電子槍的工作原理

電子槍（電子源）是X射線管、掃描電子顯鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、能量分散譜儀（EDS）等分析儀器的核心部件，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

從陰極類型和工作模式來(lái)分，電子槍可分為熱發(fā)射陰極和場(chǎng)發(fā)射陰極。電子槍主要由陰極（燈絲）、柵極、聚焦極和陽(yáng)極四部分組成。

（1）陰極（Cathode）是電子的來(lái)源。

1. 熱陰極一般選擇熔點(diǎn)高金屬，通過(guò)對(duì)金屬材料進(jìn)行加熱，高溫使得電子的動(dòng)能增大到足以克服材料的表面功函數(shù)時(shí)，電子就能逃離金屬表面成為電子源。熱發(fā)射陰極具有發(fā)射電流大的優(yōu)點(diǎn)，但大部分能量都以熱輻射的形式散失掉，只有極少數(shù)能量能被利用，且需要更長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，電子發(fā)散聚焦難度大。
2. 場(chǎng)發(fā)射陰極通過(guò)外加電場(chǎng)降低材料表面的勢(shì)壘，讓電子遂穿從而離開(kāi)材料表面成為電子源。場(chǎng)發(fā)射陰極不需要加熱所以不會(huì)產(chǎn)生熱輻射對(duì)電子槍的其它結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，發(fā)射電子速度快，電子束斑小，但陰極材料容易被離子回轟擊而損壞。

（2）柵極（Grid）與陰極間存在電勢(shì)差，產(chǎn)生的電場(chǎng)是將電子從陰極抽取出來(lái)的外力，可控制發(fā)射電流的大小，也可以影響電子束束斑的尺寸。

（3）聚焦極（Focus）是將從陰極發(fā)出穿過(guò)柵極的電子束進(jìn)行聚焦的部件，有靜電場(chǎng)聚焦、磁場(chǎng)聚焦、電磁場(chǎng)聚焦幾種形式。靜電場(chǎng)聚焦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)電場(chǎng)對(duì)電子進(jìn)行偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)電子束的聚焦；磁場(chǎng)聚焦是運(yùn)動(dòng)的電子對(duì)磁力線切割產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聚焦，磁場(chǎng)可以為永磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)。

（4）陽(yáng)極（Anode）是電子獲得動(dòng)能的部件，陽(yáng)陰與陰極間存在電勢(shì)差形成加速電場(chǎng)，電子向陽(yáng)陰運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被加速，從而獲得動(dòng)能。

深圳海創(chuàng)德科技有限公司代理的美國(guó)Kimball Phyiscs Inc. 的電子槍為熱發(fā)射陰極電子槍，燈絲材料有鉭（Ta）、（氧化鋇）BaO、氧化釔（Y2O3）、六硼化鑭（LaB6）。

（1）Ta是最通用的陰極材料，同時(shí)也是四種材料中最便宜的，可工作在1E-5 Torr的真空環(huán)境中，在中等加熱電流的情況下?lián)碛袛?shù)百小時(shí)的壽命。

（2）Y2O3陰極材料具有在低真空環(huán)境下工作的的優(yōu)點(diǎn)，因銥加熱電極和圓盤（表面涂有Y2O3）不活躍，故可工作在1E-4 Torr的真空環(huán)境中，與Ta相比，它在較低的溫度下也能提供更大的電子束流，壽命與Ta相近。

（3）BaO陰極材料的功函數(shù)非常低，因此可以在較低的溫度下以較低的光亮度工作。它對(duì)水蒸汽敏感，所以要在1E-7 Torr或更高真空度的環(huán)境中激活和工作。在中等加熱電流下，其使用壽命可以達(dá)到數(shù)千小時(shí)。

（4）LaB6不同于其它難熔金屬的陰極，而是由碳和單晶LaB6制成的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。它的發(fā)射面積比圓盤型陰極小，因此具有光斑尺寸更小的優(yōu)勢(shì)。LaB6陰極需工作在1E-7torr或更高真空度的環(huán)境中，并且是四種陰極中最貴的。在中等加熱電流下，其使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)千小時(shí)。

深圳海創(chuàng)德科技有限公司是Kimball Physics Inc指定的專業(yè)合作伙伴，歡迎大家咨詢！