專利名稱：Device and method of supplying power to an electron source, and ion ...的制作方法
向電子源供電的設(shè)備和方法以及離子轟擊致二次發(fā)射電子
源本發(fā)明涉及脈沖電子源以及使用這種電子源的設(shè)備，該設(shè)備尤其是具有電子激發(fā) 或X射線脈沖預(yù)電離的氣體激光器。在離子轟擊的作用下，脈沖電子源發(fā)射電子束?？梢詤⒖脊_文件FR 2 204 882或FR 2 591 035。設(shè)備包括電離室和通過格柵 與電離室連通的加速室。在電離室中發(fā)生初級放電。由此產(chǎn)生的一些正離子被加速朝向位 于加速室中的陰極。這些被加速的離子轟擊陰極并且導(dǎo)致二次發(fā)射電子。隨后，加速的二 次電子受到施加于陰極的負電壓排斥，然后通過上述兩室之間的格柵引出后形成電子束。實際上，當(dāng)持續(xù)使用該設(shè)備時，激發(fā)電離室中的放電變得越來越困難。由此，越來 越延緩放電的激發(fā)，并且在向陰極施加負電壓脈沖的同時將會出現(xiàn)危險。在電離室內(nèi)施加 正電壓和在加速室中施加負電壓的同時進行使該設(shè)備和使用該設(shè)備的系統(tǒng)面臨出現(xiàn)故障 或者甚至毀壞的危險。不論如何，放電的延遲激發(fā)將會導(dǎo)致當(dāng)電子束離開電子源時所獲得 的電子束的特性變差。電離室中的放電的激發(fā)的自然延遲并因而不受控制的延遲是不能滿 足要求的。本發(fā)明旨在克服上述的缺點。具體來說，本發(fā)明的目的在于獲得電子源的穩(wěn)定激發(fā)，該穩(wěn)定激發(fā)相對而言不受 諸如電子源老化的操作條件的影響。一種用于低壓室中的離子轟擊致二次發(fā)射電子源的電源設(shè)備，包括控制輸入端； 兩個高電壓輸出端；用于在一個高電壓輸出端產(chǎn)生多個正脈沖的裝置；以及用于在所述多 個正脈沖中的至少一些脈沖之后在另一個高壓輸出端產(chǎn)生負脈沖的裝置。產(chǎn)生能施加到電 離室的電極上的多個正脈沖使得放電的激發(fā)變得更容易。在一個實施例中，所述電源設(shè)備包括用于在所述用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置的操 作結(jié)束和所述用于產(chǎn)生負脈沖的裝置的操作開始之間產(chǎn)生延遲的裝置。所述延遲可以是恒 定的或者可調(diào)的，以便適應(yīng)于操作參數(shù)尤其是氣體的壓強和分子量等操作參數(shù)。在一個實施例中，所述用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置配置為使得第一脈沖處于比后 續(xù)脈沖的電壓更高的電壓。即使電離室中的第一放電被延遲，但是這種激發(fā)延遲很快穩(wěn)定。 隨后，從用于激發(fā)最后的正脈沖的命令開始，經(jīng)過時間長度Dl之后，可以控制所述負脈沖， 同時最后的正脈沖的啟動和電離室中最后的放電的激發(fā)之間的時間長度D2是可以準(zhǔn)確獲 知的。所述電離室中最后的放電的激發(fā)和所述負脈沖的啟動之間的時間長度D3可以通過 公式D3 = D1-D2來確定。根據(jù)本發(fā)明，基本上降低時間長度D2的不確定性。一種用于向低壓室中的離子轟擊致二次發(fā)射的電子源供電的方法，包括在一個 高電壓輸出端產(chǎn)生多個正脈沖的步驟；以及在所述多個正脈沖中的至少一些正脈沖之后在 另一個高電壓輸出端產(chǎn)生負脈沖的步驟。在一個實施例中，不等于零的延遲使所述一系列正脈沖中的最后的正脈沖的末尾 與所述負脈沖的起點分離開。這保證了設(shè)備的安全性。在一個實施例中，第一正脈沖的峰值電壓大于后續(xù)正脈沖的峰值電壓。通過第一 高電壓脈沖更加容易地進行第一放電。在具有較低電壓的后續(xù)正脈沖期間，可以容易地獲得放電。因此，降低了能耗，并減緩所述電源的老化。在一個實施中，所述后續(xù)正脈沖的峰值電壓基本上相等。在一個實施例中，所述后續(xù)正脈沖的持續(xù)時間基本上恒定。時間長度D2的不確定 性的降低使得可以增加時間長度D3的準(zhǔn)確度。在老化的過程中可以增加至少一個脈沖的電壓。一種電子源，包括低壓室；加速室；位于所述加速室中的陰極；位于所述低壓室 中的陽極；以及設(shè)置有兩個高電壓輸出端的電源設(shè)備，所述電源設(shè)備的一個高電壓輸出端 連接到所述陽極，另一個高電壓輸出端連接到所述陰極。所述電源設(shè)備包括用于產(chǎn)生多個 正脈沖的裝置和用于在所述多個正脈沖之后產(chǎn)生負脈沖的裝置。在一個實施例中，所述電子源包括供所述用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置和所述用 于產(chǎn)生負脈沖的裝置使用的命令模塊。所述命令模塊可以配置為計算延遲，該延遲將防止 正脈沖和負脈沖同時出現(xiàn)。以此方式，大大降低了所述電子源出現(xiàn)故障或者甚至失效的危險。還可以通過降 低所述電源和所述電離室的老化來延長所述電子源的工作壽命。因此，所述電子源的成本 得到優(yōu)化。在老化的過程中逐漸增加用于產(chǎn)生放電的電壓也是可能的。還可能在陰極上使用輔助源，可選地，所述輔助源與電子磁約束系統(tǒng)耦合。然而， 由于熱陽極的蒸發(fā)以及在電離室的壁上形成的蒸發(fā)物的沉積，導(dǎo)致所述電子源的功能變 差，因此所述電子源的工作壽命是有限的。通過一些實施例的詳細描述將能更好地理解本發(fā)明，這些實施例作為非限制性實 例并且以附圖來圖示，其中

圖1是電子源的示意圖；圖2是示出命令模塊的輸出的變化的曲線；圖3是示出電源電壓和電流隨時間變化的曲線；圖4是示出電離室的電極端子上的電壓隨時間變化的曲線；以及圖5是電源的示意圖。從圖1可見，電子源1包括由封閉裝置4限定的加速室2和電離室3。電離室3可 以沿主方向延伸。封閉裝置4包括外部殼體5和用于將加速室2和電離室3隔離開的內(nèi)壁6。封閉 裝置4可以由金屬制成，例如基于黃銅或不銹鋼的金屬制成。將加速室2限定在一側(cè)而將 電離室3限定在另一側(cè)的內(nèi)壁可以覆蓋有金屬或合金，就尤其是所施加的電壓以及封閉裝 置4中的氣體特別是該氣體的性質(zhì)和壓強而言，上述金屬或合金適于預(yù)期應(yīng)用。例如，可以 用基于鋁或鎳的涂層來覆蓋加速室2的壁和/或電離室3的壁。加速室2和電離室3經(jīng)由形成在內(nèi)壁6中的通孔形式的通道7連接。通道7可以 設(shè)置有通常由金屬制成的格柵8。在電離室3的與內(nèi)壁6相對的外壁中設(shè)置有出口 9。出 口 9可以是敞開的或填充有格柵，尤其如果在封閉裝置4中和在封閉裝置4周圍出現(xiàn)相似 性質(zhì)和相似壓強的氣體。如果氣體的壓強和/或性質(zhì)的條件不同，則出口 9 一般設(shè)置有未 示出的密封件，例如形式為由合成材料制成的部件的密封件，其不能透過氣體并且能夠至 少部分透過電子以便允許電子源1中產(chǎn)生的電子通量逸出。為了在電子轟擊的作用下產(chǎn)生
4X射線，該密封件還可以覆蓋有金屬層，尤其是基于具有高原子量例如高于50的原子量的 金屬的金屬層。電子源1包括安裝在加速室2中的陰極10。陰極10可以是固定的或者可轉(zhuǎn)動的。 陰極10可以由基于不銹鋼或鋁合金的材料制成。陰極10可以采用圓盤或者圓柱體的形式， 該圓盤的平整表面IOa面向通道7。通道7和9以及陰極10的平整表面IOa是對準(zhǔn)的。陰 極10由氣密的絕緣件11支撐，該絕緣件11固定于形成在殼體5的外壁上的孔中。絕緣件 11也可以與開口 7和9對準(zhǔn)。絕緣件11形成電通道，該電通道允許從殼體5的外部向陰極 10供電。電子源1包括布置在電離室3中的陽極12。陽極12可以采用沿電離室3的主方 向延伸的一條或多條金屬絲的形式。為了增加電場的均勻性，可以在金屬絲的兩端供電。陽極12由固定到外部殼體5的側(cè)壁的密封絕緣件13支撐，形成氣密式密封件并 且提供電通道。陽極12相對于開口 7和9的對準(zhǔn)偏離。電子源1包括電源14，電源14包括用于陰極10的電源模塊15、命令模塊17和用 于陽極12的電源模塊16。電源模塊15和電源模塊16可以是圖5所示的類型。命令模塊 17配置為產(chǎn)生脈沖控制信號，脈沖控制信號在發(fā)送給電源模塊15的信號和發(fā)送給電源模 塊16的信號之間存在時間偏差?？梢愿鶕?jù)加速室2和電離室3中的氣體壓強以及氣體或 氣體混合物的性質(zhì)尤其是原子量，來調(diào)節(jié)該時間偏差。參見圖2，在操作時，命令模塊17發(fā)送信號18到電源模塊16。信號18是多個矩形 信號的形式，尤其是5個這樣的信號?？梢噪S時間增加脈沖的數(shù)量以對電子源1的老化進 行補償。隨后，命令模塊17發(fā)送信號19到電源模塊15，以施加高的負電壓到陰極10。信 號19可以與信號18的末尾同步，可選地，信號19具有延遲(未示出)，或者在信號18的起 點之后且在信號18的末尾之前發(fā)送信號19。在圖3中，粗線表示電源模塊16提供給陽極12的電壓的波形，而細線表示電源模 塊16提供給陽極12的電流。數(shù)字N表示施加的電壓脈沖的序號。在第一電壓脈沖，直至 在已施加高電壓較長時間段之后才發(fā)生電流放電。隨后，從第一脈沖到第四脈沖，在放電之 前施加高電壓的時間段遞減，而在第五脈沖，在放電之前施加高電壓的時間段基本上保持 恒定?？梢岳斫獾氖?，在圖3中，為了圖示的目的，已經(jīng)在豎直方向上將對應(yīng)于每個脈沖的 時標(biāo)對準(zhǔn)。自然地，序號為N的脈沖在序號為N-I的脈沖之后出現(xiàn)。在最后的脈沖之后，在 此情形中，即在第五脈沖之后，命令模塊17發(fā)送信號19到電源模塊15，以將曲線20形式的 高負電壓施加到陰極10。在陽極12上的正電壓脈沖的最大值結(jié)束之后，換言之基本上在電 源模塊16接收的信號18的最后命令脈沖結(jié)束之后，再經(jīng)過時間長度D4，施加到陰極10的 負電壓脈沖20開始出現(xiàn)。在第N個脈沖，在此情形中N = 5，陽極12上的正電壓脈沖的持 續(xù)時間基本上保持恒定，所述持續(xù)時間可以由諸如電壓值、氣體壓強、氣體性質(zhì)、陽極12與 電離室3的壁之間的距離等的操作條件來確定?？梢酝ㄟ^實驗估算或測量第N個正電壓脈 沖的持續(xù)時間?？梢院唵尾⒔?jīng)濟地配置命令模塊17，以在命令脈沖18結(jié)束之后，經(jīng)過一段 等于時間長度D4和正電壓脈沖的持續(xù)時間的總和的時間段之后，產(chǎn)生命令脈沖19。在如圖4所示的一個本發(fā)明實施例中，命令模塊17產(chǎn)生正電壓命令信號，該正電 壓命令信號包括的第一脈沖的持續(xù)時間比信號18的其他脈沖的持續(xù)時間長，導(dǎo)致電源模 塊16的充電時間更長，并且導(dǎo)致施加到電極12的第一正電壓脈沖的電壓比序號為2或序號更大的正電壓脈沖的電壓高。事實上，申請人注意到第一放電尤其難以實現(xiàn)，而使用較高 電壓可以更快且更容易地獲得第一放電。利用較低電壓可以獲得序號為2或者序號更大的 正電壓脈沖，這導(dǎo)致在此情形中承受較少損耗的電源模塊16上的應(yīng)力較小。為了激發(fā)第一 放電，可以為第一脈沖選擇最佳電壓，以及為了放電的穩(wěn)定，可以為后續(xù)的脈沖選擇最佳電 壓。這些后續(xù)脈沖的電壓可以是第一脈沖的電壓的80%至100%。為此目的，可以選擇這 樣的脈沖式電源模塊16，即其中的充電時間T_alim大于脈沖的周期T。相比于其他放電， 第一放電由較高的電壓來激發(fā)。根據(jù)本發(fā)明，具有多脈沖激發(fā)的電子源提供老化減緩的穩(wěn)定的電子束，而且很大 程度上不受使用時間和使用條件的因素的影響。為了補償老化，還可以隨時間而增加第一 脈沖的電壓、后續(xù)脈沖的電壓和/或后續(xù)脈沖數(shù)量。為此目的，可以提供調(diào)節(jié)旋鈕或自動調(diào) 節(jié)器。維護非常容易。在操作期間，加速室2和電離室3填充有氣體，例如處于1至20帕斯卡的低壓強 下的氦氣。向陽極12施加正電壓同時封閉裝置4接地，導(dǎo)致電壓脈沖放電。在容納有氣體 的電離室3中的放電導(dǎo)致發(fā)射出正離子。隨后，陽極12上的電壓脈沖停止，而陰極10上產(chǎn) 生負電壓脈沖。隨后，正離子被陰極10吸引并且沿著箭頭21指示的軌跡穿過通道7以轟 擊電極10的平整表面10a。陰極10上的離子轟擊導(dǎo)致發(fā)射出電子，由于電源模塊15施加 高負電壓，發(fā)射出的電子受到陰極10的排斥作用。電子沿著箭頭22指示的軌跡被加速，穿 過通道7，然后穿過出口 9，從而提供電子束。如圖5所示，電源模塊15包括設(shè)置有初級繞組29和次級繞組30的脈沖變壓器 28。脈沖變壓器28的初級繞組29—端接地，另一端連接到電容器31。在背向初級繞組29 的一側(cè)，電容器31連接到電壓源U0和開關(guān)32。開關(guān)32也接地，以便能使電容器31和初級 繞組29短路。次級繞組30 —端連接到電源的接地端，另一端連接到電子源1的陰極10。電源模塊15還可以包括與次級繞組30并聯(lián)的輔助電壓源，該輔助電壓源提供偏 置電壓，并且所述輔助電壓源一端連接到電源的接地端，另一端連接到次級繞組30和電極 3之間的公共點。可以布置與該輔助電壓源串聯(lián)的保護設(shè)備，以便對電流進行限流。保護設(shè) 備可以包括至少一個二極管、電容器和/或電感器。另外，可以在電源模塊15的輸出端設(shè) 置電流傳感器，用于測量電離室2中消耗的電流。在第一階段期間，開關(guān)32形成開路。電容器31被充電到電壓U。。輔助電壓源可以將陰極10保持在正偏置電壓。為了限制次級繞組30中的損耗， 可以在保護設(shè)備和電極10之間的公共點與次級繞組30之間布置二極管，該二極管未示出。 在開關(guān)32閉合后，變壓器28的電容器31和初級繞組29短路，變壓器28的次級繞組30供 應(yīng)高的負電壓脈沖-Ugun，并且將該負電壓脈沖施加到陰極10。電子源1可以通過寄生電容(_來電力建模。在第一電離步驟期間，考慮到加速室 2中沒有等離子體，或者如果做不到這樣的話加速室2中有非常少量的等離子體，寄生電容 (_可以大大降低。當(dāng)加速室2中出現(xiàn)等離子體時，等離子體的極化產(chǎn)生很強的寄生電容。 由于施加了正偏置電壓，該正偏置電壓在第一步驟期間防止來自等離子體中的正離子進入 加速室2，因此，在高的負電壓-Ugm施加到陰極10的時候，加速室2基本上沒有等離子體。 因此，寄生電容Cgm保持低值。可以降低電源模塊15的充電電壓U。?？商鎿Q地，可以降低 變壓器28的變壓比。
權(quán)利要求
一種用于低壓室中的離子轟擊致二次發(fā)射電子源的電源設(shè)備(14)，其包括控制輸入端和兩個高電壓輸出端，其特征在于所述電源設(shè)備包括用于在一個高電壓輸出端產(chǎn)生多個正脈沖的裝置；以及用于在所述正脈沖中的至少一些脈沖之后在另一個高壓輸出端產(chǎn)生負脈沖的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源設(shè)備，包括用于在所述用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置的操 作結(jié)束和所述用于產(chǎn)生負脈沖的裝置的操作開始之間產(chǎn)生延遲的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的電源設(shè)備，其中，所述用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置配置為 使得第一脈沖處于比后續(xù)脈沖的電壓更高的電壓。
4.一種用于向低壓室(3)中的離子轟擊致二次發(fā)射電子源(1)供電的方法，其中，在一 個高電壓輸出端產(chǎn)生多個正脈沖(18)，以及在所述正脈沖中的至少一些正脈沖之后在另一 個高電壓輸出端產(chǎn)生負脈沖(19)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，不等于零的延遲使所述正脈沖的末尾與 所述負脈沖的起點分離開。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，第一正脈沖的峰值電壓大于后續(xù)正脈沖 的峰值電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述后續(xù)正脈沖的峰值電壓基本上相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述后續(xù)正脈沖的持續(xù)時間基本上恒定。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在老化的過程中增加至少一個脈沖的電壓。
10.一種電子源(1)，包括低壓室(3)；加速室(2)；位于所述加速室中的陰極(10)；位 于所述低壓室中的陽極；以及根據(jù)權(quán)利要求1至3任意之一所述的電源設(shè)備(14)；其中，一 個高電壓輸出端連接到所述陽極(12)，另一個高電壓輸出端連接到所述陰極(10)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子源，包括供用于產(chǎn)生多個正脈沖的裝置和用于產(chǎn)生 負脈沖的裝置使用的命令模塊(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的電子源，其中，所述陽極(12)包括在兩端供電的金屬 絲，所述低壓室在所述金屬絲的方向上延伸。
全文摘要
文檔編號H01J3/02GK101952927SQ200980101928
公開日2011年1月19日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者Makarov Maxime 申請人:Excico Group