JPH03190044A - 電子線加速器 - 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） 本発明は真空容器内で熱陰極から放出される電子をこの
容器外に配置した高電圧源に接続した容器内の陽極によ
り静電的に加速する電子線加速器に関する。

（従来の技術） このような電子線加速器は、グラフト重合、排ガス処理
、材料分析などに広く利用されており、この構成として
は、従来、例えば第４図に示す装置がある。

真空容器１２内には、熱陰極１、これを内包する配置の
円錐台形状のバイアス電極２、電子通過口である中心口
を持つドーナツ形状の引き出し陽極３と静電レンズ群４
、及び加速電子線検出電極１３が、この順に中心軸上に
並んで収容されている。熱陰極ｌと引き出し陽極３．静
電レンズ群４との間には直流高電圧源８が接続され、引
き出し陽極３．静電レンズ群４の各電極はデバイダ−抵
抗７によって分割された電源８の電圧が印加されている
。熱陰極１は可変直流電源９よって加熱され、熱陰極１
直前に配置されたバイアス電極２は直流電源１０によっ
て熱陰極１よりも負の電位に保たれる。そして、これら
の直流電源９及び１０は絶縁トランス１１から電力の供
給を受けて駆動している。

この電子線加速器が駆動すると、熱陰極１は赤熱し、引
き出し陽極３によってこの熱陰極１から発生した熱電子
５が引き出される。そして、バイアス電極２には電子通
過口が設けられており、上述のような電位であるので、
ここを通過する熱電子５を結果的に絞り込むように作用
し、引き出し陽極３の電子通過口の中央部を通過する。

更に加速電極を兼ねる静電レンズ群４の電子通過口に進
入し、収束・加速を繰り返して加速電子線６となって放
出される。

この時、バイアス電極２の電位又は熱電子５の引き出し
速度によっては適正な絞り状態からはずれ、熱電子が引
き出し陽極３や静電レンズ群４に衝突して加速電子線６
を効率的に得られないことがある。このため前述の加速
電子線検出電極１３が設けられており、この検出電極１
３に入射した、電子線量に比例した電流が、ＤＣ／ＡＣ
コンバーター１４によって交流信号に変換され、高電位
にある直流電源９に対応させるために信号伝達用絶縁ト
ランス１５を経て、ＡＣ／ＤＣコンバーター１６で再び
直流信号に変換され、直流電源９の出力にフィードバッ
クされる。このフィードバックによって直流電源９がネ
ガティブに制御され、加速電子線６の線量が一定となる
安定した熱陰極１の加熱温度とすることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような電子線加速器は通常、高い電圧を
使用して高速の電子線を得ている。例えば、Ｉ　ＭｅＶ
の電子線を得るためにＩＭＶの直流電圧が必要となる。

一方、加速電子線検出電極１３は接地電位にあって直流
電源９の電位との差は非常に大きくなり、この電圧に耐
えるために絶縁トランス１１．１５は大型となり、且つ
高価なものとなってしまう。したがって、このような装
置においてはスペース的且つコスト的な問題を有してい
た。

本発明の目的は、上記問題を解決することであり、コン
パクト且つ安価で、安定して高エネルギーの電子線を発
生することのできる電子線加速器を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明は、真空容器内で熱陰極から放出される電子を高
電圧源で接続した陽極により静電的に加速する電子線加
速器であって、前記熱陰極が酸化物又は６ほう化ランタ
ンより成り、一端が該陰極近傍に位置し且つ他端が真空
容器外へ貫通している赤外線導光部材と、真空容器外の
赤外線導光部材端部に近接配置され且つ該赤外線導光部
材を介する赤外線照射により前記熱陰極を加熱する赤外
線ランプと、赤外線ランプ用電源と、電子線照射口近傍
に配置される電子線検出部材とを有し、前記赤外線ラン
プと前記赤外線ランプ用電源と前記電子線検出部材とに
より赤外線照射量を調整し且つ前記高電圧源から電気的
に独立した加熱系となるフィードバック回路を成す構成
により上記目的を達成することができる。

すなわち、前記赤外線導光部材を介して赤外線ランプか
ら赤外線を照射し、前記熱陰極を加熱している。従って
、これら赤外線照射系とこの熱陰極に接続している高電
圧源とは電気的に完全に分離しており、前記電子線検出
部材からのフィードバック回路を含む赤外線ランプまで
の赤外線照射系を特徴とする請が無（なる。

これにより、前記電子線検出部材からの信号を増幅する
程度で前記赤外線ランプ用電源にフィードパツクするこ
とができ、高電位部と低電位部との間の信号の受渡しの
ために、従来装置で必要であった絶縁トランス、及びフ
ィードバック用コンバーターが不要となり、装置全体を
小型化することができる。

ここで、前記赤外線導光部材としては石英ロッドなどの
赤外線を透過する材料が使用できる。

また、上記電子線加速器において、前記赤外線ランプ及
びその電源に代えてレーザー照射手段を備え、前記赤外
線導光部材に代えて透明で密閉されたレーザー照射窓を
備える構成としても同様の効果を得ることができる。

なお、前記熱陰極と前記陽極との間で電子通過口を備え
て熱陰極近傍に配置されて電子線の絞りの働きをするバ
イアス電極が、電気的に絶縁状態である、最も単純な構
成とすることができる。このバイアス電極は初めは中性
状態であるが、熱陰極からの電子線の入射により負に帯
電する。従ってその後に引き出される電子線を反発し、
絞りの働きを行うことができる。

（実施例） 以上、添付図面に示した本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の電子線加速器の一実施例を示す概略図
である。図中の番号２〜８．１２．１３で示した要素は
従来例を示した第４図内の対応する要素と同一の機能及
び動作を有する。

真空容器１２内において、熱陰極２１はＢｒ、　Ｓｒ。

Ｃａ等の酸化物、又はＬａ　Ｂｅ（６ほう化ランタン）
から成り、この熱陰極２１の電子線照射側近傍にバイア
ス電極２が電子線照射口をその中央に空けて配置されて
いる。更に、その前方にド、−ナツ形状である引き出し
電極３、静電レンズ群４が電子線通路である中心軸に並
んで配置されている。引き出し電極３及び静電レンズ群
４は直流高圧電源８に直列に接続された各デバイダ−抵
抗群７の間に配置され、分割された電圧が印加されるこ
とになる。そして、このデバイダ−抵抗群７と直流高圧
電源８の負極側との間に抵抗２６が配置され、この抵抗
２６と直流高圧電源８の負極側との間にバイアス電極２
が接続され、デバイダ−抵抗群７と抵抗２６との間に熱
陰極２１が接続される。

熱陰極２１に極近接した端部を有する赤外線導光部材で
ある石英ロッド２２が真空容器１２外に密閉されて突き
出ている。この真空容器１２外に突き出た側の端部に面
して赤外線ランプ２３が配置されている。赤外線ランプ
２３には赤外線ランプ用制御電源２４が接続され、この
制御電源２４は真空容器１２内に配置された加速電子線
検出電極１３からのフィードバックを受ける。

この電子線加速器は以下のように動作する。

赤外線ランプ用制御電源２４により点灯される赤外線ラ
ンプ２３からの赤外線は、石英ロッド２２内を全反射し
つつ真空容器１２内の熱陰極２１に照射される。これに
より熱陰極２１は赤熱される。熱陰極２１の構成物質で
あるＢｒ、　Ｓｒ、　Ｃａ等の酸化物、又はＬａ　Ｂ６
（６ほう化ランタン）は７００〜１５００℃程度に熱す
ると大量の熱電子５を発生する。この状態で各電極には
直流高圧電源８より電圧が印加されているので、熱電子
５はまず引き出し電極３方向に移動する。この時バイア
ス電極２は抵抗２６によって熱陰極２１よりも低い電位
となっているので、熱電子５はこの電位に反発し、結果
として絞られ、バイアス電極２に開いている電子線照射
口の中央を広がることなく通過し、静電レンズ群４方向
に移動する。そして、加速電極を兼ねる静電レンズ群４
によって加速電子線６が発生する。

真空容器１２内の加速電子線検出電極１３は加速電子線
６の通路上に配置され、加速電子線６の入射量に応じた
信号を発生することになる。この加速電子線検出電極１
３からの信号を増幅アンプ２５で増幅した後、赤外線ラ
ンプ用制御電源２４にフィードバックする。そして、こ
の信号に対応して、加速電子線６の発生量が一定となる
ように熱陰極２１の温度を調整すべ（、赤外線ランプ２
３の発光量が制御される。

このように上記電子線加速器においては、熱陰極２１と
赤外線ランプ２３との間は電気的に完全に分離しており
、電子線加速部の電位と熱陰極加熱部の電位とを、絶縁
トランスなど使用せずに全く別の電位系とし、簡素な構
成のフィードバック回路を使用することができる。

なお、前述した赤外線導光部材である石英ロッド２２以
外にも赤外線を透過する材料であればよく、更に、熱陰
極２１に赤外線を集中できる形状（例えばレンズ）であ
れば良い。

第２図は、本発明の他の実施例を示す概略図である。

この装置は第１図の電子線加速器の構成要素のうち石英
ロッド２２に代えてレーザー入射窓３１を配置し、赤外
線ランプ２３に代えて大出力レーザーへラド３２を配置
し、赤外線ランプ用制御電源２４に代えてレーザー用電
源３３を配置している。そして、この装置は赤外線に代
えてレーザー光線を用いて熱陰極２１を加熱するもので
あり、第１図の電子線加速器と同様の作用を行う。

第３図は本発明の更に別の実施例を示す概略図である。

この装置は第１図の電子線加速器の構成要素のうちバイ
アス電極２を他の構成要素から電気的に絶縁した構成で
あり、抵抗２６を廃止している。

このようなバイアス電極２では、電子線加速器の始動時
に、熱陰極２１からの電子線５の一部が入射してくる。

そして他の構成要素から絶縁状態であるので、電荷が滞
留して負に帯電する。この帯電がある程度進むと、後続
の電子線５０入射は抑制され、電子線通過口では出射の
広がりを規制する絞りの作用が発生する。このように、
より簡素化した電子線加速器を提供することができる。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明は熱陰極の加熱を非接触の光
学的構成（赤外線ランプやレーデ−光線）によって行う
ことにより、熱陰極の加熱系と熱陰極から発生する電子
線の加速系とを電気的に完全に分離することができ、電
子線検出部材からのフィードバック回路部では信号増幅
アンプを使用する程度の非常に簡素な構成として、安定
して高エネルギーの電子線を発生し、且つ装置全体を小
型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子線加速器の一実施例を示す概略図
、 第２図は本発明の他の実施例を示す概略図、第３図は本
発明の更に別の実施例を示す概略図、第４図は従来の電
子線加速器を示す概略図である。 ４・・・赤外線ランプ制御電源 ５・・・増幅アンプ　　　２６・・・抵抗１・・・レー
ザー入射窓　３２・・・レーザーへラド３・・・レーザ
ー電源 （図中符号） １．２１・・・熱陰極　　　２・・・バイアス電極３・
・・引き出し電極　　　４・・・静電レンズ群５・・・
熱電子　　　　　　６・・・加速電子線７・・・デバイ
ダ−抵抗群　８・・・直流高圧電源９・・・熱陰極加熱
電源 １０・・・バイアス電極用電源 １１．１５・・・絶縁トランス　１２・・・真空容器Ｉ
３・・・加速電子線検出電極 １４・　ＤＣ／ＡＣ，＋７バーター １６−ＡＣ／ＤＣコン５−ｐ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空容器内で熱陰極から放出される電子を高電圧源
   に接続した陽極により静電的に加速する電子線加速器で
   あって、前記熱陰極が金属酸化物又は６ほう化ランタン
   より成り、一端が該陰極近傍に位置し且つ他端が真空容
   器外へ貫通している赤外線導光部材と、真空容器外の赤
   外線導光部材端部に近接配置され且つ該赤外線導光部材
   を介する赤外線照射により前記熱陰極を加熱する赤外線
   ランプと、赤外線ランプ用電源と、電子線照射口近傍に
   配置される電子線検出部材とを有し、前記赤外線ランプ
   と前記赤外線ランプ用電源と前記電子線検出部材とが前
   記高電圧源から電気的に独立で赤外線照射量を調整する
   フィードバック回路を成すことを特徴とする電子線加速
   器。 ２）請求項（１）の電子線加速器において、前記赤外線
   ランプ及びその電源に代えてレーザー照射手段を備え、
   前記赤外線導光部材に代えて透明で密閉されたレーザー
   照射窓を備えることを特徴とする電子線加速器。 ３）請求項（１）又は（２）の電子線加速器において、
   前記熱陰極と前記陽極との間で電子通過口を持って熱陰
   極近傍に配置され、電気的に絶縁状態で、熱陰極からの
   電子線の入射により負に帯電して電子通過口を電子線の
   絞りとするバイアス電極を有することを特徴とする電子
   線加速器。