JPS62237699A - 収束性高速原子線源の安定化装置 - Google Patents

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〕 本発明は収束性高速原子線源の線量を一定にする安定化
装置に関するものである。

（従来の技術） 既に出願されている収束性高速原子線源（特願昭５９−
２０９０７８）の概略を第２図、第３図に示す。

図において１はイオンソース、２は静電レンズ、３はイ
オンビーム、６は原子線、７は真空容器、８は真空ポン
プである。

真空容器７内にＪ３いて、静電レンズ２の後段には、イ
オン中和器９と、電圧が印加されるディフレフター１０
．１１が並んで配されている。イオン中和器９の構成を
第３図に表わす。図中１２は金属性の円筒状外囲器、１
３は熱電子発生用フィラメント、１４は直流電源、１５
はフィラメント加熱用直流電源であり、熱電子発生用フ
ィラメント１３は外囲器１２内のほぼ中央部にその中心
軸に対して同心円状に設【ノられ、かつ外囲器１２と電
気的に絶縁されている。フィラメント１３は電源１５に
よって点火され、熱電子を放出する。外囲器１２の電位
は、ｆｆ流電源１４によってフィラメント１３よりも数
Ｖ負に保たれ、これによりフィラメント１３から放出し
た熱電子は外囲器１２に吸収されることなく、フィラメ
ント１３の中心部付近に運動エネルギーの極めＣ小さな
電子雲となって漂っている。

次に動作について説明する。

まず、真空容器７内を真空ポンプ８によって充分に排気
する。そして、イオンソース１で高速の正電位イオンビ
ームを発生させ、これを静電レンズ２に導いて収束性の
高速イオンビーム３とする。

これをイオン中和器９内に導く。

中和器９内におけるフィラメント１３の中心部付近には
、前述したように熱電子が電子雲となって漂っており、
ここに収束した高速の正電位イオンビーム３が入射する
。この結果、イオンは電子と衝突して結合し原子線６に
なる。その際、電子の質量がイオンに比べて極めて小さ
いために、電子との衝突によってイオンの運動エネルギ
ーが失われることがなく、またイオンの進行方向が乱さ
れることもない。したがって、原子線６の運動エネルギ
ーおよび収束性については、イオン中和器９に入射する
前のイオンビーム３の運動エネルギーおよび収束性が維
持される。そして、原子線６はディフレクタ−１０，１
１間を通過する。ディフレクタ−１０，１１の間には電
圧が印加されており、それらの間を通過する高速の原子
線６に残存するイオンがあればそれを除去し、純粋な高
速原子線とする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来装置においては次のような欠点があつた。つ
まり、真空容器７内部の残存ガス分子がフィラメント１
３に衝突して、その表面から熱を奪い去るためにフィラ
メント１３の表面温度は常に変動している。とくに、真
空容器７内部の真空度が変動するとその影響を受けてフ
ィラメント１３の表面温度は大きく変る。この表面温度
の変化はフィラメント１３の熱電子放出能に敏感にひび
いて中和器９の内部の電子雲密度を変化させる。

すなわち、温度Ｔ（”Ｋ）に加熱されているフィラメン
トから放出する熱電子流の電流密度Ｊ（Ａ／ｃＩｉ）は
旧ｃｈａｒｄｓｏｎ−Ｄｕｓｈｍａｎの式で表される。

上式中Ａは放射定数、ｅは素電荷、φはフィラメントの
仕事関数、ｋはボルツマン定数である。（１）式かられ
かるとおり、フィラメントの温度がわずかに変っても電
子の放出街は大幅に変動することになる。

このために、イオンの中和効率が変化して高速電子線の
線囲が変化してしまう。

本発明の目的は、中和器のフィラメントからの熱電子放
出けの変動を押えることによって高速原子線の線ｆｆｉ
を一定に保つ安定化装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は中和器に内蔵される第１の熱電子発生用フィラ
メントに直列あるいは並列にもう１本の第２の熱電子発
生用フィラメントを結線し、そこから放出する熱電子を
陽極に吸収させてその電流の変動をフィラメンｉ〜加熱
直流電源にフィートバックしてフィラメント表面温度の
安定化を図ることを最も主要な特徴とするものである。

従来技術にはこのような安定化装置は付してぃなかった
。

（実施例〕 第１図は本発明の一実施例を示ず図であって、収束性高
速原子線源のイオン中和器９の部分をぬき出したもので
ある。図中、前記従来例と同様の部分には同一符号を付
す。２１は第２の熱雷子発生用フィラメント、２２は陽
極、２３は直流電源、２４は電流検出制御回路である。

この装置の動作は以下のとおりである。

熱電子発生用フィラメント２１、陽極２２はイオン中和
器９の極近傍に設置されている。熱電子発生用フィラメ
ント２１は第１の熱電子発生用フィラメント１３に直列
に結線されており、双方がフィラメント加熱用直流電源
１５によって同時に加熱される。また陽極２２は直流電
源２３によって熱電子発生用フィラメント２１に対して
２００■程度正の電位に保たれている。熱電子発生用フ
ィラメント２１で発生した熱電子は正電位の陽極２２に
引かれてこれに流入する。この電流を電流検出制御回路
２４で検出する。今、真空度の変動などの原因で熱雷子
発生用フィラメント１３の表面温度が低下してイオン中
和器９内部の電子雲密度が減少し、イオンビーム３の中
和が不十分となって高速原子線６の量が減少したとする
。真空度の変動によって熱電子発生用フィラメント２１
も同様の表面温度の低下をきたすから、陽極２２に流入
する電子流も減少する。電流検出制御回路２４はこの減
少を検出し、フィラメント加熱用直流電源１５にフィー
トバックしてその出力電圧を増加さける。これによって
熱゛重子発生用フィラメント１３．２１の表面温度は一
ト昇し、イオン中和器９内部の電子雲密度が増して高速
原子線６のｈｌが回復する。また熱電子発生用フィラメ
ント１３の表面温度が上昇して高速原子線６の川が増加
した場合には同様のフィートバックによって熱電子発生
用フィラメント１３の表面温度上昇が抑えられて高速原
子線６の線量は元の値に復する。これらの作用によって
高速原子線の安定化がはたされる。

上記実施例は熱電子発生用フィラメント１３と２１が直
列接続の場合であるが、並列に結線しても同様の効果が
得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、別設の第２の熱雷子
発生用フィラメントをイオン中和器に内蔵された第１の
熱電子発生用フィラメントに直列（あるいは並列）接続
し、かつ陽極を新設したことにより、陽極電流を検出し
てフィラメント加熱電源にフィートバックすれば、イオ
ン中和器内の電子雲密度を一定に保つことができ、高速
原子線の線聞を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図であって、本発明に
よる安定化装置を付加したイオン中和器の概略構成図、
第２図は従来の収束性高速原子線源の概略構成図、第３
図は従来の収束性高速原子線源のイオン中和器の概略構
成図である。 ９・・・イオン中和器、１２・・・円筒状外囲器、１３
・・・第１の熱電子発生用フィラメント、１５・・・フ
ィラメント加熱用直流電源、２１・・・第２の熱電子発
生用フィラメント、２２・・・陽極、２３・・・直流電
源、２４・・・電流検出制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心部を正電荷イオンビームが通る円筒状外囲器と、該
   外囲器の内側に同心円状に配備され、中心部に電子雲を
   つくる第１の熱電子発生用フィラメントとを有してなる
   イオン中和器を具備してなり、上記電子雲のイオンを上
   記正電荷イオンビームに捕捉させるようにした収束性高
   速原子線源において、上記イオン中和器に内蔵される第
   １の熱電子発生用フィラメントに直列あるいは並列に結
   線された別設の第２の熱電子発生用フィラメントと、上
   記第１、第２の熱電子発生用フィラメントを加熱し、出
   力電圧を可変可能なフィラメント加熱用直流電源と、上
   記第２の熱電子発生用フィラメントから発生した熱電子
   を吸収するため正電位に保持され、第２の熱電子発生用
   フィラメントの近傍に設置された陽極と、該陽極を正電
   位に保つ直流電源と、上記第２の熱電子発生用フィラメ
   ントから発生した熱電子が上記陽極に引かれて流入する
   際、該電流を検出し、この検出結果に基づいて上記フィ
   ラメント加熱用直流電源にフィートバック信号を送出す
   る電流検出制御回路とを具備してなることを特徴とする
   収束性高速原子線源の安定化装置。