JPH05258697A - Electron gun - Google Patents

Electron gun

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Publication number
JPH05258697A
JPH05258697A JP4051329A JP5132992A JPH05258697A JP H05258697 A JPH05258697 A JP H05258697A JP 4051329 A JP4051329 A JP 4051329A JP 5132992 A JP5132992 A JP 5132992A JP H05258697 A JPH05258697 A JP H05258697A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
extraction grid
electron gun
ionization chamber
chamber
conductive extraction
Prior art date
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Pending
Application number
JP4051329A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sukeyuki Yasui
祐之 安井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP4051329A priority Critical patent/JPH05258697A/en
Publication of JPH05258697A publication Critical patent/JPH05258697A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To facilitate the regulation of electron beam strength in an electron gun. CONSTITUTION:A heater 20 for heating a conductive extract grid 4 is arranged near the conductive extract grid 4. The heater 20 is supported by an insulating material 21 mounted on the wall 3 of an ionizing chamber, and the current supply to the heater 20 is conducted from the outside.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high power electron gun,
In particular, the present invention relates to an electron gun improved so that the electron beam intensity can be easily changed.

【0002】[0002]

【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、陽極ワイヤ1をその内部に配置したイオ
ン化室2と、後述する導電性抽出グリッド4を介して前
記イオン化室2と連通する高電圧室6とから構成されて
いる。また、前記イオン化室2には、高電圧室6とは反
対側に、電子に対して透過性のある出口窓11が形成さ
れ、さらに、高電圧室6との連結部には、出口窓11の
電圧にほぼ等しい電圧の導電性抽出グリッド4が形成さ
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, an electron beam has been used in many fields of advanced materials such as chemical reaction, microscopy, analysis, welding, etc., and an electron gun is used as a source of this electron beam. FIG. 2 shows an example of an electron gun conventionally used. That is, the electron gun is composed of an ionization chamber 2 in which an anode wire 1 is arranged, and a high voltage chamber 6 which communicates with the ionization chamber 2 via a conductive extraction grid 4 described later. Further, the ionization chamber 2 is provided with an exit window 11 that is transparent to electrons on the side opposite to the high voltage chamber 6, and the exit window 11 is provided at the connection with the high voltage chamber 6. A conductive extraction grid 4 is formed with a voltage approximately equal to the voltage.

【0003】一方、前記高電圧室6内には、高い負のバ
イアス電圧にある陰極5が絶縁物8に支持されて収納さ
れ、この陰極5から高電圧室6の外部へ高電圧導入端子
9が引出されている。また、高電圧室6には排気口10
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2及び高電圧室6内の圧力
を制御できるように構成されている。
On the other hand, a cathode 5 having a high negative bias voltage is accommodated in the high voltage chamber 6 supported by an insulator 8, and a high voltage introducing terminal 9 is provided from the cathode 5 to the outside of the high voltage chamber 6. Has been withdrawn. Further, the high voltage chamber 6 has an exhaust port 10
Is provided and is connected to an exhaust device (not shown) so that the pressures in the ionization chamber 2 and the high voltage chamber 6 can be controlled.

【0004】なお、イオン化室2と高電圧室6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2の壁3と高電圧室
6の壁7は、共にアース電位になっている。さらに、イ
オン化を行う際には、陽極ワイヤ1とイオン化室の壁3
との間に、10〜20キロ・ボルトのパルス電圧が印加
される。
Both the ionization chamber 2 and the high voltage chamber 6 contain a gas having an extremely low pressure capable of achieving positive ionization, and usually helium of 10 to 50 millitorr is used. The wall 3 of the ionization chamber 2 and the wall 7 of the high voltage chamber 6 are both at the ground potential. Further, when performing ionization, the anode wire 1 and the wall 3 of the ionization chamber are
And a pulse voltage of 10 to 20 kilovolts is applied.

【0005】一方、陰極5は、高電圧供給源(図示せ
ず)に接続された高電圧導入端子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11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ような金属
で作成することが可能であり、数10マイクロ・メータ
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。
On the other hand, the cathode 5 is constantly maintained at a negative bias voltage (for example, -150 kilovolts) through a high voltage introduction terminal 9 connected to a high voltage supply source (not shown). . The exit window 11 is also composed of a somewhat thin sheet that is transparent to high energy.
This sheet can be made of a metal such as aluminum or titanium and has a thickness of tens of micrometers. Furthermore, this window width requires a window width of more than 1 cm in many applications, especially those relating to the treatment of materials by irradiation.

【0006】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2に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3との間にワイヤ放電が起こ
り、イオン化室2内の陽極ワイヤとイオン化室の壁との
間にプラズマが発生する。
In the conventional electron gun constructed as described above, electrons serving as an electron beam source are emitted as described below. That is, when a pulse voltage is applied to the anode wire 1 arranged in the ionization chamber 2 under a low pressure, a wire discharge occurs between the anode wire 1 and the wall 3 of the ionization chamber at the ground potential, and the anode wire in the ionization chamber 2 Plasma is generated between the walls of the ionization chamber.

【0007】一方、高電圧室6内に配設された陰極5
は、イオン化室2から導電性抽出グリッド4方向に拡散
してきた前記プラズマ中から陽イオンを引出す。この陽
イオンは、イオン化室2と高電圧室6との間に配設され
た導電性抽出グリッド4を通って高電圧室6内に侵入
し、陰極5に衝突する。すると、陰極5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。
On the other hand, the cathode 5 arranged in the high voltage chamber 6
Cations are extracted from the plasma that has diffused from the ionization chamber 2 toward the conductive extraction grid 4. The cations penetrate into the high voltage chamber 6 through the conductive extraction grid 4 arranged between the ionization chamber 2 and the high voltage chamber 6 and collide with the cathode 5. Then, on the surface of the cathode 5, electrons are emitted by the impact of the cations.

【0008】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4に向かって加
速され、さらに、イオン化室2を通過して出口窓11に
至り、電子ビーム源として供給される。
The electrons thus emitted travel in the opposite direction to the cations and are accelerated toward the conductive extraction grid 4, and further pass through the ionization chamber 2 to reach the exit window 11 and the electron beam. Supplied as a source.

【0009】ここで、導電性抽出グリッド4の近辺にお
ける陽イオンの初期エネルギーを無視し、陰極5におけ
る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5に到達するものと考えることができる。また、
陰極5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、導電性抽出グ
リッド4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、1
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。
Here, ignoring the initial energy of cations in the vicinity of the conductive extraction grid 4, and assuming that the negative bias voltage at the cathode 5 is VHT and the charge amount of cations is e, the cations (single It can be considered that the cathode 5 reaches the cathode 5 with energy equal to e · VHT. Also,
Electrons secondary emitted on the surface of the cathode 5 by the impact of the cations extracted from the extraction grid are accelerated toward the conductive extraction grid 4, where the electrons are e · VHT.
Reach the energy of. Under these conditions, 1
The individual cations and the electrons emitted by the cations have substantially overlapping orbits corresponding to the same electric field line.

【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11をX線発生用
ターゲットに置換えることで、X線発生装置に適用し得
るものである。
The electron gun as described above is mainly constructed by replacing the electron gun with a gas laser or magnet hydrodynamic generator by electronic excitation, and by replacing the exit window 11 with an X-ray generating target. It is applicable to a generator.

【0011】ところで、電子銃より発生する電子ビーム
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、従来は、
上記のビーム強度対策として、図2に示した陽極ワイヤ
1に印加するパルス電圧を変えることによりイオン化室
2内全体のプラズマ密度(放電電流密度)を変化させ、
高電圧室6に引出す陽イオン数を変化させることで、陽
イオンによって放出される電子数を変え、電子ビーム強
度を制御する方法が用いられていた。
By the way, the intensity of the electron beam generated by the electron gun remarkably depends on the object of application (for example, a gas or laser by electron excitation). So, conventionally,
As a measure for the above beam intensity, the plasma density (discharge current density) in the entire ionization chamber 2 is changed by changing the pulse voltage applied to the anode wire 1 shown in FIG.
A method of controlling the electron beam intensity by changing the number of positive ions extracted into the high voltage chamber 6 to change the number of electrons emitted by the positive ions has been used.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
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、電子ビーム強度を増加させるため
には、上記の様に、陽イオン数を増加させれば良いわけ
であるが、従来は、この手段として、イオン化室内のプ
ラズマ密度(放電電流密度)の増加、即ち陽極ワイヤへ
印加するパルス電圧の増加が必要となっていた。そのた
め、電子ビーム強度を増加させるには、パルス電圧を増
加させるためにパルス電源容量を大きくする必要があ
り、非常に効率の悪いものであった。
However, the conventional electron gun as described above has the following problems to be solved. That is, in order to increase the electron beam intensity, it is sufficient to increase the number of cations as described above. Conventionally, this means is used to increase the plasma density (discharge current density) in the ionization chamber. That is, it is necessary to increase the pulse voltage applied to the anode wire. Therefore, in order to increase the electron beam intensity, it is necessary to increase the pulse power supply capacity in order to increase the pulse voltage, which is very inefficient.

【0013】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
ビーム強度の調整を容易に行うことができる、高効率の
電子銃を提供することにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object thereof is to provide a highly efficient electron gun capable of easily adjusting the electron beam intensity. To provide.

【0014】[0014]

【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陽極
ワイヤを備えたイオン化室と、前記導電性抽出グリッド
を介してイオン化室と連通され、導電性抽出グリッドに
対向する位置に陰極を収納した高電圧室から成る電子銃
において、前記導電性抽出グリッドを加熱するためのヒ
ータを配設したことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises an exit window permeable to electrons and a conductive extraction grid on the opposite side thereof, and a gas to be ionized at low pressure, A high voltage chamber, which is connected to an ionization chamber equipped with an anode wire for ionizing this gas to generate cations and the ionization chamber via the conductive extraction grid, and a cathode is housed at a position facing the conductive extraction grid. In the electron gun consisting of, a heater for heating the conductive extraction grid is provided.

【0015】[0015]

【作用】本発明の電子銃によれば、導電性抽出グリッド
をヒータによって加熱することにより、導電性抽出グリ
ッド方向へのワイヤ放電の放電電流密度を局所的に増加
させることができ、導電性抽出グリッドを通して陽イオ
ンをより多く引出すことができる。その結果、電子ビー
ム強度を容易に増加させることができる。
According to the electron gun of the present invention, by heating the conductive extraction grid by the heater, the discharge current density of the wire discharge in the conductive extraction grid direction can be locally increased, and the conductive extraction grid can be extracted. More positive ions can be extracted through the grid. As a result, the electron beam intensity can be easily increased.

【0016】[0016]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIG. The same members as those of the conventional type shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0017】本実施例においては、図1に示した様に、
導電性抽出グリッド4の近傍に、導電性抽出グリッドを
加熱するためのヒータ20が配設されている。このヒー
タ20は、イオン化室の壁3に取付けられた絶縁物21
により支持され、また、ヒータ20への電流供給は外部
より行われている。なお、他の構成は図2に示した従来
型と同様である。
In this embodiment, as shown in FIG.
A heater 20 for heating the conductive extraction grid 4 is provided in the vicinity of the conductive extraction grid 4. This heater 20 has an insulator 21 attached to the wall 3 of the ionization chamber.
And the electric current is supplied to the heater 20 from the outside. The other structure is the same as that of the conventional type shown in FIG.

【0018】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、電子ビーム強度を容
易に増加することができる。即ち、イオン化室2内に配
設された陽極ワイヤ1とイオン化室の壁3との間にパル
ス電圧を印加すると、陽極ワイヤとイオン化室の壁との
間にワイヤ放電が生じ、プラズマが生成される。こうし
て生成したプラズマ中の陽イオンは、導電性抽出グリッ
ド4を通過して、高電圧室6内の陰極5に向かって加速
され、陰極5に衝突する。
In the electron gun of this embodiment having such a structure, the electron beam intensity can be easily increased as described below. That is, when a pulse voltage is applied between the anode wire 1 arranged in the ionization chamber 2 and the wall 3 of the ionization chamber, wire discharge is generated between the anode wire and the wall of the ionization chamber, and plasma is generated. It The positive ions in the plasma thus generated pass through the conductive extraction grid 4, are accelerated toward the cathode 5 in the high voltage chamber 6, and collide with the cathode 5.

【0019】本実施例の電子銃においては、この時、導
電性抽出グリッド4がヒータ20により加熱されている
ため、導電性抽出グリッド方向へのワイヤ放電の放電電
流密度は局所的に増加している。そのため、導電性抽出
グリッド方向に存在する陽イオン数は、加熱しない場合
に比べて増加しており、その結果、陽イオンによって2
次放出される電子数が増強され、電子ビーム強度が増加
する。
In the electron gun of this embodiment, since the conductive extraction grid 4 is heated by the heater 20 at this time, the discharge current density of the wire discharge in the conductive extraction grid direction locally increases. There is. Therefore, the number of cations existing in the direction of the conductive extraction grid is increased compared to the case without heating, and as a result, 2
The number of electrons emitted next is increased, and the electron beam intensity is increased.

【0020】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、陽極ワイヤのパルス印加電圧が
低い場合であっても、要求される電子ビーム強度が得ら
れるまで導電性抽出グリッド4をヒータ20により加熱
することにより、容易に所望の電子ビーム強度を得るこ
とができる。
Therefore, when it is necessary to significantly increase the electron beam intensity, the conductive extraction grid 4 is kept until the required electron beam intensity is obtained even when the pulsed voltage applied to the anode wire is low. By heating with the heater 20, a desired electron beam intensity can be easily obtained.

【0021】また、陽極ワイヤに印加するパルス電圧を
低減することができるため、パルス電源容量を大きくす
る必要もなく、パルス電源の長寿命化及びパルスの高繰
返し化が容易となる。さらに、従来と同じ電子ビーム強
度を得る場合でも、導電性抽出グリッド4をヒータ20
で加熱することにより、高効率で電子ビーム強度を増加
させることができるので、陽極ワイヤに印加するパルス
電圧を低減することができる。
Further, since the pulse voltage applied to the anode wire can be reduced, it is not necessary to increase the pulse power source capacity, and it is easy to extend the life of the pulse power source and increase the pulse repetition rate. Further, even when the same electron beam intensity as in the conventional case is obtained, the conductive extraction grid 4 is connected to the heater 20.
Since the electron beam intensity can be increased with high efficiency by heating at, the pulse voltage applied to the anode wire can be reduced.

【0022】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、ヒータは導電性抽出グリッドの近傍に
配設されれば良く、高電圧室の壁7に取付けた絶縁物に
より支持しても良い。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, the heater may be arranged in the vicinity of the conductive extraction grid, and is supported by an insulator attached to the wall 7 of the high voltage chamber. May be.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、導電
性抽出グリッドを加熱するためのヒータを配設するとい
う簡単な構成により、導電性抽出グリッド方向へのワイ
ヤ放電の放電電流密度を局所的に増加させ、導電性抽出
グリッドを通して陽イオンをより多く引出すことによ
り、電子ビーム強度の調整を容易に行うことができる、
高効率の電子銃を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the discharge current density of the wire discharge in the direction of the conductive extraction grid is made possible by the simple structure of arranging the heater for heating the conductive extraction grid. By locally increasing the number of positive ions through the conductive extraction grid, the electron beam intensity can be easily adjusted.
A highly efficient electron gun can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の電子銃の一実施例を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an electron gun of the present invention.

【図2】従来の電子銃の一例を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing an example of a conventional electron gun.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…陽極ワイヤ 2…イオン化室 3…イオン化室の壁 4…導電性抽出グリッド 5…陰極 6…高電圧室 7…高電圧室の壁 8…絶縁物 9…高電圧導入端子 10…排気口 11…出口窓 20…ヒータ 21…絶縁物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anode wire 2 ... Ionization chamber 3 ... Ionization chamber wall 4 ... Conductive extraction grid 5 ... Cathode 6 ... High-voltage chamber 7 ... High-voltage chamber wall 8 ... Insulator 9 ... High-voltage introduction terminal 10 ... Exhaust port 11 … Exit window 20… Heater 21… Insulator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、前記導電性抽出グリッドを介してイオン化室と連
通され、導電性抽出グリッドに対向する位置に陰極を収
納した高電圧室から成る電子銃において、前記導電性抽
出グリッドを加熱するためのヒータを配設したことを特
徴とする電子銃。
1. An exit window permeable to electrons, and a conductive extraction grid provided on the opposite side of the exit window, the gas to be ionized at a low pressure, and the cation by ionizing the gas. And an ionization chamber having an anode wire for generating an electric field, and an electron gun connected to the ionization chamber through the conductive extraction grid and having a cathode housed at a position facing the conductive extraction grid. An electron gun comprising a heater for heating the sex extraction grid.
JP4051329A 1992-03-10 1992-03-10 Electron gun Pending JPH05258697A (en)

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