[发明专利]一种低气压长脉冲高能等离子体电子束发生装置及方法

说明书

本发明公开了一种低气压长脉冲高能等离子体电子束发生装置及方法。该装置包括左侧永磁体、左侧平板阴极、左侧孔型阳极、右侧孔型阳极、右侧平板阴极、右侧永磁体、所述四电极结构安放在真空罐内部，永磁体安放在真空罐外部，双阳极上方设置提取场阳极，双阳极下方设置提取场阴极；放电腔的上端通过90°弧形螺线管结构与加速场相连，弧形螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端与电子引出孔连接，且电子引出孔穿过连接的所述引出孔的收集极。本发明的装置体积小，且由于本发明装置中的等离子体电子由工质气体产生，不涉及电子束发生装置本身结构的消耗，所以，理论上电子束发生装置的使用寿命可以无限延长。

技术领域

本发明涉及电子束加工制造技术领域，尤其涉及一种低气压长脉冲高能等离子体电子束发生装置及方法。

背景技术

微波辐射是强流粒子束与相应的微波介质相互作用所形成的产物，尤其是在等离子微波辐射源中，电子束电流大小和电子束脉宽对微波辐射的电磁波的频率和辐射时间起着重要作用。

传统的电子束有两种产生形式，一种是热阴极发射，另一种是场致发射。热阴极能够产生直流电子束，但电子束电流较小，一般在几个毫安或十几个毫安。另外，热阴极材料易于损耗，寿命短。场致发射能产生大电流电子束，其电流能够达到千安级别，但电子束电流脉宽很短，通常在几十纳秒或几百纳秒。从等离子体中提取电子束能够产生大电流和长脉宽的电子束电流。在研究等离子体作为电子束源时，由于辉光放电结构简单；等离子体形态稳定，不易熄灭；放电温度较低，不需要考虑冷却，而且对阴极损耗很小，阴极寿命较长，因此辉光放电是作为等离子体电子束源的一种方法。

一般来说，等离子体电子束源主要包括两个部分：1)基于某种放电的等离子体发生器；2)电子束提取系统。辉光放电的工作气压一般为1-10pa，在该气压下，不可能形成脉冲很宽且能量很大的电子束。因为此时加速场气压较高，中性气体分子密度大，电子在加速过程中与加速场中的中性原子产生碰撞电离从而形成放电击穿现象。因此，如何在低气压下(10^-2pa)产生辉光等离子体是目前需要解决的问题。另外，在气体放电过程中产生了大量的带电粒子，这些带电粒子由于空间电荷效应扩散到加速场中。此时，带电粒子在电场的作用下加速运动获得足够大的能量，并且很容易和加速场中性原子发生碰撞电离，从而使加速间隙闭合，不利于形成高能电子束。如何避免等离子体扩散到加速场中是目前需要解决的另一关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低气压长脉冲高能等离子体电子束发生装置及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。本发明能够在低气压下(<5×10^-2pa)产生辉光等离子体，即降低了辉光放电的起辉气压，并且从原有的加速场分成提取场和加速场两个部分，通过改进相关结构，抑制了等离子体扩散到加速场中，从而保证了电子束的能量达到所需要求。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种低气压长脉冲高能等离子体电子束的发生装置，包括左侧永磁体、左侧平板阴极、左侧孔型阳极、右侧孔型阳极、右侧平板阴极、右侧永磁体、所述四电极结构安放在真空罐内部，永磁体安放在真空罐外部，双阳极上方设置提取场阳极，双阳极下方设置提取场阴极；所述放电腔的上端通过90°弧形螺线管结构与加速场相连，弧形螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端与电子引出孔连接，且所述电子引出孔穿过连接的所述引出孔的收集极。

更进一步的，所述提取场阴阳极设置在双阳极结构的放电空间中，提取场阳极采用孔型铝板结构。

更进一步的，所述电子引出孔即为提取场阳极，提取场阳极上方即为90°弧形螺线管装置，螺线管采用直流电源供电。电子从提取场提取出后直接进入到螺线管中，并且改变电子的运动方向。

更进一步的，所述提取场阴阳极装备在放电空间内部。