电子加速器原理与应用——田新智

目录
第一章绪论 ................................................................................................................................... - 1 -1.1加速器分类 . (1)
1.1.1按粒子的能量分类 .................................................................................................... - 1 -
1.1.2按被加速的粒子种类分类 ........................................................................................ - 1 -
1.1.3按加速原理、加速器结构种类 ................................................................................ - 2 -
1.1.4按应用领域分类 ........................................................................................................ - 4 -1.2低能加速器的应用 . (4)
1.2.1低能加速器在工业中的应用 .................................................................................... - 4 -
1.2.2低能加速器在农业中的应用 .................................................................................... - 5 -
1.2.3低能加速器在医疗卫生中的应用 ............................................................................ - 6 -第二章电子直线加速器的组成 (8)
2.1束流系统 (8)
2.1.1 电子枪 (9)
2.1.2 加速管 (19)
2.1.3 聚焦线圈和导向线圈 (19)
2.1.4 四极透镜 (21)
2.1.5 靶和屏蔽准直装置 (22)
2.1.6 剂量监测装置 (24)
2.2微波系统 (24)
2.2.1 微波功率源 (25)
2.2.2 微波传输系统 (25)
2.3充气系统 (28)
2.4真空系统 (30)
2.4.1 概述 (30)
2.4.2 电子直线加速器真空系统 (32)
2.4.3 真空泵 (33)
2.4.4 真空检漏 (36)
2.5恒温水冷系统 (37)
2.5.1 系统的功能 (37)
2.5.2 系统组成 (38)
2.5.3 系统设计 (39)
2.5.4 注意事项 (41)
第三章电子直线加速器的工作特性 (42)
3.1电子加速器的工作特性的分类 (42)
3.2电子直线加速器的输出参数 (42)
3.2.1加速能量 (42)
3.2.2输出束流功率 (46)
3.2.3输出辐射强度 (47)
3.3电子直线加速器的工作特性分析 (47)
3.3.1负载特性 (47)
3.3.2功率特性 (49)
3.3.3频率特性 (50)
3.3.4工作特性的应用 (51)
第四章带电粒子加速器的束流特性 (53)
4.1粒子品种 (53)
4.2能量 (53)
4.3束流强度及时间特性 (53)
4.4束流品质 (54)
4.4.1 能散度 (54)
4.4.2 束流的发射度和亮度 (55)
4.5粒子运动参数的相对论力学表达式 (56)
4.5.1 运动粒子的相对速度、质量和能量 (56)
4.5.2 粒子的动量P和磁刚度G (56)
4.5.3 粒子的动量P、磁刚度G和能量ε的关系 (57)
第五章 9MEV行波电子直线加速器 (58)
5.1加速器整机技术指标 (58)
5.2加速器整机系统配置说明 (58)
5.3加速器整机工作说明 (64)
第六章 6MEV驻波电子直线加速器 (67)
6.1加速器整机技术指标 (67)
6.2加速器整机系统配置说明 (67)
6.3加速器整机工作说明 (71)
第七章加速器性能测量 (75)
7.1束流能量的测量 (75)
7.1.1铝吸收法 (75)
7.1.2利用X射线测量电子束的能量 (76)
7.2束流截面的测量 (77)
7.3微波功率测量 (77)
7.3.1用水负载功率计直接测微波源的输出功率 (77)
7.3.2 热量式大功率计测量微波功率 (78)
7.3.3用小功率测量微波功率 (78)
7.4脉冲电压/电流的测量 (79)
7.4.1 脉冲电压的测量 (79)
7.4.2 脉冲电流的测量 (79)
7.5X射线剂量的测量 (80)
第八章加速器的辐射防护与安全连锁 (82)
8.1辐射剂量的有关单位 (82)
8.2加速器的辐射防护 (82)
8.3加速器的安全连锁 (83)
第九章加速器整机调试 (84)
9.1微波老练去气 (84)
9.2电子枪激活与老练 (84)
9.2.1 概述 (84)
9.2.2 电子枪激活与老练的步骤 (84)
9.3加速器整机调试出束 (85)
第一章绪论
粒子加速器是一种用人工方法加速带电粒子束的装置。

它利用一定形态的电磁场将正负电子、质子、轻重离子等带电粒子加速到一定的能量。

加速器在原子物理、核物理、基本粒子的基础研究，工农业生产、医疗卫生以及国防建设等方面都有着广泛而重要的应用。

它除了涉及原子物理、核物理等基础研究领域外，还涉及固体物理、材料科学、分子生物学、化学以及地质、考古等众多学科领域的基础研究和应用研究。

目前全世界已有几千台各类加速器在运行。

1.1 加速器分类
加速器的种类繁多，不同类型的加速器有着不同的结构和性能特点，还有着不同的应用范围。

1.1.1按粒子的能量分类
按加速粒子的能量划分加速器可分为低能、中能、高能加速器。

低能加速器常指能量低于100MeV（1MeV=1³106eV）的加速器，能量大于1000MeV或写成1GeV（1GeV=1³109eV）的加速器称为高能加速器，两者之间称为中能加速器。

在我国，建在中科院高能物理所的北京正负电子对撞机（BEPC），能量为2.8GeV，属高能加速器。

建在中科院兰州近代物理所的直径7.2米分离扇型重离子加速器（HIRFL）和建在合肥科技大学的800MeV同步辐射光源（HESYRL）均属中能加速器。

广泛应用在工业、农业、医疗卫生等领域内的加速器绝大部分属于低能加速器的范畴。

而在低能加速器的范畴内，在不同的应用领域，人们习惯上又分为高、中、低能加速器。

加速器应用领域不同，划分能量的区域也不同。

例如，对医用加速器来说，能量低于10MeV 称为低能医用加速器，高于16MeV的称为高能医用加速器，两者之间称为中能医用加速器。

对于辐照加速器而言，能量低于0.3MeV称为低能加速器，0.3~5MeV称为中能加速器，5~15MeV称为高能加速器。

这种划分和称呼，不同文献、不同作者会有不同，请读者根据实际情况注意区别。

加速器加速的基本粒子的能量单位是电子伏特（eV），1eV是指一个电子或带有1个单位电荷的粒子通过电势差为1伏的电场所得到的能量：
1eV=1.6³10-19J=1.6³10-12erg。

焦耳（J）、尔格（erg）是能量单位。

1.1.2按被加速的粒子种类分类
按加速粒子的种类划分加速器可分为电子加速器、质子加速器（H1+）、重离子加速器
（A n m+）和微粒子团加速器。

1.1.3按加速原理、加速器结构种类
按粒子的加速原理、加速器结构划分加速器可分为直流高压型、电磁感应型、直线共振型和回旋共振型加速器。

高压型加速器用直流高压电场加速带电粒子，它包括静电加速器（单极和串行）、高压倍加器、高频高压（地那米）加速器、绝缘芯变压器型、电子帘型加速器等。

电磁感应型加速器用交变磁场所感生的涡旋电场加速粒子，包括常见的电子感应加速器和近年来发展的直线感应加速器。

中国工程物理研究院已研制成功10MeV直线感应加速器。

现正研制20MeV直线感应加速器，脉冲流强达2~3kA，这种加速器主要用来模拟核爆炸。

直线共振型加速器利用微波或高频电场加速沿直线轨道运动的粒子，包括电子和离子。

集装箱检查用加速器就属于这种类型的加速器。

加速电子的微波频率为3000MHz ~9000MHz，加速质子的微波频率为200MHz，加速重离子的微波频率则在70MHz以下。

已建成的直线加速器中加速电子的最高能量达50GeV，质子达800MeV。

电子直线加速器是目前世界上数量最多的加速器。

回旋共振型加速器利用高频电场加速粒子，利用导向磁场使带电粒子回旋运动。

这类加速器有普通的回旋加速器、等时性回旋加速器、稳相加速器、同步加速器等。

加速的粒子有电子、质子、氘核及α粒子。

在质子同步加速器基础上发展起来的贮存环和对撞机，其能量可达2~40TeV（1TeV=1³1012eV），环的周长长达几公里，加速质子的最高能量居各类加速器能量之首。

但电子同步加速器由于同步辐射损失的限制，其能量不高于8GeV。

而电子直线加速器由于电子的加速轨迹是直线，没有同步辐射损失，加速管可长达几十公里，能量高达50GeV。

附表1.1 加速器分类
加速电场加速特点加速器名称轨道形式加速粒子
种类
适用能量
范围*
直
流
高压
电场直
接
加
速
倍压加速器
直线
离子
低能（单极）静电加速器
串行静电加速器电子
涡旋电场感
应
加
速
感应加速器闭合圆电子低能
高
频或微波电场共
振
加
速
近
似
共
振
经典回旋加速器螺旋线离子低能
等
时
性
扇形回旋加速器
螺旋线离子
中低能
准
共
振
（
自
动
稳
相
式
）
调频回旋加速器中能
电子回旋加速器
具有共切点
的圆族
电子低能电子同步加速器
弱聚焦型
闭合环
电子
中、高能
强聚焦型高能质子同步加速器
弱聚焦型
离子高能
强聚焦型
电子直线加速器
行波型
直线
电子
低中高能
驻波型低能离子直线加速器驻波型离子低中能
1.1.4按应用领域分类
大家习惯称呼的辐照加速器、探伤加速器、医用加速器、离子注入机等是按照加速器的用途分类，这些加速器都属于低能加速器的范畴，并不反映它本身的结构与性能特点。

1.2 低能加速器的应用
低能加速器的应用是核技术应用领域的重要分支，目前，在世界各地运行着的数千台加速器中大多数是在工业、农业、医疗卫生等领域内得到广泛应用的低能加速器。

低能加速器在这些领域的应用，极大地改变了这些领域的面貌，创造了巨大的经济效益和社会效益。

1.2.1低能加速器在工业中的应用
一、辐照加工
应用加速器产生的电子束或X射线进行辐照加工已成为化工、电力、食品、环保等行业生产的重要手段和工艺，是一种新的加工技术工艺。

它广泛应用于聚合物交联改性、涂层固化、聚乙烯发泡、热收缩材料、半导体改性、木材-塑料复合材料制备、食品的灭菌保鲜、烟气辐照脱硫脱硝等加工过程。

经辐照生产的产品具有许多优良的特点，例如：聚乙烯电缆经105Gy剂量辐照后，其电学性能、热性能都有很大提高，使用温度辐照前为60~70℃，辐照后长期使用温度可达120℃以上。

目前，我国已有用加速器进行辐照加工的生产线40多条。

二、无损检测
无损检测就是在不损伤和不破坏材料、制品或构件的情况下，就能检测出它们内部的情况，判别内部有无缺陷。

现代无损检测的方法很多，例如：超声波探伤法、涡流探伤法、荧光探伤法及射线检测法等。

射线检测法即可检查工件表面又可检查工件内部的缺陷。

设备可以采用放射性同位素Co60产生的γ射线、X光机产生的低能X射线和电子加速器产生的高能X射线。

尤其是探伤加速器的穿透本领和灵敏度高，作为一种最终检查手段或其它探伤方法的验证手段及在质量控制中，在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等工件的缺陷检验中得到广泛的应用。

这种探伤加速器以电子直线加速器为主要机型。

射线检测的方法根据对透过工件的射线接受和处理方法的不同，又可把射线检测法分为三种：
1、射线照相法
这种方法与我们体检时拍X光胶片相似，射线接受器是X光胶片。

探伤时，将装有X 光胶片的胶片盒紧靠在被检工件背后，用X射线对工件照射后，透过工件的射线使胶片感
光，同时工件内部的真实情况就反映到胶片的乳胶上，对感光后的胶片进行处理后，就可以清楚地了解工件有无缺陷以及缺陷的种类、位置、形状和大小。

2、辐射成像法
这种方法的射线接受器是阵列探测器或荧光增感屏。

前者就是清华大学和清华同方共同研制生产的大型集装箱检查系列产品。

后者就是用于机场、铁路的行李、包裹的X射线安检系统，也可用于工业的无损检测。

这种方法配以图像处理系统可以在线实时显示物品内部的真实情况。

3、工业CT
与医用CT原理类似，CT技术即计算机辅助层析成像技术。

选用加速器作为X射线源的CT技术是一种先进的无损检测手段，主要针对大型固体火箭发动机和精密工件的检测而发展起来。

它的密度分辨率可达0.1%，比常规射线技术高一个数量级。

在航天、航空、兵器、汽车制造等领域精密工件的缺陷检测、尺寸测量、装配结构分析等方面有重要的应用价值。

三、离子注入
利用加速器将一定能量的离子注入到固体材料的表层，可以获得良好的物理、化学及电学性能。

半导体器件、金属材料改性和大规模集成电路生产都应用了离子注入技术。

我国现拥有各类离子注入机100多台。

其中我国自己累计生产出140多台离子注入机，能量为150KeV~600KeV（1KeV=1³103eV），流强为0.5mA到十几mA。

1.2.2低能加速器在农业中的应用
作为核技术应用装备的加速器在农业上的应用，在一些国家普遍使用已有明显经济效益的主要有三方面：
一、辐照育种
加速器在辐照育种中的应用，主要是利用它产生的高能电子、X射线、快中子或质子照射作物的种子、芽、胚胎或谷物花粉等，改变农作物的遗传特性，使它们沿优化方向发展。

通过辐射诱变选育良种，在提高产量、改进品质、缩短生长期、增强抗逆性等方面起了显著作用。

马铃薯、小麦、水稻、棉花、大豆等作物经过辐照育种后可具有高产、早熟、矮杆及抗病虫害等优点。

二、辐照保鲜
辐照保鲜是继热处理、脱水、冷藏、化学加工等传统的保鲜方法之后，发展起来的一种新保鲜技术。

例如，对马铃薯、大蒜、洋葱等经过辐照处理，可抑制其发芽，延长贮存期；对干鲜水果、蘑菇、香肠等经过辐照处理，可延长供应期和货架期。

三、辐照杀虫、灭菌
目前，在农产品、食品等杀虫灭菌普遍使用化学熏蒸法，由于使用溴甲烷、环氧乙烷等
化学熏蒸法引起的残留毒性、破坏大气臭氧层等原因，根据蒙特利尔公约，到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷。

因而利用加速器进行农产品、食品等辐照杀虫、灭菌得以迅速发展。

利用加速器产生的高能电子或X射线可以杀死农产品、食品中的寄生虫和致病菌，这不仅可减少食品因腐败和虫害造成的损失，而且可提高食品的卫生档次和附加值。

1.2.3低能加速器在医疗卫生中的应用
随着科学技术的进步，人民生活和质量的提高，人们对医疗卫生条件提出了更高的要求。

而加速器在医疗卫生中的应用促进了医学的发展和人类寿命的延长。

目前，加速器在医疗卫生方面的应用主要有三个方面，即放射治疗、医用同位素生产以及医疗器械、医疗用品和药品的消毒。

一、放射治疗
用于恶性肿瘤放射治疗（简称放疗）的医用加速器是当今世界范围内，在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。

用于放疗的加速器由50年代的感应加速器，到60年代发展了医用电子回旋加速器，进入70年代医用电子直线加速器逐步占据了主导地位。

目前，世界上约有3000多台医用电子直线加速器装备在世界各地的医院里。

除了应用加速器产生的电子线、X射线进行放疗外，还可应用加速器进行质子放疗、中子放疗、重离子放疗和π介子放疗等，这些治癌方法还处在实验阶段，实验的结果表明，疗效显着。

但这些加速器比电子直线加速器能量高得多，结构复杂得多，价格昂贵得多，尚未普及。

利用电子直线加速器开展立体定向放疗，俗称X—刀，是近年来发展的新的放疗技术。

这种技术与常规放疗相比，可多保护15%~20%的正常组织，而肿瘤增加20%~40%的剂量，可更有效地杀灭癌细胞，从而增加放疗疗效。

60年代我国医院装备了医用感应加速器，70年代中期医用电子直线加速器开始装备我国各地医院。

截止到2000年初，我国已拥有各种能量的医用加速器约530台，其中国产医用加速器约230台，进口医用加速器约300台。

二、医用同位素生产
现代核医学广泛使用放射性同位素诊断疾病和治疗肿瘤，现在已确定为临床应用的约80种同位素，其中有2/3是由加速器生产的，尤其是缺中子短寿命同位素只能由加速器生产。

这些短寿命同位素主要应用在以下方面：
1、正电子与单光子发射计算机断层扫描—PET与SPECT
PET是由病人先吸入或预先注射半衰期极短的发射正电子的放射性核素，通过环形安置的探测器从各个角度检测这些放射性核素发射正电子及湮灭时发射的光子，由计算机处理后重建出切面组织的图像。

而这些短寿命的放射性核素是由小回旋加速器制备的。

最短的半衰
期核素如15O仅为123秒，一般为几分钟到1小时左右。

所以，这种加速器一般装备在使用PET的医院里。

生产PET专用短寿命的放射性核素的小回旋加速器，吸引了众多的加速器生产厂开发研制。

目前，国外几个加速器生产厂家生产的小回旋加速器已达到几十台。

2、图像获取
利用放射性核素进行闪烁扫描或利用γ照相获取图像的方法，可以诊断肿瘤、检查人体脏器和研究它们的生理生化功能和代谢状况，获取动态资料。

例如201Tl用于心肌检查，对早期发现冠心病和心肌梗塞的定位等是目前最灵敏的检查手段。

而这些放射性核素绝大部分也是由加速器生产的。

三、辐照消毒
利用加速器对医用器械、一次性医用物品、疫苗、抗生素、中成药的灭菌消毒是加速器在医疗卫生方面应用的一个有广阔前途的方向。

与前面介绍加速器在食品中的杀虫、灭菌道理一样，可取代目前应用的高温消毒、化学消毒等方法。

但灭菌需要的射线剂量要大于杀虫所需的剂量。

第二章电子直线加速器的组成
电子直线加速器的用途多种多样，彼此的性能指标也千差万别，但其基本组成部件是相同的。

这主要包括电子枪（或离子源）、微波功率源、微波传输系统、加速管、聚焦系统、真空系统、控制系统、束流输运系统和附属设备（如恒温水系统）等。

电子直线加速器的工作过程简述如下：调制器产生的脉冲高压经过脉冲变压器后，一个加到功率源（速调管或磁控管），功率源产生的微波功率经微波传输系统，馈入加速管，并在其中建立加速场；另一个加到电子枪，引出电子束。

电子束注入加速管，受到其中加速场的加速。

聚焦系统保证电子束在加速过程中顺利地通过加速波导，并保持低的发射度。

加速到高能的电子束最终由输出窗射出，经过输运系统到达使用区域；高能的电子束也可以在真空中打靶产生X射线，直接射出得到应用。

控制系统主要实现监视整个加速器运行状况以及连锁控制加速器的功能。

海关固定式大型集装箱检查系统用行波电子直线加速器，主要由束流系统、微波系统、充气系统、真空系统、恒温水冷系统和控制与供电系统等六个部分组成。

移动式大型集装箱检查系统用驻波电子直线加速器主要由X照射头、调制器、恒温水冷系统和控制与供电系统等几个部分组成。

下面以行波电子直线加速器为例来介绍电子直线加速器的各个组成部分。

2.1 束流系统
行波电子直线加速器的束流系统主要由电子枪、加速管、电子枪聚焦/导向线圈、主聚焦/导向线圈、四极透镜、靶和屏蔽准直装置等部分组成。

如图2.1－1所示。

图2.1－1 行波电子直线加速器束流系统
2.1.1 电子枪
一、 概述
电子枪是加速器的电子注入器，它发射出具有一定能量、一定流强、一定束流直径和发射角的电子束流注入到加速管，用来为电子加速器提供电子束的电子枪一般分为热发射和场致发射两种；电子枪的功能在于给出满足要求的电子束，而电子枪的材料和工艺结构又必须考虑到加工和维修使用的方便。

对于电子枪的设计一般应有以下几个方面的考虑：
1. 注入电子具有一定的能量，枪的结构要有足够的耐压强度，能承受一定的加速电压。

2. 要有足够的发射能力，能给出足够的脉冲电流。

3. 电子束的束流直径和发射角要求在给定范围内。

4. 结构简单，易于加工、安装和检修。

5. 枪的使用寿命长。

二、 电子枪的基本参量
在进行电子枪的讨论中，人们常常会用到一些专用术语，在此我们先对它们作一简单介绍:
1、 导流系数
当阳极电流受空间电荷限制时，电子枪的阳极电流（发射电流）与阴阳极间电压有关，在非相对论情况下，它们之间的关系是3/2次方的比例关系，也称二分之三次方定律。

即可以用下式来简单描述：
2326
10334.2αααV d A I k k ⨯= 式中k A 为阴极面积，k d α为阴阳极间的距离。

在空间电荷限制下，不论电极系统的形状如何，二分之三次方定律是普遍适用的，电极形状不同，只影响2/3a V 前的比例系数,所以通常将上式中2/3a
a V I 定义为电子枪的导流系数。

当电极形状一定时，在一般情况下，导流系数是一个常数，与温度无关，导流系数的大小表示电子枪发射电子的能力强弱。

也就是说，导流系数是一个对电子注强度度量的量，它表征了电子注空间电荷的大小。

23a U I P =
式中 I -- 注电流(安)
U -- 注电压(伏)
导流系数的单位为朴(P)。

通常导流系数的数值很小，因此人们常用另外一个单位微朴 (μP)来表示它。

1微朴=6
10-朴，一般微波器件的电子枪，导流系数在0.1--1微朴的范围，导流系数反映了电子注电流和电压之间的关系，它仅取决于枪的几何尺寸。

2、 注腰 在轴对称收敛型电子枪中，电子从阴极发出，在枪内各电极及电子自身空间电荷形成的静电场的作用下，形成一定的电子注形状，人们将电子注中截面半径最小的地方称为注腰。

其注腰半径用m r 表示。

3、 面积压缩比
面积压缩比2
M 指的是阴极面积和注腰截面面积之比，也是注腰的平均电流密度m J 与阴极发射平均电流密度k J 之比。

为了方便，一般用阴极截面积代替阴极球面积。

于是有： k m m k J J r r M ==222
式中 2m m r I J ⋅=π； 2k
k r I J ⋅=π 压缩比的大小主要取决于阴极发射电流密度。

4、 射程 射程m Z 表示电子枪阳极头到电子枪所形成的注腰之间的距离。

一般来说，人们希望m Z 足够的大，使得电子注能够以最佳的注入条件进入高频场作用区。

5、 层流性
所谓电子注的层流性，它只是一个定性的概念，通常用电子注轨迹交叉与否或交叉的严重程度来进行层流性的好坏的判断。

层流性好的电子注，在磁聚焦时可以用较低的磁场获得好的流通率，而高频场引起的电子注的散焦也较小。

反之，层流性差的电子注，会使得其流通率差，散焦加大。

三、 电子枪的结构
无论那种类型的电子枪，它们均由电子的发射极——阴极、电子注形状的限制极——聚焦极和电子的加速引出极——阳极三部分组成。

不同环境下使用的电子枪其结构会是多种多样的，但是其基本组成部分是不变的。

在工作中通常聚焦极的电位等于或接近于阴极电位，用以限制电子注的形状，而在阴极和阳极之间加上加速电压(阳极电压)。

当电子从阴极发射
出来，将与由上述电极和电子注本身的空间电荷建立的静电场发生作用，形成具有一定形状的电子注，并从阳极孔射出以供使用。

这种电子枪的工作原理与一般二极管相似，所以人们也称其为二极枪。

电子枪最常用的是二电极皮尔斯型。

结构如图2.1－2所示。

它主要由阴极、聚焦极、阳极组成。

在阳极中间有一开口，电子从中穿过，注入到加速腔中去。

皮尔斯型电子枪，又称轴对称球形收敛注皮尔斯电子枪，它是取两个同心球面的一部分形成的二极管。

为了使电子的轨迹沿阴极曲率半径方向，需将球面电极的边缘加以修正，因此在阴极外围加有聚焦极。

图2.1－2 电子枪的结构示意图
四、电子枪的阴极
阴极是电子枪的关键部件之一，它决定电子枪的发射能力和寿命。

目前世界上用于电子直线加速器上的电子枪，其阴极的形式多种多样，归纳起来可以有两种划分方法：直热式阴极多半采用纯钨作阴极材料，加热电流直接通过阴极。

间热式阴极一般采用敷钍钨、敷氧化物、钪酸盐、六硼化镧阴极，它分为轰击型和加热型两种。

轰击型：其加热方式是通过在热子（灯丝）和阴极之间加上几百乃至上千伏的轰击电压，在此电压下，从热子发射的电子轰击阴极，使阴极加热到一定温度后从其表面发射出大量电子来。

加热型：这种阴极，化合物层固定在薄壁的底托上（镍管或钼管），底托下面放着耐热绝缘的螺旋钨丝。

电流流过灯丝，灯丝烧热阴极，当阴极达到发射电子的温度时，就发射出电子来。