JPH05258697A - 電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子銃において、電子ビーム強度の調整を容
易に行うことができるようにする。 【構成】 導電性抽出グリッド４の近傍に、導電性抽出
グリッドを加熱するためのヒータ２０が配設されてい
る。このヒータ２０は、イオン化室の壁３に取付けられ
た絶縁物２１により支持され、また、ヒータ２０への電
流供給は外部より行われている。

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、電子ビーム強度を容易に変化させることができる
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
電圧にほぼ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が引出されている。また、高電圧室６には排気口１０
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
は、陽イオン化を達成できる極めて低い圧力の気体を含
有しており、通常は、１０〜５０ミリ・トールのヘリウ
ムが用いられる。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、１０〜２０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、−１５０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、アルミニウムまたはチタンのような金属
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、１ｃｍを越える窓幅を要している。

【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
間にプラズマが発生する。

【０００７】一方、高電圧室６内に配設された陰極５
は、イオン化室２から導電性抽出グリッド４方向に拡散
してきた前記プラズマ中から陽イオンを引出す。この陽
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、前記陽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、陽イオン
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
ける陽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、陽イオンの電荷量をｅとす
れば、陽イオンは（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陽イ
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
個の陽イオンと、この陽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内全体のプラズマ密度（放電電流密度）を変化させ、
高電圧室６に引出す陽イオン数を変化させることで、陽
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、電子ビーム強度を増加させるため
には、上記の様に、陽イオン数を増加させれば良いわけ
であるが、従来は、この手段として、イオン化室内のプ
ラズマ密度（放電電流密度）の増加、即ち陽極ワイヤへ
印加するパルス電圧の増加が必要となっていた。そのた
め、電子ビーム強度を増加させるには、パルス電圧を増
加させるためにパルス電源容量を大きくする必要があ
り、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、電子
ビーム強度の調整を容易に行うことができる、高効率の
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、前記導電性抽出グリッドを加熱するためのヒ
ータを配設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、導電性抽出グリッド
をヒータによって加熱することにより、導電性抽出グリ
ッド方向へのワイヤ放電の放電電流密度を局所的に増加
させることができ、導電性抽出グリッドを通して陽イオ
ンをより多く引出すことができる。その結果、電子ビー
ム強度を容易に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、
導電性抽出グリッド４の近傍に、導電性抽出グリッドを
加熱するためのヒータ２０が配設されている。このヒー
タ２０は、イオン化室の壁３に取付けられた絶縁物２１
により支持され、また、ヒータ２０への電流供給は外部
より行われている。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、以下に述べる様にして、電子ビーム強度を容
易に増加することができる。即ち、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
間にワイヤ放電が生じ、プラズマが生成される。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。

【００１９】本実施例の電子銃においては、この時、導
電性抽出グリッド４がヒータ２０により加熱されている
ため、導電性抽出グリッド方向へのワイヤ放電の放電電
流密度は局所的に増加している。そのため、導電性抽出
グリッド方向に存在する陽イオン数は、加熱しない場合
に比べて増加しており、その結果、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】従って、電子ビーム強度を大幅に増加させ
る必要がある場合には、陽極ワイヤのパルス印加電圧が
低い場合であっても、要求される電子ビーム強度が得ら
れるまで導電性抽出グリッド４をヒータ２０により加熱
することにより、容易に所望の電子ビーム強度を得るこ
とができる。

【００２１】また、陽極ワイヤに印加するパルス電圧を
低減することができるため、パルス電源容量を大きくす
る必要もなく、パルス電源の長寿命化及びパルスの高繰
返し化が容易となる。さらに、従来と同じ電子ビーム強
度を得る場合でも、導電性抽出グリッド４をヒータ２０
で加熱することにより、高効率で電子ビーム強度を増加
させることができるので、陽極ワイヤに印加するパルス
電圧を低減することができる。

【００２２】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、ヒータは導電性抽出グリッドの近傍に
配設されれば良く、高電圧室の壁７に取付けた絶縁物に
より支持しても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、導電
性抽出グリッドを加熱するためのヒータを配設するとい
う簡単な構成により、導電性抽出グリッド方向へのワイ
ヤ放電の放電電流密度を局所的に増加させ、導電性抽出
グリッドを通して陽イオンをより多く引出すことによ
り、電子ビーム強度の調整を容易に行うことができる、
高効率の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…ヒータ ２１…絶縁物

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、前記導電性抽
   出グリッドを加熱するためのヒータを配設したことを特
   徴とする電子銃。