[科普中国]-电子枪加热

电子枪加热利用电子束轰击物料产生的热能对物料进行电加热的方法。电子枪加热通常在真空中进行，阴极接负的高电位，阳极接地，聚束极通常与阴极同电位或更低，阴、阳极间形成加速电场。

概述电子枪加热利用电子束轰击物料产生的热能对物料进行电加热的方法。电子枪加热通常在真空中进行，阴极接负的高电位，阳极接地，聚束极通常与阴极同电位或更低，阴、阳极间形成加速电场。被灯丝加热到一定温度的阴极所发射的电子在加速电场的作用F形成电子束并被加速到很高的速度(例如，电压u为25 kV时，电子速度达9.4×104 km/s)。电子束通过阳极孔后进入等电位空间，由于电子之间相互排斥，电子束会逐渐发散。电磁透镜用来对电子进行聚焦，使之保持一定形状。电磁偏转器和扫描器用来按加热要求改变电子束的方向。电子束轰击被加热物料时，其绝大部分动能转变成热能使物料加热，有一小部分转变成X射线。1

特点电子枪加热的特点是：

①加热功率可以集中在很小的面积上；

②功率密度可高达104～109 W/cm2；

③电子束的参数和位置可精确调节；

④在真空中进行，物料受空气污染少，真空冶金效果好；

⑤设备较复杂，一次性投资较大；

⑥会产生x射线，须加防护。1

设备电子枪加热设备通常由电子枪、工作室、真空系统、高压电源、测量控制系统和物料输送系统等组成。先进的电子枪加热设备普遍采用计算机程序控制。

电子枪用来产生电子枪的器件。电子枪有轴向、环形、横向等几种，以轴向枪用得最多。轴向枪又分为间热式和直热式两种。间热式枪的阴极用钨或钽制成，由灯丝发射的电子达到发射电子的温度(钨阴极为2750～2850 K，钽阴极为2400～2550 K)。间热式枪的优点是发射面积大、束电流大、阴极使用寿命长(可到100～150 h)，适合于大功率(可到数百千瓦至上千千瓦)使用；缺点是结构较复杂，灯丝与阴极间另要一套直流电源。直热式枪的阴极通常是绕成螺旋状的钨丝，通电加热后自身发射电子束。优点是结构简单；缺点是发射稳定性差，功率小(一般不超过60 kW)。环形枪的阴极呈环状，靠近被加热物料，工作时易被沾污、寿命短(有的只有几小时)。横向枪的阴极位于被加热物料的侧面，由横向磁场将电子束偏转到被加热物料上，阴极寿命可到约50h，这两种枪只在特殊情况下使用。

工作室通常是用不锈钢制成的真空容器，外周必要时用水套或水管冷却，内部有工作台或坩埚、物料支承、输送机构等，外壳壁上有连接电子枪、真空机组、测温装置等的连接管。

真空系统由机械泵、增压泵和扩散泵等组成。工作室真空度一般为10-1~10-3Pa；轴向枪通常另配一套真空机组，枪室真空度在10-3Pa以上。

高压电源电子枪在直流高压下工作，如熔炼炉的工作电压为10～35 kV，焊接设备的为30～200 kV。电源用三相桥式整流器。整流元件用闸流管或高压硅堆，硅堆有体积小、效率高、起动快等优点，随着电路保护技术的进步，其应用已越来越多。电压调节通常用饱和电抗器或磁性调压器。高压电源配有过电压、过电流和各种连锁保护装置，以确保人身和设备的安全。1

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学