电子枪介绍

电子枪供电原理
电子枪供电功率由加速管高压最上第三个电晕环和 高频电极耦合产生。频率为120KHz的正弦波经过圆筒电
容降压，由于串联稳压管的限幅作用，当稳压管处于导
通状态时，这时提供给灯丝变压器供电的电压不随高压 的变化而变化，从而保证灯丝电流在一个恒定的状态下
工作，随之束流也保持恒定。调节R1、R2可改变灯丝电
金属内存在大量自由电子，在金属的正离子间作杂乱无章运动，金 属中自由电子有很大动能，但在常温下自由电子并不能逸出金属表面， 只有动能大于逸出功的电子才能逸出，随阴极温度升高，金属内自由电 子动能大于逸出功的电子数愈多，发射电流愈大。热电子发射电流密度 与温度的关系式为：
je = aT2 e-eφ /kT
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je 发射电流密度（或称发射率），单位：A/cm2 a 常数（与材料有关）， 对钨丝：当工作温度为2500K时 a=0.5A/cm2 T 绝对温度（K） eφ 逸出功，单位：电子伏（eV）， 就是使电子逸出阴极所需的最少能量 对于钨：为4.55eV k 波尔兹曼常数，等于8.62×10-5 eV/K 它表明热电子发射与发射体的温度和电子逸出功有密切关系。因此 我们可以通过调节阴极温度，也就是调节灯丝加热电流大小，来控制加 速器束流的大小。
微机或手动控制
束流调节系统
R1、R2通过绝缘杆由处于地端的两个步进马 达控制。当R1、R2均旋到阻值最大时，细调电位 器上的凸轮撞块触动并联在灯丝变压器初级两端 的开关，使其闭合，变压器初级处于短路状态，
这样灯丝电流为零，束流也为零。
电子枪供电板
电子枪灯丝变压器及散热片
电子枪供电系统部件介绍
地那米加速器电子枪介绍
中国科学院上海应用物理研究所
• 电子枪部分 • 电子枪供电部分 • 电子枪维修
电子枪是加速器的电子源，位于加速 管高压端，要求电子枪能发射足够的电子， 被引出电源引出，与加速管匹配，从而获 得一定能量、足够流强、聚焦性能良好的 电子束。
电子枪结构
枪体： 不锈钢陶瓷可伐组件，承受120KHz，35A高频灯丝加热电流， 并保证在6个大气压下加速管内静态真空达6×10-6Pa。 采用直热式阴极： W—Re丝绕制成无感盘香状，在2500K可发射90mA电子流。 不锈钢平板栅极： 屏蔽了引出电极对灯丝的干扰，减少来自灯丝外缘电子形 成的晕。建立一个稳定的电子发射面。
① 放掉全部SF6气体，吊起钢筒。 ② 加速管和扫描盒内放入干燥N2气至1个大气压。
③ 拆掉高压半球电极和顶板，暴露电子枪部位。
④ 拆灯丝变压器和电子枪灯丝杆连线及散热片。 ⑤ 按顺序（1、5、2、6、3、7、4、8）逐步扭松8只压板 螺钉，取下枪体及垫块。 ⑥ 盖好加速管，以免异物进入加速管。
电子枪维修—更换灯丝
1、圆筒电容 2、稳压管 3、线绕电位器 4、灯丝变压器 5、零位开关
6、放电球隙：吸收浪涌，保护元器件作用 用在稳压管、灯丝变压器初次级
电容器组件
1、在交变电源中，电容有一定的容抗，但不消耗能量，只有介质损耗 在此电路中主要起到限流作用，限制稳压管的功耗。 2、由两个圆筒构成，通过绝缘材料支撑。 ① ─┤├─ C=100pf f=120KHz
电子枪维修
电子枪由枪体、灯丝、栅极组成。引出电极安装在 加速管最上一节，为了保证栅极和吸极间的距离，电子 枪与加速管上法兰之间装有一匹配垫块，用一压紧法兰， 被8只M10螺钉装到加速管上法兰，用φ 1Ag圈作为真空 密封圈。当灯丝发射小到不能引出足够的电子束流时，
则应更换电子枪灯丝。
电子枪维修—拆电子枪
XC
1 13 K 2fC
稳压管组件
+
限流电阻 Iz 200mA Vz 120v 反向漏电流 Vz 动态电阻越小稳压效果越好 Iz 200mA
型号 2DW202
C 120V 0.7V
正半周 P-P 负半周
反向击穿电压IZ约180V左右，正 向导通电压0.7～1V,功率50W
每对管子通 过一个小电 感串联
稳压管主件检测
• 一 检测设备： 数字万用表、 500V摇表 检测之前先检查稳压管与散热片是否扭紧，电感连线是否在圆孔中 间，焊点是否虚焊。 • 二 检测方法： 把摇表的线夹夹住相邻两片散热片 ，然后摇动摇表。 把万用表量 程放在1000V直流电压挡测量 散热片两端电压 ，应为180V左右。然后 交换摇表线夹，再次测量电压也应为180V左右，依次按顺序测完全部稳 压管，做好记录。
电子枪工作原理—电子引出和成形
在工作温度下，阴极不断发射电子，电子在阴极附近 堆积起来，形成电子云。当引出电极加正电压时，电场对 电子云中的电子产生拉力，部分电子从电子云中被拉出， 并被栅极和引出电极间电场加速成形，随引出电压增加， 越来越多的电子脱离电子云层被加速，当引出电压足够大， 电子云层完全消散，这时，再增加吸极电压，电子流也不 再增大。此时，达到了该温度下的饱和电流，只有增加阴 极温度才能增大引出电流。 当阴极温度一定时，随吸极电压增加，引出电流并不 完全饱和，而是随吸极电压增加缓慢上升，此时，达到了 该温度下的饱和电流，只有增加阴极温度才能增大引出电 流。
电位器组件
4.5KΩ ，0.182A，150W
灯丝变压器
1 2 3 4 5 6 7
8 9
14
15
16
10
18
17
11
12 13
铁氧体铁芯 高频丝包线Βιβλιοθήκη 160:1～240:1 3V
56A截面20X20 窗宽14 高23.5
零位开关
型号 RZ-15GW2S-B
作用：降束流时在能量不关断的情况下，关闭残余束流
流的大小，达到调节束流强度的目的。
电子枪供电原理图
直接上板 灯丝 ～0.3mm
0.3mm
扼流圈 0.35mm 稳压管组件 设置电位器R1 控制电位器R2 Sk.150W Sk.150W 圆筒电容CB 低电流闭合 ～0.3mm
灯丝变压器 160:1～240:1
0.25mm
整流堆
提高电流
减小电流
手动预置


吸极（引出极）： 能和均匀场加速管很好的匹配，该电极安装在加速管第一 节电极，引出电压Vex由加速管分压电流IBTD及第一段分压电 阻R1决定： Vex=IBTD ×R1=12～15KV。
电子枪结构图
灯丝杆 绝缘子 8-M10螺钉
灯丝
栅极
加速管上法兰
吸极
灯丝实物
电子枪结构照片
电子枪工作原理—金属阴极的热电子发射
电子枪束流引出
灯丝电源
引出电源
+
加速电源
+
测束法拉第筒
A
电子枪试验台架
电子枪寿命
灯丝质量：与材料本身和加工工艺有关。 运行参数： 2400～2500K，发射率：150mA/cm2， 阴极效率：0.5mA/W 真空度： 要求足够高的真空度，10-6Pa。真空差，灯丝表面 易氧化，逸出功增大，必须提高工作温度，从而影响寿 命，提前老化。当阴极的直径变细10%，一般视为寿命 终止。 正离子轰击，阴极材料溅射。
• • • •
• • • • • 用具为镊子、螺丝刀、定位块、绸布等，各用具均用丙酮或酒精 清洗，热风吹干，操作时应戴细纱手套。 观察栅极，若有损坏应同时更换，扭下栅极固定螺钉，拆除栅极。 扭松灯丝压板螺钉，取下旧灯丝。 安装新灯丝 灯丝已经退火处理，可直接安装，若弄脏了应用丙酮或酒精清洗，热 风吹干。 灯丝两脚嵌入灯丝杆槽中，用压板轻压，用定位块调整栅丝距离为 0.65mm，并校准发射面，保证平行度，然后压紧压板。注意安装过程 中应避免压力。 装栅极，用定位环保证其同心度，调整平面平行度R为0.02mm。 更换新的密封银圈，装好匹配垫块、枪体及压板，用8只螺钉按顺序 逐步扭紧，银圈压缩量～0.5mm。 抽真空，达到高真空后进行检漏，经检漏不漏后再进行下一步工作。 装灯丝变压器和灯丝杆连线及散热片，注意使其接触良好，否则灯丝 杆易发热损坏，调节球隙至0.35mm。 在加速器正式投入运行前，应使灯丝逐步加热排气，直至真空能 维持在正常运行水平。
电位器检测 1、用万用表20KΩ档测量电位器两端，慢慢转动转棒，观测电阻值 变化是否均匀，应没有跳变现象。 2、 检测细调电位器时电刷在接近低位时观测零位开关是否闭合，这 时电刷离开电位器末端应还有12mm左右。
其它检测
1、所有连接线没有错误，铜管焊片没有虚焊 2、球隙接地端接触可靠。稳压管球隙为0.3mm，其余球隙为 0.25mm.


在我们选用的灯丝工作温度下（If≤30A,23002400°K），仅从蒸发考虑的灯丝寿命可以很长 （数万小时），单离子溅射对灯丝寿命的影响，因 素比较复杂。运行中间真空度的好坏，打火现象的 出现，均可能产生离子溅射，而且溅射离子的种类， 它的能量，离子流强度等均是不确定因素，因此离 子溅射对灯丝寿命的影响难以估计。一般按目前用 户使用情况来看至少2-3年