[发明专利]一种新型等离子体阴极电子束源及3D打印机

说明书

本发明公开了一种新型等离子体阴极高能电子束源，包括等离子体阴极系统、阳极、负高压电源、电子束靶板；负高压电源的高压端与等离子体阴极相连，负高压电源的接地端与阳极、电子束靶板相连接，并接大地；等离子体阴极系统包括新型微波ECR等离子体源、微波源，新型微波ECR等离子体源包括微波共振腔、非对称的永磁体组件、阴极板；本发明还提供一种3D打印机；本发明的有益效果：在微波共振腔中将产生高电子密度的等离子体，借助永磁体组件在共振腔中产生轴向非对称磁镜场，可以在很低的气流量下就能产生高能电子束，能做到长寿命、低维护、高可靠性。

技术领域

本发明涉及一种电子束源及其应用，尤其涉及的是一种新型等离子体阴极电子束源及3D打印机。

背景技术

高能电子束源主要是由处在高负电位上的阴极电子源，和处在地电位加速电子的阳极构成。现有的高能电子束源主要有两类：一类使用热阴极产生电子，用阳极加速形成高能电子束：另一类使用电极放电的电弧等离子体或空心阴极等离子体产生的电子，用阳极加速形成高能电子束。

热阴极电子束源使用的阴极是传统的固体材料，可以在高真空状态下加热发射电子，所以应用于工业生产装备中既可以稳态运行，也可以脉冲运行；但是热阴极寿命短，维护量大，可靠性差，影响产品的质量和生产效率；热阴极发射的电流比较小，难以提高高能电子束的流强。

电弧等离子体阴极电子束源和空心阴极等离子体阴极电子束源是近年来研发的两款新型脉冲高能电子束源。由于两者需要在较高的气压下放电才能在等离子体阴极区产生足够高的电子密度，致使阴阳极之间气压较高，很容易引起高电位差的阴阳极之间产生电弧放电，以至于很难构建成稳态高能电子束源，只能应用于脉冲高能电子束的工况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种解决上述背景技术中难以构建稳态高能电子束源的新型等离子体阴极电子束源，还提供一种采用该新型等离子体阴极电子束源的3D打印机。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明一种新型等离子体阴极电子束源，包括等离子体阴极系统、加速电子的阳极、电子束靶板、为等离子体阴极系统与阳极提供电位差的负高压电源；负高压电源的高压端与等离子体阴极系统相连，负高压电源的接地端与阳极、电子束靶板相连接，并接大地；阳极处于等离子体阴极系统的下方，电子束靶板与阳极间隔排列；

所述等离子体阴极系统包括新型微波ECR等离子体源、为新型微波ECR等离子体源提供微波能的微波源、微波传输系统、为新型微波ECR等离子体源提供气体的气源，微波源产生的微波通过微波传输系统注入新型微波ECR等离子体源，气源连接在新型微波ECR等离子体源上端侧面；

新型微波ECR等离子体源包括微波窗、介质波导、微波共振腔、套接在微波共振腔外的非对称的永磁体组件、阴极板，微波共振腔的上端由依次由微波窗和介质波导覆盖，阴极板置于新型微波ECR等离子体源底部。

优选的，所述微波传输系统包括激励腔、含水负载的环形器、调配器、高压隔离波导；激励腔的一端连接微波源，另一端依次连接环形器、调配器、高压隔离波导，所述环形器为三通结构，其两端分别连接激励腔与调配器，另一端连接水负载。

优选的，微波源为磁控管。

优选的，所述微波共振腔为带有风冷结构的铝制材质圆筒。

优选的，所述永磁体组件由轴向充磁、间隔设置、高度不相等的两块圆环形永磁体串联组成。

优选的，还包括用于隔离阴极板与阳极的高电压绝缘环，安装在阴极板底部，并套接在阳极外围。