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  hhmiqgood 2010-11-25 00:00:00

  電子槍一般有下面幾種，工作原理如下： 1、二極槍工作原理 在電子槍陰極附近發(fā)生的物理過程與電子二極管中所發(fā)生的物理過程非常類似。大家知道，在二極管中電流的流通，是由陰極發(fā)射的電子的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。若在二極管的陰極與陽極之間加上一定的正向電壓Ua，陰極逐漸加熱（逐漸增大燈絲的加熱電壓Uf），記錄相應(yīng)的陽極電流Ia，可得到一條Ia/Uf關(guān)系曲線。改變Ua可得到另一條IaUf關(guān)系曲線。當(dāng)Uf比較低時(shí)，即陰極溫度較低時(shí)，陽極電流Ia隨著加熱電壓的增大而增長很快。當(dāng)Uf超過某一數(shù)值時(shí)，陽極電流Ia不隨燈絲加熱電壓Uf的增大而增大，若繼續(xù)提高Uf對陽極電流的增大并無好處。我們知道，在一定的陰極溫度下，陰極有一定的發(fā)射電流，陰極溫度愈高，則發(fā)射電流愈大。當(dāng)陰極溫度足夠高時(shí)，繼續(xù)陰極溫度（此時(shí)陰極的發(fā)射電流仍在增大）而陽極電流不變，這表明此時(shí)陰極發(fā)射的電流沒有能全部到達(dá)陽極。考察不同的Ua所對應(yīng)的不同曲線，情況都是一樣。因?yàn)槎O管的陰陽極之間加有正向電壓Ua，因此陰陽極間會形成一定的電場分布，在陰極未加熱時(shí)，該電場分布是穩(wěn)定的。當(dāng)陰極加熱后，陰極開始發(fā)射電子，電子在Ua的作用下飛向陽極。由于有空間電荷的存在，陰陽極之間每一點(diǎn)的電位都要下降，當(dāng)陰極溫度不太高，發(fā)射的電子不太多時(shí)，陰陽極之間仍為加速場，電子在此電場作用下都能到達(dá)陽極。隨著陰極發(fā)射電子的增多，陰陽極表面電位梯度的變化是不同的，因?yàn)殛帢O表面的電子除了受陽極加速電場的吸引外，還受到前面空間電荷的排斥作用，因此電子所受到的力較沒有空間電荷時(shí)小，即電位梯度減小；而在陽極表面的電子除了受陽極加速電場的吸引外，還受到后面空間電荷的推力，所以電位梯度增大。若繼續(xù)提高陰極的溫度，空間電荷的密度繼續(xù)增加，由于空間電荷的作用，將使陰極表面的電位梯度下降為零，此時(shí)空間電荷在陰極表面產(chǎn)生的電場恰好等于加速場，但方向相反，陰極表面不再受電場力作用。大家知道，電子自陰極逸出要具有一定的初速度，即使陰極表面電位梯度下降至零，繼續(xù)提高陰極溫度，空間電荷密度仍能增大，這時(shí)，陰極表面電位梯度變?yōu)樨?fù)值。即在陰極附近空間電荷產(chǎn)生的電場大于陽極電壓Ua產(chǎn)生的加速場。 從陰極發(fā)射出來的電子，具有不同的初速度。只有初始動能大于Z低電位位能的電子，才能克服陰極表面附近的負(fù)電場而越過Z低電位，進(jìn)入加速場飛向陽極；而那些初始動能比較小的電子，在空間電荷的作用下又返回了陰極。在平衡狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)跑向陽極的電子數(shù)加上返回陰極的電子數(shù)，等于陰極發(fā)射進(jìn)入空間的電子數(shù)。繼續(xù)陰極溫度，則陰極發(fā)射增加，空間電荷密度也增加，這等于加強(qiáng)了陰極表面附近的負(fù)電場，受負(fù)電位作用返回陰極的電子數(shù)增多，而跑到陽極的電子數(shù)卻增加微少。 在陰極加熱溫度低時(shí)，陰極發(fā)射的電子都可以到達(dá)陽極，此時(shí)陽極電流取決于陰極發(fā)射溫度，稱為溫度限制。這種情況下，陰極加熱溫度的變化，對發(fā)射電流的影響很大。當(dāng)加熱電壓繼續(xù)加高，空間電荷效應(yīng)起主要作用，陽極電流受空間電荷限制。加速器的電子槍主要工作在空間電荷限制狀態(tài)下。 2、皮爾斯型電子槍的工作原理 目前世界各國電子直線加速器的電子槍，多數(shù)采用的是皮爾斯型電子槍，這種電子槍的光學(xué)系統(tǒng)主要包括陰極、陽極和聚焦極，有的加有柵控極，通常聚焦極的電位等于或接近陰極電位，陽極為地電位，陰極上加有負(fù)脈沖高壓。陰極和陽極構(gòu)成一個(gè)二極管，陰極受熱子（燈絲）加熱烘烤，熱子由交流電源供電，當(dāng)陰極加熱到一定溫度時(shí)，即有熱電子發(fā)射，在陰陽極間加速電壓的作用下，形成電子束飛向陽極。電子束受聚焦極作用朝著陽極孔飛行，Z終穿過陽極孔進(jìn)入加速系統(tǒng)。 3、柵控槍工作原理 隨著加速管的改進(jìn)，采用低壓注入的技術(shù)成為可能；同時(shí)現(xiàn)在的醫(yī)用加速器，根據(jù)放射ZL的需要，要求改變注電流達(dá)到既能出X射線，亦能出電子線的要求。這樣的電子槍陽極電壓可降到7-15KV，注流在200—1000ma的范圍內(nèi)變化。在出電子線時(shí)注流能逐漸降到很低的數(shù)值（醫(yī)用加速器工作在X線ZL和電子線ZL時(shí)對束流強(qiáng)度的要求差別甚大，相差百倍以上）。低壓注入技術(shù)的解決，為柵控槍的使用打下基礎(chǔ)。低壓槍可以大大縮小電子槍的尺寸，減低電極間絕緣瓷件耐壓的要求，減低了離子回轟陰極的能量，更重要的是電源的體積，重量以及效率可以大大提高。對于柵控槍的設(shè)計(jì)，人們一般是在二極槍設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)控制極(柵極)。當(dāng)柵極對陰極加上一個(gè)不大的負(fù)電壓(截止偏壓一Egc)時(shí)，使陰極發(fā)射截止；這相當(dāng)于在脈沖的間隙期停止放射，而脈沖的持續(xù)期控制極對陰極加上零或一個(gè)不大的正電壓，使陰極發(fā)射電子，通過對這個(gè)正電壓的調(diào)整，達(dá)到對電子注流的控制。而陽極對陰極的電壓，可以始終加上一個(gè)穩(wěn)定的直流高壓。顯然直流電源電壓的幅度穩(wěn)定，比高壓脈沖調(diào)制器的高壓脈沖幅度的穩(wěn)定容易得多。因而也減輕了對電源設(shè)計(jì)上的壓力。人們加設(shè)的控制極，通常有三種形式，它們的結(jié)構(gòu)形式在diyi部分已經(jīng)給出，它們的工作方式，現(xiàn)分別簡述如下：diyi種孔柵槍：它是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將二極槍的聚焦極與陰極絕緣開來，適當(dāng)修改聚焦極的設(shè)計(jì)，使其能在相對陰極而加的偏壓(-Ego)的值盡量低時(shí)情況下，實(shí)現(xiàn)電子注的截止。一般經(jīng)驗(yàn)是，當(dāng)P＜0.5微樸，槍壓縮比較小時(shí)，|—Ego|／Va可以在低于25％的情況下，實(shí)現(xiàn)孔柵槍設(shè)計(jì)。第二種針柵槍：它是在陰極的ZX安置一個(gè)與陰極絕緣而垂直于陰極面的小針，以此針為控制極，它的截止電壓，大致可以做到或稍低于孔柵槍的水平。但對針柵槍而言，其陰極、針柵極在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上較復(fù)雜，目前國內(nèi)較少使用，而俄羅斯在這方面技術(shù)較成熟，他們可以在針柵上復(fù)上一層反發(fā)射物質(zhì)，以降低柵發(fā)射。不過對于存在較強(qiáng)離子反轟的加速管采用此種控制極是否可行，有待實(shí)踐證明。第三種網(wǎng)柵槍，它是在二極槍中距陰極1％—3％的等位面上設(shè)置一柵網(wǎng)，當(dāng)柵網(wǎng)對陰極加上相當(dāng)于網(wǎng)在平面的電位時(shí)，并不大改變原二極槍的電位分布。這種柵的截止偏壓可以設(shè)計(jì)得很低。這將有利于柵控電源的制作。

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