[實用新型]一種產生圓柱形多注強流相對論電子束的冷陰極

有效

• 申請號: 201420663687.2
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN204155898U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 王淦平;許州;李春霞;黃華;劉振幫;陳昭福;譚杰;羅敏;康強;向飛;李文君
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01J23/04
• 分類號: H01J23/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本實用新型涉及脈沖功率技術中的陰極技術領域，具體涉及一種產生圓柱形多注強流相對論電子束的冷陰極，本實用新型可以應用于高功率微波技術領域的微波產生系統。

背景技術

在脈沖功率技術中，陰極技術是一個重要分支，陰極產生電子束的能量、品質等決定了脈沖功率源的應用前景。高功率微波技術領域是脈沖功率技術的一個重要應用方向。在高功率微波器件中，陰極所產生的電子束與電磁場相互作用，激勵或者放大微波信號。相對論速調管放大器（RKA）作為一種流行的高功率微波器件，具有功率高、效率高、相位和幅度穩定等優點，在高能粒子加速器、高功率雷達、新型通信系統等方面有著重要的應用。隨著工作頻率的提高和輸出功率的增加，傳統單注速調管在強流工作時會產生強空間電荷作用力，進而使電子注聚焦困難、增加噪聲及陰極負載并降低器件效率。多注相對論速調管采用多個電子注并聯工作，可以保證每個電子注的導流系數較小，從而減小電子注內部的空間電荷效應，所需的引導磁場強度也較低，可以提高器件的輸出功率并獲得較高的束波轉換效率。

國內外的多注ＲＫＡ研究主要是基于熱陰極的兆瓦量級多注電子束，由于陰極發射能力限制使得熱陰極技術很難產生功率ＧＷ量級的電子束。就多注RKA而言，采用冷陰極有以下優勢：

1、熱陰極需要熱子等加熱系統對陰極加熱到幾百至上千度，使陰極系統結構復雜，而冷陰極對溫度沒有特殊要求，室溫下即可工作，結構簡單且易加工。

2、熱陰極對真空度要求高，一般為（10^-6～10^-9）Pa，而冷陰極對真空度的要求較低，一般為（10^-2～10^-3）Pa。

3、熱陰極發射電流密度低，一般為幾十A/cm²，對功率GW量級電流幾KA的多注速調管來說，整個陰極發射面積大導致整個系統尺寸龐大、費用巨大（這也是Stanford只對系統進行了參數設計而未建立的原因），而冷陰極發射電流密度可達幾KA/cm²，為熱陰極的幾百至上千倍，這樣使系統尺寸大大縮小且費用很低。

4、基于熱陰極的多注RKA需要對電子束進行壓縮才能引入到漂移管內，這樣對引導磁場位形的精度要求較高且不易調節，而基于冷陰極的多注RKA不需對電子束進行壓縮，磁場設計較容易。

文獻《扇形多注強流相對論電子束的產生與傳輸研究》（作者吳濤等，發表于《物理學報》２０１２年第６１卷第１８期）中公布了一種基于冷陰極的GW量級扇形多注強流相對論電子束的產生與傳輸技術。研究發現，扇形多注電子束，在空心飄移管傳輸過程中不僅會繞自身中心旋轉，還繞整個系統的中心旋轉；在多注扇形飄移管中只以自身為中心旋轉。實驗結果顯示扇形多注電子束產生過程中由于扇形陰極尖端存在局部強場強區域，因此發射的均勻性很不理想。另外在多注扇形飄移管中傳輸時，由于空間電磁場的作用扇形電子束不可避免的繞自身中心旋轉，這種旋轉造成電子束軌跡掠過的面積增加，這樣不但容易引起電子束與飄移管壁的碰撞，造成電子損失，影響電子束傳輸效率，還使得漂移管內不同位置處的電子束空間位形不同，影響束波互作用。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服扇形多注電子束發射不均勻，并且傳輸過程中由于繞自身旋轉與飄移管壁碰撞造成電子損失的缺點，本實用新型提供了一種產生圓柱形多注強流相對論電子束的冷陰極。該陰極能夠產生均勻的多注電子束并實現在多注飄移管內的高效率傳輸。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種產生圓柱形多注強流相對論電子束的冷陰極，包括陰極桿、陰極桿過渡環、陰極桿過渡段、陰極座、陰極柱、陰極球頭；所述陰極桿的輸出方向設置有凸臺，所述陰極桿過渡環和陰極桿過渡段的一端依次套在在凸臺上；所述陰極座的一端設置有凸臺，陰極座的凸臺套在陰極桿過渡段的另一端內；所述陰極座的另一端設置有陰極柱，陰極柱的端部設置有陰極球頭。

在上述技術方案中，所述陰極桿、陰極桿過渡環、陰極桿過渡段、陰極座具有外直徑相同的圓柱形結構。

在上述技術方案中，所述陰極桿、陰極桿過渡環、陰極桿過渡段、陰極座具有同軸心、且內部中空、且相互之間連接為一體。

在上述技術方案中，所述陰極桿與陰極桿過渡段之間設置有若干個陰極桿過渡環。

在上述技術方案中，所述陰極座表面設置有螺紋孔，陰極柱的一端通過螺紋與螺紋孔連接為一體。

在上述技術方案中，所述陰極座表面設置有若干個螺紋孔，每一個螺紋孔連接一根陰極柱。