ホロー陰極利用による高周波電子銃生成電子ビームの高輝度・長パルス化

空心阴极高频电子枪产生高亮度长脉冲电子束

• 批准号: 13740152
• 负责人: 増田 開
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740152/
• 关键词: 高周波電子銃; 電子ビーム; 熱陰極; 逆流電子

本研究の目的は,熱陰極型高周波電子銃による相対論的高輝度電子ビーム生成の長パルス化のため,熱陰極型高周波電子銃の唯一の課題である逆流電子による陰極加熱の問題を大幅に軽減する方策を探究することにある.本研究の予備研究において研究代表者らは数値解析により戻り電子が陰極中心部に集中することを見出し,また,実機においてもこれを裏付ける陰極中心部の損傷が見られていた.これらの結果から,従来の陰極に代えて中空のホロー陰極を用いることにより,逆流電子の陰極面への衝突を避け,熱陰極型高周波電子銃の長パルス運転の可能性があると考え本研究計画を実施し,以下の成果を得た.まず,赤外放射温度計と小型XYステージを用いて従来の穴のない陰極(6mmφ)の表面温度分布の測定を可能とし,従来の理論予測であった陰極中心部への戻り電子の集中を初めて実験的に確認できた.次に,ホロー陰極(穴の直径1mmφ)を製作し,従来の陰極に代えて高周波電子銃に設置して実験を行った.前述数値解析並びに温度分布測定の結果から,十分に検出可能な効果が期待されたが,実際には引き出し電子ビーム特性及び陰極表面温度のいずれにも変化は見られなかった.その原因として,使用後のホロー陰極表面には穴を避けるように損傷が見られ,戻り電子は期待に反して穴を逸れてこの部分に集中したと思われる.これは,(1)陰極の取り付け精度に起因する非軸対称性,(2)穴部分に導体が無くなったことによる電界形状の変化,の両方に起因すると考えられる.残念ながら,今回初めて試作したホロー陰極形状では電子ビームの高輝度化は果たせなかったが,その原因が使用後のホロー陰極の観察により簡単に判明し,ホロー陰極改造の明確な方針を得ることができたことは幸運であった.

The purpose of this study is to explore the unique problem of hot cathode type high frequency electron gun, which is related to the generation of high luminance electron gun and the problem of cathode heating. In this study, the representative of the research team analyzed the number of electrons concentrated in the cathode center, and the damage in the cathode center was observed. The results of this study are as follows: (1) The cathode of the hot cathode type is replaced by a hollow cathode;(2) The collision of the counter current electron on the cathode surface is avoided;(3) The possibility of the long range transport of the hot cathode type high frequency electron is investigated. It is possible to measure the surface temperature distribution of the cathode (6mmφ) in the middle of the cavity by using the infrared radiation thermometer. The theoretical prediction is based on the initial confirmation of the electron concentration in the center of the cathode. Next, the cathode (hole diameter 1mmφ) was fabricated, and the cathode was replaced by a high frequency electron gun. The above numerical analysis and temperature distribution measurement results show that the possible results are expected, and the actual results are due to the electron characteristics and the cathode surface temperature. The reason for this is that after use, the cathode surface is damaged and the electrons are expected to be concentrated. (1) The cause of the accuracy of cathode selection is asymmetric,(2) The conductor in the cavity part has no change in the shape of the electric field, and the cause of the square is examined. The reason for the failure of the cathode is that the cathode has a high brightness, and the cathode has a clear policy.

项目成果

T.Kii, T.Yamaguchi, R.Ikeda, Z.-W.Dong, K.Masuda, H.Toku, K.Yoshikawa, T.Yamazaki: "Experiment and Analysis on Back-Bombardment Effect in Thermionic RF Gun"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 475・1-3. 588-592 (2001)

T.Kii、T.Yamaguchi、R​​.Ikeda、Z.-W.Dong、K.Masuda、H.Toku、K.Yoshikawa、T.Yamazaki：“热离子射频枪中的背轰击效应实验与分析”核物理研究的仪器和方法 A. 475・1-3. (2001)

K.Masuda, T.Horii, S.Amazaki, T.Kii, H.Ohgaki, T.Yamazaki, K.Yoshikawa: "Transient Beam Loading Effects due to Back-Streaming Electrons onto a Thermionic Cathode in an RF Gun"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 483・1-3. 315-320 (2002)

K.Masuda、T.Horii、S.Amazaki、T.Kii、H.Ohgaki、T.Yamazaki、K.Yoshikawa：“射频枪中热电子阴极上回流电子产生的瞬态束流加载效应”核仪器物理研究方法 A. 483・1-3 (2002)

K.Masuda, T.Kii, T.Yamaguchi, H.Toku, K.Yoshikawa, T.Yamazaki: "Studies on Back-Streaming Electrons onto a Thermionic Cathode in an RF Gun"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14・1-4. 163-170 (2002)

K.Masuda、T.Kii、T.Yamaguchi、H.Toku、K.Yoshikawa、T.Yamazaki：“射频枪中热电子阴极上的回流电子研究”国际应用电磁学与力学杂志 14。 1-4。163-170（2002）