JPH06150860A

JPH06150860A - 電子銃

Info

Publication number: JPH06150860A
Application number: JP4302656A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Yasui; 祐之安井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】エネルギーの単色性に優れた、大強度の電子
ビームを得ることができる電子銃を提供する。【構成】高電圧室４内に配設される陰極２０が薄いシ
ートによって構成され、その両端に設置された絶縁物
７，２２によって高電圧室４内に支持されている。な
お、このシートの厚さは、高エネルギーイオンのイオン
種に応じたイオン飛程とされている。また、電子ビーム
を外部に取り出す出口窓２１が、高電圧室４のイオン化
室２とは反対側であって、導電性抽出グリッド３に対向
する位置に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高電力電子銃に係り、
特に、エネルギーの単色性に優れ、大強度の電子ビーム
を得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。

【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３を介して前
記イオン化室２と連通する高電圧室４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４とは反
対側に、電子に対して透過性のある出口窓５が形成さ
れ、さらに、高電圧室４との連結部には、出口窓５の電
圧に等しい電圧の導電性抽出グリッド３が形成されてい
る。

【０００３】一方、前記高電圧室４内には、高い負のバ
イアス電圧にある陰極６が絶縁物７に支持されて収納さ
れ、この陰極６から高電圧室４の外部へ高電圧導入端子
８が引き出されている。また、高電圧室４には排気口９
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４内の圧力
を制御できるように構成されている。

【０００４】なお、イオン化室２と高電圧室４の両者に
は、陽イオン化を達成できる極めて低い圧力（１０〜３
０ミリ・トール）の気体が充填されている。この気体と
しては、通常、陰極６でのイオン衝撃による２次電子放
出比が最大であるヘリウムが用いられている。また、イ
オン化室２の壁１０と高電圧室４の壁１１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１０との間に、〜１０キ
ロ・ボルトのパルス電圧が印加される。

【０００５】一方、陰極６は、高電圧供給源（図示せ
ず）に接続された高電圧導入端子８を通じて、負のバイ
アス電圧（例えば、−１００キロ・ボルト）に恒常的に
維持されている。また、出口窓５は、高エネルギー電子
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、数ｃｍ×数十ｃｍの窓幅を要している。

【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１０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
が生成される。

【０００７】一方、高電圧室４内に配設された陰極６
は、前記プラズマ中から導電性抽出グリッド３を通して
イオンを引き出す。このイオンは、イオン化室２と高電
圧室４との間に配設された導電性抽出グリッド３を通っ
て高電圧室４内に侵入し、高エネルギーに加速され、陰
極６に衝突する。すると、陰極６の表面において、前記
高エネルギーイオンの衝撃によって電子が放出される。

【０００８】この様にして放出された電子は、前記イオ
ンとは逆方向に進み、導電性抽出グリッド３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５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３の近辺にお
けるイオンの初期エネルギーを無視し、陰極６における
負のバイアス電圧をＶHT、イオンの電荷量をｅとすれ
ば、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６に到達するものと考えることができる。また、陰極
６の表面上で、抽出グリッドより引き出されたイオンの
衝撃により２次放出された電子は、導電性抽出グリッド
３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個のイ
オンと、この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５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エネルギーの単色性
は、適用対象によりその要求度が異なっている。しか
し、一般に、従来の電子銃においては、陰極から発生し
た高エネルギー電子は、プラズマが存在するイオン化室
を通過した後に出口窓５を介して外部に引き出されてい
た。そのため、高エネルギー電子とプラズマとの相互作
用により、エネルギーの単色性は悪くなっていた。

【００１２】そこで、従来はその対策として、図２に示
した陽極ワイヤ１に印加するパルス電圧を減少させ、イ
オン化室２内のプラズマ密度を減少させることで、高エ
ネルギー電子とプラズマとの相互作用を抑制していた。

【００１３】しかしながら、上述した様にイオン化室２
内のプラズマ密度を減少させると、高電圧室内に引き出
されるイオン数が少なくなり、その結果、得られる電子
ビームの強度も小さなものとなっていた。

【００１４】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、エネ
ルギーの単色性に優れた、大強度の電子ビームを得るこ
とができる電子銃を提供することにある。

【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、前記陰極を薄いシートにより構成し、また、
前記出口窓を、高電圧室のイオン化室とは反対側であっ
て、導電性抽出グリッドに対向する位置に形成したこと
を特徴とするものである。

【００１６】

【作用】本発明の電子銃によれば、陰極より放出した高
エネルギー電子は、プラズマが存在するイオン化室内を
通過することなく、高電圧室に形成された出口窓から電
子ビームを供給することができる。これにより、高エネ
ルギー電子とプラズマとの相互作用を防止することがで
きるので、エネルギーの単色性に優れた電子ビームを供
給することができる。また、イオン化室内のプラズマ密
度を減少させる必要もなくなるので、大強度の電子ビー
ムを得ることができる。

【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、
高電圧室４内に配設される陰極２０が薄いシートによっ
て構成され、その両端に設置された絶縁物７，２２によ
って高電圧室４内に支持されている。なお、このシート
の厚さは、高エネルギーイオンのイオン種に応じたイオ
ン飛程とされている。また、電子ビームを外部に取り出
す出口窓２１が、高電圧室４のイオン化室２とは反対側
であって、導電性抽出グリッド３に対向する位置に形成
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、エネルギーの単色性
に優れた、大強度の電子ビームを得ることができる。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１０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で容易にワイヤ放電が点弧
し、イオン化室２内にプラズマが生成される。

【００２０】こうしてイオン化室２内に生成したプラズ
マ中のイオンは、導電性抽出グリッド３を通過して、高
電圧室４内の陰極６に向かって加速され、高エネルギー
のイオンが陰極２０に衝突する。ここで、本実施例の電
子銃においては、陰極２０が薄いシートから構成され、
その厚さが、高エネルギーイオンのイオン種に応じたイ
オン飛程とされているため、イオン衝撃による２次電子
が出口窓２１の方向に効率良く放出される。この様にし
て放出された電子は、出口窓２１に向かって加速され、
出口窓２１に至り、高エネルギー電子ビーム源として供
給される。

【００２１】この様に、本実施例においては、図２に示
した従来型と異なり、高エネルギー電子は、出口窓２１
に至るまでの間、プラズマ中を通過しない。そのため、
プラズマとの相互作用がなく、エネルギー的に単色な電
子ビームを供給することができる。また、イオン化室２
内のプラズマ密度を高くしても、電子ビームのエネルギ
ーの単色性にはなんら影響を与えないため、大強度の電
子ビームを供給することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、陰極
を薄いシートにより構成し、出口窓を高電圧室のイオン
化室とは反対側であって、導電性抽出グリッドに対向す
る位置に形成することにより、エネルギーの単色性に優
れた、大強度の電子ビームを得ることができる電子銃を
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示す断面図

【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…イオン化室３…導電性抽出グリッド４…高電圧室５…出口窓６…陰極７…絶縁物８…高電圧導入端子９…排気口２０…陰極２１…出口窓

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記陰極を薄いシートにより構成し、また、前記出口窓
を、高電圧室のイオン化室とは反対側であって、導電性
抽出グリッドに対向する位置に形成したことを特徴とす
る電子銃。