本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生和發(fā)射電子的電子槍?zhuān)貏e涉及一種可用于大功率微波源的基于單邊二次電子倍增陰極的強(qiáng)電流長(zhǎng)壽命電子槍。

背景技術(shù)：

大功率微波源是目前產(chǎn)生微波的重要形式之一，因其可以輸出非常高的微波功率，在軍事和民用領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用。電子槍是微波源中產(chǎn)生并發(fā)射電子的裝置，是其中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。而用于大功率微波源中的電子槍通常要求具備強(qiáng)電流發(fā)射的能力，并且隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和實(shí)用化水平的不斷提高，也要求其具備較長(zhǎng)的壽命。

電子槍的基本結(jié)構(gòu)包括陰極和陽(yáng)極，通常陰極與直流(或直流脈沖)高壓負(fù)極連接，陽(yáng)極與正極連接，使陰極發(fā)射的電子能夠飛向陽(yáng)極，形成發(fā)射電流。為了提高電子的能量和發(fā)射電流密度，通常還有磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，用于產(chǎn)生電子加速磁場(chǎng)。陰極和陽(yáng)極材料大多是金屬導(dǎo)體材料，如熱陰極常用鎢、鉬等金屬材料，陽(yáng)極常用的材料有銅、鋁等金屬材料。

陰極是電子槍的核心，是電子束的來(lái)源。根據(jù)陰極發(fā)射電子機(jī)制不同，可將其分為：熱陰極發(fā)射、場(chǎng)致發(fā)射、爆炸發(fā)射、二次電子發(fā)射等。

熱陰極發(fā)射是指把發(fā)射體加熱到足夠高溫度，內(nèi)部電子的能量隨溫度上升而增大，以致其中一部分電子能量達(dá)到或超過(guò)材料逸出功而從發(fā)射體表面逸出的電子發(fā)射方式，相應(yīng)的陰極稱(chēng)為熱陰極。熱陰極已被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)微波電子管中[梁文龍，王亦曼，劉偉，等.用于真空電子太赫茲器件的微型熱陰極電子束源研究，物理學(xué)報(bào)，2014，63(5):057901]，其可以在高真空環(huán)境下(<1.33×10^-3pa)長(zhǎng)時(shí)間工作(壽命可達(dá)到幾千小時(shí))，適用于較低或中等電流強(qiáng)度的工作場(chǎng)合(最大電流密度可達(dá)100a/cm²，長(zhǎng)壽命工作電流密度需低于10a/cm²)。若要工作在強(qiáng)流條件下，且獲得較長(zhǎng)的工作壽命，首先必須降低工作溫度避免活性材料蒸發(fā)，其次要降低材料逸出功提升發(fā)射電流密度[曹貴川，祁康城，尹伊，等，lab6與tac混合涂層熱陰極，強(qiáng)激光與粒子束，2013,25(10)：2749]。若使用逸出功較小的材料，一是重復(fù)性差，再者逸出功小的材料容易中毒，離子反轟容易造成材料表面的破壞和應(yīng)力損傷。因此并不適用于強(qiáng)電流二極管的場(chǎng)合。

場(chǎng)致發(fā)射是利用外部強(qiáng)電場(chǎng)使表面勢(shì)壘降低、變窄而使電子由于隧道效應(yīng)而逸出的一種電子發(fā)射現(xiàn)象。場(chǎng)致發(fā)射陰極是一種冷陰極，當(dāng)陰極表面場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到10⁹～10¹⁰v/m時(shí)，電子發(fā)射密度會(huì)顯著增加，而且這種發(fā)射機(jī)制幾乎與陰極表面溫度無(wú)關(guān)，其可以在高真空環(huán)境下(<1.33×10^-3pa)長(zhǎng)時(shí)間工作(壽命可達(dá)到幾千小時(shí))，電流密度可達(dá)ka/cm²水平[陳澤祥，曹貴川，張強(qiáng)，等.大電流密度碳納米管場(chǎng)致發(fā)射陣列的研制，強(qiáng)激光與粒子束，2006，18(12)：2070-2073]。為獲得高發(fā)射所需的強(qiáng)電場(chǎng)，較為有效的手段是把陰極制備成非常小的針尖形狀發(fā)射體陣列，這種spindt陰極陣列目前已經(jīng)使用在傳統(tǒng)微波管中[狄云松，張曉兵，雷威，等，太赫茲源場(chǎng)致發(fā)射電子源，強(qiáng)激光與粒子束，2013,25(6)：1494-1498]。雖然場(chǎng)致發(fā)射陰極發(fā)射電流密度很大，但由于單元發(fā)射面積很小，陣列單元個(gè)數(shù)有限，導(dǎo)致發(fā)射總電流強(qiáng)度不高，30000個(gè)單元僅能產(chǎn)生100ma量級(jí)的電流。場(chǎng)致發(fā)射另一個(gè)問(wèn)題是，為避免離子反轟破壞陣列尖端，需要超高真空環(huán)境(<1.33×10^-3pa，長(zhǎng)壽命下<1.33×10^-6pa)；另外，尖端幾何形狀及表面清潔程度的輕微不同，將導(dǎo)致局部發(fā)射增強(qiáng)，導(dǎo)致電流失控引發(fā)尖端加熱燒蝕損壞。因此，場(chǎng)致發(fā)射陰極目前也并不適用在強(qiáng)電流二極管的應(yīng)用場(chǎng)合。

爆炸發(fā)射陰極目前是唯一的一種應(yīng)用于強(qiáng)電流二極管條件下的冷陰極，其可提供ka/cm²水平發(fā)射電流密度，且對(duì)真空度要求較低(<1.33×10^-2pa)。陰極的爆炸發(fā)射過(guò)程可以產(chǎn)生大量的等離子體，形成實(shí)際的電子源，從而產(chǎn)生極高的電流密度[宋法倫，金曉，張永輝，等.爆炸發(fā)射陰極特性的研究進(jìn)展，物理，2007,36(3)：241-246]。爆炸發(fā)射陰極理論上可以視為具有無(wú)限發(fā)射能力的陰極，其發(fā)射特性?xún)H受到空間電荷限制流的制約。但是爆炸發(fā)射的缺點(diǎn)也是顯著的：首先爆炸發(fā)射形成的表面等離子體的熱擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致二極管間隙(陰極-陽(yáng)極間隙)閉合[左應(yīng)紅，王建國(guó)，朱金輝，等.二極管爆炸發(fā)射陰極等離子體的膨脹擴(kuò)展，強(qiáng)激光與粒子束，2012,24:1471-1474]，導(dǎo)致二極管發(fā)射電流脈沖縮短，從而影響器件輸出微波脈沖的長(zhǎng)度；其次，等離子體的不均勻性和發(fā)射的不可重復(fù)性直接影響發(fā)射電子束質(zhì)量，從而影響微波器件性能；最后，陰極爆炸發(fā)射過(guò)程中存在較為嚴(yán)重的材料釋氣(放氣)現(xiàn)象，中性氣體分子背景下氣體壓力的激增，會(huì)引發(fā)電弧放電，使二極管提前閉合，目前抑制放氣還缺乏有效手段，除了使用低產(chǎn)氣率材料外只能通過(guò)真空處理工藝加以解決。受到上述物理機(jī)制的制約，爆炸發(fā)射陰極的工作壽命不高，目前維持在數(shù)千到上萬(wàn)個(gè)脈沖之間的水平。

二次電子發(fā)射是一種正在發(fā)展的電子發(fā)射方式。物體被具有一定動(dòng)能的電子或離子轟擊時(shí)，它們的能量也會(huì)部分轉(zhuǎn)移給物體內(nèi)部的電子，使內(nèi)部電子獲得能量而從物體表面逸出，這種電子發(fā)射稱(chēng)為二次電子發(fā)射[kishekr,lauy,etal,multipactordischargeonmetalsanddielectrics:historicalreviewandrecenttheories,phys.plasmas,1998,5:2120]，二次電子發(fā)射體稱(chēng)為二次電子發(fā)射陰極。二次電子發(fā)射陰極是各類(lèi)電子倍增器件中必需的發(fā)射電極。某些正交場(chǎng)器件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用二次電子發(fā)射方式增強(qiáng)陰極發(fā)射能力，例如連續(xù)波運(yùn)行的傳統(tǒng)磁控管器件的陰極電子發(fā)射方式就包括了熱發(fā)射和二次電子發(fā)射兩種類(lèi)型，26a/cm²的總發(fā)射電流密度，二次電子發(fā)射占23a/cm²，熱發(fā)射僅占3a/cm²；但由于使用熱陰極發(fā)射初始電子，其發(fā)射電流密度不高?；诮饘匐p邊二次電子倍增的微脈沖電子槍(mpg)[唐傳祥，田凱，陳懷壁，等.微脈沖電子槍的動(dòng)力學(xué)研究。強(qiáng)激光與粒子束，15(2003)]目前已經(jīng)可以達(dá)到400a/cm²以上的發(fā)射電流密度，持續(xù)時(shí)間可達(dá)微秒量級(jí)；mpg電子槍的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)射度和能散度低，電子發(fā)射初始狀態(tài)好，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、同時(shí)需要微波源系統(tǒng)和靜電系統(tǒng)。另外，由于mpg是基于諧振機(jī)理的電子槍?zhuān)潆p側(cè)表面均受到電子轟擊，二次電子倍增材料涂層易脫落和燒蝕，因此壽命較短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種二次電子倍增陰極電子槍?zhuān)鉀Q現(xiàn)有技術(shù)電子槍發(fā)射電流密度低和壽命短的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式的一個(gè)方面，提供了一種二次電子倍增陰極電子槍?zhuān)帢O桿、陽(yáng)極筒和聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，其特征在于：

所述陰極桿由位于同一軸線上的圓柱形金屬導(dǎo)體、圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體、場(chǎng)致發(fā)射端頭以及介質(zhì)端頭組成；所述圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體下底連接在圓柱形金屬導(dǎo)體頂端，圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體下底直徑與圓柱形金屬導(dǎo)體直徑相等，所述圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體上底與場(chǎng)致發(fā)射端頭連接，所述場(chǎng)致發(fā)射端頭為圓柱形，其直徑與圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體上底直徑相等，所述介質(zhì)端頭為圓柱形，其直徑與場(chǎng)致發(fā)射端頭直徑相等，所述介質(zhì)端頭與場(chǎng)致發(fā)射端頭連接，所述介質(zhì)端頭柱面和/或頂面覆蓋有二次電子倍增材料；

所述陽(yáng)極筒由位于同一軸線上依次相連的金屬大圓筒、空心金屬圓臺(tái)和金屬小圓筒組成；所述金屬大圓筒直徑＞圓柱形金屬導(dǎo)體直徑，所述空芯金屬圓臺(tái)下底直徑與金屬大圓筒直徑相等，所述空芯金屬圓臺(tái)上底直徑與金屬小圓筒直徑相等；

所述陽(yáng)極筒與陰極桿共軸，所述陰極桿位于陽(yáng)極筒內(nèi)，所述介質(zhì)端頭朝向金屬小圓筒這邊；

所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包裹在陽(yáng)極筒外部，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)為軸對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)，其對(duì)稱(chēng)軸與陰極桿軸線重合，所述磁場(chǎng)方向與所述介質(zhì)端頭朝向相同。

進(jìn)一步的，所述場(chǎng)致發(fā)射端頭材料的逸出功小于外加電場(chǎng)提供的能量。

具體的，所述二次電子倍增材料為堿土金屬氧化物。

具體的，所述場(chǎng)致發(fā)射端頭材料為鑭系金屬硼化物。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)端頭至少部分伸入所述空芯金屬圓臺(tái)中。

具體的，所述聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置由線圈、永磁體或超導(dǎo)磁體構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述圓柱形金屬導(dǎo)體和圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體是由同種材料制成的一體化部件。

進(jìn)一步的，所述陽(yáng)極筒是由同種材料制成的一體化部件。

進(jìn)一步的，所述場(chǎng)致發(fā)射端頭柱面上分布有場(chǎng)致發(fā)射尖端。

具體的，所述場(chǎng)致發(fā)射尖端為底面大頂面小的圓臺(tái)形凸起，其頂面法線與陰極桿軸線垂直。

本發(fā)明的有益效果是，在陰極發(fā)射機(jī)制上將場(chǎng)致發(fā)射和二次電子倍增發(fā)射方式結(jié)合起來(lái)，采用合適的二極管構(gòu)型(即陰極桿和陽(yáng)極筒的結(jié)構(gòu)形狀)以及外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)，保證在陰極表面上實(shí)現(xiàn)單邊二次電子倍增。與熱陰極電子槍和單純的場(chǎng)致發(fā)射陰極電子槍相比，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)流電子束發(fā)射；與爆炸發(fā)射陰極電子槍相比，發(fā)射過(guò)程不產(chǎn)生等離子體，也沒(méi)有嚴(yán)重的材料釋氣現(xiàn)象，因此其工作壽命和穩(wěn)定性有大幅提高。本發(fā)明適合用于各類(lèi)大功率微波源中作為強(qiáng)流電子束的發(fā)射源。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的具體實(shí)施方式、示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為實(shí)施例的示意圖。

圖2為圖1的左視圖。

圖3為場(chǎng)致發(fā)射端頭和場(chǎng)致發(fā)射尖端示意圖。

圖4為電場(chǎng)分布示意圖。

圖5為磁場(chǎng)分布示意圖。

圖6為xz平面和xy平面電子軌跡示意圖。

圖7為電子碰撞能量隨時(shí)間的演化關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明采用場(chǎng)致發(fā)射和二次電子倍增發(fā)射相結(jié)合的陰極發(fā)射方式，配合電子槍結(jié)構(gòu)和電磁場(chǎng)分布類(lèi)型，在介質(zhì)端頭表面上實(shí)現(xiàn)了軸向電場(chǎng)和徑向電場(chǎng)同時(shí)加載，軸向磁場(chǎng)單獨(dú)加載。由于電、磁系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)和加載，互不干擾，調(diào)整陽(yáng)極筒與陰極桿各組成部分的尺寸(如直徑和長(zhǎng)度)可以得到合適的電場(chǎng)分布，調(diào)整磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置可以得到合適的磁場(chǎng)分布，保證在陰極表面實(shí)現(xiàn)單邊二次電子倍增發(fā)射。

由于單邊二次電子倍增不需要雙邊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜腔體設(shè)計(jì)和內(nèi)在微波諧振約束條件，且二次電子倍增敏感區(qū)間明顯寬于雙邊二次電子倍增敏感區(qū)間，甚至不需要引入微波源，且單邊二次電子倍增的作用面積遠(yuǎn)大于雙邊二次電子倍增的作用面積，因此基于單邊二次電子倍增陰極的強(qiáng)流電子槍具有良好的發(fā)展前景和內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。其發(fā)射能力雖然略低于爆炸發(fā)射陰極，但工作壽命明顯長(zhǎng)于爆炸發(fā)射陰極。

本發(fā)明涉及到的兩種特殊材料：逸出功小的材料和二次電子倍增材料。逸出功小的材料用于制作場(chǎng)致發(fā)射端頭和場(chǎng)致發(fā)射尖端，二次電子倍增材料用于介質(zhì)端頭的表面鍍層。逸出功小的材料是指在外部激勵(lì)(如電場(chǎng))作用下容易逸出電子的材料，常用的有鑭系金屬硼化物、碳納米材料等。二次電子倍增材料是指受到電子或離子轟擊時(shí)，能夠逸出更多電子或離子的材料，常用的有堿土金屬氧化物，如氧化鎂、氧化鋇等。本發(fā)明中其他零部件材料沒(méi)有特殊要求，可以采用普通的金屬導(dǎo)體材料，如銅材、鋁材或不銹鋼材料等

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的具體實(shí)施方式、實(shí)施例以及其中的特征可以相互組合?，F(xiàn)將參考附圖并結(jié)合以下內(nèi)容詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施方式、實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式、實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一分部的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的具體實(shí)施方式、實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施方式、實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

本例二次電子倍增陰極電子槍?zhuān)帢O桿1、陽(yáng)極筒2和聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置3，如圖1和圖2所示。

陰極桿1由位于同一軸線op上的圓柱形金屬導(dǎo)體11、圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12、場(chǎng)致發(fā)射端頭13和介質(zhì)端頭14組成。圓柱形金屬導(dǎo)體11和圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12是由銅材經(jīng)過(guò)加工制成的一體化部件，圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12下底連接在圓柱形金屬導(dǎo)體11頂端，圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12下底直徑與圓柱形金屬導(dǎo)體11直徑相等，圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12上底與場(chǎng)致發(fā)射端13連接，場(chǎng)致發(fā)射端頭13為圓柱形，其直徑與圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12上底直徑相等。本例場(chǎng)致發(fā)射端頭13采用鑭系金屬硼化物材料構(gòu)成，其逸出功小于外加電場(chǎng)提供的能量，能夠在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射逸出電子。如圖3所示，本例場(chǎng)致發(fā)射端頭13柱面上分布有場(chǎng)致發(fā)射尖端131。圖1中介質(zhì)端頭14連接在場(chǎng)致發(fā)射端頭13上，介質(zhì)端頭14為圓柱形，其直徑與場(chǎng)致發(fā)射端頭13直徑相等。介質(zhì)端頭14的柱面和/或頂面覆蓋有二次電子倍增材料堿土金屬氧化物，能夠在場(chǎng)致發(fā)射電子的轟擊下產(chǎn)生二次電子發(fā)射。

參見(jiàn)圖1，本例陽(yáng)極筒2由位于同一軸線op上依次相連的金屬大圓筒21、空心金屬圓臺(tái)22和金屬小圓筒23組成。金屬大圓筒21直徑＞圓柱形金屬導(dǎo)體11的直徑，使整個(gè)陰極桿1可以置于陽(yáng)極筒2中。圖1中，空芯金屬圓臺(tái)22下底直徑與金屬大圓筒21直徑相等，空芯金屬圓臺(tái)22上底直徑與金屬小圓筒23直徑相等。本例陽(yáng)極筒2也是由銅材加工制成的一體化部件。由圖1可以看出，介質(zhì)端頭14有一部分伸入到空芯圓臺(tái)22中。

由圖1可見(jiàn)，本例陽(yáng)極筒2與陰極桿1共軸，圖1中op軸線就是陽(yáng)極筒2和陰極桿1的軸，陰極桿1位于陽(yáng)極筒2內(nèi)，介質(zhì)端頭14朝向金屬小圓筒23這邊。

本例聚焦磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置由線圈、永磁體構(gòu)成，包裹在陽(yáng)極筒2外部，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)為軸對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與介質(zhì)端頭14朝向相同，由o指向p，軸對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)對(duì)稱(chēng)軸與軸線op重合。

為了提高場(chǎng)致發(fā)射的電子密度，本例場(chǎng)致發(fā)射端頭13柱面上分布有底面大頂面小的圓臺(tái)形凸起構(gòu)成的場(chǎng)致發(fā)射尖端131。場(chǎng)致發(fā)射尖端131d頂面法線與陰極桿軸線垂直，如圖3所示。

本例二次電子倍增陰極電子槍各部分的具體尺寸和參數(shù)如下：

構(gòu)成磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置采用永磁體骨架，通電線圈繞制長(zhǎng)度35cm，內(nèi)半徑9cm，外半徑14cm，驅(qū)動(dòng)電流1ka，匝數(shù)400，能夠在陽(yáng)極筒內(nèi)部形成沿軸線op方向的大小為1.1t的磁場(chǎng)。

圓柱形金屬導(dǎo)體采用11半徑4mm、軸長(zhǎng)6mm；圓臺(tái)形金屬導(dǎo)體12下底半徑4mm、上底半徑1mm、軸長(zhǎng)6mm；場(chǎng)致發(fā)射端頭13的半徑1mm、軸長(zhǎng)0.5mm，每個(gè)場(chǎng)致發(fā)射尖端131底面半徑s＝0.02mm、頂面半徑δ＝0.005mm、高0.05mm，場(chǎng)致發(fā)射尖端131分布位置靠近介質(zhì)端頭14一側(cè)；介質(zhì)端頭14的半徑1mm、軸長(zhǎng)2mm。陽(yáng)極筒2外半徑9mm，左端的金屬大圓筒21內(nèi)半徑8mm、軸長(zhǎng)13mm，右端金屬小圓柱23內(nèi)半徑1.5mm、軸長(zhǎng)4mm，位于陽(yáng)極筒2中間的空心金屬圓臺(tái)22軸長(zhǎng)3mm。

本例電子槍在陰極桿1與陽(yáng)極筒2之間施加100kv高壓電脈沖信號(hào)，就可以在陰極和陽(yáng)極之間形成合適的電場(chǎng)分布，如圖4所示。本例磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置3在陽(yáng)極筒2內(nèi)形成的沿軸線方向的磁場(chǎng)分布，如圖5所示。陰極桿1中的場(chǎng)致發(fā)射尖端由于尖端效應(yīng)，當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)值超過(guò)場(chǎng)致發(fā)射尖端材料的電子發(fā)射閾值時(shí)，場(chǎng)致發(fā)射尖端131發(fā)射電子，稱(chēng)為初始電子。出射的初始電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，在介質(zhì)端頭14圓柱表面上沿軸向做螺旋行進(jìn)運(yùn)動(dòng)，以掠入射方式返回表面。初始電子轟擊具有較高二次電子發(fā)射系數(shù)的介質(zhì)端頭14表面，產(chǎn)生數(shù)目增殖的二次電子，二次電子在靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的共同作用下繼續(xù)轟擊介質(zhì)端頭14表面，產(chǎn)生更多的二次電子，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)流電子束發(fā)射。

多個(gè)電子的軌跡跟蹤曲線如圖6所示，電子碰撞能量隨時(shí)間的演化關(guān)系如圖7所示。由圖7可以看出：二次電子碰撞能量范圍為550ev～950ev，平均碰撞能量750ev。二次電子碰撞能量大于二次電子倍增區(qū)間的碰撞能量下限(200ev左右)，可以實(shí)現(xiàn)二次電子倍增。按照布里淵層流層模型可以預(yù)估出本實(shí)施例中布里淵層流的電荷密度為

又通過(guò)模擬計(jì)算得到電子z方向的速度為：

vz＝8(mm/ns)＝8×10⁶(m/s)＝8×10⁸(cm/s)(2)

綜上可獲得電流密度的預(yù)估值為：

jz＝ρvz＝1.56×8×10⁶＝1.25×10⁷(a/m²)＝1.25(ka/cm²)(3)

本例電子槍的工作壽命主要取決于二次電子倍增材料的耐熱性、耐高能電子轟擊特性、二次電子發(fā)射系數(shù)的穩(wěn)定性以及材料表面的放氣特性等因素。結(jié)合本例陰極的工作方式和目前二次電子倍增材料的水平，預(yù)計(jì)其工作壽命會(huì)低于場(chǎng)致發(fā)射陣列陰極的數(shù)千小時(shí)，但會(huì)明顯高于爆炸發(fā)射陰極數(shù)千個(gè)脈沖的使用壽命。