JPS631699B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス放電装置、特に電子ビーム溶接
や製作片の処理に効果的に使用できる電子イオン
源に関する。

従来のガス放射イオン源としてペニングセルが
知られている。これは、環状陽極、該陽極の近く
に陽極の孔の対称軸方向に規定の磁界を作る装
置、互に電気的に結合し陽極の反対側に置かれる
二つの平らな陰極、この陰極の一つは放射チヤン
ネルを持つたエミツタ陰極である、から構成され
ている。引出し機構が放射チヤンネルの外方孔の
反対側に置かれている。第１の陰極の孔、陽極の
孔、放射チヤンネル及び引出し機構は全べて同軸
に配置されている。（例えば、M.D.Gabovitch
“Plasma Ion Sources.Physics and
Techniques；Moscow、“Atomizdat”，1972，
P.116）。

前述のイオン源では引出し機構で引き出される
電流の大きさは小さく、ペニングセル中に陰極点
を形成しない安定なグロー放電は単位当り低い荷
電粒子密度になる。

また、ペニングセルと異なる電子イオン源で
は、第１の陰極は陽極の孔の軸、エミツタ陰極の
放射チヤンネルの軸及び引出し機構の軸に沿つた
空洞の対称の軸を持つた中空円筒である（例え
ば、USSR Inventor′s Certificate No.456322；
cl.H 01J3／02，1973）。

上述のイオン源と同様にこのイオン源は反射放
電中空陰極から粒子を縦方向に抜取つている。こ
のことは、放射チヤンネルの軸方向により容易に
放電を行わす空洞を持つた中空陰極を使用してい
るので、電子の抜取りを比較的高率にしている。

しかしながら、前述のイオン源は引出し電流の
深い変調を行つている（約80〜100％）。前述の環
状陽極と陰極を備えた放電室中に、放電の中に回
転方位不均一性を生じ易くする条件が存在する。
そして引出し機構による引出し電圧が一定だとし
ても、引出し電流は反復周波数100〜200KHz（パ
ルス電流）で変調される。公知のイオン源の使用
は間違いなく一般的に実施困難である。

本発明は、放電室が充分に高い抜取り効果を伴
ない充電粒子束の変調を防止するような電子イオ
ン源の提供にある。

上記の目的は、以下の構成からなる電子イオン
源によつて達成される。

環状陽極、該陽極の近くに陽極の孔の対称軸方
向に規定の磁界を作る装置、前記磁界のベクトル
方向に並行に空洞の軸を持つた中空円筒陰極、空
円筒陰極の空洞と同軸に配置され放射チヤンネル
を有る陰極、前記中空円筒陰極及び放射チヤンネ
ルを有する陰極は互に電気的に結合して互に陽極
の反対側に置かれ、放射チヤンネルの出口孔の向
い側に引出し機構を配して成り、陽極の孔の対称
軸が円筒陰極の空洞の軸に対して、陽極の孔の半
径と円筒陰極の空洞の半径の合計を越えない距離
だけ偏つていて、回転方位プラズマ不均一性の発
生を阻害し、出力電流の変調を妨げる電子イオン
源。

本発明による電子イオン源は引出し電流の変調
を防止し高い抜取り効果を確立する。さらに、構
造が簡単で運転に信頼を持つことができる。

本発明の実施例を図面について説明する。

本発明による電子イオン源は環状陽極１（第
１，２図）と該陽極１の孔の対称軸３の方向に規
定の磁界Ｂ（点線で示す）を陽極１の近くに作る
装置として働く陽極１と同軸の永久磁石２を備え
ている。中空円筒陰極４とエミツタ陰極５は互に
電気的に結合し陽極１の反対側に置かれる。陰極
４の空洞６と陰極５の放射チヤネル７は、磁界Ｂ
のベクトル方向に並行な縦軸に同軸に配置され
る。これと同軸に放射チヤネル７の出口孔の向い
側に置かれているのは引出し機構（本発明の実施
例では引出し電極８）である。環状陽極１の孔
は、孔における対称軸３が陰極４の空洞６の対称
軸との関係で、陽極１の孔と陰極４の空洞６との
合計半径を越えない隔り“ａ”で置かれる。この
隔り“ａ”は空洞６の半径に等しいことが有利で
ある。陽極１、磁石２、陰極４，５及び引出し電
極８は絶縁材料と導電材料から作つたフランジ１
０，１１を備えるシールで造られる囲い９の中に
入れられる。陽極１、中空円筒陰極４及びエミツ
タ陰極５で限定される空間は放電室１２を形成す
る。囲い９の外側に配置される電流源１３は放電
室１２の電極（陽極１と陰極５）に電圧を与え
る。また囲い９の外側に配置される電力源１４は
陰極５と引出し電極８との間に引出し電圧を作
る。電源１３，１４の出力端子は絶縁囲い９の壁
に在る密封された入力端子１５を通じて電子イオ
ン源の電極にそれぞれ接続されている。

第１図において、電源１４の接続極性は放電か
らの電子の抜き取りになつている。イオンビーム
を得るためには、電力源１４の接続極性を変換す
ることが必要である。

次に動作について説明する。

作動ガスが陰極空洞６を通じて放電室１２に１
×10^-2torrの圧力になるまで供給される。

ペニング放電は、陰極４，５と陽極１との間の
印加電圧と指定の圧力において放電室１２に生じ
る。放電々流が増し、陰極電圧降下域が陰極４の
空洞６の開がりより小さくなると、ペニング放電
プラズマが空洞６の中に貫通し、中空陰極効果を
生ずる。ペニング放電は空洞軸に沿つて集中され
る高プラズマによつて特徴づけられる中空陰極反
射放電に変る。陰極４の空洞６の軸は陽極１の軸
に対して偏つているので、最も放電プラズマが集
中しかつ空洞の開がりに対して常に偏つている範
囲も又、陽極１の軸に対して隔つている。このよ
うな状態で回転方位不均一性の形成が妨げられ、
これはイオン源の出力電流の変調を妨げる要素に
なる。これは放電室１２の中での電界の不一様性
として説明される。

最適の状態は、軸の配置が空洞６の開がり半径
に等しい時に生ずる。イオン源の出力電流の変調
が妨げられることに加えて、香い電子抜取り効果
が本質的に保たれる。

以上のように、軸方向に隔つた孔を持つ陽極１
の使用は引抜き電流の変調を防止し、本発明によ
るイオン源の使用範囲を有効に広げている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子イオン源の簡略断
面図であり、第２図は本発明による環状陽極の平
面図である。 図において、１…陽極、３…陽極の孔の軸、４
…中空円筒陰極、５…エミツタ陰極、６…陰極空
洞、７…放射チヤンネル、８…引出し電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状陽極１、該陽極の近くに陽極の孔の対称
   軸３の方向に規定の磁界Ｂを作る装置、前記磁界
   Ｂのベクトル方向に並行に空洞６の軸を持つた中
   空円筒陰極４、該円筒陰極４の空洞６と同軸に配
   置され放射チヤンネル７を有する陰極５、前記中
   空円筒陰極４及び放射チヤンネル７を有する陰極
   ５は互に電気的に結合して互に陽極１の反対側に
   置かれ、放射チヤンネル７の出口孔の向い側に引
   出し機構８を配して成り、陽極１の孔の対称軸３
   が円筒陰極４の空洞６の軸に対して、陽極１の孔
   の半径と円筒陰極４の空洞６の半径の合計を越え
   ない距離“ａ”だけ偏つていて、回転方位プラズ
   マ不均一性の発生を阻害し、出力電流の変調を妨
   げることを特徴とする電子イオン源。 ２ 偏り距離の値“ａ”が円筒陰極４の空洞６の
   半径に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の電子イオン源。