JP2913743B2 - X線予備電離ガスレーザ装置 - Google Patents

X線予備電離ガスレーザ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加工などに用いるX線予備電離ガスレーザ装
置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のX線予備電離ガスレーザ装置については、文献
「デパートメント オブ エネルギ/アドバンストレー
ザ デベロップメント フォー アイントープ セパレ
ーション/ファイナル レポート(DOE/ADVANCED−LASE
R DEVELOPMENT FOR ISOTOPE SEPARATION/FINAL RE
PORT)」,1983年,文献番号DOE/ET/33067−−TIに詳細
に記載されているので、詳細は省略する。第7図は、上
記文献に記載された従来のX線予備電離ガスレーザ装置
の横断面図で、電極とX線発生部のみを示し、その他の
部分は省略してある。X線発生部1の陰極2(熱陰極)
において発生した電子ビームはターゲット3に衝突して
制動放射によりX線を発生する。発生したX線は、ター
ゲット表面からほぼ等方的に発散する。このうち一部の
X線をレーザ放電空間4に導入して、放電空間のレーザ
ガスを予備電離し、予備電離された空間において第1の
電極5と第2の電極6の間でレーザガスを放電励起し、
レーザ発振を得る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のX線予備電離ガスレーザ装置では、ターゲット
から放射状に発散するX線の一部のみを放電空間に導
き、予備電離に用いていた。このため、X線の予備電離
への利用効率が低く、充分な予備電離を行うために大き
な電気的エネルギを注入する必要がある。この結果、電
子ビームの発生に用いる回路部品が損傷を受け易く、寿
命が短くなるという課題がある。
また、熱陰極を用いた従来のX線予備電離ガスレーザ
装置では、ガスレーザの予備電離に多くのX線線量を必
要とするため、X線を発生する電子ビームは大電流が必
要となる。ここで、熱陰極において単位面積あたりの電
子ビームを取り出せる能力(以下、放出電流密度)は陰
極材料とその温度で定まり、通常用いられるタングステ
ン陰極の場合1平方センチあたり1アンペア程度が限界
である。従って、数百アンペア程度の大電流の電子ビー
ムを得ようとすると、数百平方センチ程度の大面積が必
要となり、装置が大きくなるという課題がある。一方、
前記の文献に記載されたように放出電流密度が大きい特
殊な陰極材料を用いることも可能だが、陰極材料が高価
でかつ寿命が短いという課題がある。
本発明の目的は、上記の従来の課題を解決し、エネル
ギ消費が少なく、電子ビームの発生に用いる回路部品が
長寿命なX線予備電離ガスレーザ装置および、装置が小
型でかつ陰極材料が安価で長寿命であり、エネルギ消費
の少ないX線予備電離ガスレーザ装置を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、互いに対向配置した2つの電極を内部に有
し、かつ、レーザガスを満したレーザ管と、陰極とター
ゲットを備えて前記電極間の空間(放電空間)にX線を
照射せしめるX線発生部とを少くとも備えているX線予
備電離ガスレーザ装置において、前記ターゲットを筒状
とし、この筒状ターゲットの中心に同軸状に陰極を配置
し、前記ターゲット外周を取り囲んで、ターゲットの中
心軸に垂直な断面がドーナツ状の放電空間を同軸状に形
成したことを特徴とするX線予備電離ガスレーザ装置
と、互いに対向配置した2つの電極を内部に有し、か
つ、レーザガスを満したレーザ管と、陰極とターゲット
を備えて前記電極間の空間(放電空間)にX線を照射せ
しめるX線発生部とを少くとも備えているX線予備電離
ガスレーザ装置において、前記ターゲットを筒状とし、
筒状ターゲットの外周を取り囲んで筒状の陰極を同軸状
に配置し、前記筒状ターゲットで囲まれた柱状の空間内
に放電空間を具備したことを特徴とするX線予備電離ガ
スレーザ装置である。
これらのX線予備電離ガスレーザ装置のさらに具体的
な一例は、前者のガスレーザ装置においては、筒状ター
ゲットの外周を取り囲んで、同軸状に第1の筒状電極を
備え、さらに、前記第1の筒状電極の外側に同軸状に第
2の筒状電極を備えた構造、あるいは、筒状ターゲット
の外周を取り囲んで第1の筒状圧力壁を同軸状に備え、
さらに、前記第1の筒状圧力壁の外側に同軸状に第2の
筒状圧力壁を備え、前記第1,第2の筒状圧力壁で囲まれ
た空間の両端部にそれぞれ電極を備え、かつ、前記空間
内にレーザガスを満し、中心軸に平行な方向に放電を起
す構造、または、後者のX線予備電離ガスレーザ装置に
おいては、筒状ターゲットで囲まれた柱状の空間内に筒
状の2つの電極を同軸状に配置した構造、あるいは、筒
状ターゲットで囲まれた空間内に筒状圧力壁を備え、こ
の筒状圧力壁で囲まれた空間内の筒状圧力壁両端部にそ
れぞれ電極を備え、かつ、筒状圧力壁で囲まれた空間内
にレーザガスを満し、中心軸に平行な方向に放電を起す
構造になっている。
〔作用〕
本発明によるX線予備電離ガスレーザ装置は、陰極を
中心として、断面が同心円になるように筒状薄膜ターゲ
ット(以下、ターゲット)、第1の筒状電極、第2の筒
状電極を配置している。この場合、中心の陰極から発生
した電子ビームはターゲットに衝突し、制動放射により
X線がターゲットの裏面へも発生し、ターゲットの裏
面、すなわち、ターゲットの外側に位置する第1の筒状
電極に入射する。この、第1の筒状電極と、その外側に
ある第2の円筒状電極の間で放電を行い、レーザガスを
励起してレーザ発振を得る。ここで、ターゲットで発生
するX線は、ターゲット表面の垂線方向以外の向きにも
発散するので、従来のX線予備電離ガスレーザ装置と異
なり放電空間には円筒の半径方向だけでなく斜方向から
のX線も入射する。このため、X線の予備電離への利用
効率が高く、充分な予備電離ができるために少ない電気
的エネルギしか必要としない。さらに、電気的な入力エ
ネルギが少ないために電子ビームの発生に用いる回路部
品が損傷を受け難く、寿命が長くなる。この結果、従来
の課題を解決したX線予備電離ガスレーザ装置を提供す
ることができる。
別の構成によるX線予備電離ガスレーザ装置は、2つ
の筒状電極に囲まれた放電空間を中心として同軸状に外
側に向かいターゲットと陰極を配置している。筒状の陰
極を放電空間を取り巻くように配置したことにより、放
電空間の大きさに対して陰極を大きくすることができ
る。従って、タングステン陰極等の安価で長寿命な熱陰
極材料を用いても熱陰極の電子放出面の面積を大きくす
ることができる。また、陰極が筒状なために、陰極全体
の体積は小さくでき、装置の小型化が図れる。さらに、
放電空間がターゲットによって囲まれるように配置した
ため、先の構成の装置と同様に、放電空間には、ターゲ
ットの円筒の半径方向だけでなく斜方向からのX線も入
射するため、X線の予備電路への利用効率が高い。よっ
て、充分な予備電離を行うために消費する電気的エネル
ギは減少する。
第3の構成によるX線予備電離ガスレーザ装置は、第
1の構成の装置と同様にターゲットの裏面に位置する第
1の筒状圧力壁にX線を照射する。この、第1の筒状圧
力壁と第2の筒状圧力壁の間にあるレーザガスを筒の中
心軸に平行な方向の放電でレーザ励起してレーザ発振を
得る。従って第1の構成の装置と同様に、X線の予備電
離への利用効率が高く、少ない電気的エネルギしか必要
としなく、電子ビームの発生に用いる回路部品が損傷を
受け難く、寿命が長くなる。
第4の構成によるX線予備電離ガスレーザ装置は、第
2の構成の装置と同様に円筒状圧力壁に囲まれた放電空
間を中心として同軸円筒上に外側に向かいターゲットと
陰極を配置している。従って第2の構成の装置と同様
に、安価で長寿命な熱陰極材料を用いることができ、陰
極全体の体積を小さくでき、装置の小型化が図れ、X線
の予備電離への利用効率が高く、電気的エネルギが少な
い。
以上の結果、従来の課題を解決したX線予備電離ガス
レーザ装置を提供することができる。
〔実施例〕
次に、図面を用いて本発明を説明する。
第1図は、本発明の一実施例であるX線予備電離ガス
レーザ装置の横断面図である。図示の如く、筒状レーザ
管20の中心に陰極2、その周囲を取り囲んで筒状ターゲ
ット3を設けてX線発生部1を形成している。X線発生
部1の中心の陰極2において発生した電子ビームは、タ
ーゲット3に衝突して制動放射によりターゲットの裏面
へX線を発生する。ターゲットの外側に同軸円筒状にレ
ーザ放電空間4があり、ターゲットの裏面へ発散するX
線が、ターゲットの外側に同軸円筒状に設けた第1の電
極5を貫通してレーザ放電空間に導入され、放電空間の
レーザ媒質が予備電離される。この、レーザ放電空間の
内周と外周に同軸円筒状に配置した第1の電極5と第2
の電極6の間で放電を行うことにより、放電空間のレー
ザ媒質を励起し、レーザ発振を得る。
発散するX線全てを放電空間に導入し、予備電離に用
いるために、X線の予備電離への利用効率はX線の一部
のみを用いた場合に比べ立体角に比例して効率が高く、
充分な予備電離を行うために小さな電気的エネルギしか
消費しない。さらに、電気的な入力エネルギが小さいた
めに電子ビームの発生に用いる回路部品が損傷を受け難
く、寿命が長い。
なお、図中、陰極は棒状のものとして描いてあるが、
これに限らず、円筒状の陰極としてもよい。
第2図は、第2の実施例であるX線予備電離ガスレー
ザ装置の横断面図である。この実施例においては、先の
実施例とは逆に、2つの円筒状電極5,6で挾まれた円筒
状放電空間4の囲りにX線発部1が同軸円筒状に設けて
ある。X線発生部1の外周の大面積の円筒状陰極2(熱
陰極)において発生した電子ビームは、薄膜で成る円筒
状ターゲット3に衝突して制動放射によりターゲットの
裏面、すなわち、ターゲットの内側へX線を発生する。
熱陰極には、安価で長寿命なタングステン陰極を用い
た。タングステンの形状を内径7cm、長さ30cmの円筒状
にすると、電子ビーム放出面の面積は約660cm2が得られ
る。よって、タングステン陰極でもピーク電流が数百ア
ンペアの電子ビームが得られ、ガスレーザの予備電離に
充分なX線量が得られる。
ターゲットの内側に同軸円筒状に配置した放電空間4
があり、ターゲットの裏面(内側)へ発散するX線が放
電空間に導入され、放電空間のレーザ媒質が予備電離さ
れる。この、放電空間の中心と外周に配置した第1の円
筒状電極5と第2の円筒状電極6の間で放電を行うこと
により、放電空間のレーザ媒質を励起し、レーザ発振を
得る。ここで、発散するX線全てを放電空間に導入し、
予備電離に用いるために、X線の予備電離への利用効率
はX線の一部のみを用いた場合に比べ立体角に比例して
効率が高く、充分な予備電離を行うために小さな電気的
エネルギしか消費しない。
なお、この実施例の場合、円筒状のレーザ管2の中心
に設ける電極(第2図では第2の電極6)は円筒状に限
らず、棒状あるいは線状としてもよい。
第3図は、第3の実施例であるX線予備電離ガスレー
ザ装置の横断面図、第4図は、第3の実施例であるX線
予備電離ガスレーザ装置の縦断面図である。この実施例
において、X線発生部1は第1図の実施例と同じもの
で、X線発生部の外側に同軸円筒状に設けた第1の円筒
状圧力壁7および第2の円筒状圧力壁8で成るレーザ管
があり、レーザ管の両端にドーナツ状の2つの電極9,10
を互いに対向させて配置した第1の電極9と第2の電極
10の間で放電を行うことにより、電極間に形成された放
電空間4のレーザ媒質を励起し、レーザ発振を得る。従
って、第1図の実施例と同様に、X線の予備電離への利
用効率が高く、少ない電気的エネルギしか必要としな
く、電子ビームの発生に用いる回路部品が損傷を受け難
く、寿命が長くなる。
なお、図中、陰極は棒状のものとして描いてあるが、
これに限らず円筒状の陰極でもよい。また、電極9,10も
ドーナツ状に限らず環状等、他の形状でもよい。要は、
中心軸に平行な方向に放電が起せれば電極形状はどのよ
うなものでもよい。
第5図は、第4の実施例であるX線予備電離ガスレー
ザ装置の横断面図、第6図は、第4の実施例であるX線
予備電離ガスレーザ装置の縦断面図である。この実施例
において、X線発生部1は第2図と同一のもので、X線
発生部の内側中心部に閉管状圧力壁11で成るレーザ管が
ある。この円筒状圧力壁の内側両端部に、ドーナツ状の
電極9,10を互いに対向させて配置し、この電極間の放電
空間4を第3図および第4図と同様に放電励起してレー
ザ発振を得る。従って、第2図と同様に、安価で長寿命
な陰極材料を用いることができ、陰極全体の体積を小さ
くでき、装置の小型化が図れ、X線の予備電離への利用
率が高く、電気的エネルギが少ない。
この実施例ではドーナツ状の電極9,10を用いたが、他
の形状、例えばフィラメント状等どのような形状の電極
でもよい。要は、中心軸に平行な方向に放電が起せれば
電極形状はどのようなものでもよい。
なお、第3図から第6図の実施例においては電極を用
いて放電励起を行なったが、マグネトロン等のマイクロ
波発生器を用いてマイクロ波放電励起を行なってもよ
い。
〔発明の効果〕
以上のことから、本発明によるX線予備電離ガスレー
ザ装置では、エネルギ消費が少なく、電子ビームの発生
に用いる回路部品が長寿命になる。また、装置が小型で
かつ陰極材料が安価で長寿命であり、エネルギ消費が少
ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、第1の実施例であるX線予備電離ガスレーザ
装置の横断面図、第2図は、第2の実施例であるX線予
備電離ガスレーザ装置の横断面図、第3図は、第3の実
施例であるX線予備電離ガスレーザ装置の横断面図、第
4図は、第3の実施例であるX線予備電離ガスレーザ装
置の縦断面図、第5図は、第4の実施例であるX線予備
電離ガスレーザ装置の横断面図、第6図は、第4の実施
例であるX線予備電離ガスレーザ装置の縦断面図、第7
図は、従来のX線予備電離ガスレーザ装置の横断面図で
ある。 図において、1……X線発生部、2……陰極、3……タ
ーゲット、4……放電空間、5……第1の円筒状電極、
6……第2の円筒状電極、7……第1の円筒状圧力壁、
8……第2の円筒状圧力壁、9……第1の電極、10……
第2の電極、11……円筒状圧力壁である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに対向配置した2つの電極を内部に有
    し、かつレーザガスを満したレーザ管と、陰極とターゲ
    ットを備えて前記電極間の空間(放電空間)にX線を照
    射せしめるX線発生部とを少くとも備えているX線予備
    電離ガスレーザ装置において、前記ターゲットを筒状と
    し、この筒状ターゲットの中心に同軸状に陰極を配置
    し、前記ターゲット外周を取り囲んで、ターゲットの中
    心軸に垂直な断面がドーナツ状の放電空間を同軸状に形
    成したことを特徴とするX線予備電離ガスレーザ装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のX線予備電離ガスレーザ装
    置において、筒状ターゲットの外周を取り囲んで、同軸
    状に第1の筒状電極を備え、さらに、前記第1の筒状電
    極の外側に同軸状に第2の筒状電極を備えたことを特徴
    とするX線予備電離ガスレーザ装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のX線予備電離ガスレーザ装
    置において、筒状ターゲットの外周を取り囲んで第1の
    筒状圧力壁を同軸状に備え、さらに、前記第1の筒状圧
    力壁の外側に同軸状に第2の筒状圧力壁を備え、前記第
    1,第2の筒状圧力壁で囲まれた空間の両端部にそれぞれ
    電極を備え、かつ、前記空間内にレーザガスを満したこ
    とを特徴とするX線予備電離ガスレーザ装置。
  4. 【請求項4】互いに対向配置した2つの電極を内部に有
    し、かつ、レーザガスを満したレーザ管と、陰極とター
    ゲットを備えて前記電極間の空間(放電空間)にX線を
    照射せしめるX線発生部とを少くとも備えているX線予
    備電離ガスレーザ装置において、前記ターゲットを筒状
    とし、筒状ターゲットの外周を取り囲んで筒状の陰極を
    同軸状に配置し、前記筒状ターゲットで囲まれた柱状の
    空間内に放電空間を具備したことを特徴とするX線予備
    電離ガスレーザ装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載のX線予備電離ガスレーザ装
    置において、筒状ターゲットで囲まれた柱状の空間内に
    筒状の2つの電極を同軸状に配置したことを特徴とする
    X線予備電離ガスレーザ装置。
  6. 【請求項6】請求項4記載のX線予備電離ガスレーザ装
    置において、筒状ターゲットで囲まれた空間内に筒状圧
    力壁を備え、この筒状圧力壁で囲まれた空間内の筒状圧
    力壁両端部にそれぞれ電極を備え、かつ、筒状圧力壁で
    囲まれた空間内にレーザガスを満したことを特徴とする
    X線予備電離ガスレーザ装置。
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