本發(fā)明涉及真空電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種設(shè)計簡單工作有效的一種發(fā)射電流可控的小型化非放射性電子源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有常用的放射性的β衰變電子源的缺點是：不能改變離子化參數(shù)，比如離子化時間、電子動能、電子電流、密度等，而且在許多應(yīng)用中，放射性源的使用是不被允許的，特別是在電子聚焦方面，現(xiàn)有的非放射性電子源的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子聚焦系統(tǒng)體積過大，包括一個靜電透鏡系統(tǒng)和一個磁性電子束引導(dǎo)裝置，且兩者都需要相當大的真空腔，另外，靜電透鏡系統(tǒng)工作在高電勢下，需要復(fù)雜的電子設(shè)備。另外，現(xiàn)有的一些非放射性電子源不能達到與放射性電子源相同性能，特別是發(fā)射出的電子的動能較小。所述一種發(fā)射電流可控的小型化非放射性電子源能解決這一問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明使用在真空環(huán)境中熱電子發(fā)射的方法來產(chǎn)生自由電子，即一個熱電子發(fā)射器加熱后產(chǎn)生受激電子，然后施加一個外電場為電子提供額外的能量使得電子最終克服功函數(shù)，電子離開固體表面發(fā)射出來；在真空下通過對鎢燈絲通可控的電流來使其發(fā)熱并產(chǎn)生自由電子，電子經(jīng)過加速后穿過氮化硅膜從真空環(huán)境進入大氣環(huán)境；發(fā)射的電子電流和電子的平均動能都是可控的。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
所述一種發(fā)射電流可控的小型化非放射性電子源主要包括加速電壓源、電子發(fā)射電流、電流表、抽取電壓源、燈絲加熱電流源、抽取柵格電流、燈絲、抽取柵格、加速電極、氮化硅膜、大氣環(huán)境中的電子電流、真空腔，所述燈絲位于真空腔內(nèi)一端，真空腔另一端為所述加速電極，所述加速電極中心部分有開口，所述氮化硅膜覆蓋并緊密貼合于真空腔外的所述加速電極的中心開口處，空氣不會通過所述氮化硅膜，不會影響所述真空腔內(nèi)真空環(huán)境，所述加速電壓源使得所述燈絲和所述加速電極之間產(chǎn)生電勢差，使得從所述燈絲發(fā)射出的電子加速并獲得一定的動能，所述抽取電壓源使得所述燈絲和所述抽取柵格之間產(chǎn)生電勢差，通過調(diào)節(jié)所述抽取電壓源的輸出電壓可以控制真空腔內(nèi)部的電子束的聚焦或散焦，抽取柵格電流由電子碰撞所述抽取柵格而產(chǎn)生，大氣環(huán)境中的電子電流取決于所述電子發(fā)射電流穿過所述氮化硅膜的比例，所述抽取柵格位于真空腔內(nèi)的所述燈絲前面1毫米處，所述抽取柵格至所述加速電極之間為加速區(qū)域、且長度5毫米，所述燈絲是浮地的，工作時電流0至300ma，在所述燈絲和所述抽取柵格之間的電子抽取電場獨立于加速電場，使得可以通過調(diào)節(jié)所述燈絲的電流和抽取電場來控制電子發(fā)射，所述氮化硅膜為1×1平方毫米、且厚度250納米，只有動能大于7kev的電子可以穿過所述氮化硅膜。
控制電子源發(fā)射出的電子電流即外部電流的原理和方法：所述的電子源可以提供可控電子能量和電子電流的電子發(fā)射，鎢材料的燈絲位于真空腔內(nèi)，通電加熱后產(chǎn)生發(fā)射電子。
通過給抽取柵格加不同的電壓，產(chǎn)生的作用：一是通過改變燈絲表面的場強來控制由燈絲發(fā)射出的電子的數(shù)量；二是通過改變電子源內(nèi)部的電場形狀來控制電子源內(nèi)部的電子束流方向，使一部分或全部的電子最終被所述加速電極阻擋而不會通過所述氮化硅膜進入大氣環(huán)境。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明的非放射性電子源發(fā)射到大氣環(huán)境中的電子與放射性電子源產(chǎn)生的電子有同樣的電子動能，而有一些非放射性電子源達不到同樣的電子動能，本發(fā)明的電子源未使用復(fù)雜的電子聚焦系統(tǒng)，而是簡單的設(shè)計，抽取柵格使得電子源可以在脈沖模式下工作，由于抽取柵格的存在，在燈絲和抽取柵格之間的電子抽取電場是獨立于加速電場的，這樣就可以通過調(diào)節(jié)燈絲電流和抽取電場來控制電子發(fā)射。
附圖說明
下面結(jié)合本發(fā)明的圖形進一步說明：
圖1是本發(fā)明示意圖。
圖中，1.加速電壓源，2.電子發(fā)射電流，3.電流表，4.抽取電壓源，5.燈絲加熱電流源，6.抽取柵格電流，7.燈絲，8.抽取柵格，9.加速電極，10.氮化硅膜，11.大氣環(huán)境中的電子電流，12.真空腔。
具體實施方式
如圖1是本發(fā)明示意圖，主要包括加速電壓源1、電子發(fā)射電流2、電流表3、抽取電壓源4、燈絲加熱電流源5、抽取柵格電流6、燈絲7、抽取柵格8、加速電極9、氮化硅膜10、大氣環(huán)境中的電子電流11、真空腔12，所述燈絲7位于真空腔12內(nèi)一端，真空腔12另一端為所述加速電極9，所述加速電極9中心部分有開口，所述氮化硅膜10覆蓋并緊密貼合于真空腔12外的所述加速電極9的中心開口處，空氣不會通過所述氮化硅膜10，不會影響所述真空腔12內(nèi)真空環(huán)境，所述加速電壓源1使得所述燈絲7和所述加速電極9之間產(chǎn)生電勢差，使得從所述燈絲7發(fā)射出的電子加速并獲得一定的動能，所述抽取電壓源4使得所述燈絲7和所述抽取柵格8之間產(chǎn)生電勢差，通過調(diào)節(jié)所述抽取電壓源4的輸出電壓可以控制真空腔12內(nèi)部的電子束的聚焦或散焦，抽取柵格電流6由電子碰撞所述抽取柵格8而產(chǎn)生，大氣環(huán)境中的電子電流11取決于所述電子發(fā)射電流2穿過所述氮化硅膜10的比例，所述抽取柵格8位于真空腔12內(nèi)的所述燈絲7前面1毫米處，所述抽取柵格8至所述加速電極9之間為加速區(qū)域、且長度5毫米，所述燈絲7是浮地的，工作時電流0至300ma，在所述燈絲7和所述抽取柵格8之間的電子抽取電場獨立于加速電場，使得可以通過調(diào)節(jié)所述燈絲7的電流和抽取電場來控制電子發(fā)射，所述氮化硅膜10為1×1平方毫米、且厚度250納米，只有動能大于7kev的電子可以穿過所述氮化硅膜10。
如果熱電子發(fā)射過程處于飽和狀態(tài)，即所有的熱發(fā)射的電子被當前的電場抽取，即通過改變燈絲表面的場強來控制由燈絲發(fā)射出的電子的數(shù)量達到最大值，內(nèi)部發(fā)射電流會保持恒定而不依賴于加在控制抽取柵格上的電壓，只有外部發(fā)射電流會隨著加在控制抽取柵格上的電壓而聚焦或散焦。
由于電子源內(nèi)部電子束流聚焦的程度可以調(diào)節(jié)，電子束較發(fā)散時，只有一小部分可以穿過氮化硅膜，這樣，電子源內(nèi)部發(fā)散電流即從燈絲發(fā)射出來的電子電流，比電子源外部電流即穿過氮化硅膜到大氣中的電子電流大很多，而一般應(yīng)用只需要很小的電子源外部電流。因此，就能夠通過控制大得多的內(nèi)部發(fā)射電流來控制外部發(fā)射電流，從而提供的優(yōu)點如：通過控制內(nèi)部發(fā)射電流，通常為幾納安，顯然比直接控制幾皮安量級的外部發(fā)射電流更容易，另外，改進了電流測量的信噪比。