JPH02227950A

JPH02227950A - 陰極の回りに磁界を生じさせる装置を有する電子銃

Info

Publication number: JPH02227950A
Application number: JP2003725A
Authority: JP
Inventors: Georges Faillon; ジョージ　ファイン; Christophe Bastien; クリストファ　バスティーヌ; Christine Farvet; クリスティーヌ　ファベット
Original assignee: Thomson Tubes Electroniques
Current assignee: Thales Electron Devices SA
Priority date: 1989-01-17
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1990-09-11
Also published as: FR2641899A1; EP0379403A1; US5109179A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は円筒形の電子ビームを発生する電子銃に関する
。より詳細には、高電圧下で動作する銃に関する。これ
らの銃が縦方向に相互作用のある電子管に使用されてい
ることは明らかである。これらの管は“０”形管と呼ば
れている。この形の管の中で、電子ビームは電子の進路
と同じ（直線的な磁界により焦点が合わされる。クライ
ストロン、進行波管が“０”形管である。これらの銃を
例えば粒子加速器のように真空中の他の装置に使用でき
る。

（従来の技術）長くかつ狭い電子ビームを発生させる電子銃は一般に回
転軸の回りに作られている。電子銃には陰極があり、こ
の陰極は通常熱放射材料から作られ、加熱され、通常質
の電位が加えられている。

電子銃はウェーネルト（ｗｅｈｎｅｌｔ）円筒として知
られており、陰極と同じ温度で焦点合せの電極により囲
まれている。陰極は陽極の方向に電子ビームを放射する
。ウェーネルト円筒は集中するように陰極から出る電子
のビームを発生させる。これら２つの電極は陽極の回り
を取り囲んでいる。陽極とウェーネルト円筒は陰極から
出る電子ビームを通過させるように中心部で開いている
。グリッド（ｇｒｉｄ）は陰極とウェーネルト円筒の間
に挿入されている。例えば、円筒形のセラミック素子は
電極を支える働きをし、互いに電気的に絶縁している。

陰極により放射されウェーネルト円筒と陽極により焦点
が合わされる電子ビームは、電子管の胴体であるトンネ
ル形の部分を貫き抜ける。この胴体は一般には接地され
ている。陽極は陰極電位と電子管の胴体の電位の間の電
位差を取るか、または電子管の胴体に等しい電位を取る
かのいずれかである。電子管の胴体内で、ビームはソレ
ノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）　、永久磁石、または一連
の交番隣接磁石により焦点が合わされている。

希望の直径を有しほとんど振動のない均一な電子ビーム
を得るため、銃と管の胴体内で電子ビームに沿って発生
する磁束を調整する必要がある。

電子ビームの振動は電子の相互反発効果により生ずる。

陰極では電子の放射を妨げないように誘導を少なくしな
ければならない。銃の中で電子ビームを集中させるため
、陰極からの距離が増える時または増えるに従い誘導は
増える。誘導は銃の外、すなわち管の胴体内ではついに
一定の値となる。

陰極のすぐ近くで磁界が強くなり過ぎないように、極片
は一般に銃と管の胴体の間に置かれている。この極片は
管の胴体の中で強磁界に対してスクリーン（ｓｃｒｅｅ
ｎ）を形成する。銃の出口で希望の直径を有し振動の少
ないビームを得るため、陰極上の誘導と、管の胴体内の
誘導と、ビームの半径およびその振動の間で適当に妥協
しなければならない。磁界のこれらの配置はきわめて重
要であり、この問題に対し次のような明快な解答が与え
られている：極片は特殊な幾何学で与えられる。それは一般には軟鋼
で作られる。極片毎に、開き具合、厚さ、円すいの形は
さまざまである。しかし、電子ビーム上中の極片の主な
動作は銃の出口のところのみで行われる。陰極での効果
は少ない。

銃はまたその外側が円筒状のしゃへいを置（ことにより
じゃへいされ、軟鋼で作られている。このしやへいは銃
の外側のほかに陰極ではセラミック素子の回りに置かれ
ている。しやへいの内側に小さなソレノイドを取り付け
ることも可能である。これにより試験中の調整をより正
確に行うことができる。高電力管と低周波管の両方また
は一方を使用した銃の場合は、ジャンプスパーク（ｊｕ
ｍｐ　５ｐａｒｋ）を防止するため、電極は高周波にさ
れ電極間の間隔が大きく取られている。従って、銃の直
径は大きく、シールドの直径も大きい。たとえ小さな補
足のソレノイドが付は加えられても、陰極からの距離は
比較的妥当なものであり、陰極における磁界への影響は
それゆえ弱い。

本発明はこれらの欠点を解決するもので、陰極の近くに
磁界を発生させる装置を有する電子銃を提案している。

（発明の要約）本発明により数個の電極を有し、陰極と、磁界を発生す
る装置を含み、前記装置は陰極と異なる電極と共に動作
し陰極のすぐ近（に制御された磁界を発生させるため陰
極に接近している電子銃が提案されている。

１つの実施態様において、電極はソレノイドを支えるよ
うに働き、ソレノイドの電源供給は発電機と、この電極
の電位または付近の電位に関係のある電位により与えら
えている。例えば、電極はウェーネルト円筒または陽極
であり、これらの電極は陰極の前面を取り囲んでいるの
で、陰極のすぐ近（によ（制御できる磁界を作ることが
できる。

他の実施態様において、陰極と異なる電極は陰極の回り
の輪に分布した永久磁石を支えるように働いている。

本発明の他の特性によれば陰極と異なる電極は磁界を作
る装置と共に動作するが、この電極は磁気材料から作ら
れている：電極自体により磁束（磁石またはソレノイド
により発生する）は陰極の回りに導かれるが、電極は陰
極の近くにあるので制御を効率的に行うことができ、も
し必要ならば、陰極のすぐ近（で磁界を調整することが
できる。電極の先端が陰極から離れているならば、磁石
またはソレノイドは電極により支えられており、この電
極の先端に容易に接触している：例えば、電極、ウェー
ネルト円筒または陽極は磁気材料から作られソレノイド
は電極が銃の外壁により支えられるところで銃の外側の
電極と磁気的に接触して置かれている。

（実施例）第１図に示す銃は回転軸ＹＹ’の回りに作られている。

銃は“Ｏ”形管の中に収納され゛ており、その胴体５の
みが示されている。銃には熱放射材料から作られる陰極
１が含まれている。陰極１は浅いカップ形をしており、
図示していないフィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）によ
り約１１００℃まで加熱されている。この陰極には約１
００ｋＶの高い電位−ｖｏが加えられている。陰極１を
取り囲んでいる焦点合せの電極またはウェーネルト円筒
２の作用により集中する電子ビーム４が発生している。

電子ビーム４はほぼ円筒の形をしており、管の胴体５の
方向に加速されている。ウェーネルト円筒は一般にはモ
リブデン、ステンレス鋼、または銅で作られている。ウ
ェーネルト円筒には陰極ｌと同じ電位−ｖｏが加えられ
ている。陽極３はウェーネルト円筒２を取り囲んでいる
。この電極３には電位−ｖＡが加えられている。一般に
この電極は全体的にまたは部分的にモリブデンまたは銅
により作られている。グリッドは陰極１とウェーネルト
円筒２の間に置かれている。第１図にはグリッドを全（
示していない。銃には陰極ｌと陽極３の間にある全ての
電極が必ず含まれている。管の胴体は一般に銅で作られ
ており接地されている。

電子の相互反発効果は電子ビームが長（狭くなるのを防
げるように働き、焦点合せの装置は銃の前面に沿い、特
に管の胴体部で必要となる。この焦点合せの装置は一般
に磁石である。管の胴体の回りには永久磁石、ソレノイ
ドまたは交番隣接磁石により構成されている。焦点合せ
の装置は示されていない。

陽極３は一方の先端１１により、絶縁され円筒形にされ
銃を取り囲んでいる第１スペーサ（ｓｐａｃｅｒ）７と
第２スペーサ１３にしっかり固定されている。

スペーサ７は所定の位置に陽極３を保持し管の胴体５か
ら陽極３を電気的に絶縁している。陰極１とウェーネル
ト円筒２は銃の底面の近くにある円形絶縁壁８に固定さ
れている。絶縁の第２スペーサ１３は一方が絶縁壁８の
周辺に支えられ、他方は陽極３の先端１１に支えられて
いる。スペーサ１３は電極１とウェーネルト円筒２を陽
極３から絶縁する役目を果たしている。陽極３の他端・
１２は陰極１の近くに置かれており電子ビームを集中さ
せる。

陽極３のこの先端１２は陽極の残りの部分とは違う材料
で作られている。スペーサ７と１３と壁８は一般にセラ
ミックで作られている。管の胴体を有するそれらは、銃
の電極を取り囲んでいる遮断性の密閉チャンバ（ｃｈａ
ｍｂｅｒ）　１４を決定する役目を果たしている。この
チャンバ１４は真空にされている。

銃は部分的に磁界に浸されている。陰極１への誘導は弱
くすべきであるが、この誘導は陰極１と管の胴体５の間
隔の中で多（する必要がある。これにより電極と管の胴
体の間の、または異なる電位を加えられた電極間のジャ
ンプスパークの危険を防ぐことができる。

極片６は一般に軟鋼により作られ、銃を管の胴体５から
分離している。この極片６の幾何学的な形により電子ビ
ーム４の焦点合わせな変化させることができる。他の極
片になると広がり、厚さ、円すいの形が変わる。極片６
は特に陽極３と管の胴体の入口の間にある電子ビームの
焦点を合わせる。この極片では銃の内側で必要とされる
調整を磁界に与えることができない。とりわけ、極片は
管の胴体中でかなり強い磁界に対ししやへいとして働（
ので、この磁界は陰極のすぐ近（では十分弱いままであ
る。

従来の技術では例えば軟鋼で作られた円筒形の磁気じゃ
へい９で構成されており、これはスペーサ７．１３の外
側で銃の回りにある。このしやへい９は陰極１の出口と
極片６の間に置かれている。

しゃへい９は極片６に固定されている。さらに、試験中
に磁界をより精密に調整できるようにするため、このし
やへい９にソレノイドｌＯを付は加えることが可能であ
る。

銃が高電圧で動作している時、電極間の絶縁の間隔のた
め円筒形のしゃへい９の直径は大きくなる。電子ビーム
の焦点合せの効果はソレノイドＩＯが付は加えられても
非常に小さい。

第２図には第１図の断面図と比較した軸ＹＹ′を有する
電子銃の断面図を示す。しかし、陰極の近（に磁界を生
ずる装置が付は加えられている。この例では磁界が調整
できるが、それは磁界がソレノイドにより発生しており
、磁界はこのソレノイドを通る電流に影響を及ぼすこと
ができるためである。

銃は“Ｏ“形管の中に収納されおり、その胴体２５の部
分のみが示されている。さらに、銃には胴体２５と同じ
電位が加えられている陽極２３がある。

銃は一方の先端２８により管の胴体２５にしつかり固定
されている。他の先端２９は第１図のスペーサ１３と比
較されるスペーサ１５にしつかり固定されている。スペ
ーサ１５は銃の近くにある絶縁壁１６の上に置かれてい
る。スペーサ１５、壁１６と同様に管の胴体２５、陽極
２３は真空を保つチャンバ７を決める役目を果たしてい
る。

陰極ｌは浅いカップ状の形をしている。陰極ｌには加熱
用フィラメント２０がある。陰極１は１１００℃のオー
ダーの高温に加熱され電子ビーム４を発生している。熱
しゃへい２１はチャンバ１７の内側の熱を安定にするた
め、フィラメント２０の近（に置かれている。陰極１は
ウェーネルト円筒により取り囲まれている。調整可能な
磁界を発生させる装置はウェーネルト円筒２２の中に収
納されている。

ウェーネルト円筒２２には内部にソレノイド２７が置か
れている空洞２４がある。このソレノイド２７では陰極
１の近くにあり電子ビーム４に有効に作用している。ソ
レノイド２７は環状または類似の形をしている。ソレノ
イド２７は陰極ｌと同軸状に取り付けられている。ウェ
ーネルト円筒はソレノイドが覆われるような厚さである
ことが見て判るであろう。高電圧銃では銃の各部分が一
般に厚いので、ソレノイド２７を入れるのに障害はない
。空洞２４はチャンバ１７の内部と連絡していない。空
洞２４は壁１６を通るチャンバ１７の外側に開いている
。空洞２４の内側はチャンバ１７の外側の環境と接触し
ていないので、空洞２４は壁１６の上に置かれている遮
断キャップ（ｃａｐ）により遮断することができる。外
側の環境は空気か油か、またはイオンフッ化物ＳＦ。

である。これらの材料は絶縁の役割を果たしている。

ソレノイド２７がチャンバ１７の外側の環境と接触する
こともできる。この場合、空洞２４を遮断しているキャ
ップ２６はもはや必要ない。

ソレノイド２７を作るのに使われている電線は、例えば
純粋なタングステンか、レニウムを含んだタングステン
合金から作られている。ソレノイドを作るのに使われて
いる電線は適当な形のセラミックにより絶縁されている
。ソレノイド２７は全体としてウェーネルト円筒の電位
、従って陰極１の電位−Ｖ。が加えられている。ソレノ
イドは第２図に示すように加熱用のフィラメント２０と
つながって取り付けられている。遮断された密閉の通路
１８は少なくとも１つ壁１６の中に置かれており、加熱
用フィラメントとソレノイドを接続する電線の高さにあ
るチャンバ１７の外側と内側の間を遮断している。ウェ
ーネルト円筒は軟鋼または軟鉄のような磁気性のある金
属材料から作られている。しかし、ウェーネルト円筒は
また磁気性のない材料の場合もあり、その磁界はソレノ
イドから直接作られる。

第３図には第１図の断面図と比較した電子銃の断面図を
示している。陰極ｌの近（に調整可能な、磁界を発生さ
せる装置の他の変形を示している。

この装置は陽極３０の中に収納されており、ウェーネル
ト円筒は収納されていない。図の中で、ウェーネルト円
筒２を取り囲んだ陽極３０にはソレノイド３１が置かれ
ているところに空洞３２がある。この場合、陽極３０は
第１図に示すように管の胴体５と離れている。陽極３０
は全体的に、または部分的に軟鉄または軟鋼のような磁
気性の金属材料から作られている。陽極３０の第１先端
１９はスペーサ７と１３にしっかり固定されている。陽
極３０の他の先端３３は陰極１の近くにあり陽極の残り
の部分とは異なった材料から作られている。この材料は
例えばモリブデンである。磁気性のある金属材料は長さ
が変化し、厚さも変化する。この材料はあまり高温に加
熱しないで透磁率を低（しないことが適切である。むし
ろ、使用されている材料は不意のガス抜けを防止するた
め真空中で製造されている。

ソレノイド３１は電子ビーム４の近くで電子ビーム４か
ら可変の距離に置かれているが、それは銃の中にある磁
束線に対し期待される効果のためである。このソレノイ
ド３２は陽極３０の電位に関係のある電源供給装置３６
により電源が供給されている。電流は例えば光ファイバ
により試験の量制御されている。参照番号３４は電位−
■。を与える陰極ｌの電源供給装置を示している。参照
番号３５は電位−ｖＡを与える陽極３０の電源供給装置
を示している。陽極の電源供給装置３５とソレノイドの
電源供給装置３６にはそれぞれ絶縁変圧器３７が設置さ
れている。ソレノイド３１はダクト３９に入れられてい
る導線３８により電源供給装置３６に接続されており、
ダクト３９は陽極３０の中に入りスペーサ７．１４によ
り分けられているチャンバ１４の外側にある先端１９の
ところで開いている。

第４図には第１図の断面図と比較した銃の断面図を示す
。陰極の近（に調整可能な磁界を発生させる装置の他の
変形を示している。

調整可能な磁界を発生させる装置は陽極４１と接触する
ように置かれたソレノイド４０により構成されている。

陽極４１の第１先端４２はスペーサ７．１３にしっかり
固定されている。陽極４１とソレノイド４０の間で接触
しているのはこの第１先端４２である。ソレノイドはチ
ャンバ１４の外側に置かれている。

調整可能な磁界を生ずるこの装置には、低電圧で動作す
る銃が使用されている。この場合、銃の直径は小さ（、
陽極またはウェーネルト円筒の中にソレノイドを収納す
ることはより一層難しくなる。

ソレノイドから陰極のごく近くの領域に磁束を導（ため
、陽極４１は部分的にまたは全体的に磁気性の金属材料
で作られている。図では、部分的に磁気性の金属材料で
作られている。第２先端４３は陰極ｌの近くにあり電子
ビームを取り囲んでおり、例えばモリブデンのような他
の材料で作られている。

ソレノイドは図示されていない電源供給装置により電源
が供給されている。この電源供給装置は前述の陽極４１
の電位に関係がある。

第５図には第４図の断面図と比較した電子銃の断面図を
示す。陰極の近くに磁界を発生させる装置の新しい変形
を示している。

この図では、磁界を発生させる装置は予め磁化された１
以上の磁石５０により構成されている。

これらの磁石はチャンバ１４の外側に環状に置かれてお
り陽極５１に接触している。陽極５１の第１先端５２は
スペーサ７．１３にしっかり固定されている。陽極５１
と磁石５０の間で接触しているのはこの第１先端５２で
ある。誘導線が陽極５１の内側に向くように磁石５０は
調整されている。この場合、陽極５１は全体的にまたは
部分的に磁気性の金属材料で作られている。第５図には
陽極５１の第２先端５３が陰極１の近くにあり、例えば
モリブデンのような他の材料で作られている。磁石５０
には陽極５１と同じ電位が加えられている。磁石５０は
沢山ある。陽極５１の回りに環状の形に置かれている磁
石５０の数を換え、それらの位置を変えることにより、
陰極１の近（の磁界を比較的精密に調整できる。

本発明により、１つのソレノイドまたは多くの磁石が銃
の回りにあるときは、銃の外側のしゃへいを取り除くこ
ともできる。

、本発明は既述の例に制限されない。本発明の範囲を越
えることなく、陰極の近くに磁界を発生させる装置の形
または位置に関する非常に多（の変形が考えられる。陰
極とは異なった電極の１つに対し陰極の近（に磁界を発
生させる装置を与えることは十分可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の技術の管の中に収納された円筒形の電子
ビームを発生する“Ｏ°゛形電子銃の断面図を示し、第２図はウェーネルト円筒の中に収納された調整可能な
磁界を発生するソレノイドと図示されていない陽極を有
する電子銃の断面図を示し、第３図は陰極の近くの磁界
を調整するように設計されたソレノイドに取りつけられ
た陽極を含む電子銃の断面図を示し、第４図は陰極の近（の磁界を調整するように設計された
外部ソレノイドに取り付けられた陽極を含む電子銃の断
面図を示し、第５図は陰極の近（の磁界を調整するように設計された
多くの外部磁石に取り付けられた陽極を含む電子銃の断
面図を示す。ｌ・・・陰極、　　　　　　２．２２・・・ウェーネル
ト円筒、３、２３．３０．４１．５１・・・陽極、４・
・・電子ビーム、　　５．２５・・・胴体、６・・・極
片、　　　　　　７・・・第１スペーサ、８・・・円形
絶縁壁、　　９・・・磁気じゃへい、１０、２７．３１
．４０・・・ソレノイド、１１、１２．３３・・・陽極
３の先端、１３・・・第２スペーサ、　１４．１７・・
・チャンバ、１５・・・スペーサ、　　　１６・・・絶
縁壁、１８・・・通路、　　　　　２０・・・フィラメ
ント、２１・・・熱しゃへい、　　２４．３２・・・空
洞、２Ｂ・・・遮断キャップ、　２８・・・先端、２９
・・・電子銃の先端、３４・・・陰極ｌの電源供給装置、３５・・・陽極３０の電源供給装置、３６・・・ソレノイドの電源供給装置、３７・・・絶縁
変圧器、　　３８・・・導線、３９・・・ダクト、　　
　　　４２．５２・・・第１先端、４３、５３・・・第
２先端、　５０・・・磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）数個の電極を有し、陰極を含み、さらに磁界を発
生させるための装置を有し、前記装置は陰極と異なる電
極と共に動作し陰極のすぐ近くに制御された磁界を発生
させるため陰極に接近している電子銃。
（２）装置により発生する磁界が調整可能な請求項１記
載の電子銃。
（３）装置が銃の中に置かれたソレノイドであり、前記
電極がこのソレノイドを支えるように働く請求項１また
は２記載の電子銃。
（４）ソレノイドがソレノイドを支える働きをする電極
の中に準備された空洞の中に置かれ、この空洞は銃の内
側とは接触しないが外側とは連続する可能性のある請求
項３記載の電子銃。
（５）ソレノイドが電源供給装置に接続されており、そ
の電位はソレノイドを支えるため使用されいる電極の電
位と関係のある請求項３または４記載の電子銃。
（６）装置が１以上の永久磁石から構成されている請求
項１または２記載の電子銃。
（７）磁界を発生させる装置と共に動作する電極３０が
全体または部分が磁気である材料から作られ、陰極の放
射面の近くに磁束を導くことができる請求項１記載の電
子銃。
（８）材料が軟鉄または軟鋼である請求項１記載の電子
銃。
（９）磁界を発生させるための装置が銃の外の電極の先
端で磁気的に接触している請求項７または８記載の電子
銃。
（１０）装置と共に動作する電極が銃の陽極である請求
項１記載の電子銃。
（１１）装置と共に動作する電極が銃のウェーネルト円
筒である請求項１記載の電子銃。
（１２）装置がソレノイドの時、装置が陰極を加熱する
ように設計されたフィラメントに連続されて取り付けら
れている請求項（１１）記載の電子銃。
（１３）請求項１から１２のいずれか１つの電子銃を含
み、縦方向に相互作用のある電子管。
（１４）請求項１から１２のいずれか１つの電子銃を含
む粒子加速器。