JPH058546B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子ビーム発生装置に関する。

（従来の技術） 従来の電子ビーム発生装置においては、陰極の
前面に負のポテンシヤルバリヤ（空間電荷）がで
き、陰極表面から放出された電子のうち、このバ
リヤを越えることができた電子のみが加速される
（空間電荷制限）。ビーム電流を増加するには加速
電圧を高くすればよいが、これではビーム電流の
増大と電子の運動エネルギーの増大との双方が同
時に行なわれ、これらを独立して制御することは
できない。ビーム電流も２〜3KVの加速電圧の
時でさえ1A程度であり、これより大巾に増加さ
せることは困難であつた。このような従来の電子
ビーム発生装置の問題点を解決する電子ビーム発
生装置においては、２つの加速電極が設けられて
おり、この２つの加速電極によつて、プラズマ領
域、電子ビーム加速領域、イオン生成領域が順に
画成されている。

このように構成された電子ビーム発生装置にお
いては、以下の様にして大電流の電子ビームを得
ることができる。２つの加速電極間に加速電圧を
印加すると、プラズマ領域で生成された電子が電
子ビーム加速領域とイオン生成領域との間に設け
られた第１加速電極に吸引されてイオン生成領域
に突入する。イオン生成領域には不活性ガスが充
填されており、電子ビーム加速領域において加速
された電子がイオン生成領域に突入すると、電子
と不活性ガスの原子との衝突によりイオンが発生
する。このイオンはプラズマ領域と電子ビーム加
速領域との間に配置された第２加速電極によつて
電子とは反対の方向に加速され、第２加速電極の
開口付近に形成される空間電荷と混合する。これ
によつてポテンシヤルバリヤが下げられ、電子は
空間電荷の制限を受けることなく放出されること
となる。従つて、このように、陰極としてプラズ
マを使用し、さらに空間電荷の影響を取除くイオ
ン生成領域を有する電子ビーム発生装置において
は、エネルギーと電流とを独立に制御できて、所
望のエネルギーを有する大電流の電子ビームを得
ることが可能となる。

（発明が解決しようとする問題） 上述したプラズマ領域を陰極として使用する電
子ビーム発生装置において、プラズマを発生する
ためのアノード電極が第２加速電極として用いら
れる場合には以下の様な問題が生じることが見い
出された。プラズマが第２加速電極付近において
空間的に一様に分布していれば電極表面に平行に
等電位面が生じ、プラズマ源から電子を引き出す
ために、第１加速電極の電位をプラズマ電位に対
して正に保つと第１加速電極面に一様に電子が流
入する。しかしながら、電子ビームの電流を増大
せしめようとして、カソード電極とアノード電極
との間の放電電流を上昇すると、アノード電極で
ある第２加速電極の表面に陽極点と呼ばれる小数
のスポツトが発生する。この陽極点は上部に球状
のプラズマ密度の高い部分を伴なう。そして、電
子電流の大部分は陽極点に集中する。この現象が
生じると第１および第２加速電極間で放電が生
じ、良好な電子加速が得られないばかりか、電極
の破損につながる。陽極点の発生は、第２加速電
極表面付近のプラズマ中の等電位面が電極面に平
行でなく、電子電流を一点に集める様に大きなひ
ずみを有していることを示している。この第２加
速電極表面付近のプラズマ中の等電位面のひずみ
をなくして、陽極点の発生を抑制することがこの
型の電子ビーム発生装置にとつて最も重要であ
る。

（問題点を解決するための手段） イオン生成領域、第１加速電極、電子ビーム加
速領域、第２加速電極および上述した陰極として
使用されるプラズマ領域がこの順で設けられた上
述の電子ビーム発生装置における上記問題点は、
プラズマ領域にプラズマ電位分布整形用電極を第
２加速電極に近接して陽極点発生位置に配置し、
これによつてプラズマ電位の乱れ即ち陽極点の発
生を防止したことにより解決される。

第２加速電極の近くに発生する陽極点には導電
性を有する密度の高いプラズマが付随し、この付
随するプラズマ以内にプラズマ電位分布整形用電
極を設置すれば、所期の効果をえることが出来、
本願において、陽極点発生位置とは、陽極点に付
随するプラズマを含んだものとする。この電極は
導電性の高い材質で構成されるが、Mo等の高融
点金属から形成されるのが好ましい。またこの電
極としては金属メツシユあるいは開口を有する金
属板を使用することができる。

本発明の電子ビーム発生装置は真空沿金の金属
熔解と蒸着さらには電子ビーム励起レーザー発振
装置に使用することができる。

（作用） 本発明においては、プラズマ電位分布整形用電
極が設けられているので、この電極の置かれた空
間面の電位は常に同じ電位に保たれるため、プラ
ズマ電位分布のひずみは発生しにくくなり陽極点
の発生は防止される。

（実施例） 図は本発明の一実施例の側断面図である。第１
加速電極１、第２加速電極２およびプラズマ電位
分布整形用電極３がこの順で互いに絶縁された状
態で設けられており、この第２加速電極２はカソ
ード電極４との間で放電を起こしてプラズマを発
生するアノード電極としても機能する。第２加速
電極２とカソード電極４の間に放電電源１２によ
つて電圧が印加されると、プラズマ容器５内に充
填された不活性ガス等の媒質は電子とイオンとに
電離されてプラズマ領域が形成される。このプラ
ズマはプラズマ容器５内に保持されるが、第１加
速電極１と第２加速電極２との間に加速電源６に
よつて加速電圧が印加されると、プラズマ容器５
内の電子が第１加速電極１によつて加速されてプ
ラズマ容器５外方に電子ビーム７として放出され
る。第１加速電極１の下流側にも不活性ガス等の
充填されたイオン生成領域がイオン生成容器８に
よつて形成されており、電子ビーム７がこのイオ
ン生成領域に流入すると、イオンが発生する。こ
の発生したイオンは第２加速電極２によつて電子
とは逆の方向へ加速されて進行して、第２加速電
極２の開口９付近に形成される空間電荷によるポ
テンシヤルバリヤが除去あるいは低減される。さ
らに、本発明においてはプラズマ電位分布整形用
電極３が設けられているので、カソード電極とア
ノード電極との間に放電電流が流される際に発生
するプラズマ電位のひずみが強制的に補正されて
陽極点の発生が防止される。従つて、低い加速電
圧でもプラズマ容器中のプラズマ密度に従つて高
電流の電子ビームを安定して得ることができると
ともに、加速電極の破損が防止される。電子およ
びイオンを発生する媒質はプラズマ容器５の流入
口１０から流入してイオン生成容器８の排出口１
１から排出するようにするとよいが、充填された
ままの状態を保持するように密閉するようにして
もよい。プラズマ電位分布整形用電極は全くの浮
動電位を有してもよいし、外部から適当な電位が
与えられてもよい。

プラズマ電位分布整形用電極を設けない以外は
図示された構成と全く同一の構成の電子ビーム発
生装置において媒質としてHeを用い、第２加速
電極の開口をスリツト状（幅0.5mm、長さ３cm）
とした場合、放電電流100ｍＡにおいてすでにス
リツト状開口の一部にプラズマが集中しはじめ、
電子ビーム加速電圧も150V程度が限界であつた。

これに対し、プラズマ電位分布整形用電極を有
する図示された本発明の電子ビーム発生装置にお
いては、放電電流を500ｍＡまで上昇させてもス
リツト開口全域にわたりプラズマが一様に分布
し、かつ加速電圧を200V〜300V印加しても問題
なく電子ビームがスリツト全域において加速され
ることが観測された。このようにして得られる電
子ビーム電力密度は電子ビームの各種の応用（例
えば、ガスレーザーの励起・半導体のアニーリン
グ）に対して充分な値である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明の電子ビーム
発生装置はプラズマ領域側に第２加速電極に近接
してプラズマ電位分布整形用電極を配したので、
放電用アノード電極と共用される第２加速電極表
面におけるプラズマ電位がこの電位分布整形用電
極に配置された部分において強制的に均一化さ
れ、陽極点の発生が未然に防止される。従つて、
放電電流が上昇しても陽極点が発生しないので、
第１および第２加速電極間で放電が生ぜず常時電
子加速が安定して行なわれる。また、第１および
第２加速電極の破損を生じない。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例の側断面図である。 １……第１加速電極、２……第２加速電極、３
……プラズマ電位分布整形用電極、４……カソー
ド電極、５……プラズマ容器、６……加速電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１加速電極、第２加速電極、プラズマ電位
   分布整形用電極、及びカソード電極がこの順で設
   けられており、前記第２加速電極と前記カソード
   電極との間で放電を起こして発生させたプラズマ
   を保持するプラズマ容器を備えてなり、前記プラ
   ズマ電位分布整形用電極が、前記第２加速電極付
   近に設けられている電子ビーム発生装置。