真空電子管原理簡介

2022-08-27 15:00:04 字數 2069 閱讀 5287

速調管工作的主要物理過程有:

⑴電子注的產生、形成和聚焦

電子槍是由陰極和熱子、電子注形成和控制電極-聚焦極及相應的電子槍絕緣支撐結構和導電引出結構、陽極和電子槍高壓陶瓷外殼等部分組成。

由熱陰極產生的電子在高電壓的作用下獲得動能,並形成一定形狀的電子注(一般為圓柱形電子注),將電源的能量轉化為電子注動能。電子注在聚焦磁場的作用下,分別間次通過漂移管及高頻互作用空間,保持電子注不發散。聚焦磁場目前多採用電磁螺線管線圈方式。

⑵電子注与高頻場系統的相互作用

速調管的高頻互作用系統由輸入諧振腔、多個中間諧振腔和漂移段(稱為漂移管)、輸出腔等部分組成。

電子注通過輸入諧振腔的間隙時,在高頻場的作用下,產生速度調製,即在高頻週期的正半周通過諧振腔間隙的電子受到加速,速度會變快;負半周通過諧振腔間隙的電子受到減速,速度會變慢。受到速度調製的電子注通過一定長度的漂移段後,後期通過諧振腔間隙的快電子,就會逐步追上前期通過諧振腔間隙的慢電子,這樣電子注中電子的分布疏密不均,電子注由速度調製產生了密度調製,電子發生了群聚效應。

密度調製電子注中包含有輸入高頻電場的基波和諧波分量,當它通過第二個諧振腔間隙時,將在諧振腔內激勵起高頻感應電流,並在諧振腔間隙上建立起比輸入諧振腔更高的高頻場。該高頻場反過來對電子注產生更大的速度調製,從而在第二段漂移管內產生更強的密度調製。電子注通過多個中間諧振腔和漂移管時,重複上述速度調製和密度調製過程,到達輸出腔入口時,形成高度群聚的電子注。

進入輸出腔的群聚電子注中包含有很高的基波電流分量,當其通過輸出腔間隙時,建立起很高的高頻場,使電子注減速,將電子部分動能轉換成高頻微波能量,從而實現了高頻微波訊號的放大。

速調管作為微波功率放大器件,還包括高頻輸入系統和高頻輸出系統。輸入微波訊號通過微波傳輸線和輸入窗從而激勵輸入諧振腔,在輸入腔間隙建立高頻場。在輸出腔中產生的大功率微波通過輸出窗和輸出波導饋入輸出負載系統。

⑶電子注能量的耗散和冷卻

經過高頻互作用區的電子注在收集極區發散,打到收集極內表面,將剩餘動能轉化成熱能,通過冷卻系統由冷卻媒質帶走。

⑷x射線的防護

由於大功率速調管的電壓為幾十至數百kv的高壓,在電子槍區至收集極區會產生x射線,為此,在電子槍區的油缸、電磁螺線管線圈及收集極等部位均要考慮用鉛罩來實現良好的遮蔽。

大功率速調管的功率水平是所有電子管中最高的,作為高功率、高增益、高效率電子管,在雷達、粒子加速器、電視、廣播、通訊、聚變等離子體加熱裝置、微波能**等領域得到廣泛應用,特別是在高能物理和基本粒子研究用電子直線加速器、電子同步輻射加速器、正負電子對撞機直線注入段和新一代光源超高能加速器等領域的應用具有絕對優勢,是加速器的心臟。。

銫束管銫束管是銫原子頻率標準-銫原子鐘的心臟,是一種產生銫原子與微波相互作用,產生共振,從而起到鑒頻作用的電子管。

2023年,第十三屆國際計量會議,依據銫原子的振動通過了對秒的重新定義:「秒是銫cs原子基態的兩個超精細能級間躍遷輻射振盪***周所持續的時間」。銫原子鐘利用銫原子內部的電子在兩個能級間跳躍時輻射出來的電磁波作為標準,去控制校準電子振盪器,進而控制鐘的走動。

這種鐘的穩定程度很高,目前,最好的銫原子鐘達到500萬年才相差1秒。現在國際上,普遍採用銫原子鐘的躍遷頻率作為時間頻率的標準,廣泛使用在天文、大地測量和國防建設等各個領域中。

處於某一特定的超精細態的一束銫原子穿過乙個振動電磁場,場的振動頻率與原子超精細躍遷頻率越接近,原子從電磁場吸收的能量就會越多,並因此而經歷從原先的超精細態到另一態的躍遷。反饋迴路可調節振動場的頻率,直到所有原子均能躍遷。銫原子鐘就是利用振動場的頻率作為節拍器來產生時間脈衝。

將銫原子共振子置於原子鐘內,需要測量其中一種的躍遷頻率。通常是採用鎖定晶體振盪器到銫原子的主要微波諧振來實現。

銫束管的工作過程是:在超高真空的銫束管內,銫原子在銫爐(銫源)中加熱至汽化,噴出的銫原子經非均勻磁場a選態後,進入微波諧振腔,與輸入的微波訊號發生共振相互作用,產生能態躍遷,躍遷後的銫原子再次受非均勻偏轉磁場b的作用後,進入檢測器,銫原子轟擊,形成電離,測量離子流就等於測量已發生躍遷的銫原子流的密度(強度)。當激勵微波諧振腔的微波訊號頻率改變到等於躍遷頻率時,獲得了最佳感應躍遷,已發生躍遷的原子束有最大強度。

這樣,在離子流為最大值時,發生了諧振。躍遷原子越多,檢測器接收的銫原子數亦越多,訊號也就越強。利用接收到的原子數的多少與外加微波頻率的關係可以鑑別是否共振,從而起到鑒頻作用。

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