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光陰極高周波電子銃空洞装置 コモンズ

国内特許コード P150011530
整理番号 345
掲載日 2015年3月13日
出願番号 特願2012-536436
登録番号 特許第5828429号
出願日 平成23年9月26日(2011.9.26)
登録日 平成27年10月30日(2015.10.30)
国際出願番号 JP2011071887
国際公開番号 WO2012043475
国際出願日 平成23年9月26日(2011.9.26)
国際公開日 平成24年4月5日(2012.4.5)
優先権データ
  • 特願2010-215840 (2010.9.27) JP
発明者
  • 浦川 順治
  • 照沼 信浩
  • 高富 俊和
出願人
  • 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
発明の名称 光陰極高周波電子銃空洞装置 コモンズ
発明の概要 本発明の陰極高周波電子銃空洞装置は、高周波加速空洞(1)、光陰極(8;15)、レーザー入射ポート(9)、高周波電力入力カプラーポート(10)、及び高周波共振チューナー(16)を備え、放電防止・高周波電界の高強度化・高周波の共振安定性の向上のために、その内面において鋭角部を有さず平滑な曲面だけで形成された空洞セルを内部に有する超小型の高周波加速空洞を用いることを特徴とする。更に、光陰極面での電界強度を最大にするために光陰極を高周波加速空洞のハーフセル(5)の端部に設け、短バンチ光電子の品質を最良にするためにレーザー入射ポートを高周波加速空洞の電子ビーム取り出し口の後方において光陰極と対向する位置に設けてレーザー垂直入射を確保し、高周波の電界強度を高めるために高周波電力入力カプラーポートを高周波加速空洞のセルの側部に設けた。
これにより、大強度高品質の電子ビームを発生できる、小型の光陰極高周波電子銃空洞装置が提供可能となった。
従来技術、競合技術の概要


電子ビームを生成して出力する電子源装置は、電子銃のみならず、加速器(電子シンクロトロン、線形加速器、等)などの各種装置に電子ビームを入射するための電子ビーム供給源として幅広く利用されている。また、X線生体イメージング装置、X線吸収イメージング装置等のX線装置のX線源として、近年、レーザー逆コンプトン散乱を用いた小型X線源の開発が進められている。レーザー逆コンプトン散乱を用いたX線源とは、加速された電子ビームにレーザー光を衝突(逆コンプトン散乱)させることによって、所定のエネルギーを有した光子ビーム(X線)を生成するものである。そして、そのような小型X線源等の実現のために、大強度・高品質な電子ビームを生成可能な小型の電子源装置が現在必要とされている。



電子源装置の開発においては、旧来より熱電子銃(熱陰極を用いた電子発生方式)を用いたマルチバンチ電子ビームの生成・加速の研究等が行われてきた。そして、この熱電子銃方式で電子ビームの品質を十分に改善するに至らない状況の中で、近年、電子を短い距離で効果的に加速するための画期的な電子加速方法及び加速空洞、所謂、BNL(Brookhaven National Laboratory)型高周波加速空洞が考案された。この方法は、高周波の電界によって電子加速を行うものであり、従来の直流電界による電界強度の約10倍以上の電界強度を発生できるため、電子銃の小型化を期待させるものであった。



図12に示すように、このBNL型高周波加速空洞は、ハーフセル(0.5セル)5とフルセル(1.0セル)6とを連結した基本構造をとっており、ハーフセル5の電子ビーム軸方向(図中左右方向)の長さは、ビームの拡散低減のためにフルセル6の軸方向長さの0.6倍に設定されている。導波管内を伝達されてきた高周波電力は、まずフルセル6の壁面に設けられた高周波電力入力カプラーポート10(カップリング孔)を通ってフルセル6内に供給され、続いて両セル間の絞り部(アイリス)を通ってハーフセル5内に供給される。ハーフセル5は、レーザー光の注入用のレーザー入射ポート9と、取り外し可能な端板2Bとを備えており、端板2Bの中心に金属(Cu、Mg、等)製の光陰極7が設けられている。端板2Bは真空シール(ヘリコフレックスシール)2Sを介してハーフセル本体に取り付けられており、メインテナンスや陰極材料研究のための光陰極7の交換の際には、端板2Bがハーフセル本体から取り外される。ハーフセル5の共振周波数の調整は、ヘリコフレックスシール2Sの締付トルクを調節してセルの体積を増減させることによって行われ、一方、フルセル6の共振周波数の調整は、フルセル6の空洞壁に開けられたチューナー穴(直径10mm)内を上下可能な調整ロッド(対称的に計二本)の位置を調整することで行われる。

産業上の利用分野



本発明は、光陰極へのレーザー光の入射によって生成された電子を高周波電力の導入された高周波加速空洞内に形成される共振状態の高周波電場によって加速して高速電子ビームとして出力する光陰極高周波電子銃空洞装置に関し、より詳細には、高輝度電子ビーム発生用の各種の加速器、電子銃、レーザー逆コンプトン散乱によるX線発生装置等の小型化を可能にする超小型の光陰極高周波電子銃空洞装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
BNL型高周波加速空洞により構成される光陰極高周波電子銃空洞装置において、
空洞セル内面の形状を加速高周波電界に適した定在波の波形に近似した平滑な曲面形状とするために、三角関数曲線、円弧、楕円、及び放物線のうち何れかの曲線で形作られる曲面形状を内面に持つ空洞セルを複数個連結した高周波加速空洞と、
前記空洞セルを複数個連結した高周波加速空洞の端部に設けられた光陰極と、
前記高周波加速空洞の電子ビーム取り出し口の後方において前記光陰極に対向する位置に設けられ該光陰極に供給されるレーザー光の前記高周波加速空洞内への入射に用いられるレーザー入射ポートと、
前記高周波加速空洞の側部に設けられ該高周波加速空洞内への高周波電力の入力に用いられる高周波電力入力カプラーポートと、
前記高周波加速空洞の側部に設けられ該高周波加速空洞の真空排気に用いられる真空排気ポートと、
前記高周波加速空洞の側部に設けられ前記空洞セルにおける高周波の共振周波数の調節に用いられる高周波共振チューナーと、を備え、
前記空洞セルの内面は、鋭角部を有さない前記曲面形状のみで構成され、前記空洞セルの頭頂部及該空洞セルの連結部であるアイリスの各コーナー及び各エッジは曲面形状を成しており、その曲率半径Rは5mm≦R≦20mmの範囲にあって、且つ前記空洞セルの内面の表面粗さが0.05μメートル以下であることを特徴とする光陰極高周波電子銃空洞装置。

【請求項2】
前記光陰極が、前記高周波加速空洞との接触部分において導電性のRFコンタクターを付帯し且つCsTeの陰極面を持つ光陰極プラグであり、
前記高周波共振チューナーが、前記空洞セル内に周波数調整ロッドを挿入することなく前記空洞セルにおける前記共振周波数を外部から機械的に調整するように前記高周波加速空洞の側部に設けられた非挿入式高周波共振チューナーであることを特徴とする請求項1に記載の光陰極高周波電子銃空洞装置。

【請求項3】
レーザー逆コンプトン散乱によるX線発生装置の電子源装置として用いられるために3キロワット以上のマルチバンチ電子ビームを生成することができることを特徴とする請求項に記載の光陰極高周波電子銃空洞装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012536436thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) 量子ビーム基盤技術開発プログラム
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