JPS5956342A - ホロ−陰極放電装置 - Google Patents
ホロ−陰極放電装置Info
- Publication number
- JPS5956342A JPS5956342A JP57164928A JP16492882A JPS5956342A JP S5956342 A JPS5956342 A JP S5956342A JP 57164928 A JP57164928 A JP 57164928A JP 16492882 A JP16492882 A JP 16492882A JP S5956342 A JPS5956342 A JP S5956342A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- discharge
- hollow cathode
- cathode
- glow discharge
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明はイオン源などに用いるに適したホロー陰極放電
装置４二関する。
装置４二関する。
近年、核融合用大容量イオン源の陰極（二大電流化・長
寿命化などに有利であるホロー陰極が使用されている。
寿命化などに有利であるホロー陰極が使用されている。
ホロー陰極の起動法を含めた構造として、ヒータによる
輻射、電子衝撃型グロー放電型などがあった。欠点とし
て、前者の二つの型はヒータ材の蒸発によるホロー陰極
エミッター材への蒸着、エミッションの低下、またヒー
タの熱的変形陰極への接触断線など結果的に寿命の低下
（二問題があった。
輻射、電子衝撃型グロー放電型などがあった。欠点とし
て、前者の二つの型はヒータ材の蒸発によるホロー陰極
エミッター材への蒸着、エミッションの低下、またヒー
タの熱的変形陰極への接触断線など結果的に寿命の低下
（二問題があった。
また従来のグロー放電型のホロー陰極放電装置は、通常
の運転時の圧力が２桁以上（＝も高い圧力を必要とし、
排気ポンプの負担を著しく増大し、また加熱効率も低く
、さらに起動時に高電圧（通常運転時の５倍）が必要と
なり、自ずと電源装置の大容量のものを必要とすること
（二なるなどの欠点があった。
の運転時の圧力が２桁以上（＝も高い圧力を必要とし、
排気ポンプの負担を著しく増大し、また加熱効率も低く
、さらに起動時に高電圧（通常運転時の５倍）が必要と
なり、自ずと電源装置の大容量のものを必要とすること
（二なるなどの欠点があった。
例えば第１図に示すような従来のホロー陰極放電装置で
あってはホロー陰極１と陽極２との間でホロー放電を生
じさせるに際し、あらかじめ陰極ｌの外部に設けたヒー
タ３を電源４の印加によって加熱し、陰極ｌの内面（二
設けたエミッタを加熱して放電起動するが、放電（二必
要なガスを陰極１の内部に流すため（二、エミッタ内部
の温度が低下し、その結果熱電子放出が低下し、放電起
動が困難となる。この時の陰極１の表面温度の低下の様
子は第２図（二示す。なおＡ点はガス導入時、Ｂ点は放
電開始時および０点は放電停止時を示す。放電ガス（Ｈ
，）が導入されエミッタが加熱され熱電子の放出が行な
われてから、電圧源５、スイッチ６および安定抵抗７と
からなる電源装置８によって陽極との間で放電を開始し
、イオンビーム９として取り出される。なおこれらの電
極等は真空容器ｌＯ内に配設されている。このようなヒ
ータ３を有するホロー陰極放電装置であっては、そのヒ
ータ３が通常３０００に以上の高温に熱せられて動作す
るために、ヒータの熱変形、ヒータと陰極との接触ある
いはヒータ自身の短絡により場合によってはホロー陰極
自身の寿命以前にヒータの寿命が来たりして、ヒータの
交換２分解あるいは再組立の必要が生じる。さらにはヒ
ータを設けるために内部構造が複雑となる。したがって
望むべきはヒータを用いないで起動できる方が良い。
あってはホロー陰極１と陽極２との間でホロー放電を生
じさせるに際し、あらかじめ陰極ｌの外部に設けたヒー
タ３を電源４の印加によって加熱し、陰極ｌの内面（二
設けたエミッタを加熱して放電起動するが、放電（二必
要なガスを陰極１の内部に流すため（二、エミッタ内部
の温度が低下し、その結果熱電子放出が低下し、放電起
動が困難となる。この時の陰極１の表面温度の低下の様
子は第２図（二示す。なおＡ点はガス導入時、Ｂ点は放
電開始時および０点は放電停止時を示す。放電ガス（Ｈ
，）が導入されエミッタが加熱され熱電子の放出が行な
われてから、電圧源５、スイッチ６および安定抵抗７と
からなる電源装置８によって陽極との間で放電を開始し
、イオンビーム９として取り出される。なおこれらの電
極等は真空容器ｌＯ内に配設されている。このようなヒ
ータ３を有するホロー陰極放電装置であっては、そのヒ
ータ３が通常３０００に以上の高温に熱せられて動作す
るために、ヒータの熱変形、ヒータと陰極との接触ある
いはヒータ自身の短絡により場合によってはホロー陰極
自身の寿命以前にヒータの寿命が来たりして、ヒータの
交換２分解あるいは再組立の必要が生じる。さらにはヒ
ータを設けるために内部構造が複雑となる。したがって
望むべきはヒータを用いないで起動できる方が良い。
そこで第３図に示すようなグロー放電起動型のホロー陰
極放電装置が従来用いられていた。この装置は前述した
装置のヒータの代會月二陽極【と間でグロー放電を起さ
せる起動用の電源装置１１が陽極ｌとのアーク放電用の
電源装置１２と並列に設けられている。なおこのアーク
放電用の電源装［１１１２には起動用の電源装置■１か
らの電流が逆流しないようにダイオード１３が直列接続
されている。この放電装置の動作は、陰極ｌ側から作動
ガス（Ｈ２）を第４図に示すようなタイミングで流１−
と同時に起動用電源装置１１から高電圧（通常１ＫＶ以
上）のグローアーク電圧を印加し、グロー放電をホロー
陰極に発生させ、このグロー放電によりホロー陰極を加
熱し、十分加熱後、アーク放電用電源装置１２からのア
ーク電圧を陽極に投入してアーク放電を起動する。この
ような装置であっては、起動用の高電圧電源装置が必要
であると共にグロー放電時にイオンボッバートによる加
熱がホロー陰極の出口付近のみとなるため十分な加熱に
は、長い加熱時間を必要としていた。しかも極部的な加
熱のだめに、場合によっては、熱的ひずみが生じ、ホロ
ー陰極の寿命低下につながるなどの欠点があった。
極放電装置が従来用いられていた。この装置は前述した
装置のヒータの代會月二陽極【と間でグロー放電を起さ
せる起動用の電源装置１１が陽極ｌとのアーク放電用の
電源装置１２と並列に設けられている。なおこのアーク
放電用の電源装［１１１２には起動用の電源装置■１か
らの電流が逆流しないようにダイオード１３が直列接続
されている。この放電装置の動作は、陰極ｌ側から作動
ガス（Ｈ２）を第４図に示すようなタイミングで流１−
と同時に起動用電源装置１１から高電圧（通常１ＫＶ以
上）のグローアーク電圧を印加し、グロー放電をホロー
陰極に発生させ、このグロー放電によりホロー陰極を加
熱し、十分加熱後、アーク放電用電源装置１２からのア
ーク電圧を陽極に投入してアーク放電を起動する。この
ような装置であっては、起動用の高電圧電源装置が必要
であると共にグロー放電時にイオンボッバートによる加
熱がホロー陰極の出口付近のみとなるため十分な加熱に
は、長い加熱時間を必要としていた。しかも極部的な加
熱のだめに、場合によっては、熱的ひずみが生じ、ホロ
ー陰極の寿命低下につながるなどの欠点があった。
本発明の目的は上述した従来装置の欠点に鑑み−為され
たもので、アーク放電を低い電圧で起動し、しかもホロ
ー陰極を均一（二加熱することによって、電源装置など
のを小型化できしかもホロー陰極の寿命を低下させるこ
とのないホロー陰極放電装置を提供することにある。
たもので、アーク放電を低い電圧で起動し、しかもホロ
ー陰極を均一（二加熱することによって、電源装置など
のを小型化できしかもホロー陰極の寿命を低下させるこ
とのないホロー陰極放電装置を提供することにある。
本発明は中空かつ円筒状の陰極と、この陰極と対向配置
した陽極と、この陽極と前記陰極との間で主放電を誘起
せしめる主放電室とを具備してなるものにおいて、前記
陰極を互いに絶縁しかつ同軸に配設した内筒と外筒とで
構成し、との内筒と外筒との間（＝放電ガスを導入し、
前記主放電室とは分離してこの内筒と外筒との間に副放
電を誘起せしめる副放電室を設けて構成してなるホロー
陰極放電装置である。
した陽極と、この陽極と前記陰極との間で主放電を誘起
せしめる主放電室とを具備してなるものにおいて、前記
陰極を互いに絶縁しかつ同軸に配設した内筒と外筒とで
構成し、との内筒と外筒との間（＝放電ガスを導入し、
前記主放電室とは分離してこの内筒と外筒との間に副放
電を誘起せしめる副放電室を設けて構成してなるホロー
陰極放電装置である。
この発明（二よれば、主放電を誘起せしめるグロー放電
空間が副放電を誘起せしめるアーク放電空間と分離され
ているため、グロー放電電圧を低くするようにガスの圧
力を調節できることから放電用の電源容量が小さくてす
む。また陰極が円筒状に加熱されるために主放電が均一
にホロー陰極全体に発生し、効率良く放電することがで
き、さらに局部加熱（二よる熱ひずみが少なく陰極の寿
命を第５図は本発明のホロー陰極放電装置を示す断面図
である。このホロー陰極放電装置は、ホロー陰極１４に
対向配置された陽極１５とが真空容器１６内に設けられ
ている。この真空容器１６内はホロー陰極放電（主放電
）を誘起せしめる主放電室１７を形成している。ホロー
陰極１４は同軸円筒状のホロー陰極（内筒）１８とこの
外周に設けられた電極（外筒）１９と、この内筒１８と
外筒１９とを電気的に絶縁しかつ所定間隔を有して支持
している絶縁物２０．２１とで構成され、絶縁物２０゜
２１は内筒１８と外筒１９との間に設けたグロー放電発
生空間と主放電室【７の空間とを分離するために設けら
れている。このグロー放電発生空間は副放電室２２とし
て動作する。また内筒１４と外筒１９とは導体でできた
支持体２３．２４によってそれぞれ固定されている。ま
た内筒１４はその一端面にホロー放電用の孔２５を有し
ており、他端には加熱用グロー放電発生のために起動用
電源２６がホロー陰極１４と電極１９をそれぞれ支持す
る導体２３と２４に接続されている。起動用電源２６は
電極１９に、ホロー陰極１４に対して正の電位になるよ
うに接続されている。
空間が副放電を誘起せしめるアーク放電空間と分離され
ているため、グロー放電電圧を低くするようにガスの圧
力を調節できることから放電用の電源容量が小さくてす
む。また陰極が円筒状に加熱されるために主放電が均一
にホロー陰極全体に発生し、効率良く放電することがで
き、さらに局部加熱（二よる熱ひずみが少なく陰極の寿
命を第５図は本発明のホロー陰極放電装置を示す断面図
である。このホロー陰極放電装置は、ホロー陰極１４に
対向配置された陽極１５とが真空容器１６内に設けられ
ている。この真空容器１６内はホロー陰極放電（主放電
）を誘起せしめる主放電室１７を形成している。ホロー
陰極１４は同軸円筒状のホロー陰極（内筒）１８とこの
外周に設けられた電極（外筒）１９と、この内筒１８と
外筒１９とを電気的に絶縁しかつ所定間隔を有して支持
している絶縁物２０．２１とで構成され、絶縁物２０゜
２１は内筒１８と外筒１９との間に設けたグロー放電発
生空間と主放電室【７の空間とを分離するために設けら
れている。このグロー放電発生空間は副放電室２２とし
て動作する。また内筒１４と外筒１９とは導体でできた
支持体２３．２４によってそれぞれ固定されている。ま
た内筒１４はその一端面にホロー放電用の孔２５を有し
ており、他端には加熱用グロー放電発生のために起動用
電源２６がホロー陰極１４と電極１９をそれぞれ支持す
る導体２３と２４に接続されている。起動用電源２６は
電極１９に、ホロー陰極１４に対して正の電位になるよ
うに接続されている。
またホロー陰極１４と陽極１５にアーク電源２７が接続
されている。作動ガス２９は、ホロー陰極１４の内部を
通して、陽極１５の方へ流され、排気される。作動ガス
２９の流量調節は、ガス流量調節弁３０で制御される。
されている。作動ガス２９は、ホロー陰極１４の内部を
通して、陽極１５の方へ流され、排気される。作動ガス
２９の流量調節は、ガス流量調節弁３０で制御される。
さらに作動ガス２９と同一ガスがグロー放電発生空間２
２にガス流量調 。
２にガス流量調 。
節介３１を通して供給口３２から供給される。
第６図に示されるアーク放電動作順序例を用いて、本発
明で実施した放電起動方法を示す。グロー放電用の供給
ガスを時刻ｔ。から１．の間に流し、グロー放電開始電
圧（Ｖｓ） が最小になるようにグロー放電空間２２
の圧力を設定する。作動ガスを水素（Ｈ３）とした場合
、放電空間の圧力をｐ、電極間の距離をｄとするとｐａ
：ｓ：ｔ Ｔｏｒｒ−ＣｍでＶＳは３００Ｖ程度である
ので、本実施例ではｄが５１ｇ程度になっているから圧
力ｐは２ＴＯｒｒにすればグロー放電用電源２６は３０
０Ｖ程度ですみ従来の数分の−の容量で加熱できる。グ
ロー放電空間２２が一定の圧力に達した時刻１．でグロ
ー放電電圧を印加し、ホロー陰極１４が十分加熱された
時刻ｔ、で作動ガスを流し、さらに時刻ｔ３でアーク電
圧を印加してアーク放電を起動させる。放電をある時間
をおいてくり返す時は、グロー放電用供給ガスは、グロ
ー放電空間２２とホロー陰極１４および真空容器１６と
は密閉されＣいるため、流す必要はない。
明で実施した放電起動方法を示す。グロー放電用の供給
ガスを時刻ｔ。から１．の間に流し、グロー放電開始電
圧（Ｖｓ） が最小になるようにグロー放電空間２２
の圧力を設定する。作動ガスを水素（Ｈ３）とした場合
、放電空間の圧力をｐ、電極間の距離をｄとするとｐａ
：ｓ：ｔ Ｔｏｒｒ−ＣｍでＶＳは３００Ｖ程度である
ので、本実施例ではｄが５１ｇ程度になっているから圧
力ｐは２ＴＯｒｒにすればグロー放電用電源２６は３０
０Ｖ程度ですみ従来の数分の−の容量で加熱できる。グ
ロー放電空間２２が一定の圧力に達した時刻１．でグロ
ー放電電圧を印加し、ホロー陰極１４が十分加熱された
時刻ｔ、で作動ガスを流し、さらに時刻ｔ３でアーク電
圧を印加してアーク放電を起動させる。放電をある時間
をおいてくり返す時は、グロー放電用供給ガスは、グロ
ー放電空間２２とホロー陰極１４および真空容器１６と
は密閉されＣいるため、流す必要はない。
［発明の他の実施例〕
上述した本発明の実施例では、作動ガスとグロー放電用
供給ガスとは同一ガスを使用したがグロー放電用ガス（
二希ガス、たとえばＡｒ Ｈｅ 、またはペニングガス
（Ａｒ＋Ｎｅなど）を使用すれば、さらにグロー放開始
電圧を低くでき電源容量を小さくすることが可能となる
。またグロー電源は直流電源でなくても、高周波電源を
用いても同一の効果が得られる。
供給ガスとは同一ガスを使用したがグロー放電用ガス（
二希ガス、たとえばＡｒ Ｈｅ 、またはペニングガス
（Ａｒ＋Ｎｅなど）を使用すれば、さらにグロー放開始
電圧を低くでき電源容量を小さくすることが可能となる
。またグロー電源は直流電源でなくても、高周波電源を
用いても同一の効果が得られる。
第１図は、従来のヒータ加熱型の説明図、第２図はホロ
ー陰極の表面温度の変化を示す曲線図、第３図は従来の
グロー放電加熱型ホロー陰極放電装置を示す説明図、第
４図はグロー放電加熱型ホロー電極の運転順序を示すタ
イミング図、第５図は本発明実施例を示す説明図、第６
図はその運転順序を示すタイミング図である。 １４・・・ホロー陰極 １６・・・陽極１７・・・
主放電室 １８・・・内筒１９・・・外筒
２２・・・副放電室２６・・・グロー放電用電源
２７・・・アーク放電用電源箱 １ 図 第２図 ρ 時 與 第５図 −１９４− 第 ６ 図
ー陰極の表面温度の変化を示す曲線図、第３図は従来の
グロー放電加熱型ホロー陰極放電装置を示す説明図、第
４図はグロー放電加熱型ホロー電極の運転順序を示すタ
イミング図、第５図は本発明実施例を示す説明図、第６
図はその運転順序を示すタイミング図である。 １４・・・ホロー陰極 １６・・・陽極１７・・・
主放電室 １８・・・内筒１９・・・外筒
２２・・・副放電室２６・・・グロー放電用電源
２７・・・アーク放電用電源箱 １ 図 第２図 ρ 時 與 第５図 −１９４− 第 ６ 図
Claims (1)
- 中空かつ円筒状の陰極と、この陰極と対向配置した陽極
と、この陽極と前記陰極との間で主放電を誘起する放電
室を具備してなり、前記陰極を所定の空隙を有して同軸
にかつ互いに絶縁されている多重構造の内筒と外筒とか
ら構成して、との内筒と外筒との空隙（＝、放電ガスを
導入しかつこの放電ガスの放電を前記空隙内で誘起せし
める前記主放電室とは分離した副放電室を設けたことを
特徴とするホロー陰極放電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57164928A JPS5956342A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | ホロ−陰極放電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57164928A JPS5956342A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | ホロ−陰極放電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5956342A true JPS5956342A (ja) | 1984-03-31 |
Family
ID=15802502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57164928A Pending JPS5956342A (ja) | 1982-09-24 | 1982-09-24 | ホロ−陰極放電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5956342A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6132940A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | Hitachi Ltd | 液体金属イオン源 |
| JP2010251323A (ja) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Siemens Ag | 粒子線を生成するためのイオン源、イオン源用の電極並びにイオン化されるガスをイオン源内に導入するための方法 |
-
1982
- 1982-09-24 JP JP57164928A patent/JPS5956342A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6132940A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | Hitachi Ltd | 液体金属イオン源 |
| JP2010251323A (ja) * | 2009-04-16 | 2010-11-04 | Siemens Ag | 粒子線を生成するためのイオン源、イオン源用の電極並びにイオン化されるガスをイオン源内に導入するための方法 |
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