热电子面发射源性能试验与分析

开始预设第一阳极电压为0 V,第二阳极电压为0 V,将灯丝电流从0 A加到5 A,其中当电流达到2.7 A时,灯丝开始发亮,然后逐渐增亮,当电流达到5 A时,荧光屏仍然不亮,因为轰击荧光屏的热电子能量不够,需要加速场将电子加速;加速场调节时,将第一阳极电压定为-4 000 V,第二阳极电压由0 V开始增加到-4 010 V,出现下面的现象,如图1.32所示,图下是对应的第二阳极电压值。

图1.32　第一阳极电压为-4 000 V、第二阳极电压由-4 010～0 V时的荧光屏图像

分析:随第二阳极电压逐渐增加,图像也逐渐变亮,这与电子能量增加有关;起始图像中间亮边缘暗,表明电子发散;当第二阳极电压接近-2 000 V时图像逐渐均匀,表明电子均匀;当第二阳极电压继续增加时,图中出现美丽光环,而且逐渐向中心靠拢,第二阳极电压增加到-3 990 V时,荧光屏亮斑像彗星尾巴,表明电子汇聚;当第二阳极电压为-4 010 V时,荧光屏不亮,说明电子被排斥在第二阳极筒内,称为电子淹没;从整个实验可以看出电子具有4种典型特性。

但是电子汇聚不是一个点,而是像彗星一样有尾巴,仔细分析认为是电场实际情况跟理论计算有误差,可能是第一阳极、第二阳极接线座接入的电压偏差影响场分布;为了排除接线座对场分布的影响,在热电子面发射源的结构中增加了两个屏蔽盘,分别是底座第二阳极屏蔽盘和灯丝下第一阳极屏蔽盘,然后重复做上述实验。发现图像非常完美,完全符合电场和电子轨迹的理论分析和计算,当电子汇聚时,图像亮斑出现在荧光屏中心,随第二阳极电压增加,光斑逐渐收缩成点至最后消失,如图1.33所示。第一阳极电压为-4 000 V,第二阳极电压值在图下方。

图1.33　加完屏蔽盘后电子轰击荧光屏的图像(www.xing528.com)

将第一阳极、第二阳极的特征电压、数码照片、亮度计采集的图像、图像灰度值以及荧光屏接收面直径方向上接收的电子分布等结果列表比较,如表1.2所示。真空系统中的标准荧光屏在第一阳极与第二阳极不同电位下,呈现出发散、均匀、汇聚和淹没的现象,通过图像灰度分析,第一幅图像灰度分布图边缘电子少,由于电子发射面积约为荧光屏面积的5倍,所以边缘发散表现得不明显;第二幅图像灰度分布图明显看出在荧光屏面积范围内,成一直线,表明了电子的均匀性;第三幅图像灰度分布图也明显看出电子汇集成光斑,说明电子的汇聚;第四幅图像灰度分布图可以看出是一片噪声,基本没有电子打到荧光屏上,只要再调高第二阳极电压到-4 010 V,电子就会完全淹没;通过实验数据分析,证实了热电子面发射源具有发散、均匀、汇聚和淹没的电子发射特性。

表1.2　热电子面发射源实验结果及分析

续表

其中电子发射的均匀性为检测荧光屏发光均匀性提供了有力保障,电子的汇聚性可以保证热电子全部打到荧光屏上,通过测试荧光屏电流以及荧光屏发光功率(光功率计),可以计算荧光屏发光效率;电子的淹没性决定了荧光屏余辉的测试原理和方法。