JP2595185B2 - 高電圧交差フィールドプラズマスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にクロスアトロンス
イッチと呼ばれるグリッド変調されたプラズマスイッ
チ、特に 100ｋＶ以上の電圧レベルにおけるこのような
スイッチの動作に関する。

【０００２】

【従来の技術】クロスアトロンスイッチは、サイラトロ
ンのような迅速なスイッチ閉成速度および真空管のよう
な迅速なスイッチ開放速度が得られるグリッド変調され
たプラズマスイッチである。クロスアトロンはヒューズ
エアクラフト社の登録商標名である。一連のクロスアト
ロン設計は、シューマッハー氏他による1986年 6月24日
出願の米国特許第4,247,804 号明細書およびシューマッ
ハー氏による1991年 5月28日出願の米国特許第5,019,75
2 号明細書に示されており、それらは全て本出願人のヒ
ューズエアクラフト社に譲渡されている。

【０００３】クロスアトロンスイッチの動作の原理は図
１に示されている。スイッチは中心軸２を中心にその周
囲に配置された４つの同軸の円筒形電極を有する水素プ
ラズマ装置である。最も外側の電極４は陰極であり、陰
極面の近くに局部化された突出形状を有する磁界８を生
成するように軸方向に周期的に配列された永久磁石装置
６によって包囲される。最も内側の電極10は陽極として
機能し、一方、そのすぐ外側の電極12は制御グリッドで
あり、第３の外側電極14はソースグリッドである。

【０００４】陰極表面で生成された２次電子は磁界でト
ラップされ、放射状の電界と磁界の軸方向の成分とによ
って円筒形陽極10の周囲においてサイクロイドのＥ×Ｂ
軌道を進む（ここでＥは電界であり、Ｂは磁界であ
る）。電子は衝突によりエネルギを失い、最終的に陽極
またはグリッドによって収集される。陰極表面の近くの
電子の長い通路長によって水素ガスのイオン化率が高く
なるため、スイッチが動作するのに必要なガス圧力をサ
イラトロンに比較して減少させることができる。スイッ
チ中の水素圧力は電極間の間隔と電圧レベルとに応じて
100乃至 700パスカルの範囲にすることができる。陰極
材料は典型的にモリブデンであり、陰極加熱電力は必要
とされない。

【０００５】ソースグリッド14は陰極に対する低レベル
（典型的に20ｍＡより小さい）のＤＣ放電を維持するこ
とによってオン切替えジッタを最小にするために使用さ
れ、一方制御グリッド12は通常陰極電位に対して約１ｋ
Ｖ以内の電位に維持される。スイッチの開放状態の時
に、スイッチ中の高電圧は制御グリッド12と陽極10との
間の間隙を横切って維持される。スイッチは制御グリッ
ドに陰極の電位よりも高いレベルのパルス電圧を与える
ことによって閉じられ、それによって高い密度のプラズ
マ16が生成され、制御グリッド12と陽極10との間の間隙
に拡散する。結果として、陰極と陽極との間に低インピ
ーダンスの導電通路が生成され、スイッチが閉じられ
る。このようにして高密度プラズマがスイッチ中に設定
され、陽極電流の上昇率は閉成電圧パルスが制御グリッ
ド12に与えられる約１マイクロ秒前にソースグリッド14
に予めパルス電圧を与えることによって高められること
ができる。

【０００６】スイッチを通って流れている電流は、陰極
４の電位に関して負である制御グリッド12に負電圧パル
スを供給することによって遮断される。すなわち、制御
グリッド装置を通る陰極の近くの生成領域からのプラズ
マの流れは遮断され、プラズマが陽極間隙から消滅する
とスイッチは開く。スイッチ開放速度は、間隙長を平均
イオン拡散速度によって割算した値に等しいプラズマ絶
縁破壊時間によって決定される。

【０００７】クロスアトロンスイッチは元来は閉成専用
スイッチとして開発されたものである（米国特許第4,24
7,804 号明細書）が、その後高電流遮断可能な変調器ス
イッチに進化された（米国特許第4,596,945 号明細
書）。米国特許第5,019,752 号明細書において、スイッ
チの順方向電圧降下を減少させるために陰極は陰極軸に
対して円周方向に延在する一連のクロムめっきされた環
状のひだ領域または溝を備えている。このひだ領域は冷
陰極から発生した２次電子をひだの溝の空間に閉じ込め
てイオン生成率を高め、また実効的な陰極表面面積領域
の増加によってクロム表面からの電子放射電流密度を減
少させることによってスイッチの順方向電圧降下を減少
させるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】現在のクロスアトロン
スイッチは50ｋＶ以下の最大電圧定格を有するに過ぎな
い。この電圧を著しく上昇させる試みが種々なされてい
るが成功していない。それは信頼性の低い電圧および周
期的なアーク放電の発生によるものである。しかしなが
ら、プラズマイオン注入装置、プラズマによる電子硬化
処理装置、高電圧イオン源および電子銃、クライストロ
ード加速装置のような適用に対して、クロスアトロンス
イッチの開閉能力は理想的には80乃至 120ｋＶの範囲の
ものが望まれている。この範囲内で信頼性の高い動作は
従来のクロスアトロンスイッチによっては実現されてい
ない。本発明は、 100ｋＶ以上の電圧レベルで高い信頼
性の下に動作することが可能であり、しかも、高電流処
理性能および速いスイッチング速度を有する改良された
クロスアトロンプラズマスイッチを提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、本発明
によるプラズマスイッチにより達成される。本発明によ
ると、クロスアトロン充填ガスとして従来の水素の代わ
りに重水素が使用される。重水素は同じ圧力で水素に比
較してパッシェン絶縁破壊電圧を高めるためにサイラト
ロンにおいて以前から使用されているが、クロスアトロ
ンスイッチにおける重水素の使用は、重水素のイオン速
度が低く、電子発生率およびピーク電流能力を著しく低
下させるために従来から望ましくないものと考えられて
いる。本発明においては、陰極の内面において一連の軸
方向に延在する波形のひだを設けることによってこの重
水素を使用する場合の欠点を解決している。波形のひだ
は順方向電圧降下を減少せず、さらに通常のひだのない
滑らかな表面の陰極に比較してスイッチの電流能力を実
質的に高めることが認められる。

【００１０】重水素の使用および軸方向に向いた波形の
ひだを有する陰極により達成される高いパッシェン絶縁
破壊電圧によって、損傷し易いパッシェンシールド領域
において真空およびパッシェン絶縁破壊の両方を避ける
パッシェンシールド用の設計が可能になる。パッシェン
シールドは湾曲面において終端し、陽極の隣接部分がパ
ッシェンシールドの端部の周囲において第２の湾曲面で
延在する。対向した湾曲面の形状およびそれらの間の間
隔がほぼ90乃至 130ｋＶ／cmの範囲内であり、好ましく
は約 120ｋＶ／cmであるパッシェンシールドの湾曲面に
電界強度を設定するように選択される。このようにして
パッシェン絶縁破壊電圧を高め、真空およびパッシェン
絶縁破壊の両方を防止するようにパッシェンシールドの
高い電界強度の生じる部分における電界強度を制限し、
高電流処理能力を提供する新しいスイッチ構造を得るこ
とができる。

【００１１】本発明の別の特徴および利点は、添付図面
を参照することにより当業者に明らかになるであろう。

【００１２】

【実施例】低圧ガス充填装置として、クロスアトロンス
イッチは真空絶縁破壊（アーク）およびパッシェン絶縁
破壊の両方を回避するために高電圧の電極間の間隙の大
きさが適切でなければならない。しかしながら、これら
の２つの絶縁破壊機構は間隙の寸法の変化に対して反対
の変化をする。真空絶縁破壊が発生する電圧は間隙の寸
法が減少するにしたがって減少し、そのため真空絶縁破
壊に対してスイッチの最小の間隙寸法が定められる。間
隙の寸法を最大にすることによって所定の電圧における
電界強度および真空絶縁破壊の確率を減少させることが
できる。例えば、米国特許第5,019,752 号明細書にした
がって構成された従来のスイッチは50ｋＶの電圧で動作
し、グリッド領域において最大電界強度が 100ｋＶ／cm
であるように0.5cm のスイッチ中の最小間隙寸法を必要
とした。

【００１３】対照的に、間隙の寸法を最小にすることに
よって、少なくとも通常の圧力間隙動作範囲内において
所定の電圧および圧力で発生するパッシェン絶縁破壊の
可能性が減少する。この効果は、図２に示されたパッシ
ェン絶縁破壊曲線により示されており、曲線18はパッシ
ェン絶縁破壊が任意の単位で充填圧力ｐ×間隙距離ｄの
関数として発生する電圧Ｖ_bdを表す。図面に示された曲
線18の左側部分ではＶ_bdは圧力・距離の積の変化に対し
て負に変化し、動作状態が曲線18の左側に位置するよう
な小さい間隙および低い圧力を使用することによって絶
縁破壊を避けることを可能にする。斜線で示された領域
20は、パッシェン絶縁破壊が発生する動作範囲を示す。

【００１４】真空絶縁破壊の電圧しきい値は、パッシェ
ン絶縁破壊電圧と反対の方法で間隙距離と共に変化す
る。間隙距離と共に真空絶縁破壊しきい値は増加し、一
方パッシェン絶縁破壊しきい値は減少する。これは、固
定された圧力に対する電極間隙寸法ｄの関数として真空
絶縁破壊電圧22およびパッシェン絶縁破壊電圧24の両方
の一般化されたグラフである図３に示されている。真空
絶縁破壊曲線22は最大動作電圧点25でパッシェン絶縁破
壊曲線24と交差する。パッシェン絶縁破壊の問題は、陽
極とグリッドとの間の間隙寸法および陽極とパッシェン
シールドとの間の間隙寸法を小さくすることによって軽
減される。しかしながら、間隙寸法は前期特性曲線で真
空絶縁破壊が問題になる点よりも前の点までしか減少さ
せることができない。所望の動作領域は、真空およびパ
ッシェン絶縁破壊の両曲線の下方にあり、それらの交差
点25に近い斜線領域26によって示されている。

【００１５】間隙寸法に対して低い制限を与える真空絶
縁破壊により、スイッチ内で高い電圧を維持するために
使用されることができる別の機構はガス充填圧力を減少
することである。しかしながら、瞬間的な絶縁破壊を避
けるためにガス圧力を減少することは、スイッチを閉じ
るのに必要なプラズマ密度を発生する能力と妥協しなけ
ればならない。実際に、水素の約0.15トル以上のガス圧
力がクロスアトロンスイッチがグリッド駆動電流より上
の陽極電流で適切に閉じるために要求される。このレベ
ルより下のガス圧力において、スイッチはゆっくり（１
マイクロ秒以上）閉じるか、或は完全には閉じない
（“電圧ハングアップ”または“ストーリング”と呼ば
れる現象）。図３における斜線領域26は自然発生的な絶
縁破壊が回避されるが、比較的高いガス圧力がスイッチ
の適切な閉成に対して得られる１組の動作点を限定す
る。しかしながら、実際の装置において、動作ガス圧力
はパッシェン絶縁破壊が水素により 100ｋＶで発生する
値（約0.20トル）に近い約0.15トルである。上記のよう
に、約 100乃至 120ｋＶまで破壊電圧を増加することが
望ましく、また圧力および電圧中の通常の変動に安全係
数を与えるように実際の動作圧力とパッシェン絶縁破壊
圧力との間の差を増加することが望ましい。

【００１６】スイッチを動作するのに適切な圧力を維持
し、一方においてパッシェン絶縁破壊の可能性を回避す
ることは、スイッチ用の充填ガスとして水素ではなく重
水素を使用することによって実現される。これはパッシ
ェン絶縁破壊電圧が同じ圧力において水素より重水素に
対して高く、また所定のプラズマ発生率に対して重水素
の増加されたイオン質量および減少されたイオン速度に
よるスイッチ中の高いプラズマ密度が大きい電子流伝達
能力を提供するためである。所定の電圧および間隙寸法
に対して、重水素充填ガスは水素と比較してパッシェン
絶縁破壊が問題になる前に高い圧力の係数がスイッチ中
で許容されることを可能にすることが認められた。

【００１７】重水素はサイラトロン用の充填ガスとして
従来使用された例はある。しかしながら、クロスアトロ
ンスイッチは、サイラトロンと異なる動作の原理を有し
ており、充填ガスとしての重水素の使用は避けられてい
る。クロスアトロンスイッチの冷陰極放電において、イ
オンによってほぼ半分の電流が陰極に伝達される。これ
らのイオンは陰極に当たり、２次電子を生成し、それは
充填ガスの粒子と衝突してイオン化してプラズマを生成
する。重水素中の減少したイオン速度の結果として所定
の発生率に対して陰極へのイオン流密度がほぼ２の平方
根の係数で減少されることを意味する。スイッチ中の充
填ガスをイオン化する電子はイオン衝撃によって生成さ
れた２次電子から生じる（水素および重水素に対する２
次電子生成率は 400乃至 600ボルトのエネルギ範囲にお
いてほぼ同じである）ため、重水素による陰極への低い
イオン流密度は結果的に低い電子生成率をもたらす。水
素と対照的に重水素の使用は１．４乃至２の係数だけス
イッチのピーク電流能力を減少し、これは主としてイオ
ン質量効果のためであることが実験的に示されている。

【００１８】したがって、パッシェン絶縁破壊が発生す
る前の状態で重水素が水素より優れている性質である高
い絶縁破壊電圧を有する利点は、重水素冷陰極放電スイ
ッチの低いピーク電流能力によって相殺される。これが
クロスアトロンスイッチ中の充填ガスとして従来重水素
が使用されない主な理由である。重水素の使用はまた通
常の場合にはスイッチの閉成速度を著しく減少させると
予測される。

【００１９】本発明は、 100ｋＶで動作する重水素充填
クロスアトロンスイッチに１キロアンペアまでの（水素
の約 250Ａと比較して非常に大きい）ピーク閉成電流を
提供する特別な陰極構造を含む。さらに、このスイッチ
では水素ではなく重水素を使用してもスイッチの閉成速
度の減少は認められていない。このために使用される陰
極の幾何学形状は陰極面に沿って軸方向に延在する並列
の波形の比較的深い波形のひだを有しており大きい陰極
面積および大きいプラズマ発生領域の両方を提供する。
このタイプの波形陰極は平坦な陰極の約４倍の高い電流
能力を有することが認められている。

【００２０】前記米国特許第5,019,752 号明細書に記載
されている装置では、クロムで作られた陰極は本発明の
ような軸方向のひだではなく、一連の環状のひだを具備
している。ひだを有するクロムの陰極はスイッチの順方
向電圧降下を約40％低下させることができ、それによっ
て高い平均電流における必要電力消費を減少させること
ができることが示された。これはクロムの使用および環
状ひだの両者によって得られたものと考えられる。しか
しながら、平坦な表面の陰極およびひだのある陰極によ
るその後に行われた実験では順方向電圧降下における変
化にあまり差がないことが示されたため、動作中の低い
電圧降下は陰極に対してクロムを使用するだけでも得ら
れることが予想される。

【００２１】上記米国特許第5,019,752 号明細書に記載
された装置における環状のクロム陰極で使用されている
ひだはそれによって形成された環状の溝部分に２次電子
を拘束して電離の機会を増加させ、低い電圧降下を得る
ものであり、電流能力の増加については何等考慮してい
ない。また、その後の実験において前記米国特許明細書
において使用されたひだを有するクロムの陰極ではピー
ク電流を増加するときに主としてクロム陰極のひだの部
分でグロー放電からアーク放電への転移（陰極アーク）
が生じ易いため、ピーク電流能力をそれ程高めないこと
が認められている。

【００２２】これと対照的に、本発明によれば、軸方向
のひだを持つモリブデン陰極は順方向電圧降下を低下さ
せることを目的とするものではなく、順方向電圧降下は
実質的に平坦な陰極と同様であるが、ほぼ４倍高い電流
能力を提供することが認められている。深さが幅の少な
くとも２倍である比較的深い溝がひだに対して使用され
ることが好ましい。このような増大された電流能力はプ
ラズマと接触する陰極表面領域の増加から生じ、グロー
放電プラズマソース中のグローからアークへの放電の転
移の可能性が減少し、プラズマ生成のための容積が大き
くなり、イオン化率を増加するひだ中の電子の静電的限
定が生じるためと考えられている。軸方向のひだを有す
るモリブデンの陰極は、通常であれば充填ガスとして重
水素を使用することによって生じる低いスイッチ圧力で
のピーク電流能力の減少を補償し、したがってパッシェ
ン絶縁破壊の危険なしに適切な動作圧力を維持する。重
水素圧力は約 100乃至 300パスカルであることが好まし
い。

【００２３】重水素充填ガスによる高いパッシェン絶縁
破壊電圧と、軸方向のひだを有するモリブデン陰極によ
って与えられた高い電流能力との組合せは、特に通常非
常に損傷し易いパッシェンシールドにおいて 100ｋＶを
越える電圧に耐えることができるクロスアトロンプラズ
マスイッチを設計することを可能にする。本発明にした
がって構成されたクロスアトロンスイッチの断面は図４
に示されている。スイッチ用の真空容器28は、陽極シリ
ンダ32を包囲し、その外側に半径方向に間隔を隔てられ
ているほぼ円筒形の陰極30を含んでいる。軸方向の陰極
のひだは図６と関連して後述する。ソースグリッド34お
よび制御グリッド36は陰極30の内側で陽極32の周囲に環
状に延在する。電気コネクタ38、40および42はそれぞれ
陰極、ソースグリッドおよび制御グリッドに対して設け
られている。陽極32はセラミックブッシング44から機械
的に吊下げられ、電気コネクタ46を介して電圧信号を供
給される。“パッシェンシールド”と呼ばれる上部陰極
延長部48は素子間の大きい間隙をなくすように陽極の上
部を包囲している。これがない場合には結果的にパッシ
ェン絶縁破壊を発生させる。永久磁石50は外側陰極壁上
に位置される。重水素充填は重水素ガス貯蔵器51から行
われる。

【００２４】パッシェンシールド48と陽極32との間の間
隙は特に電圧絶縁破壊を受ける可能性が大きい。パッシ
ェンシールド48および陽極32の隣接部分はシールドの高
い電界が生じる部分における電界強度を低く維持するよ
うに設計され、 100ｋＶの動作において真空絶縁破壊を
避けるために十分に小さい寸法にし、さらに潜在的なパ
ッシェン絶縁破壊の領域中に突入する程素子を分離しな
い。従来のクロスアトロンスイッチではモリブデンシー
トが陰極の本体に使用され、またステンレス鋼がパッシ
ェンシールドに使用されているが、本発明のパッシェン
シールドはステンレス鋼より良好なパッシェン絶縁破壊
特性を持つ材料であるモリブデンで構成されることが好
ましい。

【００２５】パッシェンシールドと陽極の隣接部分との
間の領域においてプラズマがなく、直接的なイオン衝撃
がないために、電界強度を陽極と制御グリッドとの間よ
り大きくすることが可能である。 100ｋＶスイッチに対
して、１例を示すと、後者の陽極と制御グリッドとの間
の電界強度はほぼ70乃至110 ｋＶ／cm、好ましくは約10
0ｋＶ／cmであり、これに対してパッシェンシールドの
成形された上部終端部の電界強度はほぼ90乃至 150ｋＶ
／cm、好ましくは約 120ｋＶ／cmである。

【００２６】100ｋＶの電圧差に対するパッシェンシー
ルド48と陽極32の隣接部分との間の関係を示した拡大断
面図が図５に示されている。パッシェンシールド48の上
端部は湾曲面52に沿って終端し、隣接した陽極部分はほ
ぼ（厳密ではないが）同心的な外側の湾曲された表面54
を有する。シールドの下部56は１cmの間隙で陽極から分
離され、これは陽極と制御グリッドとの間の間隔と同じ
である。これは結果的にこの領域において好ましい 100
ｋＶ／cmの応力を生じさせる。プラズマの存在時のレベ
ルより上に電界強度を増加するとパルス間でアーク放電
に移行する危険性が高くなり、またスイッチのオフにさ
れ、イオンが電極に吸引されて消滅するとき高い電界強
度によって加速されるために制御グリッドに対するイオ
ン衝撃が発生する。

【００２７】パッシェン絶縁破壊を回避することに加え
て、パッシェンシールドはまた湾曲するこの領域での電
界強度およびブッシング44と空気との転移部をゆるやか
にする。シールドは陽極に面した上端で機械加工された
構成湾曲部を有する。湾曲されたシールド面52は、この
領域の等電位ラインの湾曲のために電界強度をゆるやか
にするように混合された２つの半径によって本質的に形
成される。シールド上部表面の外側部分に対する曲率半
径Ｒ1 は約0.685 cmであることが好ましく、一方シール
ド表面の内側部分に対する好ましい曲率半径Ｒ2 は約1.
016cm であることが好ましい。曲率半径Ｒ1 およびＲ2
の中心は、２つの半径の上端が混合して陽極に面した滑
らかな表面になるように約0.317cm だけ離れて垂直に配
置されている。 100ｋＶスイッチに対して、陽極の隣接
部分は約２cmの曲率半径Ｒ3 に沿って形成されることが
好ましく、その中心は半径Ｒ1 とＲ2 との中心間に配置
されている。シールドの終端面の内側部分の湾曲はまた
さらに電界強度をゆるやかにするように少し楕円形に形
成されることができる。シールド表面上の点Ａで発生す
る最大電界強度は約 121ｋＶ／cmである。約 120ｋＶ／
cmの電界強度は点ＢおよびＣで発生し、電界強度は点Ａ
およびＣの反対側で減少する。

【００２８】従来のクロスアトロンスイッチは、最大電
界強度が80ｋＶ／cmより小さくなるように設計されてき
た。最大値としてこの値に設計することは、結果として
100ｋＶで大きい間隙（パッシェンシールドの端部と陽
極との間の約1.6cm ）を生成し、これがパッシェン絶縁
破壊の電位のために 100パスカルより小さく圧力を制限
する。しかしながら、これはスイッチの適切な動作にと
って低過ぎる圧力である。本発明はクロスアトロンスイ
ッチが 100ｋＶ以上で適切に動作するのに必要な高い電
極応力レベルを可能にする。

【００２９】これらの高い電界強度レベルにより、適切
に清浄にされたモリブデンがパッシェンシールドに対し
て使用することが重要である。それは少なくとも0.4 ミ
クロンの仕上げ平面平滑度を有し、電気研磨によって清
浄にされたモリブデンから形成されることが好ましい。
電気研磨は残留物または表面不純物を残してはならな
い。このようにして形成されたパッシェンシールドは加
圧焼結されたモリブデンまたはステンレス鋼素子より約
１／３大きい電圧ホールドオフ能力を有する。陽極に対
する材料の選択は重要ではなく、モリブデン、タングス
テン、タンタルまたはその他の耐熱材料が使用されるこ
とが可能であり、チタンはガスを吸収する重水素との水
素化物を形成し、脆くなって崩壊するため勧められな
い。

【００３０】陰極の主部分の断面図は図６に示されてい
る。それは内側のモリブデンシート62に対する支持構造
を提供する中空のステンレスシリンダ60から構成されて
いることが好ましく、シートはひだ構造に折り曲げられ
ている。波形のひだは比較的深く形成されて大きい陰極
面積と波形の谷部の空間における大きいプラズマ発生領
域の両方を提供する。そのため各波形の谷部の深さは、
少なくとも幅の２倍であることが好ましい。本発明の実
施例において、３mmの幅で６mmの深さの谷の幅を有する
波形が使用された。波形にされたモリブデンシート62は
陰極本体60にスポット溶接またはろう付け加工されるこ
とができる。製造は非常に安価であり、設置し易い。

【００３１】上記のクロスアトロンスイッチにより、約
0.2 トルの重水素圧力で１ｋＶの開閉電流および１マイ
クロ秒より小さいスイッチング時間を持つ 100ｋＶの開
回路電圧における動作が実験により確認されている。

【００３２】以上好ましい実施例が示され、説明されて
きたが、当業者は種々の変化および別の実施例を認識す
るであろう。このような変化および別の実施例は添付さ
れた特許請求の範囲に限定されたように本発明の技術的
範囲を逸脱することなく考慮され、実現されることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のクロスアトロンスイッチの動作を説明す
る概略図。

【図２】一般化されたパッシェン絶縁破壊特性図。

【図３】陰極・陽極距離の関数として真空およびパッシ
ェン絶縁破壊しきい値を示したグラフ。

【図４】本発明によるクロスアトロンスイッチの断面
図。

【図５】パッシェンシールドの高圧終端部および陽極の
隣接部分の拡大した断面図。

【図６】本発明の１実施例の陰極構造の断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エル・ポーシェル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91360、サウザンド・オークス、カレ・ コッラド 935 (72)発明者 ローニー・ミー・ワトキンス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91301、アゴーラ、ナンバーエー、スカ イビュー・ウエイ 5716 (56)参考文献 特開 昭61−502153（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、前記容器内に配置され、ほ
   ぼ円筒形でその内面に円周方向に並列に形成された複数
   のほぼ軸方向に延在する波形のひだを具備している２次
   電子のソースを提供する冷陰極と、 前記冷陰極から間隔を隔てて前記冷陰極の内側に配置さ
   れている陽極と、 容器内における陽極と冷陰極との間に配置されたソース
   グリッドと、 冷陰極とソースグリッドがそれらの間の予め定められた
   電圧差に応答してそれらの間にプラズマを維持するよう
   にそれらの間の空間に重水素ガスを導入する手段と、 前記ソースグリッドと陽極との間に配置され、冷陰極と
   陽極との間のプラズマ通路を選択的に開閉し、それによ
   って制御グリッドに供給された制御電圧信号に応答して
   スイッチを開閉する制御グリッドと、 冷陰極と陽極との間の予め定められた領域にプラズマを
   閉込める磁石手段とを具備し、この磁石手段は前記冷陰
   極からの２次電子をトラップするための磁界を生成して
   半径方向の電界と共同して電子にサイクロイド運動を行
   わせることを特徴とするプラズマスイッチ。
2. 【請求項２】 前記陽極はほぼ円筒形であり、 前記ソースグリッドはほぼ円筒形であり、 前記制御グリッドはほぼ円筒形である請求項１記載のプ
   ラズマスイッチ。
3. 【請求項３】 さらに、前記冷陰極を越えて延在する前
   記陽極の一部分に隣接してそれから間隔を隔てられてい
   る前記冷陰極から延在するほぼ円筒形のパッシェンシー
   ルドを具備し、このパッシェンシールドは第１の湾曲面
   において終端し、前記陽極は第１の湾曲面から間隔を隔
   てられてほぼ周辺に延在する第２の湾曲面を描き、前記
   湾曲面の形状およびそれらの間の間隔は前記陽極とパッ
   シェンシールドとの間の 100ｋＶの電圧差に応答してほ
   ぼ90乃至 150ｋＶ／cmの範囲内において前記第１の湾曲
   面に電界強度を設定するように選択されている請求項１
   または２記載のプラズマスイッチ。
4. 【請求項４】 前記湾曲面の形状およびそれらの間の間
   隔はほぼ 120ｋＶ／cmの前記第１の湾曲面で電界強度を
   設定するように選択されている請求項３記載のプラズマ
   スイッチ。
5. 【請求項５】 前記冷陰極と陽極との間の間隔は 100ｋ
   Ｖの電圧差に応答してほぼ70乃至 110ｋＶ／cmの範囲内
   においてそれらの間の電界強度を設定するように選択さ
   れている請求項３記載のプラズマスイッチ。
6. 【請求項６】 前記ひだの深さは少なくともそれらの幅
   のほぼ２倍である請求項２または３記載のプラズマスイ
   ッチ。
7. 【請求項７】 前記冷陰極はその内面に結合された波形
   のひだを有するモリブデンシートを備えた導電性のほぼ
   円筒形の中空ベース部材を含んでいる請求項２または３
   記載のプラズマスイッチ。
8. 【請求項８】 前記パッシェンシールドはモリブデンか
   ら形成されている請求項１乃至７のいずれか１項記載の
   プラズマスイッチ。