大強度電子ビーム集束用スーパートロン(バルク高温超伝導体レンズ)の基礎的開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06558063
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 松沢 秀典 山梨大学, 工学部, 教授 (40006234)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 聡彦 日本原子力研究所, 核融合工学部, 研究員 ; 志甫 諒 日本原子力研究所, 核融合工学部, 主任研究員 ; 秋津 哲也 山梨大学, 工学部, 助教授 (70159333)
• Keywords: 高温超伝導体 / スーパートロン / 荷電粒子ビーム / 磁場拡散速度 / 空間電荷効果 / 誘導加速器

Research Abstract

高温超伝導の発見直後より、我々は荷電粒子ビーム用レンズ(スーパートロン)を提案・開発してきた。スーパートロンは、超伝導体のマイスナー効果によって、ビームの自己磁場を超伝導体円筒内へ閉じ込めて、その圧縮された磁場によってビームを細径化する。この動作原理(作業仮説)を解明するために、本研究では(1)日本原子力研究所との共同研究として、単発パルス電子ビーム(加速電圧330-560keV、100ns)をスーパートロンへ入射して、スーパートロンを通過する電子ビーム特性を観測した。さらに、(2)山梨大学の電子ビーム源(340keV、1KA、10ns)を用いて、スーパートロン壁(超伝導体壁)へ侵入し透過する磁場を観測し、スーパートロンの動作解明に迫った。そして、動作の実態をかなり知ることができた。
(1)スーパートロンは、電子ビームの空間電荷効果を中和しないと有効動作しない。そこで、ビスマス系粉体プレス形スーパートロン(内径20mm、長さ55mm、厚さ1.5mm)を、カプトン箔によって電子ビーム源の真空空間から分離したうえで、スーパートロンの空間へネオンガス(0.06-10Torr) を導入した。誘導加速器からの入射電子ビームの加速電圧およびネオンガス圧の関数として、スーパートロン上流(300-1500A)・下流(7-70A)のビ^ム電流値を観測した。その結果、加速電圧、ネオンガス圧のいずれにも、意味のある依存性が認められなかった。その原因として、カプトン箔による電子ビームの散乱が考えられる。
(2)スーパートロンの超伝導体壁を拡散・透過する磁場を測定したところ、超伝導状態の壁を〜10^4m/sの速度で拡散することが判明した。この遅い粘性的拡散速度の反作用として、ビームはスーパートロン内へ閉じ込められると推定される。

Research Products

• [Publications] H. Matsuzawa: "Cascaded high-Tc bulk supercondctor lenses(Supertrons)for intnse electron beams." Japanese Journal of Applied Physics. 34. 3511-3517 (1995)
• [Publications] H. Matsuzawa: "Diffusion velocity of magnetic fields through high-T_c sintered superconducting rings." Applied Physics Letters. 68(to be published. ). No. 15 (1996)