JP2750348B2

JP2750348B2 - 特にガスレーザーのｘ線‐前期電離のためのプラズマｘ線管、および電子銃としての用途

Info

Publication number: JP2750348B2
Application number: JP1504095A
Authority: JP
Inventors: フリーデ、デイルク; ブリユツクナー、フオルカー; バウムガルトル、ルードルフ; チルケル、ハンス‐ユルゲン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: US5134641A; DE58904809D1; WO1989010003A1; JPH03503694A; EP0398995B1; EP0398995A1; CA1312908C

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高い電子流密度の電子線を発生するため、
またプラズマＸ線管のＸ線ターゲットにおいて電子線を
Ｘ線放射に変換するためのプラズマＸ線管に関するもの
である。このようなプラズマＸ線管の好ましい応用はガ
スレーザーのＸ線−前期電離である。上記およびその他
の有利な用途は以下でなお一層詳細に説明される。

電子銃を、高電圧放電によりポンプされるレーザーチ
ャンバに取付けまたはフランジ固定され得る構成ユニッ
トとして構成することは公知であり、その際に電子ビー
ムは電子銃の構成ユニットの体積をレーザーチャンバの
それから隔離する箔に衝突し、またその際に薄い金属箔
への電子の衝突によりレリーズされる制動放射がレーザ
ーチャンバの放電体積の前期電離の役割をする。これに
ついてはアプライド・フィジックス・レターズ34
（８）、1979年４月15日、第505〜508頁、エス．リンお
よびジェイ．アイ．レヴァッター著“放電レーザーのた
めのＸ線前期電離”を参照されたい。

本発明は下記の課題設定から出発する。すなわちパル
ス化ガス放電の前期電離のためのＸ線制動放射の発生の
際に、たとえば450×40×56mm³の大きい放電体積を有す
る高電力レーザーの特別な場合には、非常に高い作動信
頼性が重要である。相応の大面積の放射断面積を制動ま
たはＸ線放射の際に生じさせるために、大面積の放射断
面積に高い電子流密度が発生されなければならない。Ｘ
線前期電離ユニットは高い信頼性をもって高い反復速度
を有する作動を保証しなければならず、またターゲット
から放射されるＸ線放射の強度は、電極の間のレーザー
ガス中の均等な高圧グロー放電に対する必要な高い出発
電子密度を準備するために十分でなければならない。こ
の出発電子密度の準備はレーザー主放電の点弧の前に狭
い時間的窓のなかで行われなければならない。電界放射
管は、その寿命が連続作動および高い反復速度の際に制
限されているかぎり、この要求を満足しない（刃状の電
極の丸まり、それによるＸ線放射の強く変動する強度分
布）。電界放射陰極の熱的負荷は前記のように刃の丸ま
りの原因となるスパッタープロセスに通ずる。

米国特許第3970892号明細書により、プラズマチャン
バ中での電荷担体の発生のために点弧ワイヤーおよび中
空陰極放電により動作するイオンプラズマ−電子銃は公
知である。しかし、この場合、中空陰極に属する（中空
陰極陽極）が絶縁されて取付けられた格子として構成さ
れており、加速陽極格子に対して追加的に電子線の断面
を覆っている。この配置は電子流密度に関して二重格子
配置により制限されている。さらに、加速格子と中空陰
極陽極に対する格子とから成る二重格子配置は比較的高
い電気的および機械的費用の原因となる。

さらに米国特許第3831052号明細書により、中空陰極
の内側のイオンプラズマにより動作し、イオン線発生装
置にも変更可能であり、また特にたとえばTE形式のガス
レーザーの前期電離のために使用可能である電子線発生
装置は公知である。この場合にも、発生された電子線の
行路のなかに二重格子配置、一方では孔明けされた陽
極、他方ではそれに対して間隔をおかれた加速格子が設
けられている。米国特許第3970892号に関して既に述べ
たように、二重格子配置は電気的および機械的に比較的
高い電気的および機械的費用を要する。また二重格子配
置は格子のより大きい透過性の際に電子線に対する障害
物となる。それと密に関連して、電子線発生装置として
の実施例でターゲーット箔およびそれを保持するターゲ
ーット保持壁が高い正の電位にあり（150kV）、またこ
の高い正の電位に電子線発生装置を囲む金属ケースもあ
る。

本発明の課題は、それにくらべて、高い電子流密度の
電子線を発生するため、またプラズマＸ線管のＸ線ター
ゲットにおいて電子線をＸ線放射に変換するためのプラ
ズマＸ線管であって、高価な二重格子配置が回避されて
おり、またプラズマＸ線管の外側金属ケースを接地電位
に接続することを可能にするプラズマＸ線管を提供する
ことである。特に本発明の課題は、冒頭に記載した種類
のプラズマＸ線管であって、電界放射管に比較して著し
く長くされた寿命を有し、また特にガスレーザーのＸ線
前期電離のために大面積の放射断面積において高い電子
流密度の準備を可能にし、またこのことを特にパルス作
動に対して可能にし、その際に非常に短い時間中に十分
に高い電荷担体密度をプラズマＸ線管の放電空間のなか
に存在させ得るプラズマＸ線管を提供することにある。
さらに、本発明によるプラズマＸ線管はTEレーザー（横
方向励起）におけるパルス作動、ここではなかんずくエ
キシマーレーザーに適していなければならない。

本発明によれば、この課題は、高い電子流密度の電子
線を発生するため、またプラズマＸ線管のＸ線ターゲッ
トにおい電子線をＸ線放射に変換するためのプラズマＸ
線管において請求項１の特徴部分（ａ）ないし（ｆ）の
組み合わせにより解決される。請求項１の有利な実施態
様は請求項２ないし16に記載されている。

本発明は、ガスレーザーのＸ線−前期電離装置として
の、請求項１ないし16によるプラズマＸ線管の好ましい
用途をも対象としている。ガスレーザーとしては特に、
以前の呼び方ではTEA（垂直方向励起大気圧）形式とし
て知られているTE（垂直方向励起）形式のレーザーが考
慮の対象になる。この形式はエキシマーレーザーに対し
て好ましい形式である。請求項18によれば、本発明の対
象物の別の有利な用途はこのようなエキシマレーザーの
Ｘ線−前期電離装置としての使用である。紫外線範囲で
放射するこのようなレーザーはたとえば雑誌“フィジッ
クス・トゥデイ”、1987年５月、第32〜39頁のジェイ・
ジェイ・ユーイングの論文“希ガス−ハロゲン化物レー
ザー”に一層詳細に説明されている。エキシマーは、励
起された状態でのみ存在し、または非常に弱く結合ない
し解離された基底状態を有する短寿命の分子である。最
も重要なエキシマーはたとえばArF、KrF、XeClのような
希ガス−ハロゲンである。迅速なガス放電の点弧により
フッ素とヘリウムのような緩衝ガスとが混合されている
希ガスから混合物のなかで電子衝突により前記のエキシ
マー（エクシプレックスとも呼ばれる）が形成される。
基底状態への移行の際にコヒーレント光が放射される。
基底状態は非常に迅速に（熱的に）消滅され、または分
子に対する真の基底状態は存在しないので、レーザー放
射に対して必要な占有反転を達成することは簡単であ
る。

ガスレーザーのＸ線−前期電離のために本発明による
プラズマＸ線管を使用する際には、プラズマＸ線管は特
にパルス化されて作動せしめられる。なぜならば、それ
により50nsと100nsとの間のFWHM（＝最大値の半分の値
の継続時間）の範囲内のＸ線パルスが比較的短いパルス
増大およびパルス減衰時間において発生可能であるから
である。しかし、CO₂連続波レーザーの前期電離のため
に原理的には連続作動（CW）も可能である。

本発明の対象物をごくわずかに変形した別の有利な用
途は、ターゲット保持壁の窓孔を覆う電子窓としての役
割をする箔を相応に電子線透過性に構成する際にプラズ
マＸ線管が電子銃として使用されることにある。このよ
うな箔としてはたとえば、好ましくは相応に高い透過性
の保護格子により支えられた0.02mmのオーダーの厚みを
有するアルミニウム箔が考慮の対象になる。また、電子
に対して良好に透過性の金属、たとえばアルミニウムで
両面を金属化されているたとえば0.02mmの厚みのポリイ
ミドから成る合成樹脂箔も考慮の対象になる。

本発明により達成可能な利点はなかんずく、Ｘ線窓中
およびレーザーガス中の吸収比を考慮しても、Ｘ線制動
放射の高い強度および放射分布の良好な均等性が得られ
ることにあり、従って良好な前期電離密度が達成され得
る。本発明によるプラズマＸ線管は中空陰極における二
次電子放射による電子発生の原理により動作する。この
中空陰極は同時に加速陰極としての役割をし、その前に
電子線方向に長さｄの加速空間が置かれている。加速空
間の前にプラズマ空間が位置している。プラズマは好ま
しくは数Paの低い圧力においてガス放電により発生され
る。点弧電極は、好ましくはＸ線管の軸線方向に張られ
ている細いワイヤーである。プラズマ発生の過程、イオ
ン抽出および二次電子加速は単一のチャンバ、すなわち
プラズマ空間のなかで行われ、また加速空間は二重格子
または一重格子配置により互いに隔てられていない。従
って、本発明によるプラズマＸ線管は、二チャンバ−イ
オン管の構成原理と対照的に、一チャンバ−イオン管と
も呼ばれ得る。

加速電圧は直接にプラズマに与えられる。低圧プラズ
マの発生は前記のように少なくとも１つの点弧電極にお
けるガス放電の点弧により行われる。正の電圧の印加の
際に点弧電極の周りに電界が生じ、その影響のもとに周
囲放射に基づいて存在する電子が長い行程を強制され、
こうしてガス原子を電離する。電子なだれが生じて、ワ
イヤー放電の点弧に通ずる。こうして生ずる低圧プラズ
マは、中空陰極の強い電界をシールドする特性を有す
る。負の電極電位は正のイオンを吸引し、また電子を反
発する。中空陰極の内面の付近に高いイオン密度の範囲
が生ずる。正イオンの空間電荷は中空陰極の電界を中和
し、またそれをプラズマ空間から境する。こうして中空
陰極へのイオン流の密度は印加された電圧に無関係であ
る。空間放電領域を通って加速陰極（陰極ベース）の加
速電界のなかに到達するイオンの数はワイヤー放電のな
かの電流密度により決定される。中空陰極への電流は空
間放電法則に従うので、加速陰極（陰極ベース）と空間
放電境界との間の間隔は、平行板電極構造に対して成り
立つラングミュア−チャイルドの法則からとなる。この範囲ｄのなかでこの一チャンバ−イオン管
においてイオンおよび二次電子の加速過程が行われる。
その際に加速陰極と反対側の空間放電境界は仮想的な陽
極とみなされ得る。

少なくとも２つの壁突起および少なくとも２つの一致
する壁突起の形態の向かい合う追加的なプラズマ空間−
境界手段を有する中空陰極の断面形状は有意義である。
中空陰極の壁突起もそれと好ましくは一直線上に位置す
るターゲート保持壁の壁部分も、電界強度の過上昇が回
避されるように、それらの互いに向かい合う面を丸めら
れている。これらの壁突起または壁部分は、互いに一致
する電極または電極***とも呼ばれ得る。それらのジオ
メトリ（形状および配置）により、低圧プラズマが電極
の間の空間のなかに閉じ込められていることが保証され
ている。（望ましくないフラッシオーバの確率を高くす
るであろう）中空陰極と外側金属ケースとの間の電荷担
体濃度の上昇がそれにより回避される。さらに、ジオメ
トリにより、中空陰極の付近の電界分布が、Ｘ線管の金
属側壁への寄生的な電子流が回避されるような形態をと
ることが保証されている。

それによってケースが全面を金属で構成され、また接
地電位に接続され得る。このことは重要な利点である。
簡単な構造に基づくコスト低減のほかに、本発明による
一チャンバ−イオン管の形態のプラズマＸ線管は、二チ
ャンバ−イオン管の形態に比較して、効率がより高い
（格子における強度損失の回避）点で、また中空陰極陽
極と中空陰極との間で放電が行われないので特別な高電
圧供給が節減される点で優れている。

本発明の対象物の他の特徴および利点ならびにその構
成および作用の仕方は、以下に図面に示されている実施
例により説明する。

図面は簡単化された概要図であり、第１図はたとえば（紙面に対して垂直に）0.5mの長さ
を有している本発明による“一チャンバ−イオン管”の
形式のプラズマＸ線管の断面図、第２図は時間ｔを横軸にとって点弧電極および点弧電
極電流Ｉ（Ｚ）における電圧Ｕ（Ｚ）の経過をkVで（点
弧電極電流に対しては特別な尺度なし）、また一チャン
バ−イオン管のパワーに応じて1Aないし100Aの範囲内の
点弧電極電流Ｉ（Ｚ）の経過を示す図であり、第３図は時間ｔを横軸にとって点弧電圧Ｕ（Ｚ）およ
び加速電圧Ｕ（Ｂ）のパルスの経過をkVで示す図であ
り、第４図は時間ｔを横軸にとって加速電圧U_BおよびＸ線
パルスの送出の際のＸ線振幅（U_X）をkVで示す図であ
り、第５図は特にエキシマーレーザーのTE形式のガスレー
ザーのレーザーチャンバに取付けられる、第１図により
構成されたプラズマＸ線管の斜視図である。

一チャンバ−イオン管として動作する第１図および第
５図に示されているプラズマＸ線管は以下では簡単化し
て管と呼ばれ、また全体として参照符号ERを付されてい
る。それは矢印ｅにより電子軌道を記号的に示されてい
る電子線Ｅを発生し、また電子線Ｅを波状の矢印ｘによ
り個々の光子軌道または波連を記号的に示されているＸ
線放射Ｘに変換する役割をする。Ｘ線放射Ｘへの電子線
Ｅの変換は、管ERのターゲット保持壁g2の、全体として
参照符号Ｋを付されている中空陰極の陰極ベースkOの突
起のなかに位置しており中空陰極から出発する電子線Ｅ
に曝されている表面範囲を気密に覆っているＸ線ターゲ
ット１により行われる。

管ERは互いに間隔をおいて向かい合う２つの保持壁g1
およびg2、すなわち陰極壁g1および前記のターゲット保
持壁g2を有する気密ケースＧから成っている。ケースＧ
はさらに、保持壁g1、g2と共にケースの四周を形成する
側面の結合壁g3およびg4と、第５図中に見られる正面壁
g5 g6とを有する。ケースＧが全面を金属で構成されて
おり、また接地電位に接続されていることは好ましい。
なぜならば、これは外部に対して良好なシールドを生
じ、また絶縁壁を最小化するからである。従って壁g1な
いしg6は全体が金属、たとえばアルミニウムから成って
いる。それらは内壁をニッケルで被覆されていてよい。
基本的には、シールドの観点からはあまり望ましくない
としても、ケースＧは、内壁を金属化されている、すな
わち相応の金属箔で被覆されまたは金属蒸着されている
合成樹脂から成っていてもよい。このことはターゲット
保持壁g2に対しても当てはまる。

Ｘ線ターゲット１に対する箔はターゲット保持壁g2の
なかの窓孔２を覆っており、またこれと気密に結合され
ている。箔またはＸ線ターゲットは好ましくは高い次数
の材料、たとえば金またはウランから成っており、また
は保持箔1aはアルミニウムのような良好な放射透過性の
材料から成っており、また前記の高い次数の金属（金ま
たはウラン）により被覆されている（層1b）。箔１また
は保持箔1aが非常に薄いならば、それらは保護格子に載
せられて支えられ得る（図示せず）。このようなＸ線タ
ーゲット１は、ケースＧの内部を支配する真空を大気圧
に対して、または第５図によるレーザーへの組込みの場
合にはレーザー内部圧力に対して封じなければならな
い。両壁g1〜g2の間隔によりケースＧの内部空間の深さ
が、壁g3〜g4の間隔によりケースの幅が、また側壁g5、
g6の相互間隔（第５図参照）により管ERのケースＧの長
さが定められる。ターゲット保持壁g2はその両長辺に第
５図によるレーザーチャンバへの組込みの場合に対して
フランジ突起g7およびg8を設けられている。

管ERにはさらにケースＧの内部の中空陰極Ｋとして構
成された金属の壁構造が属しており、この壁構造はプラ
ズマ空間３を部分的に包囲しており、また少なくとも２
つの壁突起k1、k2を設けられている陰極ベースk0を、中
空陰極Ｋがその開いた側k3およびその陰極ベースk0をタ
ーゲット壁g2のほうに向けるように有する。その際に中
空陰極Ｋには、中空陰極Ｋからイオンボンバートにより
たたき出された二次電子ｅ′に対する加速陰極を形成す
るように高い負の高電圧電位、実施例では100kVが接続
されている。二次電子ｅ′が加速の際に中空陰極Ｋから
離れてＸ線ターゲット１の方向へ描く軌道も、中空陰極
Ｋの負の電位から吸引されまた中空陰極Ｋの方向へ加速
される正イオンｉ＋の軌道も簡単化して矢印によりシン
ボル化されている。正イオンｉ＋は中空陰極Ｋに衝突
し、そこから二次電子ｅ′をたたき出す。中空陰極Ｋは
端において（図示されていない）陰極正面壁により閉じ
られている開いた槽の形態を有する。それはまたベース
底壁k0、２つの縦壁k1、k2および（見えない）正面壁を
有する。

中空陰極ＫとＸ線ターゲット１との間に位置するプラ
ズマ空間３と、それぞれ壁突起k1またはk2と向かい合う
結合壁g3またはg4との間に位置する残余のケース内部空
間またはチャンバ空間とは中−高真空（１〜10^-3mbar）
の範囲内の圧力のもとに動作ガスにより満たされてい
る。動作ガスとしては好ましくはヘリウムが使用される
が、H₂、NeまたはArも動作ガスとして適している。ガス
混合物として前記ガスの少なくとも２つまたはそれ以上
により動作することも可能である。動作ガスの好ましい
圧力範囲は1Paと100Paとの間（10^-2mbarないし1mbarに
相応）である。実施例では2Paと10Paとの間のヘリウム
圧力により作動が行われた。

中空陰極Ｋに給電するため、また周囲のケース壁g1ま
たはg3、g4およびg2に対してフラッシオーバ間隔範囲の
外側に位置する安全間隔a₁、a₂、a₃を保って陰極保持壁
g1に中空陰極Ｋを保持するため、相応の手段が中空陰極
Ｋの高電圧および電流供給の役割をする電気伝導性の陰
極保持体k4に対する電気絶縁性で気密性の高電圧導体導
入部５の形態で設けられている。導体導入部５は、高電
圧に耐える絶縁材料から成り、それぞれ陰極保持体k4の
円筒状の軸を包囲し、また陰極保持壁g1の相応の孔のな
かに挿入されている中空円筒状の嵌め管を含んでいる。
第５図から一層詳細に認識可能なように、陰極保持体k4
に対する円筒状の軸は中空陰極Ｋの長さにわたって互い
に間隔をおいて分布され、またそれぞれ気密に相応の導
体導入部５に保持されている。第５図と結び付けて第１
図から、ほぼ長方形の断面を有し、また陰極ベースk0と
Ｘ線ターゲット１とを結ぶ直線に対して垂直に長く延び
た広がりを有するケースＧの好ましい実施例も認識され
る。このケース形態に適合して、好ましい実施例によれ
ば、中空陰極ＫはＵ字形の断面を有する長く延びた閉じ
られた槽の形態を有し、その際に両壁突起k1、k2がプラ
ズマ空間31を３つの側面において包囲し、また端部には
前記のように、２つの（見えない）正面壁をも設けられ
ている。

プラズマ空間３を境するため、図示されている実施例
ではターゲット保持壁g2から中空陰極Ｋの両壁突起k1、
k2の方向に、安全間隔a₃を保って、突出する金属の電極
壁部として構成されている追加的な境界手段g21、g22が
設けられている。これらの電極壁部g21、g22は壁突起k
1、k2と同じく管ERのチャンバ内部空間３のほぼ全長に
わたって延びている。図示されているようにこれらの
電極壁部g21、g22は対を成して中空陰極Ｋの壁突起k1、
k2と一直線上にあり、また互いに向かい合う電極表面に
丸み７または８を設けられており、これらの丸みは電界
強度ピークの平坦化または相応の電界強度勾配の減少の
役割をし、またこうして望ましくないすべり放電の回避
を助ける。電極壁部g21、g22および見えない正面壁部は
５つの側面でプラズマ部分空間33を囲んでおり、また互
いに向かい合い参照符号９または10を付されている電極
頂部または***の間の電極中間空間が、細いワイヤーの
形態の少なくとも１つの点弧電極11により貫通されてい
る別のプラズマ部分空間32の形態で生ずる。このワイヤ
ー状の点弧電極11の直径はたとえば0.1mmである。それ
は、十分に大きい電界強度を保証するため、過大に選定
されてはならない。その中空陰極Ｋに対する電位は正で
あり、またたとえば500Vないし数kVである。これらの値
（直径および電圧）では、間隔a₁、a₂およびa₃の選定の
際と同様に、パッシェンの法則を考慮に入れる必要があ
る。この法則は周知のように、間隔ｄで互いに向かい合
う２つの電極の間の点弧フラッシオーバに対する点弧電
圧がこの間隔ｄとガス圧力ｐとの積に関係することを記
述している。実施例による管ERはいわゆるパッシェン−
ミニマムから左の範囲内で動作し、従って望ましくない
点弧フラッシオーバは行われない。

電極壁部分g21、g22は中空陰極Ｋと共同してプラズマ
空間３をその他のケース内部空間４に対して遮蔽する追
加的なプラズマ空間境界手段を形成し、その際にプラズ
マ空間３はその他のケース内部空間４と、安全間隔a₃に
より条件付けられる間隙を介して連通している。また中
空陰極Ｋは好ましくはアルミニウムから成っている。そ
れは内面を追加的にニッケルまたはニッケル箔により被
覆されていてよい。しかし、それはケースＧと同じく完
全にニッケルから成っていてもよい。中空陰極Ｋの安全
間隔はもちろんケース正面壁g5、g6（第５図参照）に対
しても与えられていなければならないが、このことは詳
細には示されていない。陰極保持体k4は陰極ベースk0の
なかにねじ込みまたは他の仕方で入れられている円筒状
のピンまたはボルトであってよい。フランジ突起g7、g8
を管ERに相応して長く延びているレーザーチャンバLKの
相応の対向フランジと気密に結合するためのフランジ結
合ボルトは第５図中に参照符号13を付して示されてい
る。

図示されている管ERは好ましくはパルス作動をする。
これは、同じくパルス作動をするガスレーザーのＸ線−
前期電離のために使用されるときに必然的に生ずる。そ
のＸ線ターゲット１における制動がＸ線放射Ｘの放出に
通ずるパルス化された電子放射の電流密度は最大で60な
いし120kVの電圧においてたとえば５ないし10A/cm²であ
る。電荷担体なだれの発生は点弧電極11への点弧電圧パ
ルスの印加により開始される。点弧電極11は両正面壁g
5、g6の間に相応の高電圧に耐える導入部により張られ
ている。このワイヤー状の点弧電極11の周りにいま電界
が生じ、この電界の影響のもとに周囲放射に基づいて存
在する電子がスパイラル軌道の形態の長い行程を強制さ
れ、またこうしてガス原子との衝突の際にガス原子を電
離する。電子なだれが生じ、また低圧プラズマの形成の
もとにワイヤー放電の点弧に通ずる。この低圧プラズマ
は空間電荷雲の形態の正イオンおよび電子から成ってお
り、その際に電荷担体形成は、突出している***９、10
に衝突する正イオンがこれらの***から再び電子（二次
電子）をたたき出し、これらの電子が再び点弧電極11へ
スパイラル軌道で運動することによっても助成される。
正イオンの主部分は低圧プラズマから最大の電界勾配の
方向、すなわち矢印ｉ＋の方向に中空陰極Ｋに向けて引
き出され、またこの方向に加速される。それらが中空陰
極Ｋの内面に衝突すると、それらは二次電子をたたき出
す。低圧プラズマは、冒頭に記載したように、中空陰極
Ｋの強い電界をシールドする特性を有する。この陰極ベ
ースの負の電極電位は正イオンを吸収し、また電子を反
発する。中空陰極の付近に高いイオン密度の範囲が生じ
る。正イオンｉ＋の空間電荷は中空陰極Ｋの電界を実際
上中和し、またそれをプラズマ空間から境する。中空陰
極Ｋへのイオン流ｉ＋の密度は印加された電圧に実際上
無関係になる。空間電荷領域を通って陰極ベースk0の加
速領域のなかに到達するイオンの数は点弧電極11のワイ
ヤー放電の電流密度により決定される。その後の過程を
明らかにするため、中空陰極Ｋと低圧プラズマの空間電
荷境界との間に生ずる間隔ｄが例として著しく簡略化さ
れて記入されている。（実際には湾曲した線またはアー
チ状の固定していない境界面である。）この範囲ｄのな
かで中空陰極Ｋへ向かう方向の正イオンｉ＋の加速およ
び中空陰極Ｋから離れる方向の二次電子ｅ′の加速が行
われる。加速された二次電子ｅ′は、プラズマ空間３の
なかの低圧プラズマを通り抜けて飛び、またその後に電
子線ＥとしてＸ線ターゲット１に衝突し、その外面から
Ｘ線放射Ｘを放射させるような速度を有する。管ERがガ
スレーザーのＸ線前期電離の目的で利用されるときに
は、Ｘ線（制動）放射の強度およびスペクトルエネルギ
ー分布はレーザーガス中に十分な前期電離密度を得る目
的で選定されている。

第２図は点弧電極11における電圧パルスＵ（Ｚ）およ
び電流パルスＩ（Ｚ）の経過を示す図である。点弧遅れ
時間は電界強度およびガス圧力に関係している。

点弧電極−ワイヤー放電（曲線Ｕ（Ｚ）参照）と加速
電圧Ｕ（Ｂ）の印加との間の時間的間隔は電子式制御を
介して自由に予め定められ得る。しかし加速線圧Ｕ
（Ｂ）の開始の正確な時点は、管がレーザー放電の目的
で使用されるときには、レーザー放電の点弧時点と密に
関係している。例えば60kvと120kVとの間の電子線Ｅに
対する加速電圧ではＸ線パルスの半値幅（第４図中のＸ
線振幅Ｕ（Ｘ）参照）は約50ないし100nsFWHM（最大値
の半分の値の継続時間）である。第４図中の曲線Ｕ
（Ｂ）は再び加速電圧を示す。管ERのパルス作動は、管
ERが好ましい応用例として組み込まれている第５図によ
るレーザーチャンバLKのレーザー電極L1、L2の間の主放
電以前の予め定められた時間窓のなかでの前期電離の準
備を可能にする。第５図中に示されているレーザーは好
ましくはTE形式のエキシマーレーザーであり、その光学
的軸線はo-oで示されている。レーザー共振器の長さを
定めるレーザー空洞の両端に配置されている鏡は、図面
を見易くするために示されていない。

レーザー電極L1は接地電位に接続されている。レーザ
ーチャンバLKに対する金属ケースおよびそれと結合され
ているプラズマＸ線管ERの金属ケースはＢで示されてい
る。レーザー電極L2は高電圧電位に接続されており、従
ってレーザーチャンバLKのケースに対して、高電圧に耐
える気密性の絶縁部15により絶縁されて取付けられてい
る。絶縁部15は導入部としても内張としても構成されて
いる。

本発明によるプラズマＸ線管により電子線に対する電
子流および加速電圧Ｕ（Ｂ）の振幅がガス圧力と、点弧
電極電流に関係するプラズマ密度との変更により目的に
沿って影響され得る。相応のことが、こうして電荷担体
の加速の際に生ずる管抵抗をそのつどのHS発生器の内部
抵抗にマッチングさせるため、互いに向かい合う電極壁
部９、10の間の間隔（a₃）の変更および寸法選定に当て
はまる。好ましい電極材料はアルミニウムであり、これ
はスパッタ傾向がわずかであり、また二次電子放射能力
が高い点で優れている。電子銃としてのプラズマＸ線管
の説明された用途に対する応用例は電子線ポンピングレ
ーザー、半導体技術における灼熱プロセスおよびパルス
化パワー応用を有するスイッチ技術である。

図示されていない実施例（たとえば第５図による変
形）によれば、管は接地されたレーザー電極L1の上側に
も取付けられ得る。その場合、レーザー電極L1は、Ｘ線
放射がこの電極を通ってレーザー電極L1、L2の間のレー
ザー放電体積のなかへ入り得るようにＸ線放射に対して
透過性の材料から成っていなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者バウムガルトル、ルードルフドイツ連邦共和国Ｄ‐877 アルツエナウ‐ヘルシユタインアムカペレンプラツツ 10 (72)発明者チルケル、ハンス‐ユルゲンドイツ連邦共和国Ｄ‐8525 ウツテンロイトホルンダーヴエーク８ (56)参考文献特開平１−235144（ＪＰ，Ａ) 特公昭55−2902（ＪＰ，Ｂ２) 特公平４−49216（ＪＰ，Ｂ２) 特許2539207（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高い電子流密度の電子線（EW）を発生し、
かつ電子線をプラズマＸ線管のＸ線ターゲット（１）に
おけるＸ線放射（Ｘ）に変換するためのプラズマＸ線管
（ER）において、ａ）互いに間隔をおいて向かい合う２つの保持壁、陰極
壁（g1）および少なくとも内面が金属のターゲット保持
壁（g2）、を有しまた保持壁（g1、g2）を完全なケース
として完成させる側面の結合壁（g3……g6）を有する気
密ケース（Ｇ）を含んでおり、ｂ）真空圧力下にある電離可能なガスまたはガス混合物
から成る作動ガスでケース（Ｇ）中を充満されており、ｃ）ケース（Ｇ）の内部に中空陰極Ｋとして構成されて
おり、プラズマ空間（３）を部分的に包囲しており、ま
た少なくとも２つの壁突起（k1、k2）を設けられている
陰極ベース（k0）を、中空陰極（Ｋ）がその開いた側
（k3）およびその陰極ベース（k0）をターゲット保持壁
（g2）のほうに向けるように有しており、また中空陰極
（Ｋ）からイオンボンバートによりたたき出された二次
電子（ｅ′）に対する加速陰極を形成するように中空陰
極（Ｋ）に高い負の高電圧電位が接続されている金属の
壁構造を含んでおり、ｄ）陰極ベース（k0）の突起のなかに位置しており中空
陰極（Ｋ）から出発する電子線（Ｅ）に曝されているタ
ーゲット保持壁（g2）の面範囲を覆っているＸ線ターゲ
ット（１）を含んでおり、ｅ）ターゲット保持壁（g2）の部分を形成しており中空
陰極（Ｋ）と共同してプラズマ空間（３）をその他のケ
ース内部空間（４）に対してシールドする追加的なプラ
ズマ空間境界手段（g21、g22）を含んでおり、その際に
プラズマ空間（３）はその他のケース内部空間（４）と
中空陰極−ターゲット保持壁間の安全間隔（a₃）により
条件付けられ間隙（a₃）を介して連通しており、ｆ）プラズマ空間（３）のなかに突出している細いワイ
ヤーの形態の少なくとも１つの点弧電極（11）を含んで
おり、この点弧電極に中空陰極（Ｋ）とケース（Ｇ）の
金属内面とに対して相対的に正の電位がプラズマ空間
（３）のなかのグロー放電を開始する開始電荷担体雲の
発生のために印加され得ることを特徴とするプラズマＸ線管。
【請求項２】中空陰極（Ｋ）に給電し、また中空陰極
（Ｋ）を陰極保持壁（g1）に保持するための手段が、そ
れぞれ周囲のケース壁（g1、g3、g4、g2）に対してフラ
ッシオーバ間隔範囲の外側に位置する安全間隔（a₁、
a₂、a₃）を介在させて設けられており、またこれらの手
段が中空陰極（Ｋ）の高電圧および電流供給の役割をす
る電気伝導性の陰極保持体（k4）に対する電気絶縁性の
気密の高電圧−導体導入部（５）を含んでいることを特
徴とする請求項１記載のプラズマＸ線管。
【請求項３】追加的なプラズマ空間境界手段が、ターゲ
ット保持壁（g2）から中空陰極（Ｋ）の少なくとも２つ
の壁突起（k1、k2）の方向に、安全間隔を介在させて突
出している少なくとも２つの金属の電極壁部（g21、g2
2）を含んでいることを特徴とする請求項１または２記
載のプラズマＸ線管。
【請求項４】陽極壁部（g21、g22）が中空陰極（Ｋ）の
壁突起（k1、k2）とそれぞれ一直線上に位置しているこ
とを特徴とする請求項３記載のプラズマＸ線管。
【請求項５】ケース（Ｇ）の全面が金属であり、また接
地電位（Ｂ）に接続されていることを特徴とする請求項
１記載のプラズマＸ線管。
【請求項６】ケース（Ｇ）がほぼ長方形の断面を有し、
また陰極ベース（k0）とＸ線ターゲット（１）とを結ぶ
直線に対して垂直に長く延びている広がりを有し、また
中空陰極（Ｋ）がケース形状にマッチングしてＵ字形断
面の長く延びている槽として構成されていることを特徴
とする請求項１ないし５の１つに記載のプラズマＸ線
管。
【請求項７】作動ガスが中−高真空（１〜10^-3mbar）の
範囲内の圧力下にあることを特徴とする請求項１ないし
６の１つに記載のプラズマＸ線管。
【請求項８】作動ガスが１ないし100Pa（10^-2mbarない
し1mbarに相応）の範囲内の圧力下にあることを特徴と
する請求項７記載のプラズマＸ線管。
【請求項９】作動ガスがHeであることを特徴とする請求
項１ないし８の１つに記載のプラズマＸ線管。
【請求項１０】電離可能な作動ガスがH₂、Ne、Arの１つ
であることを特徴とする請求項１ないし８の１つに記載
のプラズマＸ線管。
【請求項１１】作動ガスがが前記作動ガスHe、Neおよび
Arの少なくとも２つのを含んでいるガス混合物であるこ
とを特徴とする請求項９または10記載のプラズマＸ線
管。
【請求項１２】中空陰極および場合によってはケースが
少なくとも部分的にアルミニウムから成っていることを
特徴とする請求項１ないし11の１つに記載のプラズマＸ
線管。
【請求項１３】中空陰極および場合によってはケースが
少なくとも部分的にニッケルから成っていることを特徴
とする請求項１ないし11の１つに記載のプラズマＸ線
管。
【請求項１４】中空陰極および場合によってはケース
が、内面をニッケルで被覆されている少なくとも部分的
にアルミニウム壁から成っていることを特徴とする請求
項12または13記載のプラズマＸ線管。
【請求項１５】Ｘ線ターゲットに対する箔がターゲット
保持壁のなかの窓孔を覆っており、またターゲット保持
壁と気密に結合されており、また高い次数Ｚの材料、た
とえば金またはウランから成っていることを特徴とする
請求項１ないし14の１つに記載のプラズマＸ線管。
【請求項１６】Ｘ線ターゲット（１）に対する箔がター
ゲット保持壁（g2）のなかの窓孔（２）を覆っており、
またターゲット保持壁（g2）と気密に結合されており、
また高い次数の金属、たとえば金またはウランにより被
覆されていることを特徴とする請求項１ないし14の１つ
に記載のプラズマＸ線管。
【請求項１７】ガスレーザーのＸ線−前期電離装置とし
て使用されることを特徴とする請求項１ないし16の１つ
に記載のプラズマＸ線管。
【請求項１８】エキシマーレーザーのＸ線−前期電離装
置として使用されることを特徴とする請求項17記載のプ
ラズマＸ線管。
【請求項１９】パルス化されて作動することを特徴とす
る請求項17または18記載のプラズマＸ線管。
【請求項２０】ターゲット保持壁のなかの窓孔を覆って
おり、電子窓としての役割をする箔が相応に電子線透過
性に構成されている際に、電子銃として使用されること
を特徴とする請求項１ないし16の１つに記載のプラズマ
Ｘ線管の用途。