一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪制造技术

本发明专利技术涉及一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪，它包括内凹腔体，内凹腔体底部开设有凹槽，顶部开设有圆孔，阴极伸入圆孔内；在内凹腔体圆弧形端面侧开设有与凹槽贯通的通道，矩形端面侧开设有矩形孔；栅极盖板顶部圆形盖板中心处开设通孔，并卡设在凹槽周缘处的台阶式结构上；在栅极盖板底部空心管内壁面上设置有螺纹；两水槽外壳分别焊接在腔体两端，在两水槽外壳上都开设有孔；第一个管道法兰与阴极连接，并穿过水槽外壳的孔后与内凹腔体顶部紧密连接，第二个管道法兰与栅极盖板底部空心管焊接在一起，第三个管道法兰焊接在内凹腔体圆弧形端面上；锥形波导出口端焊接在内凹腔体矩形端面上，入口端焊接有锥形波导法兰。

【技术实现步骤摘要】
—种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪
本专利技术涉及一种微波电子枪，特别是关于一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪。
技术介绍
基于二次电子倍增发射的微脉冲电子枪是微波电子枪的一种，它通过在电子枪腔体里建立微波电磁场使腔内的游离电子形成谐振倍增，从而产生高流强、短脉冲的电子束。这种微波电子枪因为具有自聚束特性，使得输出的微脉冲长度远小于微波的射频周期(达到PS量级)，故被称为微脉冲电子枪。相对于其他微波电子枪，这种微脉冲电子枪具有不需要外界激发、脉冲短、流强高、不怕中毒等优点，使它在高功率微波装置、超快电子束衍射、辐照活化以及作为直线加速器的注入器等领域具有广阔的应用前景。微脉冲电子枪最早由Frederick M.Mako和William Peter在1993年的PAC会议上提出。在1999年和2001年，他们分别报道了 L、S和X波段的实验结果。随后国内也很快展开了对微脉冲电子枪的研究。清华大学在2000-2006年做过微脉冲电子枪的动力学计算、模拟计算和初步的实验研究，在低功率和高功率实验中分别得到ImA/cm2和lOOmA/cm2的宏脉冲电流密度。中科大在2003-2006年做过微脉冲电子枪的模拟计算和特性分析以及相应的阴极材料的研究。同时，中国工程物理研究院也做过微脉冲电子枪的理论分析和实验设计。但是经过了 20年的研究，这种基于二次电子倍增的微脉冲电子枪仍然没有被投入实际应用，其原因在于已有的微脉冲电子枪输出电流并不稳定，而微脉冲电子枪运行的不稳定性极大地阻碍了微脉冲电子枪的实际应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够实现微脉冲电子枪稳定运行的基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪，其特征在于:它包括一腔体、一阴极和一栅网；所述腔体一端连接所述阴极，所述阴极伸入所述腔体内；所述腔体另一端连接所述栅网；所述腔体包括由内凹腔体和栅极盖板构成的主腔体、两个水槽外壳、三个管道法兰、一个锥形波导和一个锥形波导法兰；所述腔体中的各个部件都采用304不锈钢制成；所述内凹腔体一端面为圆弧形，另一端面为矩形，且其底部中心位置处开设有一圆形的凹槽，该凹槽的截面为梯形结构，在所述凹槽周缘处设置有一圈台阶式结构；在所述内凹腔体顶部沿纵向轴方向开设有一贯通的圆孔，所述阴极伸入所述内凹腔体的圆孔内；在所述内凹腔体的圆弧形端面侧沿横向轴方向开设有一与所述凹槽贯通的通道，在所述内凹腔体的矩形端面侧沿横向轴方向也开设有一与所述凹槽贯通的矩形孔；所述栅极盖板为T形管状结构，由顶部圆形盖板和底部空心管一体成型；在所述栅极盖板顶部圆形盖板的中心轴线处开设有一与所述内凹腔体上圆孔对应设置的通孔，并且所述栅极盖板顶部圆形盖板卡设在所述凹槽周缘处的台阶式结构上，并采用焊接将所述栅极盖板与所述内凹腔体连接成所述主腔体；在所述栅极盖板底部空心管内壁面上设置有螺纹，所述栅网通过所述通孔伸入所述栅极盖板内，并与所述栅极盖板底部空心管螺纹连接；两所述水槽外壳分别焊接在所述主腔体两端，其中一个所述水槽外壳焊接在所述内凹腔体顶部，另一个所述水槽外壳焊接在连接有所述栅极盖板的所述内凹腔体底部；在两所述水槽外壳的中心轴线位置处都开设有孔；第一个所述管道法兰与所述阴极连接，第一个所述管道法兰的管道穿过所述水槽外壳的孔后与所述内凹腔体顶部连接，且第一个所述管道法兰的管道与所述凹槽上的圆孔同心设置，在第一个所述管道法兰与所述水槽外壳的孔连接处采用焊接密封；第二个所述管道法兰与所述栅极盖板底部空心管焊接在一起，第二个所述管道法兰的管道与所述栅极盖板的通孔、内凹腔体的圆孔同心设置；第三个所述管道法兰焊接在所述内凹腔体圆弧形端面上作为微波提取端，第三个所述管道法兰的管道与所述内凹腔体圆弧形端面上的通道同心设置；所述锥形波导出口端焊接在所述内凹腔体矩形端面上，且所述锥形波导的通道通过所述矩形孔与所述凹槽贯通；所述锥形波导入口端焊接有所述锥形波导法兰，通过所述锥形波导法兰连接微波功率源。所述阴极包括微分直线导入器、阴极杆和阴极片；所述微分直线导入器后端的连接盘与第一个所述管道法兰焊接，所述微分直线导入器前端设置有用于与所述阴极杆一端连接的内螺纹；所述阴极杆另一端端部点焊连接所述阴极片，且所述阴极杆点焊有所述阴极片的一端经第一个所述管道法兰的管道伸入所述内凹腔体的圆孔内。所述阴极杆采用紫铜加工制成，所述阴极片采用铜镁铝合金制成。所述微分直线导入器的调节杆上设置有用于调节所述阴极位置的千分尺。所述栅网包括栅网片和栅网底座，所述栅网片经点焊与所述栅网底座连接，所述栅网底座上设置有外螺纹，与所述栅极盖板底部空心管螺纹连接。所述栅网底座采用紫铜加工制成，所述栅网片由304不锈钢片采用微孔刻蚀方法制作而成，所述栅网片的网孔孔径和网孔间距根据所述阴极和栅网的二次电子倍增特性调難iF.0所述栅网片的厚度为0.1mm，直径为10mm，并在中间直径为8mm范围内开孔，网孔孔径为0.2mm,网孔间距为0.7mm。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术由于综合考虑了腔内的束流负载效应以及阴极材料的二次电子倍增特性，选取合适的能区，通过束流负载的负反馈调节作用使得微脉冲电子枪能够实现稳定运行。2、本专利技术可以通过对微波功率的调节来调节束流负载的大小，从而改变输出电流的大小。即本专利技术的输出电流在一定程度上是可以手动调节的。3、本专利技术由于电子工作在较低能区，而对微波功率的要求不高，可以在常温下实现CW运行，从而可以得到较高的平均流强。4、本专利技术将腔体采用内凹腔体和栅极盖板焊接而成，采用内凹式的腔体结构一方面可以将腔内的电场区域和磁场区域分开，使得阴极和栅网所处的区域基本为纯电场区，电子的运动基本不受磁场的影响；另一方面是为了满足电子能量对两极间距的要求，当微波电磁场频率固定后，电子获得的能量要小于1.5KeV，则要求电子枪的两极间距比较小；而且内凹式腔体结构还可以使得腔体侧面较宽，便于安装其他部件。5、本专利技术的内凹腔体和栅极盖板都采用304不锈钢制成，其材料的选取决定了腔体的无载品质因数和分路阻抗。而无载品质因数和分路阻抗决定了在腔里建立起所需的微波电磁场的电场强度所需要的微波功率。馈入的微波功率相对于束流负载不能过大，才能对腔的状态进行有效的调节。6、本专利技术阴极片采用铜镁铝合金制成，栅网底座采用紫铜加工制成，栅网片由304不锈钢片采用微孔刻蚀方法制作而成，阴极片的材料和栅网的材料决定了总的二次电子倍增曲线的形状，而通过对栅网的透射率的调节可以控制总的二次电子倍增曲线的高低，因此不同的阴极和栅网材料对应的合适的栅网透射率是不一样的。而栅网的透射率可以通过网孔的大小和间距经行调节。综上诉述，本专利技术的腔型结构是为了使电子枪工作点处在2856MHz的频率和低于1.5KeV的电子能量输出。这样通过功率、阴极位置等参数的调节，电子枪腔内会自动建立起负反馈机制，形成稳定的输出电流。采用本专利技术的技术方案制作的电子枪在实际运行中，与已有技术相比能得到更稳定更可控的输出电流。本专利技术可以广泛在微波电子枪领域中应用。【附图说明】图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是图1的剖视图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪，其特征在于：它包括一腔体、一阴极和一栅网；所述腔体一端连接所述阴极，所述阴极伸入所述腔体内；所述腔体另一端连接所述栅网；所述腔体包括由内凹腔体和栅极盖板构成的主腔体、两个水槽外壳、三个管道法兰、一个锥形波导和一个锥形波导法兰；所述腔体中的各个部件都采用304不锈钢制成；所述内凹腔体一端面为圆弧形，另一端面为矩形，且其底部中心位置处开设有一圆形的凹槽，该凹槽的截面为梯形结构，在所述凹槽周缘处设置有一圈台阶式结构；在所述内凹腔体顶部沿纵向轴方向开设有一贯通的圆孔，所述阴极伸入所述内凹腔体的圆孔内；在所述内凹腔体的圆弧形端面侧沿横向轴方向开设有一与所述凹槽贯通的通道，在所述内凹腔体的矩形端面侧沿横向轴方向也开设有一与所述凹槽贯通的矩形孔；所述栅极盖板为T形管状结构，由顶部圆形盖板和底部空心管一体成型；在所述栅极盖板顶部圆形盖板的中心轴线处开设有一与所述内凹腔体上圆孔对应设置的通孔，并且所述栅极盖板顶部圆形盖板卡设在所述凹槽周缘处的台阶式结构上，并采用焊接将所述栅极盖板与所述内凹腔体连接成所述主腔体；在所述栅极盖板底部空心管内壁面上设置有螺纹，所述栅网通过所述通孔伸入所述栅极盖板内，并与所述栅极盖板底部空心管螺纹连接；两所述水槽外壳分别焊接在所述主腔体两端，其中一个所述水槽外壳焊接在所述内凹腔体顶部，另一个所述水槽外壳焊接在连接有所述栅极盖板的所述内凹腔体底部；在两所述水槽外壳的中心轴线位置处都开设有孔；第一个所述管道法兰与所述阴极连接，第一个所述管道法兰的管道穿过所述水槽外壳的孔后与所述内凹腔体顶部连接，且第一个所述管道法兰的管道与所述凹槽上的圆孔同心设置，在第一个所述管道法兰与所述水槽外壳的孔连接处采用焊接密封；第二个所述管道法兰与所述栅极盖板底部空心管焊接在一起，第二个所述管道法兰的管道与所述栅极盖板的通孔、内凹腔体的圆孔同心设置；第三个所述管道法兰焊接在所述内凹腔体圆弧形端面上作为微波提取端，第三个所述管道法兰的管道与所述内凹腔体圆弧形端面上的通道同心设置；所述锥形波导出口端焊接在所述内凹腔体矩形端面上，且所述锥形波导的通道通过所述矩形孔与所述凹槽贯通；所述锥形波导入口端焊接有所述锥形波导法兰，通过所述锥形波导法兰连接微波功率源。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二次电子倍增的自稳流微脉冲电子枪，其特征在于:它包括一腔体、一阴极和一栅网；所述腔体一端连接所述阴极，所述阴极伸入所述腔体内；所述腔体另一端连接所述栅网；所述腔体包括由内凹腔体和栅极盖板构成的主腔体、两个水槽外壳、三个管道法兰、一个锥形波导和一个锥形波导法兰；所述腔体中的各个部件都采用304不锈钢制成； 所述内凹腔体一端面为圆弧形，另一端面为矩形，且其底部中心位置处开设有一圆形的凹槽，该凹槽的截面为梯形结构，在所述凹槽周缘处设置有一圈台阶式结构；在所述内凹腔体顶部沿纵向轴方向开设有一贯通的圆孔，所述阴极伸入所述内凹腔体的圆孔内；在所述内凹腔体的圆弧形端面侧沿横向轴方向开设有一与所述凹槽贯通的通道，在所述内凹腔体的矩形端面侧沿横向轴方向也开设有一与所述凹槽贯通的矩形孔； 所述栅极盖板为T 形管状结构，由顶部圆形盖板和底部空心管一体成型；在所述栅极盖板顶部圆形盖板的中心轴线处开设有一与所述内凹腔体上圆孔对应设置的通孔，并且所述栅极盖板顶部圆形盖板卡设在所述凹槽周缘处的台阶式结构上，并采用焊接将所述栅极盖板与所述内凹腔体连接成所述主腔体；在所述栅极盖板底部空心管内壁面上设置有螺纹，所述栅网通过所述通孔伸入所述栅极盖板内，并与所述栅极盖板底部空心管螺纹连接; 两所述水槽外壳分别焊接在所述主腔体两端，其中一个所述水槽外壳焊接在所述内凹腔体顶部，另一个所述水槽外壳焊接在连接有所述栅极盖板的所述内凹腔体底部；在两所述水槽外壳的中心轴线位置处都开设有孔； 第一个所述管道法兰与所述阴极连接，第一个所述管道法兰的管道穿过所述水槽外壳的孔后与所述内凹腔体顶部连接，且第一个所述管道法兰的管道与所述凹槽上的圆孔同心设置，在第一个所述管道法兰与所述水槽外壳的孔连接处采用焊接密封；第二个所述管道法兰与所述栅极盖板底部空心管焊接在一起，第二个所述管道法兰的管道与所述栅极盖板的通孔、内凹腔体的圆孔同心设置；第三个所述管道法兰焊接在所述内凹腔体圆弧形端面上作为微波提...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁向阳，周奎，全胜文，杨柳，赵继飞，罗星，杨自钦，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11