[发明专利]一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法

说明书

本发明公开了一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法。该装置包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，螺线管装置包括螺线管，加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴阳极的上下放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；提取场阳极为平面网状结构；螺线管为180°弧形结构；螺线管与加速场相连，加速场阳极端连接有电子引出孔。本发明能够在低气压下产生电流为11A、且阴极斑点稳定的扩散型小电流电弧，能够抑制等离子体扩散到加速场中。

技术领域

本发明涉及电子束加工制造技术领域和高功率微波辐射领域，尤其涉及一种可重频的、脉宽可调的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级别。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，由于电弧放电结构简单，并且产生的等离子体密度大，因此，真空电弧是作为设计大电流、高能电子束源的重要途径。

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。为了保证真空电弧放电较长时间运行，通常采用扩散型小电流电弧。此时，电弧阴极斑点易于在阴极表面无规则游走，破坏等离子体空间分布，从而使得电子束电流波形不规则，且阴极斑点易于熄灭。如何在长时间内保证阴极斑点稳定运行是本设计主要解决的一个关键问题。另外，在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和初始动能扩散到加速场中。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可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及法，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^-3pa)产生电流为11A、且阴极斑点稳定的扩散型小电流电弧。并且从原有的加速场分成提取场，偏转场和加速场三个部分，利用低电压提取场的可控性来改变电子束脉宽和占空比，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：

一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，所述提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，所述螺线管装置包括螺线管，所述加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，在真空罐内部，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴极和放电阳极的上下部分放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；放电阳极即为提取场阴极，提取场阳极为平面网状结构，不包括聚焦装置；所述螺线管为180°弧形结构，提取场阳极紧靠励磁线圈端口，励磁线圈在提取场阳极端口处产生的部分磁场可对初始电子束聚焦；螺线管与加速场相连，螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端连接有电子引出孔。

更进一步的，还包括电子束收集极，电子穿过所述电子引出孔后通过电子束收集极收集。

更进一步的，所述等离子体电子束发生装置、提取场阴阳极为上下层叠递进结构，放电阴极和放电阳极采用铜材料，提取场阳极采用1mm*1mm孔径的钼网材料。