自由電子レーザー用ナノチューブ電子ビーム源に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650057
• Research Institution: Osaka Sangyo University
• Principal Investigator: 綱脇 恵章 大阪産業大学, 工学部, 教授 (90030056)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大東 延久 関西大学, 工学部, 教授 (20067549) ; 草場 光博 大阪産業大学, 工学部, 助教授 (70268283)
• Keywords: carbon nanotube / multiwalled nanotube / field emission / field emitter / electron source / free electron laser

Research Abstract

自由電子レーザー(FEL)の今後の進む道としてはX線〜γ線領域へ向けた短波長化、長波長領域においては大出力化以外に、通常の実験室でも使用可能なものを如何にして達成するかに大別される。これらは短波長・長波長いずれの場合においても、高電流・低エミッタンス・低エネルギー広がりの電子ビームが得られて可能なことである。金属や半導体の針先からの電界放出電子ビームはエネルギー広がりエミツタンス共に極めて小さいことが知られており、これをFELの電子ビームとして用いれるなら、ウイグラーへの厳しい要求も緩和され、短波長・長波長のFELに非常に有用なものとなる。
本研究ではスミスパーセルFELやチェレンコフFELを念頭において、電子ビーム源開発を行っている。昨年度はカーボンナノチューブ(CNT)を最も一般的な直流アーク放電法で最適条件を見出して作製し、電子ビーム発生実験を行った。今年度はさらにアーク放電下でHeガスパフを行ったり、強磁場を与えて放電プラズマの指向性を高めてCNTの回収率を向上させることを試みた。今後はCNTの精製法の改善が課題である。以上のようにして得られたCNTを昨年度と同様金属細管に塗布して陰極を作製し、電子ビーム収束用電極を取り付けて実験を行った。その結果30μAの電流が収束性よく得られるのが確認できた。しかし元の電流値の約1/700であるので、さらに改善する必要がある。その原因の一つに高電圧下での真空度劣化があり、質量分析した結果同定出来ないイオン種が多く観測された。今後これらの問題を明らかにすることによってFEL用電子ビーム源としての応用が可能となろう。またXeClエキシマレーザーアブレーション法によるCNT生成を試みた。現在カーボンナノ粒子の生成が観測され、雰囲気ガスの種類・圧力および照射強度依存性などを実験的に調べているところである。

Research Products

• [Publications] Y.Tokura, Y.Tsunawaki, N.Ohigashi, S.Akita, Y.Nakayama, K.Imasaki, et al.: "Field Emission from Entangle Carbon Nanotubes Coated on/in a Hollow Metallic Tube"Nuci. Instr. and Meth.. A475. 458-461 (2001)
• [Publications] Y.Tsunawaki, M.Masuda, Y.Tokura, M.Kusaba, N.Ohigashi, S.Akita, et al.: "Field Emission of a Mass of Entangled Carbon Nanotubes"Dig. 0f 23^<rd> Int. FEL Conf. & the 8^<th> FEL Users Workshop. MP-32 (2001)