六硼化镧电子枪的电子束能量分散度

一、引言六硼化镧阴极电子枪热发射电子束的能量分散度决定于热初速零散、布希(Boersh)效应和仪器加速电压的稳定度等。当仪器加速电压的稳定度足够高时,电子束的能量分散度主要决定于热初速零散和布希效应。我们用JEM—100CX透射电子显微镜所附带的电子能量分析器,测试了中国科学院北京科学仪器厂生产的六硼化镧阴极电子枪发射电子束的能量分散度,结果是2电子伏。     

回旋管中的热效应和电极位移对电子枪阳极电性能的影响

为回旋管放大器设计了运用于温度限制区的磁控注入电子枪。采用一系列电子枪阳极区的计算机模型,以确定一些热特性和结构特性。计算了这些特性对电子注能量、速度分布和温度的影响。由热分析得到了137个结点的稳态温度。由于热引起的机械膨胀在轴向上为0.20％,径向上为0.82％。利用三度座标系统对373个单元的应力进行了数字测定。阴极热子的预热特性为:输入功率为9瓦时,在500秒时间内可使阴极发射体温度达到1068℃。电子发射所造成的阴极冷却效应使所需的稳态热子输入功率增加11％(对于1068℃的发射体温度)。确定了机械变形对电子注参量的影响。为了能画出电子枪阳极区的电子轨迹,采用了二维的计算机模拟方法。     

基于热阴极的相对论返波管电子枪设计

近年来热阴极特别是钪系阴极得到充分发展,有望成为高功率微波的电子源。提出一种基于热阴极的新型“面包圈”式电子枪模型,以此电子枪作为相对论返波管的环形电子束发射源。通过仿真软件CST PARTICLE STUDIO对模型进行仿真验证,所得电子枪发射电流为786 A,阴极发射电流密度为30 A/cm2,电子束密度为305 A/cm2,电子通过率为99.9%。最后对热阴极在高功率微波器件中的应用进行了初步探索。     

回旋行波管高质量阴极及电子枪研究

回旋行波管对回旋电子注参数（纵横速度比、速度零散等）非常敏感,实验中需进行电子参数调节,高质量电子枪研制是整管设计核心之一。基于理论分析、结构分析及热分析等对回旋行波管电子枪进行改进设计,对阴极、热子进行优化设计,研发的电子枪速度零散＜2%,优于国际报道的3%。项目在热分析和形变分析基础上,改进了阴极结构及制备工艺,显著提高了热子加热效率,将阴极加热功率从100W降低至50W左右,提升了阴极发射的均匀性和稳定性,10%工作比下长时间工作稳定、可靠,有效保障了阴极寿命,新研电子枪在Ka频段回旋行波管装管实验,脉冲功率100kW,平均功率10kW,连续工作稳定、可靠。     

电极零件的卷边与极间高压击穿

电子束管是电真空器件的一种,它通常由抽成真空的玻壳及封入其中的电子枪构成。作为管芯的电子枪是电子束管的心脏,无论是那种类型的电子束管都缺少不了电子枪。电子枪是由阴极发射透镜、预聚焦透镜、主聚焦透镜、偏转棱镜等一系列电子透镜依次组合装配而成的电子光学系统。轴对称静电式电子透镜,均是由馈以不同直流电压的圆筒型电极零件按不同间隙装架而成。除掉阴极、调制极外,各个     

D波段行波管电子光学系统设计

提出一种用于D波段行波管的电子光学系统设计方案,包括电子枪和永磁聚焦系统,并进行了验证。电子枪采用经典皮尔斯电子枪结构,阴极发射面的外层设置阴极套壳,抑制阴极边缘杂散发射;采用圆柱形控制极替代锥形控制极,同时在聚焦极加负偏压,调节电子注的压缩状态。所设计电子枪工作电压为19 kV,提供电子注电流57 mA,注腰半径为0.068 mm,射程为14.9 mm。为在半径0.15 mm的电子通道中稳定地聚焦和传输电子注,永磁聚焦系统采用周期永磁聚焦系统。峰值磁场为布里渊磁场的2.9倍,增加了电子注刚性。模拟结果显示,传输的电子注最大波动半径小于0.1 mm。按所设计的电子光学系统加工组装了试验流通短管,测试结果显示电子注电流为49.83 mA,收集极电流为49.6 mA,对应电子注流通率达到99.5%,实现了设计目标。     

3mm回旋行波放大器单阳极磁控注入式电子枪的设计

该文根据3mm回旋行波放大器对电子枪的要求,完成了单阳极磁控注入式电子枪的设计。首先由绝热理论和角动量守恒关系式,求出了电子枪的初始设计参数,如阴极倾角、电子注发射表面宽度和阴-阳极间距离等;然后借助电子注轨迹分析程序EGUN,利用数值计算的方法得到了最终的电子注参数。结果显示:在电子注加速电压70kV,工作电流4.55A,电子注的横向与纵向速度比为1.0时,电子注的轴向速度零散为2.4%,能够满足回旋行波管放大器对电子注低速度零散的要求。     

辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。     

彩色显像管的三维分析

二维计算机模拟验证了彩色显像管电子枪设计中所使用的原理。用可变网络有限差分分析,画出了从阴极到屏幕中心的电子轨迹。在屏幕上,由边缘轨迹和电子束横截面上的电流分布得到了电子束斑的尺寸。把计算结果与三种显像管实测的结果进行比较表明,束斑的水平直径和垂直直径的纵横比一致程度在14％以内或更好。算出的束电流误差约10％。最佳聚焦电压的误差在200伏以内。     

28 GHz低速度离散回旋管电子枪三维电磁设计

磁控注入电子枪可以产生具有角向旋转速度分量的电子束,是回旋管的核心部件之一,其性能优劣直接决定了整管的系统性能。本文首先分析了两种典型的磁控注入电子枪结构,根据28 GHz回旋管互作用腔束-波互作用工作需求,设计了一种双阳极结构的电子枪。三维粒子仿真设计结果表明,在阴极电压40 kV、调制阳极电压18.2 kV、电流3.2 A的条件下,引导中心半径为3.2 mm,横纵速度比为1.5,横向速度离散达到了1.06%。与此同时,所设计的电子枪具有较大的工作区间,在横纵速度比为1.9时,横纵速度比离散依旧能够达到不高于5%的要求。     

Numerical computation of the emission current in electron guns

 A computer program for evaluating the emission current in electron guns has been developed, and good agreement between evaluations and experiments has been achieved. The computational model is based on the statistical theory of thermal electron emission, and the potential distribution in front of the cathode is equivalent to that of an infinite planar diode in which the longitudinal ther- mal velocity effect (LTVE)is taken into account. From the results evaluated by the computer for several different cases, the conclusions are shown as follows: 1. In cathode ray tube (CRT) guns, the LTVE must be taken into account. The emission current values estimated by the program are greater than those calculated by the 3/2 power law. The former values are closer to the measured values than the latter ones. 2. In high perveance guns, the LTVE is noticeable when the operating potentials are low, but this influence of the LTVE is much smaller than in CRT guns. 3. The LTVE becomes significant as the ratio of the saturated emission current density de- livered from the cathode to the actual emission current density increases, and remains unchanged when the ratio is beyond a certain value.     

一种电子枪分析设计

设计一种大功率轰击型六硼化镧电子枪。以传热学理论基础和重要结论为依据,得出能减小阴极电子枪热量损失的几个设计与材料选取原则。利用有限元法对轰击型六硼化镧电子枪阴极模型进行热模拟。依据模拟结果设计一种轰击型六硼化镧阴极电子枪,其发射面直径为2.0 mm,当加热功率为80.0 W时,阴极温度达到1 569℃所发射电子束束流密度达到5.55 A/cm2,并且发射稳定、束斑均匀、发散度小,反复暴露于大气后仍能正常工作。     

Influence of space charge on the Langmuir limit for focused electron beams

A theoretical investigation of the validity of Langmuir's expression for the limiting current density in a focused electron beam when space-charge forces are significant was carried out by computing the performance of a series of simple electron tubes, each consisting of a Pierce gun coupled by a thin lens to an equipotential drift space. The analyses show that, while the cathode current density and the peak current density in the spot are related, they are not directly proportional as stated in Langmuir's expression which, therefore, does not give an accurate prediction of the current density that can be obtained in the spot. The dimensions of the tubes were chosen such that this conclusion is also valid in the case of television picture tubes. It is also shown that thermal velocities have only a minor influence on the lens strengths required to focus beams, and that the focused spots havea Gaussian distribution of current density even though the emission density in a Pierce gun is uniform.     

高能辐照电子枪的研制

论述了高能辐照电子枪的设计，比较了热阴极和冷阴极的优缺点，实验指出了采用碳纳米管冷阴极的好处；利用电荷密度法求出电子枪的电位分布、计算了电子轨迹和靶面处电流密度分布的均匀性。     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.     

渍制钪酸盐钡钨阴极脉冲性能的研究

本文对渍制钪酸盐钡钨阴极的脉冲性能作了下述几方面的研究。(1)脉冲发射水平和逸出功分布;(2)脉冲运用下的电子初速分布;(3)脉冲工作比效应;(4)强场下的非常肖特基效应。 本阴极在Tk=850℃下能提供的脉冲发射电流密度大于20A/cm2;平均逸出功=1.7eV;发射的不均匀性与国外报道的M型阴极的相近;在脉冲运用下,电子速度的分散值低于氧化物阴极的。本阴极在场强高于1104V/cm时,出现非常肖特基效应,本文用S值来表征。本阴极的S值明显高于渍制铝酸盐钡钨阴极和L阴极的。造成非常肖特基效应的主要原因是表面逸出功不均匀。在脉冲工作比f=510-3410-2范围内,支取8.8A/cm2时,本阴极有良好的平坦f特性,所以适用于长脉冲、大功率毫米波器件。 最后结合国内外对这种阴极的表面分析结果,对本文的实验结果进行了讨论,这些讨论有助于阐明本阴极的发射机制。     

冷冻干燥法制取扩散阴极含钪活性物质

借助液相合成法中的冷冻干燥法,制备出了高发射扩散阴极所需的含钪多元金属氧化物活性物质,其中Ba与Sc的原子比接近2∶1。应用该活性物质的浸渍阴极,取得了超过500 A/cm;的二极管脉冲发射电流密度和218.5 A/cm;的电子枪脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件(950°C,10 A/cm;)下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5%)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm;的较大发射电流密度。冷冻干燥法有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的原料混合不可控、成分分布不均匀等问题,能够缩短工艺流程、节约工艺设备,有着良好的生产推广价值。     

Improved Computer Program for Magnetron Injection Gun Design

Gyrotron has received extensive attention owing to its high-power capability, especially when the wavelength shrinks below the millimeter-wave range. The electron beam of a gyrotron is typically generated by a magnetron injection gun (MIG). For high cathode current density, the MIG may operate in a region that combines temperature limited and space-charge limited emissions. An improved computer program for electron gun design is appropriate for MIGs that operate between space-charge limited and temperature limited emission. Moreover, the initial input formation of the program resembles that of the EGUN code. Analysis of a Pierce electron gun and MIGs reveals that the stimulated beam current appears consistent with the measured results. However, EGUN simulation results in which the cathode emitters of MIGs are chosen for the temperature limited emission differ from those of our simulation results. This difference is most likely owing to that the initial emitting energy can not be completely described in the EGUN simulation. Finally, the improved computer program is used to design a MIG for a Ka-band, TE₀₁ mode gyro-TWT.     

Ka波段高压缩比电子光学系统的分析与设计

微波电真空器件向高功率、高频率、宽频带、高效率和小型化方向发展,对电子光学系统的要求也日益增高。文中设计了工作于Ka 波段的扩展互作用速调管(Extended Interaction Klystron, EIK)高压缩比电子枪,利用二维仿真软件E-GUN 和三维仿真软件Opera-3D 对轴对称电子束在均匀永磁聚焦磁场内运动状态进行建模并仿真计算。相关结果表明,在阳极电压25 kV、注电流2.5 A、阴极面电流密度不超过12A/cm2 的条件下,面压缩比约为85,电子注以良好的刚性通过互作用区域。     

The design and performance of a magnetron-injection gun

The space-charge flow solutions described by Kino and others in connection with the crossed-field carcinotron gun can be generalized to form the basis of a magnetron-injection gun design suitable for the production of hollow electron beams. In the first part of the paper this generalization is described. From the resulting flow it is possible to determine by an approximate method the electrodes to produce a gun of desired perveance with nearly uniform current density at the cathode. This technique has been used to design guns having ratios of cathode length to a diameter considerably greater than unity. The close agreement between the results obtained on several experimental guns and the theoretical predictions is described, along with the effect of departures from the prescribed fields given by the design method.