JPH11176595A - Electron accelerating device - Google Patents
Electron accelerating deviceInfo
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- JPH11176595A JPH11176595A JP35410197A JP35410197A JPH11176595A JP H11176595 A JPH11176595 A JP H11176595A JP 35410197 A JP35410197 A JP 35410197A JP 35410197 A JP35410197 A JP 35410197A JP H11176595 A JPH11176595 A JP H11176595A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は高周波を利用した電
子加速装置に係り、特に高周波加速空洞を利用した電子
加速装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron accelerator using a high frequency, and more particularly, to an electron accelerator using a high frequency acceleration cavity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子加速装置は電子を電磁力で数十億電
子ボルト（数ＧｅＶ）程度の高いエネルギー状態に加速
するための装置であり、もともとは原子核や素粒子の研
究の為に開発されてきた。しかし近年では真空中をほぼ
高速で伝摘する電子がその偏向磁場により軌道が曲げら
れたときに、その軌道の接線方向に発生する放射光（Ｓ
ＯＲ光）を利用して超ＬＳＩ回路パターンの微細加工
（リソグラフィ）や物性研究、生命科学等の広範な科学
技術分野にまで適用範囲を広げている。そしてかかる電
子加速装置は、前記電子を発生する電子源と高周波加速
空洞とから構成されており、このような加速装置に用い
る電子源として従来は固体カソードを用いている。2. Description of the Related Art An electron accelerator is a device for accelerating electrons to a high energy state of several billion electron volts (several GeV) by electromagnetic force, and was originally developed for the study of atomic nuclei and elementary particles. Have been. However, in recent years, when an electron propagating in a vacuum at almost high speed has its trajectory bent by its deflecting magnetic field, radiation (S) generated in a tangential direction of the trajectory is generated.
The application range is extended to a wide range of scientific and technical fields such as micro processing (lithography) of ultra LSI circuit patterns, physical property research, and life science using OR light. Such an electron accelerator comprises an electron source for generating the electrons and a high-frequency accelerating cavity, and a solid cathode is conventionally used as an electron source for such an accelerator.
【０００３】図７（ａ）及び（ｂ）に固体カソードを用
いた電子加速装置の基本構成を示す。図７（ａ）におい
て、電子源は背面側をヒータＨにより加熱したカソード
Ｃと、該カソードＣより電子を引き出すためにカソード
Ｃとの間で電位差をつけるアノードＡとから構成され、
真空中に配設される。FIGS. 7A and 7B show the basic structure of an electron accelerator using a solid cathode. In FIG. 7A, the electron source is composed of a cathode C whose back side is heated by a heater H, and an anode A for generating a potential difference between the cathode C and the cathode C to extract electrons from the cathode C.
It is arranged in a vacuum.
【０００４】加速空洞１は、例えば無酸素銅からなる導
電体で形成した略円筒体状の空洞本体１ａと高周波電源
Ｐとよりなり、そして該加速空洞１は不図示のアース管
等によりアース（接地）に落として使用される。そして
高周波電力は導波管２１若しくは同軸ケーブルにより空
洞本体１ａ内に導入されるが、いずれにしても高周波電
源Ｐのアースと空洞本体１ａはアース管を介して連結さ
れることになる。従って高周波電源Ｐより前記導波管２
１を通して空洞本体１ａの共振周波数と同周波数の高周
波電力ｒｆを空洞本体１ａ内に供給すると、共振により
加速電界（電場Ｅ）が発生し、該加速電界により前記空
洞本体１ａを通過する電子を加速する。又前記加速空洞
本体１ａの出口部にはＺ軸方向（電子加速方向）磁場発
生用磁石又は電磁コイル２が配設され、電子ビームｅの
広がりを防ぐためにＺ方向の磁場を発生している。The accelerating cavity 1 includes a substantially cylindrical hollow main body 1a formed of a conductor made of oxygen-free copper and a high-frequency power source P, and the accelerating cavity 1 is grounded by an earth tube or the like (not shown). (Ground). The high-frequency power is introduced into the hollow main body 1a by the waveguide 21 or the coaxial cable. In any case, the ground of the high-frequency power supply P and the hollow main body 1a are connected via the ground tube. Therefore, the waveguide 2
When a high-frequency power rf having the same frequency as the resonance frequency of the cavity main body 1a is supplied into the cavity main body 1a through the antenna 1, an acceleration electric field (electric field E) is generated by the resonance, and the electrons passing through the cavity main body 1a are accelerated by the acceleration electric field. I do. A magnet for generating a magnetic field in the Z-axis direction (electron acceleration direction) or an electromagnetic coil 2 is disposed at the exit of the accelerating cavity body 1a, and generates a magnetic field in the Z direction to prevent the electron beam e from spreading.
【０００５】図７（ｂ）はエネルギー分解能を高めるた
めのバンチャー３を配設した他の実施例で、前記空洞本
体１ａの前段側にバンチャー３を配設し、高周波用位相
調整器４により位相調整された高周波電力ｒｆ2 を前記
バンチャー３に供給し、エネルギー分解能を高めてい
る。FIG. 7B shows another embodiment in which a buncher 3 for improving the energy resolution is provided. The buncher 3 is provided in front of the hollow body 1a, and the phase is adjusted by a high-frequency phase adjuster 4. The adjusted high-frequency power rf 2 is supplied to the buncher 3 to increase the energy resolution.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
装置には、次のような課題がある。かかる課題を図８に
基づいて説明するに、図８（ｂ）は前記高周波加速電場
のｚの負方向の電場を正とする加速空洞１内の電場Ｅの
時間変化を示し、（ａ）は、バンチャーのない図７
（ａ）の基本構成の加速器において、電子が加速空洞１
を通過中に電場Ｅから得る総加速エネルギーと電場Ｅに
対する加速空洞１への電子の入射する時の電場Ｅの位相
φとの関係を計算により示したものである。尚、図８
（ａ）において、エネルギーのマイナスは、ｚの負の方
向への電子ビームｅの加速を示す。However, the conventional apparatus has the following problems. This problem will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8B shows a time change of the electric field E in the acceleration cavity 1 in which the electric field in the negative direction of z of the high-frequency accelerating electric field is positive, and FIG. Figure 7 without buncher
In the accelerator having the basic configuration shown in FIG.
The relationship between the total acceleration energy obtained from the electric field E during the passage through and the phase φ of the electric field E when electrons enter the acceleration cavity 1 with respect to the electric field E is shown by calculation. FIG.
In (a), the negative energy indicates the acceleration of the electron beam e in the negative direction of z.
【０００７】本図より理解されるように、高周波電力を
利用して電子加速を行なう前記装置では、図８（ｂ）に
示すように高周波加速電場Ｅの半周期Ｒ1 の前半分の＋
領域（ｚ正方向加速位相領域）で加速空洞１に入射した
電子ビームｅは、図８（ａ）の入射位相 φ（rad）と加
速エネルギーの関係より明らかなように、加速空洞通過
中電場Ｅからエネルギーを得て加速されながら加速空洞
１から放出されるが、一方高周波加速電場Ｅの半周期Ｒ
1 の後半分の一領域（ｚ負方向加速位相）においては、
図８（ａ）の入射位相 φ（rad）と加速エネルギーの関
係より明らかなように、電子ビームｅは進行方向ｚと逆
方向に加速されることが分かる。また高周波加速電場Ｅ
の後半の半周期Ｒ2 の領域の時期においては、カソード
Ｃから放出された電子ビームｅはアノードＡから空洞１
に入射されないため、電場Ｅは加速に関係ないことも理
解される。[0007] As will be understood from this figure, by using a high frequency power in the device that performs electron acceleration, and FIG. 8 (b) to the high-frequency accelerating electric field E as shown in the front half half cycle R 1 +
The electron beam e that has entered the acceleration cavity 1 in the region (z positive acceleration phase region) has an electric field E during passage through the acceleration cavity, as is clear from the relationship between the incident phase φ (rad) and the acceleration energy in FIG. Is emitted from the accelerating cavity 1 while being accelerated by gaining energy from it, while the half period R of the high frequency accelerating electric field E is
In one region of the latter half of 1 (z negative acceleration phase),
As is clear from the relationship between the incident phase φ (rad) and the acceleration energy in FIG. 8A, it can be seen that the electron beam e is accelerated in the direction opposite to the traveling direction z. In addition, high-frequency accelerating electric field E
In the second half of the period of the half cycle R 2 , the electron beam e emitted from the cathode C
It is also understood that the electric field E is not related to the acceleration, since it is not incident on.
【０００８】従って前記した図７の従来の装置では、カ
ソードＣから電子ｅを連続的に放出した場合、高周波加
速電場Ｅの半周期Ｒ1 の後半分の一の領域において電子
は進行方向ｚと逆方向に、特に入射位相 ２．４φ（ra
d）以降ではｚ方向の加速エネルギーと同程度のエネル
ギーで逆方向に加速され、前記電子ｅを発生するカソー
ドＣに衝突か、又加速空洞１入射口付近でｚと垂直方向
の小さな磁場成分が存在する場合、言換えればカソード
Ｃを保護する磁場配位が存在する場合ではアノードＡ又
は加速空洞１の壁に衝突する。そして前記衝突により、
大量のＸ線が加速器から放出されると共に、カソードＣ
の寿命が短くなるか、加速空洞１の加熱が起こるととも
に、逆流電子ｅによりカソードＣ等がスパッタされ、加
速空洞１内表面が汚れ、加速空洞１のＱ値が低下してエ
ネルギーロス増加の原因ともなる。Therefore, in the conventional device shown in FIG. 7, when electrons e are continuously emitted from the cathode C, the electrons travel in the rear half of the half period R 1 of the high-frequency accelerating electric field E in the traveling direction z. In the opposite direction, especially the incident phase 2.4φ (ra
After d), it is accelerated in the opposite direction with the same energy as the acceleration energy in the z direction and collides with the cathode C that generates the electrons e, or a small magnetic field component in the direction perpendicular to z near the entrance of the acceleration cavity 1 If present, in other words if it has a magnetic field configuration protecting the cathode C, it will collide with the anode A or the wall of the accelerating cavity 1. And by the collision,
A large amount of X-rays are emitted from the accelerator and the cathode C
Or the heating of the accelerating cavity 1 occurs, and the cathode C and the like are sputtered by the back-flow electrons e, the inner surface of the accelerating cavity 1 is contaminated, and the Q value of the accelerating cavity 1 is reduced to cause an increase in energy loss. Also.
【０００９】又前記欠点を解消するために、図７（ｂ）
に示すように、入射電子ｅがカソードＣから放出される
時の加速電場Ｅの位相を図８（ｂ）の半周期Ｒ1 の＋領
域に集中させるためのバンチャー３を設置すると、装置
全体のサイズが大きくなり、また電源Ｐから出た高周波
の位相を制御する高周波用位相調整器４の設置が不可欠
となり、システムが大型で複雑になる。In order to solve the above-mentioned disadvantage, FIG.
As shown, when the incident electrons e to install a buncher 3 for concentrating a half cycle R 1 of + region in Fig. 8 the phase (b) of the accelerating electric field E as they are emitted from the cathode C, the entire apparatus The size becomes large, and the installation of the high frequency phase adjuster 4 for controlling the phase of the high frequency output from the power supply P becomes indispensable, and the system becomes large and complicated.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、請求項１記載の発明は電子発生用カソー
ドより引き出された電子が加速空洞を通過中に、該空洞
内に生成される加速電場から得る加速エネルギを利用し
て加速される電子加速装置において、前記電子発生用カ
ソードが、電子加速のタイミングに合わせてガスをプラ
ズマ発生部に噴射して、プラズマ、好ましくはパルス状
にプラズマを発生させ、該プラズマから電子を加速空洞
内に引き出すように構成したプラズマカソードであるこ
とを特徴とする。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that electrons extracted from an electron generating cathode are generated in an accelerating cavity while the electrons are passing through the accelerating cavity. In an electron accelerator that is accelerated using acceleration energy obtained from an accelerating electric field, the cathode for electron generation injects a gas into a plasma generation unit in synchronization with the timing of electron acceleration to form a plasma, preferably a pulse. It is a plasma cathode configured to generate plasma and extract electrons from the plasma into an acceleration cavity.
【００１１】なお、前記プラズマを発生させる為に必要
なエネルギーは、パルス状、高調波、若しくは高周波エ
ネルギーが好ましく、より好ましくはパルス状のエネル
ギー、例えば直流電圧パルス、交番電圧パルス、若しく
はパルスレーザであるのがよい。また、前記プラズマ発
生部を構成するプラズマ電極は、誘電体管若しくはその
他の部分と電気的に切り離されて、いわゆる浮き電極状
の金属管により構成される。The energy required to generate the plasma is preferably pulsed, harmonic, or high frequency energy, and more preferably pulsed energy, for example, a DC voltage pulse, an alternating voltage pulse, or a pulsed laser. There should be. The plasma electrode constituting the plasma generating section is electrically separated from the dielectric tube or other parts, and is constituted by a so-called floating electrode-shaped metal tube.
【００１２】本発明によれば、固体カソードを用いた従
来装置と異なり、カソード自身がプラズマ電極であるた
め劣化がなく長寿命で半永久的に使用可能であるのみな
らず、前記従来装置のように固体カソードのヒータによ
る定常的な加熱も必要とはしない。また本発明は、パル
ス状エネルギーをプラズマ電極内の放電部へ印加中、定
常的に加速空洞へ電子を供給するため、逆流する電子が
発生するが、固体カソードを用いた従来装置とは異な
り、プラズマ電極内の放電部がガス圧１０4 Torr程度と
希薄なプラズマ中を逆流する電子は、前記プラズマ電極
内をほとんど直進して該電極等に衝突することなく、Ｘ
線も発生させずに例えばプラズマ電極の後方に配置した
ビームダンパまで通過させることが出来るとともに、更
にビームダンパを取り外し、電子ビームをターゲットに
導けば、この逆流電子ｅB も利用することが可能であ
り、利用効率が一層大きくなる。According to the present invention, unlike the conventional apparatus using a solid cathode, the cathode itself is a plasma electrode, so that it is not deteriorated and has a long life and can be used semi-permanently. There is no need for steady heating with a solid cathode heater. Also, in the present invention, during application of pulsed energy to the discharge part in the plasma electrode, electrons are constantly supplied to the accelerating cavity, so that electrons flowing backward are generated, but unlike the conventional apparatus using a solid cathode, Electrons whose discharge portion in the plasma electrode flows backward in a plasma at a gas pressure of about 10 4 Torr are almost straight through the plasma electrode and do not collide with the electrode.
With lines can also be passed to a beam damper disposed without causing the rear of example plasma electrode, further remove the beam damper, if Michibike electron beam onto a target, it is also possible to use this backflow electron e B, Usage efficiency is further increased.
【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載のプ
ラズマカソードを加速空洞の加速軸方向両側に配置し、
加速空洞内の加速電場全位相において前記カソードより
引き出された電子を入射可能に構成したことを特徴とす
る。According to a second aspect of the present invention, the plasma cathode according to the first aspect is disposed on both sides of the acceleration cavity in the direction of the acceleration axis.
An electron extracted from the cathode can be made incident in all phases of the accelerating electric field in the accelerating cavity.
【００１４】かかる発明によれば、一対のプラズマカソ
ード部を加速空洞の加速方向軸上両側に設置し、該加速
空洞の両方向から電子を利用することで、加速空洞の加
速電場の全位相において電子を加速することが可能とな
り、取り出せるトータルの電流量を倍にすることが可能
となり、加速電場の利用効率が大幅にアップする。According to this invention, a pair of plasma cathode portions are installed on both sides of the acceleration cavity in the direction of acceleration, and electrons are used from both directions of the acceleration cavity. Can be accelerated, and the total amount of current that can be extracted can be doubled, thereby greatly increasing the efficiency of using the accelerating electric field.
【００１５】請求項３記載の発明は、加速空洞の加速軸
方向両側に配置した一対のプラズマカソード間を連通す
る通路を、加速空洞内を貫通して設けると共に、前記加
速空洞内に位置する通路内でプラズマを発生可能に構成
したことを特徴とする。この場合、前記通路は加速空洞
内に位置する誘電体管で構成すると共に、該誘電体管両
側に接地（アース）された金属管を介して前記プラズマ
電極と連通させる。According to a third aspect of the present invention, a passage communicating between a pair of plasma cathodes disposed on both sides of the acceleration cavity in the direction of the acceleration axis is provided through the inside of the acceleration cavity and a passage located in the acceleration cavity. It is characterized in that it is configured to be able to generate plasma inside. In this case, the passage is constituted by a dielectric tube located in the acceleration cavity, and is communicated with the plasma electrode via a metal tube grounded on both sides of the dielectric tube.
【００１６】かかる発明によれば加速空洞内放電を回避
し、同時に加速部でプラズマを発生させることにより従
来以上の電力を投入でき、大きな加速電場勾配を実現す
ることが出来る。即ち本発明は、一対のプラズマカソー
ド部より延設し、該加速空洞内を誘電体管等の通路で貫
通させた為に従来装置より大きな電力を加速空洞内に投
入した場合、加速電場は同時に前記通路内のガスの放電
を促進し、該通路内でプラズマを発生させると共に、加
速空洞内で余分な放電を起こすことなく誘電体管内のプ
ラズマ中に大きな電場勾配を発生させることが可能であ
り、効率的な電子の加速が可能である。According to this invention, electric power can be supplied more than before by avoiding discharge in the accelerating cavity and simultaneously generating plasma in the accelerating portion, and a large accelerating electric field gradient can be realized. That is, according to the present invention, when an electric power larger than that of the conventional device is supplied to the accelerating cavity by extending from the pair of plasma cathode portions and penetrating the accelerating cavity through a passage such as a dielectric tube, the accelerating electric field is simultaneously generated. It is possible to promote discharge of gas in the passage, generate plasma in the passage, and generate a large electric field gradient in plasma in the dielectric tube without causing extra discharge in the acceleration cavity. Thus, efficient electron acceleration is possible.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品やガスの種類、材質、形
状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎり
は、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単
なる説明例にすぎない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. However, the types, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components and gases described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely described. It is only an example.
【００１８】（請求項１記載の発明に対応する実施例
１）図１は請求項１記載の発明の第１実施形態に係る電
子加速器の構成を概略的に示した横断面概略全体図であ
る。本実施形態は、電子発生部として従来の固体カソー
ドの代りに、直流パルス電場を利用したプラズマカソー
ド部Ｐｃを用い、その前方に加速空洞１、後背位側に逆
流電子吸収用ビームダンパ１１を配設して構成するとと
もに、前記ビームダンパ１１及びプラズマカソード部Ｐ
ｃを真空空間下に置く。尚、本実施形態においては、直
流パルス高電圧電源Ｐｐよりプラズマカソード部Ｐｃ
に、アースｇr に対し負の直流パルス高電圧を印加して
いるために、アースされている加速空洞本体１ａ側が、
プラズマカソード部Ｐｃのホロー電極に対し相対的電位
差がプラスとなり、従って加速空洞本体１ａ自体がアノ
ードの働きをする為に、前記カソード部Ｐｃより電子ｅ
F を引き出すアノードを独立して設ける必要はない。ま
た前記ビームダンパ１１は本発明の必須要件ではなく、
該ダンパ１１を取り外し、前記逆流電子ビームｅB をタ
ーゲットに導くように構成してもよい。FIG. 1 is a schematic overall cross-sectional view schematically showing the configuration of an electron accelerator according to a first embodiment of the present invention. . In this embodiment, a plasma cathode portion Pc using a DC pulse electric field is used instead of a conventional solid cathode as an electron generating portion, and an acceleration cavity 1 is provided in front of the plasma cathode portion, and a backflow electron absorbing beam damper 11 is provided in a dorsal position. The beam damper 11 and the plasma cathode P
Place c under vacuum. In the present embodiment, the plasma cathode portion Pc is supplied from the DC pulse high voltage power source Pp.
, In order that applies a negative DC pulse high voltage to the ground g r, accelerating cavity body 1a side is being ground,
Since the potential difference relative to the hollow electrode of the plasma cathode portion Pc becomes positive and the accelerating cavity body 1a itself functions as an anode, electrons e from the cathode portion Pc are generated.
It is not necessary to provide a separate anode for extracting F. The beam damper 11 is not an essential requirement of the present invention,
Remove the damper 11, the backflow electron beam e B may be configured to direct the target.
【００１９】次に前記プラズマカソード部Ｐｃ中心に本
実施形態の構成を説明する。プラズマカソード部Ｐｃ
は、前面に導電性のオリフィス６を設けた中空金属管状
のホロー電極５と、該ホロー電極５の後端側に取り付け
られ、該ホロー電極５を電気的に切り離す誘電体管７
と、前記ホロー電極５内に反応の少ない希ガス等を導入
するガス導入高速バルブＶ、及び前記ホロー電極５にア
ースｇr に対し負の直流パルス高電圧を印加する直流パ
ルス高電圧電源Ｐｐとから構成されている。Next, the configuration of the present embodiment will be described centering on the plasma cathode portion Pc. Plasma cathode part Pc
Is a hollow metal tubular hollow electrode 5 provided with a conductive orifice 6 on the front surface, and a dielectric tube 7 attached to the rear end side of the hollow electrode 5 for electrically separating the hollow electrode 5.
When a DC pulse high-voltage power Pp applied react less to introduce a rare gas such as a gas introducing high-speed valve V, and a negative DC pulse high voltage to the ground g r in the hollow electrode 5 in the hollow electrode 5 It is composed of
【００２０】かかる装置構成において、加速空洞１はア
ースｇr に接地され、その前にホロー電極５を配置す
る。ホロー電極５にはガス導入高速バルブＶが設置さ
れ、ホロー電極５内でプラズマＰｌを発生させる直前
で、ガスｇを電極５内にパルス状に噴射すると同時にパ
ルス高電圧電源Ｐｐでマイナスのパルス状高電圧を前記
電極５に印加することにより、プラズマＰｌを発生さ
せ、同時に加速空洞１内へ電子ｅF を引き出す。前記導
入ガスには、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、キセノン等の希ガスの他反応の少ない不活性ガスを
用いることが出来る。[0020] In such a device structure, accelerating cavity 1 is grounded to the earth g r, arranging the hollow electrode 5 before that. The hollow electrode 5 is provided with a gas introduction high-speed valve V. Immediately before generating the plasma Pl in the hollow electrode 5, the gas g is injected into the electrode 5 in a pulse form, and at the same time, a negative pulse is generated by the pulse high voltage power supply Pp. By applying a high voltage to the electrode 5, a plasma Pl is generated, and at the same time, electrons e F are drawn into the acceleration cavity 1. The introduced gas may be a rare gas such as helium, neon, argon, krypton, or xenon, or an inert gas with little reaction.
【００２１】ホロー電極５はその誘電体管７によりその
他の部分と電気的に切り離されて、いわゆる浮き電極状
になっているために、加速空洞１内への電子ｅF の引き
出しが円滑に行なわれる。また、ホロー電極５前面に設
けたオリフィス６は、ガスｇが加速空洞１内に入り、該
加速空洞１内で放電が発生することを防ぐために設置さ
れるもので、該加速空洞１内へのガス侵入を防ぐもので
あれば、必ずしも前記オリフィスに限定されず、例えば
絞り機構等を用いてもよい。又本実施形態に示すように
前記オリフィスとともに、前記ホロー電極５内の放電部
から加速空洞１と反対の方向にガスが流れるように排気
部２２を設けてもよい。The hollow electrode 5 are other portions and electrically isolated by the dielectric tube 7, because of a so-called floating electrode shape, smoothly drawer electronic e F to acceleration cavity 1 It is. The orifice 6 provided on the front surface of the hollow electrode 5 is provided to prevent the gas g from entering the acceleration cavity 1 and generating a discharge in the acceleration cavity 1. The orifice is not necessarily limited as long as it prevents gas intrusion. For example, a throttle mechanism or the like may be used. Further, as shown in the present embodiment, an exhaust part 22 may be provided so that a gas flows from a discharge part in the hollow electrode 5 in a direction opposite to the acceleration cavity 1 together with the orifice.
【００２２】そして前記加速空洞１内に引き出された電
子ｅF は、高周波電場Ｅによりｚ方向に加速されるか、
ホロー電極５の方向へ逆流する。逆流した高速電子ｅB
は、前記ホロー電極５を通過してビームダンパ１１で減
衰して消滅する。The electrons e F drawn into the accelerating cavity 1 are accelerated in the z direction by the high-frequency electric field E, or
It flows backward in the direction of the hollow electrode 5. Backflowing high-speed electron e B
Pass through the hollow electrode 5 and are attenuated by the beam damper 11 and disappear.
【００２３】この結果本実施形態によるカソード部Ｐｃ
は、固体ではなく電子加速のタイミングに合わせてガス
ｇをプラズマ発生部に噴射し、パルス状のプラズマＰｌ
を発生させ、そのプラズマＰｌから電子ｅF を加速空洞
１内に引き出すように構成することが出来る。例えば前
記マイナスの直流パルス高電圧に、例えばパルス幅１０
μｓ、繰り返し１００Ｈｚの場合で平均電流１０ｍＡを
要求すると、ビームエネルギー１０００ｋｅＶの場合ピ
ーク電流４０Ａが必要となる。この場合、電子ビーム径
をφ２ｍｍとすると電子密度１．１×１０11ｃｍ3 が必
要となる。これは、プラズマパルス放電ではガス圧１０
4 Torr程度の負圧下で実現可能である。As a result, the cathode portion Pc according to this embodiment is
Is not a solid, but injects a gas g into the plasma generation unit in accordance with the timing of electron acceleration, and generates a pulsed plasma Pl.
Is generated, and electrons e F are extracted from the plasma Pl into the acceleration cavity 1. For example, when the negative DC pulse high voltage is applied, for example, a pulse width of 10
If an average current of 10 mA is required for μs and 100 Hz repetition, a peak current of 40 A is required for a beam energy of 1000 keV. In this case, if the electron beam diameter is φ2 mm, an electron density of 1.1 × 10 11 cm 3 is required. This is a gas pressure of 10 for plasma pulse discharge.
It can be realized under negative pressure of about 4 Torr.
【００２４】オリフィス６は放電中のこのガス圧と、加
速空洞１内のガス圧１０7 Torrの圧力差をつけるために
設置される。この場合前記ガスは排気部２２によりホロ
ー電極５内の放電部から加速空洞１と反対の方向に流れ
るように構成するのがよい。又前記ホロー電極５内の放
電部の放電電流は、放電電力（電圧）を変え、電子密度
を変化させることで調整できる。尚、パルス高電圧電源
Ｐｐと高周波電源Ｐとの関連性については、高周波電源
Ｐが電力ｒｆを供給する時間にパルス高電圧電源Ｐｐが
ＯＮとなってプラズマを生成すればよい程度の関連性で
あればよく、パルス高電圧電源Ｐｐと高周波電源Ｐのパ
ルス幅とタイミングが同じであることが望ましいが、必
ずしも同じである必要はなく、加速空洞１に電子が放出
できるタイミングであればよい。The orifice 6 is provided to provide a difference between the gas pressure during discharge and the gas pressure in the acceleration cavity 1 of 10 7 Torr. In this case, the gas is preferably configured to flow from the discharge portion in the hollow electrode 5 in the direction opposite to the acceleration cavity 1 by the exhaust portion 22. Further, the discharge current of the discharge portion in the hollow electrode 5 can be adjusted by changing the discharge power (voltage) and changing the electron density. Note that the relationship between the pulsed high-voltage power supply Pp and the high-frequency power supply P is such that it is sufficient that the pulsed high-voltage power supply Pp is turned on and generates plasma when the high-frequency power supply P supplies the power rf. It is preferable that the pulse width and timing of the high-voltage power supply Pp and the high-frequency power supply P be the same, but they need not be the same, and may be any timing as long as electrons can be emitted to the acceleration cavity 1.
【００２５】さて本実施形態においては、パルス状の高
周波電圧をホロー電極５内の放電部へ印加中、定常的に
加速空洞１へ電子を供給するため、逆流する電子ｅB が
発生するが、固体カソードＣを用いた従来装置とは異な
り、ガス圧１０4 Torr程度と希薄なプラズマＰｌ中を逆
流する電子ｅB は、ホロー電極５内をほとんど直進して
該ホロー電極５等に衝突することなく、Ｘ線も発生させ
ずにビームダンパ１１まで通過させることが出来る。ま
たビームダンパ１１を固体と比べ比較的密度が低い液体
等の物質、例えば水、油などを用いれば、高エネルギー
のＸ線発生量が少なく、シールドが容易である。In this embodiment, during application of a pulsed high-frequency voltage to the discharge portion in the hollow electrode 5, electrons are constantly supplied to the accelerating cavity 1, so that a back-flowing electron e B is generated. Unlike the conventional apparatus using the solid cathode C, the electrons e B flowing backward in the plasma Pl having a gas pressure of about 10 4 Torr and almost collide with the hollow electrode 5 and collide with the hollow electrode 5. In addition, the beam can pass to the beam damper 11 without generating X-rays. If the beam damper 11 is made of a substance such as a liquid having a relatively low density as compared with a solid, such as water or oil, the amount of high-energy X-rays generated is small and shielding is easy.
【００２６】更にビームダンパ１１を取り外し、電子ビ
ームｅB をターゲットに導けば、従来の固体カソードＣ
の場合と異なり、この逆流電子ｅB も利用することが可
能であり、利用効率が一層大きくなる。また、従来の固
体カソードＣの場合と異なり、カソード自身がプラズマ
電極５であるため劣化がなく長寿命で、半永久的に使用
可能である。また、前記従来装置のように固体カソード
ＣのヒータＨによる定常的な加熱も必要とはしない。Further, by removing the beam damper 11 and guiding the electron beam e B to the target, the conventional solid cathode C
Unlike this case, the backflow electron e B can also be used, and the use efficiency is further increased. Further, unlike the conventional solid cathode C, since the cathode itself is the plasma electrode 5, the cathode is not deteriorated, has a long life, and can be used semipermanently. Further, unlike the conventional apparatus, it is not necessary to constantly heat the solid cathode C by the heater H.
【００２７】図２はプラズマ発生に前記の様な直流パル
スではなく正負に振れる高周波パルス状交番電圧（交番
電圧とは交流電圧、正負パルス電圧も含めた広い概念の
電圧である。）を利用した前記実施例の変形例で、プラ
ズマカソード部Ｐｃの構造を詳細に示した図１対応図で
ある。本実施形態におけるプラズマカソード部Ｐｃは、
前面と後面に導電性のオリフィス６Ｆ、６Ａを設けた中
空誘電体管からなる電極本体７０と、該電極本体７０外
周部をコイル状に巻回した導線８と、前記中空電極本体
７０内に反応の少ない希ガス等を導入するガス導入高速
バルブＶ、及び前記導線８に接続され、導線のコイル部
８ａを介して高周波交番パルス電圧を電極本体７０に印
加する高周波高電圧電源Ｐrfと、前記中空電極本体７０
前面に配置され、中空電極本体７０より電子を引き出す
ためにアースｇr された前面側オリフィス６との間で電
位差をつけるアノードＡとから構成され、これらは高周
波高電圧電源Ｐrfを除き、真空中に配設される。FIG. 2 uses a high-frequency pulse-like alternating voltage (alternating voltage is a voltage of a broad concept including AC voltage and positive / negative pulse voltage) instead of the above-described DC pulse for generating plasma. FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 and shows a detailed structure of a plasma cathode portion Pc in a modification of the embodiment. The plasma cathode part Pc in the present embodiment is:
An electrode body 70 composed of a hollow dielectric tube provided with conductive orifices 6F and 6A on the front and rear surfaces, a conductive wire 8 in which the outer periphery of the electrode body 70 is wound in a coil shape, and a reaction inside the hollow electrode body 70 A high-frequency high-voltage power supply Vrf for introducing a rare gas or the like having a small volume, a high-frequency high-voltage power supply Prf connected to the conductor 8 and applying a high-frequency alternating pulse voltage to the electrode body 70 via a coil portion 8a of the conductor; Electrode body 70
Arranged on the front, is composed of an anode A to give a potential difference between the front-side orifice 6 which is grounded g r in order to extract electrons from the hollow electrode body 70, which except for the high frequency high voltage power source Prf, vacuum It is arranged in.
【００２８】又、電極本体７０の前面と後面に配した導
電性のオリフィス６Ｆ、６Ａはアースｇr に接地されて
いるが、この理由は本実施形態の場合プラズマ生成電圧
として高周波交番パルス電圧を用いているために、プラ
ズマの電位が定まらないため、オリフィス６Ｆ、６Ａを
アースｇr に接地して放電前後の電位を決めるものであ
る。尚、図１の実施形態においては直流パルス高電圧電
源Ｐｐによりアースｇr に対し負の直流パルス高電圧を
印加しているためにアノードが不要であるが、本実施形
態においては、高周波交番パルス電圧であり、放電部の
プラズマ電位が＋数十Ｖ程度になるために、前記オリフ
ィス６Ｆ、６Ａをアースｇr に接地するとともに、アノ
ードＡに直流の電位９を与えることでプラズマＰｌから
電子ｅF を加速空洞１内に引き出すことができる。[0028] Further, front and conductive orifice 6F decor on the rear surface of the electrode body 70, although 6A is grounded to the earth g r, the reason for this high-frequency alternating pulse voltage as if a plasma generating voltage of the present embodiment due to the use, since the plasma potential is not determined, the orifice 6F, in which ground the 6A to earth g r determines the potential of the front and rear discharge. Although the anode to the application of the negative DC pulse high voltage to the ground g r by the DC pulse high-voltage power Pp in the embodiment of FIG. 1 is not required, in this embodiment, a high frequency alternating pulse a voltage, to the plasma potential of the discharge portion is about + several tens V, the orifice 6F, while earthed g r a 6A, electrons e from the plasma Pl by providing a DC potential 9 to the anode a F can be drawn into the acceleration cavity 1.
【００２９】かかる装置構成においても、バルブＶでガ
スｇを電極本体７０内へ噴射した後、誘電体からなる中
空電極本体７０の外周にコイル状に巻回した導線８に、
１０ＭＨｚ程度の高周波交番パルス電圧Ｐrfを印加する
ことで高密度プラズマＰｌを発生させ、前記実施形態と
同様な作用を得ることが出来る。Also in this device configuration, after the gas g is injected into the electrode main body 70 by the valve V, the conductor 8 wound in a coil shape around the outer periphery of the hollow electrode main body 70 made of a dielectric material is used.
By applying a high-frequency alternating pulse voltage Prf of about 10 MHz, high-density plasma Pl is generated, and the same operation as in the above embodiment can be obtained.
【００３０】図３は、別のプラズマＰｌ発生手法として
図２と同様の構成であるプラズマカソード部において、
誘電体からなる中空電極本体７０内の放電部に前記電子
加速方向と逆方向に向けて高エネルギーパルスレーザ光
ＬＦ、又は電子加速方向に向けて高エネルギーパルスレ
ーザ光ＬＡを照射してプラズマＰｌを発生する場合の要
部概要図である。前記高エネルギーパルスレーザ光には
例えばエキシマレーザ光を用いるのがよい。エキシマレ
ーザは主として紫外域で発振する高出力パルスレーザで
あり、発振効率とガス寿命の点からＸｅＦ（351,353n
m），ＫｒＦ（248nm），ＸｅＣｌ（308nm），ＡｒＦ（1
93nm）等が用いられている。FIG. 3 shows another plasma P1 generation method in a plasma cathode section having the same configuration as that of FIG.
The discharge portion in the hollow electrode body 70 made of a dielectric is irradiated with the high energy pulse laser beam LF in the direction opposite to the electron acceleration direction or the high energy pulse laser beam LA in the electron acceleration direction to generate the plasma Pl. FIG. 7 is a schematic diagram of a main part in the case of occurrence. For example, excimer laser light is preferably used as the high-energy pulsed laser light. Excimer lasers are high-power pulsed lasers that oscillate mainly in the ultraviolet region. In view of oscillation efficiency and gas life, XeF (351,353n)
m), KrF (248 nm), XeCl (308 nm), ArF (1
93 nm).
【００３１】本実施形態においては、バルブＶでガスｇ
を誘電体からなる中空電極本体７０内へ噴射した後、該
電極本体７０内にパルス状の高エネルギーレーザ光、例
えばエキシマレーザＬＦ又はＬＡを印加することで高密
度プラズマＰｌを発生させることが出来る。本実施形態
においても、放電前後のオリフィス６Ｆ、６Ａをアース
ｇr に接続して電位を決め、アノードＡに印加する電位
９によりプラズマＰｌから電子ｅを加速空洞１内に引き
出すように構成している。In the present embodiment, the gas g
Is injected into the hollow electrode body 70 made of a dielectric material, and then high-density plasma Pl can be generated by applying a pulsed high-energy laser beam, for example, an excimer laser LF or LA, to the electrode body 70. . In this embodiment, the discharge before and after the orifice 6F, determine the potential by connecting 6A to ground g r, it constitutes the plasma Pl to draw electrons e to the acceleration cavity 1 by the potential 9 to be applied to the anode A I have.
【００３２】（請求項２記載の発明に対応する実施例）
図４は前記加速空洞の電子の加速方向及び逆方向のＺ軸
上両端に、前記磁場発生用磁石又は電磁コイル２Ａ、２
Ｆ、更にその外側のＺ軸上両側に前記図１、図２若しく
は図３に示すプラズマカソードＰｃ1、Ｐｃ2を対称に設
置した他の実施形態を示す。尚、プラズマカソード部Ｐ
ｃ1、Ｐｃ2は図１、図２、図３で示した各種のプラズマ
カソード部Ｐｃが使用可能である。(Embodiment corresponding to the second aspect of the present invention)
FIG. 4 shows that the magnets for generating magnetic fields or the electromagnetic coils 2A, 2A,
F shows another embodiment in which the plasma cathodes Pc 1 and Pc 2 shown in FIG. 1, FIG. 2 or FIG. In addition, the plasma cathode part P
For c 1 and Pc 2 , various plasma cathode portions Pc shown in FIGS. 1, 2 and 3 can be used.
【００３３】かかる装置における作用を図５に基づいて
説明する。図５は加速空洞１内の電場Ｅの時間変化を示
した前記図８（ｂ）に対応するグラフ図であり、高周波
加速電場の半周期Ｒ1 の前半分の＋領域（ｚ正方向加速
位相領域）で加速空洞１に入射した電子は、加速空洞通
過中電場Ｅからエネルギーを得て加速されながら加速空
洞１から放出されるが、一方高周波加速電場の半周期Ｒ
1 の後半分の一領域（ｚ負方向加速位相）においては、
電子は進行方向ｚと逆方向に加速されることは前記した
通りである。The operation of the apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph corresponding to FIG. 8B showing the time change of the electric field E in the accelerating cavity 1, and is a positive region (z positive acceleration phase) in the first half of the half period R1 of the high-frequency accelerating electric field. The electrons incident on the acceleration cavity 1 in the region (1) are emitted from the acceleration cavity 1 while being accelerated while gaining energy from the electric field E during the passage through the acceleration cavity.
In one region of the latter half of 1 (z negative acceleration phase),
As described above, the electrons are accelerated in the direction opposite to the traveling direction z.
【００３４】本実施形態に係る電子加速装置は、プラズ
マカソード部Ｐｃ1、Ｐｃ2を加速空洞１のＺ軸上両側に
設置してある為に、該両プラズマカソード部Ｐｃ1、Ｐ
ｃ2より引き出された電子は前記加速空洞１の両方向か
ら該空洞１内へ供給される。高周波加速電場の半周期Ｒ
1 の位相ではプラズマカソード部Ｐｃ1 より引き出され
た電子はｚの負方向から入射し、Ｒ1 の前半分の＋の領
域で前記電子がｚの正方向に加速され、Ｒ1 の後半分の
−の領域で前記電子がｚの負方向に電子は加速され、夫
々の方向からプラズマカソード部Ｐｃ1 より引き出され
た電子ビームｅB を取り出すことができる。また、Ｒ2
の位相ではプラズマカソード部Ｐｃ2 より引き出された
電子はｚの正の方向から入射し、Ｒ2 の前半分の＋の領
域で前記電子がｚの正方向に加速され、Ｒ2 の後半分の
−の領域で前記電子がｚの負方向に電子ｅは加速され、
夫々の方向からプラズマカソード部Ｐｃ2 より引き出さ
れた電子ビームｅを取り出すことができる。In the electron accelerator according to this embodiment, since the plasma cathode portions Pc 1 and Pc 2 are provided on both sides of the acceleration cavity 1 on the Z axis, the two plasma cathode portions Pc 1 and Pc 2 are provided .
Electrons extracted from c 2 are supplied into the acceleration cavity 1 from both directions. Half period R of high frequency accelerating electric field
1 of electrons extracted from the plasma cathode unit Pc 1 in the phase entered from the negative direction of z, the electrons in the region of the previous half + the R 1 is accelerated in the positive direction of z, the half of the R 1 - in areas electrons in the negative direction of the electrons z is accelerated, it can be taken out electron beam e B from each direction drawn from the plasma cathode unit Pc 1. Also, R 2
Of the electrons extracted from the plasma cathode portion Pc 2 phase enters from the positive direction of z, the electronic half the + regions preceding R 2 is accelerated in the positive direction of z, the half of the R 2 In the negative region, the electron e is accelerated in the negative direction of z,
The electron beam e extracted from the plasma cathode portion Pc 2 can be extracted from each direction.
【００３５】従って図１〜図３に示すプラズマカソード
部Ｐｃを片側にのみ配設した装置では、電子は図５の加
速電場Ｅの半周期Ｒ1 の位相でのみ加速空洞１に入射す
る。そのため、電子ビームｅを両方向から取り出したと
しても、加速電場Ｅの半周期Ｒ1 のエネルギーのみ利用
し、加速電場Ｅの半周期Ｒ2 の位相における電場Ｅのエ
ネルギーは使用しないことになる。そこで、本実施形態
のようにプラズマカソード部Ｐｃ1、Ｐｃ2を加速空洞１
のＺ軸上両側に設置し、該加速空洞１の両方向から電子
ｅを利用することで、加速電場Ｅの全位相において電子
ｅを入射することで、加速電場Ｅの全位相において電子
ｅを加速することが可能となり、取り出せるトータルの
電流量を倍にすることが可能となり、加速電場Ｅの利用
効率が大幅にアップする。尚、両側から供給された電子
ｅは、半周期Ｒ1、Ｒ2ごとに交互に加速空洞１に入射す
るため相互に干渉しない。Accordingly, in the apparatus shown in FIGS. 1 to 3 in which the plasma cathode portion Pc is provided on only one side, electrons enter the accelerating cavity 1 only in the phase of the half period R 1 of the accelerating electric field E in FIG. Therefore, even taking out an electron beam e from both directions, only the energy of the half cycle R 1 of the acceleration electric field E using the energy of the electric field E in the half cycle R 2 in the phase of the acceleration electric field E will not be used. Therefore, as in the present embodiment, the plasma cathode portions Pc 1 and Pc 2 are connected to the acceleration cavity 1.
Are set on both sides on the Z-axis of the accelerating cavity 1, and the electrons e are used from both directions of the accelerating cavity 1, so that the electrons e are incident in all phases of the accelerating electric field E, and the electrons e are accelerated in all phases of the accelerating electric field E It is possible to double the total amount of current that can be extracted, and the use efficiency of the accelerating electric field E is greatly increased. The electrons e supplied from both sides alternately enter the accelerating cavity 1 for each half cycle R 1 and R 2 and do not interfere with each other.
【００３６】（請求項３記載の発明に対応する実施例）
図６は前記加速空洞１の電子の加速方向及び逆方向のＺ
軸上両端に、前記磁場発生用磁石又は電磁コイル２Ａ、
２Ｆ、更にその外側のＺ軸上両側に前記図１、図２若し
くは図３に示すプラズマカソードＰｃ1、Ｐｃ2を対称に
設置するとともに、加速空洞１内に両プラズマカソード
Ｐｃ1、Ｐｃ2から金属管ｍを介して延設する誘電体管７
０を一体的に貫通させた電子加速装置の主要部分を示し
た他の実施形態が示されている。即ち両プラズマカソー
ドＰｃ1、Ｐｃ2からアースｇr された金属管ｍが電磁コ
イル２1、２2より加速空洞１入口端まで延設されてお
り、該両金属管ｍ間に前記加速空洞１内を貫通する誘電
体管７を配置する。(Embodiment corresponding to the third aspect of the invention)
FIG. 6 shows Z in the accelerating direction and the reverse direction of the electrons in the accelerating cavity 1.
At both ends on the axis, the magnetic field generating magnet or electromagnetic coil 2A,
2F, the plasma cathodes Pc 1 , Pc 2 shown in FIG. 1, FIG. 2 or FIG. 3 are further symmetrically installed on both sides on the Z axis outside thereof, and both plasma cathodes Pc 1 , Pc 2 Dielectric tube 7 extending through metal tube m
Another embodiment showing the main part of the electron accelerator in which the 0 is integrally penetrated is shown. That is, to extend both the plasma cathode Pc 1, ground from Pc 2 g r metal tube m up acceleration cavity 1 inlet end than the electromagnetic coil 2 1, 2 2, the accelerating cavity 1 between the both metal tubes m A dielectric tube 7 penetrating the inside is arranged.
【００３７】係る装置によれば、プラズマカソード部Ｐ
ｃ1、Ｐｃ2を加速空洞１のＺ軸上両側に設置し、両カソ
ード部Ｐｃ1、Ｐｃ2より電子ｅを加速空洞１の両方向か
ら金属管ｍ、誘電体管７０内を通して加速空洞１内へ供
給する。金属管ｍは電位的にアースｇr されている為に
誘電体管７０内での帯電を防止することが出来る。１０
は前記加速された電子のビーム引き出し部であり、プラ
ズマカソード部Ｐｃ1 、Ｐｃ2 の後方に配置されてい
る。誘電体管７０には高周波ｒｆを十分通過させる材
質、例えばセラミックやガラス等を用いることで、高周
波電場Ｅを誘電体管７０内に励起させる。誘電体管７０
内は、プラズマカソードＰｃ動作時に導入するガスが流
入し、加速空洞１内の真空度よりガス圧が高い状態とな
っている。従って本実施形態には図１及び図２に示すオ
リフィスが不要になる場合もある。According to such an apparatus, the plasma cathode portion P
c 1 and Pc 2 are installed on both sides of the accelerating cavity 1 on the Z axis, and electrons e are supplied from both cathode portions Pc 1 and Pc 2 from both directions of the accelerating cavity 1 through the metal tube m and the dielectric tube 70 into the accelerating cavity 1. Supply to Metal pipe m can be prevent charging of a dielectric tube within 70 to being potentially grounded g r. 10
Is a beam extraction portion of the accelerated electrons, and is disposed behind the plasma cathode portions Pc 1 and Pc 2 . A high-frequency electric field E is excited in the dielectric tube 70 by using a material that sufficiently transmits the high frequency rf, such as ceramic or glass, for the dielectric tube 70. Dielectric tube 70
Inside, the gas introduced during the operation of the plasma cathode Pc flows, and the gas pressure is higher than the degree of vacuum in the acceleration cavity 1. Therefore, the orifice shown in FIGS. 1 and 2 may not be required in this embodiment.
【００３８】又プラズマカソードＰｃ1、Ｐｃ2から引き
出された電子ｅが通過する誘電体管７０は真空的に加速
空洞１と切り離されているため、プラズマカソードＰｃ
1 、Ｐｃ2 作動時に導入されるガスが加速空洞１内にリ
ークし加速空洞１内で余分な放電が発生することを避け
ることができる。誘電体管７０は十分高周波電場を透過
するため、誘電体管７０内の電子の加速は可能であると
ともに、誘電体管７０の両側にはアースｇr された金属
管ｍが接続されているために誘電体管７０及び金属管ｍ
内でのプラズマ放電時の帯電を防止することが出来る。The dielectric tube 70 through which the electrons e drawn from the plasma cathodes Pc 1 and Pc 2 pass is separated from the accelerating cavity 1 by vacuum, so that the plasma cathode Pc
1 , It is possible to prevent the gas introduced during the operation of Pc 2 from leaking into the acceleration cavity 1 and generating an extra discharge in the acceleration cavity 1. Because the dielectric tube 70 is transmitted through a sufficient high frequency electric field, as well as a possible acceleration of electrons of the dielectric tube 70, the metal tube m on both sides of the dielectric tube 70 that is grounded g r is connected The dielectric tube 70 and the metal tube m
It is possible to prevent electrification at the time of plasma discharge in the inside.
【００３９】本実施形態の場合、図７に示す従来装置よ
り大きな電力を加速空洞１内に投入した場合、加速電場
は、同時に誘電体管７０内のガスの放電を促進し、誘電
体管７０内でプラズマを発生させると共に、加速空洞１
内で余分な放電を起こすことなく誘電体管７０内のプラ
ズマ中に大きな電場勾配を発生させることが可能であ
り、効率的な電子ｅの加速が可能である。In the case of this embodiment, when a larger electric power than that of the conventional device shown in FIG. 7 is applied to the acceleration cavity 1, the accelerating electric field simultaneously promotes the discharge of the gas in the dielectric tube 70, A plasma is generated inside the cavity and the acceleration cavity 1
It is possible to generate a large electric field gradient in the plasma in the dielectric tube 70 without causing extra discharge in the inside, and it is possible to accelerate the electrons e efficiently.
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、固体カソードを用いた
従来装置と異なり、カソード自身がプラズマ電極である
ため劣化がなく長寿命で半永久的に使用可能であるのみ
ならず、前記従来装置のように固体カソードのヒータに
よる定常的な加熱も必要とはしない。また本発明におい
ても、パルス状エネルギーをプラズマ電極内の放電部へ
印加中、定常的に加速空洞へ電子を供給するため、逆流
する電子ｅB が発生するが、固体カソードを用いた従来
装置とは異なり、ガス圧１０4 Ｔｏｒｒ程度と希薄なプ
ラズマ中を逆流する電子ｅB は、前記プラズマ電極内を
ほとんど直進して該電極等に衝突することなく、Ｘ線も
発生させずにビームダンパまで通過させることが出来る
とともに、更にビームダンパを取り外し、電子ビームを
ターゲットに導けば、この逆流電子ｅB も利用すること
が可能であり、利用効率が一層大きくなる。According to the present invention, unlike the conventional apparatus using a solid cathode, the cathode itself is a plasma electrode, so that the cathode itself is not deteriorated and has a long life and can be used semi-permanently. As described above, it is not necessary to constantly heat the solid cathode with a heater. Also in the present invention, during application of pulsed energy to the discharge portion in the plasma electrode, electrons are constantly supplied to the accelerating cavity, so that back-flowing electrons e B are generated. In contrast, the electron e B flowing backward in a plasma having a gas pressure of about 10 4 Torr is almost straight inside the plasma electrode and does not collide with the electrode or the like, and passes through the beam damper without generating X-rays. together can be further remove the beam damper, if Michibike electron beam onto a target, the backflow electron e B also can be used, it becomes even larger utilization efficiency.
【００４１】更に請求項２記載の発明によれば、一対の
プラズマカソード部を加速空洞のＺ軸上両側に設置し、
該加速空洞の両方向から電子ｅを利用することで、加速
電場の全位相において電子ｅを加速することが可能とな
り、取り出せるトータルの電流量を倍にすることが可能
となり、加速電場の利用効率が大幅にアップする。Further, according to the second aspect of the present invention, a pair of plasma cathode portions are provided on both sides of the acceleration cavity on the Z axis,
By using the electrons e from both directions of the accelerating cavity, the electrons e can be accelerated in all phases of the accelerating electric field, and the total amount of current that can be extracted can be doubled. Up significantly.
【００４２】更に請求項３記載の発明によれば一対のプ
ラズマカソード部を加速空洞のＺ軸上両側に設置し、該
加速空洞内を誘電体管で貫通させた為に従来装置より大
きな電力を加速空洞内に投入した場合、加速電場は、同
時に誘電体管内のガスの放電を促進し、誘電体管内でプ
ラズマを発生させると共に、加速空洞内で余分な放電を
起こすことなく誘電体管内のプラズマ中に大きな電場勾
配を発生させることが可能であり、効率的な電子ｅの加
速が可能である。Further, according to the third aspect of the present invention, a pair of plasma cathode portions are provided on both sides of the accelerating cavity on the Z-axis, and the inside of the accelerating cavity is penetrated by the dielectric tube, so that a larger electric power than the conventional device is obtained. When injected into the accelerating cavity, the accelerating electric field simultaneously accelerates the discharge of gas in the dielectric tube, generates plasma in the dielectric tube, and generates plasma in the dielectric tube without causing extra discharge in the accelerating cavity. It is possible to generate a large electric field gradient therein, and efficient acceleration of electrons e is possible.
【図１】 本発明の第１の実施形態にかかる電子加速器
の構成を示した概略横断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an electron accelerator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 プラズマ発生に高周波パルス電磁場を利用す
る場合における、本発明の第２の実施形態にかかる電子
加速器の構成を示した概略横断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an electron accelerator according to a second embodiment of the present invention when a high-frequency pulsed electromagnetic field is used for plasma generation.
【図３】 図２と同様の構成であるプラズマカソード部
において、レーザ光ＬＡ、又はＬＦを利用する場合の概
略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view when a laser beam LA or LF is used in a plasma cathode section having the same configuration as that of FIG. 2;
【図４】 加速空洞の両端にプラズマカソード及び磁場
発生用磁石（電磁コイル）を対称に設置した電子加速装
置の本発明の他の実施形態にかかる主要構成を示した概
略横断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a main configuration according to another embodiment of the present invention of an electron accelerator in which a plasma cathode and a magnetic field generating magnet (electromagnetic coil) are symmetrically installed at both ends of an acceleration cavity.
【図５】 加速空洞内の電場Ｅの時間変化を示した図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a time change of an electric field E in an acceleration cavity.
【図６】 加速空洞の両端に、プラズマカソード及び磁
場発生用磁石（電磁コイル）を対称に設置し、加速空洞
内にプラズマカソードから誘電体管を設置した電子加速
装置の本発明の他の実施形態にかかる主要構成を示した
概略横断面図である。FIG. 6 shows another embodiment of the present invention of an electron accelerator in which a plasma cathode and a magnet for generating a magnetic field (electromagnetic coil) are symmetrically installed at both ends of an acceleration cavity, and a dielectric tube is installed in the acceleration cavity from the plasma cathode. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a main configuration according to an embodiment.
【図７】 （ａ）（ｂ）はいずれも固体カソードを用い
た従来法による電子加速装置を示した概略横断面図であ
る。7A and 7B are schematic cross-sectional views showing an electron accelerator according to a conventional method using a solid cathode.
【図８】 （ｂ）は前記高周波加速電場のｚの負方向の
電場を正とする加速空洞１内の電場Ｅの時間変化を示
し、（ａ）は、バンチャーのない図７（ａ）の基本構成
の加速器において、電子が加速空洞を通過中に電場Ｅか
ら得る総加速エネルギーと電場Ｅに対する加速空洞への
電子の入射する時の電場Ｅの位相φとの関係を計算によ
り示したものである。8 (b) shows a time change of the electric field E in the acceleration cavity 1 in which the electric field in the negative direction of z of the high-frequency accelerating electric field is positive, and FIG. 8 (a) is a graph of FIG. In the accelerator of the basic configuration, the relationship between the total acceleration energy obtained from the electric field E while the electrons pass through the acceleration cavity and the phase φ of the electric field E when the electrons enter the acceleration cavity with respect to the electric field E is shown by calculation. is there.
Ａ アノード Ｃ カソード Ｐ 加速用高周波電源 Ｐｐ 直流パルス電源 Ｐrf パルス高周波電源 Ｅ 加速電場 Ｈ 固体カソード用ヒータ Ｖ ガス導入用高速バルブ ｇ ガス Ｐｌ プラズマ Ｐｃ プラズマカソード部 ｍ 金属管 ＬＡ、ＬＦ レーザビーム Ｒ1、Ｒ2 加速電場位相 １ 加速空洞 ２ ｚ方向磁場発生用磁石又は電磁コイル ３ バンチャー ４ 高周波用位相調整器 ５ ホロー電極 ６Ａ、６Ｆ オリフィス ７、７０ 誘電体管 ９ アノード用電源 １０ ビーム引き出し部A anode C cathode P accelerating high-frequency power source Pp DC pulse power Prf pulsed high-frequency power source E accelerating electric field H solid fast for a cathode heater V gas introduction valve g Gas Pl plasma Pc plasma cathode unit m metal tube LA, LF laser beam R 1, R 2 Acceleration electric field phase 1 Acceleration cavity 2 Magnet or electromagnetic coil for generating z-direction magnetic field 3 Buncher 4 High frequency phase adjuster 5 Hollow electrode 6A, 6F Orifice 7, 70 Dielectric tube 9 Anode power supply 10 Beam extraction unit
Claims (3)
子が加速空洞を通過中に、該空洞内に生成される加速電
場から得る加速エネルギを利用して加速される電子加速
装置において、 前記電子発生用カソードが、電子加速のタイミングに合
わせてガスをプラズマ発生部に噴射して、プラズマ、好
ましくはパルス状にプラズマを発生させ、該プラズマか
ら電子を加速空洞内に引き出すように構成したプラズマ
カソードであることを特徴とする電子加速装置。1. An electron accelerating apparatus wherein electrons extracted from an electron generating cathode are accelerated by utilizing acceleration energy obtained from an accelerating electric field generated in an accelerating cavity while passing through the accelerating cavity. A plasma cathode configured to inject a gas into the plasma generating unit in synchronization with the timing of electron acceleration to generate plasma, preferably in the form of a pulse, and to extract electrons from the plasma into the acceleration cavity. An electron accelerator, comprising:
空洞の加速軸方向両側に配置し、加速空洞内の加速電場
全位相において前記カソードより引き出された電子を入
射可能に構成したことを特徴とする電子加速装置。2. The plasma cathode according to claim 1, which is arranged on both sides of the acceleration cavity in the direction of the acceleration axis, so that electrons extracted from the cathode can be made incident in all phases of the acceleration electric field in the acceleration cavity. Electron accelerator.
対のプラズマカソード間を連通する通路を、加速空洞内
を貫通して設けると共に、前記加速空洞内に位置する通
路内でプラズマを発生可能に構成したことを特徴とする
電子加速装置。3. A passage communicating between a pair of plasma cathodes disposed on both sides in the acceleration axis direction of the acceleration cavity is provided through the acceleration cavity, and plasma can be generated in a passage located in the acceleration cavity. An electron accelerator characterized by comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35410197A JPH11176595A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electron accelerating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35410197A JPH11176595A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electron accelerating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11176595A true JPH11176595A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18435307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35410197A Withdrawn JPH11176595A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Electron accelerating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11176595A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003337200A (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-28 | Natl Inst Of Radiological Sciences | Method and apparatus for making cryogenic cluster/slush gas target |
| JP2014154481A (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Buncher and accelerator |
| CN104212477A (en) * | 2014-09-02 | 2014-12-17 | 鞍山市铧锐精密合金钢制造有限公司 | Device and method for processing liquid materials |
| WO2018043709A1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社東芝 | Accelerator, accelerator operation method, and semiconductor production method using accelerator |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP35410197A patent/JPH11176595A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2018043709A1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | 株式会社東芝 | Accelerator, accelerator operation method, and semiconductor production method using accelerator |
| JPWO2018043709A1 (en) * | 2016-09-02 | 2019-06-24 | 株式会社東芝 | Accelerator, method of operating accelerator and method of manufacturing semiconductor using accelerator |
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