[发明专利]用于真空电子器件的强流电子注能散测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微波真空器件的测试分析技术领域，具体涉及微波真空器件强流电子注纵向能散的测量系统与测量方法。

背景技术

传统的用于真空电子器件的强流电子注能散测量系统如图1和图2所示。图1是带有可加拒斥电压金属栅网的针孔法拉第筒结构的电子注能散测量系统的示意图。如图1所示，该系统包括一个法拉第筒，该法拉第筒包括构成筒身的外筒和位于外筒内部的电子收集筒。该法拉弟筒的筒口由一个圆形金属片封闭，并在该片中心上开有一个针孔。在该筒口的外缘套接有一个真空陶瓷绝缘环，在该真空陶瓷绝缘环上安装一个金属栅网，在该金属栅网上加载一个拒斥电压。电子注经由该加载了拒斥电压的金属栅网由所述针孔入射到法拉第筒内部的电子收集筒，通过电子收集筒的引线将微电流引出，再通过不同加载的拒斥电压和测到的微电流变化测出电子注的能散。

该测量系统存在的问题在于：其一，法拉第筒的结构尺寸很小，所能加载的拒斥电压也较低，所能检测的电子注能量仅为10kV以下，不能检测明显相对论效应的20kV～100kV左右的强流电子注；其二，该系统必须依附于三维X.Y扫描系统，它的高精度真空机械运动装置和操作过程都十分复杂；其三，该结构测出的能散分辨率很低，通常相对分辨率仅有5％～10％，因此远远不能满足向大功率、高电压发展的新型微波真空电子器件的发展要求。

图2所示是用于高能加速器的弱流电子注的基于二极铁磁偏转的测量电子注能散的系统的示意图，其中左图为附视图，右图为侧视图。由图2可见，该系统的电子注经由一束电子注通过入射到一个由二极铁电磁体产生的均匀磁场，从而产生偏转后击打在YAG上。该系统的能散相对分辨率可高达0.1％，但它的结构庞大复杂，用于加速器电子注能量在几兆电子伏数量级，但所能测电子注电流密度很低，即导流系数P小于等于0.01微朴以下，测量计算方法也复杂，需连续微调电子注电压，输出三至五组YAG记录的数据，再通过三维矩阵组用计算机专用程序算出相对分辨率和能散分布；此方法对微波真空电子器件而言，电子注电流密度大，导流系数通常在零点一至十几微朴的强流电子注是不适应的。

因此，急需一种能满足微波真空器件发展需求的能测量20～100kV强流电子注能散又能提高电子注能散分辨率的强流电子注能散检测系统及可靠简单的相应能散测试方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明需要解决的技术问题是提供一种测量微波真空器件强流电子注纵向能散的一种测量系统和测量方法，以既能测量20～100kV强流电子注能散又能提高电子注能散分辨率。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种强流电子注能散测量系统，其包括一个真空腔体、一个二极铁电磁体、一个双狭缝铜体、一个YAG探测器和一个CCD图像采集器；所述真空腔体是一个扁平的且横截面呈矩形的真空腔体，其纵向与水平面平行，且由无磁金属材料制成，内部真空度为1×10^-6Pa数量级；所述二极铁电磁体的两极分别安装在所述真空腔体的上下两面，以在所述真空腔体内产生垂直于水平面的均匀磁场；所述双狭缝铜体安装在所述真空腔体的内部，由无氧铜制成，用于将强流电子注变成弱流电子注，并准直进入真空腔体；所述电子YAG探测器位于所述双狭缝铜体出射的电子注流偏转90度的方向上，其由掺入Ce元素的晶体制成，用于探测电子注空间密度分布；所述CCD图像采集器位于正对着YAG探测器的随动平台上，用于捕捉YAG探测器上生成的电子能散图像。

根据本发明的一个优选实施方式，所述真空腔体包括：一个观察窗，用于传递电子注空间密度探测器的图像到图像采集器上；一个前接口和一个后接口，所述前接口和后接口用于连接用于连接外部设备。

根据本发明的一个优选实施方式，所述二极铁电磁体的磁场是均匀度误差不大于1％的弱磁场并可调节，以使穿过所述双狭缝铜体的微电子注主体偏转90度，打在所述YAG探测器上，所述二极铁电磁体所产生均匀磁场覆盖整个真空腔体。

根据本发明的一个优选实施方式，所述双狭缝铜体包括两个铜条和一个铜体，所述两个铜条的相对一侧形成“凹”字形并相互对准，从而形成两个沿着电子注入射方向依次排布的两个狭缝，且所述双狭缝铜体具有一个冷却装置。

根据本发明的一个优选实施方式，所述YAG探测器位于所述双狭缝铜体出射的电子注流偏转90度的方向上，由一个L型支架支撑在双狭缝铜体上，其中L型支架由无磁金属材料制成。

根据本发明的一个优选实施方式，所述随动平台安置在一个光学平台上，随动平台与所述YAG探测器同步运动。