随着制造业及航天工业的发展,对难熔金属的加工需求已经提上了日程。这些金属的熔点高,但同时又有很大氧化性,即使在比自身的熔化温度低的温度下也会氧化,从而限制了它们的应用。电子束熔炼技术可以解决难熔金属熔炼的熔点和纯度问题。而大功率电子枪作为电子束熔炼炉的核心部件,对其电子束形成过程的模拟研究和设计将为电子束熔炼炉的设计提供重要参考。本课题以250KW电子束炉用大功率电子枪为研究目标,研究其有关电子束形成的系统。通过使用CST软件对电子的发射、加速和一次聚焦进行模拟,得到符合要求的电子枪结构模型。并通过研究电子束形成系统的参数变化对电子束性能的影响,进一步优化电子枪的结构模型,并总结规律,指导实际生产。根据电子束炉、电子枪的基本组成和工作原理,结合电子光学的基本原理和电子枪设计的经验公式对电子枪电子束形成系统的结构尺寸和电压电流等参数进行了初步设计,并通过CST软件的模拟来检验模型。分别修改电子加速部分和一次聚焦部分的结构参数,模拟研究电子束的变化情况,得出各参数变化对电子束轨迹产生的影响。分析各参数变化对电子束轨迹变化的作用原理,从而得出,增大块状阴极与阳极之间距离、减小块状阴极外缘、减小聚束极模孔直径、减小聚束极锥孔角度都会使得加速电场在径向上强度增大,使得电子的汇聚作用增大,电子束的稳定性遭到破坏；后移一次聚焦线圈位置、增大聚焦线圈的内径、增大聚焦线圈厚度均可以改善聚焦磁场径向的均匀性,使得电子束的稳定性提高；减少聚焦线圈前端的匝数则会降低一次聚焦开始时电子束过度聚焦的程度,同样可以提高电子束的稳定性。依据上述结论,对电子束形成系统进行优化,优化后的模型可以得到电子束流通率100%、束径变化率低于20%的较为理想的电子束。