焦筒內的燈絲相連，陰極轟擊高壓穩壓電源通過高壓脈沖變壓器次級雙繞組線圈分別連于聚焦筒內的電子槍燈絲及無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，其特點是，在控制電路中還增設了一個負反饋控制電路，即在與電子槍燈絲相連的高壓脈沖變壓器次級繞組線圈與陰極轟擊高壓穩壓電源之間串聯一個取樣電阻，取樣電阻負端通過陰極轟擊電流設定電壓連于直流放大器正輸入端，取樣電阻的正端直接連于直流放大器負輸入端，直流放大器的輸出端連于串聯在交流電源的一根輸出線上的電壓控制交流調相調壓模塊。
3.有益效果本發明在電子直線加速器工作于中、大電子束流時，由于使用了無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭作為陰極，轟擊功率就直接作用于六硼化鑭陰極，電能轉換成熱能的效率高，不會產生由于導熱問題帶來的局部過熱現象，使電子槍的使用壽命在電子直線加速器工作于中、大電子束流時與工作于較小束流時相同，從而延長了電子槍的使用壽命。然而由于采用了無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，使得從燈絲發射出來的電子流以所需的功率直接轟擊到陰極上，而一般六硼化鑭陰極的工作溫度是1400度左右，在這樣的高溫下，物質都會微量升華，六硼化鑭也不例外，它也會粘黏到炙熱的燈絲上，同時微量的六硼化鑭在粘黏到炙熱的燈絲上后，也會又升華出去，這是一個隨機過程，很不穩定。由六硼化鑭陰極的特性可知，六硼化鑭表面的電子逸出功大大低于金屬鎢，所以這樣的過程會使燈絲發射的轟擊電流趨于不穩定，即使用同樣燈絲功率，可轟擊電流有時會相差幾倍，正是由于本發明的電子槍帶有一個由陰極轟擊電流的取樣電阻上的電壓來控制的負反饋過程，從而可以在負反饋電控裝置的作用下矯正趨于不穩定的轟擊電流，克服了由于去除了陰極基底材料帶來的負面影響，使本發明達到既能克服現有技術中非正常的壽命縮短問題，又能使電子槍穩定工作。通過設定值的調節，加速器所需的束流越大，轟擊功率就可越大，轟擊功率越大陰極的溫度越高，陰極上發射出的熱電子流越大，反之亦然。
四
圖1，電子直線加速器用電子槍機械結構示意圖。
圖2，無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極結構示意圖。
圖3，電子直線加速器用電子槍機械結構與控制電路原理示意圖。
圖4，電子直線加速器用電子槍機械結構與控制電路實施例示意1中的標號名稱1無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，2電子槍聚焦電極，3電子槍陽極，4電子槍燈絲組件聚焦筒，5安裝法蘭，6支架，7燈絲及陰極接線柱，8陶瓷筒外殼。
圖2中的標號名稱1-1圓片形六硼化鑭陰極，1-2鉭支撐架。
圖3與圖4中的標號及符號名稱其中1～8的標號名稱與圖1中的標號名稱一致，T1高壓隔離燈絲變壓器，T2高壓脈沖變壓器，R取樣電阻，P1陰極轟擊高壓穩壓電源，A1電壓控制交流調相調壓模塊，A2直流放大器，Uf負反饋取樣電壓，Ug陰極轟擊電流設定電壓，Ud直流放大器輸入電壓，Uo直流放大器輸出電壓，C1、C2平衡電容，R1～R6電阻。
五具體實施例方式
根據附圖敘述本發明的具體實施方式
。由圖1可知，本發明的電子直線加速器用電子槍的機械結構是，六硼化鑭陰極1裝于電子槍聚焦電極2內，電子槍陽極3固定在安裝法蘭5內，與燈絲及陰極接線柱7相連的包括燈絲在內的電子槍燈絲組件聚焦筒4固定在支架6上，支架6安裝在固定于安裝法蘭5上的陶瓷筒外殼8上；本發明電子槍的機械結構與現有技術不同的是，六硼化鑭陰極1采用如圖2所示的無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，圖2中的1-1為圓片形六硼化鑭陰極，1-2為鉭支撐架。
圖3是本發明的電子直線加速器用電子槍的機械結構與控制電路原理示意圖，圖3中的標號及名稱1～8與圖1中的標號1～8完全一致，1～8的部分是圖1的簡化結構示意圖。圖3中的控制電路部分的組成是，220伏交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器T1與電子槍燈絲組件聚焦筒4內的電子槍燈絲相連，電子槍陰極轟擊高壓穩壓電源P1的負輸出端通過取樣電阻R和電子槍高壓脈沖變壓器T2次級繞組的一個線圈連于聚焦筒4內的槍燈絲，陰極轟擊高壓穩壓電源P1的正輸出端通過電子槍高壓脈沖變壓器T2次級另一個繞組線圈連于無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極1。負反饋控制電路的組成是，在陰極轟擊高壓穩壓電源P1的負輸出端串聯一個取樣電阻R，取樣電阻R的負端通過陰極轟擊電流設定電壓Ug連于直流放大器A2正輸入端，而取樣電阻R的正端直接連于直流放大器A2負輸入端，直流放大器A2的輸出端連于串聯在交流電的一根輸出線上的電壓控制交流調相調壓模塊A1，可采用的型號為EUV-10A-II模塊。
圖4是圖3的具體實施例圖，圖中的標號及符號名稱與圖3一致，虛線框圖內為直流放大器A2，它由運算放大器U1組成的反相器和運算放大器U2組成反相加法放大器二部分組成，在運算放大器U1組成的反相器中，R1是輸入電阻；R2是反饋電阻；運算放大器U1、U2由±12V電源供電。在運算放大器U2組成的反相加法放大器中，R5是正極性電壓輸入電阻；R3是負極性電壓輸入電阻，也是陰極轟擊電流設定值電壓輸入電阻；R4是反相加法放大器中的反饋電阻；Z1是反相加法放大器輸出電壓的限幅半導體穩壓二極管；R6是反相加法放大器輸出電阻。圖中的Ug為陰極轟擊電流設定電壓電位器。運算放大器U1與U2可采用LM741運算放大器。
本發明具體實施例的工作過程是交流電220V通過電壓控制交流調相調壓模塊A1經高壓隔離燈絲變壓器T1的134降壓加到電子槍燈絲，讓電子槍的燈絲4加熱，使之有能力發射熱電子。電子槍陰極轟擊高壓穩壓電源P1的直流1200伏電壓通過電子槍高壓脈沖變壓器T2的雙繞組線圈加到燈絲4和陰極1之間，-15KV脈沖高壓輸入電子槍高壓脈沖變壓器T2的初級繞組，這時電子槍燈絲4發射的電子流在轟擊高壓的作用下從燈絲4直接向六硼化鑭陰極1轟擊，轟擊六硼化鑭陰極1的功率是轟擊高壓乘以電子槍燈絲4發射的電子電流，轟擊六硼化鑭陰極1的功率使六硼化鑭陰極1加熱，在電子槍高壓脈沖變壓器T2的次級雙繞組線圈輸出有-60KV脈沖高壓，這樣被轟擊加熱的六硼化鑭陰極1就向電子直線加速器中發射電子。從燈絲4發射出來的電子流以所需的功率轟擊到陰極1使六硼化鑭陰極1的工作溫度達到1400度左右，在這樣的高溫下，物質都會微量升華，六硼化鑭也不例外，它也會粘黏到炙熱的燈絲上，同時微量的六硼化鑭在粘黏到炙熱的燈絲上后，也會又升華出去，這是一個隨機過程，很不穩定。由六硼化鑭陰極的特性可知，六硼化鑭表面的電子逸出功大大低于金屬鎢，所以這樣的過程會使燈絲發射的轟擊電流趨于不穩定，即使用同樣的燈絲功率，轟擊電流有時會相差幾倍，轟擊電流就是電子槍陰極轟擊高壓穩壓電源P1的電流，流經陰極轟擊電流的取樣電阻R得到代表轟擊電流的負電壓信號-Uf，此信號由運算放大器U1組成的反相器反相后得到輸出正的代表轟擊電流的電壓信號Uf，同時所需要的穩定的轟擊電流設定值由陰極轟擊電流設定電位器Ug設定所代表的電壓-Ud，這二個信號分別同時送入由運算放大器U2組成的反相加法放大器輸入端，放大倍數為K，實際上進行-K(-Ud+Uf)的運算放大，其中的穩壓晶體管Z1限制反相加法放大器的輸出電壓不大于+5V，反相加法放大器的輸出電壓Uo控制控制交流調相調壓模塊A1內的導通程度，來控制電子槍的燈絲4加熱，從而控制電子槍燈絲4發射的電子電流即轟擊電流，這實際上是穩定轟擊電流的負反饋控制，用控制燈絲4的功率的方法來控制要趨于不穩定的轟擊電流。用本發明的電子槍和配套控制裝置，克服了現有技術中的缺點。
權利要求
1.一種電子直線加速器用電子槍，包括電子槍機械結構和控制電路，電子槍機械結構是，六硼化鑭陰極(1)裝于電子槍聚焦電極(2)內，電子槍陽極(3)固定在安裝法蘭(5)內，與燈絲及陰極接線柱(7)相連的包括槍燈絲在內的電子槍燈絲組件聚焦筒(4)固定在支架(6)上，支架(6)安裝在固定于安裝法蘭(5)上的陶瓷筒外殼(8)上；控制電路的組成是，交流電源通過高壓隔離燈絲變壓器(T1)與電子槍燈絲組件聚焦筒(4)內的燈絲相連，陰極轟擊高壓穩壓電源(P1)的負輸出端通過取樣電阻(R)和高壓脈沖變壓器(T2)次級繞組的一個線圈連于電子槍燈絲組件聚焦筒(4)內的電子槍燈絲，陰極轟擊高壓穩壓電源(P1)的正輸出端通過高壓脈沖變壓器(T2)次級繞組的另一線圈連于六硼化鑭陰極(1)，其特征在于，六硼化鑭陰極(1)為無基底材料鉭皮包裹的圓片形六硼化鑭陰極，控制電路中還包含為了穩定陰極轟擊功率而設的負反饋控制電路。
2.根據權利要求1所述的一種電子直線加速器用電子槍，其特征在于，負反饋控制電路是在陰極轟擊高壓穩壓電源(P1)的負輸出端串聯一個取樣電阻(R)，取樣電阻(R)負端通過陰極轟擊電流設定電壓(Ug)連于直流放大器(A2)正輸入端，而取樣電阻(R)正端直接連于直流放大器(A2)負輸入端，直流放大器(A2)的輸出端連于串聯在交流電源的一根輸出線上的電壓控制交流調相調壓模塊(A1)。
全文摘要
本發明公開了一種電子直線加速器用電子槍，它包括電子槍機械結構和控制電路兩部分，電子槍機械結構主要由無鉭皮作基底材料的六硼化鑭陰極(1)、電子槍聚焦電極(2)、電子槍陽極(3)、電子槍燈絲組件聚焦筒(4)、電子槍安裝法蘭(5)、支架(6)、燈絲及陰極接線柱(7)和電子槍陶瓷筒外殼(8)等部件組成，控制電路包括高壓隔離燈絲變壓器(T1)、陰極轟擊高壓穩壓電源(P1)、高壓脈沖變壓器(T2)，還包括由取樣電阻(R)、陰極轟擊電流設定電壓(Ug)、直流放大器(A2)和電壓控制交流調相調壓模塊(A1)所組成的負反饋控制電路。用本發明的電子槍和配套控制裝置，能克服陰極轟擊功率不穩定的問題，能延長電子槍的使用壽命。
文檔編號H05H7/00GK1547426SQ20031011261
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月12日 優先權日2003年12月12日
發明者趙明華 申請人:南京大學