JPH04301343A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、高電力電子銃に係り、
特に、電子ビームの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。

【０００３】

【従来の技術】近年、化学反応，顕微鏡，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。図
２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１１を介して前記イオン化室３と連通する高
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、一方、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。さらに、前記出口
窓１０及び導電性抽出グリッド１１の両端には、イオン
化室３内に突出するようにアパーチャ１３が設けられて
いる。

【０００４】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。

【０００５】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・トールのヘリウム
が用いられる。また、イオン化室３の壁４、アパーチャ
１３及び高電圧室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
に、１０〜２０キロ・ボルトのパルス電圧が印加される
。

【０００６】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子９を通じて、負のバイアス
電圧（例えば、−１５０キロ・ボルト）に恒常的に維持
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、照射による材料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。

【０００７】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が
放出される。即ち、イオン化室３に絶縁物２を介して貫
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とイオ
ン化室の両端に設けられたアパーチャ１３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、前記プラズマ中
から陽イオンを引き出す。

【０００８】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パルス
状の電子が放出される。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。

【０００９】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ＶＨＴ、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
けば）、ｅ・ＶＨＴ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１１に向か
って加速され、そこで電子は、ｅ・ＶＨＴのエネルギー
に到達する。これらの状態下において、一個の陽イオン
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、ほぼ重畳する軌道を呈する。

【００１０】上記の様な電子銃は、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１０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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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・レーザ等）に著しく依存す
るものである。そこで、従来より、電子ビームの強度対
策として、図２に示した様に、イオン化室３の両端にア
パーチャ１３を配設することにより、イオン化室３内で
生成されるプラズマ密度を高めて、イオン化室から引き
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、電子ビーム強度を制御する方法が用いられていた
。

【００１２】なお、イオン化室３の両端にアパーチャ１
３を配設することによって、イオン化室３内で生成され
るプラズマ密度が高められるのは、パルス放電によって
発生した電子の内、陽極ワイヤ１の長手方向に運動する
電子が、前記アパーチャ１３により電気的な反発力を受
けて、イオン化室３内に閉じ込められ、その結果、気体
原子との衝突がより促進され、イオン化効率が高まるか
らである。

【００１３】しかしながら、上述した様なイオン化室３
の両端にアパーチャ１３を配設する方法では、イオン化
室３内で生成されるプラズマ密度を十分に増大させるこ
とはできず、また、電子ビーム強度を適宜調整すること
も困難であった。さらに、電子ビームの強度を増加させ
るためには、パルス電源容量を増加させなければならず
、また、陽極ワイヤに印加するパルス電圧を増大させな
ければならなかった。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、陽極ワイヤへの印
加パルス電圧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。

【００１４】［発明の構成］

【００１５】

【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、この気体をパルス的に電離させて陽イオンを発生
させる陽極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り、前記出
口窓及び導電性抽出グリッドの両端に、イオン化室内に
突出するようにアパーチャを設けた電子銃において、前
記アパーチャの内側に、複数個の内部アパーチャをイオ
ン化室内に突出するように配設したことを特徴とするも
のである。

【００１６】

【作用】本発明の電子銃においては、従来から設けてい
たアパーチャの内側に、複数個の内部アパーチャを増設
したので、パルス放電によって発生した電子の内、陽極
ワイヤの長手方向に運動する電子をイオン化室内に閉じ
込めることができるので、イオン化室内のイオン化効率
を格段に高めることができる。また、従来と同じ電子ビ
ーム強度を得る場合でも、従来の様に、陰極電圧を調節
することによって対応するよりも、電源容量を小さくす
ることができ、また、陽極ワイヤに印加するパルス電圧
の低減も可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて具
体的に説明する。なお、図２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。

【００１８】本実施例においては、図１に示した様に、
出口窓１０及び導電性抽出グリッド１１の両端に、イオ
ン化室３内に突出するように設けられたアパーチャ１３
の間に、複数個の内部アパーチャ２０が設けられている
。この内部アパーチャ２０は、前記出口窓１０及び導電
性抽出グリッド１１に取付けられ、イオン化室３内に突
出するように配置されている。

【００１９】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する。この場合、パルス
放電によって発生した電子の内、陽極ワイヤ１の長手方
向に運動を行う電子は、イオン化室３内に突出するよう
に配設された複数個の内部アパーチャ２０により電気的
な反発力を受け、イオン化室３内に閉じ込められる。そ
の結果、気体原子との衝突がより促進され、イオン化効
率が高まり、プラズマ密度も高くなる。

【００２０】この様にして、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、導電性抽出グリッド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。

【００２１】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Ｖを増加して、陽極ワイヤ１への印加
パルス電圧を増加し、さらに、イオン化室３内に内部ア
パーチャ２０を配設することによって、イオン化室内の
イオン化効率を高めることにより、効率良く電子ビーム
強度を増加させることができる。

【００２２】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、イオン化室３内に配設された内
部アパーチャ２０によって、イオン電流の増大を図るこ
とができるので、陰極７に印加する負のバイアス電圧Ｖ
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。

【００２３】この様に、本実施例によれば、電子ビーム
の強度の調整が容易となり、パルス電源の容量の低減、
さらに、陽極ワイヤに印加するパルス電圧の低減が可能
となる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、出口
窓及び導電性抽出グリッドの両端に設けられたアパーチ
ャの内側に、複数個の内部アパーチャをイオン化室内に
突出するように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、陽極ワイヤへの印加パルス電圧を低減
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】

【図１】本発明の電子銃の一実施例を断面図

【図２】従
来の電子銃の一例を示す断面図

【符号の説明】

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…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 １３…アパーチャ ２０…内部アパーチャ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、この気体をパルス
   的に電離させて陽イオンを発生させる陽極ワイヤを備え
   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り、前記出口窓及び導電性抽出グリ
   ッドの両端に、イオン化室内に突出するようにアパーチ
   ャを設けた電子銃において、前記アパーチャの内側に、
   複数個の内部アパーチャをイオン化室内に突出するよう
   に配設したことを特徴とする電子銃。