Demonstration of a low energy dispersion beam using a superconducting RF cavity and its application to a transmission electron microscope

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H04460
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 古屋 貴章 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (70156975)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 将博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (00377962) ; 金 秀光 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (20594055) ; 小林 幸則 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (40225553) ; 東 直 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 特別助教 (70793959) ; Qiu Feng 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 助教 (80740860) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 超高圧透過型電子顕微鏡 / 超伝導空洞 / 光陰極電子銃

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、超伝導高周波空洞の優れた特性を応用した超高圧透過型電子顕微鏡を実証しようというものである。そこでは光陰極を用いた短パルス電子銃、エネルギー分散を極力抑えるための特殊な超伝導加速空洞とそれを冷却するためのクライオスタットおよび高周波制御回路が必要であり、それらで構成される電子顕微鏡の機能を実証するために、既存電子顕微鏡の電子銃部を換装することを考えている。初年度は、電子銃部のビーム特性試験準備を進めた。完成した電子銃部の放射線対策を完了し、現在は100kVの高圧電源の制御回路を準備している。完成している空洞本体に関しては冷却試験で周波数の確認は完了されているが、２つの共振モードの同時制御のための高周波回路の設計をしてその必要な構成部品を調達したところである。クライオスタットについてはヘリウム槽の製作に着手した。また実証のための既存電子顕微鏡については、電子銃を乗せ替えるための準備を進め、電子銃部を取り外した。しかし既存の高圧電源の稼働域が違うため制御回路の設計を行っている。本年度の成果としては、同型の電子銃を採用しているKEK-cERLの運転を通じて電子銃部の制御・性能を調べている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題である超伝導高周波空洞を用いた超高圧透過型電子顕微鏡の実証に向けて必要な技術開発は、光陰極を用いた短パルス電子銃、エネルギー分散を極力抑えるための特殊な超伝導加速空洞とそれを冷却するためのクライオスタットおよび高周波制御回路であり、その上で300kVの既存電子顕微鏡のビーム収束系を利用することによって原理実証する計画である。電子銃部については、付帯の熱陰極電子銃部に替わる光陰極電子銃部についてはビーム試験の準備が整っているが、高圧電源側の仕様を適応させるための検討を行った。空洞本体は2モードを同時に制御するための高周波回路を検討しその部品の調達を終えたところである。クライオスタットについてはヘリウム容器部の部品製作を開始した。また顕微鏡本体への搭載の準備として既存電子銃の取り外しを完了した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は電子銃部のビーム試験ののち、既存顕微鏡へ搭載してビームアライメントとモニターの整備を行う。空洞に関しては構築した２モード制御回路を用いて、2モード重畳にトライする。またクライオスタットの真空槽部の製作を開始する。次年度は最終年度であり、加速空洞部をクライオスタットに装着した上で顕微鏡本体に搭載し、冷却する。ビーム試験では300kVのビーム出力試験を行い、そのエネルギー分散を観測する