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电子加速管到底有多难做? 行波管工艺

加速管是直线加速器的最关键器件,其技术难度高,工艺复杂,设备和环境要求都很高,虽然业内对其复杂性和制造困难成度都有了解,但很少有相关公开信息。本站在这里做个简单普及介绍。

加速管由这几个部分组成:电子枪、波导窗、管体、真空泵,每个部分都是凝聚了大量的工艺知识,具备很高的物理、电真空技术含量。

电子枪,一般分为二极枪和栅控枪。二极枪只有阴极发射,其发射电子的控制主要取决于脉冲电源。栅控枪在二极枪的基础上,增加了电压栅网,可以快速开关,实现能量较为统一的电子云发射,目前,栅控枪是主流方向,二极枪需要较高的优化技术实现同样的效果。电子枪对于阴极制备、栅网制造、钎焊、电子模拟计算等都有很高的要求,尤其阴极的材料学研究、栅网的制备工艺,是世界级的技术学科,这些技术也被大量用于军工和宇航。

波导窗,一般为陶瓷窗结构,由于微波从陶瓷窗射入加速管,反射波也从这里返回四端/三端,所以波导窗一般还有散热结构,可以是空气冷却或者水冷。波导窗对于微波计算、陶瓷金属化、钎焊技术都有较高的要求。

管体的基础材料为无氧铜,内壁一般为车削加工,光洁度几乎达到镜面程度,这是为了更好的微波反射,更小的能量损失。其加工环境、加工设备、流转过程都需要非常严格的控制,并全部在洁净间操作。管体的焊接需要在恒温钳焊炉里进行,由设计决定多个温度焊接,一般为摄氏1000度左右。同时还有烧氢、排气工艺,都需要大量的经验积累和工艺摸索。

真空泵,加速管由于真空度非常高,一般的抽气泵已经不能满足真空度要求,需要使用分子泵抽气后改用钛泵维持高真空。使用钛板孔隙捕捉真空中游离的空气分子。这种钛泵工艺特殊,是电真空学科里比较经典的部件。加速管解剖图如下:

以上介绍只是一个普及性的介绍,具体的制造工艺涉及商业秘密,但是,加速管被人类制造出来的时间已经很长,这里有一段几十年前英国人制造行波管的工艺介绍视频,具体的工艺与现在的加速管加工工艺并没有太大变化。大家可以看到其设备的复杂和工序还有对于环境的要求是如何,我认为,和半导体行业的要求近似了。

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