JPH04196040A - 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２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２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
ある低温陰極７が絶縁物８に支持されて収納され、この
低温陰極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・−ルのヘリウムが用いられ
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１とイオン化室の壁４との間に、
１−０〜２０キロ・ボルトのパルス電圧が印加される。

一方、低温陰極７は、高電圧供給源（図示せず）に接続
された電圧導入端子９を通じて、負のバイアス電圧（例
えは、−１５０キロ・ボルト）に恒常的に紺゛持されて
いる。また、出口窓１０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１−０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、１ｃｍ
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子銃においては、以下に述
べる様にして、電子ビーム源となる電子か放出される。

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
内に陽イオンが発生ずる。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
１］を通って高電圧室５内に侵入し、低温陰極７に当た
る。すると、低温陰極７の表面において、前記陽イオン
の衝撃によって電子か放出される。

この様にして放出された電子は、陽イオンとは逆り向に
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、導電性抽出グリッド１１の近辺における陽イオ
ンの初期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とすれば、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低温陰極７に
到達するものと考えることができる。また、低温陰極７
の表面１−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１１に
向がって加速され、そこで電子は、ｅ−ＶＩＩＴ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。

上記の様な電子銃は、主として、電ｒ−銃を電ｒ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１ｏ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（例えは、電ｒ−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
より上記のビーム強度対策として、第２図に示した低温
陰極７に印加する負のハ・ｒ了ス電圧を可変とすること
により、イオン化室３かＩ：、引き出す陽イオン数を変
化させ、それに＝　　４　−− 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。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、１ユ述した様な従来の電子銃においては
、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、即ちイオン電流を変化させればよ
いわけであるが、従来は、このイオン電流を変化させる
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ばならず、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、上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ｒ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］ （課題を解決するだめの手段） 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、陽
イオンを発生する装置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、前記陰極を、抽出グリッドに対して移動可
能に構成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、電子ビームの強度を変化させ
るにあたり、陰極に印加される電圧を変化させるだけで
なく、陰極を抽出グリッドに対して移動させることによ
って、イオン化室から引き出されるイオン電流を変化さ
せ、それによって、電子ビームの強度の調整を容易に行
うことができる。また、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
は小さくて済む。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。なお、第２図に示した従来型と同一の部材には
同一の符号を付して、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、低温陰極７
を支持する絶縁物２０の側面の一部に、円筒状に金属コ
ーティング部２１が形成されている。一方、前記絶縁物
２゛０が高電圧室５の壁６を貫通する部分には、前記絶
縁物２０がその内側面に沿って摺動するフランジ２２が
形成されている。

また、前記金属コーティング部２１とフランジ２２の内
側面との間には、両者の摺動の円滑化を図るために運動
０リング２３が配設されている。

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。一般に、２次放出を行う電子銃の強度
、即ち、電子電流の強さは、陰極表面に衝突する陽イオ
ン数（抽出グリッドから引き出されたイオン電流）に依
存し、また、イオン化室３から引き出されるイオン電流
は、低温陰極７の負のバイアス電圧をＶ、導電性抽出グ
リッド１１と陰極７間の距離をｄとすると、Ｖ３２／ｄ
２に比例することが知られている。このことから、電子
ビームの強度を増加したい場合には、低温陰極７をイオ
ン化室３側に移動させることにより上記ｄの値を小さく
すれば、イオン化室３から引き出されるイオン電流を容
易に大きくすることができる。その結果、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、従来と同様に低温陰極７に印加する負のバイ
アス電圧■を増加し、さらに、低温陰極７をイオン化室
３側に移動することにより、効率良く電子ビーム強度を
増加させることができる。一方、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、低温陰極７をイオ
ン化室３側に移動することによりイオン電流の増大を図
ることができるので、低温陰極７に印加する負のバイア
ス電圧Ｖ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。

なお、本発明は−Ｉ−述した実施例に限定されるもので
はなく、低温陰極の移動手段は、所望の電子ビーム強度
が得られるように、低温陰極７とイオン化室３の距離ｄ
を適宜変化させることができるものであれば良い。また
、所望の電子ビーム強度に対応して、低温陰極を所定の
位置に自動的に移動させるような制御手段を、前記低温
陰極の移動手段に接続しても良い。

［発明の効果］ 以」二説明した様に、本発明によれば、陰極を抽出グリ
ッドに対して移動可能に構成することによって、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図は従来の電子銃の一例を示す断面図である。 １・・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・・低温陰極、８・・・絶縁物、９・・
・電圧導入端子、］０・・・出「１窓、１１・・・導電
性抽出クリッド、１２・・・排気口、２０・・絶縁物、
２１−・・・金属コーティング部、２２・・・フランジ
、２３・・・運動０リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、陽イオンを発
   生する装置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
   、 前記陰極を、抽出グリッドに対して移動可能に構成した
   ことを特徴とする電子銃。