2017 Fiscal Year Annual Research Report
High charge and low emittance electron gun using a photoconductive switch driven electric field concentration technique
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16H07443
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (40780086)
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| Project Period (FY) |
2016-08-26 – 2018-03-31
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| Keywords | 光伝導半導体スイッチ / 電子銃 / イオン加速 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光伝導半導体スイッチ（PCSS）を用いた電界集中型加速方式という新たな加速方式を提案し、軸上加速電界がGV/mを超える高電界で電子を引き出しつつ、数mmの加速距離で空間電荷効果の影響が小さくなるMeV領域までビームを瞬時に加速するという、全く新しいコンセプトの高電荷・低エミッタンス電子銃の開発を目指すものである。
研究最終度は、電界集中型加速方式を実現に不可欠な光伝導スイッチのON抵抗の改善と駆動時間の短縮化するため、PCSS構造の改良や特性評価用回路の変更、レーザーの照射条件といったスイッチ駆動条件の最適化などを包括的に実施した。光伝導半導体スイッチの製作に関しては、まず電極間のギャップ間距離を変えたモデルや基板に対して片面ずつに電極を付けたモデルなど多数のスイッチ構造を試作した。また、半導体基板と電極の接合が低抵抗なオーミック接合となるように電極を構成する金属薄膜層の膜厚やアニール温度、昇温時間等様々な条件を変えたモデルを製作した。また、PCSSの駆動性能評価回路においては、非常に高い周波数特性を有する大電力用抵抗を採用した。さらに、スイッチ駆動のために利用するレーザー光源としては、これまで使用してきた1064nm以外に532nmや266nmなどの多波長の光源を使用した。以上のような各条件を組み合わせた性能評価試験を実施し、PCSSの最適モデル、最適照射条件等を探索した。その結果、20kV/cm以上の耐電圧特性を維持しつつ、ON抵抗が数Ω以下まで改善することに成功した。また、数ns程度で高速駆動するPCSSを製作できていることが確かめられた。また、研究で製作したPCSSにおいては、電子加速のみならず陽子やイオン加速にも利用でき、新たな加速器の可能性を見出し、論文として報告するに至った。
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| Research Progress Status |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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