[发明专利]栅控电子枪电源

说明书

公开了一种栅控电子枪电源以及栅控电子枪和加速器。电源包括：电子生成电源；栅极偏置电源；栅极脉冲电源；以及阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，其中，栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，且栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且阴极电压在不同的第二周期中可变。通过更改栅控枪电源中的阴极直流高压电源部分设计，实现快速交替输出不同阴极高压，从而使得栅控枪能够快速交替产生能量和数量都独立可调的电子脉冲。

技术领域

本公开涉及电子技术领域，尤其涉及一种栅控电子枪电源以及使用电源的电子枪和加速器。

背景技术

加速器的功能是利用高功率微波中的电场加速电子，从而产生高能电子，进而打靶产生高能X射线。加速器中包括电子枪，电子枪用于产生电子并注入到加速管中。常规电子枪包括二级电子枪和栅控电子枪两种结构。它们都是工作在脉冲模式，即电子枪输出的电子是一连串短脉冲。二级电子枪电源和栅控电子枪电源都是为了让电子枪正常工作提供必要的电源。图1示出了电子枪中电子脉冲输出的例子。如图所示，电子枪电源可以每间隔4毫秒输出5微秒的电子脉冲。

相比于二级电子枪，栅控电子枪由于增加了控制栅极而能够对电子的加速输出进行更为精细的控制。常规设计的栅控电子枪电源包括：灯丝电源、栅极偏置电源、栅极脉冲电源和阴极直流高压电源。灯丝电源用于加热阴极材料产生电子云，栅极偏置电源抑制阴极发射电子，栅极脉冲电压将电子从阴极引出，阴极直流高压电源在电子枪的阴极和阳极之间产生高压电场(阳极接地，阴极负高压)，将电子加速注入加速管。图2示出了栅控电子枪的工作原理示意图。如图2所示，灯丝在通电加热后产生的大量热电子在栅极的控制下进入阳极和阴极之间的高压电场，并在电场的作用下加速向阳极方向移动，随后例如进入加速管。电子的具体能量取决于加速电压的高低，进入高压电场的电子数量则由栅极控制。换句话说，栅控枪阴极直流高压决定着电子能量，而栅极脉冲电压决定着电子数量。

为了获取能量和数量可调的电子束，需要一种改进的栅控电子枪电源。

发明内容

本公开要解决的一个技术问题是提供一种栅控电子枪电源以及使用该电源的栅控电子枪和加速管。为此，本发明提供了一种能够与栅极脉冲电源(交替双能脉冲输出)同步工作，交替变换阴极高压输出的可变阴极高压电源。

根据本公开的第一个方面，提供了一种栅控电子枪电源，包括：电子生成电源，用于从组成阴极的材料中产生电子；栅极偏置电源，用于产生栅极偏置电压抑制所述阴极发射电子；栅极脉冲电源，用于产生栅极脉冲电压将电子从阴极引出；以及阴极高压电源，用于在电子枪的阴极和阳极之间产生用于加速电子的高压电场，其中，所述栅极脉冲电源在第一周期的第一时段内输出栅极脉冲，并且所述栅极脉冲电压在不同的第一周期中可变，所述阴极高压电源在第二周期的第二时段内输出阴极电压，每个所述第二周期的第二时段至少覆盖每个相应第一周期内的第一时段，并且所述阴极电压在不同的第二周期中可变。

可选地，所述栅极脉冲电源在相邻的第一周期的第一时段内交替输出第一栅极脉冲电压和第二栅极脉冲电压，所述阴极高压电源在相邻的第二周期的第二时段内交替输出第一阴极电压和第二阴极电压。

在一个实现中，所述栅极脉冲电源可以是交替双能脉冲输出电源。所述阴极高压电源可以是交替双能脉冲输出电源。

在另一个实现中，所述阴极高压电源包括阴极直流电源和阴极可变电源，所述阴极直流电源输出第一阴极电压，所述阴极直流电源和所述阴极可变电源共同输出所述第二阴极电压。

所述阴极可变电源是在第三周期的第三时段内输出脉冲的单能脉冲输出电源，所述第三周期是第二周期的一倍，并且所述第三时段至少覆盖相应第一周期内的第一时段。