一種直流電子束軌跡測量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子束軌跡的測量方法及裝置，特別是磁控直流電子束軌跡的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子束在高尖端材料改性、高精度焊接以及制備等離子體等方面發(fā)揮著極其重要的作用。電子束由電子束源在真空環(huán)境下生成，并通過特定裝置將其輸運(yùn)引出至所需的應(yīng)用環(huán)境中。電子束輸運(yùn)引出的質(zhì)量和效率對電子束的應(yīng)用至關(guān)重要，因此需要準(zhǔn)確測量出電子束軌跡，進(jìn)而指導(dǎo)輸運(yùn)引出裝置的設(shè)計(jì)。
[0003]在靜電場和磁場環(huán)境下，電子束的束徑在傳輸通道內(nèi)不同位置有很大差別，因此要準(zhǔn)確測量電子束軌跡，需要對多個(gè)位置的束徑進(jìn)行測量，然后再進(jìn)行描繪。傳統(tǒng)的電子束軌跡測量方法是用脈沖電子束轟擊熒光靶，并通過觀察靶上的轟擊痕跡來確定電子束截面尺寸，但這種測量方法在測量直流電子束軌跡時(shí)有以下弊端:
[0004](I)熒光靶能夠承受的束流平均功率很低，無法承受直流電子束的轟擊，只能用于脈沖電子束的測量；
[0005](2)很多電子束源的直流和脈沖發(fā)射特性并不相同，用測量脈沖束的方法測量直流束，獲得的結(jié)果會有偏差；
[0006](3)熒光靶每次只能測量一個(gè)截面位置上電子束形狀，測量電子束不同位置上的一組束徑必須多次改變測量位置，需要破壞真空環(huán)境或引入步進(jìn)電機(jī)等設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種直流電子束軌跡的測量方法及裝置，從而克服了傳統(tǒng)的脈沖電子束軌跡測量方法無法測量直流電子束的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種直流電子束軌跡測量方法及裝置，可一次性準(zhǔn)確測量整個(gè)輸運(yùn)引出通道內(nèi)直流電子束軌跡。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0009]本發(fā)明所提供的直流電子束軌跡測量方法，其特殊之處在于:包括下列步驟:
[0010]I)將一個(gè)或多個(gè)金屬膜布置在直流電子束軌跡上的不同位置；
[0011]2)使金屬膜處于真空環(huán)境；
[0012]3)直流電子束源發(fā)射直流電子束；
[0013]4)直流電子束依次穿透多個(gè)金屬膜；
[0014]5)測量金屬膜上直流電子束所留下的孔洞；
[0015]6)測量并記錄每個(gè)金屬膜位置及孔徑，根據(jù)測量結(jié)果繪制直流電子束軌跡。
[0016]以上為本發(fā)明方法的核心方案，基于該核心方案，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化限定:
[0017]上述步驟2)中真空度在IX 10—3Pa以下。真空度在I X 10—3Pa以下可以有效減少電子束源陰極部分的污染，保證電子束源正常工作。
[0018]上述步驟6)中測量金屬膜孔徑時(shí)，應(yīng)記錄同一金屬膜孔洞直徑的最大和最小值，并將兩者乘積的平方根記錄為該金屬膜孔徑。該孔徑計(jì)算方法實(shí)際采用的是面積折算方式，最能反映出非絕對圓形的孔洞尺寸。
[0019]本發(fā)明所提供的直流電子束軌跡測量裝置，其特殊之處在于:包括一個(gè)或多個(gè)金屬膜22、真空艙3、法拉第筒4、高壓電源5、電流表6、真空栗組7及支撐結(jié)構(gòu)，
[0020]所述真空艙3的一端與直流電子束源I連接，所述真空艙3的另一端與法拉第筒4連接;一個(gè)或多個(gè)金屬膜22布置于真空艙內(nèi)，并位于直流電子束軌跡上的不同位置;所述真空栗組7與真空艙3連接用于真空艙的抽真空;所述高壓電源5與直流電子束源I連接，使電子束源發(fā)射直流電子束;所述法拉第筒4用于接收直流電子束流;所述電流表6與法拉第筒4連接，用于電流測量。
[0021]以上為本發(fā)明裝置的核心方案，基于該核心方案，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化限定:
[0022]為了盡量避免對電子束源陰極產(chǎn)生污染，本發(fā)明的金屬膜為鈦膜，所述金屬膜的厚度小于等于0.1mm。
[0023]再進(jìn)一步的，為了更加方便準(zhǔn)確地安裝金屬膜陣列，本發(fā)明的直流電子束軌跡測量裝置還包括測量軸21，所述測量軸沿其軸向設(shè)置有通孔，所述通孔的直徑為電子束預(yù)估直徑的4倍以上，所述測量軸21安裝于真空艙3內(nèi)，所述一個(gè)或多個(gè)金屬膜22安裝于測量軸21上。
[0024]再進(jìn)一步的，為了測量使用永磁透鏡進(jìn)行約束的磁控直流電子束的軌跡，本發(fā)明的測量軸的內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋;所述直流電子束軌跡測量裝置還包括多個(gè)永磁透鏡23和多個(gè)永磁透鏡支座26，永磁透鏡通過永磁透鏡支座26安裝于測量軸通孔內(nèi)，永磁透鏡支座26與測量軸通孔螺紋連接，永磁透鏡23與金屬膜間隔排布。
[0025]再進(jìn)一步的，為了測量使用電磁透鏡進(jìn)行約束的磁控直流電子束軌跡，本發(fā)明的測量軸的外壁設(shè)置有螺紋，所述直流電子束軌跡測量裝置還包括多個(gè)電磁透鏡24和多個(gè)電磁透鏡支座27，電磁透鏡通過電磁透鏡支座27安裝于測量軸通孔內(nèi)，電磁透鏡支座27與測量軸外壁螺紋連接。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:
[0027](I)本發(fā)明采用電子束燒穿金屬膜的方式，實(shí)現(xiàn)了直流電子束傳輸軌跡的直接測量；
[0028](2)本發(fā)明每次試驗(yàn)使用一組金屬膜，實(shí)現(xiàn)了電子束傳輸路徑上不同位置束流形狀的同時(shí)測量，單次試驗(yàn)即可描繪出完整的電子束傳輸軌跡，避免反復(fù)裝卸，提高了測量效率了測量準(zhǔn)確性；
[0029](3)本發(fā)明可在軸向方向任意位置裝夾多個(gè)金屬膜、永磁透鏡和電磁透鏡的測量軸，實(shí)現(xiàn)了磁控直流電子束傳輸路徑上任意位置的束流形狀測量。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明直流電子束軌跡簡易測量實(shí)驗(yàn)組成示意圖。如圖所示，直流電子束軌跡簡易測量實(shí)驗(yàn)由電子束源1、測量軸組件2、真空艙3、法拉第筒4、高壓電源5、電流表6、真空栗組7和其余未標(biāo)注的支撐結(jié)構(gòu)組成。
[0031 ]圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)的測量軸組件示意圖。
[0032]其中附圖標(biāo)記為:1-電子束源、2-測量軸組件、3-真空艙、4-法拉第筒、5-高壓電源、6-電流表、7-真空栗組、21-測量軸、22-金屬膜、23-永磁透鏡、24-電磁透鏡、25-金屬膜支座、26-永磁透鏡支座、27-電磁透鏡支座。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1
[0034](I)根據(jù)電子束源I接口尺寸(法蘭直徑100mm，)、電子束預(yù)估直徑(10mm)、永磁透鏡23尺寸(外徑40mm，內(nèi)徑30mm，軸向長度15mm)和輸運(yùn)引出距離(400mm)設(shè)計(jì)測量軸21、金屬膜22、金屬膜支座25和永磁透鏡支座26:測量軸21安裝法蘭直徑100mm，內(nèi)表面為M52 X2mm內(nèi)螺紋，外表面直徑64mm，長度為400mm；金屬膜22為外徑40mm，厚度0.1mm的鈦膜;金屬膜支座25內(nèi)徑為30mm，外表面為M52 X 2mm外螺紋，厚度為5mm;永磁透鏡支座26內(nèi)徑為30mm，外表面為M52 X 2mm外螺紋，厚度為18mm。
[0035](2)根據(jù)需要測量的永磁透鏡23排布(放置4個(gè)永磁透鏡23，分別距離測量軸21法蘭面20、120、220和320)和監(jiān)測點(diǎn)軸向位置(放置24個(gè)金屬膜，分別距離測量軸21法蘭面0、20、40、60、80、100、115、130、145、160、180、200、215、230、245、260、280、300、315、330、345、360、380和400mm)金屬膜22、永磁透鏡23分別安裝在金屬膜支座25和永磁透鏡支座26