冷陰極磁気絶縁型電子銃による大電流円筒形相対論的電子ビームの発生

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550206
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堀田 栄喜 東京工業大学, 工学部, 助教授 (70114890)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 光明 東京工業大学, 工学部, 助手 (00196875)
• Keywords: 磁気絶縁電子銃 / 相対論的電子ビーム / 円筒形電子ビーム / 長パルス / 冷陰極

Research Abstract

自由電子レーザのような電子ビーム応用機器の小型化に役立つ、長パルス、大電流の円筒形相対論的電子ビームの発生が可能な冷陰極磁気絶縁型電子銃の特性を研究するのが目的である。磁気絶縁型電子銃はインピーダンスの時間変化が小さいのでビームの長パルス化が可能であり、また冷陰極を用いることによって熱陰極での限界密度以上の電流を引き出すことができる。さらに円筒形電子ビームとすることによって大電流化も容易である。本研究は、エネルギー100kev、電流IKA、バルス長0.5μsの大強度円筒形相対論的電子ビームの発生を目標とし、陰極径および形状、電極間距離などが可変な磁気絶縁型電子銃を製作し、ビームの電流値、単色性、一様性およびパルス幅等の印加電圧、磁界強度や電極間距離への依存性を調べ、これらの量に関する比例則を得、自由電子レーザのような機器への実用に供することのできる電子銃の製作のための基礎試料を得ようとするものである。
本年度は最適なダイオード形状の設計とこれを組み込んだ電子銃の製作に重点が置かれた。まず、電界分布や磁界分布の数値計算を行い、この結果と単一電子の運動方程式を組み合わせて粒子軌動を求め、所期の電子ビーム形状とできるだけ大きな軸方向ビームエネルギーを得ることのできる電子銃を設計した。ダイオードインピーダンスの決定については、実験に待たねばならない部分が多いので、電極間距離が可変な構造にしてある。また、所期のビーム形状の形成と安定性に必要な軸方向磁界(最大IT)を発生するためのソレノイドおよび励磁用パルス電源を設計製作した。さらに、電子ビームの発生に用いる電源として、マルクスジェネレータとインピーダンス100Ω、パルス幅500ns、耐電圧240kVの集中定数を用いたパルス形成路線を設計製作した。今後、電子銃の電気的性能を確認した後、ビーム特性を調べる予定である。