JPH0449216B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 所定電流要求に応じるために入射イオンに対
して十分に高い比率で二次電子を放射する材質に
よつて形成される陰極と； 陽極とイオン源電極とを結合して構成され、陰
極から放射した二次電子のための通路を形成する
内面を有する実質的な環状中空室を有する結合構
成体と； 前記の環状中空室内にイオンプラズマを発生す
るための手段と； 前記陽極及びイオン源の結合構成体に対して実
質的な負の電位に前記陰極をバイアスする手段
と； 前記陰極に衝突するイオンを前記の中空室から
選択的に放出するための手段と； 前記陰極から放出された二次電子を直進するた
めの手段と； で構成されるプラズマ陽極電子銃組立体。

２ 前記の陰極がモリブデンの表面を有する請求
の範囲１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

３ 前記陽極及びイオン源の結合構成体は、前記
陰極に面する開口列を有する請求の範囲第１項に
記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

４ グリツドが前記通路に直接隣接して配置さ
れ、前記陽極及びイオン源の結合構成体に対して
前記グリツドを正にバイアスするための手段が設
けられている請求の範囲第３項に記載のプラズマ
陽極電子銃組立体。

５ ５万ボルト以上の電圧が印加された前記陽極
及びイオン源結合構成体に対して、陰極に負の電
圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載の
プラズマ陽極電子銃組立体。

６ イオンを放出する前記手段は前記環状中空室
内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を加え
る手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ
陽極電子銃組立体。

７ 前記電極は細い単線、または、複数線である
請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組
立体。

８ 前記電極は、板状体であり、補助磁界が磁石
によつて前記環状中空室に印加される請求の範囲
第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

９ 前記電極は中空陰極形状を有するイオン源環
状中空室と共に穴によつてプラズマ環状中空室に
接続される分離室に含まれる請求の範囲第６項に
記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１０ 前記陰極は、前記環状中空室の通路に直線
配置される前記組立体の軸上に配置され、前記陰
極は、前記の環状中空室に向かつて対面する若干
皿状の表面を有する請求の範囲第１項に記載のプ
ラズマ陽極電子銃組立体。

１１ 前記陰極で発生した電子を集束するための
軸方向磁場を供給する手段を含む請求の範囲第１
項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１２ 前記陰極は、形状が通常円筒であり、前記
結合された陽極及びイオン源構成体は前記陰極を
囲撓して配置される請求の範囲第１項に記載のプ
ラズマ陽極電子銃組立体。

１３ 前記環状中空室は、１以上の開口によつて
相互に結合される２つのプラズマ容積域を有し、
前記陰極に近接する前記容積域の１つは、前記の
陰極に衝突するイオンを放出するため前記の陰極
面と対面する開口列を有し前記中空室は前記容量
域の２つ目の内に延在する少なくとも１つの制御
電極及び前記陰極に衝突するためのイオンの放出
をさせるため前記の制御電極に実質的な正の電圧
パルスを加える手段を有する請求の範囲第１項に
記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１４ 前記環状中空室内に低圧力ガスを充填する
手段を更に有し、前記陰極は前記結合イオン源及
び陽極構成体から前記組立体の軸に沿つて離間さ
れ、かつ対面する若干皿状表面を有する請求の範
囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１５ 前記陰極は、モリブデンの表面を有する請
求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組
立体。

１６ 前記低圧ガスはヘリウムである請求の範囲
第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１７ 前記低圧力ガスは酸素である請求の範囲第
１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１８ 前記結合された陽極及びイオン源構成体は
陰極に対面する開口列を有する請求の範囲第１４
項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１９ グリツドが前記開口に直接隣接して配置さ
れ、前記結合された陽極及びイオン源構成体に対
して、前記のグリツドを正にバイアスする手段が
設けられる請求の範囲第１８項に記載のプラズマ
陽極電子銃組立体。

２０ 10万ボルト以上の電圧が印加された前記陽
極及びイオン源結合構成体に対して、前記陰極に
負の電位を印加する手段を含む請求の範囲第１４
項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２１ イオンを放出する前記手段は前記環状中空
室内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を印
加する手段とを含む請求の範囲第１４項に記載の
プラズマ陽極電子銃組立体。

２２ 前記環状中空室は１以上の開口によつて相
互結合され、前記陰極に衝突するイオンを放出す
るための前記陰極に対面する開口列を有し前記陰
極に近接する１つの容積域を含む２つのプラズマ
容積域と、前記容積域の２つ目に延在する少なく
とも１つの制御電極と前記陰極に衝突するイオン
を放出させるため前記制御電極に実質的な正の電
圧パルスを印加する手段とを含む請求の範囲第１
４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２３ 前記結合構成体は内部を低圧力ガスに維持
する手段を有し、前記バイアス手段は前記結合陽
極及びイオン源構成体に対して３万ボルト以上の
電位差を有する実質的に負の電位に前記陰極をバ
イアスし、イオンを放出する前記手段はイオンが
所定の軌道を追従しながら前記陰極に衝突するよ
うに前記環状中空室からイオンを選択的に放出
し、二次電子を直進するための前記手段は前記所
定のイオン軌道から実質的に異なる軌道に沿つて
前記環状中空室内の前記通路を通つて前記陰極か
ら放出した二次電子を直進させる請求の範囲第１
項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２４ 前記組立体は、前記陰極に向かつて内側に
前記イオンを直進するための手段及び、前記陰極
及び前記電子銃組立体の軸に沿つてビームを形成
するため前記電子を直進するための手段とを含む
請求の範囲第２３項に記載のプラズマ陽極電子銃
組立体。

２５ 前記の陰極は、通常形状において円筒状で
あり、前記陽極及びイオン源構成体は前記陰極を
囲撓して配置される請求の範囲第２３項に記載の
プラズマ陽極電子銃組立体。

１ 発明の分野 この発明は冷陰極電子源、特に自由電子レーザ
ー（FEL）、クライストロン、進行波管及び、ジ
ヤイロクライストロンのための冷陰極電子源に関
する。

２ 発明の背景 リニア加速装置、自由電子レーザー、ジヤイロ
トロンのために電子ビームを発生するための一般
的方法はは、熱電子陰極、またはプラズマ陰極及
び、フイールドエミツタのようなパルス化冷陰極
を利用する。しかしながら、熱電子陰極は、電流
密度において制限され、ヒータ圧力を必要とし、
熱を放射し、被毒しやすい。そして、パルス化高
電圧二極管が高電流を放出するが、それらはせい
ぜい数マイクロセカンドの時間だけの低い動作周
期で作動する。グリツドは、陰極の高電圧で作動
せねばならないので、通常の発生源のグリツド制
御もまた難しい。

従つて本発明の目的は、熱電子陰極に通常関連
する多くの問題を伴わない高密度の電子ビームを
供給することになる。

発明の概要 本発明によると、衝突イオンに対する二次電子
の放出の比率の比較的高い物質で形成される冷陰
極が採用される。陽極とイオン源との結合体は、
ガスプラズマを封じ込めるための環状室及び、陰
極に衝突し、それによつて二次電子を発生するた
めにイオンを選択的に放出する装置を含んでもよ
い。陽極は、上述したように中空であつてもよ
く、中央開口を有してもよく、電子は、電子ビー
ムを形成するために陽極内の開口を介して直進さ
れる。

この発明の追加の特徴及び付随の態様として次
のものがある。

１ 陰極は、陽極及びプラズマ源の結合体に対し
て数10キロボルトまたは100キロボルト以上の
負であるようなかなり実質的な負電位であつて
もよい。入射イオンに対する二次電子の比率は
100キロボルト台の陰極電位において単位イオ
ン当り約14または15個の電子であつてもよい。

２ 一つの実施例として、陰極は、通常のせん孔
型の熱電子陰極のように比較的平らまたは、わ
ずかに皿型であつてもよい。環状陽極電極は陰
極構造の内部に衝突するイオンを放出してもよ
く、この結果、軸に沿つて焦点を合せた電子ビ
ームを形成する放射電子は、陽極及びイオン源
の結合体に向かつて引き戻され、その中央開口
を通過し、それにより軸に沿つた集束電子ビー
ムを形成する。この過程において、電子は、イ
オンとは異なつた軌道に沿つて移動し、イオン
は周辺から陰極に向かつて入り込み、所望の電
子放出密度に従つて陰極に衝突するように配置
される。

３ 他の選択的形態において、ジヤイロトロンの
応用に適し、そのプラズマ源は、実質的に円筒
状であつてもよく、対応する円筒形内部冷陰極
にイオンを内部的に放出し、この冷陰極から最
初に電子が放出され、それから放出電子は電子
及び負電界の結合作用によつて軸方向に指向さ
れ、軸方向の磁界を制御することによりジヤイ
ロトロンに用いられるビームを形成する。

４ イオンのパルスは、ヘリウムのような低圧ガ
スで満たされているプラズマ室内に延びている
１以上の線陽極制御電極によつて制御されても
よい。制御電極が、例えば、キロボルト台の正
の電圧でパルスを発生させると、プラズマ電子
はワイヤの電界によつて捕促され、J.R.
BaylessとRobin Harveyに発行されたU.
SPatent No.3949260に示すように結果のイオ
ンが陰極に面した開口から放出される状態でワ
イヤイオンプラズマメカニズムによつてガスを
イオン化する。

５ 50〜100ボルトのような比較的低い正の電圧
である補助グリツド電極は、陰極に対面するイ
オン源及び陽極の開口に近接して設けられ、プ
ラズマ室内でのプラズマの形成または、減少中
にイオンの漏洩を防止し、故に、イオンビーム
のパルス波形を鋭くし、または、変調する。

６ 他の実施例においては、イオン源は、二つの
結合された室に分けられてもよく、イオン放出
は、陰極に面した開口から離れた後ろ室内の電
極をパルス付勢することによつて行われてもよ
い。

７ 他の実施例において、プラズマ電子を捕促
し、環状イオン源の内部でのイオンの形成を増
大することによつてイオン源内での交さ磁場放
電メカニズムにより、プラズマの定着化を容易
にするために補助磁石が用いられてもよい。

８ 他の実施例において、付加陽極電位の段階に
よつて異なつたまたは、より高いエネルギーに
電子を加速する間、陰極に衝突するイオンのエ
ネルギーは、陰極に関して130キロボルトに設
定される中間電極として、イオン源を動作する
ために設けることによつて、陰極における最大
二次放射及び最少電力消費に対して最適化さ
れ、これに対して電子は、付加陽極電位段によ
つて異なりまたは、高エネルギー加速される。

新しい設計の利点は、次の通りである。

Ａ 接地電位変調 高エネルギー電子ビームは、一般的には接地
されている陽極構成体及び、電子ビームライン
の電位より若干大きい低電力制御パルスによつ
て制御される。直流電圧であつてもよい陰極回
路に高電圧制御の回路は必要とされない。ビー
ム電流は、必要なら定電圧で振幅変調されても
よい。

Ｂ 簡単化熱機械設計 構成は、熱イオン陰極を用いた装置に比べて
かなり簡単化される。その理由としては、室温
の陰極は結合システムを過熱することなく、他
の構成体に対する過度の熱膨脹を受けなく、ヒ
ータを必要としなく、低圧力雰囲気で動作で
き、容易に被毒しないことである。

Ｃ ビームのプロフアイル制御及び低収差 まず通常のピアス電子銃の形状について述べ
ると、陽極で発生したイオンによつて陰極にイ
オン衝撃を与えることによつて、高電子の光学
上の特質に関しての性能が、促進される。イオ
ン衝撃フラツクスは、電極の形状を変えること
によつて整形してもよい。結果の電子密度の配
分は、応用に関しての最適なプロフアイルに一
致するために調整されてもよい。

更に、軸上の陽極ホール領域内のイオン化空
間電荷の存在は、ビームが通過する中央開口を
よりスムーズに横切つて効果的に陽極等電位面
を広げることによつて非点収差を減少させる傾
向にある。

Ｄ 差動ポンプ動作 低圧ガスはプラズマ陽極電子銃の全体の機能
に干渉しない。銃を操作するために、ガスはプ
ラズマ源の断面に挿入されてもよく、この場
合、圧力は、ヘリウム30ミリトル台が要求され
る。そのガスは、グリツドを通つて拡散し、使
用による要求があれば、ガスは陽極の軸上の壁
に沿つて、かつ陽極の外周の適切な位置で排出
されてもよい。高電圧領域におけるガス圧は、
パツシエンの破壊レベルよりも十分下に維持さ
れ、それゆえに、高エネルギー電子衝突によつ
て生じるイオン化の結果は、最少となる。その
上、中空陰極に対抗する中空陽極は、ガス破壊
の問題をもちださなく、パツシエン破壊の長さ
を評価するときに使用される距離は、高電圧断
面の内部でかつ絶縁体に沿つた距離である。プ
ラズマは、陽極断面から排除されてもよく、ま
たは、ビームそれ自身の電子空間電荷の効果を
減少させるために陽極内の電子ビーム領域の中
心に配置されてもよい。

本発明における他の目的、特徴、利点は詳細な
説明の考察及び、添附図から明確となる。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の原理を説明するプラズマ陽極
電子ビーム形成組立体の概要の断面図。

図２は、図１に類似のプラズマ陽極電子銃に関
する電子制御装置の概略を示す。

図３は、現タイプのプラズマ陽極電子銃に応用
できる一つのガス制御装置の概略を説明する図。

図４は、イオン源に関連した補助グリツドを利
用するプラズマ陽極電子ビーム形成銃の概略を示
す図。

図５と６は、それぞれ現タイプのプラズマ陽極
電子銃に関するイオンと電子の軌道を示す図。

図７は、他のイオン源装置を示す図。

図８は、ジヤイロトロンに応用される発明の原
理を示す他の実施例の概略図。

図９は、モリブデンに関する入射ヘリウムイオ
ン当りの二次放射電子の相対的なプロツトであ
り、キロボルトにおける入射イオンのエネルギー
に対してプロツトを示す図。

図１０は、100キロボルト以上の電圧での動作
に関し、独立して調整可能なイオンと電子エネル
ギーを用いることができる変形例である。

図１１は、本発明が、自由電子レーザーまたは
変調器に電子ビームを与えるためにどのように採
用できるかを概略示す。

詳細な説明 図面をより詳細に参照すれば、図１は、本発明
の原理に従つて組立てたプラズマ陽極電子銃を示
す。図１において、陰極１２はモリブデンのよう
な高率の二次生成物を有する物質で作られる。ま
たは、皿型の陰極表面１４には厚いモリブデンの
被覆がもうけられてもよい、そして、陰極表面１
４はピアス電子銃の形をとる。イオンは、入口４
０から室１６に導入される水素、ヘリウム、酸素
のようなガスのイオン化により発生する。そのプ
ラズマ陽極電子ビーム構造体の外囲器１８は接地
されてもよく。導体２０を介して陰極１２にかな
り実質的な負の電位が印加される。DC電圧源２
２により概略的に示した負電位は、導入されたあ
るテストに使用されるような３万または４万ボル
ト台であつてもよいが、以下に述べる理由のため
実用的な例ではマイナス10万から50万ボルト台で
あつてもよい。室１６に供給される比較的低圧力
なガスは、室１６に延びているワイヤー電極２４
に印加される1000ボルトの初期パルスによつてイ
オン化されてもよい。初期のイオン化につづい
て、ワイヤ電極２４の電位はイオン化を維持する
ために、ほぼ300ボルトまで降下されてもよい。
イオン源の室１６と陰極１７との結合体は通常そ
の形状は環状であり、実質上第２図、第５図及
び、第６図に示されるような軌道でもつて電子ビ
ームが通過する中央開口２６を有する。第１図の
他の特徴として、絶縁性陰極ブツシング２８が陰
極１２と入力コネクタ２０を外囲器１８から分離
する点がある。同様にワイヤ電極２４は、支持リ
ング３２によつて共に結合され、導体３１が閉塞
外囲器１８を通る箇所に絶縁ブツシング３４を有
する数個の比較的厚い導体３１を含めることので
きる支持リング３０に設けられてもよい。通常矢
印３６によつて示す電子ビームは、第１図の右へ
図示しない電子装置または構成体に使用するた
め、通路３８の中を通過してもよい。

図２は、イオン源の室４２と陰極４４の好まし
い配置を概略的に示す。図２において、イオンの
軌道は通常破線４６で表わされ、イオンが陰極４
４に衝突した時に発生した電子の軌道は、実線４
８で示される。イオンのための開口５０は、破線
４６によつて示された軌道に追従するためにイオ
ンを強制するため陰極４４に向かう角度でもつて
示されている。試験中においてイオン化が室４２
で維持されている限り、開口５０からある量のイ
オン漏洩があることは決まつていた。従つて、そ
の様な不所望な漏洩を防ぐために、補助グリツド
５２が設けられてもよい。開口５０に関して、約
70ボルトのような比較的低い負の電圧で、永久的
にバイアスされているクリツドに関して、正イオ
ンの不所望な漏洩は、1984年６月18日に提出した
同発明者の先の出願番号No.06／621420に述べたよ
うに防止される。もし望むなら、小型永久磁石５
４と５６が室４２の中のイオンの平均自由路を縮
小するため及び、この室の中のガスのイオン化を
促進するために設けられてもよい。この点につい
て、この原理を利用している同発明者の特許No.
4247804を参照できる。また、その様な付加的集
束が考慮中の出願に要求され、または、望まれる
ならば、電子ビーム４８に補助集束磁界を与える
ソレノイド磁石５８（一部が図２に示されてい
る）設けられてもよい。しかしながら、電子ビー
ムの空間電荷の中和化は陽極のドリフト領域４７
に故意に注入される残留プラズマによつて得られ
る。このビームの集束能力の有効性は進行波管ま
たは、自由電子レーザー（FEL）型の応用に重
要な特徴であり、平行ビームを得るために使用で
きる。

図３は残留ガスが電子銃の所望の下流でない場
合に出願の発明の実施の過程において使われるガ
ス制御装置の概要を示す。特にヘリウムガスは、
環状イオン化室６６にリークバルブ６４を通つて
供給される。プラズマ源の領域６６内に限定圧力
が、ヘリウム約30ミリトル台で要求される。ガス
は、図３に示すような構造体を通つて拡散し、ガ
スは接地陽極７０の外周の好都合な場所に、かつ
取付け部７２に示されるような陽極の軸外壁に沿
つて汲出される。付随的に矢印７４は、関連した
FELに指向する電子ビームを示す。

図４の装置は、図１と同様であり、この二つの
図における対応する部材は同一番号を付し、さら
に説明しない。図４の装置の中での一つの重要な
相違はプラズマが形成される室１６内の開口８４
の外側に分離グリツド８２を設けていることで
す。グリツド８２は８５で概略示すようなDCバ
イアス電圧を入力導体８６に印加することにより
約70ボルトのようなわずかな正電圧に維持され
る。絶縁に適しているブツシング８８は導体８６
の周りに設けられている。フアラデーカツプ９０
は、図４に示される構造体における電子ビーム電
流を測定するために、電子ビームを吸収するため
に設けられる。付随的に陰極１４の方に後方に延
びているフアラデーカツプ９０の壁は発生される
二次電子を含む電子の全てを捕促しようとし、吸
収した電子ビームとイオン源と陰極の作用との間
の相互作用を回避する。導入される１セツトの試
験において陰極１４は、接地イオン源または陽極
に対してほぼマイナス35キロボルトの電位であつ
て、陰極電流は、ほぼ1.5アンペアであつて、フ
アラデーカツプで検知されるようなビーム電流
は、ほぼ1.25アンペアであつた。パルス源９１は
イオンを放出し、電子ビームをパルス化するため
に線電極２４に１キロボルト台の短い正のパルス
を供給する。例えば一つの構成体が図１と４に示
すように約9.5センチメートルの外囲器１８の外
径を持ち、他の部分は実質的に縮小して描かれ
る。

マイナス10万キロボルト以上のより高い陰極電
圧がここに示された実施例の全部に使用されてお
り、そのため実質上入射イオンに対する二次電子
の実質的により高い比率が得られ（図９）、それ
故により高いビーム電流及び電流密度が達成され
る。フアラデーカツプ９０に対する物理的支持と
電気的接続並びに陽極構成体の一部を形成する金
属スリーブ９２に関して、フアラデーカツプ９０
の右側端９４は開口板９６の一部として構成され
てもよく、この開口板を介して多数の金属脚体９
８が陽極の外部スリーブ９０を支えるように延び
ている。重い導体１００は、プレート９６を支持
し、内部スリーブ９２に電気な接合を与える。そ
れらは、絶縁ブツシングを用いて端部プレート９
３を通つて延在する。

図５，６を参照すると、それらは図１〜図４に
示す一般的な形状のプラズマ陽極銃に対する代表
的なイオンの軌道及び電子の軌道をそれぞれ示し
ている。図５において陰極は、領域１０６によつ
て示されるのに対してイオン源は、参考数字１０
４で示されている。図５の目的のため寸法はミリ
メートルで与えられ、陰極は接地陽極またはイオ
ン源に対してほぼ400キロボルトの負の電位であ
ると仮定する。これらの状況下で正に充電したヘ
リウムイオンによつて運ばれたイオン電流は空間
電荷の限界であるほぼ7.2アンペアである。図６
に示される電子の軌道に関しては、電子をイオン
源１０４をより越えた点に向かつて集束される。
更に、ビーム電流は、再び空間電荷の限界である
ほぼ106のアンペアであるように評価される。計
算によると、入射イオン当りの二次放射電子の比
率は、14.7となる。図５と６において、陰極１０
６のプラズマ領域にわん曲を加えることは電子ビ
ームの集束を変更し、ピアス電子銃の技術に従つ
て陽極に衝突しない積層軌道を発生させる。

図７は、１０と１１だけでなく図１〜図４のプ
ラズマ陽極ビームの形態で用いられるイオン源１
０８の一部の切欠図である。特に図７は環状イオ
ン源の一部を通つた断面図である。イオン源１０
８は１キロボルト台の正パルスが電極１１４に供
給されると、矢印１１２によつて示されるように
イオンを放出させる開口１１０を有する。開口バ
ツフルプレート１１６は、図７に示すようにバツ
フルプレートの左の領域において中空陰極放電室
を形成する。従つて、例えば初期1000ボルトに近
い初期イオン化に続いて電極１１４の通常の付勢
は200ボルト台である。そのとき、１キロボルト
のパルスが電極１１４に印加されると室１０８は
イオン化され、イオン１１２はイオン源の開口１
１０を通つて放出される。

図８は、ジヤイロトロン型の構造に応用できる
この発明の他の実施例を示す。付随的に、自由電
子レーザとジヤイロトロンを検討する一つの代表
的な記事が『高パワーコヒレント放射の新しい
源』と題され、それはPHYSICS TODAYの発
行物1984年の３月号の44ページから51ページに開
示されている。図８において、プラズマイオン源
１２２の外形は環状である。陰極１２６に面する
内側の表面１２４上に開口を有する。図１〜４の
実施例の場合のように、例えば陰極１２６はモリ
ブデンで形成され、または破線１２８によつて示
されるイオンが衝突する領域にモリブデンの厚い
被覆を有する。先の装置の場合のように、任意グ
リツド１３０は所望パルスに追従するヘリウムイ
オンの漏洩をさけるために、約70ボルトのような
相当低い負の電位にバイアスされる。環状である
付加電極１３２はリード１３４から付勢される。
室１２２の中のヘリウムガスをイオン化するため
に数百ガウス台以上の磁界がより強力なジヤイロ
トロン領域１３８から室１２２に延在し、800ま
たは1000ボルトの初期パルスがリード１３４を介
して電極１３２に供給され、交差磁界放出を室１
２２に発生させるてもよい。イオン化に続いて、
イオン化を維持のために電圧は約300ボルトに降
下される。この過程はスクリーン１２４からイオ
ンを放出することが望まれる時に用いられる。
1000ボルト台の制御パルスは電極１３２に印加さ
れ、これはグリツド１３０に印加される正バイア
スより大きい値であり、破線１２８によつて示さ
れるようにイオンを放出させる。二次電子１３６
は陰極１２６の表面から放出され、矢印１３８に
よつて示され、Ｂで表わされた軸方向磁界の結果
として電子は近接して示される通路に沿つて行
く。

図９はイオンが衝突したときのキロボルト単位
の陰極電圧に対してプロツトされたモリブデン陰
極からの電子の二次放射の概要プロツト図であ
る。二次放射は、約10万ボルトまでの負の電圧の
増加と共に急速に増加し、その後わずかな正の勾
配をもつのみとなることが示される。最後に100
万ボルト台の電圧で比率の下降が生じる。

図１０は過度のヒーテイング又は、スパツタリ
ングを導入することなく二次放射のメカニズムの
最も有利な点がどのようにとりかえるかを示す。
即ち低電カトリガー変調器１６４にも電力を供給
し、フアイバ光学制御パルスによつて付勢される
外部回路１６２によつて、陰極１６６と陽極１６
８とのある中間電位に保持される補助電極１６０
内に設けられているイオン源を利用することが可
能となる。

図１１は、冷陰極がイオン源１４６に対抗する
円すい支持体１４４に取付けられている、この発
明の変形実施例の概要を示す。ゲートパルス源１
４８は、前述したものと同様であり、ガスを初期
にイオン化し、イオン化を維持する装置を有す
る。また、この装置は、イオンが陰極１４２に衝
突し、矢印１５０によつて通常示されるように電
子ビームを発生させるように放出されるようにプ
ラズマを昇圧電位まで周期的にパルス化する。自
由電子レーザーまたは変調器１６０は、第１１図
の右に一般的に示され、いわゆるウイグラー
（wiggler）永久磁石が参照番号１５２によつて
示される。また、リード１５４に接続され、ほぼ
負の25万キロボルトを陰極に供給する正常の高電
圧源−V0が図１１に示される。

結論として、前述の詳細な説明及び、図面が、
発明の実例となる実施例に関係することが理解さ
れるべきである。種々変形がこの発明の精神及
び、範囲から逸脱しないで成される。それ故に、
例として限定のないものとして、種々実施例に関
して示したグリツドと励磁装置のどれか及び、軸
方向磁界装置は図面の他の図に示される装置と組
合わせて使用されてもよい。故に負または正バイ
アス制御グリツドはイオン化室の内側または若干
外側にあつてもよいし、結果の電子ビームは、周
知の電子ビーム装置と関連して用いられてもよ
い。さらに、連続的な環状のイオン源を使用する
代わりに、いくつかの分離した空間イオン源が実
質的に同じ機能を果すために使用できる。また、
装置の対称性は、図に示す軸方向に対称的な配置
だけでなく直線的なるように配置されてもよい。
従つて、本発明、以上に正確に示し及び述べたよ
うな実施例に限定されない。