JPH04363898A - プラズマ生成装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ電子銃、イオ
ン源等のプラズマ生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種プラズマ生成装置として、
図１に示すような、真空中に設けたシールドａ内にコイ
ル状のフィラメントｂから成る陰極を設けたもの、或い
は図２に示すような、シールドａ内に中空パイプｃから
成る陰極を設けたものが知られている。これらのシール
ドａには、ガス導入口ｄとプラズマの出口ｅとが設けら
れ、該出口ｅの周囲にソレノイドコイルｆを配置し、該
出口ｅの前方に陽極ｇが設けられる。ｈは放電電源であ
る。図１に示す方式のものは、フィラメントｂを通電加
熱し、該フィラメントｂから放出される熱電子をガス導
入口ｄから導入したガスに衝突させてシールドａ内でプ
ラズマｉを発生させ、出口ｅのソレノイドコイルｆによ
りプラズマｉを適度に集束させて陽極ｇによりプラズマ
電子ビームｊとして取り出される。また、図２に示す方
式のものは、中空パイプ（中空陰極）ｃと陽極ｇとの間
の放電によりシールドａ内にプラズマｉを発生させる点
が図１の場合と異なり、他は図１の場合と同様である。

【０００３】上記の方式以外に、高周波やマイクロ波を
用いてプラズマを生成する方式もあるが、これらの方式
では装置の構造が複雑で高価になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１や図２に示したプ
ラズマ生成装置は比較的構造が簡単で安価に製作できる
利点があるが、比較的小容量のものにしか利用できず、
得られるプラズマ電子ビームの最大電流は３００Ａ程度
である。これ以上の出力を得ようとすると、陰極からの
電子放出が場所により不均一になるため、陰極上に図４
に示すようなアークスポットが発生し、陰極が溶損して
しまう事故が生じる。更に、小容量であっても、長時間
連続運転を行うと、陰極の消耗に伴ない電子放出が不安
定になり、安定したプラズマ電子ビームが得られなくな
る欠点がある。

【０００５】本発明は、こうした事故や欠点がなく、長
時間連続で安定して大容量のプラズマを生成させること
の可能なプラズマ生成装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、プラズマ生
成のための陰極が中空パイプ状に構成され、その内部へ
ガス導入口が接続され、該中空パイプの外周にこれと同
心で先端にプラズマの出口を形成したシールド円筒を備
え、該シールド円筒の外部の該出口と対向した位置に該
中空パイプと放電電源を介して接続された陽極を設けた
ものに於いて、該シールド円筒の外周に該陰極から安定
して大容量の電子を均一に放出させる磁場を形成制御す
るためのソレノイドコイルを配置することにより、上記
の目的を達成するようにした。

【０００７】

【作用】上記ソレノイドコイルに通電し、中空パイプ状
の陰極の周囲にその中心軸と平行な磁場を形成しておき
、放電電源を作動させて中空パイプに中空陰極放電を発
生させる。これにより該中空パイプの近傍にプラズマが
発生するが、プラズマ中の電子は該中空パイプの中心軸
に平行な磁場に拘束され、その結果、該中空パイプの内
外面に高密度のプラズマが発生する。該ソレノイドコイ
ルに流す電流を制御することにより、必要な電子放出面
に均一に上記磁場を形成させることが出来ると共に必要
な電子放出量を得ることが出来、長時間連続して安定な
大容量のプラズマを中空パイプの近傍に生成させること
が可能になる。発生したプラズマは、従来の場合と同様
に、シールド円筒の出口から陽極に向けて引き出される
。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を別紙図面に基づき説明する
と、図３に於いて符号１は真空室の室壁を示し、該室壁
１に固定された真空シール２を挿通して周囲に冷却水路
３を有する水冷陰極ホルダー４が設けられる。該水冷陰
極ホルダー４にはガス導入口５が貫通して設けられ、そ
の先端に例えばＴａ，Ｗ，ＬａＢ６　のうちのいずれか
１つまたはこれらを複合した材料から成る中空パイプ６
が内部をガス導入口５に連通させて取り付けられる。該
中空パイプ６は陰極を構成し、その外周には、該パイプ
６と略同心にシールド円筒７が設けられ、該シールド円
筒７はその基部を絶縁物８を介して水冷陰極ホルダー４
に固定される。９はシールド円筒７の先端に開口形成し
たプラズマの出口、１０は該出口９と対向する位置に設
けた陽極で、該陽極１０は必要ならば環状に形成され、
これと中空パイプ６は放電電源１１を介して互いに接続
される。

【０００９】以上の構成は、従来の中空陰極形のプラズ
マ発生装置も備えるところであるが、本発明に於いては
、該シールド円筒７の外周に、中空パイプ６の陰極から
安定して大容量の電子を均一に放出させる磁場を形成す
るためのソレノイドコイル１２を設けたもので、これに
より、アークスポットを発生することなく長時間に亘り
大容量のプラズマ電子ビームを得ることが出来る。該ソ
レノイドコイル１２は環状に形成されてシールド円筒７
を囲むように設けられ、図示の例では一定の間隔を存し
て３個（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を配置するようにし
た。

【００１０】その作動を説明すると、真空室内を１０−
５〜１０−２Ｔｏｒｒに排気し、放電電源１１から高周
波を重畳させた直流電圧を中空パイプ６と陽極１０に印
加する。そして極くわずかのＡｒガス等のプラズマソー
スガスをガス導入口５から中空パイプ６内へ流入させる
と、そのガス分子は高周波電場によりイオン化されてプ
ラズマが発生する。該プラズマは、図４のように、電子
、正イオン、中性ガス分子が混在した高温の低圧ガスプ
ラズマで、その正イオンは中空パイプ６の内部をボンバ
ードして該パイプ６の温度を２０００〜２１００℃に上
昇させ、その結果該パイプ６自体が熱電子を放出するよ
うになり、プラズマ自身の増殖作用で急速に該パイプ６
付近の電子密度が増大する。電子は電子勾配により加速
され、プラズマを通過して陽極１０に到達する。

【００１１】こうした場合、ソレノイドコイル１２ａ，
１２ｂ，１２ｃに適当な電流を流して中空パイプ６の中
心軸に平行な磁場を該パイプ６の周囲に形成すると、該
パイプ６付近の電子は図５に示したサイクロイド運動を
行ない、該パイプ６付近の電子密度はさらに増加する。 該パイプ６の中心軸上の磁場の強度を、図６に示すよう
に、Ｏ点からＡ点の間で均一になるようにし、Ａ点より
以降の反陽極部分では徐々に磁場が弱くなるようにする
と、該パイプ６の面上のＯ点からＡ点の間に均一な主電
子放出面が形成され、Ａ点以降の反陽極部分からは殆ど
電子は放出されない。

【００１２】また、放出された電子のうち、反陽極方向
の初速度をもつものは、磁場に沿って該パイプ６の中心
軸に対して徐々に外側に発散するので、図３に示したガ
ス導入口５、水冷陰極ホルダー４、絶縁物８、真空シー
ル２等が電子、及び正イオン等の影響を受けて損傷する
危険がなくなる。尚、シールド円筒７から外れた位置に
存するソレノイドコイル１２ａは、出口９から陽極１０
へと流れる電子ビームの集束性を制御する。本発明の構
成に基づき、更に大容量のプラズマを生成する場合には
、該パイプ６の直径を大きくするか、該パイプ６の長さ
を長くするか、或いは該パイプ６の内部に平板を入れる
等の手段で該パイプ６の面積を増やせばよく、コンパク
トな構造で容易に対応が可能である。

【００１３】生成したプラズマを電子ビームとして利用
する場合は、ビームの集束も考慮に入れ、１００Ａのビ
ームに対しては１０〜１００Ｇａｕｓｓ、また１５００
Ａのビームに対しては２００〜７００Ｇａｕｓｓの磁場
を形成する。本発明の装置の電子ビームの出力時に於け
るビームの安定性を評価するため、アークスポット発生
時に起こるビーム電流、及び電圧の瞬間的な変動の回数
をオシロスコープ及び記録計により計測した結果を表１
に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】この表からわかる通り、本発明の装置によ
れば、従来実用不可能であった３００Ａの電子ビーム出
力に於いて４８時間以上の安定運転が可能になり、更に
１５００Ａの電子ビーム出力でも４８時間以上の安定運
転が実現できた。上記の実施例では、電子銃としての利
用について説明したが、陽極１０を環状の中間電極とし
、さらにその外側即ちシールド円筒７とは反対側にイオ
ン引出し用陰極を設ければ、大容量のイオン銃として利
用することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、シー
ルド円筒に囲まれた中空パイプ状の陰極を備えたプラズ
マ発生装置に於いて、該シールド円筒の周面に均一な磁
場を形成して大容量の電子を均一に放出させるためのソ
レノイドコイルを設けたので、大電流でアークスポット
を発生させずに安定した大容量のプラズマが長時間に亘
って得られ、その構成も簡単で安価に製作できる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコイル状フィラメント形のプラズマ発生
装置の説明図

【図２】従来の中空パイプ状陰極形のプラズマ発生装置
の説明図

【図３】本発明の実施例の截断側面図

【図４】中空パイプ状陰極の原理の説明図

【図５】本発
明の実施例の電子の運動の説明図

【図６】本発明の実施
例に於ける中空パイプの周囲の磁場状態の説明図

【符号の説明】

５　　ガス導入口 ６　　中空パイプ ７　　シールド円筒 ９　　出口 １０　　陽極 １１　　放電電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プラズマ生成のための陰極が中空パイ
   プ状に構成され、その内部へガス導入口が接続され、該
   中空パイプの外周にこれと略同心で先端にプラズマの出
   口を形成したシールド円筒を備え、該シールド円筒の外
   部の該出口と対向した位置に該中空パイプと放電電源を
   介して接続された陽極を設けたものに於いて、該シール
   ド円筒の外周に該陰極から安定して大容量の電子を均一
   に放出させる磁場を形成制御するためのソレノイドコイ
   ルを配置したことを特徴とするプラズマ生成装置。
2. 【請求項２】　　上記ソレノイドコイルは中空パイプの
   中心軸に平行に磁場を形成する環状のコイルで構成した
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成装置。
3. 【請求項３】　　上記中空パイプは、Ｔａ，Ｗ，ＬａＢ
   ６　のうちのいずれか１つまたはこれらを複合した材料
   で形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
   マ生成装置。