一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法。该装置包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，螺线管装置包括螺线管，加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴阳极的上下放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；提取场阳极为平面网状结构；螺线管为180°弧形结构；螺线管与加速场相连，加速场阳极端连接有电子引出孔。本发明专利技术能够在低气压下产生电流为11A、且阴极斑点稳定的扩散型小电流电弧，能够抑制等离子体扩散到加速场中。

【技术实现步骤摘要】
一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法
本专利技术涉及电子束加工制造
和高功率微波辐射领域，尤其涉及一种可重频的、脉宽可调的高能等离子体电子束发生装置及方法。
技术介绍
微波辐射是强流粒子束与相应的微波介质相互作用所形成的产物，尤其是在等离子微波辐射源中，电子束电流大小和电子束脉宽对微波辐射的电磁波的频率和辐射时间起着重要作用。传统的电子束有两种产生形式，一种是热阴极发射，另一种是场致发射。热阴极能够产生直流电子束，但电子束电流较小，一般在几个毫安或十几个毫安。另外，热阴极材料易于损耗，寿命短。场致发射能产生大电流电子束，其电流能够达到千安级别，但电子束电流脉宽很短，通常在几十纳秒或几百纳秒级别。从等离子体中提取电子束能够产生大电流和长脉宽的电子束电流。在研究等离子体作为电子束源时，由于电弧放电结构简单，并且产生的等离子体密度大，因此，真空电弧是作为设计大电流、高能电子束源的重要途径。一般来说，等离子体电子束源主要包括两个部分：1)基于某种放电的等离子体发生器；2)电子束提取系统。为了保证真空电弧放电较长时间运行，通常采用扩散型小电流电弧。此时，电弧阴极斑点易于在阴极表面无规则游走，破坏等离子体空间分布，从而使得电子束电流波形不规则，且阴极斑点易于熄灭。如何在长时间内保证阴极斑点稳定运行是本设计主要解决的一个关键问题。另外，在放电过程中产生了大量的带电粒子，这些带电粒子由于空间电荷效应和初始动能扩散到加速场中。此时，带电粒子在电场的作用下加速运动获得足够大的能量，并且很容易和加速场中性原子发生碰撞电离，从而使加速间隙闭合，不利于形成高能电子束。如何避免等离子体扩散到加速场中是目前需要解决的另一关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及法，从而解决现有技术中存在的前述问题。本专利技术能够在低气压下(<5×10-3pa)产生电流为11A、且阴极斑点稳定的扩散型小电流电弧。并且从原有的加速场分成提取场，偏转场和加速场三个部分，利用低电压提取场的可控性来改变电子束脉宽和占空比，通过改进相关结构，抑制了等离子体扩散到加速场中，从而保证了电子束的能量达到所需要求。本专利技术所采用的技术方案是：一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，所述提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，所述螺线管装置包括螺线管，所述加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，在真空罐内部，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴极和放电阳极的上下部分放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；放电阳极即为提取场阴极，提取场阳极为平面网状结构，不包括聚焦装置；所述螺线管为180°弧形结构，提取场阳极紧靠励磁线圈端口，励磁线圈在提取场阳极端口处产生的部分磁场可对初始电子束聚焦；螺线管与加速场相连，螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端连接有电子引出孔。更进一步的，还包括电子束收集极，电子穿过所述电子引出孔后通过电子束收集极收集。更进一步的，所述等离子体电子束发生装置、提取场阴阳极为上下层叠递进结构，放电阴极和放电阳极采用铜材料，提取场阳极采用1mm*1mm孔径的钼网材料。更进一步的，所述电子引出孔即为提取场阳极，提取场阳极上方即为180°弧形螺线管装置，螺线管采用直流电流源供电；电子从提取场提取出后直接进入到螺线管中，并且改变电子的运动方向，但由于空间电荷的作用螺线管不能改变等离子体带电粒子的方向。更进一步的，所述放电阴极和放电阳极的放电电源为直流电源，提取场电源为能够调节的、可重频的低压脉冲电源，励磁电源为恒流源，加速场为直流恒压源；加速场电压的阴极接地、其余电源采用悬浮电源供电。更进一步的，所述永磁体设置为上下两片，外尺寸与放电阴极和放电阳极的尺寸相当，孔径小于放电阳极的孔径。更进一步的，所述装置包括的各结构的连接处均加工有密封槽，且所述密封槽内均装有橡胶密封圈。更进一步的，所述法兰盘除放电阳极外，其余均采用铝板制作而成，放电阳极与法兰等电位连接或加工成一整体，采用铜材料，真空罐采用有机玻璃加工制成。一种上述可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置产生电子束的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将电弧放电阴阳电极板、阴阳极引出线、提取场阴阳极板、提取场引出线与相应法兰盘接在一起；S2，将真空罐整体连同180°弧形螺线管、加速场装置一起抽真空至要求的气压条件下；S3，提升电弧阴阳极放电电压，然后对真空电弧进行点火触发，产生电弧等离子体；S4，打开提取场低压脉冲源，将等离子体中的电子从电子引出孔中提取出电子束源；S5，打开励磁电流源，使得初始的低能电子束沿着励磁电流所产生的磁场方向进行偏转，并且使电子束源进入到加速场中；S6，打开加速场恒压源，使得电子束加速获得高能电子束。本专利技术的优点在于：1)本专利技术提供的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法，该结构的电子束发生装置，体积小，占用空间少，同时，与现有技术中，通过加热热阴极产生大量的热电子，需要消耗阴极材料，导致电子束发生装置工作寿命短的方式相比，适用寿命长在高功率微波辐射领域，本设计电子束能够承受束微波介质中等离子体填充器件的反向离子轰击等特点。2)本专利技术提供的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法，与传统的电弧等离子体发生装置比，阴极斑点能够长时间稳定运行。在放电装置中，由于磁场的引入大大增加了放电局部中心处等离子体密度，提高了电子束提取效率。另外，通过改进阴极结构，使得阴极斑点的运动范围大大缩小，提高了放电的稳定性。3)本专利技术提供的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及法，与传统的等离子体电子束发生装置比，在电子束单次脉宽达到100us-200us的基础上，理论上加速场电压能够达到50kV。并且，利用低压脉冲源易于实现的优势，可以实现电子束脉冲的高重频。附图说明图1是电弧放电阴极和阳极结构示意图；图2是电弧放电阴极和阳极安装示意图；图3是真空罐密封槽结构(侧视图)；图4是真空罐密封槽结构(俯视图)；图5是电弧放电以及提取场结构(侧视图)；图6是180°弧形螺线管结构图；图7是加速场聚焦装置图；图8是可重频的真空电弧等离子体电子束总体框图；图中：1-1.放电阴极；1-2.触发针；1-3.陶瓷绝缘；1-4.放电阳极；1-5.阳极孔；1-6.法兰盘；1-7.永磁体绝热保护套；1-8.接线杆；1-9.密封槽；1-10.提取场阳极；1-11.永磁体；2-1.励磁线圈；2-2.非磁屏蔽金属桶；3-1.加速场阴极(接地)；3-2.加速场阳极；3-3.弧形静电聚焦结构；3-4.电子束收集极；3-5.电子引出孔。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，其特征在于，包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，所述提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，所述螺线管装置包括螺线管，所述加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，在真空罐内部，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴极和放电阳极的上下部分放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；放电阳极即为提取场阴极，提取场阳极为平面网状结构，不包括聚焦装置；所述螺线管为180°弧形结构，提取场阳极紧靠励磁线圈端口，励磁线圈在提取场阳极端口处产生的部分磁场可对初始电子束聚焦；螺线管与加速场相连，螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端连接有电子引出孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，其特征在于，包括提取场部分、螺线管装置、加速场部分，所述提取场部分包括真空罐、放电阴极、放电阳极，所述螺线管装置包括螺线管，所述加速场部分包括加速场阴极、加速场阳极、电子束收集极，在真空罐内部，放电阴极为凸形结构，放电阳极为底部开口、顶部中心为孔型的筒状结构；在放电阴极和放电阳极的上下部分放置环形磁体，磁场方向为N极到S极或S极到N极；放电阳极即为提取场阴极，提取场阳极为平面网状结构，不包括聚焦装置；所述螺线管为180°弧形结构，提取场阳极紧靠励磁线圈端口，励磁线圈在提取场阳极端口处产生的部分磁场可对初始电子束聚焦；螺线管与加速场相连，螺线管的尾端为加速场阴极，加速场末端为加速场阳极，加速场阳极端连接有电子引出孔。


2.根据权利要求1所述的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，其特征在于，还包括电子束收集极，电子穿过所述电子引出孔后通过电子束收集极收集。


3.根据权利要求1所述的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，其特征在于，所述等离子体电子束发生装置、提取场阴阳极为上下层叠递进结构，放电阴极和放电阳极采用铜材料，提取场阳极采用1mm*1mm孔径的钼网材料。


4.根据权利要求1所述的可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置，其特征在于，所述电子引出孔即为提取场阳极，提取场阳极上方即为180°弧形螺线管装置，螺线管采用直流电流源供电；电子从提取场提取出后直接进入到螺线管中，并且改变电子的运动方向，但由于空间电荷的作用螺线管不能改变等离子体带电粒子的方向。


5.根据权利要求1所述的可重频的真空电弧等离子体电子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：高深，蔡纪鹤，陈伦琼，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32