JPH07115000A - 荷電粒子パルスビーム発生装置 - Google Patents

荷電粒子パルスビーム発生装置

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JPH07115000A
JPH07115000A JP5280407A JP28040793A JPH07115000A JP H07115000 A JPH07115000 A JP H07115000A JP 5280407 A JP5280407 A JP 5280407A JP 28040793 A JP28040793 A JP 28040793A JP H07115000 A JPH07115000 A JP H07115000A
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JP
Japan
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pulse
charged particle
input
stage
pulse signal
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Application number
JP5280407A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Suzuki
良一 鈴木
Tomohisa Misumi
智久 三角
Tetsuo Yamazaki
鉄夫 山崎
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】荷電粒子パルスビーム発生装置において、小型
・低消費電力で広い可変範囲のパルス幅及びパルス強度
の荷電粒子ビームの発生を1個の周波数特性の良好な電
気パルス増幅回路で実現することを目的とする。 【構成】パルス信号発生器6、電気パルス増幅回路、荷
電粒子発生源7からなり、電気パルス増幅回路は2段の
トランジスタ素子で構成し、パルス信号発生器6から第
1段のトランジスタ素子1のゲート乃至ベース端子にパ
ルス信号が入力されない時には第1段、第2段のトラン
ジスタ素子1、2が共に遮断状態になり、パルス信号が
入力された時に電流が流れるように第2段のトランジス
タ素子のゲート乃至ベース端子に入力する電圧Vb を設
定し、第2段のトランジスタ素子のドレイン乃至コレク
タ端子に生じるパルス状の電位を荷電粒子発生源7の電
極に入力するようにした荷電粒子パルスビーム発生装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、加速器や計測器等に
用いる電子・陽電子・イオン・クラスターなどの各種荷
電粒子ビームの発生に関し、特に広い可変範囲のパルス
幅及びビーム強度の荷電粒子のパルスビームを簡易に発
生するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の荷電粒子パルスビーム発生装置に
用いられる電気パルス増幅回路には、電界効果トランジ
スタ(以下、FETと記す)或はトランジスタをスイッ
チング動作させるもの、アバランシェパルサーによりパ
ルスを発生するもの、大出力の高周波増幅器を用いるも
のなどが考案されている。
【0003】上述のFET等をスイッチング動作させる
ものについては、図5に示すように電気パルス増幅回路
のFET1のソース側を接地し、且つFET1のドレイ
ン側に抵抗5、電源3を接続して構成され、FET1の
ゲート端子にパルス信号発生器6のパルス信号が入力し
た時、FET1のソース・ドレイン間を導通させ、これ
によって生じた増幅パルス信号を荷電粒子発生源7の電
極に入力してパルス化するものであり、この回路につい
ては小型で長いパルス幅のパルス制御が容易であるとい
う利点がある。
【0004】また、アバランシェパルサーを用いた回路
では、トランジスタのアバランシェ増幅を利用して電気
パルスを発生し、荷電粒子発生源の電極に入力してパル
ス化しており、小型・低消費電力で高電圧の短い時間幅
のパルスを発生できるという利点がある。
【0005】更に、大出力の高周波増幅器を用いたパル
ス発生回路は、パルス信号発生器のパルス信号を大出力
の高周波増幅器によって増幅し、荷電粒子発生源の電極
に入力することによりパルス化しており、短い時間幅の
パルスを速い繰り返しで発生できるという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5の回路を
用いた装置ではFET1のドレイン・ゲート間に存在す
る帰還容量によって回路の応答特性が悪化し、数ナノ秒
以下の短いパルスを発生することが難しかった。
【0007】一方、アバランシェパルサーを用いた装置
では、トランジスタの絶対定格外で動作させるために、
回路素子の寿命が短く、パルス幅及びパルスビームの強
度を広範囲に変えることができず、アバランシェ動作を
した後の回復時間が長く、複数のパルスを数〜数十ナノ
秒間隔というようなバーストパルスの発生ができないと
いう課題があった。
【0008】更に大出力の高周波増幅器を用いた装置で
は、増幅器の消費電力が大きく、増幅器の下限の周波数
帯域が限られているためパルス幅の広いパルスの形が変
形してしまうという課題があった。
【0009】したがって、従来何れの装置でも、パルス
幅や強度を広範囲に変えるのは、単独の回路では実現で
きず、特性の異なる複数の電気パルス増幅回路を用いて
パルス幅に応じてこれらの回路を切り替えるようにして
いたが、このため回路構成が複雑化し、装置が高価にな
り、操作が複雑になるという課題があった。
【0010】そこで、この発明においてはパルス信号の
高周波特性の悪化を抑え、単独の回路構成でパルス幅や
強度を広範囲に変えることができるようにすることを目
的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、この発明ではパルス信号発生器、電気パルス増幅
回路、並びに荷電粒子発生源からなり、上記電気パルス
増幅回路を少なくとも2段のトランジスタ素子で構成
し、上記パルス信号発生器から第1段のトランジスタ素
子のゲート乃至ベース端子にパルス信号が入力されない
時には第1段、第2段のトランジスタ素子が共に遮断状
態になり、パルス信号が入力された時に電流が流れるよ
うに第2段のトランジスタ素子のゲート乃至ベース端子
に入力する電圧を設定し、第2段のトランジスタ素子の
端子に生じるパルス状の電位を荷電粒子発生源の電極に
入力するようにした荷電粒子パルスビーム発生装置を提
案するものである。
【0012】トランジスタ素子としてはFET或はトラ
ンジスタを用いることができ、図1はトランジスタ素子
としてFETを用いた場合のこの発明の具体的な回路構
成を示すもので、電気パルス増幅回路は第1段のFET
1のソース側を接地し、第1段のFET1のドレイン端
子と第2段のFET2のソース端子を接続し、第2段の
FET2のドレイン端子に抵抗或はリアクタンス成分を
有する回路5を通して電圧Va の電源3を接続して構成
し、パルス信号発生器6のパルス信号は第1段のFET
1のゲート端子に入力させ、更に第2段のFET2のド
レイン端子に生じたパルス電圧を荷電粒子ビーム源7の
電極に入力するようにする。
【0013】ここで、第1段のFET1のゲート端子に
は、第1段のFET1のドレイン・ソース間がパルス信
号の入力が無い時遮断状態となり、パルス信号の入力時
に通電状態になるような信号を入力する。
【0014】また、第2段のFET2のゲート端子に
は、第1段のFET1のドレイン・ソース間が導通状態
になった時に第2段のFET2のドレイン・ソース間を
導通状態になるような電源4の電圧Vb を入力する。
【0015】更に、パルス信号発生器6と第1段のFE
T1のゲート端子間及び第2段のFET2のドレイン端
子と荷電粒子発生源7の電極との間は直結或はコンデン
サを通して交流的に接続する。
【0016】
【作用】この発明の装置では、第1段のFET1のゲー
ト端子にパルス信号が入力されない時は第1段のFET
1のドレイン・ソース間が遮断状態になり、これに伴っ
て第2段のFET2のドレイン・ソース間も遮断状態に
なる。この時、第2段のFET2のドレイン端子は、ほ
ぼ電源電圧Va に等しくなる。
【0017】一方、パルス信号が第1段のFET1のゲ
ート端子に入力された時は、第1段のFET1のドレイ
ン・ソース間が導通し、第2段のFET2のゲート・ソ
ース間に電位差が生じ、第2段のFET2のドレイン・
ソース間も導通し、この時、第2段のFET2のドレイ
ン端子の電位は接地電位に近づく。
【0018】パルス信号が元に戻ると、第1段、第2段
のFETは遮断状態になり、第2段のFET2のドレイ
ン端子の電位も元の状態に戻る。
【0019】したがって、第2段のFET2のドレイン
端子には、パルス信号発生器6の出力信号に対応したパ
ルス幅のパルス電圧が発生する。
【0020】この回路では第1段のFET1で電流の増
幅を行い、第2段のFET2で電圧の増幅を行う。
【0021】このように電流の増幅と電圧の増幅を別個
の素子で行うことにより、図5で問題となっていた帰還
容量の影響を最小限にすることができる。
【0022】この第2段のFET2のドレイン端子に生
じた電気パルスを荷電粒子ビームの電極に入力すると、
荷電粒子パルスビームが発生する。
【0023】この発明に係る装置では、パルス信号発生
器6のパルス幅を変えることにより、パルスビームのパ
ルス幅を変えることができる。
【0024】更に、パルス信号発生器6の出力パルスの
波高或は電源3の電圧Va を変えることにより、第2段
のFET2のドレイン端子に生じるパルス電圧の波高を
変えることができ、これにより荷電粒子パルスビームの
強度を変えることができる。
【0025】なお、トランジスタ素子としてトランジス
タを使用する場合には、図1における第1、第2段のF
ET1、2のゲート・ドレイン・ソースの端子名をそれ
ぞれベース・コレクタ・エミッタと置き換えることによ
って図1と同様にして荷電粒子パルスビーム発生装置を
構成できる。
【0026】
【実施例】図2はn−MOS型の2個のFETを用いて
電気パルス増幅回路を構成した電子パルスビーム発生装
置の一実施例を示すもので、ここで、電気パルス増幅回
路は第1段のFET1のソース側を接地し、第1段のF
ET1のドレイン端子と第2段のFET2のソース端子
を接続し、第2段のFET2のゲート端子には電源4の
正の定電圧Vb を入力し、第2段のFET2のドレイン
端子に抵抗5’を介して電圧Va の電源3を接続して構
成する。
【0027】電子銃7においてグリッド7dは接地し、カ
ソード電極7aには第2段のFET2のドレイン端子の出
力をコンデンサ7eを介して入力し、更に電圧源7bを抵抗
7fを介して接続し、この場合電圧源7bの電圧Vc は0<
c <Va とする。
【0028】この装置で、パルス信号発生器6の信号を
第1段のFET1のゲートに入力するが、パルス信号が
入力されていない時には、第1段のFET1・第2段の
FET2共に電流が流れず、カソード電極7aの電位は電
源7bの電位Vc とほぼ等しくなるためグリッド7dの電位
よりも高くなり、電子はグリッド7dによって遮断され
る。
【0029】第1段のFET1のゲート端子にパルス信
号が入力されて場合は、第1段のFET1のドレイン・
ソース間が導通し、これに伴って第2段のFET2のゲ
ート・ソース間に電位差が生じて第2段のFET2のド
レイン・ソース間が導通する。
【0030】このことにより抵抗5’に電流が流れ、抵
抗間に電位差が生じて、第2段のFET2のドレイン端
子の電位は、接地電位に近づく。
【0031】この電圧の変化が、コンデンサ7eを通して
カソード電極7aに伝わり、これによって電子銃7のカソ
ード電位がグリッド電位より低くなり、パルスが入力さ
れている時だけ電子がグリッド7dを通過する。
【0032】その後、第1段のFET1のゲート端子の
電位が元に戻ると、第1及び第2段のFETのドレイン
・ソース間に電流が流れなくなり、カソード電極7aの電
位はVcに近づき、電子はグリッド7dによって遮断され
る。これにより電子のパルスビーム7cが発生する。
【0033】パルスビーム7cのパルス幅はパルス信号発
生器6のパルス幅によって、ビーム強度はパルス信号発
生器6のパルス波高或は電気パルス増幅回路の電源Va
によって広範囲に変えることができる。
【0034】また、図3のようにカソード電極7a' を接
地し、第2段のFET2のドレインに生じる電圧パルス
を正の荷電粒子発生源のグリッド7cにコンデンサ7eを介
して接続することによって正の荷電粒子のパルスビーム
を発生できる。
【0035】図2及び図3において、FETをp型にし
て電源及び信号源の極性を逆にすればグリッド電極をパ
ルス駆動する負の荷電粒子パルスビーム発生装置、或は
荷電流発生源7をパルス駆動する正の荷電粒子パルスビ
ーム発生装置を実現できる。
【0036】また、図4のように、第1段のFET1を
トランジスタ1’で置き換えることができ、この場合ト
ランジスタ1’のベースにパルス信号発生器6の信号を
入力する。
【0037】また、第2段のFET2をトランジスタに
置き換えることができ、この場合はトランジスタのベー
スに電源4の電圧Vb が入力される。
【0038】
【発明の効果】以上要するに、この発明によれば電気パ
ルス増幅回路を2個のトランジスタ素子で構成すること
により、トランジスタ素子の帰還容量の影響を最小限に
抑えることができる。
【0039】このため、充分な周波数特性を有するトラ
ンジスタ素子を用いれば、良好な周波数特性の電流パル
ス増幅回路を実現でき、数ナノ秒程度以下の短パルスの
発生が実現できる。
【0040】また、パルス信号発生器から信号が入力さ
れない時は2個のトランジスタ素子が共に遮断状態にあ
るため、素子の消費電力が少なく小型化できる。
【0041】更に、パルス信号発生器のパルス信号の時
間幅を変えることにより荷電粒子パルスビームのパルス
幅を変えることができる。
【0042】また、電気パルス増幅回路の電源電圧Va
または第1段のトランジスタ素子のゲート端子乃至ベー
ス端子に入力するパルスの波高を変えることにより、荷
電粒子発生源の電極に入力する電気パルスの波高を変え
ることができ、これにより荷電粒子パルスビームの強度
を変えることができる。
【0043】したがって、この発明では、従来の装置で
はできなかった小型・低消費電力で広い可変範囲のパル
ス幅及びパルス強度の荷電粒子ビームの発生を1個の電
気パルス増幅回路で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の荷電粒子パルスビーム発生装置
【図2】 この発明の一実施例を示す電子パルスビーム
発生装置
【図3】 この発明の他の実施例を示す正の荷電粒子パ
ルスビーム発生装置
【図4】 図4の第1段のFETをトランジスタに変え
た電子パルスビーム発生装置
【図5】 従来のFETを用いた荷電粒子パルスビーム
発生装置
【符号の説明】
1は第1段のFET 1’は第1段のトランジスタ 2は第2段のFET 3は電気パルス増幅回路の電源 4は電圧源 5は抵抗或はリアクタンス成分を有する回路 5’は抵抗 6はパルス発生器 7は荷電粒子発生源 7aは電子銃のカソード電極 7a' は正の荷電粒子発生源の電極 7bはバイアス電圧源 7cは荷電粒子パルスビーム 7dはグリッド 7eはコンデンサ 7fは抵抗 Gはゲート端子 Sはソース端子 Dはドレイン端子 Bはベース端子 Cはコレクタ端子 Eはエミッタ端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス信号発生器、電気パルス増幅回
    路、並びに荷電粒子発生源からなり、上記電気パルス増
    幅回路を少なくとも2段のトランジスタ素子で構成し、
    上記パルス信号発生器から第1段のトランジスタ素子の
    ゲート乃至ベース端子にパルス信号が入力されない時に
    は第1段、第2段のトランジスタ素子が共に遮断状態に
    なり、パルス信号が入力された時に電流が流れるように
    第2段のトランジスタ素子のゲート乃至ベース端子に入
    力する電圧を設定し、第2段のトランジスタ素子の端子
    に生じるパルス状の電位を荷電粒子発生源の電極に入力
    するようにしたことを特徴とする荷電粒子パルスビーム
    発生装置。
JP5280407A 1993-10-14 1993-10-14 荷電粒子パルスビーム発生装置 Pending JPH07115000A (ja)

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