[发明专利]结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法

说明书

本发明公开了结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法，属于X射线枪CST模拟仿真领域，结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法，对大功率X射线枪的电子束形成系统进行综合研究，模拟得到系统各参数变化对与电子束性能的影响，并以此优化得出具有实际应用价值的较为理想的X射线枪模型。对于大功率X射线枪，使用带聚束极的三电极结构是非常必要的，其聚束极的结构可以与阳极形成聚焦的电场，使得电子可以在聚焦后完全通过阳极孔。双电极X射线枪仅适合在小功率情况下设计使用，在大功率情况下，未聚焦的电子束轰击阳极使阳极熔化造成事。

技术领域

本发明涉及X射线枪CST模拟仿真领域，尤其涉及结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法。

背景技术

电子束熔炼技术的发展表明，具有应用价值的技术才能够高速发展起来，联系实际应用的技术才能够发展起来。由于没有实际的生产应用，电子束熔炼技术在相当长的时期内止步不前。直至50年代之后，加工工业尤其是军工行业对于新材料加工的要求提上日程，电子束焊接和熔炼技术在短短十数年间就走向了成熟；对于电子运动的模拟，国内较少有人研究，而且大多是研究单个电子或集团电子的运动情况，或者使用2D软件进行电子束的模拟，其模拟的电子轨迹在平面内运动，不符合电子在空间中螺旋形前进的实际情况。

现有的结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法，无法直观的模拟电子轨迹在3D状态的运动情况。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的无法直观的模拟电子轨迹在3D状态的运动情况的问题，而提出的结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

结合场发射X射线管电子枪的CST模拟仿真方法，实现方法包括以下步骤：

S1、根据注波互作用计算出所需要的慢波电压U、电子注电流I及注腰半径r_w；

S2、根据S1中计算数据和所需的电子注形状，选择能够达到S1中计算数据和电子注的X射线枪结构类型；

S3、采用综合法计算决定X射线枪的主要参量，决定X射线枪初值；

S4、采用CST电磁仿真软件根据X射线枪的材料参数，选择模型材料；

S5、对阴极、阳极和聚束极进行设置，并设置边界条件和添加激励条件；

S7、对CST中的静电模拟、静磁模拟和离子求解器进行模拟，根据CST模拟结果对X射线枪进行优化。

优选地，所述S1中的慢波电压U为32000-38000V、电子注电流I为6.35-6.85A及注腰半径r_w为7.5-8.5mm。

优选地，所述S3中的X射线枪主要参量包括导流系数、面积压缩比和射程，其中导流系数使用以下公式计算：

上式中U_a为阳极电位，面积压缩比采用以下公式计算：

其中为J_m平均电流密度，J_k阴极发射平均密度，其中射程表示电子枪阴极与注腰之间的距离，一般来说越大越好，使电子注能以最佳的注入条件进入聚焦场作用区。

优选地，所述S2中的X射线枪结构类型采用轴对称结构的X射线枪。

优选地，所述S4中X射线枪的阴极材料采用钽，其余位置材料采用PEC。

优选地，所述CST中阴极采用块状阴极为激励源，块状阴极采用钽块制造；所述块状阴极左侧为凹球面圆块，凹球面元快中心开设有圆孔，所述圆孔背后设置有离子收集极。