JPH06338279A

JPH06338279A - 電子銃

Info

Publication number: JPH06338279A
Application number: JP5126874A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Yasui; 祐之安井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【構成】電子に対して透過性のある出口窓２が形成さ
れた第１の容器１と、第１の容器１に導入された気体
と、この気体を電離させる陽極ワイヤ５と、出口窓２と
対向する位置に配設された抽出グリッド７と、抽出グリ
ッド７を介して第１の容器１と連通される第２の容器８
と、第２の容器８内で抽出グリッド７と対向する位置に
配設された陰極11と、この陰極11を取り囲み、抽出グリ
ッド７と対向する面に開口部が形成された絶縁物14とを
備えたことを特徴とする電子銃。【効果】電子ビームのエネルギー及び強度が増加す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学反応、顕微鏡、分
析、溶接等の分野で利用される電子ビームの発生源であ
る電子銃に関する。

【０００２】

【従来の技術】主として、電子励起によるガスレーザや
マグネット・ハイドロダイナミック発電機に適用でき、
また出口窓をＸ線発生用ターゲットに置き換えることで
Ｘ線発生装置に適用できる従来の電子銃を図３を参照し
て説明する。

【０００３】図３に示すように、第１の容器１には、電
子に対して透過性のある、例えば数10μｍのアルミニウ
ムあるいはチタンのような金属で作成された出口窓２
と、気体導入口３が形成されている。気体導入口３は、
図示していない気体ボンベに連結されており、この気体
導入口から第１の容器１に、例えば10〜50ｍTorrのヘリ
ウムが導入される。このヘリウムを電離させるために、
絶縁物４に支持されて陽極ワイヤ５が、第１の容器１の
内部を貫通するように配設されている。第１の容器１
と、絶縁物４に支持された陽極ワイヤ５によってイオン
化室６が構成されている。

【０００４】第１の容器１の出口窓２と対向する位置に
は、抽出グリッド７が配設されており、抽出グリッド７
を介して第１の容器１と連通する第２の容器８が接続さ
れている。この第２の容器８には、排気口９が形成され
ており、排気口９は図示していない排気装置に連結され
ている。第２の容器８内には、抽出グリッド７と対向す
る位置に、電圧導入端子10に接続された陰極11が配置さ
れており、電圧導入端子10は絶縁物12を介して第２の容
器８に支持されている。第２の容器８と、電圧導入端子
10に接続された陰極11により、高電圧室13が形成され
る。第１の容器１及び第２の容器８は接地されてる。

【０００５】電子銃を作動させる場合は、図示していな
い外部電圧供給源からイオン化室６の陽極ワイヤ５に、
10〜20ｋＶの正極性の電圧を印加し、一方、高電圧室13
の陰極11には、図示していない高電圧源から電圧導入端
子10を通じて電圧を印加し、陰極11を恒常的に−150 ｋ
Ｖ程度の負のバイアス電圧に維持する。イオン化室６に
は、上述したように10〜50ｍTorrのヘリウムが導入され
ており、高電圧室13に形成されている排気口９に連結さ
れている排気装置によって、イオン化室６内は低気圧状
態に保たれている。この低気圧状態に保たれたイオン化
室６を貫通するように配置された陽極ワイヤ５に、10〜
20ｋＶの正極性の電圧を印加されると、イオン化室６内
で放電が起こりプラズマが発生する。このプラズマ中の
陽イオンは、高電圧室13に配設された陰極11によって引
き出され、抽出グリッド７を通過して高電圧室13に進入
する。高電圧室13に進入した陽イオンは陰極11に衝突
し、陰極11の表面ではこの陽イオンの衝突にともなって
二次電子が放出される。これをイオン衝突二次電子放出
機構という。こうして放出された二次電子は、陽イオン
とは逆方向に進み、抽出グリッド７に向かって加速され
る。抽出グリッド７を通過した二次電子は、イオン化室
６を通過して抽出グリッド７とほぼ等しい電位にある出
口窓２に至り、出口窓２を透過して電子ビームとして電
子銃から出力される。

【０００６】ここで、抽出グリッド７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11の負のバイア
ス電圧をＶ_HT、陽イオンの電荷量をｅとすれば、陽イオ
ンは、ｅ・Ｖ_HTのエネルギーをもって陰極11に到達する
と考えられる。また、陰極11の表面で陽イオンの衝突に
より放出された二次電子は、抽出グリッド７に向かって
加速され、ｅ・Ｖ_HTのエネルギーをもって抽出グリッド
７に到達する。この状態においては、陽イオンと二次電
子は同じ電場線に対応し、ほぼ重畳する軌道を有する。

【０００７】一般に、電子銃によって発生する電子ビー
ムのエネルギー及び強度を増加させるほど、その電子銃
を適用できる範囲は広くなり、産業上の利用分野が拡大
する。電子ビームのエネルギー及び強度を大きくするに
は、高電圧室の陰極に印加する電圧を増加する必要があ
る。しかしながら、電子銃は高電圧室とイオン化室が連
通されており、イオン化室には10〜50ｍTorrのヘリウム
が導入されているため、高電圧室の真空度を数10ｍTorr
以下にすることができない。このため、従来の電子銃に
おいて電子ビームのエネルギー及び強度を増加させるこ
とを目的とし、陰極に印加する電圧を増加すると絶縁破
壊が起こる可能性があり、電子ビームのエネルギー及び
強度を増加させるのは困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
電子銃においては陰極に印加できる電圧が、第２の容器
内の気体圧力によって決定される絶縁破壊電圧で制限さ
れるため、電子ビームのエネルギー及び強度を増加させ
るのが困難であるという問題があった。そこで本発明の
目的は、陰極に印加できる電圧を増加でき、電子ビーム
のエネルギー及び強度を向上させた電子銃を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては第１の発明として、電子に対して透
過性のある出口窓が形成された第１の容器と、この第１
の容器に導入された気体と、この気体を電離させるワイ
ヤ状の陽極と、前記出口窓と対向する位置に配設された
抽出グリッドと、この抽出グリッドを介して前記第１の
容器と連通される第２の容器と、この第２の容器内の前
記抽出グリッドと対向する位置に配設された陰極と、こ
の陰極を取り囲み、前記抽出グリッドと対向する面に開
口部が形成された絶縁物とを備えたことを特徴とする電
子銃を提供する。

【００１０】また、第２の発明として、電子に対して透
過性のある出口窓と第１の排気口が形成された第１の容
器と、この第１の容器に導入された気体と、この気体を
電離させるワイヤ状の陽極と、前記出口窓と対向する位
置に配設された抽出グリッドと、この抽出グリッドを介
して前記第１の容器と連通される、第２の排気口が形成
された第２の容器と、この第２の容器内の前記抽出グリ
ッドと対向する位置に配設された陰極とを備えたことを
特徴とする電子銃を提供する。

【００１１】

【作用】陰極を、抽出グリッドと対向する面に開口部が
形成された絶縁物で取り囲むことによって、陰極の縁部
における電界強度を緩和することができる。また、第１
の容器、第２の容器にそれぞれ排気口を形成し、かつ第
２の容器に形成された排気口のコンダクタンスを第１の
排気口よりも大きくすることにより、陰極が収納されて
いる第２の容器内の圧力を第１の容器内に比べて低く制
御することが可能となる。したがって、第１の発明及び
第２の発明において、陰極が収納されている第２の容器
の耐電圧を従来よりも高くすることができるので、陰極
に印加する電圧を増加することが可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１を参照して説明す
る。なお、従来と同じ部分には同一の番号を付与して説
明を省略する。図１に示すように、第１の容器１には、
電子に対して透過性のある、例えば数10μｍのアルミニ
ウムあるいはチタンのような金属で作成された出口窓２
と、気体導入口３が形成されている。気体導入口３は、
図示していない気体ボンベに連結されており、例えば10
〜50ｍTorrのヘリウムが導入される。このヘリウムを電
離させるために、絶縁物４に支持されて陽極ワイヤ５
が、第１の容器１の内部を貫通するように配設されてい
る。第１の容器１と、絶縁物４に支持された陽極ワイヤ
５によりイオン化室６が構成される。

【００１３】第１の容器１の出口窓２と対向する位置に
は、抽出グリッド７が配設されており、抽出グリッド７
を介して第１の容器１と連通する第２の容器８が接続さ
れている。この第２の容器８には、排気口９が形成され
ており、排気口９は図示していない排気装置に連結され
ている。第２の容器８内には、抽出グリッド７と対向す
る位置に、電圧導入端子10に接続された陰極11が配置さ
れており、電圧導入端子10は絶縁物12を介して第２の容
器８に支持されている。陰極11は、抽出グリッド７と対
向する面、すなわち、二次電子放出面を除いて、例えば
セラミックスからなる絶縁物14によって取り囲まれてい
る。第２の容器と、電圧導入端子10に接続され、絶縁物
14に取り囲まれた陰極11とは、高電圧室13を形成する。
第１の容器１及び第２の容器８は接地されている。

【００１４】次に本実施例の作用及び効果について述べ
る。通常、高電圧室13内の圧力は、イオン化室６内の圧
力とほぼ同じで数10ｍTorrである。電子ビームのエネル
ギー及び強度を増加させるには、イオン化室６の放電に
よって生じたプラズマ中の陽イオンのエネルギーを増加
させ、イオン衝撃二次電子放出比を大きくする必要があ
り、陰極11への印加電圧の増加が不可欠である。陰極11
への印加電圧を増加させると陰極11の縁部の電界強度が
非常に大きくなり、絶縁破壊の可能性が高くなる。しか
しながら、本実施例においては、電界強度の大きい陰極
11の縁部は比誘電率の大きいセラミックスのような絶縁
体14で取り囲まれているため、電界強度を緩和すること
ができ高電圧室13の耐電圧を向上させることができる。
このように本実施例においては高電圧室13の耐電圧が上
がるので、陰極11に印加できる電圧を増加させることが
可能となり、電子ビームのエネルギー及び強度を向上さ
せた電子銃を提供することができる。

【００１５】次に本発明の他の実施例を図２を参照して
説明する。なお、従来と同じ部分には同一の番号を付与
して説明を省略する。図２に示すように、第１の容器１
には、電子に対して透過性のある、例えば数10μｍのア
ルミニウムあるいはチタンのような金属で作成された出
口窓２と、気体導入口３及びイオン化室排気口15が形成
されている。気体導入口３は、図示していない気体ボン
ベに連結されており、例えば10〜50ｍTorrのヘリウムが
導入され、イオン化室排気口15は図示していない排気装
置に連結されている。ヘリウムを電離させるために、絶
縁物４に支持されて陽極ワイヤ５が、第１の容器１の内
部を貫通するように配設されている。第１の容器１と、
絶縁物４に支持された陽極ワイヤ５によりイオン化室６
が構成される。

【００１６】第１の容器１の出口窓２と対向する位置に
は、抽出グリッド７が配設されており、抽出グリッド７
を介して第１の容器１と連通する第２の容器８が接続さ
れている。この第２の容器８には、高電圧室排気口16が
形成されており、高電圧室排気口16は図示していない排
気装置に連結されている。第２の容器８内には、抽出グ
リッド７と対向する位置に、電圧導入端子10に接続され
た陰極11が配置されており、電圧導入端子10は絶縁物12
を介して第２の容器８に支持されている。第２の容器
と、電圧導入端子10に接続された陰極11により、高電圧
室13が形成される。第１の容器１及び第２の容器８は接
地されてる。

【００１７】次に本実施例の作用及び効果について述べ
る。本実施例においては、第１の容器１にはイオン化室
排気口15が形成され、第２の容器８には高電圧室排気口
16がそれぞれ形成されている。イオン化室６と高電圧室
13の圧力制御は、気体導入口３から気体の導入を行い、
イオン化室排気口15及び高電圧室排気口16から気体を排
気することによって行う。したがって、排気速度を決定
する排気口のコンダクタンスを、イオン化室排気口15で
は小さく、高電圧室排気口16では大きくすることによ
り、高電圧室13の圧力をイオン化室６の圧力よりも小さ
くすることができる。このように高電圧室13の圧力を下
げることが可能となるため、高電圧室13の耐電圧を向上
させることができ、電子銃の電子ビームのエネルギー及
び強度が向上するという効果を奏する。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明においては陰極を
絶縁物で取り囲むかあるいは、第１の容器及び第２の容
器のそれぞれに排気口を形成することにより、陰極を収
納する第２の容器の耐電圧を上げることができるため、
陰極に印加する電圧を増加でき、電子ビームのエネルギ
ー及び強度を向上させた電子銃を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子銃の断面図

【図２】本発明の他の実施例を示す電子銃の断面図

【図３】従来の電子銃を示す断面図

【符号の説明】

１…第１の容器、２…出口窓、３…気体導入口、５…陽
極ワイヤ、６…イオン化室、７…抽出グリッド、８…第
２の容器、11…陰極、13…高電圧室、14…絶縁物、15…
イオン化室排気口、16…高電圧室排気口

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が形成
され気体が導入されている第１の容器と、この気体を電
離させるワイヤ状の陽極と、前記出口窓と対向する位置
に配設された抽出グリッドと、この抽出グリッドを介し
て前記第１の容器と連通される第２の容器と、この第２
の容器内の前記抽出グリッドと対向する位置に配設され
た陰極と、この陰極を取り囲み、前記抽出グリッドと対
向する面に開口部が形成された絶縁物とを備えたことを
特徴とする電子銃。
【請求項２】電子に対して透過性のある出口窓と第１
の排気口が形成され気体が導入されている第１の容器
と、この気体を電離させるワイヤ状の陽極と、前記出口
窓と対向する位置に配設された抽出グリッドと、この抽
出グリッドを介して前記第１の容器と連通される、前記
第１の排気口よりもコンダクタンスの大きい第２の排気
口が形成された第２の容器と、この第２の容器内の前記
抽出グリッドと対向する位置に配設された陰極とを備え
たことを特徴とする電子銃。