電子槍是產(chǎn)生電子束的電極系統(tǒng)，可以產(chǎn)生具有一定形狀和電流大小的電子注，并將電子注加速到一定速度。
電子槍包括熱陰極（如熱燈絲）、控制電極和加速陽極三個主要部分，有的由陰極、聚焦極、陽極和柵極組成。熱陰極是電子的發(fā)射體。從陰極發(fā)射的電子束不符合實際的需要，實際應(yīng)用需要電子束非常窄，這需要對電子束進(jìn)行聚焦，通常是利用磁場使電子束聚焦，使之成為截面很小的沿同一方向運動的電子束。控制極可以控制通過這個電極的電子數(shù)，從而改變電子的密度。加速陽極的作用是使電子束中電子的速度加快。
電子槍按其結(jié)構(gòu)形式可分為軸向槍、非自加速環(huán)形槍、自加速環(huán)形槍及橫向槍等幾種，以軸向槍應(yīng)用最多，廣泛地用于各種顯像管。
裝置原理
在電子槍里，燈絲，一般是鎢絲，通電加熱后，表面產(chǎn)生大量的熱電子，在陽極和陰極之間的高壓電場作用下，熱電子加速向陽極方向高速移動，并獲得很高的動能。其具體速度值取決于加速電壓的高低，一般可以達(dá)到光速的三分之二左右。在聚焦電感線圈的作用下可使電子束流聚焦，在導(dǎo)向線圈，又稱偏轉(zhuǎn)線圈的作用下可使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在一定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。電子槍的工作電壓通常在幾十到幾百千伏之間，為防止高壓擊穿、束流散射及其能量減損，電子槍的真空度必須保持在帕以上。
裝置結(jié)構(gòu)
電子槍由發(fā)生電子的發(fā)射極（陰極）、聚焦電子束的聚焦極、和加速電子的引出極（陽極）三部分組成。
分類
電子槍的結(jié)構(gòu)有許多形式。根據(jù)槍體結(jié)構(gòu)不同，可分為軸向電子槍（直形自加速電子槍）、環(huán)形電子槍（靜電場偏轉(zhuǎn)電子槍）。
軸向
軸向電子槍的結(jié)構(gòu)如圖：
燈絲陰極發(fā)射電子，陽極對電子加速。調(diào)制極位于燈絲與陽極之間，對電子束電流起調(diào)節(jié)和初聚作用。聚焦極對調(diào)制極初聚的電子流進(jìn)一步聚焦以獲得更細(xì)的合適束斑。由于聚焦電感線圈的應(yīng)用，使直形電子槍可以得到以上的高能密度，而且易控制調(diào)節(jié)。因此，目前所用的大功率電子束應(yīng)用設(shè)備多采用軸向槍。
軸向槍的發(fā)明者是Pierce，為了紀(jì)念這位發(fā)明家，人們也將軸向槍稱為“Pierce槍”。
環(huán)形
環(huán)形電子槍的結(jié)構(gòu)如圖：
環(huán)形槍結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并能以簡單的電源裝置工作。槍體由環(huán)形燈絲、陽極、陰極、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈等組成。環(huán)形燈絲處于負(fù)高壓，用做熱電子發(fā)射源，在聚焦極的定向反射和陽極的加速作用下，使電子束會聚于坩堝蒸發(fā)源中心。環(huán)形槍和直形槍在使用時，高能電子束轟擊材料將發(fā)射二次電子。
強流軸向
由于軸向槍其有著一系列優(yōu)點，使槍的壽命大大延長，故被國內(nèi)外廣泛采用。
強流軸向電子槍的結(jié)構(gòu)如圖：
強流電子槍可根據(jù)電子注形狀分為兩類：產(chǎn)生軸對稱實心電子注的稱為“O”型電子槍，產(chǎn)生片狀及管狀電子注的稱為“M”型電子槍。型電子槍廣泛用于大功率電子注加工及冶煉設(shè)備中，是得到廣泛應(yīng)用的一種。導(dǎo)流系數(shù)的不同會引起設(shè)計方法的不同，所以在型槍設(shè)計中又區(qū)分為低導(dǎo)槍和高導(dǎo)槍兩種。
發(fā)生系統(tǒng)
電子束發(fā)生系統(tǒng)是發(fā)射電子并形成電子束的裝置，如圖所示：
在軸向槍中，發(fā)射電子束的陰極有兩種形式：直熱式陰極、和間熱式陰極。
電子束發(fā)射后，經(jīng)陽極加速并在陽極之后形成一定的束腰，而且束腰的直徑、位置和束流強度都可以很容易地進(jìn)行控制。其控制的實質(zhì)問題是在預(yù)定的電子束途徑上，確定所需要的電磁場。
直熱式陰極
直熱式陰極加工成絲狀。而直接通電加熱發(fā)射電子束。這種情況下燈絲就是陰極。直熱式陰極的結(jié)構(gòu)比較簡單，但只能用于小功率的電子槍。
直熱式陰極一般采用純鎢作陰極材料，加熱電流直接通過陰極。
間熱式陰極
間熱式陰極通常加工成塊狀，由另一個燈絲對陰極進(jìn)行間接地加熱。這種情況下燈絲與陰極是不同的。間熱式陰極的壽命較長，工作性能穩(wěn)定，通常用于大功率的電子槍中。
間熱式陰極一般采用敷鎢、敷氧化物、酸鹽、硼化鑭陰極，它分為轟擊型和加熱型兩種。
間熱式轟擊型
間熱式轟擊型陰極加熱方式是，通過在熱子（燈絲）和陰極之間加上幾百乃至上千伏的轟擊電壓，在此電壓下，從熱子發(fā)射的電子轟擊陰極，使陰極加熱到一定溫度后從其表面發(fā)射出大量電子來。
間熱式加熱型
間熱式加熱型陰極的化合物層固定在薄壁的底托上（管或管），底托下面放著耐熱絕緣的尾旋鎢絲。電流流過燈絲，燈絲燒熱陰極，當(dāng)陰極達(dá)到發(fā)射電子的溫度時，就發(fā)射出電子來。
材料的選擇
材料的選擇對電子槍的發(fā)射能力和壽命有決定作用。燈絲必須選用熔點高、電阻率大的材料，一般是用鎢絲制成的，通過強電流后，燈絲被加熱到一千度以上。陰極必須選用逸出功低的材料，陰極表面原子的散逸層電子，受到一定的熱能或電能的激勵后，會脫離原子核的束縛越出軌道而成為自由電子。
選用氧化物作為材料，氧化物陰極的逸出功更低，例如氧化鋇的逸出功只有2.8電子伏，但其耐蝕性差，一般只適宜在毫米汞柱的高真空下工作，在10-4毫米汞柱時，其發(fā)射本領(lǐng)顯著下降，在10-3毫米汞柱下工作時，甚至?xí)?yán)重地受空氣侵蝕。
選用鎢絲作為材料，其逸出功為4.55電伏特，在工作溫度為時，。鎢絲的熔點為，在工作溫度為時，蒸發(fā)率為，鎢絲的耐侵蝕性較強。
基本參量
導(dǎo)流系數(shù)
當(dāng)陽極電流受空間電荷限制時，電子槍的陽極電流（發(fā)射電流）與陰陽極間電壓有關(guān)，如果不考慮相對論效應(yīng)，它們之間的關(guān)系是3/2次方的比例關(guān)系，也稱二分之三次方定律。
在空間電荷限制下，不論電極系統(tǒng)的形狀如何，二分之三次方定律是普遍適用的，電極形狀不同，只影響前面的比例系數(shù)。當(dāng)電極形狀一定時，在一般情況下，導(dǎo)流系數(shù)是一個常數(shù)，與溫度無關(guān)，導(dǎo)流系數(shù)的大小表示電子槍發(fā)射電子的能力強弱。也就是說，導(dǎo)流系數(shù)是一個對電子注強度度量的量，它表征了電子注空間電荷的大小。
發(fā)射度
發(fā)射度：表征電子注的品質(zhì)。
亮度
亮度：單位面積、單位立體角的束流強度。
束腰
束腰，或注腰：電子注中截面半徑最小處的半徑。
在軸對稱收斂型電子槍中，電子從陰極發(fā)出，在槍內(nèi)各電極及電子自身空間電荷形成的靜電場的作用下，形成一定的電子注形狀，人們將電子注中截面半徑最小的地方稱為束腰，或注腰。
面積壓縮比
面積壓縮比：陰極面主腰截面積之比，也是主腰平均電流密度與陰極發(fā)射平均電流密度之比。
指的是陰極面積和注腰截面面積之比，也是注腰的平均電流密度與陰極發(fā)射平均電流密度之比。一般用陰極截面積代替陰極球面積。
壓縮比的大小主要取決于陰極發(fā)射電流密度。
射程
射程：射程表示電子槍陽極頭到注腰之間的距離。
表示電子槍陽極頭到電子槍所形成的注腰之間的距離。一般來說人們希望射程足夠的大，使得電子注能夠以最佳的注入條件進(jìn)入高頻場作用區(qū)。
層流性
所謂電子注的層流性，它只是一個定性的概念，通常用電子注軌跡交叉與否或交叉的程度來進(jìn)行層流性好壞的評判。層流性好的電子注，在磁聚焦時可以用較低的磁場獲得好的流通率，而高頻場引起的電子注的散焦也較小。反之，層流性差的電子注，會使得其流通率差，散焦加大。層流性是衡量電子注質(zhì)量的一個重要評判性質(zhì)。
參考資料 >