JP7533658B1

JP7533658B1 - 電子ビーム放出構造及び電界放射装置

Info

Publication number: JP7533658B1
Application number: JP2023040328A
Authority: JP
Inventors: 拓実林
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2023-03-15
Publication date: 2024-08-14
Anticipated expiration: 2043-03-15

Abstract

【課題】電子放出面の広範囲から高強度の電子ビームの放出とその小焦点化を図る。【解決手段】電子ビーム放出構造１は、電子源２及びガード電極３を備える。電子源２は、電界放射装置のターゲット４に電子ビームＢを放出する。ガード電極３は、電子源２の周囲に配置される。電子源２において、ターゲット４と対向する端面は電子放出面２０を構成する。電子放出面２０はその中央部が湾曲凹面２１を成す一方で周縁部が湾曲凸面２２を成す。【選択図】図１

Description

本発明は冷陰極型の電界放射装置の小焦点化に係る電子源の構造に関する。

冷陰極型のＸ線管は、消費電力が少ないことに加えて小型化が可能であり、また、応答速度が速く、電子が高密度であるので、熱陰極型のものよりも、優位性がある。そして、このＸ線管においては焦点サイズを小さくする目的で電子源の小型化、収束筒の設置、ターゲットに角度をつける等の手段が採られる（特許文献１）。

特開２０１０－５６０６２号公報

特許文献１のような従来の電界放射装置は、電子源の電子放出面の形状及びガード電極により生成される電界によって電子ビームを絞り込む。しかしながら、この従来技術の構成では、電子ビームの絞り込みに限界がある。

図６（ａ）に示された湾曲凹面を成す電子放出面２０を有する電子源２において、同図（ｂ）のガード電極３を備えると、電子ビームＢは以下のように電子源２の電子放出面２０の中央部と周縁部とでは様相が異なってくる。

電子放出面２０の中央部は電子ビームＢの進行方向に対して垂直になっており、電子ビームＢは進行方向に平行な形で出力され、ガード電極３の電界の影響を受けにくく直進する。電子放出面２０の周縁部は電子ビームＢの進行方向に対してやや角度がついているため、電子ビームＢは中心軸ａに向かって出力され、ガード電極３の電界の影響を受けるので、電子源２の中心軸ａ方向へ二重の力で絞られる。

電子放出面２０の中央部からの電子ビームＢをターゲット４の面で絞り込もうとすると、同図６（ｃ）のように電子放出面２０の周縁部からの電子ビームＢはターゲット４に届くより早い段階でクロスする。また、前記周縁部からの電子ビームＢを絞り込もうとすると前記中央部からの電子ビームＢは絞り込みが足りず、太いままとなる。

真空中の放電は電界がピークの箇所のみならず、ピークの８割程度の電界箇所でも発生することが知られている。電子源２を保護するため、ガード電極３を働かせるにはガード電極３に強い電界ピークを作る必要がある。しかし、ガード電極３に強い電界ピークを作ると、電子ビームＢの集束能力が高まりクロスポイントが電子源２側に移動し、ターゲット４の付近では電子ビームＢが拡散する。

本発明は、以上のことを鑑み、電子放出面の広範囲から高強度の電子ビームの放出とその小焦点化を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、ターゲットに電子ビームを放出する電子源と、この電子源の周囲に配置されるガード電極と、を備え、前記電子ビームを放出する前記電子源の電子放出面は、中央部が湾曲凹面を成す一方で周縁部が湾曲凸面を成す電子ビーム放出構造である。

本発明の一態様は、前記電子ビーム放出構造において、前記ガード電極は、前記周縁部を覆う覆い部を備える。

本発明の一態様は、前記電子ビーム放出構造において、前記電子放出面は、前記湾曲凹面と前記湾曲凸面との境界が平滑面を有する。

本発明の一態様は、上記の電子ビーム放出構造を有する電界放射装置である。

以上の本発明によれば、電子放出面の広範囲から高強度の電子ビームの放出とその小焦点化が行える。

本発明の実施形態１における電子ビーム放出構造の断面図。電子ビームの形状を示した実施形態１の電子ビーム放出構造の断面図。本発明の実施形態２における電子ビーム放出構造の断面図。実施形態２における電子ビーム放出構造の電界分布図。本発明の実施形態３における電子ビーム放出構造の断面図。（ａ）中央部に湾曲凹面を有する従来の電子源からの電子ビームの集束を示した断面図、（ｂ）ガード電極を備えた従来の電子源からの電子ビームの集束を示した断面図、（ｃ）ガード電極を備え且つ中央部に湾曲凹面を有する従来の電子源からの電子ビームの集束を示した断面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１に示された本発明の一態様である実施形態１の電子ビーム放出構造１は、電子源２及びガード電極３を備える。

電子源２は、冷陰極型のＸ線管等の電界放射装置のターゲット４（陽極）に電子ビームＢを放出するエミッタとして機能する。電子源２は、冷陰極型のＸ線管等のエミッタに適用される周知の材料から成り、円柱状に形成され、ターゲット４と対向する端面は電子放出面２０を構成する。そして、この電子放出面２０はその中央部が湾曲凹面２１を成す一方で周縁部が湾曲凸面２２を成す。

ガード電極３は、冷陰極型のＸ線管等のガード電極に適用される周知の材料から成り、電子源２の周囲に配置される。

図１，２を参照して実施形態１の動作例について説明する。

電子放出面２０の中央部から放出された電子ビームＢは当該中央部の湾曲凹面２１により前記ターゲット４の中心に向かって照射される。電子放出面２０の周縁部では外周向きに電子ビームＢが照射されるが、ガード電極３が成す電界により電子源２の中心軸ａに向かって偏向して前記ターゲット４の中心に向かって集束する。電子放出面２０の中央部では湾曲凹面２１により電子ビームＢが絞られ、電子放出面２０の周縁部ではガード電極３の成す電界により電子ビームＢを絞るため、電子ビームＢが二重に絞られなくなる。

また、前記周縁部の湾曲凸面２２により、電子放出面２０の周縁部全体の電界を下げることができ、当該周縁部での電界集中を抑えることができ、絶縁破壊による放電リスクを低減できる。

従来技術では電子源２の中心軸ａに電子ビームＢを集束することが困難であった。

これに対して、実施形態１によれば、電子源２の電子放出面２０の中央部から放出される電子ビームＢと電子放出面２０の周縁部から放出される電子ビームＢの両者を電子源２の中心軸ａに集束させることができる。

［実施形態２］
図３に示された本発明の一態様である実施形態２の電子ビーム放出構造１は、ガード電極３の端部において、電子源２の電子放出面２０の周縁部を覆う覆い部３１を備えたこと以外は、実施形態１と同様の態様である。覆い部３１の表面は電子放出面２０の湾曲凹面２１の電界と合わせた湾曲凸面３２を有する。

図３，４を参照して実施形態２の動作例について説明する。

電子源２の電子放出面２０の中央部から放出された電子ビームＢはターゲット４に向かって集束する。電子放出面２０の周縁部は外周向きに電子ビームＢが照射されるが、同図のようにガード電極３が成す電界により電子源２の中心軸ａに向かって偏向して前記ターゲット４に向かって集束する。また、電子放出面２０の周縁部がガード電極３の覆い部３１により覆わることで、ガード電極３と電子放出面２０の境界が機械的に滑らかとなり、ガード電極３と電子放出面２０の電界が合わさる。これにより、電子放出面２０の周縁部への電界集中を抑制されるので、予期せぬ異常放電による故障を防止できる。

以上の実施形態２によれば図４の電界分布図のように電子放出面２０の周縁部で電界集中が物理的に発生しないので、当該周縁部での電界集中を抑制できる。したがって、放電リスクを低減でき、電子源２により強い電界を得ることができるので、大電流化することができる。

［実施形態３］
図５に示された本発明の一態様である実施形態３の電子ビーム放出構造１は、電子放出面２０の湾曲凹面２１と湾曲凸面２２との境界が平滑面２３を有する。平滑面２３は湾曲凹面２１と湾曲凸面２２の電界が合うように形成される。尚、平滑面２３は曲面を有していてもよい。

同図を参照して実施形態３の動作例について説明する。

実施形態１と同様に電子放出面２０の中央部からの電子ビームＢは前記ターゲット４に向かって集束する。電子放出面２０の周縁部は外周向きに電子ビームＢが照射されるが、ガード電極３が成す電界により電子源２の中心軸ａに向かって偏向して前記ターゲット４に向かって集束する。

実施形態３においても図４のようにガード電極３に電界が集中して電子源２に発生する予期せぬ放電を回避及び低減できる。しかし、ガード電極３に電界が集中すると、ガード電極３が持つ電子ビームＢの集束能力が高くなる。電子放出面２０の中央部では湾曲凹面２１の大きなＲ形状により電子ビームＢが集束される。電子放出面２０の周縁部ではガード電極３の電界によって電子ビームＢが集束される。電子放出面２０の湾曲凹面２１と湾曲凸面２２との境界は電子ビームＢの集束具合が切り替わるポイントである。この境界において前記切り替わりのポイントで湾曲凹面２１と湾曲凸面２２の電界を合わせた平滑面２３が確保されることで湾曲凹面２１と湾曲凸面２２からそれぞれ異なる様相で集束される電子ビームＢを交じり合わせることができる。

以上の実施形態３によれば、異常放電のリスクをガード電極３に負わせた状態で電子ビームＢを集束できる。また、電子放出面２０の湾曲凹面２１と湾曲凸面２２をつなぐ平滑面２３を設けることで電子放出面２０の中央部寄りの部位から放出される電子ビームＢと電子放出面２０の周縁部寄りの部位から出るビームを交じり合わせることができる。

１…電子ビーム放射構造
２…電子源、２０…電子放出面、２１…湾曲凹面、２２…湾曲凸面、２３…平滑面、ａ…中心軸、Ｂ…電子ビーム
３…ガード電極、３１…覆い部、３２…湾曲凸面
４…ターゲット

Claims

ターゲットに電子ビームを放出する電子源と、
この電子源から離間して当該電子源の周囲に配置されるガード電極と、
を備え、
前記電子ビームを放出する前記電子源の電子放出面は、中央部が湾曲凹面を成す一方で周縁部が湾曲凸面を成し、
前記ガード電極の端部は、前記電子放出面よりもターゲット側の位置にて前記ターゲットと対向し、湾曲凸面を有すること
を特徴とする電子ビーム放出構造。
前記電子放出面は、前記湾曲凹面と前記湾曲凸面との境界が平滑面を有することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム放出構造。
請求項１に記載の電子ビーム放出構造を有する電界放射装置。