栅控电子枪电源制造技术

公开了一种栅控电子枪电源以及栅控电子枪和加速器。电源包括：电子生成电源；栅极偏置电源；栅极脉冲电源；以及阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，其中，栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，且栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且阴极电压在不同的第二周期中可变。通过更改栅控枪电源中的阴极直流高压电源部分设计，实现快速交替输出不同阴极高压，从而使得栅控枪能够快速交替产生能量和数量都独立可调的电子脉冲。

Grid controlled gun power supply

【技术实现步骤摘要】
栅控电子枪电源
本公开涉及电子
，尤其涉及一种栅控电子枪电源以及使用电源的电子枪和加速器。
技术介绍
加速器的功能是利用高功率微波中的电场加速电子，从而产生高能电子，进而打靶产生高能X射线。加速器中包括电子枪，电子枪用于产生电子并注入到加速管中。常规电子枪包括二级电子枪和栅控电子枪两种结构。它们都是工作在脉冲模式，即电子枪输出的电子是一连串短脉冲。二级电子枪电源和栅控电子枪电源都是为了让电子枪正常工作提供必要的电源。图1示出了电子枪中电子脉冲输出的例子。如图所示，电子枪电源可以每间隔4毫秒输出5微秒的电子脉冲。相比于二级电子枪，栅控电子枪由于增加了控制栅极而能够对电子的加速输出进行更为精细的控制。常规设计的栅控电子枪电源包括：灯丝电源、栅极偏置电源、栅极脉冲电源和阴极直流高压电源。灯丝电源用于加热阴极材料产生电子云，栅极偏置电源抑制阴极发射电子，栅极脉冲电压将电子从阴极引出，阴极直流高压电源在电子枪的阴极和阳极之间产生高压电场(阳极接地，阴极负高压)，将电子加速注入加速管。图2示出了栅控电子枪的工作原理示意图。如图2所示，灯丝在通电加热后产生的大量热电子在栅极的控制下进入阳极和阴极之间的高压电场，并在电场的作用下加速向阳极方向移动，随后例如进入加速管。电子的具体能量取决于加速电压的高低，进入高压电场的电子数量则由栅极控制。换句话说，栅控枪阴极直流高压决定着电子能量，而栅极脉冲电压决定着电子数量。为了获取能量和数量可调的电子束，需要一种改进的栅控电子枪电源。
技术实现思路
本公开要解决的一个技术问题是提供一种栅控电子枪电源以及使用该电源的栅控电子枪和加速管。为此，本专利技术提供了一种能够与栅极脉冲电源(交替双能脉冲输出)同步工作，交替变换阴极高压输出的可变阴极高压电源。根据本公开的第一个方面，提供了一种栅控电子枪电源，包括：电子生成电源，用于从组成阴极的材料中产生电子；栅极偏置电源，用于产生栅极偏置电压抑制所述阴极发射电子；栅极脉冲电源，用于产生栅极脉冲电压将电子从阴极引出；以及阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，其中，所述栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，并且所述栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，所述阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个所述第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且所述阴极电压在不同的第二周期中可变。可选地，所述栅极脉冲电源在相邻的第一周期的第一时段内交替输出第一栅极脉冲电压和第二栅极脉冲电压，所述阴极高压电源在相邻的第二周期的第二时段内交替输出第一阴极电压和第二阴极电压。在一个实现中，所述栅极脉冲电源可以是交替双能脉冲输出电源。所述阴极高压电源可以是交替双能脉冲输出电源。在另一个实现中，所述阴极高压电源包括阴极直流电源和阴极可变电源，所述阴极直流电源输出第一阴极电压，所述阴极直流电源和所述阴极可变电源共同输出所述第二阴极电压。所述阴极可变电源是在第三周期的第三时段内输出脉冲的单能脉冲输出电源，所述第三周期是第二周期的一倍，并且所述第三时段至少覆盖相应第一周期内的第一时段。在另一个实现中，所述阴极高压电源包括第一阴极直流电源和第二阴极直流电源，所述第一阴极直流电源输出第一阴极电压，所述第一阴极直流电源和所述第二阴极直流电源共同输出所述第二阴极电压。所述阴极高压电源包括切换开关，所述切换开关切换用于接入所述第二阴极直流电源。在另一个实现中，所述阴极高压电源包括第一阴极直流电源、第二阴极直流电源和切换开关，所述切换开关切换用于使得所述第一阴极直流电源输出第一阴极电压，所述第二阴极直流电源输出所述第二阴极电压。可选地，所述第一周期可以与所述第二周期同步，也可略微错开，只要第二时段能够覆盖相应的第一时段即可。同样，可选地，第一周期和所述第二周期各自的持续时间可变，只要其在变化依然保证要第二时段能够覆盖相应的第一时段即可。根据本公开的第二个方面，提供一种栅控电子枪，包括如上所述的栅控电子枪电源。根据本公开的第三个方面，提供了一种加速器，包括如上所述的栅控电子枪。由此，本专利技术通过更改栅控枪电源中的阴极直流高压电源部分设计，使其不止是一个常规的直流电源，实现快速交替输出不同阴极高压。从而使得栅控枪能够快速交替产生能量和数量都独立可调的电子脉冲。由此，在交替双能加速器应用模式中，使得加速管能够在最佳工作状态下工作。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了电子枪中电子脉冲输出的例子。图2示出了栅控电子枪的工作原理示意图。图3示出了根据本专利技术一个实施例的栅极脉冲电源和可变阴极高压电源输出电压的示意图。图4示出了交替双能脉冲输出的一个例子。图5示出了本专利技术阴极高压电源的一个实现例。图6则示出了图5所示阴极高压电源和相应的栅极电源电压输出示意图。图7示出了本专利技术阴极高压电源的一个实现例。图8则示出了图7所示阴极高压电源和相应的栅极电源电压输出示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。栅控电子枪可以产生经加速的电子，经加速的电子可被用于加速器或是其他需要使用栅控电子枪的领域。电子的能量(电压)和数量(电荷量)对于加速管的工作状态都有影响，为了让加速管工作在最佳状态，希望这两个参数能够独立调整。栅控枪阴极直流高压决定着电子能量，而栅极脉冲电压决定着电子数量。换句话说，栅控枪电子的能量和数量可以独立调整，能够让加速管在最佳工作参数运行。现有技术中，栅控电子枪采用阴极直流高压电源产生用于在阳极和阴极之间进行电子加速的高压电场。在需要对电子能量进行快速切换的应用场合中，例如，毫秒级切换的应用场景下，现有的阴极直流高压电源无法在几个毫秒的时间间隔内，交替产生两个稳定的直流电压值。因此栅控枪电源只能保持阴极直流高压电源的电压不变，而无法产生电子能量快速可变的电子束。为此，本专利技术提出了一种阴极高压快速交替变换的栅控枪电源。本专利技术通过更改栅控枪电源中的阴极高压电源部分设计，来代替常规直流电源，实现快速交替输出不同阴极高压。上述可变的阴极高压可以能够与可变的栅极脉冲电源相结合，实现电子脉冲能量和数量的独立可调。该方案尤其适用于在交替双能加速器应用模式中使用，以确保加速管可以在最佳工作状态下工作。具体地，本专利技术的栅控电子枪电源包括电子生成电源、栅极偏置电源、栅极脉冲电源和阴极高压电源。电子生成电源用于从组成阴极的材料中产生电子。在实际应用中，电子生成电源可以是常规的灯丝电源，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种栅控电子枪电源，包括：/n电子生成电源，用于从组成阴极的材料中产生电子；/n栅极偏置电源，用于产生栅极偏置电压抑制所述阴极发射电子；/n栅极脉冲电源，用于产生栅极脉冲电压将电子从阴极引出；以及/n阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，/n其中，所述栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，并且所述栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，/n所述阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个所述第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且所述阴极电压在不同的第二周期中可变。/n

【技术特征摘要】
1.一种栅控电子枪电源，包括：
电子生成电源，用于从组成阴极的材料中产生电子；
栅极偏置电源，用于产生栅极偏置电压抑制所述阴极发射电子；
栅极脉冲电源，用于产生栅极脉冲电压将电子从阴极引出；以及
阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，
其中，所述栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，并且所述栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，
所述阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个所述第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且所述阴极电压在不同的第二周期中可变。


2.如权利要求1所述的栅控电子枪电源，其中，所述栅极脉冲电源在相邻的第一周期的第一时段内交替输出第一栅极脉冲电压和第二栅极脉冲电压，
所述阴极高压电源在相邻的第二周期的第二时段内交替输出第一阴极电压和第二阴极电压。


3.如权利要求2所述的栅控电子枪电源，其中，所述栅极脉冲电源是交替双能脉冲输出电源。


4.如权利要求2所述的栅控电子枪电源，其中，所述阴极高压电源是交替双能脉冲输出电源。


5.如权利要求2所述的栅控电子枪电源，其中，所述阴极高压电源包括阴极直流电源和阴极可变电源，所述阴极直流电源输出第一阴极电压，所述阴极直流电源和所述阴极可变电源共同输出所述第二阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈怀壁，黄文会，
申请(专利权)人：清华大学，北京合志超越科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11