JPH01217843A - 電子衝撃形電子銃 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば同位体分離装置において、金属原料
の加熱溶融装置に使用する線状に電子ビームを発射する
電子衝撃形電子銃に関する。

（従来の技術） 同位体相互の化学的特性の相違又は質量の差異を利用し
てガス拡散法、ノズル法または遠心分離法による同位体
分離装置が従来から運転されている。しかし、従来装置
はいずれも単位当りの分離効率が低いため、特定の同位
体を所定濃度レベルに濃縮するには、カスケード方式に
よって同一の分離行程を多段に繰返す必要があった。

しかしながら、レーザ光を利用して特定の同位体を選択
的にイオン化した同位体を電気的に分離するレーザ法に
よる同位体分離装置は単位当りの分離効率が非常に高い
ため、従来のようにカスケードを組む必要がなく、装置
全体が小形で経済性の点有利である。

第４図は従来のレーザ法による同位体分離装置を概念的
に示した構成図である。図において、符号１は同位体分
離装置で、この装置１は真空容器２と、この真空容器２
内に配設された種々の各機器部品とからなっている。

以下、装置の具体的構成を分離操作とともに説明する。

真空容器２内に配設され、複数種類の同位体を含む金属
原料３は熱化学的耐性を有する蒸発用るつぼ４に収容さ
れる。蒸発用るつぼ４には金属原料３の温度を調節する
ための冷却管５が埋設されている。蒸発用るつぼ４内に
収容された金属原料３に対して電子銃６から発射された
電子ビーム７は、偏向磁場装置８により偏向された金属
原料３の溶融液面９に照射される。電子ビーム７の照射
を受けた金属原料３は２７００に程度まで加熱され、溶
融状態を経て蒸発し、同位体の蒸気流１ｏを連続的に生
成する。生成した蒸気流１０は、蒸発用るつぼ４の上部
空間を囲むように形成された蒸気封入容器１１内に封入
され、さらに上方に向けて案内される。

次に、蒸気流１０に対して、回収を特徴とする特定の同
位体のみを選択的に励起するレーザ光１２が照射される
。このレーザ光１２としては、−般に特定の同位体の共
鳴吸収線に相当する周波数を有する単色レーザ光等が採
用される。レーザ光１２の照射を受けた特定の同位体は
電子が放遂されて正電荷を有するイオン化同位体１３と
なる。

このイオン化同位体１３は、陽電極１４と陰電極１５と
交互に配設した電極間に形成された電界空間を通過する
際に、イオン化同位体１３のみが陰電極１５表面に偏向
され吸着回収される。一方、イオン化されない同位体等
の中間原子は、電界の影響を受けずに電極間を直進し、
電極の二次側に配設した蒸気流捕集板１６により回収さ
れる。

第５図に電子銃６の詳細を示す。棒状に形成された主陰
極１７と、この主陰極１７の下方に１８に空隙１８を介
して補助陰極のフィラメント１９が保持装置２０に固定
されている。フィラメント１９が弛みや、熱、クリープ
等で変形しないように、フィラメント１９の一端にボル
ト２１、板バネ２２で張力を加えている。フィラメント
１９の他端側は絶縁物２３を介して固定している。この
フィラメント１９に電流を流し加熱し、フィラメント１
９と主陰極１７の間に電圧を印加し熱電子２４を発生さ
せて、この熱電子ビーム２４を主陰極１７に衝突させて
加熱する。主陰極１７と陽極２５の間に電圧を印加して
電子ビーム７を発射する。電子ビーム７を集束するため
の集束電極２６が設けられている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の同位体分離装置においては、蒸発用るつぼ４内に
収容した金属原料３に強力な電子ビーム７を照射してそ
の保有エネルギーによって金属原料３を加熱溶融し、さ
らに蒸発せしめている。

しかしながら、るつぼ４が長方形に形成されているため
、電子ビーム７も線状のビームを照射する必要がある。

ところが、電子衝撃形電子銃の主陰極１７は棒状に形成
されているために、主陰極１７の断面はフィラメント１
９と比べ大きくなり、主陰極１７から主陰極の保持部へ
の熱が逃げ易くなり、主陰極１７の温度が上がり難しく
なると同時に、主陰極１７の端部の温度が中央部の温度
より下がり温度勾配が大きくなる。このことは、主陰極
１７の温度分布の差が大きくなり、主陰極１７から放射
する電子ビーム７の強さに分布ができ、主陰極１７から
るつぼ４へ照射する電子ビーム７も不安定となり、るつ
ぼ４内の金属原料３を均一に加熱溶融することが困難と
なる欠点がある。すなわち、金属原料３の溶融が不均一
になると金属蒸気流１０が不均一になりレーザ光１２に
よるイオン化同位体の生成が低下して同位体の選択分離
回収効率が低下し、しいてはシステム全体の効率が悪く
なってしまう。また、フィラメント１９が長くなれば変
形を押えるために張力を強くする必要が生じる。そのた
めフィラメント１９の寿命も短くなってしまう欠点があ
る。

本発明は上記の欠点を解決するためになされたものであ
り、線状の電子ビームを安定に発生させ金属原料の加熱
溶融を均一にしてシステム効率を向上させることができ
る電子衝撃形電子銃を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る電子銃は、電子衝撃形電子銃で、主陰極は
両端部の断面積が該主陰極の主要部分の断面積より小さ
く形成された棒状体である。また主陰極を加熱するため
の熱電子ビームを発生させる補助陰極をフィラメント状
に構成することを特徴とする。

（作　用） 上記構成の電子衝撃形電子銃においては、補助陰極（フ
ィラメント）に電流を流して該補助陰極を加熱して熱電
子を発生させ、補助陰極と主陰極との間に電圧を印加し
電子衝撃形電子銃を主陰極に衝突させて主陰極を加熱さ
せる。主陰極の両端部の形状がその主陰極の主要部分よ
り断面積が小さく形成されているので、主陰極からその
支持部への熱抵抗が大きくなり、放熱量が少なくなり、
かつ主陰極の主要部分の温度分布の差が小さくなる。こ
のため主陰極の表面に発生する熱電子の分布が均一にな
り、電子ビームが安定して発生するので主陰極の加熱が
安定して、主陰極から発生する電子ビームも安定する。

従って金属原料の溶融が均一になり、金属蒸気の分布も
均一となり同位体分離装置全体のシステム効率が大幅に
向上する。

（実施例） 次に、本発明の一実施例について第１図および第２図を
参照して説明する。

第１図および第２図は本発明に係る線状に電子ビームを
発射する電子衝撃形電子銃を示している。

第１図においては第５図に示す従来例と同一要素部品に
は同一符号を付している。重複する部分の説明を省略す
る。

すなわち、第１図および第２図に示したように本発明で
は主陰極１７ａの両端部２７の断面積を主要部分つまり
中央部１７ｂより小さくするため両端部２７の形状を細
く形成する。このように形成した主陰極１７を加熱する
ためフィラメント１９が空隙］８を介して設けである。

フィラメント１９は張力を加えるため板バネ２２に取付
け、ボルト２１により構成されている。フィラメント１
９に電流を流して加熱し、熱電子２４を発生させてフィ
ラメント１つと主陰極１７ａとの間に電圧を印加し電子
ビームを主陰極１７ａに陽極２５との間に高電圧を印加
し電子ビーム７を発射する。

発射した電子ビーム７を集束するための集束電極２６が
取付けである。第２図に部分的に拡大して示したように
、主陰極１７ａの両端部２７の面積を中央部１７ｂより
小さく形成すると、主陰極１７ａの支持部２８への放熱
量Ｑは、温度差△Ｔ１熱通過断面積Ｓ１長さしとの関係
はつぎのようになる。

Ｑｏｃ　ΔＴ−Ｓ−Ｌ 従って、熱通過断面積Ｓを小さくすることにより放熱量
Ｑを少なくできる。このことは、主陰極１７ａの両端部
２７の温度降下を小さくでき主陰極１７ａの温度分布を
均一にできるとともに、主陰極１７ａを加熱する熱量も
少なくて温度を上げることができる。

主陰極１７ａの温度分布が均一であることは、主陰極１
７ａから発射する電子ビーム７も安定してくる。電子ビ
ーム７が安定すれば、蒸発用るつぼ４内に収容された金
属原料３の溶融が安定して均一どなる。従って金属原料
３の蒸気が安定して発生して同位体分離装置の効率が向
上する。

第３図は他の実施例を示したもので、第２図と同一部分
は同一符号を付しである。主陰極１７ａの両端部２７の
断面積を小さくするために、主陰極１７ａの両端部２７
に穴２９を穿設したものである。主要部分つまり、中央
部１７ｂと両端部２７は同一形状に形成されているが、
両端部２７に穴２９を穿設したことによって断面積が小
さくなり、その結果前述した実施例と同様の作用効果を
奏することになる。

［発明の効果Ｊ 本発明によれば主陰極の安定した加熱と寿命を向上させ
ることができる。そのため電子ビームを安定に発射でき
ることになり、金属原料の蒸発が安定できる。また、電
子銃の入力も少なくなるので、同位体分離の効率が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子銃の一実施例を示す概略構成
図、第２図は第１図における主陰極の端部を拡大して示
す斜視図、第３図は本発明に係る他の実施例の主陰極の
端部を拡大して示す斜視図、第４図は従来の同位体分離
装置の概略の構成を模成約に示す断面積、第５図は従来
の電子銃を示す概略構成図である。 １・・・・・・・・・同位体分離装置 ２・・・・・・・・・真空容器 ３・・・・・・・・・金属材料 ４・・・・・・・・・蒸発用るつぼ ５・・・・・・・・・冷却間 ６・・・・・・・・・電子銃 ７・・・・・・・・・電子ビーム ８・・・・・・・・・偏向磁場装置 ９・・・・・・・・・溶融液面 １０・・・・・・・・・蒸気流 １１・・・・・・・・・蒸気封入容器 １２・・・・・・・・・レーザ光 １３・・・・・・・・・イオン化同位体１４・・・・・
・・・・陽電極 １５・・・・・・・・・陰電極 １６・・・・・・・・・蒸気流捕集板 １７．１７ａ・・・主陰極 １８・・・・・・・・・空隙 １９・・・・・・・・・フィラメント ２４・・・・・・・・・電子ビーム ２６・・・・・・・・・集束電極 ２７・・・・・・・・・両端部 ２９・・・・・・・・・穴 出願人　２　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　須　山　佐　− 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　照射用電子ビームを発生する棒状主陰極と、この主陰
   極より負電位に保持されて前記主陰極に近接して配置さ
   れかつ通電加熱されて前記主陰極を衝撃加熱する電子線
   を放射するフィラメント状に補助陰極と、前記主陰極よ
   り正電位に保持されて前記照射用電子ビームを加速する
   陽極とを有する電子衝撃形電子銃において、前記主陰極
   の両端部の断面積をその主陰極の主要部分の断面積より
   小さく形成したことを特徴とする電子衝撃形電子銃。