專利名稱：用于產(chǎn)生電子束的裝置及用于制造該裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電子束的裝置及ー種制造該裝置的方法。
背景技術：
隨著科學技術的進步，在現(xiàn)代科學中，將電子槍用于了解對象的化學或物理特性。電子槍產(chǎn)生細束形式的電子。電子槍用在電子顯微鏡、行波管、及陰極射線管中，并且也被包含在回旋加速器中以了解對象的特性。為了發(fā)射電子束，可以使激光束入射在陰極上。利用無線電頻率入射在其上的諧
振腔的方法用作用于加速所發(fā)射的電子束的手段。

發(fā)明內(nèi)容
在粒子加速器中使用的常規(guī)電子槍在陰極與外殼的聯(lián)接結(jié)構方面具有ー些問題。問題之一為難以在外殼的諧振腔中形成高真空。此外，常規(guī)電子槍是有問題的，在于非常難以防止在諧振腔中產(chǎn)生的暗電流。此外，常規(guī)電子槍是有問題的，在于難以精確地控制諧振腔的諧振頻率。本發(fā)明的目的是要解決這些問題，并且本發(fā)明的技術目的不限于上述目的，并且根據(jù)下列描述，上文中尚未描述的其它技術目的對于所屬領域技術人員來說將變得明顯。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生電子束的裝置包括外殼，該外殼構造成具有形成在其中的諧振腔；陰極，該陰極安裝在外殼的ー側(cè)上的開口中，使得電子束由入射在諧振腔的內(nèi)側(cè)上的激光從陰極的表面上產(chǎn)生；以及金屬墊圈，該金屬墊圈安裝在陰極與外殼之間，以密封該外殼，并且該金屬墊圈被陰極與外殼之間的聯(lián)接強度壓縮以控制諧振腔的諧振頻率。此外，金屬墊圈可由無氧銅制成。此外，可通過將金屬板切割成環(huán)形或利用鋳造或鍛造方法加工成環(huán)形來制作金屬墊圈。此外，諧振腔可包括連接在一起的第一諧振腔和第二諧振腔，并且第一諧振腔和第二諧振腔可設置在發(fā)射從陰極產(chǎn)生的電子束的方向上。為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法包括將外売、金屬墊圈及陰極組合該外殼具有形成在其中的諧振腔；測量與金屬墊圈和陰極相結(jié)合的外殼的諧振腔的諧振頻率；以及如果測量到的諧振頻率與設定值不相同，則進ー步壓縮金屬墊圈或用具有不同厚度的另ー金屬墊圈來代替該金屬墊圈。為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法包括在組合陰極和外殼的同時，壓縮陰極與外殼之間的金屬墊圈；測量外殼內(nèi)的諧振腔的諧振頻率；并且如果測量到的諧振頻率小于設定值，則通過增大陰極與外殼的聯(lián)接強度來進ー步壓縮該金屬墊圈，并且如果測量到的諧振頻率大于該設定值，則用具有更厚的厚度的另ー金屬墊圈來代替該金屬墊圈。
為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法，該裝置包括構造成具有形成在其中的諧振腔的外殼、安裝在外殼的ー側(cè)上的開口中的陰極，以及安裝在陰極與外殼之間的金屬墊圈，其中，該諧振腔包括連接在一起的第一諧振腔和第二諧振腔，該方法包括測量第一諧振腔和第二諧振腔的諧振頻率；通過壓縮或延伸外殼來改變第一諧振腔的體積以控制第一諧振腔的諧振頻率；以及進一步壓縮金屬墊圈或用具有不同厚度的另ー金屬墊圈來代替該金屬墊圈以控制第二諧振腔的諧振頻率。此外，可通過將金屬板切割成環(huán)形或利用鋳造或鍛造方法成環(huán)形來提供金屬墊圈。為了實現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法包括測量外殼內(nèi)的諧振腔的諧振頻率，并且如果測量到的諧振頻率與設定值不相同，則通過在軸向方向上壓縮或延伸該外殼來使外殼變形。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置用的模擬裝置的結(jié)構；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的分解立體圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的截面圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)諧諧振頻率的方法的流程圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的諧振腔內(nèi)的電場分布的模擬結(jié)果；圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)諧第一諧振腔和第二諧振腔中的諧振頻率的過程的側(cè)視截面圖；圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的實驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的曲線圖；以及圖8為示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー實施方式的調(diào)整諧振頻率的過程的流程圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖詳細地描述本發(fā)明的實施方式。然而，本發(fā)明的實施方式并不限于所公開的實施方式，而是可以以多種方式實施。提供本發(fā)明的實施方式以使本發(fā)明的公開內(nèi)容完整并且使得所屬領域技術人員能夠充分地理解本發(fā)明的范圍。可以放大附圖中的元件的形狀以突出更為清楚的描述，并且遍及附圖利用相同的附圖標記來表示相同的部件。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的模擬裝置的結(jié)構。如圖I中所示，可將激光從射頻(RF)槍100、即、用于產(chǎn)生電子束的裝置的前面引入至內(nèi)側(cè)，并且激光撞擊在射頻槍內(nèi)的陰極上，從而產(chǎn)生電子束。
所產(chǎn)生的電子束被排放到射頻槍的外部。所排出的電子束被外部上的螺線管會聚并且在經(jīng)過加速管的同時被加速。為了移除因空間電荷而導致的發(fā)射率的増大，可利用螺線管和增壓線性加速器。所排出的電子束可以穿過用于監(jiān)測電子束的位置的偏轉(zhuǎn)位置監(jiān)測器以及四極磁鉄。接著，電子束可在穿過偏轉(zhuǎn)磁鐵后到達法拉第杯?？梢酝ㄟ^數(shù)學模擬程序PARMELA來計算該模擬狀況下的發(fā)射率的増量。在對于光電陰極射頻槍的研究中，主要關注點為高量子效率和低發(fā)射率。從量子效率的觀點出發(fā)，已對適用于陰極的材料的物質(zhì)長期進行了研究。在現(xiàn)有技術中，為了在諧振腔內(nèi)形成真空并阻止諧振腔內(nèi)無線電頻率的泄露，在諧振腔的外殼與陰極之間安裝有helicoflex密封件。然而，所發(fā)現(xiàn)的是，該helicoflex密封件在陰極與外殼之間形成細微間隙。同樣發(fā)現(xiàn)的是，該間隙產(chǎn)生諧振腔的RF擊穿和暗電流。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的分解立體圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的截面圖。如可從圖2和圖3看出的那樣，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置包括外殼50、墊圈30、及陰極10。外殼50可以在其中設置有第一諧振腔(全單元)51和第ニ諧振腔(半?yún)g元)52。外殼50可由銅制成，特別地，可由無氧銅制成。作為另ー實施方式，在外殼內(nèi)可以設置一個諧振腔，并且在該外殼內(nèi)可以設置兩個或更多個諧振腔。電子束排出孔53可以設置在外殼50的在Z軸方向上的ー側(cè)上。電子束排出孔53是由陰極10產(chǎn)生的電子束被排出到外部所經(jīng)過的通道。電子束排出管凸緣54可以設置在電子束排出孔53的外周中并且可以連接至外部管道。泵送腔56為連接至真空腔(未示出)的部分以維持住第一諧振腔51和第二諧振腔52內(nèi)的真空度。設置通氣ロ 55以使得第一諧振腔51和泵送腔56彼此連通。波導器安置單兀58為其上安裝有波導器(未不出)的部分。波導器安置單兀58可將外部產(chǎn)生的電磁波通過波導器傳遞至第一諧振腔51。外殼凸緣40接合在外殼50的第二諧振腔(52)側(cè)上并且可與外殼50成為一體。外殼凸緣40可由強度比銅高的不銹鋼制成。陰極10為當入射在諧振腔上的激光束撞擊在陰極上時產(chǎn)生電子束的部件。陰極10可由銅制成并且，特別地，可由無氧銅制成。陰極凸緣20可通過螺栓42聯(lián)接至陰極10。作為ー種替代方式，可通過釬焊將陰極凸緣與陰極結(jié)合在一起。與陰極10相結(jié)合的陰極凸緣20可通過螺栓41與外殼凸緣40相結(jié)合。陰極凸緣20可由強度比銅大的不銹鋼制成。墊圈30安裝在外殼凸緣40與陰極凸緣20之間。墊圈30可密封該諧振腔的內(nèi)部，由此能夠維持真空。墊圈30可由金屬制成并且，特別地，可由無氧銅制成。當墊圈是由銅制成的時，存在増加了無線電頻率接觸的優(yōu)點。墊圈30可通過在銅鋼板中將墊圈形切割成環(huán)形來形成或可利用鋳造或鍛造方法將墊圈30形成為呈環(huán)形。當陰極凸緣20通過螺栓與外殼凸緣40相結(jié)合吋，墊圈30可通過聯(lián)接強度來使其細微地變形并受到壓縮。作為另ー實施方式，可在陰極凸緣和外殼凸緣與墊圈相接觸的表面中設置刀刃(或突起)。由此，當在陰極凸緣與外殼凸緣之間施加聯(lián)接強度時，刀刃被精密地插入到墊圈中，并且由此可減小陰極凸緣與外殼凸緣之間的間隔。根據(jù)實驗，所發(fā)現(xiàn)的是，當將聯(lián)接強度施加到將墊圈30壓縮約50 y m的程度時，可將外殼相對于外側(cè)密封達到可保持諧振腔內(nèi)的真空的程度。然而，壓縮度可根據(jù)墊圈的尺寸、外殼、及陰極或?qū)嶒灄l件而有所不同。在該實施方式中所使用的墊圈的直徑為約IOcm,厚度為約Imm,諧振腔的真空度為約10_1CI托(Torr)，并且諧振頻率被設定至2. 856GHz。在如上所述將墊圈30壓縮約50 Pm后，如果進一歩增大該聯(lián)接強度，則可將墊圈30進ー步壓縮約200 ym。然而，壓縮度可根據(jù)墊圈的尺寸、外殼、及陰極或?qū)嶒灄l件而有所不同?？赏ㄟ^該壓縮來精密地控制諧振腔的體積，并且由此可控制諧振腔的諧振頻率。根據(jù)該墊圈的結(jié)構，存在可在諧振腔中容易地形成高真空狀態(tài)的優(yōu)點。此外，由于在墊圈與外殼之間不適當?shù)匦纬烧婵?，因此，可以防止出現(xiàn)如下現(xiàn)象，即，諧振腔的諧振頻率或暗電流被泄露到外部或不能達到高真空狀態(tài)。此外，由于逐漸提高了粒子加速器的性能，因此可滿足高電壓和高真空度的需求。此外，根據(jù)該結(jié)構，盡管諧振腔的大小從ー開始就未被精確地制作，但是可精確地控制諧振腔內(nèi)的諧振頻率。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于產(chǎn)生電子束的裝置的諧振腔內(nèi)的電場分布的模擬結(jié)果。如圖5中所示，該曲線圖示出了通過利用SUPERFISH測量而得的諧振腔內(nèi)的電場 的結(jié)果。在該曲線圖中，水平軸表示在Z軸方向上與陰極10的表面相距的距離，并且豎直軸表示在向外方向上與陰極10的表面的中心相距的距離。諧振腔包括第一諧振腔(全単元)51和第二諧振腔(半?yún)g元)52。第二諧振腔52的長度為第一諧振腔51的長度的0. 6倍。在本實驗中，在n -模式的諧振頻率fn為2，856MHz的情況下，運行用于產(chǎn)生電子束的裝置。在現(xiàn)有技術中，通過利用安裝在形成于該全單元中的孔中的兩個音桿來控制該全単元的諧振頻率。此外，為了控制該半單元的諧振頻率，利用Helicoflex密封件。然而，如果利用該方法，則在RF擊穿與電場之間產(chǎn)生不對稱性。圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)諧第一諧振腔和第二諧振腔中的諧振頻率的過程的側(cè)視截面圖。如可從圖6看出的那樣，在該實施方式中，為了調(diào)諧第一諧振腔的諧振頻率，可通過使第一諧振腔在Z軸方向上變形來改變第一諧振腔的諧振頻率。即，通過在軸向方向上壓縮或延伸該外殼來改變外殼的形狀，并且由此可改變該外殼所特有的諧振頻率。符號Dl表不該外殼當外殼在Z軸方向上被延伸時的變形形狀,并且符號D2表不該外殼當外殼在與Z軸方向相反的方向上被壓縮時的變形形狀。同時，為了調(diào)諧第二諧振腔的諧振頻率，可利用具有不同厚度的墊圈30。圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的實驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的曲線圖。如可從圖7的(a)中看出的那樣，圓點表示實驗數(shù)據(jù)，而實線表示模擬結(jié)果?？梢钥刂圃撊珔g元的諧振頻率使得通過壓縮該全單元，該諧振頻率變得接近目標值。該全単元的諧振頻率被最終設定為2854. 7MHz。在調(diào)諧該全単元的過程中，該全單元的壁向內(nèi)變形約10微米。接著，可通過利用具有不同尺寸的金屬墊圈來執(zhí)行該半?yún)g元的調(diào)諧。圖7的(b)示出了當全單元與半單元之間的加速電場的最大值的比率為I時，n模式的頻率與0模式的頻率之間的差值Af為3. 4MHz。S卩，當fn、即n模式的頻率為2，856. 98MHz時，A f為3. 4MHz。在23. (TC下執(zhí)行全單元與半單元的調(diào)諧。接著，通過溫度調(diào)諧來最終控制該諧振頻率。當溫度從23. (TC増大到40. 9°C,BP,常見的操作溫度吋，當A f 為3. 4MHz吋，fn達到2，856. OMHz0測量值與由實線表示的模擬結(jié)果是相同的。圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的調(diào)諧諧振頻率的方法的流程圖。首先，將墊圈放置在外殼凸緣與陰極凸緣之間，并且通過利用螺栓聯(lián)接方法或相似的聯(lián)接方法的特定聯(lián)接強度將外殼凸緣與陰極凸緣相結(jié)合(圖4的S10)。接著，通過穿過泵送腔的真空裝置在諧振腔內(nèi)形成真空。接著，測量諧振腔內(nèi)的諧振頻率(圖4的S20)。當測量到的諧振頻率小于目標頻率時，増大了外殼凸緣與陰極凸緣之間的聯(lián)接強度，使得墊圈被進ー步壓縮。這是由于諧振腔內(nèi)的諧振頻率與諧振腔的尺寸是彼此成比例的。 作為另ー實施方式，如果測量到的諧振頻率明顯大于目標頻率，則可利用具有較厚厚度的墊圈。如果測量到的諧振頻率明顯小于目標頻率，則可利用具有較薄厚度的墊圈。接著，如果再次測量該諧振頻率且測量到的諧振頻率小于該目標頻率，則可通過増大外殼凸緣與陰極凸緣之間的聯(lián)接強度來進ー步壓縮墊圈(圖4的S30)。存在通過上述步驟可容易地控制該諧振頻率的優(yōu)點。圖8為示出了根據(jù)本發(fā)明的另ー實施方式的調(diào)諧諧振頻率的過程的流程圖。首先，可執(zhí)行測量第一諧振腔和第二諧振腔的諧振頻率的步驟S110。接著，可執(zhí)行通過壓縮或延伸外殼來改變第一諧振腔的體積，以便控制第一諧振腔的諧振頻率的步驟S120。接著，可執(zhí)行進一步壓縮金屬墊圈或用具有不同厚度的另ー金屬墊圈來代替該金屬墊圈，以便控制第二諧振腔的諧振頻率的步驟S130?？蓪⒉襟ES120和步驟S130顛倒次序并執(zhí)行。存在通過利用墊圈的壓縮量可精密地控制諧振腔的諧振頻率的優(yōu)點。此外，存在通過插入多種厚度的墊圈可精密地控制諧振腔的諧振頻率的優(yōu)點。此外，存在高真空狀態(tài)可根據(jù)該墊圈的結(jié)構容易地形成在諧振腔中的優(yōu)點。此外，存在無線電頻率RF接觸由于利用了金屬墊圈而變得更好的優(yōu)點。此外，存在阻止了諧振腔的無線電頻率RF擊穿和暗電流的發(fā)生的優(yōu)點。本發(fā)明的技術目的不限于上述目的，并且通過以下描述，上文中尚未描述的其它技術目的對于所屬領域技術人員來說將變得明顯。上述和附圖中所示的本發(fā)明的實施方式不應當被解釋為限制本發(fā)明的技術精神。本發(fā)明的范圍僅由權利要求進行限制，并且本發(fā)明所屬領域的普通技術人員可以多種形式改進和修改本發(fā)明的技術精神。因此，只要這些改型對于所屬領域技術人員來說是明白的，這些改型就落入到本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于產(chǎn)生電子束的裝置，包括 外殼，所述外殼構造成具有形成在其中的諧振腔； 陰極，所述陰極安裝在所述外殼的ー側(cè)上的開口中，使得電子束由入射到所述諧振腔的內(nèi)側(cè)上的激光從所述陰極的表面上產(chǎn)生；以及 金屬墊圈，所述金屬墊圈安裝在所述陰極與所述外殼之間以密封所述外殼，并且所述金屬墊圈被所述陰極與所述外殼之間的聯(lián)接強度壓縮以控制所述諧振腔的諧振頻率。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其中，所述金屬墊圈由無氧銅制成。
3.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其中，所述金屬墊圈通過將金屬板切割成環(huán)形或利用鋳造或鍛造方法加工成環(huán)形而制成。
4.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其中 所述諧振腔包括連接在一起的第一諧振腔和第二諧振腔，以及 所述第一諧振腔和所述第二諧振腔設置在發(fā)射從所述陰極產(chǎn)生的所述電子束的方向上。
5.一種制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法，所述方法包括 將外殼、金屬墊圈、及陰極組合，其中所述外殼具有形成在其中的諧振腔； 測量與所述金屬墊圈及所述陰極相組合的所述外殼的所述諧振腔的諧振頻率；以及 如果測量到的諧振頻率與設定值不相同，則進ー步壓縮所述金屬墊圈或用具有不同厚度的另ー金屬墊圈代替所述金屬墊圈。
6.一種制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法，所述方法包括 在組合陰極和外殼的同時，壓縮所述陰極與所述外殼之間的金屬墊圈； 測量所述外殼內(nèi)的諧振腔的諧振頻率；以及 如果測量到的諧振頻率小于設定值，則通過增大所述陰極和所述外殼的聯(lián)接強度來進ー步壓縮所述金屬墊圈，并且，如果測量到的諧振頻率大于所述設定值，則用具有更厚的厚度的另ー金屬墊圈來代替所述金屬墊圈。
7.—種制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法，所述裝置包括外殼，所述外殼構造成具有形成在其中的諧振腔；陰極，所述陰極安裝在所述外殼的ー側(cè)上的開口中；以及金屬墊圈，所述金屬墊圈安裝在所述陰極與所述外殼之間，其中，所述諧振腔包括連接在一起的第一諧振腔和第二諧振腔，所述方法包括 測量所述第一諧振腔和所述第二諧振腔的諧振頻率； 通過壓縮或延伸所述外殼來改變所述第一諧振腔的體積以控制所述第一諧振腔的所述諧振頻率；以及 進ー步壓縮所述金屬墊圈或用具有不同厚度的另ー金屬墊圈代替所述金屬墊圈以控制所述第二諧振腔的所述諧振頻率。
8.根據(jù)權利要求5至7中的任一項所述的方法，其中，通過將金屬板切割成環(huán)形或利用鋳造或鍛造方法成環(huán)形來提供所述金屬墊圈。
9.一種制造用于產(chǎn)生電子束的裝置的方法，包括 測量外殼內(nèi)的諧振腔的諧振頻率；以及 如果測量到的諧振頻率與設定值不相同，則通過在軸向方向上壓縮或延伸所述外殼來使所述外殼變形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電子束的裝置，該裝置包括陰極；外殼，該外殼具有形成在其一側(cè)處的開口，使得該陰極聯(lián)接至該開口，并且該外殼具有形成在其中的諧振腔；以及墊圈，該墊圈被插置在陰極與外殼之間，使得根據(jù)陰極與外殼之間的聯(lián)接強度來壓縮該墊圈以使諧振腔與外部切斷。
文檔編號H01J37/06GK102859634SQ201180013425
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權日2010年3月11日
發(fā)明者樸龍云, 高仁洙, 樸成柱, 樸容正, 金承煥, 洪周浩, 文成益 申請人:浦項工科大學校產(chǎn)學協(xié)力團