JPH0696706A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子銃において、強度が強く、長寿命で、制
御性の良い電子ビームを得ることができるようにする。 【構成】 イオン化室２に電離電圧の低い不純物気体を
供給するための不純物ガス導入口２０が設けられてい
る。この不純物気体としては、例えば、酸素、窒素等が
用いられる。

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、強度が強く、長寿命で制御性の良い電子ビームを
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
電圧に等しい電圧の導電性抽出グリッド４が形成されて
いる。

【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が引き出されている。また、高電圧室６には排気口１
０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。

【０００４】なお、イオン化室２と高電圧室６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）の単一の気体が、ガス導入口１２から
充填されている。通常、前記単一の気体としては、陰極
５でのイオン衝撃２次電子放出比が最大であるヘリウム
気体が用いられている。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キロ・ボルトのパルス電圧が印
加される。

【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、−１００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、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
間にヘリウム・プラズマが生成される。

【０００７】一方、高電圧室６内に配設された陰極５
は、前記プラズマ中から導電性抽出グリッド４を通して
ヘリウムイオンを引き出す。このヘリウムイオンは、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、前記ヘリウム
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、ヘリウム
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。

【０００９】ここで、導電性抽出グリッド４の近辺にお
けるヘリウム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、ヘリウムイオンの電
荷量をｅとすれば、ヘリウムイオンは（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
り引き出されたヘリウム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個のヘリウムイオンと、こ
のヘリウム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。

【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内のヘリウム・プラズマ密度（ワイヤ放電電流密度）
を変化させ、高電圧室６に引出すヘリウムイオン数を変
化させることで、ヘリウム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。

【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、イオン化室２に含有される単一の
気体（ヘリウム）は電離電圧が高いため、ワイヤ放電電
流が抑えられ、イオン化室２内のプラズマ密度が小さく
なる。その結果、高電圧室内に引き出されるヘリウムイ
オン数が少なくなり、得られる電子ビーム強度も低く、
非常に効率の悪いものであった。

【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、強度
が強く、長寿命で、制御性の良い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。

【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単
一の気体と、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、前記イオン化すべき単一の気体に不純
物気体を添加することができるように構成したことを特
徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明の電子銃によれば、イオン化すべき単一
の気体に不純物気体を添加することにより、イオン化室
内の気体の電離電圧を低くすることができるので、陽極
ワイヤとイオン化室の壁との間で、容易にワイヤ放電を
点弧することができる。また、ワイヤ放電中において、
イオン化室内のプラズマ・インピーダンスも低下させる
ことができるので、効率良く放電電流を増加させ、高電
圧室内に引き出される陽イオン数を増加させることがで
きる。

【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。

【００１７】本実施例においては、図１に示した様に、
イオン化室２に電離電圧の低い不純物気体を供給するた
めの不純物ガス導入口２０が設けられている。この不純
物気体としては、例えば、酸素、窒素等が用いられる。
なお、他の構成は図２に示した従来型と同様である。

【００１８】この様な構成を有する本実施例の電子銃に
おいては、イオン化すべき単一の気体中に電離電圧の低
い不純物気体が混入されるため、イオン化室内の気体の
電離電圧は従来と比べて低くなっている。そのため、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で、容易にワイヤ放電が点弧する。
また、イオン化室２内のプラズマ・インピーダンスも低
下しているため、低電圧パルスで従来より高密度のプラ
ズマを生成することができる。

【００１９】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。この場
合、本実施例の電子銃においては、導電性抽出グリッド
方向に存在する陽イオン数は、不純物気体を添加しない
従来型に比べて増加しているため、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。

【００２０】この様に、本実施例においては、イオン化
すべき単一の気体に、電離電圧の低い不純物気体を添加
することで、従来より低電圧で容易にワイヤ放電を点弧
することができる。また、ワイヤ放電中において、イオ
ン化室内のプラズマ・インピーダンスも低下させること
ができる。これにより、効率良く放電電流（即ち、プラ
ズマ密度）が増加し、高電圧室内に引き出される陽イオ
ン数を増加することができる。その結果、電子ビームの
大強度化、パルス電圧低減によるパルス電源の長寿命
化、パルスの高制御性・高繰返し化可能な電子銃を提供
することができる。

【００２１】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、イオン化室２に供給される電離電圧の
低い不純物気体の供給量を、所望の電子ビーム強度が得
られるように適宜調節できるように構成することも可能
である。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、イオ
ン化すべき単一の気体に不純物気体を添加することがで
きるように構成することにより、強度が強く、長寿命
で、制御性の良い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…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…不純物ガス導入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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単一の気体と、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、 前記イオン化すべき単一の気体に不純物気体を添加する
   ことができるように構成したことを特徴とする電子銃。