研究課題
陰極近傍の鏡像効果（金属境界近傍での空間電荷効果）によって、一旦増加した電子ビームのエミッタンスが、極めて低いエミッタンスまで減少する場合がある。この新奇な現象のメカニズムを解明すること、及び、この現象を利用して従来の常識を覆すような極低エミッタンスの電子ビーム生成法を提案することを目的として研究を実施した。具体的には、研究代表者の開発した数値シミュレーションコード等を用いてエミッタンス変化過程のパラメータ依存性を定量的に明らかにし、その依存性を支配しているメカニズムを考察した。得られた主な成果は以下の通り：(1) 研究代表者の開発したKUAD2コードで初めて見られた本現象を、定式化・離散化ともに全く異なる他の複数のコードでも再現することができた。(2) この新奇なエミッタンス増減現象が、陰極から1-2mm程度の極近傍での非線形力、その結果として生じるビーム径方向電流密度分布の非一様性、更にこの非一様性による径方向空間電荷効果の非線形性とに起因していることを明らかにした。(3) 今回解析対象としたSCSS電子銃構造および理想的な平行平板電極においては印加電圧やビーム電流に関わらず広いパラメータ範囲でこの現象が見られ、いずれの場合もエミッタンス極小値は0.1 π mm mradを下回る極低エミッタンスとなることが判明した。(4) 一方で、エミッタンスが極小となる点の陰極からの距離は、陰極表面上の印加電界強度と初期ビーム電流密度とで定義される規格化パービアンスに大きく依存し、パービアンスが小さいほど遠方となることを明らかにした。このことは、後段加速管などの配置と電子銃運転パラメータの選択により、本現象を利用した極低エミッタンスビーム生成の可能性を示唆している。
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