原理

在電子槍里，燈絲，一般是鎢絲，通電加熱后，表面產(chǎn)生大量的熱電子，在陽極和陰極之間的高壓電場作用下，熱電子加速向陽極方向高速移動，并獲得很高的動能。其具體速度值取決于加速電壓的高低，一般可以達到光速的三分之二左右。在聚焦線圈的作用下可使電子束流聚焦，在導向線圈，又稱偏轉(zhuǎn)線圈的作用下可使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在一定范圍內(nèi)進行掃描。電子槍的工作電壓通常在幾十到幾百千伏之間，為防止高壓擊穿、束流散射及其能量減損，電子槍的真空度須保持在6.67x10^-2帕以上。

結(jié)構

電子槍由發(fā)生電子的發(fā)射極（陰極）、聚焦電子束的聚焦極、和加速電子的引出極（陽極）三部分組成。

電子槍的分類

電子槍的結(jié)構有許多形式。根據(jù)槍體結(jié)構不同，可分為軸向電子槍（直形自加速電子槍）、環(huán)形電子槍（靜電場偏轉(zhuǎn)電子槍）。

軸向電子槍

燈絲陰極發(fā)射電子，陽極對電子加速。調(diào)制極位于燈絲與陽極之間，對電子束電流起調(diào)節(jié)和初聚作用。聚焦極對調(diào)制極初聚的電子流進一步聚焦以獲得更細的合適束斑。由于聚焦線圈的應用，使直形電子槍可以得到100kW/cm2以上的高能密度，而且易控制調(diào)節(jié)。因此，所用的大功率電子束應用設備多采用軸向槍。

軸向槍的發(fā)明者是Pierce，為了紀念這位發(fā)明家，人們也將軸向槍稱為“Pierce槍”。

環(huán)形電子槍

環(huán)形槍結(jié)構簡單、成本低，并能以簡單的電源裝置工作。槍體由環(huán)形燈絲、陽極、陰極、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈等組成。環(huán)形燈絲處于負高壓，用做熱電子發(fā)射源，在聚焦極的定向反射和陽極的加速作用下，使電子束會聚于坩堝蒸發(fā)源中心。環(huán)形槍和直形槍在使用時，高能電子束轟擊材料將發(fā)射二次電子。

強流軸向電子槍

由于軸向槍其有著一系列優(yōu)點，使槍的壽命大大延長，故被國內(nèi)外廣泛采用。

強流電子槍可根據(jù)電子注形狀分為兩類：產(chǎn)生軸對稱實心電子注的稱為“O”型電子槍，產(chǎn)生片狀及管狀電子注的稱為“M”型電子槍。“O”型電子槍廣泛用于大功率電子注加工及冶煉設備中，是得到廣泛應用的一種。導流系數(shù)的不同會引起設計方法的不同，所以在“O”型槍設計中又區(qū)分為低導槍和高導槍兩種。

電子束發(fā)生系統(tǒng)

電子束發(fā)生系統(tǒng)是發(fā)射電子并形成電子束的裝置，

在軸向槍中，發(fā)射電子束的陰極有兩種形式：直熱式陰極和間熱式陰極。

電子束發(fā)射后，經(jīng)陽極加速并在陽極之后形成一定的束腰，而且束腰的直徑、位置和束流強度都可以很容易地進行控制。其控制的實質(zhì)問題是在預定的電子束途徑上，確定所需要的電磁場。

直熱式陰極

直熱式陰極加工成絲狀。而直接通電加熱發(fā)射電子束。這種情況下燈絲就是陰極。直熱式陰極的結(jié)構比較簡單，但只能用于小功率的電子槍。

直熱式陰極一般采用純鎢作陰極材料，加熱電流直接通過陰極。

間熱式陰極

間熱式陰極通常加工成塊狀，由另一個燈絲對陰極進行間接地加熱。這種情況下燈絲與陰極是不同的。間熱式陰極的壽命較長，工作性能穩(wěn)定，通常用于大功率的電子槍中。

間熱式陰極一般采用敷釷鎢、敷氧化物、鈧酸鹽、六硼化鑭陰極，它分為轟擊型和加熱型兩種。

間熱式轟擊型陰極

間熱式轟擊型陰極加熱方式是，通過在熱子（燈絲）和陰極之間加上幾百乃至上千伏的轟擊電壓，在此電壓下，從熱子發(fā)射的電子轟擊陰極，使陰極加熱到一定溫度后從其表面發(fā)射出大量電子來。

間熱式加熱型陰極

間熱式加熱型陰極的化合物層固定在薄壁的底托上（鎳管或鉬管），底托下面放著耐熱絕緣的螺旋鎢絲。電流流過燈絲，燈絲燒熱陰極，當陰極達到發(fā)射電子的溫度時，就發(fā)射出電子來。

材料的選擇

材料的選擇對電子槍的發(fā)射能力和壽命有決定作用。燈絲必須選用熔點高、電阻率大的材料，一般是用鎢絲制成的，通過強電流后，燈絲被加熱到一千度以上。陰極必須選用逸出功低的材料，陰極表面原子的外層電子，受到一定的熱能或電能的激勵后，會脫離原子核的束縛越出軌道而成為自由電子。

選用氧化物作為材料，氧化物陰極的逸出功更低，例如氧化鋇的逸出功只有2.8電子伏，但其耐蝕性差，一般只適宜在10-5-10-6毫米汞柱的高真空下工作，在10-4毫米汞柱時，其發(fā)射本領顯著下降，在10-3毫米汞柱下工作時，甚至會嚴重地受空氣侵蝕。

選用鎢絲作為材料，其逸出功為4.55電子伏，在工作溫度為2500K時，J=0.5安/厘米2。鎢絲的熔點為3655K，在工作溫度為2750K時，蒸發(fā)率為0.0043毫克/厘米·秒，鎢絲的耐侵蝕性較強。