JPH07302565A - プラズマ式電子銃 - Google Patents

プラズマ式電子銃

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JPH07302565A
JPH07302565A JP6093621A JP9362194A JPH07302565A JP H07302565 A JPH07302565 A JP H07302565A JP 6093621 A JP6093621 A JP 6093621A JP 9362194 A JP9362194 A JP 9362194A JP H07302565 A JPH07302565 A JP H07302565A
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JP
Japan
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cathode
insulating cylinder
electron gun
extraction grid
refrigerant
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Application number
JP6093621A
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English (en)
Inventor
Sukeyuki Yasui
祐之 安井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】イオンビームの入射による陰極の加熱を抑えて
保守の頻度を減らす。 【構成】陰極支持用絶縁筒7の先端にOリング16を介し
て取り付けられた陰極6の裏面に形成された座ぐり部6
aに、銅材で製作したT字状の放熱片10の頭部をろう付
する。放熱片10の裏面中央に垂設された接続部10aに
は、高電圧ケーブル8を接続し、この高電圧ケーブル8
の他端は、高圧の負の電源に接続する。陰極支持用絶縁
筒7の内部には、絶縁油を注入し、放熱片10を介して陰
極6を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して電
子ビームを発生させるプラズマ式電子銃に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、微細加工や微細溶接あるいは非破
壊検査用としてのX線検査装置等の多くの先端技術の分
野で、電子銃が使用されている。このような用途の機器
に組み込まれている電子銃には、その電子ビーム発生法
に種々な方法が採用される。そのなかの従来のプラズマ
式電子銃について図6を参照して説明する。
【0003】図6に示すように、ヘリウムガスが導入さ
れ、このヘリウムガスを電離させる陽極ワイヤ1を収納
したイオン化室2の片側に抽出グリッド3が横設され、
この抽出グリッド3を介してイオン化室2と連通する断
面U字状の高電圧室4が隣設されている。イオン化室2
の他側には、電子を透過させる電子ビーム取出窓5が形
成されている。
【0004】一方、高電圧室4には、抽出グリッド3と
対向する位置に断面E字状の陰極6がセラミックス製の
陰極支持用絶縁筒7の先端に固定され、陰極6の後端中
央は高電圧ケーブル8に接続され、この高電圧ケーブル
8によって高電圧室4の外に引き出されている。
【0005】さらに、高電圧導入室9には、陰極支持用
絶縁筒7及び高電圧ケーブル8の沿面耐圧値を上げるた
めに、絶縁液体(例えば絶縁油)が封入されている。高
電圧室4には、図示しない排気口が設けられており、こ
の排気口には図示しない排気装置が接続され、イオン化
室2及び高電圧室4の内部の圧力は、排気装置によって
所定の範囲に制御されている。高電圧室4の底部に設け
られた高電圧ケーブル8の貫通部には、Oリング溝が形
成され、このOリング溝には、高電圧室4の内部の機密
を保つためのOリング17が挿着されている。
【0006】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、高電圧室4の内部に供給されたヘリウムガス
の陽イオン化を効率よく行うために、イオン化室2及び
高電圧室4の圧力は、10〜30ミリ・トールの低い状態に
維持されている。ヘリウムガスは、後述する二次電子の
放出特性に優れているために用いられている。
【0007】また、イオン化室2及び高電圧室4を形成
する円筒状のケースは接地されており、抽出グリッド3
は電子ビーム取出窓5と等電位にある。陰極6は高電圧
ケーブル8を介して図示しない高電圧供給源に接続され
ており、約 100kVの高い負のバイアス電圧が印加されて
いる。
【0008】一方、電子ビーム取出窓5は、高エネルギ
ーの電子に対して透過性のある、厚さ10μmほどのアル
ミニウムもしくは高分子のシートで構成されている。窓
幅は電子銃の用途によって設定される。
【0009】電子銃を作動させる場合には、陽極ワイヤ
1に1kV程度のパルス電圧もしくは直流電圧を印加す
る。すると、陽極ワイヤ1と接地電位にあるイオン化室
2を形成するケースとの間で放電が発生し、イオン化室
2の内部にプラズマが生成される。一方、高電圧室4の
内部に収納された陰極6は、抽出グリッド3を介してこ
のプラズマからイオンを引き出す。
【0010】このイオンは、イオン化室2と高電圧室4
との間に横設された抽出グリッド3を経て高電圧室4に
侵入し、高エネルギーに加速されて陰極6の表面に衝突
する。すると、陰極6の表面が加熱されて、この陰極6
の表面から二次電子が放出される。
【0011】このようにして陰極6の表面から放出され
た二次電子は、イオンの侵入方向とは逆に進み、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
通過して電子ビーム取出窓5から、高エネルギーの電子
ビームとしてX線が出射され検査対象物などに照射され
る。
【0012】ここで、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、負のバイアス電圧をV
HT、イオンの電荷量をeとすれば、単一の荷電イオンに
関係があることを念頭におき、イオンは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られ
る。
【0013】また、抽出グリッド3から引き出されたイ
オンが陰極6に衝撃することによって放出される二次電
子は、抽出グリッド3に向かって加速され、e・VHT
エネルギーに到達する。これらの状態において、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進む。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成されたプラズマ式電子銃においては、陰極6から二
次電子を放出させるために、イオン化室2から引き出さ
れたイオンを高電圧室4で高エネルギーイオンビームと
し、陰極6に入射させるため、加熱によって陰極の表面
が損傷するおそれがある。すると、陰極の表面から放出
される二次電子も散乱するおそれがある。
【0015】そのため、従来のプラズマ式電子銃におい
ては、イオンの照射量を減らしたり、損傷した陰極の交
換などによって対処していたが、プラズマ式電子銃の保
守の頻度が増えてX線検査装置の稼働率が低下するおそ
れもある。そこで、本発明の目的は、陰極の加熱による
損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのできるプラズマ式
電子銃を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電
圧室に収納され、内部に冷媒が注入された絶縁筒と、こ
の絶縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰
極の裏面に結合され冷媒で冷却される放熱片を備えたプ
ラズマ式電子銃である。
【0017】また、請求項2に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れた絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設けられ
た陰極と、この陰極に埋設され冷媒が貫流する放熱片を
備えたプラズマ式電子銃である。
【0018】また、請求項3に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れた絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設けられ
た陰極と、この陰極の裏面に密着配設され冷媒が貫流す
る冷却管を備えたプラズマ式電子銃である。
【0019】また、請求項4に記載の発明は、イオン化
室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納さ
れ、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁筒の抽
出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部に遊嵌
された分流管を備えたプラズマ式電子銃である。
【0020】さらに、請求項5に記載の発明は、イオン
化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に収納
され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁筒の
抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部に遊
嵌された分流管と、この分流管の先端に設けられたノズ
ルを備えたプラズマ式電子銃である。
【0021】
【作用】請求項1に記載の発明においては、陰極で発生
した熱は、放熱片を介して冷媒に伝達される。また、請
求項2に記載の発明においては、陰極で発生した熱は、
冷媒が貫流する放熱片を介して冷媒に伝達される。
【0022】また、請求項3に記載の発明においては、
陰極で発生した熱は、冷却が貫流する冷却管を介して冷
媒に伝達される。また、請求項4に記載の発明において
は、陰極で発生した熱は、分流管で環流される冷媒で冷
却される。さらに、請求項5に記載の発明においては、
陰極で発生した熱は、分流管の先端のノズルから噴出さ
れる冷媒によって冷却される。
【0023】
【実施例】以下、本発明のプラズマ式電子銃の一実施例
を図面を参照して説明する。図1は、請求項1に記載の
プラズマ式電子銃を示す部分縦断面図で、従来の技術で
示した図6の円筒状のケースは省略し、図6と同一部分
には同符号を付して説明を省略する。
【0024】図1において、従来の技術で示した図6と
異なるところは、陰極6の形状で、ステンレス鋼材で製
作された陰極6の背面には、放熱促進用の放熱片10が以
下述べるように埋設されている。
【0025】すなわち、図1において陰極6の背部に
は、円形の座ぐり部6aが形成され、この座ぐり部6a
には、図1においてはT字形で、図示しない平面図では
円形の銅材で製作された放熱片10の頭部が挿入され、座
ぐり部6aの底面と側面にろう付されている。
【0026】放熱片10の中心部に垂設された円柱状の端
子部10aには、図6と同様に高電圧ケーブル8の先端の
芯線が圧着されている。陰極6の外周下部と陰極支持用
絶縁筒7の上部に形成された凹部の内周の間には、Oリ
ング16が挿入され、高電圧導入室9の内部に注入された
絶縁油の漏れが防がれている。
【0027】このように陰極6が構成されたプラズマ式
電子銃においては、高電圧室4の端部に横設された図示
しない抽出グリッドを経て、矢印Aで示すように陰極6
の前面に入射したイオンビームによって加熱された陰極
6の熱は、この陰極6の裏側にろう付された放熱片10の
頭部に伝達される。
【0028】この頭部に伝達された熱は、熱伝導率の優
れた放熱片10の頭部から、この頭部に垂設された端子部
10aに温度勾配のない状態で伝達され、高電圧導入室9
に注入された絶縁油で冷却される。
【0029】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、ステンレス鋼材(SUS304)だけ
で製作されていた従来の陰極に比べて、裏面の冷媒との
接触側にステンレス鋼材と比べて約10倍の熱伝導率の銅
材の放熱片10を埋設することで、陰極6の表面の熱を効
果的に冷媒に伝達することができるので、陰極6の過熱
による損傷を防ぐことができ、この損傷による二次電子
の散乱を防ぐことができ、陰極6の交換頻度を減らすこ
とができる。
【0030】なお、上記実施例において、放熱部10aの
外周にねじ山を形成して、冷媒と接触する面積を増や
し、放熱部10aから冷媒への熱伝達効果を上げてもよ
い。さらに、放熱部10aの外周に、帯状の銅板を螺旋状
に巻き付けてろう付し、放熱部10aから冷媒への熱伝達
効果を更に上げてもよい。
【0031】図2は、請求項2に記載のプラズマ式電子
銃を示す部分縦断面図で、図1に対応する図であり、図
1の中間部の破断部から上部だけを示す。図2において
は、陰極6Aの背部には、ステンレス鋼(SUS304)で製
作された断面逆山字状の放熱片10Aがろう付けされてい
る。この放熱片10Aの下面の左右には、円柱状の接続部
10bが対称的に垂設され、これらの接続部10bと放熱片
10Aの上端の円板部には、逆U字状の冷却流路10cが形
成されている。
【0032】このうち、接続部10bには、接続管12の上
端がそれぞれ螺合され、これらの接続管12の図示しない
他端は、純水を冷却し吐出する図示しない冷却ポンプに
接続されている。
【0033】このように陰極6Aが構成されたプラズマ
式電子銃においては、陰極6Aで発生した熱は、この陰
極6Aの裏面にろう付された放熱片10Aの内部に、図2
の矢印B1に示すように供給され矢印B2に示すように
排出される冷媒によって冷却されるので、図1で示した
陰極6に比べて更に低い温度に冷却することができ、高
出力のプラズマ式電子銃においても、陰極6Aの表面の
損傷を防ぐことができ、長期に亘って陰極6Aの交換作
業を省くことができる。
【0034】図3は、請求項3に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図1,図2に対応する
図である。図3においても、図2と同様に図1の中間部
の破断部から上部だけを示す。
【0035】図3において、図1及び図2の異なるとこ
ろは、図6で示した陰極6Cの裏面中央部に垂設された
接続部と同形の接続部6bに対して、螺旋状に形成され
た放熱管13が挿入され、ろう付されている。これらの放
熱管13の両端には、接続管12がそれぞれ接続されてい
る。
【0036】このように陰極6Bに放熱管13が挿入され
たプラズマ式電子銃においては、接続管12によって放熱
管13の内部を貫流する冷媒で陰極6Bが冷却されるの
で、この陰極6Bの前面に入射されるイオンビームによ
る陰極6の前面の加熱による損傷を防ぐことができる。
【0037】図4は、請求項4に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図1,図2及び図3に
対応する図で、図2及び図3と同様に、図1の中間部の
破断部から上部だけを示す。
【0038】図4において、図1,図2及び図3と異な
るところは、陰極6Cの裏面に垂設された接続部6cに
は、上端に左右に貫通した貫通穴6c1が形成されてい
る。さらに、高電圧導入室9の内部には、フッ素樹脂製
の分流管14が挿入され、この分流管14の上端と陰極6C
の背面との間には、僅かな間隙が設けられている。
【0039】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、分流管14の内面と高電圧ケーブル8との間に
図4の矢印C1,C2に示すように流入した冷媒は、接
続部6cの外周から分流管14の上端を経てこの分流管14
の外周に流出し、矢印C3,C4に示すように流下し
て、図示しない冷却ポンプに環流される。
【0040】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、分流管14の内部から外部に流れ
る冷媒による接続部6cの冷却によって、陰極6Cの前
面も冷却され、この陰極6Cの前面に入射するイオンビ
ームによる過熱を抑えることができる。
【0041】図5は、請求項5に記載の発明のプラズマ
式電子銃を示す部分縦断面図で、図1,図2,図3及び
図4に対応する図で、図2及び図3と同様に、図1の中
間部の破断部から上部だけを示す。
【0042】図5において、図1,図2,図3及び図4
と異なるところは、陰極6Dの裏面に垂設された接続部
6dには、上端に大きい貫通穴6d1が横に形成されて
いる。さらに、高電圧導入室9の内部には、フッ素樹脂
製の分流管14が挿入され、この分流管14の上端と陰極6
Dの背面との間には、図4と同様に僅かな間隙が設けら
れている。さらに、分流管14の上端には、環状のノズル
15が挿着され固定されている。
【0043】このように構成されたプラズマ式電子銃に
おいては、分流管14の内面と高電圧ケーブル8との間に
図4の矢印C1,C2に示すように流入した冷媒は、接
続部6dに形成された貫通穴6d1の下部から、ノズル
15の中心に形成されたノズル穴を経て、陰極6Dの最高
温度部となる中央部の裏面に衝突し、図5に示すように
分流管14の上端を経てこの分流管14の外周に流出し、矢
印C3,C4に示すように流下して、図示しない冷却ポ
ンプに環流される。
【0044】したがって、このように構成されたプラズ
マ式電子銃においては、分流管14の内部から外部に流れ
る冷媒による接続部6dの冷却によって、陰極6Dの中
央部が冷却されるので、この陰極6Dの前面に入射する
イオンビームによる過熱を抑えることができる。
【0045】
【発明の効果】以上、請求項1に記載の発明によれば、
イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室
に収納され、内部に冷媒が注入された絶縁筒と、この絶
縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極の
裏面に結合され冷媒で冷却される放熱片を備えること
で、陰極で発生した熱を熱伝導率の優れた放熱片を介し
て冷媒に伝達したので、陰極の加熱による損傷を防ぎ保
守の頻度を減らすことのできるプラズマ式電子銃を提供
することができる。
【0046】また、請求項2に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納された絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設
けられた陰極と、この陰極に埋設され冷媒が貫流する放
熱片を備えることで、陰極で発生した熱を冷媒が貫流し
熱伝導率の優れた放熱片を介して冷媒に伝達したので、
陰極の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことの
できるプラズマ式電子銃を提供することができる。
【0047】また、請求項3に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納された絶縁筒と、この絶縁筒の抽出グリッド側に設
けられた陰極と、この陰極の裏面に密着配設され冷媒が
貫流する冷却管を備えることで、陰極で発生した熱を冷
却が貫流する冷却管を介して冷媒に伝達したので、陰極
の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのでき
るプラズマ式電子銃を提供することができる。
【0048】また、請求項4に記載の発明によれば、イ
オン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室に
収納され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶縁
筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内部
に遊嵌された分流管を備えることで、陰極で発生した熱
を分流管で環流される冷却で冷却したので、陰極の加熱
による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすことのできるプラ
ズマ式電子銃を提供することができる。
【0049】さらに、請求項5に記載の発明によれば、
イオン化室に抽出グリッドを介して隣設された高電圧室
に収納され、内部に冷媒が供給される絶縁筒と、この絶
縁筒の抽出グリッド側に設けられた陰極と、絶縁筒の内
部に遊嵌された分流管と、この分流管の先端に設けられ
たノズルを備えることで、陰極で発生した熱を分流管の
先端のノズルから噴出される冷媒によって冷却したの
で、陰極の加熱による損傷を防ぎ保守の頻度を減らすこ
とのできるプラズマ式電子銃を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。
【図2】請求項2に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。
【図3】請求項3に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。
【図4】請求項4に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。
【図5】請求項5に記載の発明のプラズマ式電子銃の一
実施例を示す部分縦断面図。
【図6】従来のプラズマ式電子銃の一実施例を示す部分
縦断面図。
【符号の説明】
1…陽極ワイヤ、2…イオン化室、3…抽出グリッド、
4…高電圧室、5…電子ビーム取出窓、6,6A,6
B,6C,6D…陰極、7…陰極支持用絶縁筒、8…高
電圧ケーブル、9…高電圧導入室、10,10A…放熱片、
10a…端子部、10b…接続部、10c…冷却流路、12…接
続管、13…放熱管、14…分流管、15…ノズル、16…Oリ
ング。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
    された高電圧室に収納され、内部に冷媒が注入された絶
    縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
    陰極と、この陰極の裏面に結合され前記冷媒で冷却され
    る放熱片を備えたプラズマ式電子銃。
  2. 【請求項2】 イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
    された高電圧室に収納された絶縁筒と、この絶縁筒の前
    記抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極に埋設
    され冷媒が貫流する放熱片を備えたプラズマ式電子銃。
  3. 【請求項3】 イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
    された高電圧室に収納された絶縁筒と、この絶縁筒の前
    記抽出グリッド側に設けられた陰極と、この陰極の裏面
    に密着配設され冷媒が貫流する冷却管を備えたプラズマ
    式電子銃。
  4. 【請求項4】 イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
    された高電圧室に収納され、内部に冷媒が供給される絶
    縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
    陰極と、前記絶縁筒の内部に遊嵌された分流管を備えた
    プラズマ式電子銃。
  5. 【請求項5】 イオン化室に抽出グリッドを介して隣設
    された高電圧室に収納され、内部に冷媒が供給される絶
    縁筒と、この絶縁筒の前記抽出グリッド側に設けられた
    陰極と、前記絶縁筒の内部に遊嵌された分流管と、この
    分流管の先端に設けられたノズルを備えたプラズマ式電
    子銃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100706374B1 (ko) * 2005-07-28 2007-04-10 (주)이오엠 이온주입기의 분리형 피드 쓰루
JP2013541167A (ja) * 2010-10-25 2013-11-07 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ 電子ビームを形成するための装置

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