高効率・高電界加速可能な誘電体アシスト型加速管の研究開発

高效率、高电场加速介质辅助加速管的研发

• 批准号: 22H03882
• 负责人: 佐藤 大輔
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03882/
• 关键词: 誘電体アシスト型加速管; 二次電子放出係数; セラミック; 高周波加速管; DAA管; 誘電体加速; 高誘電率セラミックス

本研究は、既存の金属加速管における加速管性能の限界を超える電子加速技術として、高誘電率誘電体の高い電磁場蓄積能力とダイヤモンドライクカーボン(DLC)等の低二次電子放出係数保護膜技術を用いた誘電体アシスト型加速管（Dielectric Assist Accelerating structure, DAA管）を新たに提案し、既存の常伝導加速空洞の10倍以上高い電力効率を実現しつつ、高加速電界が励振可能であることを実証することを目的とする。本年度は、高い電力効率と高電界加速を両立するDAA管の実現に向け、特に高誘電率セラミックスの開発に重点的に取り組んできた。DAA管において、比誘電率が高く、誘電損失が小さいセラミックスを用いることで高いシャントインピーダンス（Zsh）が実現できる。今年度は、最も高Zsh化が期待できるBa-Mg-Ta酸化物セラミックスの焼結体製作に取り組んできた。本研究では、含有元素比や添加物質、前処理などを変えたBa-Mg-Ta酸化物セラミックスをセラミックス製造会社等と連携して製作した。その結果、当該物質において誘電損失の増大に寄与する化合物相の発生を抑制しながら目的の化合物の粉体を製作することに成功した。また、小さいサンプルではあるが、焼結密度99%程度で焼結することにも成功した。長尺DAA加速管構造の高周波設計を実施した。特に、低エネルギーの電子加速においても本加速器技術が適用できるのかを調査するため、電子の入射エネルギーが50 keVを想定した低β多セルDAA管の設計を実施し、僅か50 kWの高周波電力で800 keV以上の電子加速が可能な加速管の設計に成功した。本成果により、非常に小型・省電力の高エネルギーX線源への応用の可能性が示された。

This study is aimed at improving the performance of existing metal accelerator tubes by using electron acceleration technology, high dielectric constant inductor, high electromagnetic field accumulation capability, low secondary electron emission coefficient protective film technology, etc.(Dielectric Assist Accelerating Structure, DAA tube) New proposal, existing constant conduction acceleration cavity more than 10 times high power efficiency to realize, high acceleration field excitation possibility to realize, purpose to realize. This year, the implementation of DAA tubes with high power efficiency and high power acceleration has been focused on the development of high power efficiency. DAA tube temperature, specific inductivity is high, induction loss is small, high inductivity (Zsh) is realized. This year, the highest Zsh conversion is expected. Ba-Mg-Ta acid compound is prepared from sintered body. In this study, Ba-Mg-Ta acidified compounds containing elemental ratio, additive substances, pretreatment, etc. were produced. As a result, when the induced loss of the substance increases, the formation of the compound phase is suppressed, and the powder of the target compound is produced successfully. The sintering density is 99%. Implementation of high frequency design of long DAA accelerator tube structure In particular, the electron acceleration technology of low frequency electron accelerator is suitable for investigation. The electron incidence is determined to be 50 keV. The design of low beta multi-channel DAA tube is implemented successfully. The electron acceleration with high frequency power of only 50 kW and above 800 keV is possible. This result shows the possibility of using X-ray source in a very small, power-saving and high-performance way.

项目成果

電子加速器技術の最新動向

电子加速器技术的最新趋势

• 发表时间: 2023
• 期刊: 「放射線」
• 作者: 佐藤 大輔

X-band誘電体アシスト型加速管の設計

X波段介质辅助加速管设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤 大輔; 鈴木 良一
• 通讯作者: 鈴木 良一