本發(fā)明涉及直流高壓光電子槍，具體涉及一種200kv直流型高壓光電子槍。

背景技術(shù)：

1、直流高壓光電子槍是一種基于光陰極的光電效應(yīng)和經(jīng)典直流加速原理的電子源產(chǎn)生裝置，用于為超快電子衍射裝置、超快電子顯微鏡、自由電子激光器等各種加速器裝置提供電子源。電子槍內(nèi)部場致發(fā)射產(chǎn)生的電子束撞擊并擊穿絕緣體，可能引起介電緩沖氣體泄露至真空腔室，使得其工作電壓很難提升，當(dāng)前典型的裝置如下：

2、由亞利桑那州州立大學(xué)提出的一種超低發(fā)射度光電陰極的低溫冷卻200kv直流光發(fā)射電子槍，陰陽電極采用了類皮爾斯槍結(jié)構(gòu)，陰陽極之間的間距為1.17cm，電子束流的加速場強大于10mv/m，光陰極表面的縱向電場強度為11.6mv/m，而圓錐型陽極由于大曲率的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其最大表面電場高達40mv/m，遠大于真空中場致發(fā)射的極限，盡管該處的局部場增強效應(yīng)不是限制該電子槍的主要因素，但也限制其推廣應(yīng)用；其次陰陽電極的間隔過小導(dǎo)致光陰極表面的縱向電場大于真空擊穿的極限，導(dǎo)致光陰極容易損壞。

3、另有，歐道明大學(xué)提出的一種300kv直流高壓光電子槍，陰陽電極采用了皮爾斯槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證電子槍出射的電子束線具有比較低的發(fā)射度；陰陽極之間的間距為5cm，可實現(xiàn)光陰極表面的縱向電場達到7.8mv/m，但較大的加速距離使得軸線上的加速場強小于10mv/m，電子束在電子槍內(nèi)傳輸過程中的時間展寬效應(yīng)比較明顯；同時陰極電極的平面區(qū)域與弧面區(qū)域的銜接處出現(xiàn)局部場增強，嚴(yán)重限制了該電子槍工作電壓的提升。

4、還有康內(nèi)爾大學(xué)提出的一種低溫冷卻高壓直流光電子源，整個陰極電極采用了兩段式電極結(jié)構(gòu)以便于內(nèi)部光陰極轉(zhuǎn)移模塊的安裝，整體呈現(xiàn)球型，前電極中心為直徑1.4cm的平面區(qū)域，后電極中心存在直徑為2cm的開口以便于光陰極的轉(zhuǎn)移；陽極電極采用密度為22線/cm的接地山柵網(wǎng)；陰陽電極之間的間距為2cm，最高的工作電壓為230kv。但陰極電極結(jié)構(gòu)設(shè)計中前電極的平面區(qū)域與球面的銜接處存在明顯拐點，使其成為局部場增強的點，存在真空擊穿的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是降低因直流高壓電子槍陰陽電極結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理引起的局部場增強效應(yīng)，導(dǎo)致真空擊穿的風(fēng)險，以及解決功能單一無法滿足不同領(lǐng)域應(yīng)用需求的問題，而提供一種200kv直流型高壓光電子槍。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種200kv直流型高壓光電子槍，包括真空腔體，其特殊之處在于：所述真空腔體穿接真空法蘭a、真空法蘭b，真空法蘭a內(nèi)設(shè)置向真空腔體內(nèi)部延伸的高壓電纜，高壓電纜位于真空腔體內(nèi)的一端電連接陰極電極，所述陰極電極內(nèi)連接光陰極轉(zhuǎn)移裝置，真空法蘭b位于真空腔體內(nèi)的一端通過位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接陽極電極，陽極電極相對陰極電極設(shè)置；

4、所述真空腔體上相對光陰極轉(zhuǎn)移裝置穿接真空法蘭c，所述真空法蘭c上連接透射光學(xué)窗，所述陽極電極的中部開設(shè)中部陽極小孔，透射光學(xué)窗、光陰極轉(zhuǎn)移裝置、陰極電極、中部陽極小孔、真空法蘭b的中軸線位于同一直線上；

5、所述真空腔體上傾斜連接關(guān)于真空法蘭b的中心軸線對稱的多對真空法蘭d，陽極電極上對應(yīng)于每個真空法蘭d的中心軸線上開設(shè)傾斜陽極小孔，每對真空法蘭d、相應(yīng)的傾斜陽極小孔、陰極電極形成通過光束及生成電子束的反射路線。

6、進一步地，所述真空法蘭d為兩對，每對傾斜角度的設(shè)置為：

7、取真空法蘭b的中心軸線與陰極電極的交點為o，每個所述真空法蘭d的中心軸線均過交點o，其中一對所述真空法蘭d的中心軸線與真空法蘭b的中心軸線的夾角為15°，另一對所述真空法蘭d的中心軸線與真空法蘭b的中心軸線的夾角為45°。

8、進一步地，所述陰極電極、陽極電極均采用多段式結(jié)構(gòu)的電極設(shè)計，且均包括bruce曲面電極；

9、所述陰極電極的bruce曲面電極與所述陽極電極的bruce曲面電極相對設(shè)置，所述陰極電極的bruce曲面電極連接向真空法蘭c方向延伸的導(dǎo)體圓環(huán)a，導(dǎo)體圓環(huán)a通過導(dǎo)體球面環(huán)連接有導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)遠離導(dǎo)體圓環(huán)a的一端為倒角結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)連接高壓電纜，所述導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)內(nèi)連接陰極轉(zhuǎn)移裝置；

10、所述陽極電極的bruce曲面電極連接向真空法蘭b方向延伸的導(dǎo)體圓環(huán)b，導(dǎo)體圓環(huán)b通過位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接真空腔體。

11、進一步地，所述光陰極轉(zhuǎn)移裝置包括中部開設(shè)圓孔的安裝組件、適配器、多個卡簧、聚焦透鏡、光陰極窗；

12、所述安裝組件通過螺釘連接后端圓筒結(jié)構(gòu)，安裝組件的圓孔內(nèi)通過卡簧連接適配器，所述適配器上分別通過卡簧固定連接聚焦透鏡、光陰極窗，所述光陰極窗的表面鍍有光陰極薄膜，所述光陰極窗與陰極電極相對設(shè)置，所述聚焦透鏡、光陰極窗與透射光學(xué)窗、陰極電極、中部陽極小孔、真空法蘭b的中心軸線位于同一直線上。

13、進一步地，所述光陰極窗為凸臺結(jié)構(gòu)，采用的材料為氟化鎂或藍寶石基底或單晶銅；

14、所述光陰極薄膜采用的材料為金或銀或單晶銅。

15、進一步地，所述高壓電纜的外壁包覆有倒置絕緣體，所述倒置絕緣體上連接屏蔽電極，所述屏蔽電極通過導(dǎo)體螺栓連接導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，所述屏蔽電極為耳朵狀結(jié)構(gòu)。

16、進一步地，所述倒置絕緣體與真空法蘭a之間、導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)與倒置絕緣體的底部分別通過可伐環(huán)連接。

17、進一步地，所述位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)陰極電極與陽極電極之間的距離，所述陰極電極與陽極電極之間的距離為5mm-20mm。

18、進一步地，所述中部陽極小孔、傾斜陽極小孔的孔徑均為1mm。

19、進一步地，所述真空腔體上連接真空法蘭f、真空法蘭g，所述真空法蘭f用于安裝分子泵或者復(fù)合離子泵，所述真空法蘭g用于安裝真空計；所述真空腔體上靠近光陰極轉(zhuǎn)移裝置處連接真空法蘭h，所述真空法蘭h上連接陰極電極觀察窗；所述真空腔體上靠近相對陰極電極的電極面連接多個真空法蘭e，所述真空法蘭e上連接光陰極觀察窗。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、1、本發(fā)明一種200kv直流型高壓光電子槍，在陽極電極上安裝位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)陽極電極與陰極電極之間的距離，進而實現(xiàn)電子槍工作電壓在某一范圍內(nèi)可調(diào)，能夠拓展該電子槍的應(yīng)用領(lǐng)域。

22、2、本發(fā)明一種200kv直流型高壓光電子槍，在陰極電極上連接光陰極轉(zhuǎn)移裝置，可根據(jù)探測光的波長替換合適的光陰極窗及光陰極薄膜，同時，設(shè)置透射光路和反射光路兩種工作模式，且在反射光路的工作模式中，探測激光可實現(xiàn)激光可實現(xiàn)15°和45°兩個角度的入射，具有更高的拓展性。

23、3、本發(fā)明一種200kv直流型高壓光電子槍中，陰極電極采用多段式結(jié)構(gòu)的電極設(shè)計方式，可實現(xiàn)10mv/m的平均加速場強，且電極表面局部最大場強小于10.5mv/m，降低了真空腔真空擊穿的風(fēng)險。

技術(shù)特征：

1.一種200kv直流型高壓光電子槍，包括真空腔體(11)，其特征在于：所述真空腔體(11)的外壁穿接真空法蘭a(1)、真空法蘭b(2)，真空法蘭a(1)內(nèi)設(shè)置向真空腔體(11)內(nèi)部延伸的高壓電纜(3)，高壓電纜(3)位于真空腔體(11)內(nèi)的一端電連接陰極電極(15)，陰極電極(15)內(nèi)連接光陰極轉(zhuǎn)移裝置，真空法蘭b(2)位于真空腔體(11)內(nèi)的一端通過位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)連接陽極電極(16)，陽極電極(16)相對陰極電極(15)設(shè)置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于，所述真空法蘭d(5)為兩對，每對傾斜角度的設(shè)置為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述陰極電極(15)、陽極電極(16)均采用多段式結(jié)構(gòu)的電極設(shè)計，且均包括bruce曲面電極；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述光陰極轉(zhuǎn)移裝置包括中部開設(shè)圓孔的安裝組件(19)、適配器(20)、多個卡簧、聚焦透鏡(17)、光陰極窗(18)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述光陰極窗(18)為凸臺結(jié)構(gòu)，采用的材料為氟化鎂或藍寶石基底或單晶銅；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述高壓電纜(3)的外壁包覆有倒置絕緣體(13)，所述倒置絕緣體(13)上連接屏蔽電極(14)，所述屏蔽電極(14)通過導(dǎo)體螺栓連接導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，所述屏蔽電極(14)為耳朵狀結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述倒置絕緣體(13)與真空法蘭a(1)之間、導(dǎo)體后端圓筒結(jié)構(gòu)與倒置絕緣體(13)的底部分別通過可伐環(huán)(12)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于調(diào)節(jié)陰極電極(15)與陽極電極(16)之間的距離，所述陰極電極(15)與陽極電極(16)之間的距離為5mm-20mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述中部陽極小孔、傾斜陽極小孔的孔徑均為1mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種200kv直流型高壓光電子槍，其特征在于：所述真空腔體(11)上連接真空法蘭f(7)、真空法蘭g(8)，所述真空法蘭f(7)用于安裝分子泵或者復(fù)合離子泵，所述真空法蘭g(8)用于安裝真空計；所述真空腔體(11)上靠近光陰極轉(zhuǎn)移裝置處連接真空法蘭h(9)，所述真空法蘭h(9)上連接陰極電極觀察窗；所述真空腔體(11)上靠近相對陰極電極(15)的電極面連接多個真空法蘭e(6)，所述真空法蘭e(6)上連接光陰極觀察窗。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種200kV直流型高壓光電子槍，陰極電極、陽極電極采用多段式曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計，且前表面結(jié)構(gòu)對稱分布，降低了直流高壓電子槍因局部場增強引起的真空擊穿的風(fēng)險；在陽極電極上安裝位移調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)陽極電極與陰極電極之間的距離，進而實現(xiàn)電子槍工作電壓在50?200kV內(nèi)可調(diào)；陰極電極內(nèi)部安裝有光陰極轉(zhuǎn)移裝置，用于更換不同種類的或者損壞的光陰極；同時，設(shè)置了透射和反射式兩種光陰工作模式，且在反射式工作模式下，探測激光可實現(xiàn)15°和45°兩種角度的入射，因此該直流型高壓電子槍具有更高拓展性，且可拓展至更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：羅端,李立立,惠丹丹,田進壽,薛彥華
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8