[发明专利]二次电子倍增阴极电子枪

说明书

本发明针对现有技术电子枪发射电流密度低和寿命短的问题公开了一种二次电子倍增阴极电子枪，包括阴极杆、阳极筒和聚焦磁场产生装置。所述阴极杆由位于同一轴线上的圆柱形金属导体、圆台形金属导体、场致发射端头以及介质端头组成；所述阳极筒由位于同一轴线上依次相连的金属大圆筒、空心金属圆台和金属小圆筒组成；所述阳极筒与阴极杆共轴，所述阴极杆位于阳极筒内，所述介质端头朝向金属小圆筒这边；所述聚焦磁场产生装置包裹在阳极筒外部，用于产生磁场。本发明将场致发射和二次电子倍增发射方式结合起来，在阴极表面上实现单边二次电子倍增。本发明具有工作寿命长和稳定性高的特点，非常适合用于各类大功率微波源中，作为强流电子束的发射源。

技术领域

本发明涉及一种用于产生和发射电子的电子枪，特别涉及一种可用于大功率微波源的基于单边二次电子倍增阴极的强电流长寿命电子枪。

背景技术

大功率微波源是目前产生微波的重要形式之一，因其可以输出非常高的微波功率，在军事和民用领域都有非常重要的应用。电子枪是微波源中产生并发射电子的装置，是其中最为关键的环节之一。而用于大功率微波源中的电子枪通常要求具备强电流发射的能力，并且随着应用领域的不断拓展和实用化水平的不断提高，也要求其具备较长的寿命。

电子枪的基本结构包括阴极和阳极，通常阴极与直流(或直流脉冲)高压负极连接，阳极与正极连接，使阴极发射的电子能够飞向阳极，形成发射电流。为了提高电子的能量和发射电流密度，通常还有磁场产生装置，用于产生电子加速磁场。阴极和阳极材料大多是金属导体材料，如热阴极常用钨、钼等金属材料，阳极常用的材料有铜、铝等金属材料。

阴极是电子枪的核心，是电子束的来源。根据阴极发射电子机制不同，可将其分为：热阴极发射、场致发射、爆炸发射、二次电子发射等。

热阴极发射是指把发射体加热到足够高温度，内部电子的能量随温度上升而增大，以致其中一部分电子能量达到或超过材料逸出功而从发射体表面逸出的电子发射方式，相应的阴极称为热阴极。热阴极已被广泛应用于传统微波电子管中[梁文龙，王亦曼，刘伟，等.用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究，物理学报，2014，63(5):057901]，其可以在高真空环境下(<1.33×10^-3Pa)长时间工作(寿命可达到几千小时)，适用于较低或中等电流强度的工作场合(最大电流密度可达100A/cm²，长寿命工作电流密度需低于10A/cm²)。若要工作在强流条件下，且获得较长的工作寿命，首先必须降低工作温度避免活性材料蒸发，其次要降低材料逸出功提升发射电流密度[曹贵川，祁康城，尹伊，等，LaB6与TaC混合涂层热阴极，强激光与粒子束，2013,25(10)：2749]。若使用逸出功较小的材料，一是重复性差，再者逸出功小的材料容易中毒，离子反轰容易造成材料表面的破坏和应力损伤。因此并不适用于强电流二极管的场合。