JPH0232515A - プラズマｘ線発生装置 - 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 本発明は高温高密度プラズマの収束により生じるプラズ
マＸ線発生装置に関するものである。

上記プラズマＸ線発生装置は２極の電極間に電荷を蓄積
したコンデンサよりパルス状の大電流を流してプラズマ
を生成させ、その後自己磁場との相互作用によりプラズ
マを極めて急速に収束させ、該プラズマの振る舞いによ
って、紫外光やＸ線を得るもので、物性研究や超ＬＳＩ
製造用Ｘ線露光装置などの光源に用いられる。

従来の技術 第４図は従来のプラズマＸ線発生装置の回路構成説明図
で、交流を直流に変換する電源１によって、コンデンサ
２を所定の電圧に充電する。その後、スイッチ３を閉じ
て放電回路に既成するインダクタンス、抵抗などを集中
常数で示した回路インピーダンス４を経て、プラズマ生
成室５内に絶縁物６を介して設けた高圧電極７と低圧電
極８の間に電圧が印加され、画電極７．８間に火花放電
、すなわちプラズマが生成される。その後、放電電流の
急速な増加に伴い、プラズマは自己磁場による電磁力で
極度に収束して高温高密度のピンチプラズマ９を生じ、
極めて短時間ながらＸ線１０がベリリウムなどの薄板で
形成されたＸ線取り出し窓１１を透過して放出される。

他の従来例として第５図に示すように低圧電極８の代わ
りに低圧電極８′を絶縁物６の外周に設け、該低圧電極
８′と高圧電極７の間にある絶縁物６の表面に沿面放電
を発生させ、その後放電電流の急速な増加に伴いプラズ
マは自己磁場による電磁力で極度に収束して、上記を同
様にピンチプラズマ９を生じ、極めて短時間ながらＸ線
１０が放出される。いずれの方式でもピンチプラズマ９
の生成過程に違いがあるもののピンチプラズマ９が生成
され、Ｘ線１０が放出されるのは同じである。プラズマ
生成室５は図示しない方法で気密に保持して真空状態で
使用したり、所定の波長を得るために選定したガスを充
填させたり、または電磁弁を使ってパルス的にガスを供
給したりして使用している。

発明が解決しようとする問題点 上記のプラズマＸ線発生装置を用いて高出力のＸ線を発
生させるためには、約１０−６秒で数百ｋＡに達する大
電流を流して強いピンチプラズマ９を生成する必要があ
る。そのためには、コンデンサ２の放電回路を極めて低
インピーダンス化するようにコンデンサ２、スイッチ３
、プラズマ生成室５に至る伝送線路などに種々の工夫を
こらして回路インピーダンス４を極小に設計する。この
ように回路インピーダンス４を極小に設計すると、コン
デンサ２の放電周波数が高く、振動放電が繰り返される
と、紙やフィルムを誘電体として用いた油浸コンデンサ
の寿命は非常に短くなり、従って製造ラインに設置する
実用機として大きな問題である。一方誘電体の電位傾度
を小さく設計すればそれだけ寿命は長くなるが、容積が
非常に大きくなる欠点がある。上記プラズマＸ線発生装
置は通常１〜１０ｐｐｓで連続運転されるが、上記コン
デンサの保証寿命は１０６回程度の充放電回数であるこ
とから、この数値は稼働率を考えても２〜２０日間程度
の運転能力であるなどの欠点があった。

問題点を解決するための手段 本発明のプラズマＸ線発生装置は、コンデンサの誘電体
として短パルスに対して極めて優れた耐電圧特性を有す
る純水を用いることによって達成され、また回路インピ
ーダンスの低減には上記コンデンサと、スイッチとプラ
ズマ生成室とを直結またはきわめて近接して構成するこ
とによって、達成できる。

すなわち、本発明は、 コンデンサに蓄積した静電エネルギーをスイッチを介し
てプラズマ生成室に伝送し、該プラズマ生成室内に設け
た高圧電極と低圧電極の間で放電させてプラズマを生成
し、該プラズマを収束した高温高密度のピンチプラズマ
によってＸ線を発生するプラズマＸ線発生装置において
、上記コンデンサの誘電体が純水であるプラズマＸ線発
生装置である。

なお、上記コンデンサは純水再生装置と連結して純水を
循環できるように構成する。

また互いに気密に保持された上記コンデンサと上記スイ
ッチと上記プラズマ生成室は絶縁物を介して連結しであ
る。

そして上記コンデンサは内電極と外電極を備え、かつ該
内電極と外電極が容器を構成することができる。

さらに上記コンデンサは容器内に平板状の内電極と外電
極を１対または複数対備えてもよい。

作用 上記純水を用いることまたは純水再生装置を介して純水
を循環させることによって、コンデンサの寿命は長くな
り、かつ比誘電率が８０のために従来品に比べてエネル
ギー蓄積密度は高く小形となり、長期間の安定な運転が
可能である。

実施例 以下、本発明のプラズマＸ線発生装置を第１図〜第３図
について説明する。

第１図は一実施例の回路構成説明図、第２図は第１図の
透過回路図で、第４図および第５図に示す従来のプラズ
マＸ線発生装置と同一構成部については同一符号を付し
、その説明の詳細については省略する。

交流を直流に変換する電源ｌによってコンデンサ１２を
充電して所定の電圧に維持した状態でスイッチ１３を閉
じると、回路インピーダンス１４を経て内電極１５と外
電極１６と絶縁物１７で形成された容器２１内に誘電体
として純水が図に示していない方法で気密に充填され、
所定の静電容量を持つコンデンサ２は所定の電圧に充電
される。そしてその電圧が最大値に達した段階、すなわ
ち電流の零付近で上記コンデンサ２に絶縁物１７を介し
て連結され、かつ金属筒の上下端を絶縁物１７．６によ
って気密に保持した容器２２内と上記絶縁物１７．６に
それぞれ固着した放電電極１８、ｌＥｒとを備えたスイ
ッチ３を自爆放電または図に示していない電気トリガー
により閉じて導通せしめる。上記スイッチ３に絶縁物６
を介して連結したプラズマ生成室５は絶縁￥ｙＪ６、該
絶縁物６に固着した高圧電極７、上記スイッチ３の金属
筒に接続され、Ｘ線取り出し窓１１を設けた容器２３、
該容器２３に固着した低圧電極８とから形成されている
。そして上記スイッチ３が導通すると、プラズマ生成室
５の高圧電極７と低圧電極８の間で放電してプラズマを
生成し、該プラズマを収束した高温高密度のピンチプラ
ズマ９によってＸ線１０を発生し、ｇｆｆ　Ｘ線１０は
Ｘ線取り出し窓１１を透過して放出される。

上記コンデンサ２は内電極１５を高電圧、外電極１６を
低電圧とした同軸円筒状の水コンデンサである。誘電体
として純水を利用した理由は、比較的短パルスに対して
鉱物油に匹敵する程度の高い耐電圧特性を有すること、
比誘電率が８０と非常に大きいことから、紙やフィルム
を用いた比誘電率２〜４の油浸コンデンサなどに比べて
静電エネルギーの蓄積効率が高く、小形になる。コンデ
ンサ２は純水再生装置２４と連結して純水を注入口１９
より流入して該コンデンサ２の内部を通って排出口２０
より流出するよう循環させる構成にすることによって、
常時新しい純水が供給できるためにコンデンサ２は劣化
することがない。すなわち、誘電体の絶縁劣化による寿
命を考える必要がなく、長寿命化できる。

鉱物油と純水の耐電圧特性の実験例を次表に示す。

※電極面積１Ｍで、課電時間が１μｓ以下なお、電圧の
課電時間ｔに対して純水の破壊電界強度はｔ丁に反比例
するとの報告もある。

純水の固有抵抗は高い程良いが、実用的には１０’Ωｃ
ｍ以上が好ましい。

さて、紙やフィルムを誘電体として用いたコンデンサの
寿命は、誘電体の電位傾度が高い程、また放電周波数が
高い程短くなる。従って、この場合電位傾度を低くすれ
ば良いが、その電位傾度の二乗に反比例して体積が大き
くなり好ましくない。

そのためにコンデンサ１２は、コンデンサ２に比べて適
正な値に設定した回路インピーダンス１４を介してゆっ
くりと放電させる。そしてコンデンサ２は振動放電波形
になるのに比べて、コンデンサ１２は単極性の放電にな
ることも重要な要素となって長寿命化が可能である。

上記実施例では、コンデンサ２は同軸円筒状で、内電極
１５と外電極１６を水コンデンサ２の容器２１と併用し
たが、該容器２１は構造上側に設けてその中に内電極１
５と外電極１６を配置しても良い。

また電極については同軸円筒状に限らず、角形や平板形
でも良い。

第３図は他の実施例の回路構成説明図で、第１図、第４
図および第５図に示すプラズマ）１発生装置と同一構成
部については同一符号を付し、その説明の詳細について
は省略する。また動作については上記第１図に示す実施
例と同一のために省略する。

コンデンサ２は容器２１に取り付けられた円板状の外電
極１６と内電極１５とを交互に配置して、互いの電極間
で所定の静電容量が得られるように必要な対数を決めて
使用する。またこの画電極１５．１６は円に限らず角で
あっても良く、この場合形状的には容器２１も角筒であ
る方が製作し易い。

上記実施例で説明したように本発明のプラズマＸ線発生
装置は、水コンデンサ２とスイッチ３が絶縁物１７を介
して、またスイッチ３とプラズマ生成室５が絶縁物６を
介して、それぞれ図示しない方法により気密に保持して
直結されているため、スイッチ３の動作によって、コン
デンサ２に蓄積された電荷は非常に短い距離でプラズマ
生成室５の高圧電極７と低圧電極８に達し、それぞれの
容器２３．２２．２１を経由して、放電回路を形成する
ために回路に既成するインダクタンスは掻めて小さい。

すなわち、第２図における回路インピーダンス４が極め
て小さいため、急峻な大電流を得ることが可能である。

この効果は強力な電磁力によって強いピンチプラズマ９
を形成させ、その結果、強いＸ線１０を放出させること
ができる。従って、従来方式と同一電流を得るには、コ
ンデンサ２の静電容量を低減することが可能となった。

さらに他の実施例として第１図および第３図に示すよう
に低圧電極８の代わりに低圧電極「を絶縁物６の外周に
設け、該低圧電極８′と高圧電極７の間にある絶縁物６
の表面に沿面放電を発生させ、その後放電電流の急速な
増加に伴いプラズマは自己磁場による電磁力で極度に収
束して、上記と同様にピンチプラズマ９を生じ、極めて
短時間ながら）［１０を放出することができる。

上記実施例では純水を誘電体としたコンデンサ２とスイ
ッチ３とプラズマ生成室５を直結した場合を示したが、
それぞれを分離してできる限り近接して、低インダクタ
ンス構造で例えばケーブルや平行平板などの伝送線路で
接続しても良い。

この方法は、上記の直結した実施例に比べて回路インピ
ーダンスは若干大きくなるものの、有効に動作する。

発明の効果 本発明のプラズマＸ線発生装置は、コンデンサ２の誘電
体に純水を用いるためにエネルギー蓄積効率が高く、ま
た純水を純水再生装置を介して循環させることによって
誘電体が劣化することなく、長期間安定な運転が可能と
なり、またコンデンサ２とスイッチ３とプラズマ生成室
５を直結することによって、コンデンサ２の放電回路は
低インピーダンスになって、きわめて急峻な大電流を流
すことが可能となり、プラズマＸ線発生装置の性能向上
に有益な効果をもたらし、工業的ならびに実用的価値の
大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマＸ線発生装置の一実施例の回
路構成説明図、第２図は第１図の透過回路、第３図は本
発明のプラズマＸ線発生装置の他の実施例の回路構成説
明図、第４図は従来のプラズマＸ線発生装置の一例の回
路構成説明図、第５図は従来のプラズマＸ線発生装置の
他側の要部を示す回路構成説明図である。 １：電−／ＩＪｉ、２：コンデンサ　３：スイソチ４：
回路インピーダンス　５：プラズマ生成室６：絶縁物　
７：高圧電極　８．８′：低圧電極９：ピンチプラズマ
　１０：Ｘ線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　コンデンサに蓄積した静電エネルギーをスイッチを介
   してプラズマ生成室に伝送し、該プラズマ生成室内に設
   けた高圧電極と低圧電極の間で放電させてプラズマを生
   成し、該プラズマを収束した高温高密度のピンチプラズ
   マによってＸ線を発生するプラズマＸ線発生装置におい
   て、上記コンデンサの誘電体が純水であることを特徴と
   するプラズマＸ線発生装置。