JP3114137U - Electron beam source equipment - Google Patents

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Abstract

【課題】
従来の電子線源装置における、フィラメント線の不確定な変形に起因する熱電子量の変化および適正な軌道への取り出しの阻害を防止し、電子線源装置の安定性を改善する。またフィラメント線の有効寿命を増加しメンテナンス性の低下を改善する。
【解決手段】
フィラメント部FAにおいて、筒本体12の一部に電子放出孔13を有する中空円筒形状のセラミックス筒11によってフィラメント線4をフィラメント線4に近接して囲繞し、セラミックス筒11をたとえばセラミックス用接着材などによって、プラス電極1またはマイナス電極2の双方またはその一方に、適正な放射電子方向に電子放出孔13の方向を一致させて固着する。
【選択図】 図1
【Task】
In the conventional electron beam source device, the change in the amount of thermoelectrons due to uncertain deformation of the filament wire and the hindrance to taking out to an appropriate orbit are prevented, and the stability of the electron beam source device is improved. It also increases the useful life of the filament wire and improves the maintenance.
[Solution]
In the filament portion FA, the filament wire 4 is surrounded in the vicinity of the filament wire 4 by a hollow cylindrical ceramic tube 11 having an electron emission hole 13 in a part of the tube body 12, and the ceramic tube 11 is, for example, an adhesive for ceramics. Thus, the positive electrode 1 and / or the negative electrode 2 are fixed to the positive electrode 1 and / or the negative electrode 2 with the direction of the electron emission holes 13 being aligned with the appropriate direction of emitted electrons.
[Selection] Figure 1

Description

本考案はガスクロマトグラフ質量分析計などの、熱電子放出用のフィラメント線を備えた電子線源装置を内蔵する機器に関する。   The present invention relates to a device incorporating an electron beam source device having a filament wire for emitting thermal electrons, such as a gas chromatograph mass spectrometer.

電子線源用のフィラメント部は、フィラメント部に内蔵されるフィラメント線に電流を流すことによって、フィラメント線を加熱し熱電子を放出させるために使用されている。フィラメント線の材料としてはたとえばタングステン線やレニウム線が用いられ、コイル状または直線状またはV字型の裸線に電流を流すことによってフィラメント線が加熱され、その表面から熱電子が放出される。従来における電子線源装置としては、このフィラメント線を用いた直熱型の方式や、フィラメント線を用いず冷電子を発生させる方式のものが採用されている(たとえば特許文献1、2参照)。さらにフィラメント線に外接したスリーブからの熱電子放射を用いた傍熱型の方式もある。以下直熱型の電子線源装置について説明する。電子線源装置で発生した電子は種々の目的に使用され、たとえばガスクロマトグラフ質量分析計では電子は数10〜数100ボルトの電圧で加速され、イオン化室に導かれ分析物質のイオンを生成する。このイオンがガスクロマトグラフ質量分析計内の質量分析部において質量分析され、質量スペクトルとして出力される。   The filament portion for the electron beam source is used to heat the filament wire and emit thermoelectrons by passing a current through the filament wire built in the filament portion. As a material for the filament wire, for example, a tungsten wire or a rhenium wire is used, and the filament wire is heated by passing a current through a coiled, linear, or V-shaped bare wire, and thermoelectrons are emitted from the surface. As a conventional electron beam source device, a direct heating type method using the filament wire or a method of generating cold electrons without using the filament wire is adopted (for example, see Patent Documents 1 and 2). There is also an indirectly heated system using thermionic emission from a sleeve circumscribing the filament wire. The direct heat type electron beam source apparatus will be described below. Electrons generated in the electron beam source device are used for various purposes. For example, in a gas chromatograph mass spectrometer, electrons are accelerated at a voltage of several tens to several hundreds volts, and are guided to an ionization chamber to generate ions of an analyte. The ions are subjected to mass analysis in a mass analyzer in the gas chromatograph mass spectrometer and output as a mass spectrum.

以下図3に示す従来の電子線源装置のフィラメント部Fの基本構造と作動を説明する。1は金属体のプラス電極で、同じく金属体のマイナス電極2とともに絶縁体3で保持され、絶縁体3を貫通してフィラメント線4に接続されている。4は熱電子を放出するためのフィラメント線で、フィラメント線4はプラス電極1から供給されフィラメント線4、マイナス電極2を経由して貫流する電流により加熱され、熱電子を放射する。プラス電極1とフィラメント線4および、マイナス電極2とフィラメント線4はたとえば電気溶接などの手段で固着されている。   The basic structure and operation of the filament portion F of the conventional electron beam source device shown in FIG. 3 will be described below. Reference numeral 1 denotes a metal positive electrode, which is also held by an insulator 3 together with the metal negative electrode 2 and penetrates the insulator 3 and is connected to the filament wire 4. Reference numeral 4 denotes a filament wire for emitting thermoelectrons. The filament wire 4 is supplied from the plus electrode 1 and is heated by a current flowing through the filament wire 4 and the minus electrode 2 to emit thermoelectrons. The plus electrode 1 and the filament wire 4 and the minus electrode 2 and the filament wire 4 are fixed by means such as electric welding.

フィラメント部Fは通常、真空雰囲気を提供する真空装置(図示せず)内で使用される。なお、フィラメント線4からは基本的にはほぼ等方的に電子が放射されるが、通常、フィラメント部F周辺に電界や磁界(図示せず)を印加するなどの手段によって、特定の方向に電子を取り出し、利用する。図3には電子の取り出し方向の一例を放射電子方向として示している。フィラメント部Fは通常絶縁体3を介して外部装置(図示せず)に着脱可能な手段(図示せず)で固定され、プラス電極1およびマイナス電極2に前記外部装置から電流供給用のリード線(図示せず)が接続される。   The filament part F is usually used in a vacuum apparatus (not shown) that provides a vacuum atmosphere. The filament wire 4 basically emits electrons almost isotropically. However, the filament wire 4 is usually directed in a specific direction by applying an electric field or a magnetic field (not shown) around the filament portion F. Take out the electrons and use them. FIG. 3 shows an example of the electron extraction direction as the radiated electron direction. The filament part F is usually fixed by means (not shown) detachably attached to an external device (not shown) through an insulator 3, and lead wires for supplying current from the external device to the positive electrode 1 and the negative electrode 2. (Not shown) is connected.

特開2001−167688号公報JP 2001-167688 A 特開平05−242853号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-242853

従来の電子線源装置の構造は以上のとおりであるが、この構造ではフィラメント線の長期間にわたる使用中にフィラメント線に不確定な変形が発生し、電子線源装置の安定性が損なわれ、メンテナンス性を低下させる。すなわちフィラメント線は通電時の高温加熱と非通電時の常温保持の繰り返し熱サイクルを受けるため、使用の都度、繰り返し応力が発生している。また、たとえばガスクロマトグラフ質量分析計などでは熱電子を収束させるためにフィラメント線の近傍に磁界を印加するため、磁界とフィラメント線に流れる電流の相互作用でフィラメント線にはやはり使用の都度、繰り返し応力が発生している。フィラメント線材料の線径は一般に0.2mm前後と細いのでその剛性は小さく、これらの応力は前記のごとくフィラメント線に不確定な変形を発生させる。   The structure of the conventional electron beam source device is as described above, but in this structure, the filament wire undergoes indefinite deformation during long-term use of the filament wire, and the stability of the electron beam source device is impaired. Reduces maintainability. That is, the filament wire undergoes repeated thermal cycles of high-temperature heating during energization and normal temperature retention during non-energization, so that repeated stress is generated each time it is used. In addition, for example, in a gas chromatograph mass spectrometer, a magnetic field is applied in the vicinity of the filament wire in order to converge the thermoelectrons, so that the filament wire is repeatedly stressed each time it is used due to the interaction between the magnetic field and the current flowing through the filament wire. Has occurred. Since the filament diameter of the filament wire material is generally as thin as about 0.2 mm, its rigidity is small, and these stresses cause indefinite deformation of the filament wire as described above.

この変形は取り出される熱電子量を変化させ、また熱電子の適正な軌道への取り出し効率を阻害して電子線源装置の安定性を損なう。たとえば前記のガスクロマトグラフ質量分析計では前記熱電子の電子衝撃によって分析物質のイオンが作られるが、適正な軌道に熱電子が取り出されなくなると適正なイオン化が阻害され、ガスクロマトグラフ質量分析計の質量スペクトルの特性が変化し、分析の信頼性が損なわれる。また前記の適正なイオン化の阻害のため、本来のフィラメント線の寿命、換言すれば断線までの寿命、よりはるかに短期間でフィラメント線の取り替えが必要となる。すなわちフィラメント線の有効寿命が短縮し、メンテナンス性が損なわれる。本考案はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とする。   This deformation changes the amount of thermionic electrons taken out, impairs the efficiency of extracting thermionic electrons to the proper orbit, and impairs the stability of the electron beam source device. For example, in the gas chromatograph mass spectrometer, ions of the analyte are produced by the electron impact of the thermoelectrons, but if the thermoelectrons are not taken out to the proper orbit, proper ionization is inhibited, and the mass of the gas chromatograph mass spectrometer is reduced. The spectral characteristics change and the reliability of the analysis is impaired. Further, because of the inhibition of the appropriate ionization, it is necessary to replace the filament wire in a much shorter period of time, that is, the life of the original filament wire, in other words, the life until the wire breaks. That is, the useful life of the filament wire is shortened and the maintainability is impaired. An object of the present invention is to provide means for solving such problems.

本考案が提供する電子線源装置は上記課題を解決するために、フィラメント線の電子取り出し領域以外の外周を、フィラメント線に近接しかつフィラメント線の長手方向に沿う形状の筒状絶縁物で囲繞する。また他の手段として、螺旋形状のフィラメント線の内空間に前記フィラメント線の内周に近接しかつ前記フィラメント線の長手方向に沿う形状の絶縁物を挿入するように構成する。   In order to solve the above problems, the electron beam source device provided by the present invention surrounds the outer periphery of the filament wire other than the electron extraction region with a cylindrical insulator having a shape close to the filament wire and extending along the longitudinal direction of the filament wire. To do. As another means, an insulator having a shape close to the inner periphery of the filament wire and extending along the longitudinal direction of the filament wire is inserted into the inner space of the spiral filament wire.

本考案によれば、フィラメント線の形状の変化が、フィラメント線に比較してはるかに剛性の大きい前記絶縁物で防止されるのでフィラメント線の不確定な変形が防止され、適正な位置への熱電子の放出が保たれる。たとえばガスクロマトグラフ質量分析計では適正なイオン化が維持される結果、ガスクロマトグラフ質量分析計の分析特性変化が防止される。またフィラメント線の有効寿命が改善される結果、メンテナンス性が改善される。   According to the present invention, the change in the shape of the filament wire is prevented by the insulator, which is much more rigid than the filament wire, so that indefinite deformation of the filament wire is prevented, and the heat to the proper position is prevented. Electron emission is maintained. For example, in a gas chromatograph mass spectrometer, as a result of maintaining proper ionization, a change in analytical characteristics of the gas chromatograph mass spectrometer is prevented. Further, as a result of improving the effective life of the filament wire, maintainability is improved.

本考案が提供する電子線源装置はつぎのような特徴を有している。第1の特徴は、フィラメント線の電子取り出し領域以外の外周を、フィラメント線に近接しかつフィラメント線の長手方向に沿う形状の筒状絶縁物で囲繞するように構成された点である。第2の特徴は、螺旋形状のフィラメント線の内空間に前記フィラメント線の内周に近接しかつ前記フィラメント線の長手方向に沿う形状の絶縁物を挿入するように構成された点である。したがって最良の形態の基本的な構成は、フィラメント線の電子線発生領域以外のフィラメント線外周を、フィラメント線に近接しかつフィラメント線の長手方向に沿う形状の筒状絶縁物で囲繞する手段を具備する電子線源装置である。   The electron beam source apparatus provided by the present invention has the following features. The first feature is that the outer periphery of the filament wire other than the electron extraction region is configured to be surrounded by a cylindrical insulator that is close to the filament wire and extends along the longitudinal direction of the filament wire. The second feature is that an insulator having a shape close to the inner periphery of the filament wire and extending along the longitudinal direction of the filament wire is inserted into the inner space of the spiral filament wire. Therefore, the basic configuration of the best mode includes means for surrounding the outer periphery of the filament wire other than the electron beam generation region of the filament wire with a cylindrical insulator having a shape close to the filament wire and along the longitudinal direction of the filament wire. An electron beam source device.

以下図示例にしたがって説明する。図1(A)は本発明の第1の実施例のフィラメント部FAの構成図である。図1(A)において図3と同一符号の部品の構造および作動は図3と同一である。フィラメント線4は中空円筒形状のセラミックス筒11で囲繞されている。図1(B)はセラミックス筒11の詳細図である。セラミックス筒11には筒本体12の一部に電子放出孔13を設け、電子放出孔13の方向を適正な放射電子方向に一致させて固定することにより、適正な放射電子方向の電子が取り出される。セラミックス筒11はたとえばセラミックス用接着材(図示せず)などによって、プラス電極1またはマイナス電極2の双方またはその一方に固着する。   This will be described with reference to the illustrated example. FIG. 1A is a configuration diagram of the filament portion FA of the first embodiment of the present invention. In FIG. 1A, the structure and operation of components having the same reference numerals as those in FIG. 3 are the same as those in FIG. The filament wire 4 is surrounded by a hollow cylindrical ceramic cylinder 11. FIG. 1B is a detailed view of the ceramic cylinder 11. The ceramic cylinder 11 is provided with an electron emission hole 13 in a part of the cylinder body 12, and the electron emission hole 13 is fixed so that the direction of the electron emission hole 13 coincides with the appropriate emission electron direction. . The ceramic cylinder 11 is fixed to both or one of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 with a ceramic adhesive (not shown), for example.

図2は本発明の第2の実施例のフィラメント部FBの構成図である。図2において図3と同一符号の部品の構造および作動は図3と同一である。セラミックス筒14はフィラメント線4に内接して挿入されている。セラミックス筒14はたとえばセラミックス用接着材(図示せず)などによって、プラス電極1またはマイナス電極2の双方またはその一方に固着する。   FIG. 2 is a configuration diagram of the filament part FB according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the structure and operation of components having the same reference numerals as those in FIG. The ceramic cylinder 14 is inserted in contact with the filament wire 4. The ceramic cylinder 14 is fixed to both or one of the positive electrode 1 and the negative electrode 2 with, for example, a ceramic adhesive (not shown).

本考案は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば図1または図2に示される実施例1または2においては、セラミックス筒11または14の断面形状は中空円筒または円筒であるが、セラミックス筒11の断面形状が多角形でも本考案が適用可能であることは明白であり、本考案はセラミックス筒11の断面形状には限定されない。またセラミックス筒11または14の材質は、フィラメント線4の変形を防止する剛性を有する耐熱絶縁物であればセラミックスには限定されない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be given. For example, in Example 1 or 2 shown in FIG. 1 or FIG. 2, the cross-sectional shape of the ceramic cylinder 11 or 14 is a hollow cylinder or a cylinder, but the present invention can be applied even if the cross-sectional shape of the ceramic cylinder 11 is a polygon. Obviously, the present invention is not limited to the cross-sectional shape of the ceramic cylinder 11. The material of the ceramic cylinder 11 or 14 is not limited to ceramics as long as it is a heat-resistant insulator having rigidity that prevents deformation of the filament wire 4.

また図1の実施例ではフィラメント線4の形状はコイル状の螺旋形状であるが、フィラメント線4の形状が直線形状であっても、本考案は適用可能である。またフィラメント線4の断面形状はたとえばリボン状の長方形であっても良く、本考案はフィラメント線4の断面形状には限定されない。また本考案はフィラメント線4の材質には限定されない。本考案はこれらをすべて包含する。   In the embodiment of FIG. 1, the shape of the filament wire 4 is a coiled spiral shape, but the present invention can be applied even if the shape of the filament wire 4 is a linear shape. Further, the cross-sectional shape of the filament wire 4 may be, for example, a ribbon-like rectangle, and the present invention is not limited to the cross-sectional shape of the filament wire 4. Further, the present invention is not limited to the material of the filament wire 4. The present invention encompasses all of these.

本考案はガスクロマトグラフ質量分析計などの、熱電子放出用のフィラメント線を備えた電子線源装置を内蔵する機器に適用することができる。   The present invention can be applied to a device such as a gas chromatograph mass spectrometer that incorporates an electron beam source device having a filament wire for emitting thermal electrons.

本考案の実施例1の構成図である。It is a block diagram of Example 1 of this invention. 本考案の実施例2の構成図である。It is a block diagram of Example 2 of this invention. 従来のフィラメント部の構成図である。It is a block diagram of the conventional filament part.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラス電極
2 マイナス電極
3 絶縁体
4 フィラメント線
11 セラミックス筒
12 筒本体
13 電子放出孔
14 セラミックス筒
F フィラメント部
FA フィラメント部
FB フィラメント部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Insulator 4 Filament wire 11 Ceramic cylinder 12 Cylinder body 13 Electron emission hole 14 Ceramic cylinder F Filament part FA Filament part FB Filament part

Claims (2)

熱電子を発生するためのフィラメント線を備えた電子線源装置において、フィラメント線の電子線発生領域以外のフィラメント線外周を、フィラメント線に近接しかつフィラメント線の長手方向に沿う形状の筒状絶縁物で囲繞したことを特徴とする電子線源装置。   In an electron beam source device equipped with a filament wire for generating thermoelectrons, the outer circumference of the filament wire other than the electron beam generation region of the filament wire is in the form of a cylindrical insulation close to the filament wire and along the longitudinal direction of the filament wire An electron beam source device characterized by being surrounded by an object. 熱電子を発生するためのフィラメント線を備えた電子線源装置において、螺旋形状のフィラメント線の内空間に前記フィラメント線の内周に近接しかつ前記フィラメント線の長手方向に沿う形状の絶縁物を挿入したことを特徴とする電子線源装置。   In an electron beam source device having a filament wire for generating thermoelectrons, an insulator having a shape close to the inner periphery of the filament wire and along the longitudinal direction of the filament wire is disposed in the inner space of the spiral filament wire. An electron beam source device characterized by being inserted.
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