JPH01187747A - Electron beam generating device - Google Patents

Electron beam generating device

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JPH01187747A
JPH01187747A JP63008393A JP839388A JPH01187747A JP H01187747 A JPH01187747 A JP H01187747A JP 63008393 A JP63008393 A JP 63008393A JP 839388 A JP839388 A JP 839388A JP H01187747 A JPH01187747 A JP H01187747A
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JP
Japan
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filament
cathode
electron beam
shield body
block
Prior art date
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Pending
Application number
JP63008393A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kono
等 河野
Masanori Tsuda
正徳 津田
Yasuhiro Nakai
泰弘 中井
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Shinko Electric Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Co Ltd
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prolong the lifetime by sheltering a filament with a shield, performing a single turn of winding, and thereby reducing the probability of positive ion collision in a hot cathode unit. CONSTITUTION:A hot cathode unit includes a block cathode 4 having a through hole in the center, a filament 11 of single turn arranged outside this block cathode 4 concentrically therewith, and a shield 10 having a shelter space G which opens toward the outside surface of the block cathode 4 and accommodating the filament 11 in the shelter space G. Because the filament 11 is accommodated in the shield 10, positive ions and metal particles are prevented from collision with the filament 11. The single turn of filament 11 enlarges its dia., which provides strength against damage due to collision and prolongs the lifetime for evaporative wear.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電子ビーム溶解や電子ビーム蒸着等を行うの
に使用される電子ビーム発生装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electron beam generator used for performing electron beam melting, electron beam evaporation, and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は従来のこの種の電子ビーム発生装置を示したも
のである。同図において、■は装置容器である真空容器
、2はイオンストッパ、3はフィラメント (タングス
テンフィラメント等)、4は中央に貫通孔4aを有する
ディスク状のブロックカソード(以下、単に、カソード
という)であり、フィラメント3とカソード4は熱陰極
ユニット(熱電子発生源)5を構成している。6は熱電
子の拡散を防止するためのウェーネルト電極、7は熱電
子加速用の陽極(アノード)であり、中央には、電子ビ
ームBが通過する通路孔7aが形成されている。8はフ
ィラメント加熱用電源(電圧vF)、EKはフィラメン
ト3とカソード4間に印加される加速用電圧、EAはカ
ソード4とアノード7間に印加される加速用電圧であり
、ウェーネルト電極6はカソード4と同電位にある。
FIG. 5 shows a conventional electron beam generator of this type. In the figure, ■ is a vacuum container which is an apparatus container, 2 is an ion stopper, 3 is a filament (tungsten filament, etc.), and 4 is a disk-shaped block cathode (hereinafter simply referred to as a cathode) having a through hole 4a in the center. The filament 3 and cathode 4 constitute a hot cathode unit (thermionic generation source) 5. 6 is a Wehnelt electrode for preventing diffusion of thermoelectrons, 7 is an anode for accelerating thermoelectrons, and a passage hole 7a through which the electron beam B passes is formed in the center. 8 is a filament heating power source (voltage vF), EK is an acceleration voltage applied between the filament 3 and cathode 4, EA is an acceleration voltage applied between cathode 4 and anode 7, and Wehnelt electrode 6 is a cathode. It is at the same potential as 4.

フィラメント3はフィラメント加熱用電源8から電流を
供給されて昇温し、熱電子eを発生する。この熱電子e
は、加速用電圧EKにより加速されてカソード4に衝突
し該カソード4を加熱する。加熱されたカソード4は熱
電子eを発生し、この熱電子eはウェーネルト電極6で
拡散を防止されて収束し、この収束した熱電子(電子ビ
ーム)Bは加速用電圧EAによりアノード7側に向けて
加速され、該アノード7の通路孔7aを通過したのち、
図示しないが、更に、■もしくは複数の収束用電極又は
磁極で収束作用を受けたのち、偏向コイルを通過して被
加工物Wに照射される。
The filament 3 is heated by being supplied with current from the filament heating power source 8 and generates thermoelectrons e. This thermoelectron e
is accelerated by the accelerating voltage EK, collides with the cathode 4, and heats the cathode 4. The heated cathode 4 generates thermionic electrons e, which are prevented from diffusing and converged by the Wehnelt electrode 6, and the converged thermionic electrons (electron beam) B are directed toward the anode 7 side by the accelerating voltage EA. After passing through the passage hole 7a of the anode 7,
Although not shown, the light is further subjected to a focusing action by (1) or a plurality of focusing electrodes or magnetic poles, and then passes through a deflection coil and is irradiated onto the workpiece W.

第6図は他の従来例を示したもので、熱電子ユニツ1−
5が、棒状のカソード4Aと、該カソード4Aを取り巻
く多巻きコイル状のフィラメント3Bからなる。
Figure 6 shows another conventional example, in which the thermionic unit 1-
5 consists of a rod-shaped cathode 4A and a multi-turn coil-shaped filament 3B surrounding the cathode 4A.

この種の電子ビーム発生装置では、電子ビームBが通過
する雰囲気中の気体分子が該電子ビームBにより励起さ
れて陽イオンpが生成し、該陽イオンpのうちアノード
7近傍のものは、カソード4側に向って加速されて、そ
の一部が該フィラメント3に衝突し、フィラメント3を
損傷・破断させるので、フィラメント3の寿命が短くな
るという問題がある。
In this type of electron beam generator, gas molecules in the atmosphere through which the electron beam B passes are excited by the electron beam B to generate positive ions p, and those near the anode 7 of the positive ions p are transferred to the cathode. The problem is that the life of the filament 3 is shortened because a part of it collides with the filament 3 and damages and breaks the filament 3.

この為、上記第5図に示す従来の装置では、真空容器1
内の真空度を高めて陽イオンpの発生を抑制するととも
に、カソード4を設けて陽イオンpのフィラメント3へ
の衝突を防止するようにしている。
For this reason, in the conventional apparatus shown in FIG. 5 above, the vacuum vessel 1
The degree of vacuum inside is increased to suppress the generation of cations p, and a cathode 4 is provided to prevent the cations p from colliding with the filament 3.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、この従来の装置では、フィラメント3と
カソード4とのセット位置にずれがあると、該フィラメ
ント3が陽イオンpの衝突を受ける恐れがある。第6図
の従来の装置では、カソード4Aが棒状ブロックである
ので、このカソード4Aが陽イオンpの直撃を受けて損
傷し、また、フィラメント3Aも、ウェーネルト電極6
を通過してカソード4Aの周囲に進入した陽イオンpの
衝突を受ける恐れがある。
However, in this conventional device, if there is a misalignment in the set positions of the filament 3 and the cathode 4, there is a risk that the filament 3 will be bombarded by the cations p. In the conventional device shown in FIG. 6, since the cathode 4A is a rod-shaped block, the cathode 4A is damaged by being directly hit by the cations p, and the filament 3A is also damaged by the Wehnelt electrode 6.
There is a risk that the cathode 4A will be collided with positive ions p that have passed through the cathode 4A and entered the area around the cathode 4A.

更に、第5図の従来装置では、カソード4、フィラメン
ト3を通過した陽イオンpがイオンストッパ2に衝突す
るので、該イオンストッパ2がスパッタリングされ、飛
び出した金属粒子がフィラメント3に衝突して該フィラ
メント3を損傷する恐れがある上、金属蒸気の濃度が高
くなってアーク短絡確率が増え、運転を続行できなくす
るという問題があった。
Furthermore, in the conventional device shown in FIG. 5, the positive ions p that have passed through the cathode 4 and the filament 3 collide with the ion stopper 2, so that the ion stopper 2 is sputtered, and the metal particles that fly out collide with the filament 3 and cause the ions to collide with the ion stopper 2. There was a problem in that there was a risk of damaging the filament 3, and the concentration of metal vapor increased, increasing the probability of arc short circuit, making it impossible to continue the operation.

この発明は上記問題を解消するためになされたもので、
熱陰極ユニットの、陽イオン衝突確率を大幅に低減して
、従来に比し、上記熱陰極ユニットの寿命を長くし、信
頼性を高めることができる電子ビーム発生装置を提供す
ることを目的とする。
This invention was made to solve the above problem.
It is an object of the present invention to provide an electron beam generator that can significantly reduce the probability of cation collision of a hot cathode unit, thereby extending the life of the hot cathode unit and increasing its reliability compared to conventional ones. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明は上記目的を達成するため、熱陰極ユニットを
、中央に貫通孔を有するブロックカソード、該ブロック
カソードの外側に該ブロックカソードと同心配置された
1回巻きのフィラメント、上記ブロックカソードの外周
面に向かって開口する遮蔽空間を画成する環状体を有し
該遮蔽空間にフィラメントを収納するシールド体からな
る構成としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention includes a hot cathode unit including a block cathode having a through hole in the center, a one-turn filament arranged concentrically with the block cathode outside the block cathode, and an outer peripheral surface of the block cathode. The structure includes a shield body that has an annular body defining a shielded space that opens toward the target and stores the filament in the shielded space.

〔作用〕[Effect]

この発明では、フィラメントがシールド体に収納されて
いるので、陽イオンや金属粒子の該フィラメントへの衝
突が防止される。また、フィラメントを1回巻きとして
径を太くしたので、衝突…偏に対して強く、また、蒸発
…耗に対する寿命も長い。
In this invention, since the filament is housed in the shield body, collision of cations and metal particles with the filament is prevented. In addition, since the filament is wound once and the diameter is increased, it is strong against collisions and unevenness, and has a long life against evaporation and abrasion.

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。〔Example〕 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において、10はシールド体、11は1回巻きの
太径のフィラメントであって、両者はカソード4ととも
に熱陰極ユニット5を構成する。
In FIG. 1, 10 is a shield body, 11 is a single-turn large diameter filament, and both constitute a hot cathode unit 5 together with a cathode 4.

シールド体10は第3図T8)及び(b)に拡大して示
す如く円板状の上板10Aと下板10B、上板10Aと
一体成形された側部材(この例では、環状の側板)LO
Gからなる環体であって、内側に開口する遮蔽空間Gを
画成する。10aはフィラメント用のリード間隙である
The shield body 10 includes a disc-shaped upper plate 10A, a lower plate 10B, and a side member integrally molded with the upper plate 10A (in this example, an annular side plate), as shown in enlarged view in FIG. 3 T8) and (B). L.O.
It is a ring body made of G, and defines a shielded space G that opens inward. 10a is a lead gap for filament.

第2図は上記熱陰極ユニット5の具体的構成を関連する
他の構成要素とともに示したものである。同図において
、12は絶縁性の支持基台であって、複数本のカソード
用支持杆13を垂下支持しており、これら支持杆(例え
ば、モリブデンM。
FIG. 2 shows the specific configuration of the hot cathode unit 5 together with other related components. In the figure, reference numeral 12 denotes an insulating support base, which suspends and supports a plurality of cathode support rods 13, which are made of molybdenum M, for example.

からなる)13の下端に連結された支持リング(例えば
、モリブデンMOからなる)14から該支持リング14
の半径方向中央側へ伸びる複数本の支持アーム(例えば
、タングステンWからなる)15でカソード4が支持さ
れている。これらの支持アーム15の一端はカソード4
の外周面の下部寄り部分に形成された孔に嵌入されてい
る。フィラメント11はカソード4を取り巻くように該
カソード4の外周面に対して所定距離を隔てる位置に配
設され、支持基台12から垂下するフィラメント用支持
杆(例えば、モリブデンMoからなる)16で支持され
ている。17は支持基台12から垂下する支持杆(例え
ば、モリブデンMoからなる)であって、シールド体I
Oの遮蔽空間Gの開口がカソード4の外周面に近接対向
するように、該シールド体10をカソード4と同心に支
持している。フィラメント11はこのシールド体lOの
遮蔽空間G内に収納されている。イオンストッパ2はカ
ソード4に対して所定距離上方に配設され支持板18を
介し支持杆(例えば、モリブデンMoからなる)19に
より支持基台12に支持されている。ウェーネルト電極
6は鉛直向きの支持部6Aを存し、該支持部6Aの上端
フランジ部分を支持基台12の下面に当接した上、該支
持   。
The support ring 14 (for example, made of molybdenum MO) is connected to the lower end of the support ring 14 (made of molybdenum MO).
The cathode 4 is supported by a plurality of support arms 15 (made of tungsten W, for example) extending toward the center in the radial direction. One end of these support arms 15 is connected to the cathode 4
It is fitted into a hole formed in the lower part of the outer circumferential surface of. The filament 11 is disposed at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the cathode 4 so as to surround the cathode 4, and is supported by a filament support rod 16 (for example, made of molybdenum Mo) hanging from a support base 12. has been done. 17 is a support rod (for example, made of molybdenum Mo) that hangs down from the support base 12, and is connected to the shield body I.
The shield body 10 is supported concentrically with the cathode 4 such that the opening of the shielding space G of O is closely opposed to the outer peripheral surface of the cathode 4. The filament 11 is housed within the shielded space G of this shield body IO. The ion stopper 2 is disposed a predetermined distance above the cathode 4 and is supported by a support base 12 via a support plate 18 and a support rod 19 (made of molybdenum Mo, for example). The Wehnelt electrode 6 has a vertically oriented support portion 6A, and the upper end flange portion of the support portion 6A is in contact with the lower surface of the support base 12, and then the support portion 6A is placed in contact with the lower surface of the support base 12.

基台12の上面外周部に当接されて、該フランジ部分と
の間に支持基台12の外周部を挟む止め部材20に連結
されている。21はウェーネルト電極6用のリードであ
る。ウェーネルト電極6には電圧E−により、カソード
4に対し負の電位を与えである。
It is connected to a stopper member 20 that comes into contact with the outer periphery of the upper surface of the base 12 and holds the outer periphery of the support base 12 between it and the flange portion. 21 is a lead for the Wehnelt electrode 6. The Wehnelt electrode 6 is given a negative potential with respect to the cathode 4 by a voltage E-.

この実施例においては、フィラメント11から放出され
る熱電子eがシールド体10の開口を通過してカソード
4の外周面に衝突し、該カソード4を加熱する。この加
熱によりカソード4が熱電子eを発生する。また、電子
ビームBが通過する雰囲気中で生成した陽イオンpは熱
電極ユニット5側へ向かって加速されるが、この実施例
では、フィラメント11がシールド体lOで遮蔽されて
いるので、陽イオンの一部は該シールド体lOに11j
突して消滅し、フィラメント11に衝突する陽イオンp
は実質上無くなる。陽イオンpの他の一部はカソード4
の貫通孔4aを通過し、イオンストッパ2に衝突して金
属粒子を飛び出させるが、この金属粒子もシールド体I
Oに衝突して、フィラメント11に衝突することはない
In this embodiment, thermionic electrons e emitted from the filament 11 pass through the opening of the shield body 10 and collide with the outer peripheral surface of the cathode 4, thereby heating the cathode 4. This heating causes the cathode 4 to generate thermoelectrons e. In addition, the positive ions p generated in the atmosphere through which the electron beam B passes are accelerated toward the thermal electrode unit 5, but in this embodiment, the filament 11 is shielded by the shield lO, so the positive ions p are A part of 11j is attached to the shield body lO.
Cation p suddenly disappears and collides with filament 11
will virtually disappear. The other part of the cation p is the cathode 4
The metal particles pass through the through hole 4a and collide with the ion stopper 2, causing metal particles to fly out, but these metal particles also enter the shield body I.
It collides with O and does not collide with the filament 11.

また、本実施例では、フィラメント11をシールド体1
0内に収納し、このシールド体10の開口をカソード4
の外周面に近接対向させているので、熱電子eは拡散す
ることなくカソード4に向かって直進するため、ウェー
ネルト電極6が損傷されず、また、高温のブロックカソ
ード4の輻射損失が低減される効果がある。
In addition, in this embodiment, the filament 11 is connected to the shield body 1.
0, and the opening of this shield body 10 is connected to the cathode 4.
Since the thermoelectrons e travel straight toward the cathode 4 without being diffused, the Wehnelt electrode 6 is not damaged and the radiation loss of the high-temperature block cathode 4 is reduced. effective.

また、本実施例のフィラメント11は1回巻であるので
、その径を充分に大きくすることができ、このようにす
れば、フィラメント11の蒸発損耗による寿命の短縮を
防止することができる。
Further, since the filament 11 of this embodiment is wound once, its diameter can be made sufficiently large, and in this way, shortening of the life of the filament 11 due to evaporation loss can be prevented.

なお、上記実施例では、カソード4から加速される熱電
子eの拡散を防止して収束させるためにウェーネルト電
極6を配置しているが、第4図(alに示す如く、シー
ルド体10の下板lOBをウェーネルト電極形状として
該下板10B部分で、このウェーネルト電i6の作用を
兼ねさせ、該ウェーネルト電極6を省くこともできる。
In the above embodiment, the Wehnelt electrode 6 is arranged to prevent and converge the thermoelectrons e accelerated from the cathode 4, but as shown in FIG. It is also possible to omit the Wehnelt electrode 6 by making the plate 1OB have a Wehnelt electrode shape so that the Wehnelt electrode i6 also functions in the lower plate 10B portion.

この場合のシールド体10とカソード4および支持アー
ム15との位置関係を第4図(blに示す゛。この例で
はシールド体10は3分割体となつズいる。
The positional relationship between the shield body 10, the cathode 4, and the support arm 15 in this case is shown in FIG. 4 (bl). In this example, the shield body 10 is divided into three parts.

また、上記実施例では、熱陰極ユニット5を吊り下げ支
持しているが、支柱により下から支える支持構造とする
場合もある。
Further, in the above embodiment, the hot cathode unit 5 is suspended and supported, but a support structure in which it is supported from below by pillars may also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明は以上説明した通り、フィラメントをカソード
の回りに配設してシールド体で遮蔽しており、カソード
は貫通孔を有しているので、陽イオン等の衝突によるフ
ィラメントやカソードの損傷を防止することができ、ま
た、フィラメントがl回巻であることにより、その径を
大きくとることができるので、熱陰極ユニットの寿命を
従来に比して充分長くすることができる。
As explained above, in this invention, the filament is arranged around the cathode and is shielded by a shield body, and the cathode has a through hole to prevent damage to the filament and cathode due to collisions with cations, etc. Furthermore, since the filament is wound one turn, its diameter can be increased, so that the life of the hot cathode unit can be made sufficiently longer than in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の実施例を示す概略構成図、第2図は
上記実施例における熱陰極ユニットの具体的構成を示す
側面図、第3図ta+及び(blはそれぞれ上記実施例
におけるシールド体の構成を分割状態で示した斜視図と
下面図、第4図(a)及び(b)はそれぞれシールド体
の他の例を分割状態で示した斜視図と断面図、第5図及
び第6図は従来の電子ビーム発生装置を示す構成図であ
る。 4−・カソード、5−熱陰極ユニット、7・・・陽極、
10−・・シールド体、11−・フィラメント、12・
・−支持基台、G −遮蔽空間。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing a specific configuration of a hot cathode unit in the above embodiment, and FIG. 4(a) and (b) are respectively a perspective view and a bottom view showing the structure of the shield body in a divided state, and FIGS. The figure is a configuration diagram showing a conventional electron beam generator. 4-Cathode, 5- Hot cathode unit, 7... Anode,
10--Shield body, 11--Filament, 12-
- Support base, G - Shielded space.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)フィラメントとブロックカソードからなる熱陰極
ユニットの上記ブロックカソードが放出する熱電子を、
該ブロックカソードとの間に加速用電圧が印加される加
速用陽極を設けて電界加速し、電界加速された電子ビー
ムを被加工物に照射する電子ビーム発生装置において、
上記熱陰極ユニットが、中央に貫通孔を有するブロック
カソードと、該ブロックカソードの外側に該ブロックカ
ソードと同心配置された1回巻きのフィラメントと、上
記ブロックカソードの外周面に向かつて開口する遮蔽空
間を画成する環状の上下板を有し該遮蔽空間に上記フィ
ラメントを収納するシールド体からなり、該シールド体
を上記フィラメントに対し同電位もしくは負電位とした
ことを特徴とする電子ビーム発生装置。
(1) Thermionic electrons emitted by the block cathode of the hot cathode unit consisting of a filament and a block cathode,
In an electron beam generator that provides an accelerating anode to which an accelerating voltage is applied between the block cathode and performs electric field acceleration, and irradiates the workpiece with an electric field accelerated electron beam,
The hot cathode unit includes a block cathode having a through hole in the center, a single-turn filament arranged concentrically with the block cathode outside the block cathode, and a shielded space opening toward the outer peripheral surface of the block cathode. An electron beam generating device comprising a shield body having annular upper and lower plates defining annular upper and lower plates and housing the filament in the shielded space, the shield body having the same potential or a negative potential with respect to the filament.
(2)シールド体は、上板と下板を側部材を介し連結し
た2もしくは3分割体であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の電子ビーム発生装置。
(2) The electron beam generator according to claim 1, wherein the shield body is a two- or three-piece body in which an upper plate and a lower plate are connected via side members.
(3)シールド体の加速用陽極側にある下板がウエーネ
ルト電極を兼ねていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項または第2項記載の電子ビーム発生装置。
(3) The electron beam generator according to claim 1 or 2, wherein the lower plate on the accelerating anode side of the shield body also serves as a Wehnelt electrode.
JP63008393A 1988-01-20 1988-01-20 Electron beam generating device Pending JPH01187747A (en)

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JP (1) JPH01187747A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584012U (en) * 1992-04-09 1993-11-12 レーザー濃縮技術研究組合 Electron gun device
JP2011210401A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Jeol Ltd Electron gun

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