Page 17 - 《真空与低温》2026年第2期

136 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

能量/eV 极电压，逐渐增大阴极与加速栅极之间的电势差，
86.9
80
75
70 并对脉冲引出阶段不同电势差下电子束流的聚焦
65
60
55
50 性能与发射性能进行仿真分析，结果如图 7 所示。
45
40
35
30 与图 6 对比可知，随着阴极与栅极的电势差的增大，
25
20
15
10 出射电子能够达到的最大能量相应提高。但电势
5
0
x 差的增大也导致束流聚焦性能下降，电子束流发散
y z
程度增加，引出束流直径增大。经分析，栅极电压
升高虽然增大了电子轴向电场，提高了对电子的加
图 6 利用 CST 软件获得热阴极脉冲电子枪脉冲
引出阶段束流轨迹 速能力，但也削弱了径向电场对电子的会聚作用，
Fig. 6 The beam trajectory of hot cathode pulsed electron 导致电子的空间分布展宽，而发散的束流在应用于
gun in the pulse extraction stage obtained by CST 气体束流的碰撞电离时会形成较宽的离子束流
脉冲，导致离子探测的分辨率降低。该结果为进一
为研究电子枪电学参数对束流特性的影响，在 步优化电子枪结构设计与工作参数提供了仿真
保持其余电极电压不变的条件下，通过调整加速栅 依据。

能量/eV 能量/eV
131 113
120 100
100 90
80
80 70
60
60 50
40 40 30
20 20 10
0 0
y y
x x
（a）0 V （b）−10 V
能量/eV 能量/eV
106 103
90 90
80 80
70 70
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
y y
x x
（c）−20 V （d）−30 V
能量/eV 能量/eV
98.8 95.4
90
80 80
70 70
60 60
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
y y
x x
（e）−40 V （f）−50 V
图 7 不同加速栅极电压下的热阴极脉冲电子枪脉冲引出阶段束流轨迹
Fig. 7 Beam trajectory in pulse extraction stage of hot cathode pulsed electron gun under different accelerating gate voltages

针对高速定向稀薄气体束流，利用带电粒子追 的速度进入真空腔室，设置热阴极脉冲电子枪在
踪模块设置一束 N 2 分子束流，释放的粒子数为 7 μs 时刻通电，开始释放电子。碰撞电离设置中，
6
1×10 ，在 0 时刻从气体分子束流入口处以 10 km/s 根据式（15），当电子能量为 70 eV 时，计算获得电