JPH04196039A - 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、高電力電子銃に係り、特に、電子ビーム強度
を容易に変化させることができるように改良を施した電
子銃に関するものである。

（従来の技術） 近年、化学反応、顕微鏡１分析、溶接等の多くの先端材
料の分野で電子ビームが使用され、この電子ビームの発
生源として電子銃が用いられている。第３図に、従来か
ら用いられている電子銃の一例を示した。即ち、電子銃
は、絶縁物２を介して陽極ワイヤ１をその内部に貫通配
置したイオン化室３と、後述する導電性抽出グリッド１
１を介して前記イオン化室３と連通ずる高電圧室５とか
ら構成されている。また、前記イオン化室３には、高電
圧室５とは反対側に、電子に対して透過性のある出口窓
１０が形成され、さらに、高電圧室５との連結部には、
出口窓１０の電圧にほぼ等しい電圧の導電性抽出グリッ
ド１１が形成されている。

一方、前記高電圧室５内には、高い負のバイアス電圧に
ある陰極７が絶縁物８に支持されて収納され、この陰極
７から高電圧室５の外部へ電圧導入端子９が引き出され
ている。また、高電圧室５には排気口１２が設けられ、
これを排気装置（図示せず）に連結することによって、
前記イオン化室３及び高電圧室５内の圧力を制御できる
ように構成されている。

なお、イオン化室３と高電圧室５の両者は、陽イオン化
を達成できる極めて低い圧力の気体を含有しており、通
常は、１０〜５０ミリ・１・−ルのヘリウムか用いられ
る。また、イオン化室３の壁４と高電圧室５の壁６は、
共にアース電位になっている。さらに、イオン化を行な
う際には、陽極ワイヤ］とイオン化室の壁４との間に、
１０〜２０キロ・ボルトのパルス電圧が印加される。一
方、陰極７は、高電圧供給源（図示せず）に接続された
電圧導入端Ｊ′−９を通じて、負のバイアス電圧（例え
ば、−１，５０キロ・ボルト）に恒常的に継持されてい
る。また、出口窓１−０は、高エネルギーに対して透過
性のある幾分薄いシートで構成されている。このシート
は、アルミニウムまたはチタンの様な金属で作成するこ
とが可能であり、数１０マイクロ・メーターの厚さを有
している。さらに、この窓幅としては、多くの適用例、
特に、照射による桐材の処理に関連した適用例において
は、］、　ｃ　ｍを越える窓幅を要している。

この様に構成された従来の電ｒ銃においては、以下に述
べる様にして、電子ビーム源となる電子が放出される。

即ち、イオン化室３に貫通配置された陽極ワイヤ１に、
低圧力下でパルス電圧を印加すると、アース電位にある
イオン化室の壁４との間に放電が起こり、イオン化室３
内にプラズマが発生する。一方、高電圧室５内に配設さ
れた陰極７は、前記プラズマから陽イオンを引き出す。

この陽イオンは、イオン化室３と高電圧室５との間に配
設された導電性抽出グリッド１１を通って高電圧室５内
に侵入し、陰極７に当たる。すると、陰極７の表面にお
いて、前記陽イオンの衝撃によって電子が放出される。

この様にして放出された電子は、陽イオンとは逆方向に
進み、導電性抽出グリッド１１に向かって加速され、さ
らに、イオン化室３を通過して出口窓１０に至り、電子
ビーム源として供給される。

ここで、導電性抽出グリフ＋；１１の近辺における陽イ
オンの初朋エネルギーを無視し、負のバイアス電圧をＶ
ＩＩＴ、陽イオンの電荷量をｅとずれは、陽イオンは（
単一の荷電イオンに関係があることを念頭におけは）、
ｅ−ＶＩＩＴに等しいエネルギーをもって陰極７に到達
するものと考えることができる。また、陰極７の表面上
で抽出グリッドより引き出された陽イオンの衝撃により
２次放出された電子は、抽出グリッド］−１に向かって
加速され、そこで電子は、ｅ・Ｖ　ＩＩＴのエネルギー
に到達する。

これらの状態下において、−個の陽イオンと、この陽イ
オンによって放出される電子は、同じ電場線に対応して
、はぼ重畳する軌道を呈する。

１−記の様な電子銃は、主として、電子銃を電子励起に
よるガス・レーザー、マグネット・ハイドロダイナミッ
ク発電機に、また、出口窓］、０をＸ線発生用ターゲッ
トに置き換えることで、Ｘ線発生装置に適用し得るもの
である。

ところで、電子銃より発生する電子ビームに要求される
強度は、適用対象（例えば、電子励起によるガス・レー
ザー等）に著しく依存するものである。そこで、従来よ
り上記のビーｊ、強度ス、ｊ策と＝　　５　　− ＝　　４　− して、第３図に示した陰極７に印加する負のバイアス電
圧を可変とすることにより、イオン化￥３から引き出す
陽イオン数を変化させ、それによって、陰極表面におけ
る陽イオン衝撃によって放出される電子数を変化させて
、電子電流を変化させ、電子ビーム強度を制御する方法
が用いられていた。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、−１−述した様な従来の電子銃には、以
下に述べる様な解決すべき課題があった。即ち、電子電
流を変化させるためには、上記の様に、陰極表面に到達
する陽イオン数、即ちイオン化室３から抽出グリッドを
通して引き出す陽イオン数を変化させれはよいわけであ
るが、従来は、この手段として、負のバイアス電圧を変
化させる方法のみを採用していた。そのため、電子ビー
ムの強度を増加するには、負のバイアス電圧を増加させ
なけれはならず、電源容量の増加をもたらし、効率が非
常に悪いものであった。

本発明は、−１−記の様な従来技術の欠点を解消するた
めに提案されたものであり、その目的は、電子ビームの
強度の調整を容易に行うことができ、また、陰極に接続
される電源の容量を低減することのできる高効率の電子
銃を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、電子に対して透過性のある出口窓と、その反
対側に設けられた導電性抽出グリッドを備え、また、低
圧力でイオン化すべき気体と、この気体を電離させて陽
イオンを発生させるワイＡ・を備えたイオン化室と、前
記抽出グリッドを介してイオン化室と連通され、抽出グ
リッドに対向する位置に陰極を収容した高電圧室から成
る電ｒ−銃において、イオン化室内のワイヤの長手方向
に平行な磁場を発生させる磁場発生装置を配設したこと
を特徴とするものである。

（作用） 本発明の電子銃によれば、イオン化室内のワイヤの長手
方向に平行な磁場を発生させることにより、イオン化室
内のイオン化効率を予め高めることができるので、従来
と同じパルス電圧で飛躍的に高いプラズマ密度を達成す
ることができる。その結果、従来と同じ電子ビーム強度
を得る場合でも、電圧可変操作のみで対応するより電源
容量は小さくて済み、ワイヤに印加するパルス電圧の低
減も実現できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。なお、第３図に示した従来型と同一
の部Ｈには同一の符−」°をイ・ｊして、説明は省略す
る。

本実施例においては、第１図に示した様に、イオン化室
３内に、陽極ワイヤ１の長平方向に平行な磁場を発生ず
ることかできる磁場発生装置２０が設けられている。他
の構成は第３図に示した従来型と同様である。

この様な構成を有する本実施例の電子銃においては、以
下に述べる様にして、電子ビームの強度を容易に調整す
ることができる。即ち、イオン化室３内に配設された陽
極ワイヤ１とイオン化室の壁４との間にパルス電圧を印
加し、それと同門して磁場発生装置２０を印加する。す
ると、パルス放電によってイオン化室３の気体が電離し
て電子が発生ずる。この場合、第２図に示した様に、電
場（Ｅ）に対して垂直に磁場（Ｈ）が存在するため、パ
ルス放電によって発生した電子は、陽極ワイヤ１の長平
方向にらせん運動を行なう。その結果、気体原子との衝
突を促進し、イオン化効率を高め、プラズマ密度も高い
ものとなる。こうして、放電により生成したプラズマ中
の陽イオンは、高電圧室５内の陰極７に向かって加速さ
れ、抽出グリッド１１を通過して、陰極７に当たる。つ
まり、陰極表面に到達する陽イオン数が増加し、この陽
イオンによって２次放出される電子数も増加することに
なる。

従って、電子ビーム強度を大幅に増加させる必要がある
場合には、従来と同様に陰極７に印加する負のバイアス
電圧■を増加し、さらに、イオン化室３に配設された磁
場発生装置２０により、陽極ワイヤ１の長手方向に平行
な磁場を発生させて、イオン化室内のイオン化効率を高
めれば、効率良　　Ｑ− く電子ビーム強度を増加させることができる。−方、従
来と同様の電子ビーム強度が必要である場合においても
、磁場発生装置２０により、陽極ワイヤ１の長平方向に
平行な磁場を発生させることにより、イオン電流の増大
を図ることができ名ので、陰極７に印加する負のバイア
ス電圧■及び陽極ワイヤ１に印加するパルス電圧を低減
することが可能となり、電源容量の低減を実現できる。

さらに、陽極ワイヤ１に印加するパルス電圧の低減が可
能となることから、パルスの高繰返し化に適し、パルス
発生装置の長寿命化も図れる。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、イオン化室内のワ
イヤの長手方向に平行な磁場を発生させる磁場発生装置
を配設することによって、電子ビームの強度の調整を容
易に行うことができ、また、陰極に接続される電源の容
量を低減することのできる高効率の電子銃を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子銃の一実施例を示す断面図、
第２図はイオン化室内の電子の軌道を示す図、第３図は
従来の電子銃の一例を示す断面図である。 コブ・・陽極ワイヤ、２・・・絶縁物、３・・・イオン
化室、４・・・イオン化室の壁、５・・高電圧室、６・
・・高電圧室の壁、７・・・陰極、８・・・絶縁物、９
・・・電圧導入端子、１０・・・出口窓、１１−・・・
導電性抽出グリッド、１２・・・排気口、２０・・・磁
場発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子に対して透過性のある出口窓と、その反対側に設け
   られた導電性抽出グリッドを備え、また、低圧力でイオ
   ン化すべき気体と、この気体を電離させて陽イオンを発
   生させるワイヤを備えたイオン化室と、前記抽出グリッ
   ドを介してイオン化室と連通され、抽出グリッドに対向
   する位置に陰極を収容した高電圧室から成る電子銃にお
   いて、前記イオン化室内のワイヤの長手方向に平行な磁
   場を発生させる磁場発生装置を配設したことを特徴とす
   る電子銃。