一种用于电子枪的电子出束装置
阅读说明：本技术 一种用于电子枪的电子出束装置 (Electron beam-out device for electron gun ) 是由 杨天晗 王盛 徐凯文 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于电子枪的电子出束装置,布置于真空环境下,包括反射极板(231)和栅板(232),所述反射极板(231)和栅板(232)拼接成两端开放的筒状结构,两端开放处均盖设有反射极侧板(233),两块所述的反射极侧板(233)内侧均经陶瓷柱(234)连接有固定座(235),两个所述的固定座(235)之间固定有一根放电棒(236),所述反射极板(231)和栅板(232)上输入等电位的负高压且电位均高于放电棒(236)电位,所述栅板(232)上设有多个出束孔(2321),所述栅板(232)外侧设有零电位的电子束输出口。本发明具有电子束出束稳定均匀的优点。(The invention discloses an electron beam outlet device for an electron gun, which is arranged in a vacuum environment and comprises a reflecting polar plate (231) and a grid plate (232), wherein the reflecting polar plate (231) and the grid plate (232) are spliced into a cylindrical structure with two open ends, the open positions of the two ends are respectively covered with a reflecting polar plate (233), the inner sides of the two reflecting polar plates (233) are respectively connected with a fixed seat (235) through a ceramic column (234), a discharge rod (236) is fixed between the two fixed seats (235), equipotential negative high voltage is input to the reflecting polar plate (231) and the grid plate (232), the equipotential negative high voltage is higher than the potential of the discharge rod (236), a plurality of beam outlet holes (2321) are formed in the grid plate (232), and a zero-potential electron beam output port is formed in the outer side of the grid plate (232). The invention has the advantage of stable and uniform beam outgoing of the electron beam.)
技术领域
本发明涉及电子束杀菌技术领域，特别是一种用于电子枪的电子出束装置。
背景技术
电子枪目前普遍应用在非弹性电子散射和荧光屏发光示波等场景，借助高速电子束携带的巨大能量，电子枪在理论上还可应用于辐照杀菌，当电子枪用于辐照杀菌时，现有电子枪的出束结构无法满足辐照杀菌对电子束出射均匀性的要求，电子束出射的均匀性是指单位时间内出射到电子枪所作用范围内各个分区的电子量，若出射不均匀会导致电子枪所作用范围内某些区域过度杀菌而某些区域杀菌不足的问题，若想使全区域都达到预设的杀菌效果，则需要电子枪作用更长是时间，电子枪的输出功率巨大，更长的时间意味着大量的能量消耗。因此，亟需研究出一种可用于杀菌电子枪的出束均匀的电子出束装置，以更好地节省能源消耗。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于电子枪的电子出束装置。它具有电子束出束稳定均匀的优点。
本发明的技术方案：一种用于电子枪的电子出束装置，布置于真空环境下，包括反射极板和栅板，所述反射极板和栅板拼接成两端开放的筒状结构，两端开放处均盖设有反射极侧板，两块所述的反射极侧板内侧均经陶瓷柱连接有固定座，两个所述的固定座之间固定有一根放电棒，所述反射极板和栅板上输入等电位的负高压且电位均高于放电棒电位，所述栅板上设有多个出束孔，所述栅板外侧设有零电位的电子束输出口。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明在真空环境下由一根放电棒释放电子，采用反射极板和栅板等电位负高压且电位均高于放电棒电位的结构，放电棒通电后能向反射极板、栅板和两块反射极侧板构成的半封闭筒状空间内多向发散出电子，电子经反射后实现出束方向的调节，最终稳定、均匀地从栅板处以电子束的形式被加速引向处于零电位的电子束输出口，实现对物体的辐照杀菌，均匀出束保证了在消耗最低能量的前提下给予待杀菌物体最好的杀菌效果。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述反射极板呈弧面状，所述栅板呈平面状。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，两个所述的固定座上均连接有压块，且每个压块与固定座配合各自将所述放电棒的一端压住固定，使所述放电棒平行栅板设置。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述反射极板横截面上圆弧所对应的直径大小为50-100mm，反射极板横截面上圆弧所对应的圆心角大小为180°-260°，所述放电棒与栅板之间的距离为6-30mm。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述放电棒两端输入60-160kV的负高压，反射极板和栅板上的电位比放电棒电位高200-800V。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述出束孔呈蜂窝状排列，出束孔的内接圆直径为3-9mm。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述栅板的两端设有垂直于栅板平面的折弯部，两端的折弯部分别抵住位于栅板两端的反射极侧板。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述反射极侧板上设有连接耳，反射极侧板经连接耳与反射极板内壁相连接。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，所述反射极侧板上设有若干线缆通孔，所述线缆通孔内套有陶瓷环。
前述的一种用于电子枪的电子出束装置中，两个所述的固定座之间的放电棒为钨棒。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是实施例中组1条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图3是实施例中组2条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图4是实施例中组3条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图5是实施例中组4条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图6是实施例中组5条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图7是实施例中组6条件下仿真软件模拟的电子出束装置出束均匀度示意图；
图8是实施例中组1条件下实际试验测得的电子出束装置出束均匀度结果；
图9是实施例中组2条件下实际试验测得的电子出束装置出束均匀度结果。
附图标记：231-反射极板，232-栅板，233-反射极侧板，234-陶瓷柱，235-固定座，236-放电棒，237-压块，2321-出束孔，2322-折弯部，2331-连接耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种用于电子枪的电子出束装置，布置于真空环境下，结构如图1所示，包括反射极板231和栅板232，所述反射极板231和栅板232拼接成两端开放的筒状结构，两端开放处均盖设有反射极侧板233，两块所述的反射极侧板233内侧均经陶瓷柱234连接有固定座235，两个所述的固定座235之间固定有一根放电棒236，所述反射极板231和栅板232上输入等电位的负高压且电位均高于放电棒236电位，所述栅板232上设有多个出束孔2321，用于电子束射出，所述栅板232外侧设有零电位的电子束输出口，使出束孔2321射出的电子束加速以用于辐照杀菌。
作为优选，反射极板231呈弧面状，所述栅板232呈平面状，放电棒236与该形状的反射极板231、栅板232配合，保证了出束的均匀性。
作为优选，两个所述的固定座235上均连接有压块237，且每个压块237与固定座235配合各自将所述放电棒236的一端压住固定，使所述放电棒236平行栅板232设置，该设置有助于从放电棒236处射出的电子均匀射向栅板232。
作为优选，反射极板231横截面上圆弧所对应的直径大小为50-100mm，反射极板231横截面上圆弧所对应的圆心角大小为180°-260°(也即反射极板231所在圆弧的开口角度为100°-180°)，所述放电棒236与栅板232之间的距离为6-30mm，上述条件范围内放电棒236产生电子的出束均匀性较佳。
作为优选，所述放电棒236两端输入60-160kV的负高压，反射极板231和栅板232上的电位比放电棒236电位高200-800V，上述条件范围下放电棒236产生电子的出束均匀性较佳。
作为优选，出束孔2321呈蜂窝状排列，也即每个出束孔2321为正六边形结构，该结构稳定性高，同时也能提高射出电子的均匀性，出束孔2321的内接圆直径为3-9mm，该条件范围内放电棒236产生电子的出束均匀性较佳。
作为优选，栅板232的两端设有垂直于栅板232平面的折弯部2322，两端的折弯部2322分别抵住位于栅板232两端的反射极侧板233，使本发明便于拆装。
作为优选，反射极侧板233上设有连接耳2331，反射极侧板233经连接耳2331与反射极板231内壁相连接，使本发明便于拆装。
作为优选，反射极侧板233上设有若干线缆通孔，所述线缆通孔内套有陶瓷环，进行绝缘防护。
作为优选，两个所述的固定座235之间的放电棒236为钨棒，钨棒的放电效率高。
本发明的工作原理：本发明运作时，反射极板231和栅板232上输入等电位的负高压、钨棒两端输入负高压，且反射极板231和栅板232上电位高于钨棒电位，栅板232外侧的电子束输出口为零电位，钨棒放出电子，释放的电子以钨棒为中心各向发散，被反射极板231、反射极侧板233和栅板232吸引，直接或经过反射极板231的反射间接从栅板232的多个出束孔2321射出，从出束孔2321射出的电子在出束孔2321与电子束输出口之间经过加速均匀地射向辐照物体。
本发明基于上述结构的电子出束装置，其出束的均匀性与反射极板231所在圆弧的直径、反射极板231所在圆弧的开口角度、栅板232出束孔2321的大小、栅板232位置、钨棒的位置等因素有关，现在仿真软件中模拟多组不同条件下，本发明的出束均匀性情况。
组1：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为120°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为8mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方10mm、钨棒在原点上方10mm(也即钨棒与栅板232之间的距离为20mm)。
组2：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为120°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为4mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方20mm、钨棒与原点重合(也即钨棒与栅板232之间的距离为20mm)。
组3：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为120°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为8mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方20mm、钨棒与原点重合(也即钨棒与栅板232之间的距离为20mm)。
组4：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为160°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为4mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方7.3mm、钨棒与原点重合(也即钨棒与栅板232之间的距离为7.3mm)。
组5：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为160°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为8mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方7.3mm、钨棒与原点重合(也即钨棒与栅板232之间的距离为7.3mm)。
组6：反射极板231所在圆弧的直径为85mm、反射极板231所在圆弧的开口角度为160°、栅板232出束孔2321的内接圆直径为8mm、以反射极板231截面的圆弧圆心为原点，栅板232在原点下方20mm、钨棒与原点重合(也即钨棒与栅板232之间的距离为20mm)。
组1-组6同时在钨棒处输入负高压70kV、辐照时长1秒、钨棒电流13.2mA、反馈电流2.5mA的条件下进行，并保持栅板232与零电位的电子束输出口之间的距离相同。
组1-组6仿真结果分别如图2-图7所示，可见组1、组2条件下的电子出束装置出束均匀性较好。
现保持组1、组2条件不变，通过实际试验进一步求证。
实际试验时利用辐照灭菌变色指示标签进行检测，标签为直径13mm的圆形试纸，辐照前颜色为黄色，根据受辐照程度颜色逐渐变成红色，现定义黄色、浅红色、深红色为受辐照后标签的三个等级，分别对应Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。
组1、组2实际试验结果分别如图8和图9所示，图8和图9中各标签右下角为比色后所得出的受辐照后标签的等级，验证了组2条件下的电子出束装置出束均匀性相对更好。
因此，当本发明反射极板231横截面上圆弧所对应的直径大小为85mm，反射极板231横截面上圆弧所对应的圆心角大小为240°，所述放电棒236与栅板232之间的距离为20mm，出束孔2321的内接圆直径为4mm时，本发明出束的均匀性相对最佳。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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