JPH01235138A - 冷陰極電子銃 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空中で生成した電子を静電的に加速し、
箔を通して真空外の被照射物に照射する電子線照射装置
に関し、特に電子生成部である冷陰極電子銃、詳しくは
、真空容器内の空間がグリッドを介して２つの空間に分
離されこの分離された一方の空間の真空容器壁が金属箔
により気密に閉鎖される開口を備えるとともに該空間内
でプラズマが生成され、一方、分離された他方の空間に
は真空容器外部の電識から前記グリッドに対して負の電
位に課電されるカソードが収容され、前記グリッドを通
してプラズマ中から引き出されたイオンを前記カソード
に衝突させることによりカソードから放出された２次電
子を前記グリッドと、前記開口を気密に閉鎖する金属箔
とを通して真空容器外へ導く冷陰極電子銃の構成に関す
る。

〔従来の技術〕

第２図に従来の電子線照射装置の主要部である電子線生
成部すなわちここでは冷陰極電子銃の概略断面図を示す
、接地電位にある真空容器１内の空間は、この容器と同
電位にあるグリッド３により上下２つの空間に分離され
、下方の空間は下部の開放端側が金属箔４により気密に
閉鎖されるとともに図示されないガス導入管を介して導
入されたＨｅ、Ａｒなどの不活性カスが図示されない高
岡波電源から高周波導入端子格を介して導入された高周
波電界によりプラズマ化されるプラズマ呈を形成してい
る。一方、分離された上方の空間には図示されない外部
の高圧電源からグリッドに対して−２００ｋＶ程度の負
の電位に課電されるカソード２が配され、前記下方の空
間で生成されたプラズマ６中のイオンが負電位に課電さ
れたカソード２に向かって静電加速され、イオンビーム
７となってカソード２に衝突し、カソード２から２次電
子を放出させる。この放出された２次電子はカソード２
とグリッド３との間の電位差２００ｋＶによってイオン
と逆にグリッド３に向かって加速され、電子ビーム８と
なってグリッド３を通り、さらにプラズマ６を横切りて
金属箔４に達する。金属箔４は例えば厚さ数十ミクロン
のＴｉ膜であり、真空を保持するには十分な厚さである
が、２００　ｋＶに加速された電子ビームの一部はこの
箔を透過して大気中へ放出され、大気中の被照射物に照
射される。

なお、かかる冷陰極電子銃以前には、真空容器内にフィ
ラメントを配置し、このフィラメントを加熱することに
よりフィラメントから放出された熱電子を靜′シ加速し
ていたが、電子線量の、増加、装置の簡略化等の理由か
らプラズマ中のイオンを金属に衝突させ、発生する２次
電子を照射に利用する方法がとられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように構成された冷陰極電子銃における問題点は次
の通りである。すなわち、かかる冷陰極電子銃では、カ
ソードから放出された２次電子が発散し−Ｃそのかなり
多くの部分がグリッドを通過することができず、このた
め、必要とする照射電子ａｍを得ることが困難であると
いう欠点があった。

本発明の目的は、２次電子ビームはもちろん、イオンビ
ームの発散をも防止して効率よく照射電子線量が得られ
る冷陰極電子銃の構成を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明によれば、真空容
器内の空間がグリッドを介して２つの空間に分離されこ
の分離された一方の空間の真空容器壁が金属箔により気
密に閉鎖される開口を備えるとともに該空間内でプラズ
マが生成され、一方、分離された他方の空間には真空容
器外部の電源から前記グリッドに対して負の電位に課電
されるカソードが収容され、前記グリッドを通してプラ
ズマ中から引き出されたイオンを前記カソードに衝突さ
せることによりカソードから放出された２次電子を前記
グリッドと、前記開口を気密に閉鎖する金属箔とを通し
て真空容器外へ導く冷陰極電子銃の構成を、前記グリッ
ドとカソードとの間に平面状のメツシュ電極をカソード
とグリッドのそれぞれに近接して１個づつかつ互いに平
行に対向するように配するとともに該それぞれのメツシ
ー電極にカソードおよびグリッドに対してそれぞれ任意
の電位差が与えられる構成とするものとする。

〔作用〕

このように、グリッドとカソードとの間に平面状のメッ
シュ電極をカソードとグリッドのそれぞれ近傍に１個づ
つかつ両メ、シー電極が互いに平行に対向するように配
することにより、′カソードとグリッドとの間の等電位
面のゆがみが抑えらね、イオンビーム、２次電子ビーム
の発散が防止される。

カソードとグリッドとの間の等電位面は、カソード、グ
リッドがともに平面状に形成されて無限大の面積を持ち
、かつ互いに平行に対向して配されておれば両者間のい
ずれの位置においても完全に平行となるが、実際には面
積が無限大ではないから等電位面が湾曲しており、この
湾曲は特にヘリでは著しい。メッシュ電極が無ければ、
プラズマから引き出されたイオンはカソードに向かって
加速されながらそのかなり多くの部分が軌道を曲げ、カ
ソードの、グリッドを向いた面だけでなく周縁にも衝突
する。衝突場所から発生した２次電子もまたグリッドヘ
向かって加速される間にそのかなり多くの部分が軌道を
曲げ、最悪の場合には真空容器内壁へ衝突する。しかし
、カソード、グリッドの面積を十分カバーする大きさの
平面状メ、シュ電極を前述のように互いに平行に対向し
て配することにより、イオンは、平面状メッシュ電極間
の平行な等電位面に基づいて形成される平行な電気力線
に導かれて効率よくカソードに衝突し、また、この衝突
により発生した２次電子もまたそのほとんど全てがグリ
ッドに到達してグリッドを通過する。

等電位面の湾曲とイオンビーム、電子ビーム軌道とのか
かわりについては実験済みである。グリッドとカソード
間電位差が８０ｋＶのとき、カソードから発生した２次
電子がその行路方向に間隔をおいて配された３個の枠状
矩形電極の作用によりグリッド近傍で細いビームに集束
し、また各電極に与える電位を変えると発散し、矩形ま
わりの等電位面がビーム軌道に顕著な影響を与えること
が確認された０本発明では、−様な幅の電子ビームが必
要であるから、グリッドとカソードとの間に配される電
極は平面状のメッシュ電極として形成され、２次電子は
両電極間の平行な電界に沿って−様な幅で進み、効率よ
くグリッドに到達してこれを通過する。

また、グリッドおよびカソードのそれぞれ近傍に配され
るメッシュ電極はそれぞれグリッドおよびカソードに対
して任意の電位差が与えられるように電子銃が構成され
ているから、グリッドとこれに対向するメツシー電極と
の間のイオン電流、ならびにカソードとこれに対向する
メッシ＆電極との間の２次電子電流をそれぞれその空間
電荷制限電流いっばいまで得ることができ、所要照射電
子線量に幅広く対応することができる。なお前記空間電
荷電流は対向する両電極間電圧をＶとしたときｋｖｉ／
ｄｘ　　として与えられる。ここにｋは定数。

ｄは両電極間の距離である。従って電位差■が零のとき
にはイオンまたは２次電子を引き出すことはできない。

〔実施例〕

第１図に本発明による冷陰極電子銃構成の一実施例を示
す１図中、第２図と同一部材には同一符号を付し、説明
を省略する。真空容器１内には、カソード２およびグリ
ッド３にそれぞれ対向してこれらカソード２．り゛す、
ド３を十分カバーする広さに形成された平面状のメッシ
ュ電極９．１０が互いに平行に対向するように配置され
ている。さらに、メック。電極９．１０近傍の真空容器
壁にはこれら電極に電位を与えるための気密プ、シング
１１　、１４が取り付けられている。

電子銃をこのように構成し、グリッド下方の空間にプラ
ズマ６を発生させ、次にカソード２に一方の出力端子が
グリッド３と同電位にある外部の高圧電源１３からグリ
ッド３に対して負の高電圧をかけると、プラズマ６中の
イオンがイオンビーム７ａとなってクリ、ド３を通して
カソード２に向かうでまっすぐに加速され、効率よくカ
ソード２に衝突して２次電子を生成する。生成された２
次電子はイオンと同様に両メッシュ電極９．ｌＯ間でま
っすぐに加速され、電子ビーム８ａとなって効率よくグ
リッド３に到達してこれを通過する。この状態でメッシ
ュ電極９，１０にそれぞれ気密ブッシング１１．１４を
介してカソードに対し正電位、グリッドに対し負電位を
与えるとともに、これらの電位を金属箔４を透過する電
子線量が最大となるように調整することにより、冷陰極
電子銃の性能を最大限まで引き出すことができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、グリ。

ドとカソードとの間に平面状のメツシュ電極をカソード
とグリッドのそれぞれに近接して１個づつかつ両メ、シ
ー電極が互いに平行に対向するように配したので、両メ
、シュ電極間の等を泣面がほとんど平行になり、グリッ
ドを通して引き出されたイオン、このイオンの衝突によ
うてカソードから放出される２次電子はともに、前記平
行な等電位面の間に形成された平行な電気力線に沿って
進行し、イオンビームおよび２次電子ビームの発散が抑
えられる。さらに、メッシュ電極にはそれぞれカソード
、グリッドに対して任意の電圧がかけられるように電子
銃を構成したので、電子銃を構成する真空容器の、金属
箔によって閉鎖された開口部から外部へ導出される電子
線量を任意の値から可能最大限まで幅広くかつ容易に調
整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷陰極電子銃構成の一実施例を示
す概略断面図、第２図は従来の冷陰極電子銃の構成例を
示す概略断面図である。 １・・・真空容器、２・・・カソード、３・・・グリッ
ド、４・・・金属箔、６・・・プラズマ、７，７ａ・・
・イオンビーム、Ｓ、Ｓａ・・・電子ビーム、９．１０
・・・メツシュ電極、１１．１４・・・気密プ、シング
、１３・・・高圧電源、第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）真空容器内の空間がグリッドを介して２つの空間に
   分離されこの分離された一方の空間の真空容器壁が金属
   箔により気密に閉鎖される開口を備えるとともに該空間
   内でプラズマが生成され、一方、分離された他方の空間
   には真空容器外部の電源から前記グリッドに対して負の
   電位に課電されるカソードが収容され、前記グリッドを
   通してプラズマ中から引き出されたイオンを前記カソー
   ドに衝突させることによりカソードから放出された２次
   電子を前記グリッドと、前記開口を気密に閉鎖する金属
   箔とを通して真空容器外へ導く冷陰極電子銃において、
   前記グリッドとカソードとの間に平面状のメッシュ電極
   をカソードとグリッドのそれぞれに近接して１個づつか
   つ互いに平行に対向するように配するとともに該それぞ
   れのメッシュ電極にカソードおよびグリッドに対してそ
   れぞれ任意の電位差が与えられるように構成されたこと
   を特徴とする冷陰極電子銃。