JPH01209633A - 高速原子線源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、効率良く高速原子線を放出する高速原子線
源に関するものである。

〔従来の技術〕

常温大気中で熱運動している原子は、概ね０．０５ｅＶ
前後の運動エネルギーを有している。これに比べて遥か
に大きな運動エネルギーで飛翔する原子を「高速原子」
と呼び、それが一方向にビーム状に流れる場合に「高速
原子線」と言う。

従来より提案されている気体原子の高速原子線を発生す
る線源のうち、運動エネルギーが０．５〜１０ＫｅＶの
アルゴン原子を放射する高速原子線源の一例を第１図に
示す。図中、１は円筒形の陰極、２はドーナツツ状の陽
極、３は０．５〜ｌ０ＫＶの直流高圧電源、４はガス導
入孔、５はアルゴンガス、６はプラズマ、７は高速原子
線の放出孔、８は高速原子線である。

このような構成において、直流高圧電源３以外の構成要
素を真空容器内に収容し、十分に排気した後、ガス導入
孔４からアルゴンガス５を円筒形陰極１の内部に注入す
る。ここで直流高圧電源３によって陽極２が正電位、陰
極１が負電位となるように直流高電圧を印加する。これ
で陰極１と陽極２との間にグロー放電が起き、プラズマ
６が発生し、アルゴンイオンと電子とが生成される。さ
らにこの放電において、円筒形陰極１の底面から放出す
る電子は、陽極２に向かって加速され、陰極２の中央の
孔を通過して円筒形陰極１０反対側の底面に達し、ここ
で速度を失って反転し、あらためて陽極２に向って加速
され始める。このように電子は陽極２の中央の孔を介し
て円筒形陰極１０両方の底面の間を高周波振動し、その
間にアルゴンガスに衝突して多数のアルゴンイオンを生
成する。こうして発生したアルゴンイオンは、円筒形陰
極１の底面に向かって加速され、十分な運動エネルギー
を得るに到る。この運動エネルギーは、陽極２と陰極１
との間の放電維持電圧が、例えば約ＩＫＶのときは、約
ＩＫｅＶ程度の値となる。円筒形陰極１の底面近傍の空
間は、高周波撮動をする電子の折り返し点であって低エ
ネルギーの電子が多数存在する空間である。この空間に
入射したアルゴンイオンは電子と再結合してアルゴン原
子に戻る。このイオンと電子との衝突において、電子の
質量がアルゴンイオンに比べて無視できる程度に小さい
ためにアルゴンイオンの運動エネルギーは殆ど損失せず
にそのまま原子に受は継がれて高速原子となる。また、
円筒形陰極１の底面近傍の空間に入射したアルゴンイオ
ンのなかには、その空間に漂うアルゴンガスに接触して
電荷を失い中性のアルゴン原子に戻るものもある。イオ
ンとアルゴンガスとの接触が運動エネルギーまで変えて
しまうような激しいものではないためにイオンの運動エ
ネルギーはそのまま中性原子に受は継がれ、高速のアル
ゴン原子が生成される。したがって、これらの場合の高
速原子の運動エネルギーは、約ＩＫｅＶ程度である。こ
の高速原子は円筒形陰極１の一方の底面に穿たれた放出
孔７から高速原子線８となって放出する◇ 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、従来の高速電子線源では、高速原子に成
シ損なったイオン（残留イオン）が高速原子と共に高速
原子線放出孔７から放出する。これを除去して高速原子
のみを取り出すために高速原子線放出孔７の後にディフ
レクタ−を設置してこれに直流高電圧を印加するなどの
方法がとられておシ、直流高圧電源が必要となるほか、
高電圧印加のための絶縁性の配慮などの点において使い
にくい点があった。

したがって、この発明は前述した従来の問題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、低エネルギーから高エ
ネルギーにわたる任意のエネルギーを有する高速原子線
を効率よく放射するコンパクトな高速原子線源を提供す
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の高速原子線源は、円筒の側面にビーム放出孔を
有する円筒形陰極と、この円筒形陰極の外側に同心円状
に配置されかつ円筒の側面に高速原子放出孔を有する円
筒形イオン阻止電極と、この円筒形陰極の内側にあって
この円筒形陰極の中心軸と平行に配置された棒状陽極と
からなる電極構成を有し、上記円筒形陰極のビーム放出
孔と、円筒形イオン阻止電極の高速原子放出孔と、棒状
陽極とが同一線上に並んで配置されており、上記円筒形
陰極と棒状陽極との間に放電用直流高圧電源が接続され
て棒状陽極と円筒形イオン阻止電極とが同電位に保持さ
れ、上記円筒形陰極と円筒形イオン阻止電極との間に円
筒の中心軸にほぼ平行に磁界を印加する磁石が配設され
て構成される。

〔作用〕

本発明においては、放出孔を有する円筒形陰極と円筒形
イオン阻止電極との間に印加されたイオンに対する阻止
電界と、電子に対する偏向磁界とによって残留イオン電
子との除去を行っているためにディフレクタ−駆動用の
直流高圧電源が不必要であるほか、高電圧印加のための
絶縁性の配慮が不要となる。

〔実施例〕

第１図は本発明によるイオン中和器の一実施例を示す一
部破断構成図である。同図において、２１は純鉄製の円
筒形陰極、２２は棒状陽極、２３はリング状の永久磁石
、２４は磁界、２５は負の直流高圧電源、２６はビーム
放出孔、２７は円筒形のイオン阻止電極、２Ｂは高速原
子線放出孔、２９は高速原子とイオンとの混合ビーム、
３０は高速原子線、３１はガス導入孔であり、円筒形陰
極２１と棒状陽極２２との間の間隔は、円筒形陰極２１
とイオン阻止電極２７との間の間隔よシ、はるかに狭く
設定しである。棒状陽極２２とビーム放出孔２６と高速
原子線放出孔２日とは同一線上に並ぶように配置されて
いる。円筒形陰極２１には、電源２５によって負の直流
高電圧が印加されている。棒状陽極２２とイオン阻止電
極２７とは同電位に保たれている。また、円筒形陰極２
１が純鉄製であるために磁石２３を発した磁界２４は、
円筒形陰極２１の内側の空間には入らずに円筒形陰極２
１の中心軸に平行にかつ、円筒形陰極２１とイオン阻止
電極２７との間の空間にだけ印加される。さらに電源２
５以外の構成要素は真空容器内に収納され、充分に排気
され、ガス導入孔３１を通して真空容器の外から、例え
ば酸素ガスを円筒形陰極２１の内側に注入されている。

このような構成において、電源２５によって棒状陽極２
２と円筒形陰極２１との間にグロー放電が発生し、大量
の酸素イオンが生成される。一方、円筒形陰極２１とイ
オン阻止電極２７との間の間隔は、円筒形陰極２１と棒
状陽極２２との間の間隔より、はるかに広く設定しであ
るから、この間では放電は起きない。さて、生成された
酸素イオンは、円筒形陰極２１に向かって加速され、円
筒形陰極２１の付近に達したときＫは、充分な運動エネ
ルギーを得るに至る。充分な運動エネルギーを得た酸素
イオンは、円筒形陰極２１近辺に漂う酸素ガスに接触し
て電荷を失い中性の酸素原子に戻る。酸素イオンと酸素
ガスとの接触が、運動エネルギーまで変えてしまうよう
な激しいものではないために酸素イオンの運動エネルギ
ーはそのまま中性原子に受は継がれ、高速の酸素原子が
生成され、ビーム２９となってビーム放出孔２８からイ
オン阻止電極２７に向かって放出される。また、ビーム
２９には高速原子のほかに高速原子になりそこなったイ
オン（残留イオン）が混入している。

イオン阻止電極２７の電位は、棒状陽極２２と同電位に
保たれているから、円筒形陰極２１とイオン阻止電極２
７との間の空間には、残留イオンの運動を阻止する向き
に電界がかかつていることになる。よって、ビーム２９
に混入している残留イオンは、しだいにエネルギーを失
い、イオン阻止電極２１に達したときには速度がほぼ０
となって高速原子線放出孔２８から外に放出することが
できず、ビーム２９中の高速原子のみが放出することに
なる。これが高速原子線３０である。また、ビーム放出
孔２６を出た高速原子、残留イオンの一部は、この空間
に漂う残留ガスと衝突してこれを電離し、イオンと電子
とを生成する。円筒形陰極２１とイオン阻止電極２７と
の間の電界によってイオンは円筒形陰極２１の方向に、
電子はイオン阻止電極２７の方向にそれぞれ加速される
ためにこの電離で生成した電子は、高速原子３０に混入
して高速原子放出孔２８から放出される懸念が生じる。

しかし、円筒形陰極２１とイオン阻止電極２７との間の
空間には、磁界２４と電界とが直交して印加されている
ために電子は直進せずに円軌道を描き、高速原子放出孔
２８から放出することができない。万一、高速原子放出
孔２８から放出した電子があったとしても、運動方向が
高速原子線３０の放出方向と大きく異なるために高速原
子線３０に混入することはない。

なお、ガス導入孔３１から入れるガスをアルゴンにすれ
ば、アルゴンの高速原子線が放出する０また、磁石２３
は電磁石であってもよい。さらに円筒形陰極２１は純鉄
でなくても、高透磁率を有する導電性材料ならばよい。

また、放出する高速原子線３０の線量は、注入するガス
の量によって調節することができる０高遠原子線３０の
運動エネルギーは、高圧電源２５の電圧を調節すること
によって所定の値に設定することができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば、残留イオンを取
り除いて純粋な高速原子線を得るディフレクタ−を必要
としないので、高速原子線源の小形化が可能となるとと
もにディフレクタ−駆動用の高電圧に対する絶縁性の配
慮も不要となって操作性も同時に改善される。また、高
速のイオンあるいは原子が固体に衝突すると、固体表面
でスパッタが生じ、二次電子、二次イオン、光が放射さ
れる。これらの現象が加工や分析に利用されることは、
周知のとおシである。しかし、固体が絶縁物の場合には
、イオンの衝突で帯電し、後続イオンの入射が妨害され
て加工９分析が進まないのに対して電気的に中性な原子
による衝撃ではそのよう力現象がなく、滞りまく加工１
分析がなされると云う顕著な違いがある。その意味で本
発明による小形の高速原子線源の効用は極めて大きいな
どの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による高速原子線源の構成を
示す図、第２図線従来の高速原子線源の構成を示す図で
ある。 ２１・・・・純鉄製の円筒形陰極、２２・・・・棒状陽
極、２３・・・・永久磁石、２４・・・・磁界、２５・
・・・負の直流高圧電源、２６・・・・ビーム放出孔、
２７−・・・イオン阻止電極、２８・・・・高速原子線
放出孔、２９・・・・高速原子とイオンとの混合ビーム
、３０・・−・高速原子線、３１・・・Φガス導入孔。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒の側面にビーム放出孔を有する円筒形陰極と、前記
   円筒形陰極の外側に同心円状に配置されかつ円筒の側面
   に高速原子放出孔を有する円筒形イオン阻止電極と、前
   記円筒形陰極の内側に該円筒形陰極の中心軸と平行に配
   置された棒状陽極とからなる電極構造を有し、前記円筒
   形陰極のビーム放出孔と、前記円筒形イオン阻止電極の
   高速原子放出孔と、棒状電極とが同一線上に配置されて
   おり、前記円筒形陰極と棒状陽極との間に直流高圧電源
   が接続されて前記棒状陽極と円筒形イオン阻止電極とが
   同電位に保持され、前記円筒形陰極と円筒形イオン阻止
   電極との間の空間に円筒の中心軸にほぼ平行に磁界を印
   加する磁石が配設されたことを特徴とする高速原子線源
   。