電子槍的工作原理
在電子槍陰極附近發生的物理過程與電子二極管中所發生的物理過程非常類似。大家知道，在二極管中電流的流通，是由陰極發射的電子的運動來實現的。若在二極管的陰極與陽極之間加上壹定的正向電壓Ua，陰極逐漸加熱（逐漸增大燈絲的加熱電壓Uf），記錄相應的陽極電流Ia，可得到壹條Ia/Uf關系曲線。改變Ua可得到另壹條Ia?Uf關系曲線。當Uf比較低時，即陰極溫度較低時，陽極電流Ia隨著加熱電壓的增大而增長很快。當Uf超過某壹數值時，陽極電流Ia不隨燈絲加熱電壓Uf的增大而增大，若繼續提高Uf對陽極電流的增大並無好處。我們知道，在壹定的陰極溫度下，陰極有壹定的發射電流，陰極溫度愈高，則發射電流愈大。當陰極溫度足夠高時，繼續增高陰極溫度（此時陰極的發射電流仍在增大）而陽極電流不變，這表明此時陰極發射的電流沒有能全部到達陽極。考察不同的Ua所對應的不同曲線，情況都是壹樣。因為二極管的陰陽極之間加有正向電壓Ua，因此陰陽極間會形成壹定的電場分布，在陰極未加熱時，該電場分布是穩定的。當陰極加熱後，陰極開始發射電子，電子在Ua的作用下飛向陽極。由於有空間電荷的存在，陰陽極之間每壹點的電位都要下降，當陰極溫度不太高，發射的電子不太多時，陰陽極之間仍為加速場，電子在此電場作用下都能到達陽極。隨著陰極發射電子的增多，陰陽極表面電位梯度的變化是不同的，因為陰極表面的電子除了受陽極加速電場的吸引外，還受到前面空間電荷的排斥作用，因此電子所受到的力較沒有空間電荷時小，即電位梯度減小；而在陽極表面的電子除了受陽極加速電場的吸引外，還受到後面空間電荷的推力，所以電位梯度增大。若繼續提高陰極的溫度，空間電荷的密度繼續增加，由於空間電荷的作用，將使陰極表面的電位梯度下降為零，此時空間電荷在陰極表面產生的電場恰好等於加速場，但方向相反，陰極表面不再受電場力作用。大家知道，電子自陰極逸出要具有壹定的初速度，即使陰極表面電位梯度下降至零，繼續提高陰極溫度，空間電荷密度仍能增大，這時，陰極表面電位梯度變為負值。即在陰極附近空間電荷產生的電場大於陽極電壓Ua產生的加速場。
從陰極發射出來的電子，具有不同的初速度。只有初始動能大於最低電位位能的電子，才能克服陰極表面附近的負電場而越過最低電位，進入加速場飛向陽極；而那些初始動能比較小的電子，在空間電荷的作用下又返回了陰極。在平衡狀態下，單位時間內跑向陽極的電子數加上返回陰極的電子數，等於陰極發射進入空間的電子數。繼續增高陰極溫度，則陰極發射增加，空間電荷密度也增加，這等於加強了陰極表面附近的負電場，受負電位作用返回陰極的電子數增多，而跑到陽極的電子數卻增加微少。
在陰極加熱溫度低時，陰極發射的電子都可以到達陽極，此時陽極電流取決於陰極發射溫度，稱為溫度限制。這種情況下，陰極加熱溫度的變化，對發射電流的影響很大。當加熱電壓繼續加高，空間電荷效應起主要作用，陽極電流受空間電荷限制。加速器的電子槍主要工作在空間電荷限制狀態下。 隨著加速管的改進，采用低壓註入的技術成為可能；同時現在的醫用加速器，根據放射治療的需要，要求改變註電流達到既能出X射線，亦能出電子線的要求。這樣的電子槍陽極電壓可降到7-15KV，註流在200—1000ma的範圍內變化。在出電子線時註流能逐漸降到很低的數值（醫用加速器工作在X線治療和電子線治療時對束流強度的要求差別甚大，相差百倍以上）。低壓註入技術的解決，為柵控槍的使用打下基礎。低壓槍可以大大縮小電子槍的尺寸，減低電極間絕緣瓷件耐壓的要求，減低了離子回轟陰極的能量，更重要的是電源的體積，重量以及效率可以大大提高。對於柵控槍的設計，人們壹般是在二極槍設計的基礎上，增加壹個控制極(柵極)。當柵極對陰極加上壹個不大的負電壓(截止偏壓壹Egc)時，使陰極發射截止；這相當於在脈沖的間隙期停止放射，而脈沖的持續期控制極對陰極加上零或壹個不大的正電壓，使陰極發射電子，通過對這個正電壓的調整，達到對電子註流的控制。而陽極對陰極的電壓，可以始終加上壹個穩定的直流高壓。顯然直流電源電壓的幅度穩定，比高壓脈沖調制器的高壓脈沖幅度的穩定容易得多。因而也減輕了對電源設計上的壓力。人們加設的控制極，通常有三種形式，它們的結構形式在第壹部分已經給出，它們的工作方式，現分別簡述如下：第壹種孔柵槍：它是在結構設計上將二極槍的聚焦極與陰極絕緣開來，適當修改聚焦極的設計，使其能在相對陰極而加的偏壓(-Ego)的絕對值盡量低時情況下，實現電子註的截止。壹般經驗是，當P<0.5微樸，槍壓縮比較小時，|—Ego|/Va可以在低於25%的情況下，實現孔柵槍設計。第二種針柵槍：它是在陰極的中心安置壹個與陰極絕緣而垂直於陰極面的小針，以此針為控制極，它的截止電壓，大致可以做到或稍低於孔柵槍的水平。但對針柵槍而言，其陰極、針柵極在結構設計上較復雜，目前國內較少使用，而俄羅斯在這方面技術較成熟，他們可以在針柵上復上壹層反發射物質，以降低柵發射。不過對於存在較強離子反轟的加速管采用此種控制極是否可行，有待實踐證明。第三種網柵槍，它是在二極槍中距陰極1%—3%的等位面上設置壹柵網，當柵網對陰極加上相當於網在平面的電位時，並不大改變原二極槍的電位分布。這種柵的截止偏壓可以設計得很低。這將有利於柵控電源的制作。