JP2001176408A - 電子管 - Google Patents
電子管Info
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- JP2001176408A JP2001176408A JP35634099A JP35634099A JP2001176408A JP 2001176408 A JP2001176408 A JP 2001176408A JP 35634099 A JP35634099 A JP 35634099A JP 35634099 A JP35634099 A JP 35634099A JP 2001176408 A JP2001176408 A JP 2001176408A
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- anode
- electrons
- electron tube
- collector electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エネルギー効率の良いクライストロンやＸ線
管等の電子管を提供する。 【解決手段】 陰極陽極間で電子ビームを発生させ陽極
を通過した電子を捕捉するコレクタ電極を有する電子管
において、陽極を電子が透過する程度に薄く形成したこ
とを特徴とする。
管等の電子管を提供する。 【解決手段】 陰極陽極間で電子ビームを発生させ陽極
を通過した電子を捕捉するコレクタ電極を有する電子管
において、陽極を電子が透過する程度に薄く形成したこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陰極、電子を通過
する陽極及びその電子を捕捉するコレクタ電極を有する
電子管に関し、特に電子ビームのエネルギー利用効率を
改善したものに関する。
する陽極及びその電子を捕捉するコレクタ電極を有する
電子管に関し、特に電子ビームのエネルギー利用効率を
改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電子管は真空度の小さい
いわゆる真空に近い状態に管球内を保ち、陰極から取り
出した電子を陽極に印加した電圧によって加速し電子ビ
ームを形成し、その運動エネルギー等を利用し所定の機
能を持たせている。
いわゆる真空に近い状態に管球内を保ち、陰極から取り
出した電子を陽極に印加した電圧によって加速し電子ビ
ームを形成し、その運動エネルギー等を利用し所定の機
能を持たせている。
【０００３】例えばクライストロンの場合、その電子ビ
ームは入力空洞共振器、出力空洞共振器を通過しコレク
タ電極で捕捉される。この電子ビームは陰極からコレク
タ電極に到達する間に、入力空洞共振器に入力されたマ
イクロ波の周波数に応じて密度変調をかけられ、出力空
洞共振器を通過する際に出力空洞共振器にマイクロ波を
誘起する。この様にして、クライストロンはマイクロ波
の増幅管として動作する。
ームは入力空洞共振器、出力空洞共振器を通過しコレク
タ電極で捕捉される。この電子ビームは陰極からコレク
タ電極に到達する間に、入力空洞共振器に入力されたマ
イクロ波の周波数に応じて密度変調をかけられ、出力空
洞共振器を通過する際に出力空洞共振器にマイクロ波を
誘起する。この様にして、クライストロンはマイクロ波
の増幅管として動作する。
【０００４】一方、同じ電子管ではあるが、上記のよう
な構造を持たないものでＸ線管がある。Ｘ線管は、固定
または回転した陽極ターゲットに電子ビームを衝突させ
Ｘ線を放射する構造の真空管であるが、電子ビームの持
つ運動エネルギーの、最大でも１％程度しかＸ線のエネ
ルギーに変換できないのが現状である。そこで、強度の
高いＸ線を得る場合のＸ線管は、電子ビームが照射され
る陽極の熱容量を大きくして、かつ陽極を回転させ電子
ビームが照射される部分を移動させて熱分布が均一にな
るようにして、大電流の電子ビームによって高強度のＸ
線を得る構造のものが一般的である。
な構造を持たないものでＸ線管がある。Ｘ線管は、固定
または回転した陽極ターゲットに電子ビームを衝突させ
Ｘ線を放射する構造の真空管であるが、電子ビームの持
つ運動エネルギーの、最大でも１％程度しかＸ線のエネ
ルギーに変換できないのが現状である。そこで、強度の
高いＸ線を得る場合のＸ線管は、電子ビームが照射され
る陽極の熱容量を大きくして、かつ陽極を回転させ電子
ビームが照射される部分を移動させて熱分布が均一にな
るようにして、大電流の電子ビームによって高強度のＸ
線を得る構造のものが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の様なクライスト
ロンでは、電子ビームが空洞共振器を通過する際の高周
波電界との相互作用は、電子ビームの通過するドリフト
空間にはみ出した共振器の高周波電界で行われるため、
電子ビームの中心部分では不十分になる場合があった。
ロンでは、電子ビームが空洞共振器を通過する際の高周
波電界との相互作用は、電子ビームの通過するドリフト
空間にはみ出した共振器の高周波電界で行われるため、
電子ビームの中心部分では不十分になる場合があった。
【０００６】また上記のようなＸ線管は、高強度のＸ線
を得るために、大電力を消費するといった問題点があっ
た。
を得るために、大電力を消費するといった問題点があっ
た。
【０００７】本発明は上記問題点を解消しエネルギー効
率の良い電子管を提供することを目的とする。
率の良い電子管を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、陰極と、該陰極から取り出した電子が通
過する陽極と、該陽極を通過した電子を捕捉するコレク
タ電極とを有する電子管において、前記陽極が前記電子
を透過可能に薄く形成されてなることを特徴とする。か
かる構成により、電子ビームのエネルギー利用効率の良
い電子管が得られる。
め、本発明は、陰極と、該陰極から取り出した電子が通
過する陽極と、該陽極を通過した電子を捕捉するコレク
タ電極とを有する電子管において、前記陽極が前記電子
を透過可能に薄く形成されてなることを特徴とする。か
かる構成により、電子ビームのエネルギー利用効率の良
い電子管が得られる。
【０００９】また、コレクタ電極の電位を陽極より低い
値にしたことを特徴とする。これにより、電子ビームは
陽極の電圧よりも低い電圧によってコレクタ電極に捕捉
されるため、電子ビームのエネルギー利用効率の良い電
子管が得られる。
値にしたことを特徴とする。これにより、電子ビームは
陽極の電圧よりも低い電圧によってコレクタ電極に捕捉
されるため、電子ビームのエネルギー利用効率の良い電
子管が得られる。
【００１０】また、前記陽極にターゲットを兼ねさせ、
該陽極に前記電子ビームを衝突させることによりＸ線が
発生するよう構成することで、陽極で消費される電子ビ
ームのエネルギーが低減されるので、電子ビームのエネ
ルギー利用効率の非常に良いＸ線管が得られる。
該陽極に前記電子ビームを衝突させることによりＸ線が
発生するよう構成することで、陽極で消費される電子ビ
ームのエネルギーが低減されるので、電子ビームのエネ
ルギー利用効率の非常に良いＸ線管が得られる。
【００１１】また、このようなＸ線管において、前記陽
極の厚さと該陽極に印加する電子の加速電圧を、前記陽
極を透過した電子の運動エネルギーが１０ｋｅＶ以上と
なる値に設定する構成とすることによって、１オングス
トローム以下の波長のＸ線を発生することができ、Ｘ線
に充分な物質透過能力を持たせることができる。
極の厚さと該陽極に印加する電子の加速電圧を、前記陽
極を透過した電子の運動エネルギーが１０ｋｅＶ以上と
なる値に設定する構成とすることによって、１オングス
トローム以下の波長のＸ線を発生することができ、Ｘ線
に充分な物質透過能力を持たせることができる。
【００１２】また、前記Ｘ線管の陽極を多層構造とし、
少なくとも表層はＸ線の発生に寄与する金属層に、他の
少なくとも１層は前記金属層より密度が低く機械的強度
の高い金属層にすることで、タングステンや銅等のＸ線
発生効率が高い（密度が高い）が機械的強度が低い物質
を陽極に用いてこれを薄く形成しても、他層の密度が低
く機械的強度が高い物質に支持させて機械強度を保つこ
とができる。
少なくとも表層はＸ線の発生に寄与する金属層に、他の
少なくとも１層は前記金属層より密度が低く機械的強度
の高い金属層にすることで、タングステンや銅等のＸ線
発生効率が高い（密度が高い）が機械的強度が低い物質
を陽極に用いてこれを薄く形成しても、他層の密度が低
く機械的強度が高い物質に支持させて機械強度を保つこ
とができる。
【００１３】また、前記Ｘ線管のコレクタ電極を複数段
設け、これらを電気的に並列接続し、少なくとも最終段
のコレクタ電極を除く全ての段のコレクタ電極を前記電
子が透過可能に薄く形成することで、電子のエネルギー
回収がスムーズに行われ、１段よりも効率を良くするこ
とができる。
設け、これらを電気的に並列接続し、少なくとも最終段
のコレクタ電極を除く全ての段のコレクタ電極を前記電
子が透過可能に薄く形成することで、電子のエネルギー
回収がスムーズに行われ、１段よりも効率を良くするこ
とができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
図で、クライストロンの例を示す。本図において１は陰
極、２ａ、２ｂはそれぞれ入力及び出力空洞共振器、３
はコレクタ電極、４はヒータ、２１、２２、２３、２４
は陽極２を構成する電子を透過する金属膜である。
図で、クライストロンの例を示す。本図において１は陰
極、２ａ、２ｂはそれぞれ入力及び出力空洞共振器、３
はコレクタ電極、４はヒータ、２１、２２、２３、２４
は陽極２を構成する電子を透過する金属膜である。
【００１５】本図に示すように、入力空洞共振器２ａと
出力空洞共振器２ｂは同電位で陽極となっており、陰極
１との間に陽極電圧Ｖａが印可されている。この電圧に
よって電子が加速され、厚さ５μｍのチタンで形成され
た金属膜２１、２２、２３、２４を透過する。金属膜を
透過した電子はコレクタ電極３にコレクタ電圧Ｖｃで捕
捉される。その際、ＶｃがＶａよりも小さければその分
電子の運動エネルギーが回収できエネルギー効率が良く
なる。
出力空洞共振器２ｂは同電位で陽極となっており、陰極
１との間に陽極電圧Ｖａが印可されている。この電圧に
よって電子が加速され、厚さ５μｍのチタンで形成され
た金属膜２１、２２、２３、２４を透過する。金属膜を
透過した電子はコレクタ電極３にコレクタ電圧Ｖｃで捕
捉される。その際、ＶｃがＶａよりも小さければその分
電子の運動エネルギーが回収できエネルギー効率が良く
なる。
【００１６】空洞共振器２ａ、２ｂの金属膜２１、２
２、２３、２４は従来金属メッシュで形成されるのが一
般的であった。クライストロンの共振器では、その高周
波電界は電子ビームの透過する方向に平行に作られてい
るが、メッシュで形成した場合は金属と空間が交互に存
在し、高周波電界はその金属部分から張り出すため電子
ビームと完全に平行になることはなかった。しかし、本
発明を用いれば、向かい合った金属膜間の高周波電界が
完全に電子ビームと平行になるように形成される。この
為に電子ビームと高周波電界との相互作用が効率的に行
われるようになる。
２、２３、２４は従来金属メッシュで形成されるのが一
般的であった。クライストロンの共振器では、その高周
波電界は電子ビームの透過する方向に平行に作られてい
るが、メッシュで形成した場合は金属と空間が交互に存
在し、高周波電界はその金属部分から張り出すため電子
ビームと完全に平行になることはなかった。しかし、本
発明を用いれば、向かい合った金属膜間の高周波電界が
完全に電子ビームと平行になるように形成される。この
為に電子ビームと高周波電界との相互作用が効率的に行
われるようになる。
【００１７】図２は本発明の他の実施の形態を示す図
で、本図において、図１と同一の符号のものは同一また
は相当するものを示し、２は電子が透過可能に薄く形成
された陽極である。図３は図２に使用する陽極の断面の
構造を示す図で、５はタングステン層、６はチタン層で
ある。
で、本図において、図１と同一の符号のものは同一また
は相当するものを示し、２は電子が透過可能に薄く形成
された陽極である。図３は図２に使用する陽極の断面の
構造を示す図で、５はタングステン層、６はチタン層で
ある。
【００１８】陰極１から電子を取り出し、陽極２に陽極
電圧Ｖａ＝１００ｋＶで電子を照射する。陽極２は図３
に示す様にタングステン層５とチタン層６の二層構造と
なっており、電子ビームの進行方向に対するそれぞれの
厚さｔ1及びｔ2は、例えばｔ1＝５μｍ、ｔ2＝１０μｍ
である。電子は陽極を構成するタングステンに衝突し減
速され、Ｘ線を放射する。陽極はタングステン５μｍ、
チタン１０μｍと極薄いため、電子ビームは陽極２を貫
通してコレクタ電極に至る。
電圧Ｖａ＝１００ｋＶで電子を照射する。陽極２は図３
に示す様にタングステン層５とチタン層６の二層構造と
なっており、電子ビームの進行方向に対するそれぞれの
厚さｔ1及びｔ2は、例えばｔ1＝５μｍ、ｔ2＝１０μｍ
である。電子は陽極を構成するタングステンに衝突し減
速され、Ｘ線を放射する。陽極はタングステン５μｍ、
チタン１０μｍと極薄いため、電子ビームは陽極２を貫
通してコレクタ電極に至る。
【００１９】入射速度Ｖ0で密度ρ、厚さｔの固体に入
射した場合、固体を抜けた際の電子の速度Ｖは、 Ｖ4＝Ｖ04−ＣT×ρ×ｔ で与えられる。ここでＣTは定数で、ＣT＝５．０５×１
０33（ｍ6ｋｇ-1ｓ-4）である。
射した場合、固体を抜けた際の電子の速度Ｖは、 Ｖ4＝Ｖ04−ＣT×ρ×ｔ で与えられる。ここでＣTは定数で、ＣT＝５．０５×１
０33（ｍ6ｋｇ-1ｓ-4）である。
【００２０】この関係式から、本実施の形態での陽極２
を透過した電子の速度を求めると、１１ｋｅＶのエネル
ギーに相当する速度となることが分かる。コレクタ電極
に電圧ＶC＝１０ｋＶを印加することで、この分のエネ
ルギーが回収される。
を透過した電子の速度を求めると、１１ｋｅＶのエネル
ギーに相当する速度となることが分かる。コレクタ電極
に電圧ＶC＝１０ｋＶを印加することで、この分のエネ
ルギーが回収される。
【００２１】高速の電子を陽極に衝突させＸ線を発生さ
せるＸ線管では、通常Ｘ線の発生効率は１％程度であ
り、陽極の厚さが厚くてもＸ線の発生量は変わらない。
従って、同じＸ線量を得るのに、従来は１００ｋｅＶの
エネルギーが必要であったところが、コレクタ電極で１
０ｋｅＶのエネルギーが回収され約１割の効率上昇が図
られる。
せるＸ線管では、通常Ｘ線の発生効率は１％程度であ
り、陽極の厚さが厚くてもＸ線の発生量は変わらない。
従って、同じＸ線量を得るのに、従来は１００ｋｅＶの
エネルギーが必要であったところが、コレクタ電極で１
０ｋｅＶのエネルギーが回収され約１割の効率上昇が図
られる。
【００２２】本実施の形態は、コレクタ電極が１段の場
合を示したが、コレクタ電極を多段にしても動作は同様
であり、効率の良いＸ線管が形成できる。例えば、図４
に示すように、コレクタ電極を３ａ及び３ｂの２段に構
成し、これらにそれぞれコレクタ電圧Ｖｃ1及びＶｃ2を
与えて電気的に並列接続する。この際、最終段のコレク
タ電極３ｂを除きその他のコレクタ電極３ａを上述した
陽極と同じように電子が透過可能に薄く形成しておく。
このようにコレクタ電極を多段にすることで電子のエネ
ルギー回収がスムーズに行われ、１段よりも効率の良い
管球を構成することが可能である。
合を示したが、コレクタ電極を多段にしても動作は同様
であり、効率の良いＸ線管が形成できる。例えば、図４
に示すように、コレクタ電極を３ａ及び３ｂの２段に構
成し、これらにそれぞれコレクタ電圧Ｖｃ1及びＶｃ2を
与えて電気的に並列接続する。この際、最終段のコレク
タ電極３ｂを除きその他のコレクタ電極３ａを上述した
陽極と同じように電子が透過可能に薄く形成しておく。
このようにコレクタ電極を多段にすることで電子のエネ
ルギー回収がスムーズに行われ、１段よりも効率の良い
管球を構成することが可能である。
【００２３】Ｘ線管は陽極の加速電圧に対応した波長の
Ｘ線から長波長すなわち低エネルギー側のＸ線が放射さ
れる。これは陽極によって電子が減速され、陽極の内部
でエネルギーの低下した電子によってＸ線が放射される
ためである。Ｘ線はその波長によって物質の透過率が異
なっていて、波長が１オングストローム以上であると極
端に透過率は小さくなる。Ｘ線の波長が１オングストロ
ーム以上すなわちエネルギーで約１０ｋｅＶ以下ではロ
スが大きくＸ線管としての能力が十分発揮できない。従
って、電子の運動エネルギーが１０ｋｅＶ以下になる前
に陽極を透過させ、そのエネルギー以下のＸ線を発生さ
せずコレクタ電圧でエネルギーの回収を行うことでＸ線
管の効率アップに効果的である。なお、電子の運動エネ
ルギーは高ければ高いほど良いが、陽極電圧を越えるこ
とはない。
Ｘ線から長波長すなわち低エネルギー側のＸ線が放射さ
れる。これは陽極によって電子が減速され、陽極の内部
でエネルギーの低下した電子によってＸ線が放射される
ためである。Ｘ線はその波長によって物質の透過率が異
なっていて、波長が１オングストローム以上であると極
端に透過率は小さくなる。Ｘ線の波長が１オングストロ
ーム以上すなわちエネルギーで約１０ｋｅＶ以下ではロ
スが大きくＸ線管としての能力が十分発揮できない。従
って、電子の運動エネルギーが１０ｋｅＶ以下になる前
に陽極を透過させ、そのエネルギー以下のＸ線を発生さ
せずコレクタ電圧でエネルギーの回収を行うことでＸ線
管の効率アップに効果的である。なお、電子の運動エネ
ルギーは高ければ高いほど良いが、陽極電圧を越えるこ
とはない。
【００２４】Ｘ線発生の効率を上げるためには、密度の
高い金属を陽極に用いた方が有利である。しかし、密度
の高い金属のみでは電子が透過できる厚さが極端に薄く
なってしまい、機械的強度が低下し不都合である。そこ
で、Ｘ線を発生させるためのタングステン層と機械的強
度を保つ低密度の金属層を重ね合わせた構造にすること
で、この欠点は解消される。
高い金属を陽極に用いた方が有利である。しかし、密度
の高い金属のみでは電子が透過できる厚さが極端に薄く
なってしまい、機械的強度が低下し不都合である。そこ
で、Ｘ線を発生させるためのタングステン層と機械的強
度を保つ低密度の金属層を重ね合わせた構造にすること
で、この欠点は解消される。
【００２５】Ｘ線を発生させるための金属としてはタン
グステン、銅、機械的強度を保つ低密度の金属としてチ
タン、黒鉛等が有効である。また、本実施形態では陽極
が固定されている場合を示したが、従来のＸ線管と同様
に陽極を回転させ陽極の熱分布を均一にすることも可能
である。
グステン、銅、機械的強度を保つ低密度の金属としてチ
タン、黒鉛等が有効である。また、本実施形態では陽極
が固定されている場合を示したが、従来のＸ線管と同様
に陽極を回転させ陽極の熱分布を均一にすることも可能
である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、陰極と、電子が通
過する陽極と、通過した電子を捕捉するコレクタ電極と
を有する電子管に本発明を用いれば、従来よりもエネル
ギー効率を良好にすることができる。
過する陽極と、通過した電子を捕捉するコレクタ電極と
を有する電子管に本発明を用いれば、従来よりもエネル
ギー効率を良好にすることができる。
【００２７】特に、電子が透過する程度に薄くした陽極
にターゲットを兼ねさせてＸ線を発生させ、透過した電
子を捕捉するコレクタ電極を配置し、電子をコレクタ電
極に軟着陸即ち電子の運動エネルギーを小さくして捕捉
する電圧をコレクタ電極に印加することによって、Ｘ線
の発生に寄与しなかった陽極を透過した電子の運動エネ
ルギーを回収することができるため、Ｘ線発生のエネル
ギー効率が改善されたＸ線管を提供することができる。
にターゲットを兼ねさせてＸ線を発生させ、透過した電
子を捕捉するコレクタ電極を配置し、電子をコレクタ電
極に軟着陸即ち電子の運動エネルギーを小さくして捕捉
する電圧をコレクタ電極に印加することによって、Ｘ線
の発生に寄与しなかった陽極を透過した電子の運動エネ
ルギーを回収することができるため、Ｘ線発生のエネル
ギー効率が改善されたＸ線管を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図３】図２の陽極を拡大した図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
１：陰極、２：陽極、２ａ：入力空洞共振器、２ｂ：出
力空洞共振器、３，３ａ，３ｂ：コレクタ電極、４：ヒ
ータ、５：タングステン層、６：チタン層、２１，２
２，２３，２４：金属膜
力空洞共振器、３，３ａ，３ｂ：コレクタ電極、４：ヒ
ータ、５：タングステン層、６：チタン層、２１，２
２，２３，２４：金属膜
Claims (6)
- 【請求項１】 陰極と、該陰極から取り出した電子が通
過する陽極と、該陽極を通過した電子を捕捉するコレク
タ電極とを有する電子管において、前記陽極が前記電子
を透過可能に薄く形成されてなることを特徴とする電子
管。 - 【請求項２】 前記コレクタ電極の電位を前記陽極より
低い値にしたことを特徴とする請求項１に記載の電子
管。 - 【請求項３】 前記陽極はターゲットを兼ね、該陽極に
前記電子ビームが衝突することによりＸ線が発生するこ
とを特徴とする請求項２に記載の電子管。 - 【請求項４】 前記陽極の厚さと該陽極に印加する電子
の加速電圧は、前記陽極を透過した電子の運動エネルギ
ーが１０ｋｅＶ以上となる値に設定されていることを特
徴とする請求項３に記載の電子管。 - 【請求項５】 前記陽極は多層構造を有し、少なくとも
表層はＸ線の発生に寄与する金属層であり、他の少なく
とも１層は前記金属層より密度が低く機械的強度が高い
金属層であることを特徴とする請求項３または４に記載
の電子管。 - 【請求項６】 前記コレクタ電極は複数段並列接続して
なり、少なくとも最終段のコレクタ電極を除く全ての段
のコレクタ電極が前記電子が透過可能に薄く形成されて
いることを特徴とする請求項３または４に記載の電子
管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35634099A JP2001176408A (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 電子管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35634099A JP2001176408A (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 電子管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176408A true JP2001176408A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18448546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35634099A Pending JP2001176408A (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 電子管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001176408A (ja) |
Cited By (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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