JPH0256840A - 電子銃装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は照射加熱用の電子ビームを発生する電子銃装置
に係り、特に同位体分離装置の金属材料加熱用電子ビー
ム発生に好適な電子銃装置に関する。

（従来の技術） 一般に同位体の分離を行なうにあたっては、同位体相互
の科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
従来より用いられている。

しかし、これらの装置はいずれも一工程当りの分離効率
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、同一の分離工程を多段にカスケード方式によって
繰返すことが必要であった。

これに対し、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、これを電気的に分離するレーザ法同位体
分離装置は、−工程当りの分離効率が非常に盲いため、
従来のようにカスケードを組む必要がなく、装置全体が
小形で経済性の点で有利となっている。

第７図はこのレーザ法により同位体分離装置を概略的に
示した模式図である。同図において、同位体分離装置１
は、装置本体を曇密に収容する真空容器２と、装置全体
を構成する各機器とからなる。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が埋設される。蒸発用るっぽ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８によりｔ♀され金属原料３の液面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
高温に加熱され溶融状態を経て蒸発し、同位体の蒸気流
１０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の上部空間に囲むように形成された蒸気封入
容器１１内に封入され、さらに上方に案内される。

次に、蒸気流■０に対して１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、一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
電子が放逐された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とを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
同板１６により回収される。

第８図は電子銃６の断面について、その電位分布と電子
ビーム軌道を解析した図である６図において、アノード
６３ａ、　６３ｂ、フィラメントカソード６１、ウェー
ネルト６２．電子銃天板６４ａ、　６４ｂは紙面表裏方
向に長い構造であり、偏向磁束は紙面裏側から表側方向
に貫かれている。また、アノード６３ａ、　８３ｂと電
子銃天板６４ａ、　６４ｂはアース電位、フィラメント
カソード６１とウェーネルト６２はマイナスの高電圧が
印加され、図の様な電位分布を形成する。電子は加熱さ
れたフィラメントカソード６１から飛出して電位勾配に
沿って加速され、二つのアノード６３ａ、　６３ｂ間を
通って電子銃６の外の空間に飛び出す。この間、電子は
図に示したように偏向磁束によって軌道を曲げられ、第
７図に示したようにるつぼ４に到達する。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様なレーザ法同位体分離装置においては、蒸気
封入容器の外部に置かれた電子銃からるつぼ４内の金属
に正確に電子ビームを照射しなければならないため、偏
向磁束の調整とともに電子銃の出口に電界レンズを配置
してビーム軌道を微！５ｉａすることが行なわれる。と
ころが、このビーム軌道の調整に際して、電子銃６内で
のビームの偏向が問題となる。第８図に示したビーム軌
道６６を見ると、フィラメントカソード６１から飛出し
た電子は、加速されて二つのアノード６３ａ、　６３ｂ
間を通るまでに偏向を受け、電子＃Ｊ６の外の空間に飛
び出す時には電界の加速方向に対してかなりの角度を持
っている。この電子銃６内での偏向は軌道調整の際の偏
向磁束の変化に影響されるため、電子銃６内での電子ビ
ームの軌道６６は一定にならず、ビームの発散角度等が
まちまちに変化することになる。また、二つのアノード
６３ａ、　６３ｂ間の狭い電子銃やカソードとアノード
の距離の長い電子銃では偏向側のアノード・に電子が衝
突する可能性が高く、ｌ！電子銃設計が制約される。さ
らに電子銃の出口に電界レンズを設置した場合、ビーム
がレンズの中心部付近を一定して通らないため、軌道を
調整する度にレンズの位置を動かすか、中心部の大きな
レンズを用いなければならない、従って、電子銃や電界
レンズの設計が困難になり、ビーム軌道の調整範囲も制
約を受は番ことになる。

本発明は上記のａ＊ｉｉを解決するためになされたもの
であり、電子銃内でのビーム軌道を修正でき。

電子銃外のビーム軌道の調整範囲の制約が少なく、電界
レンズの設計も容易となる電子銃装置を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本出願の第１の発明は、線状の照射用電子ビームを発生
する電子銃がその電子ビーム軌道を偏向させるための磁
場中に置かれる電子銃装置において、電子銃近傍に超電
導材よりなる磁束遮蔽装置を設けたことを特徴とするも
のである。

第２の発明は、線状の照射用電子ビームを発生する電子
銃がその電子ビーム軌道を偏向させるための磁場中に置
かれろ電子銃装置において、電子銃近傍に磁束抑制装置
を設けたことを特徴とするものである。

第３の発明は、加速電場によって線状の照射用電子ビー
ムを発生する電子銃が電子ビーム軌道を偏向させるため
の磁場中に置かれる電子銃装置において、加速電場の方
向を前記磁場による偏向方向の逆方向に偏らせたことを
特徴とするものである。

（作用） 第１の発明によれば、電子銃近傍に磁束遮蔽装置を設け
たため、電子銃近傍での偏向磁場磁束は電子銃を取囲む
ように設けられた磁束遮蔽装置の外部を通る様になり、
電子銃内での偏向磁場の磁束密度は零となり、電子ビー
ム軌道が偏向磁場の影響を受けなくなる。

次に、第２の発明によれば、電子銃近傍に磁束抑制装置
を設けたため、電子銃内での偏向磁場磁束は電子銃近傍
に設けられた磁束抑制装置を通る様になり、電子銃内で
の偏向磁場の磁束密度は低下し、電子ビーム軌道が偏向
しにくくなる。

次に″、第３の発明によれば、電子ビームの加速電場の
方向を偏向磁場による偏向方向の逆方向に偏らせたため
、電子銃内での電子ビームは電子銃の中心軸付近を通る
様になり、アノード等の構造物に衝突する可能性が少な
くなる。また、常に電子ビームを電界レンズの中心付近
に通すことが可能となる。

（実施例） 以下本発明の第１の実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。

電子銃装置１０６は、従来と同様の電子銃６と、これを
取り囲む磁束遮蔽装置１７０とからなる。この磁束遮蔽
装置１７０は、冷却板１７１およびその表面に形成され
た超電導材の薄板１７２よりなり、アノード６４ａ、　
６４ｂ、カソード６１等の構造物と同様に紙面表裏方向
に長い構造であり、その端部は電子銃６を取囲む様な形
状となる。

第２図において、磁束遮蔽装置１１７０は、紙面裏側か
ら表側方向に貫かれている偏向磁場８の磁束を超電導に
よるマイスナー効果により磁束遮蔽装置１７０の外部に
押出すため、電子銃６内部の磁束密度は零となる。その
ため、フィラメントカソード６１を飛び出した電子は、
偏向磁場８による偏向を受けず、電界の勾配に沿ってほ
ぼ電子銃６の中心を通って加速されて電子銃６の外へ飛
び出すことになる。従って、電子ビームがアノード等の
構造物に当たるのを回避することができる。さらに。

電子ビームは電子銃６の出口付近に設けた電界レンズの
中心付近に入射することになる。また、磁束遮蔽装置１
７１が外部に押出す磁束は一様に広がり、電子銃装置１
０６から離れた場所の偏向磁場に影響を与えろことは少
ない。一般に偏向磁場の磁束密度は数十ガウス程度の強
さなので、磁束遮蔽装置１７０は極く薄い超電導材でよ
い。従って。

磁束遮蔽装置１７０は、例えば、液体窒素等で冷却され
た冷却板１７１の表面にＹ　ＢａＣｕ　Ｏ系のセラミク
ス超電導材の薄膜を形成したものにより構成されること
になる。また、電子銃装置１０６近傍は真空なので冷却
板１７１の断熱は比較的簡単に行なえる利点もある。な
お、第２図中符号６７は碍子である。

上記第１の実施例の変形例として、厘い超電導材や液体
窒素中に浸漬されて冷却される磁束遮蔽装置や図示した
以外のアノード形状、ウェーネルト形状の電子銃、ブロ
ック状カソードの電子銃等がありうる。

次に、本発明の第２の実施例を第３図、第４図を参照し
て説明する。

電子銃装置２０６は、従来と同様の電子銃６と、この電
子銃６の一部を取り囲む磁束抑制装置２７０とからなる
。　この磁束抑制装置２７０は強磁性体の極薄板よりな
り、アノード６４ａ、　６４ｂ、カソード６１等の構造
物と同様に紙面表裏方向に長い構造であり、その端部は
電子銃６を取囲む様な形状、または、同断面で電子銃６
よりただ長いだけの形状となる。

強磁性体の極薄板よりなる磁束抑制装置２７０は、紙面
裏側から表側方向に貫かれている偏向磁場８の磁束を引
寄せるため、電子銃６内部の磁束密度は非常に小さくな
る。そのため、フィラメントカソード６１を飛出した電
子は、偏向磁場８による偏向を強く受けず、電界の勾配
に沿ってほぼ電子銃６の中心を通って加速されて電子銃
６の外へ飛出すことになる。また、磁束抑制装置２７０
の形状や板厚、強磁性体の透磁率を調整することにより
、電子銃６内での電子ビーム軌道を調整することができ
る。ただし、磁束抑制装置２７０を多量の強磁性体によ
る強力な磁気シールドとすると、電子銃６から離れた場
所の偏向磁場にまで影響を与えることになり、電子銃６
外の電子ビーム軌道を狂わせるので注意を要する。一般
に偏向磁場の磁束密度は数十ガウス程度の強さなので、
磁束抑制装置２７０は極く薄い鉄板や鉄粉を混入した非
磁性体等により構成されることになる。

次に本発明の第３．第４の実施例を、それぞれ第５図お
よび第６図を参照して説明する。第５図および第６図は
、これら実施例による電子銃３０６゜４０６の断面につ
いて、　それぞれ、その＠ｆＩ″／、分布と電子ビーム
軌道を解析し、等電位線６５と電子ビーム軌道６６とを
表わした図であり、従来技術を示した第８図に対応する
ものである。

第５図は、第８図における偏向側のアノード６３ｂを取
去った形の電子銃３０６であり、偏向側の電子銃天板６
４ｂがアノード６３ｂの役割を果たしている。

図から分るように、　アノード６３ａの非対称性によっ
て電界の勾配（等電位線６５の法線方向）にアノード６
３ａ側への偏りが発生する。従って電子はアノード６３
ａ側に偏って加速される。　しかし、電子銃３０６内の
空間にも偏向磁束が存在するため、電子は反アノード側
に偏向されほぼ電子銃３０６の中心を通って電子銃３０
６の外に飛び出す事になる。

従って、電子ビームは電子銃３０６の出口付近に設けた
電界レンズの中心付近に入射することになる。

また、偏向磁束が無い場合でもアノード６３ａに電子ビ
ームが当ることはなく、偏向側には構造物が少ないため
電子ビームの衝突による不具合が発生しにくい。

第６図は、第８図における偏向側のアノード６３ｂにマ
イナスの電圧を印加した電子銃４０６である。

図において、偏向側のアノード６３ｂにマイナスの電圧
を印加したため電界の勾配に反偏向側への偏りが発生す
る。従って電子は反偏向側に偏って加速される。　しか
し、電子銃４０６内の空間にも偏向磁束が存在するため
、電子は偏向されほぼ電子銃４０６の中心付近を通って
電子銃４０６の外に飛び出す事になる。従って、第５図
の場合と同様に電子ビームは電子銃４０６の出口付近に
設けた電界レンズの中心付近に入射することになる。ま
た、偏向側のアノード６３ｂの印加電圧を調整すること
により、電子銃内での電子ビーム軌道を調整することが
できるため、電子ビームがアノード等の構造物に当たる
のを回避することができる。

尚、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、
例えば第５図で偏向側のアノードを取り去らずに非対称
位置にずらして配置した電子銃や、図示した以外のアノ
ード形状、ウェーネルト形状の電子銃、ブロック状カソ
ードの電子銃等に適用でき、その要旨を変更しない範囲
で種々変形して実施できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、偏向磁束による電子
銃内での電子ビームの偏向を排除・抑制でき、電子ビー
ムがアノード等の構造物に当たるのを回避することがで
き、電子銃外のビーム軌道の調整範囲の制約が少なく、
電界レンズの設計も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子銃装置の第１の実施例を示す
斜視図、第２図は第１図の■−■線矢視断面図、第３図
は本発明による電子銃装置の第２の実施例を示す斜視図
、第４図は第３図のｒＶ−ＩＶ線矢視断面図、第５図、
第６図はそれぞれ本発明による電子銃装置の第３．第４
の実施例の電位分布と′電子ビーム軌道を解析した結果
を示す図、第７図はレーザ法同位体分離装置を概略的に
示した模式図、第８図は従来の電子銃の電位分布と電子
ビーム軌道を解析した図である。 １・・・メ同位体分離装置　　２・・・真空容器３・・
・金属原料　　　　４・・・蒸発用るつぼ５・・・冷却
管　　　　　６　、３０６．４０６・・・電子銃７・・
・電子ビーム　　　８・・・偏向磁場６１・・・フィラ
メントカソード ６２・・・ウェーネルト　　６３ａ、　６３ｂ・・・ア
ノード６４ａ、　４６ｂ・・・電子銃天板　　６５・・
・等電位線６６・・・電子ビーム軌道　１０６．２０６
・・・電子銃装置１７０・・・磁束遮蔽装置　１７１・
・・冷却板１７２・・超電導材の薄膜　　２７０・・・
磁束抑制装置／Ｄｔ） 第 図 第 図 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）線状の照射用電子ビームを発生する電子銃がその
   電子ビーム軌道を偏向させるための磁場中に置かれる電
   子銃装置において、電子銃近傍に超電導材よりなる磁束
   遮蔽装置を設けたことを特徴とする電子銃装置。
2. （２）線状の照射用電子ビームを発生する電子銃がその
   電子ビーム軌道を偏向させるための磁場中に置かれる電
   子銃装置において、電子銃近傍に磁束抑制装置を設けた
   ことを特徴とする電子銃装置。
3. （３）加速電場によって線状の照射用電子ビームを発生
   する電子銃が電子ビーム軌道を偏向させるための磁場中
   に置かれる電子銃装置において、上記加速電場の方向を
   前記磁場による偏向方向の逆方向に偏らせたことを特徴
   とする電子銃装置。
4. （４）電子ビームの加速電場の方向をアノードの位置を
   非対称にすることにより偏らせたことを特徴とする請求
   項３記載の電子銃装置。
5. （５）電子ビームの加速電場の方向をアノードの電位を
   非対称にすることにより偏らせたことを特徴とする請求
   項３記載の電子銃装置。