JPH025399A

JPH025399A - マイクロ波共振空胴

Info

Publication number: JPH025399A
Application number: JP63325717A
Authority: JP
Inventors: James J Sullivan; ジェイムス・ジェイ・サリヴァン
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1990-01-10
Also published as: EP0321792A3; EP0321792A2

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〕本発明はマイクロ波共振空洞に関し、特に分光光源用の
マイクロ波共振空洞に関する。

〔従来の技術〕

原子発光分光の分野では、検査又は測定を行う原子を含
む気体プラズマを用いて原子を十分に励起し、原子から
選択された波長の放射線を放出させる。この分野で通常
使用される装置の一つとして、マイクロ波共振空洞の縦
軸に沿って配置された耐熱管を含むマイクロ波誘導プラ
ズマ装置がある。耐熱管の一方の端にヘリウムのような
原子を含むガスを送り込み、共振空洞にマイクロ波エネ
ルギーを加えることによって励起させる。該原子によっ
て発生する光は、検査を行うことが可能な耐熱管のもう
一方の端から軸方向に放出される。同軸ケーブルによっ
てマイクロ波供給源、一般にはマグネトロン電力増幅管
から共振空洞にエネルギーが送られる。

一般に、ケーブルと直列に配置されるか、あるいは共振
空胴の構造に組み込まれた同調器が設けられている。１
９７６年発行の「スベクトロキミ力　アクタ（ＳＰＥＣ
ＴＲＯＣ旧ＭＩＣＡ　ＡＣＴ八）の第３１Ｂ巻、４８３
〜４８６頁に記載された「大気圧下のヘリウム及びアル
ゴン内で処理可能なマイクロ波誘導プラズマのための空
洞（Ａ　ｃａｖｉｔｙ　ｆｏｒｍｉｃｒｏｉｖａｖｅ−
ｉｎｄｕｃｅｄ　ｐｌａｓｍａｓ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　
ｉｎｈｅｌｉｕｍ　　ａｎｄ　　ａｒｇｏｎ　　ａｔ　
　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ）　Ｊとい
う表題の下に、シー・アイ・エム・ベーナッカ（Ｃ，１
，Ｍ、　Ｂｅｅｎａｋｋｅｒ）によって書かれた技術小
論文には、一般に用いられている共振空胴の一つのタイ
プが示され、解説されている。

上述の共振空胴には幾つかの問題がある。プラズマ及び
マグネトロンの両方とも、ある状況においては負の抵抗
素子になる可能性がある。

同調のためには臨界的な調整が必要であり、プラズマの
始動、及び安定した動作には様々なセツティングを必要
とするのが普通である。気体流れが変化した後にも通常
は同調を必要とする。

同調に僅かな誤差でもあれば幾つかの問題が生じるおそ
れがある。反射してマグネトロンに送り返された場合に
は、多くの電力が浪費されるおそれがある。線条電源の
周波数（通常６０Ｈｚ）に同期して、または音声帯域か
ら１００ＭＨｚ程度までの周波数の超再生振動に同期し
て、電力レベルの振動が生じる可能性がある。このシス
テムでは異なるマグネトロン・モード間で不規則なジャ
ンピングを生じ、電力のステップ変化をもたらす可能性
がある。このような問題の全てが測定誤差に結びつくも
のである。

同調にさらに重大なミスがあると、プラズマが消滅した
り、あるいは全く光を放出しないおそれがある。また、
大部分の電力が同調器や同軸コネクタといった補助装置
によって散逸されるおそれがある。場合によっては、こ
うした装置が過熱やアーク発生によって破壊される可能
性もある。明らかに最適な同調が得られた場合でも、観
測結果によれば、相当量の熱が、マイクロ波誘導プラズ
マ装置に使用されるケーブル及び同調器によって散逸さ
れる。これはマイクロ波エネルギーの多くがプラズマに
直結していないことを意味している。

当業者に周知の共振空洞の１つとして、「同軸くぼみ形
空洞」がある。かかる空洞形状を利用した場合にあって
も、同調の問題を回避することはできなかった。例えば
、エイチ・ゴルディ（１１，Ｇｏｌｄｉｅ）に対する米
国特許第４、．５７５，６９２号には、耐熱管でのプラ
ズマ放出を促進させるために使用される同軸くぼみ形空
胴が記載されている。しかしながら、なお周波数のドリ
フトに関する問題が潜在しているため、主周波数決定素
子として電源回路構成に該共振空胴を組み込む必要があ
った。

上記問題の幾つかを改善するため、多（の試みがなされ
、その一部は成功した。し２かしながら、それらは同調
及び電力の調整に複雑なシステムを必要としたり、ある
いは同調がより大まかであるが簡便な特別に制作された
同調器を必要とした。［レビュー・オブ・サイエンティ
フィック・インスツルメンツ（ＲＥＶＩＥＷ　０ＦＳＣ
ＩＥＮＴ４ＦＩＣＩＮＳＴＲｔｌＭｌｌｉＮＴＳ）」の
第５４巻（１９８３年発行）の１６６７頁によれば、エ
ル・ジー・マドウス（Ｌ、Ｇ、Ｍａｔｕｓ）　、シー・
ビー・ボス（（：、Ｂ、Ｂｏｓｓ）やエイ・エヌ・リト
ル（Ａ、Ｎ、Ｒｉｄｄｌｅ）などの研究者は、共振空胴
自体の構造に同調手段を組み込むことにより、別個に同
調器を設ける必要を除去した。しかしこの方法では、プ
ラズマの同調が不要という利点が得られないのは明らか
である。他の研究者には、この利点が得られるように複
雑な結合ループを用いた者もある。しかし、この改良に
よっても完全に同調が不要であるというわけにはいかな
い。「アプライド・スペクトロスコーピい（ＡＰＰＬＩ
ＥＤ　５ＰＥＣＴＲＯ５ＣＯＰＹ）　Ｊの第３７巻（１
９８２年発行）の第８２頁によれば、デイ・エル・ハー
ス（Ｄ　、　Ｌ、　１（ａａｓ）、ジエー・ダブリユウ
・カーナハン（Ｊ、Ｗ、Ｃａｒｎａｈａｎ）及びジエー
・エイ・カルーソ（Ｊ、Ａ、　Ｃａｒｕｓｏ）　　らは
複雑な結合ループを利用したが、内部同調手段の利用が
容易になっただけであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って本発明の課題は、気体損失が少なく、光源の効率
が向上し、さらに光の輝度が増して、分光の測定が容易
な共振空洞を提供するにあり、さらに同調器が不要であ
り、作動時の安定性に優れたマイクロ波誘導プラズマ装
置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明によれば、間隔をあ
けて配置された側壁と外壁とを備えたハウジングを設け
てなる、気体プラズマの励起に用いられる高周波電磁放
射線の共振空洞が提供される。これらの壁体により前記
側壁を貫通して伸びる軸を有する円筒状チャンバが形成
される。このチャンバは前記軸に隣接しその周囲に位置
する第１の部分を有し、このチャンバの第１の部分にお
いては、第１の部分の周囲に位置する第２の部分に比べ
て前記壁体の間隔が狭くなっている。耐熱管は、前記チ
ャンバの軸に沿って伸び、前記側壁を貫通し、気体プラ
ズマを収容可能に構成される。さらに前記チャンバの第
２の部分の内部において、前記ハウジングの一方の壁の
内面に結合し、高周波電磁放射線を前記チャンバ内に送
るための手段が設けられている。

〔実施例〕

次に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例に
ついて詳述する。

最初に第１図を参照すると、本発明のマイクロ波空胴の
一つの形状が、参照番号１０として一般的に示されてい
る。マイクロ波空胴１０はハウジング１２を含み、この
ハウジング１２はフラットなバンクプレート１４と、円
形のフロントプレート１６から構成されている。フロン
トプレート１６はその周辺に環状フランジ１８を有し、
この環状フランジ１８はバックプレート１４に向かって
伸び、バックプレート１４からフロントプレート１６を
離隔している。フロントプレート１６はその中心部に略
円筒状のハブ２０を有し、このハブ２０はバックプレー
ト１４に向かって延びている。ハブ２０には中央に開口
部２２が設けられており、バックプレート１４にはハブ
２０の開口部２２とのアライメントがとれた開口部２４
が設けられている。

バックプレート１４及びフロントプレート１６は、銅、
アルミニウム、黄銅又はステンレス鋼といった金属で作
られており、その内部表面は極めて滑らかな仕上げが施
されている。フロントプレート１６のフランジ１８はバ
ックプレート１４に係合し、マイクロ波エネルギーが漏
れないように固定されている。マイクロ波エネルギーが
漏れないようにするためには、接合面を滑らかに機械加
工し、共振空胴に用いられる周波数の四分の一波長より
はるかに短い間隔で、フランジ１８をバックプレート１
４にねじで固定するばよい。

またフランジ１８とバックプレート１４の間にマイクロ
波吸収弾性シールを設けることも可能である。

バックプレート１４及びフロントプレート１６の間には
、フランジ１８が形成する円筒状外壁とバンクプレート
１４及びフロントプレート１６が形成する側壁を備えた
チャンバ２６が形成されている。

チャンバ又は共振空胴２６の外径は、側壁間における共
振空胴２６の幅に比べてかなり大きくなっている。チャ
ンバ２６の継軸に沿って開口部２２及び２４が設けられ
ている。ハブ２０は前方壁面１６から後方壁面１４に向
かって突き出ているため、チャンバ２６の縦軸に隣接し
、その周囲に位置する第１の部分３０においては、第１
の部分３０の周囲に位置しているチャンバ２６の残りの
第２の部分の幅に比べて該チャンバの側壁間の幅が狭く
なっている。チャンバ２６の第１の部分３０の幅は、第
２の部分３２の幅の１７２未満であることが好ましい。

耐熱管３４はハブ２０及びバックプレート１４の開口部
２２及び２４をそれぞれ通って伸びており、耐熱管３４
の一方の端３６はハブ２０の内部に配置されている。耐
熱管３４の不図示のもう一方の端は、プラズマを形成す
る気体供給源に接続されている。耐熱管３４は溶融シリ
カ又はアルミナのような融点の高い化学的抵抗力を有す
る材料から構成されている。バックプレート１４の開口
部２４の周囲の凹所４０には密封リング３８が嵌められ
、ナツト４２を凹所４０に螺合することにより、耐熱管
３４に対し保持される。ハブ２０の開口部２２の周囲の
凹所４６には密封リング４４が嵌められ、耐熱管３４に
対し押圧される。こうして、耐熱管３４の周囲の開口部
２４及び２２は、密封リング３８及び４４によって密封
される。密封リング３８及び４４は弾性材料で作ること
が可能である。しかしながら、作業エネルギーが大きい
場合には、密封リング３８及帆４４をグラファイトのよ
うな高温作業に適した材料で作るのが望ましい。

フロントプレート１６にはテフロン又はセラミックのよ
うな電気的に絶縁性の材料からなる排気チャンバ４８が
固定される。排気チャンバ４８は円筒状であり、一方の
端がテーバ状に構成され、ハブ２０の凹所４６に螺合可
能な接続部５０に連続している。接続部５０は密封リン
グ４４に係合し、耐熱管３４に対して圧縮している。排
気孔５２が排気チャンバ４８を通って半径方向に伸び、
排気管５４に連通している。関連する波長範囲について
透過性のガラス窓５６が排気チャンバ４８のもう一方の
端を横切って伸びており、排気チャンバ４８に対してね
じ込みリング５８で固定されている。紫外線・可視光線
領域の波長に対しては、当該ガラス窓５６としては溶融
シリカが好適である。ガラス窓５６、排気チャンバ４８
及びねじ込みリング５８の間には、密封リング６０が設
げられ、その間の接合面を密封している。点火ワイヤ６
２が開口部６３を通って排気チャンバ４８内へ伸びてい
る。

排気チャンバ４８内における点火ワイヤ６２の端は、耐
熱管３４の端部３６近くに配置されている。排気チャン
バ４８外にある点火ワイヤ６２の他方端には端子コネク
タ６４が取付けられ、これを介してテスラコイルや自動
車用の点火系といった点火源に点火ワイヤ６２を接続す
ることが可能になる。

点火ワイヤ６２の周囲の開口部６３の間隙はセメントな
どの適当な密封材料６５で密封される。

マイクロ波エネルギーは、カブラ６６を利用したループ
カブラによって共振空洞１０に送られ、このカブラ６６
は自己インピーダンスを最小限に抑えるために、できる
だけ直径を大きくしである。カブラ６６は同軸コネクタ
に接続され、この同軸コネクタは、フロントプレート１
６のフランジ１８に設けられたホール６８を通って伸び
る中心導線６７と、導線６７とホール６８の間に設けら
れた絶縁体７０を備えている。このループカプラには同
軸コネクタからカブラ６６を通る電流経路と、共振空洞
の内部表面に沿った帰還経路が含まれている。このよう
に、導体６７、絶縁体７０及びフランジ１８により、既
知インピーダンスの同軸導体の一部が形成される。所望
の場合には、中心導線６７をカブラ６６と一体にして延
長することも可能である。

カブラ６６の自由端は、チャンバ２６の第２の部分３２
の内部において、第１図に示すようにフロントプレート
１６の内面に当接されるか、又はバックプレート１４の
内面に当接される。締まり嵌め処理を行うことにより、
プレートとの良好な電気的接触が得られる。しかしなが
ら、カブラ６６の端とプレートとの間隙が十分に狭けれ
ば、その間隙のキャパシタンスによりカブラ６６の好ま
しくない自己インピーダンスの一部が補償されるため、
実際にはさらに良好な電気的性能を得ることが可能であ
る。従って、実際にはカブラ６６とプレートが接触して
いない場合にも、電気的性能を改善可能である。

導体６７、絶縁体７０及びホール６８によって形成され
た同軸コネクタにより、チャンバ３２の第２の部分の内
部表面、即ちフロントプレート１６とバックプレート１
４のいずれに対しても等しく位置決めを行うことができ
る。このように構成することにより、カブラ６６をフラ
ンジ１８の内部表面にまで伸ばすこともできるし、ある
いはチャンバ３２の第２の部分の幅を横切ってまっすぐ
伸ばすことも可能である。

第２図は、カブラ６６及びフロントプレート１６の代替
構成を示すものである。薄い絶縁体ディスク７２がカプ
ラ６６の端部とフロントプレート１６の間の所定位置に
固定されている。絶縁体ディスク７２の直径はカプラワ
イヤの直径に比べて少なくとも３０％は大きく構成され
る。絶縁体ディスク７２の厚さ及び誘電率は、カプラ６
６とフロントプレート１６の間における値のキャパシタ
ンスが得られ、カプラ６６の直列インダクタンスの補償
ができるように選択されている。

下記の表には、２４５０ＭＨｚで、同軸コネクタのイン
ピーダンスが５０オームの場合の作業に好適な、本発明
の共振空洞１０に関する典型的な寸法が示されている。

一表−１− チャンバ２６の外径チャンバの第２の部分３２の幅ハブ２０の上部直径ハブ２０の底部直径チャンバの第１の部分３０の幅６８．３ｍｍ１２．９ｍｍ１７．９ｍｒａ２７．８ｍｍ４．２ｍｍ耐熱管３４の外径耐熱管３４の内径カプラの長さカプラの高さカプラの直径中心導線６７の直径ホール６８の直径絶縁体７０の誘電率３　、０ｍｍ２　、０ｍｍ１０．０ｍｍ４．８ｍｍ３．２ｍｍ３．２ｍｍ９．５ｍｍ２．１中心導線６７と組み合わせられたカプラ６６はハウジン
グ１２から外へ伸び、マイクロ波電力源に接続されてい
る。第３図には、マイクロ波共振空胴１０をマグネトロ
ン電ａ７４に接続する方法の一つが示されている。マイ
クロ波共振空胴１ｏは、長めのアルミニウムボックスに
よって形成される導波管７６の一方端に取り付けられて
いる。中心導線６７を介してカプラ６６は導波管７６の
中に伸びた金属アンテナ７８に接続されている。マグネ
トロン電＃７４は、導波管７６の他方端に取り付けられ
、導波管７６の端から一定間隔をおいて配置され、導波
管に対しインピーダンス整合がとれるようになっている
。しかし、カプラ６６を導波管により電源に接続する代
わりに、同軸ケーブルを利用することも可能である。

本発明の共振空胴１０を使用する場合には、検査又は測
定を行うべき材料を含むヘリウムのようなガスを、チャ
ンバ２６の第１の部分３０を通っている耐熱管３４に送
り込む。高周波電磁放射線であるマイクロ波エネルギー
はカプラ６６によってチャンバ２６に送られる。点火ワ
イヤ６２で得られるスパークにより気体に点火され、耐
熱管３４内に気体プラズマが発生する。このプラズマに
よって検査又は測定すべき材料の原子が励起され、その
原子から光が放出される。この光は窓５６を介して見る
ことができ、適当な計測機器によって検査又は測定を行
うことができる。耐熱管３４の端３６から流出する気体
は、排気チャンバ４８に通されて捕集される。次に、気
体は排気孔５２及び排気管５４を介して排気チャンバ４
８から流出する。この排気チャンバ４８により、空気の
耐熱管３４内のプラズマへの逆拡散が防止される。

従来の共振空洞の場合、共振空胴内における耐熱管部分
が比較的長く、検査すべき原子の一部は耐熱管の壁面と
反応して失われてしまった。

このように、一端反応した原子によっては光は発生しな
い。しかしながら、本発明の共振空洞１０の場合、第１
の部分３０の幅が狭く作られるため、耐熱管３４のほん
の短い部分だけがチャンバ２６内に入り、マイクロ波エ
ネルギーにさらされることになる。従って、検査を受け
る原子がプラズマにさらされる長さが短くなり、この結
果、耐熱管の壁面によって吸収される可能性が低下する
。しかも、本発明の共振空胴１０の場合には、チャンバ
２６の第２の部分３２は広くなっているため、カプラ６
６又は他のエネルギー供給構造を簡単に収容することが
でき、従ってチャンバ２６にマイクロ波エネルギーを簡
単に加えることができる。

プラズマを収容する第１の部分３０を狭くするもう一つ
の利点は、狭いプラズマのインピーダンスがかなり低下
する点にある。この結果、エネルギー密度が増してプラ
ズマの輝きも増大する。分光学にとってプラズマが明る
くなるのは好都合な場合が多い。また、短くなった耐熱
管にエネルギーが集中すると、光出力の輝度が増し、光
の検査又は測定がかなり容易になる。

カプラ６６を比較的厚めにし、２４５０Ｍｔ（ｚで作動
する１２ｍｍ幅の共振空胴について直径を少なくとも３
ｍｍにすることによって、共振空洞によって与えられる
負荷と組み合わせられるカブラのインピーダンスを、同
軸導体の特性インピーダンス、一般には５０オームに近
づけることが可能である。しかし、ワイヤの直径が３１
を超えると動作が改善され、ワイヤの直径が約５ｍｍの
場合満足度の高い動作が可能になることが分かった。

また、第２図に示すように、カプラ６６とフロントプレ
ート１６の間に絶縁ディスク７２を配置するとコンデン
サが形成されることになり、ループの自己インピーダン
スに関する悪影響が減少する。

本発明の共振空胴１０のもう一つの利点は、同調器を必
要としない点にある。共振空洞とループカプラ双方のＱ
を減少させることにより、同調の必要も減少する。プラ
ズマを短くし、プラズマのコンダクタンスを増加させる
ことにより、共振空胴のＱを低下させることが可能にな
る。

またカブラ６６のりアクタンスを減少させることにより
、ループカブラのＱを低下させることができる。このよ
うに、Ｑを低下させ、エネルギー供給が増大するため、
本発明に基づく共振空洞１０を普通に使用する場合には
、マイクロ波同調器が不要であることが判明した。

第４図には、本発明に基づく液体冷却式の共振空洞８０
に関する実施例が示されている。液体冷却式の共振空胴
８０にすることによってエネルギーレベルを第１図に示
す共振空胴に比べて高くすることができる。共振空胴８
０はフラットなバックプレート８２から成るハウジング
８１を有し、バックプレート８２は外部表面に中心凹所
８４を備え、さらにこの凹所８４の底部中心を通って伸
びる開口部８６を有している。円形のフロントプレート
８８は環状フランジ９０を備え、この環状フランジ９０
はその周囲においてバックプレート８２に向かって延び
ている。フロントプレート８８は共振空胴１０に関連し
て説明したのと同じ方法でバンクプレート８２に対して
固定される。フロントプレート８８は中心ハブ９２を有
し、このハブ９２はバックプレート８２に向かって、た
だし間隔をあけるように突出している。ハブ９２の中心
を通る開口部９４はバックプレート８２の開口部８６と
アライメン１−がとれている。バックプレート８２とフ
ロントプレート８８によってチャンバ９６が形成される
が、この場合、バックプレート８２とフロントプレート
８８は該チャンバの側部をなし、フランジ９０が該チャ
ンバの外壁をなす。チャンバ９６は、その開口部８６及
び９４に隣接し、その周囲に位置する第１の部分９８を
有し、この第１の部分においては、第１の部分９８のま
わりにある第２の部分１００に比べると側壁の間隔が狭
くなっている。

チャンバ９６の第１の部分９８の内部には、非金属管１
０２が設けられており、該非金属管１０２の縦軸は開口
部８６及び９４の縦軸とアライメントがとれている。非
金属管１０２はバックプレート８２からハブ９２にわた
る長さを備えており、それらに対し密封されている。非
金属管１０２の内径は少なくとも開口部８６及び９４の
直径と同程度である。非金属管１０２は溶融シリカのよ
うなマイクロ波エネルギーの吸収率が低い材料で作られ
る。

バックプレート８２の外部表面には第１の冷却プレート
１０４が取り付けられて、ボルト１０６で固定されてい
る。冷却プレート１０４の中心ハブ１０８はバックプレ
ート８２の凹所８４に嵌まるが、凹所の底部からは間隔
をあけ、冷却空胴１１０を形成する。冷却プレート１０
４とバックプレート８２の間に位置する環状の密封リン
グ１１２によって冷却空胴１１０が密封される。インレ
ット通路１１４が冷却プレート１０４を通って冷却空胴
１１０にまで伸び、インレットバイブ１１６がインレフ
ト通路１１４に接続されている。開口部１１８は冷却プ
レート１０４の中心を通って伸び、バックプレート８２
の開口部８６とアライメントがとれている。密封リング
１２０が開口部１１８の周囲の凹所１２２に嵌め込まれ
ており、該凹所１２２には環状ナツト１２４が螺合され
、密封リング１２０を押圧している。

フロントプレート８８の外部表面には第２の冷却プレー
ト１２６が取り付けられ、ボルト１２８で固定されてい
る。第２の冷却プレート１２６のハブ１３０がフロント
プレート８８のハブ９２の中に伸びているが、ハブ９２
の外部表面とは間隔をあけて、その間に冷却空胴１３２
を形成している。第２の冷却プレート１２６とフロント
プレート８８の間には環状の密封リング１３４が設けら
れ、冷却空胴１３２を密封している。アウトレット通路
１３６が第２の冷却プレート１２６を通って冷却空胴１
３２から冷却プレート１２６の外縁にまで伸びており、
アウトレットパイプ１３８がアウトレット通路１３６に
接続されている。第２の冷却プレート１２６のハブ１３
０には、フロントプレート８８のハブ９２に設けられた
開口部９４とのアライメントがとれた中心開口部１４０
が備わっている。開口部１４０の周囲の凹所１４４には
環状の密封リング１４０が嵌め込まれている。

冷却プレート１０４及び１２６は導電性であり、バック
プレート８２及びフロントプレート８８に対しそれぞれ
ぴったりと電気的に接触している。

これによって米国特許第４，６５４，５０４号に開示さ
れているような、共振空胴から冷却路を介して生じる漂
遊電磁エネルギーの望ましくない漏出が防止される。

第１図に示す共振空胴１０の耐熱管３４と同様の細長い
耐熱管１４６が、第１の冷却プレート１０４、バックプ
レート８２、フロントプレート８８及び第２の冷却プレ
ート１２６の、それぞれアライメントのとれた開口部１
１Ｂ、８６．９４及び１４０と非金属管１０２を貫通し
て伸びている。耐熱管１４６の一方の端１４８は、第２
の冷却プレート１２６に設けられた開口部１４０を少し
越、えて突き出している。耐熱管１４６の不図示のもう
一方の端は、プラズマを形成する気体の供給源に接続さ
れている。耐熱管１４６の外径は開口部８６及び９４、
及び非金属管１０２の直径に比べて僅かに小さくなって
おり、耐熱管１４６と各開口部及び非金属管との管に通
路１４７が形成されて、冷却液が第１の冷却空胴１１０
から第２の冷却空胴１３２へ流れるようになっている。

ナツト１２４により密封リング１２０が耐熱管１４６に
押圧され、また密封リング１４２も耐熱管１４６に押圧
されて、耐熱管１４６に沿った冷却路の両端が密封され
る。

電気絶縁材料からなる円筒状の排気チャンバ１５０が第
２の冷却プレート１２６のハブ１３０内に伸び、螺合さ
れる。排気チャンバ１５０の一方の端１５２は凹所１４
４に嵌合され、密封リング１４０を耐熱管１４６に押圧
する。排気孔１５４が排気チャンバ１５０を通って伸び
、排気管１５６が排気孔１５４に接続されている。ガラ
ス窓１５８が排気チャンバ１５０のもう一方の端を横切
って伸び、ねじ込みリング１６０によって固定されてい
る。ガラス窓１５８、排気チャンバ１５０及びねじ込み
リング１６０の間には密封リング１６２が挿入されてい
る。点火ワイヤ１６４が密封材料１６７で密封された通
路１６５を通って排気チャンバ１５０の中まで伸びてい
る。排気チャンバ１５０内における点火ワイヤ１６４の
一方端は耐熱管１４６の端１４８に隣接している。排気
チャンバ１５０の外部における点火ワイヤ１６４の他方
端には端子コネクタ１６６を備えている。

チャンバ９６の内部には、第１図に示す共振空胴１０の
カプラ６６と同様のカプラ１６８が設けられている。カ
プラ１６８はフロントプレート８８のフランジ９０に設
けられた開口部１７０を通って伸びるコネクタワイヤ１
６９を含む同軸コネクタに接続されている。カプラ１６
８の端部は、例えばフロントプレート８８の内側表面の
ようなチャンバ９６の壁面の一つの内部表面に係合して
いる。開口部１７０内において、コネクタワイヤ１６９
のまわりには絶縁体１７２が取り付けられている。こう
してコネクタワイヤ１６９、絶縁体１７２及び開口部１
７０の壁面によって同軸導体が形成される。

同軸コネクタワイヤ１６９の外側端部は、カブラ１６８
をマイクロ波電力源に接続するための手段に接続されて
いる。

第４図に示す共振空胴８０は、第１図に示す共振空胴１
０に関連して既述の方法と同じしように作動する。ただ
し、共振空胴８０の場合、空胴内に水のような冷却液が
流されている。液体はインレットパイプ１１６から入り
、インレット通路１１４を通って冷却チャンバ１１０に
流れ込む。次に、冷却液は耐熱管１４６の周囲の通路１
４７に沿って流れ、冷却空洞１３２に流れ込む。冷却液
は冷却空洞１３２からアウトレット通路１３６を通り、
アウトレットパイプ１３８を介して流出する。前述のよ
うに、共振空胴８０を通る冷却液のこの流れによって、
共振空洞を高エネルギーレベルで動作させることが可能
になる。冷却液の代わりに空気のような冷却ガスを利用
して共振空胴を冷却することも可能である。

下記表には冷却液として水を利用し、同軸部分のインピ
ーダンスを５０オームにして、２４５０ＭＨｚで作動さ
せるに好適な、本発明の共振空洞８０の典型的な寸法が
示されている。

Ｉ− チャンバ９６の外径　　　　　　　　　６３．９ｍｍチ
ャンバの第２の部分１００の幅　　１２．９ｍｍハブ９
２の上部直径　　　　　　　　１６．７ｍｍハブ９２の
底部直径　　　　　　　　２６．１ｍｍチャンバの第１
の部分９８の幅　　　　３．９ｍｍ耐熱管１４６の外径
　　　　　　　　　３．０ｍｍ耐熱管１４６の内径　　
　　　　　　　２．０ｍｍ非金属管１０２の外径　　　
　　　　　４．８ｍｍ非金属管１０２の内径　　　　　
　　　３．２ｎｕａ〔発明の効果〕このように、本発明によれば、気体プラズマの長さが極
めて短くい、気体プラズマに用いられる共振マイクロ波
空洞を得ることができる。

この結果、耐熱管の高温の壁面に吸収されるガスの損失
が最少になり、従って、光源の効率が向上する。さらに
、光の輝度が増して、光の測定が容易になる。また、本
発明の共振空洞は、同調器が不要であり、動作時の安定
性が増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく共振空洞の形状の断面図であり
、第２図は本発明に基づく共振空洞内にエネルギーを送る
ためのループカブラの別の実施例を示した部分拡大図で
あり、第３図は本発明に基づく共振空洞を電源に接続するシス
テムの概略図であり、第４図は本発明に基づく共振空洞の別の実施例を示した
断面図である。１０、８０・・・共振空洞、１２、８１・・・ハウジング、１４、８２・・・バックプレート、１６、８８・・・フロントプレート、１８、９０・・・環状フランジ、２０、９２・・・ハブ、２６、９６・・・チャンバ（共振空洞部）、３０、９８
・・・チャンバの第１の部分、３２、１００・・・チャ
ンバの第２の部分、３４、１４６・・・耐熱管、４８．１５０・・・排気チャンバ、５２、１５４・・・排気孔、５４．１５６・・・排気管、５６、１５８・・・ガラス窓、６２．１６４・・・点火ワイヤ、６６．１６８・・・カブラ、７２・・・絶縁体ディスク、７４・・・マグネトロン電源、７６・・・導波管、ｆ０４，１２６・・・冷却プレート、１１０、１３２・・・冷却空洞、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）間隔をあけて配置された側壁と外壁とを備えたハ
ウジングであって、これらの壁体により前記側壁を貫通
して伸びる軸を有する円筒状チャンバが形成され、この
チャンバは前記軸に隣接しその周囲に位置する第１の部
分を有し、このチャンバの第１の部分においては、第１
の部分の周囲に位置する第２の部分に比べて前記壁体の
間隔が狭くなっているようなハウジングと；前記チャンバの軸に沿って伸び、前記側壁を貫通し、気体プラズマを収容可能に構成された耐熱管
と；さらに、前記チャンバの第２の部分の内部において、前記ハウジ
ングの一方の壁の内面に結合し、高周波電磁放射線を前
記チャンバ内に送るための手段とを設けたことを特徴と
する、気体プラズマの励起に用いられる高周波電磁放射
線の共振空洞。