[发明专利]一种5keV电子枪

说明书

本发明提供一种5keV电子枪。本发明包括电子发射装置、控制极装置、聚焦装置、支撑装置和电极，所述电子发射装置、控制极装置、聚焦装置依次通过支撑装置相连，所述电子发射装置用于发射电子，其包括处于负电位的灯丝以及与其相连的灯丝支撑装置，所述控制极装置用于控制电子的数量和速度，所述控制极装置处于负电位，且其电位低于阴极灯丝电位，同时所述控制极装置中心开有用于灯丝释放出的热电子通过的中心孔，所述聚焦装置用于对形成的电子束的形状进行约束，所述电子发射装置、控制极装置、聚焦装置分别与灯丝电极、控制极电极、聚焦极电极相连，所述聚焦装置由聚焦极和阳极构成。本发明能量、束斑可调，成本较低，效果较好。

技术领域

本发明涉及超高真空领域，尤其涉及一种5keV电子枪。

背景技术

电子枪是产生、加速及会聚高能量密度电子束流的装置，它发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度的电子束，主要用在电子显微镜、电子衍射仪以及电子补偿设备中等。电子显微镜中电子枪能量一般在数千到三百万电子伏特之间，束斑尺寸小，同时要求电压的稳定度要求不低于万分之一。电子衍射仪包括高能电子衍射仪和低能电子衍射仪，高能电子衍射仪要求电子能量一般在几十千电子伏特；低能电子衍射仪通常要求电子能量在几十到几百电子伏特，同时要求电子枪的尺寸很小。电子补偿电子枪通常要求电子枪能量在几到几百电子伏特之间。对于0到5keV的大束斑的电子枪目前还没有进行系统的研究。

近年来，针对微生物生态及地外环境模拟的研究需要大束流大束斑和5keV能量范围的电子枪，而这种性能的电子枪尚属空白。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种5keV电子枪。该电子枪能量0到5keV可调、束流大、束斑尺寸可调、结构紧凑和使用方便等优点。本发明采用的技术手段如下：

一种5keV电子枪，包括电子发射装置、控制极装置、聚焦装置、支撑装置和电极。所述电子发射装置、控制极装置、聚焦装置依次通过支撑装置相连，所述电子发射装置用于发射电子，其包括处于负电位的灯丝以及与其相连的灯丝支撑装置，所述控制极装置用于控制电子的数量和速度，所述控制极装置处于负电位，且其电位低于阴极灯丝电位，同时所述控制极装置中心开有用于灯丝释放出的热电子通过的中心孔，所述聚焦装置用于对形成的电子束的形状进行约束，所述电子发射装置、控制极装置、聚焦装置分别与灯丝电极、控制极电极、聚焦极电极相连，所述聚焦装置由聚焦极和阳极构成。

进一步地，所述灯丝支撑装置包括灯丝支架、处于负电位的灯丝杆、灯丝连接件、灯丝陶瓷座以及灯丝座，所述灯丝固定在所述灯丝杆上，然后绕过灯丝支架，通电发热后释放出热电子；所述灯丝杆穿过所述灯丝陶瓷座并固定在其上，灯丝通过灯丝连接件连接线，实现与灯丝电极相连；所述灯丝陶瓷座位于控制极内，且通过所述灯丝陶瓷座与所述灯丝座固定。

进一步地，所述控制极装置前端通过实心陶瓷与聚焦极绝缘隔开，其后端与弹簧相互配合，所述弹簧的底端安装在弹簧底座上。

进一步地，所述聚焦极为负电位，通过实心陶瓷与控制极和阳极绝缘。

进一步地，所述支撑装置包括陶瓷棒、法兰、支撑板、弹簧以及弹簧底座；所述支撑板固定在法兰上；所述陶瓷棒一端固定在支撑板上，另一端与阳极相连；所述弹簧设置于灯丝座与弹簧底座之间，起支撑和缓冲作用。

本发明具有以下优点：

1、电子的发射形式为热电子发射(材料为钨丝)，相比场致发射更容易实现。场致发射需要要求超高真空(10^－8Pa以上)。超高真空系统价格昂贵，维护困难。剩余气体在强场下电离产生的正离子回轰造成大溅射会破坏尖端或造成工作不稳定。

2、灯丝发出的热电子能量通过调节灯丝的电压与阳极的电势差调节，本设计电子枪阳极接地，能量可根据灯丝电压调节，调节范围为0到5keV。相对低能量电子枪(专利号：CN 104319217 A)，电压增加，避免真空放电现象同时修改各零件的尺寸和距离；