JPH0721952A - 電子ビーム源及びこれを適用したｘ線発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電子ビームの拡散をなくし電子ビー
ムを集束して色収差を低下させず、かつイオン拡散によ
る漏れを防ぐこと。 【構成】ガス雰囲気中に配置されたワイヤー(3) にパル
ス電圧を印加して正イオンを発生し、この正イオンを負
電圧のカソード電極(4) により引き出し衝突させ、この
衝突により発生する二次電子を加速して電子ビームとし
て放出する際に、この二次電子の放出とともに拡散する
正イオンの軌道をイオン除去手段(13)により変更して除
去する。これにより、正イオンは外部に放出されずに二
次電子が電子ビームとして放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、効率良く大電流の電子
ビームを出力する電子ビーム源、及びこの電子ビーム源
を適用したＸ線発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム源としては、ワイヤーに電圧
を印加してプラズマを発生するＷＩＰ（ワイヤー・イオ
ン・プラズマ）と称する機構を適用したものの開発が進
められている。この電子ビーム源は、電子ビームを出力
することの他に、この電子ビームをタングステン等のＸ
線発生源に照射してＸ線を発生させるＸ線発生装置とし
て用いることを目的としている。

【０００３】このような機構の電子ビーム源は、図３に
示すようにイオン源１と加速部２を一体化した構成とな
っており、これらイオン源１及び加速部２の内部には、
Ｈｅガスが１０^-2Torrで注入されている。

【０００４】イオン源１は、Ｈｅガスの雰囲気中にワイ
ヤー３が直線状に張られている。このワイヤー３は、タ
ングステンから形成されており、外部にパルス電源が接
続されて直流電圧が印加されるようになっている。

【０００５】又、加速部２には、カソード電極４が配置
されている。このカソード電極４には、直流加速電源が
接続され、例えば数十ＫＶの負電圧が印加されるように
なっている。

【０００６】これらイオン源１と加速部２との間には、
グリッド５が設けられるとともに、電子ビームの取出し
口にはイオンの外部への漏れを防ぐためにＡｌ箔６が設
けられている。又、アパーチャ７が形成されている。

【０００７】かかる構成であれば、パルス電源からワイ
ヤー３に直流電圧が印加されると、Ｈｅガス雰囲気中の
ワイヤー３の周辺に放電が発生してプラズマが発生す
る。このプラズマが発生すると、このプラズマ中の正イ
オンがカソード電極４の負電圧に引き出されてカソード
電極４に衝突する。この衝突によりカソード電極４から
大量の二次電子が放出される。

【０００８】これら二次電子は、カソード電極４の負電
圧により逆方向に加速され、電子ビームとして外部に放
出される。図４はカソード電極４の陰極電圧（負電圧）
Ｖｃに対するビーム電流密度ＪB との関係を示してい
る。

【０００９】これにより、二次電子は、Ａｌ箔６を通っ
て電子ビームとして外部に出力される。なお、Ｘ線を出
力する場合は、電子ビームをシンチレータを用いてＸ線
に変換出力するものとなる。

【００１０】このように電子ビームを出力する場合、電
子ビームだけでなく、正イオンも一緒に外部に拡散す
る。この正イオンは、エネルギーを有しているので、外
部への出力を防がなければならない。そこで、この正イ
オンは、Ａｌ箔６又はメッシュが配置されていることに
より、外部への漏れが防がれている。

【００１１】しかしながら、正イオンの漏れを防止する
ためにＡｌ箔６等が設けられているが、このＡｌ箔６等
のために電子ビームは拡散されてしまう。このため、電
子ビーム源としての特性の一つであるエネルギー分散が
大きくなって色収差が大きくなる。

【００１２】例えば、６０ＫｅＶに加速された電子ビー
ムの場合、Ａｌ泊６の厚さを２ミクロンとすると、散乱
によって８０５ｅＶのエネルギー分散を受ける。これは
１〜２ミクロンの色収差の原因となる。従って、電子ビ
ーム径を１ミクロン以下に形成することは、不可能とな
る。

【００１３】又、アパーチャ７により電子ビームを制限
するので、放出される電子ビームの径は広がったものと
なる。なお、Ａｌ箔６に代えてメッシュを用いた場合、
散乱によるエネルギー分散はＡｌ箔６程ではないが、メ
ッシュにより電子ビームの通過面積が減少し、その結果
として電流量が減少する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように電子ビー
ムは拡散して色収差が大きくなり、かつ電子ビームの径
は広がったものとなる。又、メッシュを用いた場合に
は、その電流量が減少する。

【００１５】そこで本発明は、イオン拡散による漏れを
防ぐことができて電子ビームを集束して色収差を向上で
き、かつ大電流量の電子ビームを出力できる電子ビーム
源を提供することを目的とする。

【００１６】又、本発明は、イオン拡散による漏れを防
ぐことができて電子ビームを集束して色収差を向上させ
た電子ビームにより効率良くＸ線を発生できるＸ線発生
装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、ガス
雰囲気中に配置された電極に電圧を印加してイオンを発
生させ、このイオンを負電圧の電極に引き寄せ衝突させ
て二次電子を発生させ、これを加速して放出する電子ビ
ーム源において、二次電子の放出とともに拡散するイオ
ンの軌道を変更して除去するイオン除去手段を備えて上
記目的を達成しようとする電子ビーム源である。

【００１８】請求項２によれば、ガス雰囲気中に配置さ
れた電極に電圧を印加してイオンを発生させ、このイオ
ンを負電圧の電極に引き寄せ衝突させて二次電子を発生
させ、これを加速して放出する電子ビーム源において、
二次電子の放出とともに拡散するイオンの軌道を変更し
て除去するイオン除去手段と、二次電子を集束して出力
する電磁レンズとを備えて上記目的を達成しようとする
電子ビーム源である。

【００１９】請求項３によれば、イオン除去手段は、イ
オンの軌道を外側に曲げる電界レンズと、この電界レン
ズにより曲げられたイオンをトラップするイオン検出ア
パーチャとから成っている。

【００２０】請求項４によれば、ガス雰囲気中に配置さ
れた電極に電圧を印加してイオンを発生させ、このイオ
ンを負電圧の電極に引き寄せ衝突させて二次電子を発生
させ、この二次電子をＸ線発生源に照射してＸ線を発生
させるＸ線発生装置において、二次電子の放出とともに
拡散するイオンの軌道を変更して除去するイオン除去手
段と、二次電子を集束してＸ線発生源に照射する電磁レ
ンズとを備えて上記目的を達成しようＸ線発生装置であ
る。

【００２１】請求項５によれば、請求項４におけるイオ
ン除去手段は、上記同様にイオンの軌道を外側に曲げる
電界レンズと、この電界レンズにより曲げられたイオン
をトラップするイオン検出アパーチャとから成ってい
る。

【００２２】

【作用】請求項１によれば、ガス雰囲気中に配置された
電極に電圧を印加してイオンを発生させ、このイオンを
負電圧の電極により引き出し衝突させ、この衝突により
発生する二次電子を加速して放出する際に、この二次電
子の放出とともに拡散するイオンの軌道をイオン除去手
段により変更して除去する。これにより、イオンは外部
に放出されずにトラップされ、二次電子がそのまま電子
ビームとして放出される。これにより、大電流の電子ビ
ームとして出力される。

【００２３】請求項２によれば、上記同様にイオンを負
電圧の電極により引き出し衝突させ、この衝突により発
生する二次電子を加速して放出する際に、この二次電子
の放出とともに拡散するイオンの軌道をイオン除去手段
により変更して除去し、このイオンの除去された二次電
子を電磁レンズにより集束する。これにより、イオンは
外部に放出されず、二次電子が集束されて電子ビームと
して放出される。

【００２４】請求項３によれば、二次電子とともに拡散
されるイオンは電界レンズによりその軌道が外側に曲げ
られ、この曲げられたイオンがイオン検出アパーチャに
よりトラップされる。

【００２５】請求項４によれば、上記同様にイオンの除
去された二次電子が、電磁レンズにより集束されてＸ線
発生源に照射される。この照射によりＸ線発生源からＸ
線が発生する。この場合、大電流の電子ビームを集束し
てＸ線発生源に照射するので、効率良くＸ線が発生す
る。請求項５によれば、イオン除去は、上記同様に電界
レンズ及びイオン検出アパーチャにより行われる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図面を参
照して説明する。なお、図３と同一部分には同一符号を
付してその詳しい説明は省略する。図１は電子ビーム源
の構成図である。イオン源１及び加速部２とは一体的に
形成されており、これらイオン源１及び加速部２の内部
にはプラズマ発生に必要なガス、例えばＨｅガスが１０
^-2Torrで注入されている。なお、これらイオン源１及び
加速部２は接地されている。

【００２７】イオン源１には、Ｈｅガスを導入するため
のガス導入口１０が形成されている。又、直線状に張ら
れたワイヤー３には、パルス電源１１が接続され、この
パルス電源１１から例えば５ＫＶ程度のパルス電圧が印
加されるものとなっている。

【００２８】又、加速部２のカソード電極４には、外部
に設けられた高圧直流電源１２が接続され、数十ＫＶの
負電圧が印加されるようになっている。二次電子の放出
方向には、イオン除去手段１３が設けられている。この
イオン除去手段１３は、二次電子の放出とともに拡散す
る正イオンの軌道を変更して除去する機能を有してい
る。

【００２９】具体的には、正イオンの軌道を外側に曲げ
る電界レンズ１４と、この電界レンズ１４により曲げら
れた正イオンをトラップするイオン検出アパーチャ１５
とを有している。

【００３０】このうち電界レンズ１４は、３つの各コイ
ルをｚ方向に並べて配置したものとなっており、これら
各コイルに直流電源１６が接続されている。従って、電
界レンズ１４の各コイルに直流電源１６から直流電圧が
印加されると、電子ビームの出力経路に電界が発生する
ものとなっている。

【００３１】図２は電界レンズ１４に対するｚ方向の正
イオンの曲率ｒを示している。同図に示すように正イオ
ンは、その軌道が電子ビームの経路に対して外側に変え
られることが判る。

【００３２】イオン検出アパーチャ１５は、電界レンズ
１４により曲げられた正イオンをトラップするもので、
その他端は接地されている。又、電子ビームの経路方向
には、イオン除去手段１３と併設して電磁レンズ１７が
配置されている。この電磁レンズ１７は、レンズ電源１
８が接続され、このレンズ電源１８から電圧が印加され
ることにより電子ビームの出力経路に磁界を発生させて
電子ビームを集束する機能を有している。

【００３３】そして、ビーム取出し口１９が形成されて
いる。次に上記の如く構成された電子ビーム源の作用に
ついて説明する。ワイヤー３に対してパルス電源１１か
ら直流電圧が印加されると、このワイヤー３に放電が発
生し、ワイヤー３の周辺にプラズマが生成する。この場
合、パルス電源１１の直流電圧は、ガスの種類やガス圧
力により異なるが、Ｈｅ．３０mtorr の場合、５ＫＶ程
度であり、この電圧で放電が開始する。

【００３４】このようにプラズマが発生すると、このプ
ラズマ中の正イオンは、メッシュ５を通過してカソード
電極４の負電圧に引き出され、加速されてカソード電極
４に衝突する。この衝突によりカソード電極４から大量
の二次電子が放出する。

【００３５】ここで、これら二次電子は、カソード電極
４の負電圧により、今度は逆方向に加速され、プラズマ
中を通過して電子ビームとして外部に放出される。この
とき二次電子と一緒に正イオンも拡散する。この正イオ
ンは、ある程度のエネルギーを持っているので取り除く
必要がある。

【００３６】すなわち、電界レンズ１４には直流電源１
６から直流電圧が印加されて電界が生じている。この電
界により正イオンは、その軌道が大きく外側に曲げられ
る。そして、これら正イオンは、イオン検出アパーチャ
１５によりトラップされる。

【００３７】一方、二次電子は、電界レンズ１４の電界
により僅かに集束され、次の電磁レンズ１７により生じ
ている磁界により集束されてビーム取出し口１９から放
出される。この結果、カソード電極４で発生した二次電
子は、全て電子ビームとしてビーム取出し口１９から出
力される。

【００３８】このように上記一実施例においては、Ｈｅ
ガス中に配置されたワイヤー３に電圧を印加して正イオ
ンを発生させ、この正イオンをカソード電極４により引
き出し衝突させて二次電子を発生させ、この二次電子を
加速して電子ビームとして放出する際に、この電子ビー
ムの放出とともに拡散する正イオンの軌道を電界レンズ
１４により曲げるようにしたので、正イオンを外部に放
出せずにトラップできて二次電子のみを電子ビームとし
て出力できる。従って、二次電子の通る経路にＡｌ泊等
を配置しなくても正イオンを除去でき、発生した二次電
子の全てを電子ビームとして出力でき、大電流の電子ビ
ームを得ることができる。

【００３９】又、電磁レンズ１７により二次電子を集束
するので、電子ビームの径を細くすることができ、これ
は電磁レンズ１７の設計しだいでより細く絞ることが可
能である。特にＡｌ箔６等による電子ビームの拡散が無
いので、電子ビーム源としての特性の一つであるエネル
ギー分散を少なくできて色収差を小さくできる。例え
ば、従来において厚さ２ミクロンのＡｌ箔の散乱によっ
て８０５ｅＶのエネルギー分散を受けて１〜２ミクロン
の色収差の原因となったが、これがなくなり、電子ビー
ム径を１ミクロン以下に形成することが可能となる。

【００４０】次に本発明の第２実施例について説明す
る。上記電子ビーム源を適用してＸ線発生装置を構成す
る。このＸ線発生装置は、図１に示す電子ビーム源のビ
ーム取出し口１９に、Ｘ線発生源としてのタングステ
ン、又はタンタン等を配置することにより実現できる。

【００４１】このようにビーム取出し口１９に、タング
ステン等のＸ線発生源を配置すれば、電子ビームは、電
磁レンズ１７により集束されてＸ線発生源に照射され
る。このとき、電子ビームは大電流として取り出されか
つ集束されているので、Ｘ線発生源では、効率良くＸ線
に変換される。

【００４２】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなくその要旨を変更しない範囲で変形できる。
例えば、電磁レンズ１７は、その適用する用途に応じて
設けたり、又設けなくてもよい。つまり、電磁レンズ１
７は電子ビームを集束する必要がある場合には必要であ
り、そうで無い場合には電子ビームを集束しなくても充
分に電流量の大きい電子ビームを出力できる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、イ
オン拡散による漏れを防ぐことができて電子ビームを集
束して色収差を向上でき、かつ大電流量の電子ビームを
出力できる電子ビーム源を提供できる。

【００４４】又、本発明によれば、イオン拡散による漏
れを防ぐことができて電子ビームを集束して色収差を向
上させた電子ビームにより効率良くＸ線を発生できるＸ
線発生装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子ビーム源の一実施例を示す
構成図。

【図２】正イオンの曲率を示す図。

【図３】従来の電子ビーム源の構成図。

【図４】カソード電極の電圧に対する電子ビームの電流
密度を示す図。

【符号の説明】

１…イオン源、２…加速部、３…ワイヤー、４…カソー
ド電極、５…メッシュ、１０…ガス導入口、１１…パル
ス電源、１２…高圧直流電源、１３…イオン軌道変更手
段、１４…電界レンズ、１５…イオン検出アパーチャ、
１６…直流電源、１７…電磁レンズ、１８…レンズ電
源、１９…ビーム取出し口。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス雰囲気中に配置された電極に電圧を
   印加してイオンを発生させ、このイオンを負電圧の電極
   に引き寄せ衝突させて二次電子を発生させ、これを加速
   して放出する電子ビーム源において、 前記二次電子の放出とともに拡散するイオンの軌道を変
   更して除去するイオン除去手段を備えたことを特徴とす
   る電子ビーム源。
2. 【請求項２】 ガス雰囲気中に配置された電極に電圧を
   印加してイオンを発生させ、このイオンを負電圧の電極
   に引き寄せ衝突させて二次電子を発生させ、これを加速
   して放出する電子ビーム源において、 前記二次電子の放出とともに拡散するイオンの軌道を変
   更して除去するイオン除去手段と、前記二次電子を集束
   して出力する電磁レンズとを備えたことを特徴とする電
   子ビーム源。
3. 【請求項３】 イオン除去手段は、イオンの軌道を外側
   に曲げる電界レンズと、この電界レンズにより曲げられ
   たイオンをトラップするイオン検出アパーチャとから成
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム
   源。
4. 【請求項４】 ガス雰囲気中に配置された電極に電圧を
   印加してイオンを発生させ、このイオンを負電圧の電極
   に引き寄せ衝突させて二次電子を発生させ、この二次電
   子をＸ線発生源に照射してＸ線を発生させるＸ線発生装
   置において、 前記二次電子の放出とともに拡散するイオンの軌道を変
   更して除去するイオン除去手段と、前記二次電子を集束
   して前記Ｘ線発生源に照射する電磁レンズとを備えたこ
   とを特徴とするＸ線発生装置。
5. 【請求項５】 イオン除去手段は、イオンの軌道を外側
   に曲げる電界レンズと、この電界レンズにより曲げられ
   たイオンをトラップするイオン検出アパーチャとから成
   ることを特徴とする請求項４記載のＸ線発生装置。