王昭漫 黄安国 桑兴华 胡仁志 许可

摘要：针对目前主流热发射电子枪普遍存在的外加电流产生磁场从而影响热电子的问题，提出了激光加热阴极模式。该加热模式可有效消除磁场的影响，从而提高束流品质及阴极寿命。基于Q60-A电子束设备，通过仿真研究与实验验证，对激光加热阴极及电子运动过程进行系统分析，确定了激光器选型方案和束源部件结构优化方案。结果表明，推荐激光波长为1 064 nm，阴极工作温度为2 650 K，阴极达到工作温度所需激光功率为377 W，维持阴极工作温度基本稳定的临界功率为160 W，设计优化了新束源部件结构尺寸，当阴阳极间距离18 mm、阳极孔径10 mm、栅极球面半径20 mm时，电子束流品质理想，并通过实验验证了仿真结果的准确性及激光器选型的合理性。本研究为激光加热阴极式电子枪的系统化设计及工程化应用提供了参考依据和有益指导。

关键词：热发射电子枪;激光;阴极;束源部件;仿真模拟

中图分类号：TG439.4      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）11-0014-08

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.11.03

0    前言

电子束优良的特性[1]使得电子束加工应用越来越广泛[2-3]，电子枪作为电子束加工设备最核心的部件，其性能对电子束加工效果有着关键影响。但传统热发射电子枪普遍存在着外加电流产生磁场从而影响热电子的问题[4-5]，并且这种影响无法通过自身优化来消除，极大地限制了电子枪性能的进一步提升。

考虑到激光的加热特性，可通过激光束直接照射对阴极进行加热，由于没有外加电流，可有效避免磁场的影响;此外，通过激光远程发射，可去除传统加热相关部件，简化电子枪结构，并且激光光子的粒子性较弱，不对阴极造成轰击，从而大幅提升阴极寿命。……