高温超電導体陽極を有する相対論的電子ビーム・ダイオードの高効率動作の実験的研究

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相対論的電子ビーム(REB)発生用ダイオードの陽極として、高温超電導体(Y-Ba-Cu-O系およびBi-Pb-Sr-Ca-Cu-O系)を用いて、REBの発生と輸送に関する実験的検討を行った。その結果、高温超電導体円筒はREB用収束レンズとして良く機能することが明らかとなった。我々は本レンズ系をSupertronsと命名した。本レンズ系は電子ビームのみならずプラズマの閉じ込めにも応用できるものと期待される。使用した超電導体の寸法は厚さ1.5mm長さ40mm、内径20、10、5mmの3種類で、材料としてY系(臨界温度Tc=95K)とBi系(Tc=105K)の2種類を用いた。従って、用意した陽極は合計6個である。ダイオード部にはネオンガス(0.1Torrの桁の圧力)を導入して、空間電荷の中和を実現しやすくすると共に、より高いREB値(最大3.8kA)を発生するようにした。収束されたREBの直径はBi系陽極(内径20mm)によって2.6mmにまで小さくできた。また、REBが陽極の出射孔から収束されて出る様子を開放写真によって確認し、前述の値とほぼ一致していた。一連の実験から、REB収束用陽極として、その陽極のテーパがある程度以下に緩やかであることが必要である。これらの詳細は更に実験的、理論的に検討を重ねるべきである。本研究の結果の一つの応用として、超伝導体レンズを有する誘導加速器(Induction Linac,1段のみ)を設計した。今後はこれらの実施例が有効に動作することを実証して、本レンズ系の適用範囲を順次拡張する計画である。