JPS63503022A

JPS63503022A - プラズマ陽極電子銃

Info

Publication number: JPS63503022A
Application number: JP62502126A
Authority: JP
Inventors: ハーベイ，ロビン・ジェイ
Original assignee: ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー
Priority date: 1986-03-24
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1988-11-02
Also published as: DE3782789T2; WO1987006053A1; IL81721A; IL81721A0; DE3782789D1; JPH0449216B2; US4707637A; EP0261198A1; EP0261198B1

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。

Description

【発明の詳細な説明】プラズマ陽極電子銃１、発明の分野この発明は冷陰極電子源、特に自由電子レーザー（ＦＥＬ）、クライストロン、進行波管及び、ジャイロクライストロンのための冷陰極電子源に関する。

２、発明の背景リニア加速装置、自由電子レーザー、ジャイロトロンのために電子ビームを発生するための一般的実践は、熱電子陰極、またはプラズマ陰極及び、フィールドエミッタのようなパルス化冷陰極を利用する。しかしながら、熱電子陰極は、電流密度において制限され、ヒータ圧力を必要とし、熱を放射し、被毒することに敏感です。そして、パルス化高電圧二極管が高電流を放出するが、それらはせいぜい数マイクロセカンドの時間だけ、低い動作周期で作動する。グリッドは、陰極の高電圧で作動せねばならないので、通常の発生源のグリッド制御もまた難しい。

従って本発明の主な目的は、熱電子陰極に通常関連する多くの問題を伴わない高密度の電子ビームを供給することにある。

発明の要約本発明によると、衝突イオンに対する二次電子の放出の比率の比較的高い物質で形成される冷陰極が採用される。結合陽極とイオン源は、ガスプラズマを封じ込めるための環状室及び、陰極に衝突し、それによって二次電子を発生するためにイオンを選択的に放出する装置を含んでもよい。陽極は、上述したように中空であってもよく、中央開口を有してもよく、電子は、電子ビームを形成するために陽極内の開口を介して直進される。

この発明の追加の特徴及び、付随態様は次のものを含んでもよい。

１、陰極は、数１０キロボルトのようなかなり実質的な負電位であってもよく、または結合陽極とプラズマ源に関して１００キロボルト以上まで負であってもよい。入射イオンに対する二次電子の比率は１００キロボルト台の陰極電位に関して単位イオン当り約１４または１５電子であってもよい。

２、一つの実施例として、陰極は、通常のせん孔型の熱電子陰極のように比較的平らまたは、わずかに皿型であってもよい。環状陽極電極は陰極構造の内部に衝突するためにイオンを放出してもよく、この結果軸に沿って焦点を合せた電子ビームを形成する放射電子は、結合陽極及び、イオン源に向かって引き戻され、その中央開口を通過し、それにより軸に沿った集束電子ビームを形成する。この過程において、電子は、イオンからの有効なな種々の軌道に沿って移動し、イオンは周辺から陰極に向かって入り込み、所望の電子放出密度に従って陰極に衝撃を与えるように配置される。

３、他の選択的形態において、ジャイロトロンの応用に適し、そのプラズマ源は、実質的に円筒状であってもよく、対応する円筒形内部冷陰極にイオンを内部的に放出し、この冷陰極から最初に電子が放出されそれから放出電子は電子及び負電界の結合作用によって軸方向に指向され、軸方向の磁界を制御することによりジャイロトロンに用いられるビームを形成する。

４、イオンのパルスは、ヘリウムのような低圧ガスで満たされているプラズマ室内に広がる１以上の線陽極制御電極によって制御されてもよい。制御電極が、例えば、キロボルト台の正の電圧でパルスを発生させると、プラズマ電子は線の電界によって捕促され、Ｊ、Ｒ，ＢａｙｌｅｓｓとＲｏｂｉｎＨａｒｖｅｙに発行されたＵ、５Ｐａｔｅｎｔ　Ｎｏ、３゜９４９．２６０に示すように結果のイオンが陰極に面した開口から放出される状態でワイヤイオンプラズマメカニズムによってガスをイオン化する。

５．５０〜１００ボルトのような比較的低い正の電圧である補助グリッド電極は、陰極に対面するイオン源及び陽極の開口に近接して設けられ、プラズマ室内でのプラズマの形成または、減少中にイオンの漏洩を防止し、故に、イオンビームのパルス波形を鋭＜シ、または、変調する。

６、他の実施例においては、イオン源は、二つの結合された室に分けられてもよく、イオン放出は、陰極に面した開口から離れた後ろ室内の電極をパルス付勢することによって行われてもよい。

７、他の実施例において、プラズマ電子を捕促し、環状イオン源の内部でのイオンの形成を増大することによってイオン源内での交さ磁場放電メカニズムにより、プラズマの定着化を容易にするために補助磁石が用いられてもよい。

８、他の実施例において、付加陽極電位の段階によって異なったまたは、より高いエネルギーに電子を加速する間、陰極に衝撃を与えるイオンのエネルギーは、陰極に関して１３０キロボルトに設定される中間電極として、イオン源を動作するために設けることによって、陰極における最大二次放射及び最少電力消費に対して最適化され、これに対して電子は、付加陽極電位段によって異ｐりまたは、高エネルギー加速される。

新しい設計の利点は、次の通りである。

Ａ、接地電位変調高エネルギー電子ビームは、一般的には接地されている陽極構成体及び、電子ビームラインの電位より若干大きい低電力制御パルスによって制御される。直流電圧であってもよい陰極回路に高電圧制御の回路は必要とされない。ビーム電流は、必要なら定電圧で振幅変調されてもよい。

Ｂ、簡単比熱機械設計構成は、熱イオン陰極を用いた装置に比べてかなり簡単化される。その理由としては、室温の陰極は結合システムを過熱することなく、他の構成体に対する過度の熱膨張を受けなく、ヒータを必要としなく、低圧力雰囲気で動作でき、簡単に被毒しないことである。

Ｃ，ビームのプロファイル制御及び、低収差まず通常のピアス電子銃の形状について述べると、陽極で発生したイオンを陰極のイオン衝撃を与えることによって、高電子の光学上の特質に関しての性能が、促進される。

イオン衝撃流動率は、電極の鋭さを変えることによって整形してもよい。結果の電子密度の配分は、応用に関しての最適なプロファイルに一致するために調整されてもよい。

加えて、軸上の陽極ホール領域内のイオン化空間電荷の存在は、ビームが通過する中央開口をよりスムーズに横切って効果的に陽極等電位面を広げることによって非点収差を減少させる傾向にある。

Ｄ、差動ポンプ動作プラズマ陽極電子銃の全体の機能に低圧ガスは、調和しない。銃の操作をするために、ガスはプラズマ源の断面に挿入されてもよく、この場合圧力は、ヘリウム３０ミリトル台が要求される。そのガスは、グリッドを通って拡散し、使用による要求があれば、ガスは陽極の軸上の壁に沿って、かつ陽極の外周の周りの適切な位置で排出されてもよい。高電圧領域におけるガス圧は、パッシェンの破壊レベルよりも十分下に維持され、それゆえに、高エネルギー電子衝撃によって生じるイオン化の結果は、最少となる。その上、中空陰極に対抗する中空陽極は、ガス破壊の問題をもちださなく、パッシェン破壊の長さを評価するときに使用される距離は、高電圧断面の内部でかつ絶縁体に沿った距離である。プラズマは、陽極断面から排除されてもよく、または、ビームそれ自身の電子空間電荷の効果を減少させるために陽極内の電子ビーム領域の中心に配置されてもよい。本発明における他の目的、特徴、利点は詳細な説明の考察及び、添附図から明確となる。

図面の簡単な説明図１は、本発明の詳細な説明するプラズマ陽極電子ビーム形成組立体の概要の断面図。図２は、図１に一類似のプラズマ陽−極電子銃に関する電子制御装置の概略を示す。

図３は、現タイプのプラズマ陽極電子銃に応用できる一つのガス制御装置の概略を説明する図。

図４は、イオン源に関連した補助グリッドを利用するプラズマ陽極電子ビーム形成銃の概略を示す図。

図５と６は、それぞれ現タイプのプラズマ陽極電子銃に関するイオンと電子の軌道を示す図。

図７は、他のイオン源装置を示す図。

図８は、ジャイロトロンに応用される発、明の原理を示す他の実施例の概略図。

図９は、モリブデンに関する入射ヘリウムイオン当りの二次放射電子の相対的なプロットであり、キロボルトにおける入射イオンのエルネギ−に対してプロットを示す図。

図１０は、１００キロボルト以上の電圧での動作に関し、独立して調整可能なイオンと電子エネルギーを用いることができる変形例である。

図１１は、本発明が、自由電子レーザーまたは変調器に電子ビームを与えるためにどのように採用できるかを概略示す。

詳細な説明図面をより詳細に参照すれば、図１は、本発明の原理に従って組立てたプラズマ陽極電子銃を示す。図１において、陰極１２はモリブデンのような高率の二次的産物を有する物質で作られる。または、皿型の陰極表面１４には厚いモリブデンの被覆がもうけられてもよい、そして、陰極表面１４はピアス電子銃の形をとる。イオンは、入口４０で室１６に取り入れる水素、ヘリウム、酸素のようなガスのイオン化により発生する。そのプラズマ陽極電子ビーム構造体の外囲器１８は接地されてもよく。導体２ｏを通って陰極１２にがなり十分な負の電位が供給される。ＤＣ電圧源２２により概略的に示した負電位は、導入されたあるテストに使用されるような３万または４万ボルト台であってもよいが、以下に述べる理由のため実用的な例ではマイナス１０万から５０万ボルト台であってもよい。室１６に供給される比較的低圧力なガスは、室１６に広がっているワイヤー電極２４に印加される１０００ボルトの初期パルスによってイオン化されてもよい。

初期のイオン化につづいて、ワイヤ電極２４の電位はイオン化を維持するために、たぶん３００ボルトまで降下させる。

結合されたイオン源の室１６と、陰極１７は通常その形状は環状であり、実質上第２図、第５図及び、第６図に示されるような軌道でもって電子ビームが通過する中央開口２６を有する。第１図の他の特徴に関して、絶縁された陰極ブッシング２８は陰極１２と入力コネクタ２０を外囲器１８から分離することが注目される。同様にワイヤ電極２４は、支持リング３２によって共に結合され、導体３１が閉塞外囲器１８を通る箇所に絶縁ブッシング３４を有する数個の比較的厚い導体３１を含めることのできる支持リング３０に設けられてもよい。通常矢印３６によって示す電子ビームは、第１図の右へ図示しない電子装置または構成体に使用するため、通路３８の中を通過してもよい。

図２は、イオン源の室４２と陰極４４の好ましい配置を概略的に示す。図２において、イオンの軌道は通常破線４６で表わされ、イオンが陰極４４に衝撃をあたえた時発生した電子の軌道は、実線４８で示される。イオンのための開口５０は、破線４６によって示された軌道に追従するためにイオンを強制するため陰極４４に向かう角度でもって示されている。試験中においてイオン化が室４２で維持されている限り、開口５０からある量のイオン漏洩があることは決まっていた。

従って、その様な、不所望な漏洩を防ぐために、補助グリッド５２が設けられてもよい。開口５０に関して、約７０ボルトのような比較的低い負の電圧で、永久的にバイアスされているクリッドに関して、正イオンの不所望な漏洩は、１９８４年６月１８日に提出した私の先の出願番号Ｎｏ、０６／６２１．４２０に述べたように防止される。もし望めば、小型永久磁石５４と５６が室４２の中のイオンの平均自由路を縮小するため及び、この室の中のガスのイオン化を促進するために設けられてもよい。この点について、この原理が利用されている私の特許Ｎｏ、４，２４７，８０４が参照される。またその様な付加的集束が考慮中の応用に要求され、または、所望されれば電子ビーム４８に対する追加的集束磁界を与えるソレノイド磁石５８の一部が図２に示されている。しかしながら電子ビームの空間電荷の中和化は陽極の流動領域４７に故意に注入される残留プラズマによって得られる。このビームの集束能力の有効性は進行波管または、自由電子レーザー（ＦＥＬ）型の応用に重要な特徴であり、平行ビームを得るために使用できる。

図３は残留ガスが電子銃の下流に望まれていない場合の応用のために本発明の実施の過程において使われるガス制御装置の概要を示す。特にヘリウムガスは、環状イオン化室６６にリークバルブ６４を通って供給される。プラズマ源の領域６６内に限定圧力が、ヘリウム約３０ミリトル台で要求される。ガスは、図３に示すような構造体を通って拡散し、ガスは接地陽極７０の外周の好都合な場所に、かつ取付は部７２に示されるような陽極の軸外壁に沿って汲出される。付随的に矢印７４は、関連したＦＥＬに指向する電子ビームを示す。

図４の装置は、図１と同様であり、この二つの図における対応する部材は同一番号を付し、さらに説明しない。図４の装置の中での一つの重要な相違はプラズマが形成される室１６内の開口８４の外側に分離グリッド８２を設けていることです。グリッド８２は８５で概略示すようなりＣバイアス電圧を入力導体８６に印加することにより約７０ボルトのようなわずかな正電圧に維持される。絶縁に適しているブッシング８８は導体８６の周りに設けられている。ファラデーカップ９０は、図４に示される構造体における電子ビーム電流を測定のするために、電子ビームを吸収するために設けられる。

付随的に陰極１４の方に後方に延びているファラデーカッフカツブ９０の壁は発生される二次電子を含む電子の全てを捕促しようとし、吸収した電子ビームとイオン源と陰極の作用との間の相互作用を回避する。導入される１セツトの試験において陰極１４は、接地イオン源または陽極に対してほぼマイナス３５キロボルトの電位であって、陰極電流は、はぼ１．５アンペアであって、ファラデーカップで検知されるようなビーム電流は、はぼ１，２５アンペアであった。パルス源９１はイオンを放出し、電子ビームをパルス化するために線電極２４に１キロボルト台の短い正のパルスを供給する。

例えば一つの構成体が図１と４に示すように約９．５センチメートルの外囲器１８の外径を持ち、他の部分は実質的に縮小して描かれる。

マイナス１０万キロボルト以上のより高い陰極電圧がここに示された実施例の全部に使用されており、そのため実質上入射イオンに対する二次電子の実質的により高い比率が得られ（図９）、それ故により高いビーム電流及び電流密度が達成される。ファラデーカップ９０に対する物理的支持と電気的接続並びに陽極構成体の一部を形成する金属スリーブ９２に関して、ファラデーカップ９０の右側端９４は開口板９６の一部として構成されてもよく、この開口板を介して多数の金属脚体９８が陽極の外部スリーブ９０を支えるように広がっている。重い導体１００は、プレート９６を支持し、内部スリーブ９２に電気な接合を与える。それらは、絶縁ブッシングを用いて端部プレート９３を通って延在する。

図５．６を参照すると、それらは図１〜図４に示す一般的な形状のプラズマ陽極銃に対する代表的なイオンの軌道及び電子の軌道をそれぞれ示している。図５において陰極は、領域１０６によって示されのに対してイオン源は、参考数字１０４で示されている。図５の目的のために寸法はミリメートルで与えられ、陰極は接地陽極またはイオン源に関してほぼ４００キロボルトの負の電位であると仮定される。これらの状況下で正に充電したヘリウムイオンによって運ばれたイオン電流は空間電荷の限界であるほぼ７．２アンペアである。図６に示される電子の軌道に関しては、電子をイオン源１０４をより越えた点に向かって集束される。

更にビーム電流は、再び空間電荷の限界であるほぼ１０６のアンペアであるように評価される。計算によると、入射イオン当りの二次放射電子の比率は、１４．７となる。図５と６において、陰極１０６のプラズマ領域にわん曲を加えることは電子ビームの集束を変更し、ピアス電子銃の技術に従って陽極に衝突しない積層軌道を発生せる。

図７は、１０と１１だけでなく図１〜図４のプラズマ陽極ビームの形態で用いられるイオン源１０８の一部の切欠図である。特に図７は環状イオン源の一部を通った断面図である。

イオン源１０８は１キロボルト台の正パルスが電極１１４に供給されると矢印１１２によって示されるようにイオンを放出させる開口１１０を有する。開口バッフルプレート１１６は、図７に示すようにバッフルの左の量において中空陰極放電室を設けている。従って例えば初期１０００ボルトに近い初期イオン化に続いて電極１１４の通常の付勢は２００ボルト台である。そのとき１キロボルトのパルスが電極１１４に印加されると室１０８はイオン化されイオン１１２はイオン源の開口１１０を通って放出される。

図８は、ジャイロトロン型の構造に応用できるこの発明の他の実施例を示す。付随的に、自由電子レーザとジャイロトロンを検討する一つの代表的な記事がｒ高パワーコヒレント放射の新しい源」と題され、それはＰＨＹＳ　Ｉ　Ｃ５ＴＯＤＡＹの発行物１９８４年の３月号の４４ページから５１ページに、現わされている。図８において、プラズマイオン源１２２の外形は環状である。陰極１２６に面する内側の表面１２４上に開口を宵する。図１〜４の実施例の場合のように、例えば陰極１２６はモリブデンで形成されまたは破線１２８によって示されるイオンが衝撃を与える領域にモリブデンの厚い被覆を有する。先の装置の場合のように、任意グリッド１３０は所望パルスに追従するヘリウムイオンの漏洩をさけるために、約７０ボルトのような相当低い負の電位のバイアスとされる。環状である付加電極１３２はリード１３４から付勢される。室１２２の中のヘリウムガスをイオン化するために数百ガウス台以上の磁界がより強力なジャイロトロン領域１゛３８から室１２２に延在され、８００または１０００ボルトの初期パルスが交さ場の放電を室１２２に発生させるリード１３４の電極１３２に供給する。

イオン化に続いて、イオン化を維持のために電圧は約３００ボルトに降下される。この過程はスクリーン１２４からイオンを放出することが望まれる時に用いられる。１０００ボルト台の制御パルスは電極１３２に印加され、これはグリッド１３０に印される正バイアスを圧倒し、破線１２８によって示されるようにイオンが放出される。二次電子１３６は陰極２６の表面から放出され矢印１３８によって示され、Ｂで表わされた軸方向磁場の結果として電子は近接して示される開口１３６を追従する。

図９はイオンによって衝撃を与えられたときキロボルトの陰極電圧に対してプロットされたモリブデン陰極からの電子の二次放射の概要プロット図である。二次放射は、約１０万ボルトまでの負の電圧の増加と共に急速に増加し、その後わずかな正の勾配をもつのみとなることが示される。最後に１００万ボルト台の電圧で比率の下降が生じる。

図１０は過度のヒーティング又は、スパッタリングを導入することなく二次放射のメカニズムの最も有利な点がどのようにとりえるかを示す。即ち低電カドリガー変調器１６４にも電力を供給し、ファイバ光学制御パルスによって付勢される外部回路１６２によって、陰極１６６と陽極１６８とのある中間電位に保持される補助電極１６０内に設けられているイオン源を利用する可能となる。図１１は、冷陰極がイオン源１４６に対抗する円すい支持体１４４に取付けられている、この発明の変形実施例の概要を示す。ゲートパルス源１４８は、前述したものと同様であり、ガスを初期にイオン化し、イオン化を維持する装置を含む。この装置は、矢印１５０によって通常示されるように、陰極１４２に衝突し、電子ビームを発生させるようにイオンが放出されるようにプラズマを昇圧電位に周期的にパルス化する。自由電子レーザーまたは変調器１６０は、第１１図の右に一般的に示されいわゆるウィグラー（ｗｉｇｇｌｅｒ）永久磁石が参照番号１５２によって示される。また、リード１５４に接続され、たぶん負の２５万キロボルトを陰極に供給する正常の高電圧源−ｖＯが図１１に示される。

結論として、前述の詳細な説明及び、図面が、発明の実例となる実施例に関係することが理解されるべきである。種々変形がこの発明の精神及び、範囲から逸脱しないで成される。

それ故に、例として限定のないものとして、種々実施例に関して示したグリッドと励磁装置のどれか及び、軸方向磁界装置は図面の他の図に示される装置と組合わせて使用されてもよい。故に負または正バイアス制御グリッドはイオン化室の内側または若干外側にあってもよいし、結果の電子ビームは、周知の電子ビーム装置と関連して用いられてもよい。さらに、連続的な環状のイオン源を使用する代わりに、いくつかの分離した空間イオン源が実質的に同じ機能を果たすために使用され得る。また、装置の対称性は、図に示す軸方向に対称的な配置だけでなく直線的なるように配置されてもよい。従って、本発明、以上に正確に示し及び述べたような実施例に限定されない。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７）昭和６２年１１月１８日１、国際出願番号ＰＣＴ／ＬＩＳ８７１００３０６２、発明の名称フＯラズマ鳩胴り電多全８３、特許出願人住所　アメリカ合衆国カリフォルニア用９００４５−００６６０サンゼルス、ヒユーズ・テラス　７２００名称　ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー代表者　カランベラス・ニー・ダブユ国籍　アメリカ合衆国４、代理人住所　東京都千代田区霞が関３丁目７番２号ＵＢＥビル６、添付書類の目録（１）補正書の翻訳文　１通請求の範囲１、所定電流要求を与えるために十分高い入射イオンに対しである率で、二次電子を放射する材料によって形成される陰極と；結合された陽極及びイオン源電極の構成体と；前記の構成体は、陰極から放射した二次電子に関する通路を形成する放射状の内面を有する実質的な環状中空室を含む；前記の環状中空室内にイオンプラズマを発生するための手段と；前記結合された陽極及びイオン源の構成体に関して実質的な負の電位に前記の陰極をバイアスする手段と；前記陰極に衝突するため前記の中空室から選択的にイオンを放出する手段と；環状中空室内の通路を通って前記陰極から放出された二次電子を直進する手段と；で構成されるプラズマ陽極電子銃組立体。

２、前記の陰極がモリブデンの表面を有する請求の範囲１項に記載のプラズマ陽極電子銃の組立体３、前記結合された陽極及びイオン源構成体は、前記陰極に面する開口列を有する請求の範囲第１項に記載の、プラズマ陽極電子銃組立体４、グリッドが、前記の通路に直接隣接して配置され、前記結合された陽極及びイオン源構成体に関して前記グリッドを正にバイアスするための手段が設けられている請求の範囲第３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

５．５万ボルト以上の電圧の前記結合された陽極及びイオン源構成体に関して、陰極に負の電圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体６、イオンを放出する前記手段は環状中空室内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

７、前記電極は細い単線、または、複数線である請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

８、前記電極は、板状体であり、補助磁界が磁石によって前記環状中空室に印加される請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

９、前記電極は中空陰極形状を有するイオン源環状中空室と共に穴によってプラズマ環状中空室に接続される分離室に含まれる請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１０、前記陰極は、前記環状中空室の通路に直線配置される前記組立体の軸上に配置され、前記陰極は、前記の環状中空室に向かって対面する若干皿状の表面を有する請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１１、前記陰極で発生した電子を集束するための軸方向磁場を供給する手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１２、前記陰極は、形状が通常円筒であり、前記結合された陽極及びイオン源構成体は前記陰極を囲撓して配置される請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１３、前記環状中空室は、１以上の開口によって相互に結合される２つのプラズマ容積域を有し、前記陰極に近接する前記容積域の１つは、前記の陰極に衝突するイオンを放出するため前記の陰極面と対面する開口列を存し前記中空室は前記容量域の２つ目の内に延在する少なくとも１つの制御電極及び前記陰極に衝突するためのイオンの放出をさせるため前記の制御電極に実質的な正の電圧パルスを加える手段を有する請求の範囲第１・項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１４、プラズマ陽極電子銃の組立体は；入射イオンに対する二次電子の高い比率を有する材料からなる陰極と；結合された陽極及びイオン源電極構成体と前記構成体は陰極から放射した二次電子に関する通路を形成する放射状の内面を有する実質的な環状中空室を含む；前記環状中空室内に低圧力ガスを維持する手段と；前記環状中空室にイオンプラズマを発生する手段と；前記結合陽極及びとイオン源構成体に対して前記の陰極を実質的な負の電位にバイアスする手段と；前記陰極を衝突するため前記環状中空室からイオンを選択的に放出する手段と；前記陰極から放出された二次電子を前記の環状中空室内の通路を通って直進する手段とを具備し；前記陰極は前記結合イオン源及び陽極構成体から前記組立体の軸に沿って離間され、かつ対面する若干皿状表面を有する。

１５、前記陰極は、モリブデンの表面を有する請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１６、前記低圧ガスはヘリウムである請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１７、前記低圧力ガスは酸素である請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１８、前記結合された陽極及びイオン源構成体は陰極に対面する開口列を有する請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

１９６グリツドが、前記開口に直接隣接して配置され、前記結合された陽極及びイオン源構成体に対して、前記のグリッドを正にバイアスする手段が設けられる請求の範囲第１８項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２０．１０万ボルト以上の前記結合された陽極及びイオン構成体に対して、前記陰極に負の電位を印加する手段を含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２１、イオンを放出する前記手段は前記環状中空室内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を印加する手段とを含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２２、前記環状中空室は１以上の開口によって相互結合され、前記陰極に衝突するイオンを放出するための前記陰極に対面する開口列を有し前記陰極に近接する１つの容積域を含む２つのプラズマ容積域と、前記容積域の２つ目に延在する少なくとも１つの制御電極と前記陰極に衝突するイオンを放出させるため前記制御電極に実質的な正の電圧パルスを印加する手段とを含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２３、入射イオンに対して二次電子の高い率の材料で形成される陰極と；結合された陽極及びイオン源電極構成体とを有する゛、前記構成体は陰極から放射した二次電子に関する通路を形成する放射状の内面を有する環状中空室を有し、前記構成体内を低圧力ガスに維持する手段と；前記環状中空室内にイオンプラズマを発生させる手段と；前記結合陽極及びイオン源構成体に対して３万ボルト以上の電位差を有する実質的な負の電位に前記陰極をバイアスする手段と；イオンが所定の軌道を追従しながら前記陰極を衝突するための前記環状中空室からイオンを選択的に放出する手段と；前記所定のイオン軌道から実質的に異なる軌道に沿って前記環状中空室内の前記通路を通って前記陰極から放出した二次電子を直進する手段と；によって構成されるプラズマ陽極電子銃組立体。

２４、前記組立体は、前記陰極に向かって内側に前記イオンを直進する手段及び、前記陰極及び前記電子銃組立体の軸に沿ってビームを形成するため前記電子を直進する手段とを含む請求の範囲第２３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

２．５．前記の陰極は、通常形状において円筒状であり、前記陽極及びイオン源構成体は前記陰極を囲撓して配置される請求の範囲第２３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。

国際調査報告ＩｍｅｍｉｌａｌＩ＋１Ａｅｅｋ−訃、、Ｎ、、ＰＣＴ／ＬＪＳ８７１００３０ｂＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＩＪＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣτ／υＳ　８７１００３０６　（ＳＡ　１６６８０）

Claims

【特許請求の範囲】

１．所定電流要求を与えるために十分高い入射イオンに対してある率で、二次電子を放射する材料によって形成される陰極と；結合された陽極及びイオン源電極の構成体と；前記の構成体は、環状断面を有し、その中に中空室を有し、かつ、前記の構成体は、中央開口を有し；前記の中空室内にイオンプラズマを発生するための手段と；前記結合された陽極及びイオン源の構成体に関して実質的な負の電位に前記の陰極をバイアスする手段と；前記陰極に衝突するため前記の中空室から選択的にイオンを放出する手段と；陽極内の中央開口を通って前記陰極から放出された二次電子を直進する手段と；で構成されるプラズマ陽極電子銃組立体。
２．前記の陰極がモリブデンの表面を有する請求の範囲１項に記載のプラズマ陽極電子銃の組立体
３．前記陽極及びイオン源構成体は、前記陰極に面する開口列を有する請求の範囲第１項に記載の、プラズマ陽極電子銃組立体
４．グリッドが、前記の通路に直接隣接して配置され、前記陽極及びイオン源構成体に関して前記グリッドを正にバイアスするための手段が設けられている請求の範囲第３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
５．５万ボルト以上の電圧の前記陽極構成体に関して、陰極に負の電圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体
６．イオンを放出する前記手段は中空イオン源室内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
７．前記電極は細い単線、または、複数線である請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
８．前記電極は、板状体であり、補助磁界が磁石によって前記室に印加される請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
９．前記電極は中空陰極形状を有するイオン源室と共に穴によってプラズマ室に接続される分離室に含まれる請求の範囲第６項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１０．前記陰極は、前記陽極構成体の中央開口に直線配置される前記組立体の軸上に配置され、前記陰極は、前記の陽極構成体に向かって対面する若干皿状の表面を有する請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１１．前記陰極で発生した電子を集束するための軸方向磁場を供給する手段を含む請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１２．前記陰極は、形状が通常円筒であり、前記陽極及びイオン源構成体は前記陰極を囲撓して配置される請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１３．前記中空室は、１以上の開口によって相互に結合される２つのプラズマ容積域を有し、前記陰極に近接する前記容積域の１つは、前記の陰極に衝突するイオンを放出するため前記の陰極面と対面する開口列を有し前記中空室は前記容量域の２つ目の内に延在する少なくとも１つの制御電極及び前記陰極に衝突するためのイオンの放出をさせるため前記の制御電極に実質的な正の電圧パルスを加える手段を有する請求の範囲第１項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１４．プラズマ陽極電子銃の組立体は；入射イオンに対する二次電子の高い比率を有する材料からなる陰極と；結合された陽極及びイオン源電極構成体と前記構成体は環状形状に延在し、中空室を有し、前記構成体は、中央開口を有し；前記イオン源電極構成体内に低圧力ガスを維持する手段と；前記中空室にイオンプラズマを発生する手段と；前記結合陽極及びとイオン源構成体に対して前記の陰極を実質的な負の電位にバイアスする手段と；前記陰極を衝突するため前記中空室からイオンを選択的に放出する手段と；前記陰極から放出された二次電子を前記の陽極内の中央開口を通って直進する手段とを具備し；前記陰極は前記結合イオン源及び陽極構成体から前記組立体の軸に沿って離間され、かつ対面する若干皿状表面を有する。
１５．前記陰極は、モリブデンの表面を有する請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１６．前記低圧ガスはヘリウムである請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１７．前記低圧力ガスは酸素である請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１８．前記陽極及びイオン源構成体は陰極に対面する開口列を有する請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
１９．グリッドが、前記開口に直接隣接して配置され、前記陽極及びイオン源構成体に対して、前記のグリッドを正にバイアスする手段が設けられる請求の範囲第１８項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
２０．１０万ボルト以上の前記陽極構成体に対して、前記陰極に負の電位を印加する手段を含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
２１．イオンを放出する前記手段は前記中空イオン源室内の電極及び前記電極に実質的な正の電圧を印加する手段とを含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
２２．前記中空室は１以上の開口によって相互結合され、前記陰極に衝突するイオンを放出するための前記陰極に対面する開口列を有し前記陰極に近接する１つの容積域を含む２つのプラズマ容積域と、前記容積域の２つ目に延在する少なくとも１つの制御電極と前記陰極に衝突するイオンを放出させるため前記制御電極に実質的な正の電圧パルスを印加する手段とを含む請求の範囲第１４項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
２３．入射イオンに対して二次電子の高い率の材料で形成される陰極と；結合された陽極及びイオン源電極構成体とを有する、前記構成体は中空室を有し、前記構成体内を低圧力ガスに維持する手段と；前記中空室内にイオンプラズマを発生させる手段と；前記結合陽極及びイオン源構成体に対して３万ボルト以上の電位差を有する実質的な負の電位に前記陰極をバイアスする手段と；イオンが所定の軌道を追従しながら前記陰極を衝突するための前記中空室からイオンを選択的に放出する手段と；前記所定のイオン軌道から実質的に異なる軌道に沿って前記陰極から放出した二次電子を直進する手段と；によって構成されるプラズマ陽極電子銃組立体。
２４．前記組立体は、前記陰極に向かって内側に前記イオンを直進する手段及び、前記陰極及び前記電子銃組立体の軸に沿ってビームを形成するため前記電子を直進する手段とを含む請求の範囲第２３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。
２５．前記の陰極は、通常形状において円筒状であり、前記陽極及びイオン源構成体は前記陰極を囲撓して配置される請求の範囲第２３項に記載のプラズマ陽極電子銃組立体。