新型大電流冷陰極の開発

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本研究は申請者らにより見い出された、特殊な条件の下で起こる高速グローアーク移行現象を安定化することによって可能となった、全く新らしい形式の液体金属陰極を実用化することを目的としている。前年度は陰極の材料と構造及び陰極の製造を中心に研究を進め、封入ガスと液体金属の組合せを選ばないこと、製造に関してその工程を大巾に簡略化できることを示した。又許容電流限界については、最大ピーク電流180A(5μs)を得ていたが、これは電源による限界で陰極それ自身はまだ上限ではないこと等を明らかにしてきた。今年度は本陰極の適用範囲を更に広げるため、(1)使用液体金属(水銀)及びその蒸気圧の低減、(2)使用可能金属の探索を目的として研究を進め、以下に記す結果を得た。(1)に関しては従来よりその有効性を明らかにしてきた、縁付のホロー型陰極を更に水冷した結果、パルス放電時〔最大ピーク電流130A(5μs)〕では7時間連続点灯の後も陰極外で水銀が認められなかったが、直流点灯時やトリガのための第三電極から常時電力が投入された時には陰極外で水銀が認められるようになったのでより冷却の効率を上げる必要がある。但しホローをより細い径にした時、水銀蒸気のみでもグローアーク移行が認められており、グローアーク移行時間(td)は金属水銀の時td=6.5μsに対してtd=5.7μs(いずれも1KV印加)を得ており、陰極の径を変えることで金属量、蒸気圧の低減が可能である。(2)前年度の易溶金属から更に融点を高くして試作した結果、W、Ni等通常の電極用金属でもグローアーク移行が認められており、放熱の問題を解決すれば使用可能である。又許容電流限界はパルス放電で最大ピーク電流350A(300μs)、直流放電時1A(DC)を得ている。これらはまた上限ではなく、電源容量、放熱によりまだ上昇可能である。以上を考慮すれば大電流冷陰極は原理的に充分実用化に耐え得るものになったと言える。