电子枪的结构由几部分组成，其各部分的主要用途是什么？

1、 一个热阴极，它被加热以通过热离子发射产生电子流；

2、 产生电场以聚焦电子束的电极（例如Wehnelt 圆柱体）；

3、 一个或多个阳极加速并进一步聚焦光束的电极。

阴极和阳极之间的大电压差使电子加速远离阴极。放置在电极之间的排斥环将电子聚焦到阳极上的一个小点上，代价是阴极表面上的提取场强度较低。在这个小点处通常有一个穿过阳极的孔，电子通过该孔形成准直束，然后到达第二个阳极，称为收集器。这种排列类似于Einzel 镜头。

电子枪的分类方式包括电场的产生方式（直流或射频）、电子发射的机制（热发射、光阴极、场致发射、等离子体源）、聚焦方式（纯静电或使用磁场）、以及电极的数量。

原理

在电子枪里，灯丝，一般是钨丝，通电加热后，表面产生大量的热电子，在阳极和阴极之间的高压电场作用下，热电子加速向阳极方向高速移动，并获得很高的动能。其具体速度值取决于加速电压的高低，一般可以达到光速的三分之二左右。

在聚焦线圈的作用下可使电子束流聚焦，在导向线圈，又称偏转线圈的作用下可使电子束发生偏转，从而在一定范围内进行扫描。电子枪的工作电压通常在几十到几百千伏之间，为防止高压击穿、束流散射及其能量减损，电子枪的真空度须保持在6.67x10^-2帕以上。

电子枪的应用

电子枪最常见的用途是阴极射线管，阴极射线管广泛用于计算机和电视监视器，直到平板显示器使它们过时。

大多数彩色阴极射线管包含三个电子枪，每个电子枪产生不同的电子流。每个流都穿过一个荫罩，在那里电子将撞击红色、绿色或蓝色 磷光体以点亮屏幕上的彩色像素。观察者看到的最终颜色将是这三种原色的组合。

一个电子枪也可用于电离通过从加入电子至或移除电子的粒子原子。该技术有时用于质谱分析中称为电子电离的过程，以电离汽化或气态粒子。更强大的电子枪用于焊接、金属涂层、3D 金属打印机、金属粉末生产和真空炉。

电子枪也用于医疗应用，以使用直线加速器（直线加速器）产生X 射线；高能电子束击中目标，激发X 射线的发射。

电子枪也用于微波频率的行波管放大器。

相同：都是电子枪即发射电子的装置,都有阴极和阳极,阴极都是点源发射,阴极和阳极之间有直流高压电场存在,高压一般可调,用于控制电子的发射速度（能量）,电子枪发射的电流强度很小,微安级别和纳安级别,为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源,都需要高真空环境.电子枪阴极都属于耗材系列.

差异和优劣:

1、点源直径不同及优劣：

钨灯丝电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形（发叉式钨丝阴极）,使用V形的尖端作为点发射源,曲率半径大约为0.1mm；场发射电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝,经过腐蚀制成针状的尖阴极,一般曲率半径在100nm~1μm之间.由于制作工艺上的差异,造价不同,发叉式钨丝阴极便宜,场发射阴极很贵.

2、发射机制不同和优劣

钨灯丝属于热发射,在灯丝电极加直流电压,钨丝发热,使用温度一般在2600K~2800K之间,钨丝有很高的电子发射效率,温度越高电流密度越大,理想情况下的的电子枪亮度越高.由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,因此钨灯丝的寿命比较短,一般在50~200小时之间,这个和设定的灯丝温度有关.由于电子发射温度高,发射的电子能量分散度大,一般2ev,电子枪引起的色差会比较大.

场发射电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极,而是在尖阴极表面增加强电场,从而降低阴极材料的表面势垒,并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度,从而出现量子隧道效应,在常温甚至在低温下,大量低能电子通过隧道发射到真空中,由于阴极材料温度低,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时.

3、电子枪控制方式和电子源直径不同和优劣性.

钨灯丝是三极自给偏压控制,具有偏压负反馈电路,因此发射电流稳定度高；由于阴极发射点源面积大,因此电子源尺寸也比较大,50~100μm,发射可达几十~150μA,但电子枪的亮度低,因此当电子束斑聚焦到几个纳米的时候,总的探针电流很小,信噪比太低是限制图像分辨率的根本因素,当前最佳钨灯丝扫描电镜最佳分辨率3.0nm.

场发射电子枪没有偏压负反馈电路,外界电源的稳定度是决定因素,发射电流稳定度相比要低一些；由于尖阴极发射电源面积很小100nm左右,没有明显的电子源,因此使用虚电子源作为电子光学系统设计的初始物而存在,电子虚源直径一般在2~20nm,电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍.当束斑尺寸缩小到1nm以下时依然具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号,因此分辨率高,当前最佳的场发射扫描电镜分辨率实现了亚纳米级别.

4、系统真空度不同及优劣

钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空,两级真空泵系统获得0.001pa的真空度即可满足,因此造价低.

场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作.原因在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝,其次电子枪阴极尖端在较低的真空下,吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒,造成电子枪发射不稳,亮度降低,所以必须使用超高真空一般是10的-8次方.超高真空系统的造价明显比钨灯丝高很多.超高真空的洁净度要好于钨灯丝的一般高真空,因此很长时间,也就是在灯丝寿命内,系统可以免清洗和维护.钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些.

5、钨灯丝和场发射是具有明显档次差异的,这也从价格上明确反映.钨灯丝扫描电镜十几万,场发射几十万,都是美元.国内目前只能制造最低档次的钨灯丝扫描电镜.

以上定性表达,具体数据还望查阅有关资料

场发射指的是发射电子的原理。

环境扫描则是功能，在实际使用中就是一套附件，购买电镜时可以选择购买。

环境扫描电镜既可以用场发射作光源也可以用钨灯丝作光源。

环境扫描电镜不需要抽真空，可以在有液体的场合使用，这对于生物研究来说很有用。

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