电子枪的工作原理是什么？

发布网友发布时间：2022-04-21 12:07

共1个回答

热心网友时间：2023-06-27 20:00

在电子*阴极附近发生的物理过程与电子二极管中所发生的物理过程非常类似。大家知道，在二极管中电流的流通，是由阴极发射的电子的运动来实现的。若在二极管的阴极与阳极之间加上一定的正向电压Ua，阴极逐渐加热（逐渐增大灯丝的加热电压Uf），记录相应的阳极电流Ia，可得到一条Ia/Uf关系曲线。改变Ua可得到另一条IaUf关系曲线。当Uf比较低时，即阴极温度较低时，阳极电流Ia随着加热电压的增大而增长很快。当Uf超过某一数值时，阳极电流Ia不随灯丝加热电压Uf的增大而增大，若继续提高Uf对阳极电流的增大并无好处。我们知道，在一定的阴极温度下，阴极有一定的发射电流，阴极温度愈高，则发射电流愈大。当阴极温度足够高时，继续增高阴极温度（此时阴极的发射电流仍在增大）而阳极电流不变，这表明此时阴极发射的电流没有能全部到达阳极。考察不同的Ua所对应的不同曲线，情况都是一样。因为二极管的阴阳极之间加有正向电压Ua，因此阴阳极间会形成一定的电场分布，在阴极未加热时，该电场分布是稳定的。当阴极加热后，阴极开始发射电子，电子在Ua的作用下飞向阳极。由于有空间电荷的存在，阴阳极之间每一点的电位都要下降，当阴极温度不太高，发射的电子不太多时，阴阳极之间仍为加速场，电子在此电场作用下都能到达阳极。随着阴极发射电子的增多，阴阳极表面电位梯度的变化是不同的，因为阴极表面的电子除了受阳极加速电场的吸引外，还受到前面空间电荷的排斥作用，因此电子所受到的力较没有空间电荷时小，即电位梯度减小；而在阳极表面的电子除了受阳极加速电场的吸引外，还受到后面空间电荷的推力，所以电位梯度增大。若继续提高阴极的温度，空间电荷的密度继续增加，由于空间电荷的作用，将使阴极表面的电位梯度下降为零，此时空间电荷在阴极表面产生的电场恰好等于加速场，但方向相反，阴极表面不再受电场力作用。大家知道，电子自阴极逸出要具有一定的初速度，即使阴极表面电位梯度下降至零，继续提高阴极温度，空间电荷密度仍能增大，这时，阴极表面电位梯度变为负值。即在阴极附近空间电荷产生的电场大于阳极电压Ua产生的加速场。
从阴极发射出来的电子，具有不同的初速度。只有初始动能大于最低电位位能的电子，才能克服阴极表面附近的负电场而越过最低电位，进入加速场飞向阳极；而那些初始动能比较小的电子，在空间电荷的作用下又返回了阴极。在平衡状态下，单位时间内跑向阳极的电子数加上返回阴极的电子数，等于阴极发射进入空间的电子数。继续增高阴极温度，则阴极发射增加，空间电荷密度也增加，这等于加强了阴极表面附近的负电场，受负电位作用返回阴极的电子数增多，而跑到阳极的电子数却增加微少。
在阴极加热温度低时，阴极发射的电子都可以到达阳极，此时阳极电流取决于阴极发射温度，称为温度*。这种情况下，阴极加热温度的变化，对发射电流的影响很大。当加热电压继续加高，空间电荷效应起主要作用，阳极电流受空间电荷*。加速器的电子*主要工作在空间电荷*状态下。随着加速管的改进，采用低压注入的技术成为可能；同时现在的医用加速器，根据放射治疗的需要，要求改变注电流达到既能出X射线，亦能出电子线的要求。这样的电子*阳极电压可降到7-15KV，注流在200—1000ma的范围内变化。在出电子线时注流能逐渐降到很低的数值（医用加速器工作在X线治疗和电子线治疗时对束流强度的要求差别甚大，相差百倍以上）。低压注入技术的解决，为栅控*的使用打下基础。低压*可以大大缩小电子*的尺寸，减低电极间绝缘瓷件耐压的要求，减低了离子回轰阴极的能量，更重要的是电源的体积，重量以及效率可以大大提高。对于栅控*的设计，人们一般是在二极*设计的基础上，增加一个控制极(栅极)。当栅极对阴极加上一个不大的负电压(截止偏压一Egc)时，使阴极发射截止；这相当于在脉冲的间隙期停止放射，而脉冲的持续期控制极对阴极加上零或一个不大的正电压，使阴极发射电子，通过对这个正电压的调整，达到对电子注流的控制。而阳极对阴极的电压，可以始终加上一个稳定的直流高压。显然直流电源电压的幅度稳定，比高压脉冲调制器的高压脉冲幅度的稳定容易得多。因而也减轻了对电源设计上的压力。人们加设的控制极，通常有三种形式，它们的结构形式在第一部分已经给出，它们的工作方式，现分别简述如下：第一种孔栅*：它是在结构设计上将二极*的聚焦极与阴极绝缘开来，适当修改聚焦极的设计，使其能在相对阴极而加的偏压(-Ego)的绝对值尽量低时情况下，实现电子注的截止。一般经验是，当P<0.5微朴，*压缩比较小时，|—Ego|/Va可以在低于25%的情况下，实现孔栅*设计。第二种针栅*：它是在阴极的中心安置一个与阴极绝缘而垂直于阴极面的小针，以此针为控制极，它的截止电压，大致可以做到或稍低于孔栅*的水平。但对针栅*而言，其阴极、针栅极在结构设计上较复杂，目前国内较少使用，而俄罗斯在这方面技术较成熟，他们可以在针栅上复上一层反发射物质，以降低栅发射。不过对于存在较强离子反轰的加速管采用此种控制极是否可行，有待实践证明。第三种网栅*，它是在二极*中距阴极1%—3%的等位面上设置一栅网，当栅网对阴极加上相当于网在平面的电位时，并不大改变原二极*的电位分布。这种栅的截止偏压可以设计得很低。这将有利于栅控电源的制作。