JP2003100243A - 超小形マイクロ波電子源 - Google Patents
超小形マイクロ波電子源Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J33/00—Discharge tubes with provision for emergence of electrons or ions from the vessel; Lenard tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J7/00—Details not provided for in the preceding groups and common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J7/44—One or more circuit elements structurally associated with the tube or lamp
- H01J7/46—Structurally associated resonator having distributed inductance and capacitance
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 操作性に優れかつ多くの応用が期待できる超
小形のマイクロ波電子源を提供する。 【解決手段】 前記目的を達成するために、本発明によ
る超小形電子源は、同軸ケーブルＣｏを介してマイクロ
波で励起され電子を放出する超小形マイクロ波電子源に
おいて、前記開口側で同軸ケーブルＣｏの外部導体１４
に接続され、底部に開口アノード６を備える導電性のチ
ャンバ２と、一端前記同軸ケーブルＣｏの中心導体１２
に接続され他端に形成されたカーボンナノチューブ製の
冷陰極４が前記アノード６に対向して前記チャンバ２に
支持される電子源側中心導体１と、前記中心導体１を前
記チャンバ２の開口端側で機密に固定支持するカップリ
ングアイリス８と、前記チャンバ２の開口端を前記同軸
ケーブルの中心導体１２に電気的かつ機械的に接続し、
前記中心導体を前記同軸ケーブルの中心導体に接続する
接続手段１６とを備えて構成されている。
小形のマイクロ波電子源を提供する。 【解決手段】 前記目的を達成するために、本発明によ
る超小形電子源は、同軸ケーブルＣｏを介してマイクロ
波で励起され電子を放出する超小形マイクロ波電子源に
おいて、前記開口側で同軸ケーブルＣｏの外部導体１４
に接続され、底部に開口アノード６を備える導電性のチ
ャンバ２と、一端前記同軸ケーブルＣｏの中心導体１２
に接続され他端に形成されたカーボンナノチューブ製の
冷陰極４が前記アノード６に対向して前記チャンバ２に
支持される電子源側中心導体１と、前記中心導体１を前
記チャンバ２の開口端側で機密に固定支持するカップリ
ングアイリス８と、前記チャンバ２の開口端を前記同軸
ケーブルの中心導体１２に電気的かつ機械的に接続し、
前記中心導体を前記同軸ケーブルの中心導体に接続する
接続手段１６とを備えて構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可撓性の同軸ケー
ブルの先端に電子放出用の真空室を配置した超小形電子
源に関する。本発明による超小形電子源は、瞬時に大電
力を供給して、電子を発生することができるので医療の
診断や治療の分野、血管内放射線治療用、癌治療用、非
破壊検査や電子ビーム照射などの工業用の分野、研究用
分野、通信用マイクロ波電子管の分野で利用することが
できる。
ブルの先端に電子放出用の真空室を配置した超小形電子
源に関する。本発明による超小形電子源は、瞬時に大電
力を供給して、電子を発生することができるので医療の
診断や治療の分野、血管内放射線治療用、癌治療用、非
破壊検査や電子ビーム照射などの工業用の分野、研究用
分野、通信用マイクロ波電子管の分野で利用することが
できる。
【０００２】
【従来の技術】現在、放射線で治療を要する患者数が日
本国内で年間１０万人を越えると言われている。現在直
径２ｍｍ以下の放射線源としてイリジウムなどのガンマ
線源や液体にリンなどの放射能物質を詰め込んだ針また
は棒状のものが医療用に使われている。このような従来
の放射線治療は、患者にも医療関係者にも大きな負担と
なっている。この放射性物質を用いた線源は、常時放射
線を放出しているので、患者の治療の前に、照射すべき
患部を探す準備段階でも、治療対象の人体部分以外を照
射することになる。そのため取扱いが非常に複雑かつ危
険が常にともなうので、医師の負担となっていた。そこ
で、小形で治療効果が高く、患者の負担も少なくトータ
ルコストの低い電子治療システムの開発が要望されてい
る。
本国内で年間１０万人を越えると言われている。現在直
径２ｍｍ以下の放射線源としてイリジウムなどのガンマ
線源や液体にリンなどの放射能物質を詰め込んだ針また
は棒状のものが医療用に使われている。このような従来
の放射線治療は、患者にも医療関係者にも大きな負担と
なっている。この放射性物質を用いた線源は、常時放射
線を放出しているので、患者の治療の前に、照射すべき
患部を探す準備段階でも、治療対象の人体部分以外を照
射することになる。そのため取扱いが非常に複雑かつ危
険が常にともなうので、医師の負担となっていた。そこ
で、小形で治療効果が高く、患者の負担も少なくトータ
ルコストの低い電子治療システムの開発が要望されてい
る。
【０００３】医療の目的ではないが、電子放出用に同軸
線、電極、およびターゲットを用いたパルス電子発生装
置が提案（特公昭６０−２０８６５号）されている。こ
の同軸ケーブルを利用するＸ線発生装置は、冷陰極とＸ
線を放出するターゲットとの空間にヘリウムなどの不活
性ガスを使用している。しかし不活性ガス中に微量に含
まれる不純物としての酸素ガスイオンなどが冷陰極上に
強烈に衝突するので、冷陰極の耐久性に問題が生ずる。
また本来医療の目的ではないから全体として大形であ
り、血管とか体内の内腔や管に挿入して治療用の線源と
して用いることはできない。
線、電極、およびターゲットを用いたパルス電子発生装
置が提案（特公昭６０−２０８６５号）されている。こ
の同軸ケーブルを利用するＸ線発生装置は、冷陰極とＸ
線を放出するターゲットとの空間にヘリウムなどの不活
性ガスを使用している。しかし不活性ガス中に微量に含
まれる不純物としての酸素ガスイオンなどが冷陰極上に
強烈に衝突するので、冷陰極の耐久性に問題が生ずる。
また本来医療の目的ではないから全体として大形であ
り、血管とか体内の内腔や管に挿入して治療用の線源と
して用いることはできない。
【０００４】本件発明者は、前記パルスＸ線発生装置を
さらに小形化し、高圧パルスを印加してＸ線を発生する
超小形Ｘ線発生装置（Ｐ３０９０９１０）を提案してい
る。この超小形Ｘ線発生装置を用いれば、Ｘ線発生部を
セットして、準備できた状態で初めて高電圧を加えてＸ
線を発生するので、人体の良好な組織に余分照射が避け
ることができる大きい利点がある。
さらに小形化し、高圧パルスを印加してＸ線を発生する
超小形Ｘ線発生装置（Ｐ３０９０９１０）を提案してい
る。この超小形Ｘ線発生装置を用いれば、Ｘ線発生部を
セットして、準備できた状態で初めて高電圧を加えてＸ
線を発生するので、人体の良好な組織に余分照射が避け
ることができる大きい利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した超小形Ｘ線発生装置で用いられている電子源を改良
して、より操作性に優れかつさらに多くの応用が期待で
きる超小形マイクロ波電子源を提供することにある。
した超小形Ｘ線発生装置で用いられている電子源を改良
して、より操作性に優れかつさらに多くの応用が期待で
きる超小形マイクロ波電子源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による請求項１記載の超小形電子源は、同軸
ケーブルを介してマイクロ波で励起され電子を放出する
超小形マイクロ波電子源において、前記同軸ケーブルの
外導体に接続され、底部に開口アノードを備える導電性
で筒状のチャンバと、一端が前記同軸ケーブルの中心導
体に接続され、他端に形成された陰極が前記アノードに
対向して前記チャンバに支持される中心導体と、前記チ
ャンバと中心導体で形成される共振器よりなるチャンバ
組立と前記同軸ケーブルを電気的機械的に接続する接続
手段と、を備えて構成されいている。
に、本発明による請求項１記載の超小形電子源は、同軸
ケーブルを介してマイクロ波で励起され電子を放出する
超小形マイクロ波電子源において、前記同軸ケーブルの
外導体に接続され、底部に開口アノードを備える導電性
で筒状のチャンバと、一端が前記同軸ケーブルの中心導
体に接続され、他端に形成された陰極が前記アノードに
対向して前記チャンバに支持される中心導体と、前記チ
ャンバと中心導体で形成される共振器よりなるチャンバ
組立と前記同軸ケーブルを電気的機械的に接続する接続
手段と、を備えて構成されいている。
【０００７】本発明による請求項２記載の超小形電子源
は、請求項１記載の超小形電子源において、前記陰極は
電界放射形冷陰極としたものである。本発明による請求
項３記載の超小形電子源は、請求項２記載の超小形マイ
クロ波電子源において、前記冷陰極をカーボンナノチュ
ーブを用いて形成したものである。本発明による請求項
４記載の超小形電子源は、請求項３記載の超小形マイク
ロ波電子源において、前記カーボンナノチューブは前記
中心導体の先端中心部に配置され周囲はウエネルト電極
で囲まれている構成としている。本発明による請求項５
記載の超小形電子源は、請求項１記載の超小形マイクロ
波電子源において、前記チャンバはマイクロ波に対して
（４／λ）（２ｎ＋１）共振器として動作するように構
成したものである。本発明による請求項６記載の超小形
電子源は、請求項１記載の超小形マイクロ波電子源にお
いて、前記接続手段は、前記同軸ケーブル部分と前記チ
ャンバ部をねじ連結で取り外し可能に接続する手段であ
る。本発明による請求項７記載の超小形電子源は、請求
項１記載の超小形マイクロ波電子源において、前記チャ
ンバ内中心導体の基部にはフランジが設けられており、
前記フランジ部はカップリングアイリスを介して、前記
チャンバに固定され、前記同軸ケーブルのラインインピ
ーダンスと前記チャンバの共振器のインピーダンスを整
合するインピーダンス変換部を形成するものである。本
発明による請求項８記載の超小形電子源は、請求項１記
載の超小形マイクロ波電子源において、前記チャンバ組
立の開口アノードには電子ビームを透過させる密封窓が
設けられており、密封窓を透過した電子により、直接目
的物を照射するように構成されている。本発明による請
求項９記載の超小形電子源は、請求項１記載の超小形マ
イクロ波電子源において、前記チャンバ組立の開口アノ
ードは、真空空間を形成する他の容器に接続されるよう
に構成されている。本発明による請求項１０記載の超小
形電子源は、請求項９記載の超小形マイクロ波電子源に
おいて、前記他の真空空間はビームコリメータを介して
前記チャンバ組立の開口アノードに接続されるように構
成されている。本発明による請求項１１記載の超小形電
子源は、請求項９記載の超小形マイクロ波電子源におい
て、前記真空空間を形成する他の容器は、ＲＦガン、線
形加速器、ＴＷＴ、またはクライストロンの電極容器で
ある。本発明による請求項１２記載の超小形電子源は、
請求項９記載の超小形マイクロ波電子源において、前記
他の真空空間は前記アノード開口に対面するＸ線ターゲ
ットとＸ線放射窓を備えるＸ線発生チャンバである。本
発明による請求項１３記載の超小形電子源は、請求項
１，２または３記載の超小形マイクロ波電子源におい
て、前記超小形Ｘ線源は、マイクロ波バーストにより連
続間欠的に駆動されるように構成したものである。
は、請求項１記載の超小形電子源において、前記陰極は
電界放射形冷陰極としたものである。本発明による請求
項３記載の超小形電子源は、請求項２記載の超小形マイ
クロ波電子源において、前記冷陰極をカーボンナノチュ
ーブを用いて形成したものである。本発明による請求項
４記載の超小形電子源は、請求項３記載の超小形マイク
ロ波電子源において、前記カーボンナノチューブは前記
中心導体の先端中心部に配置され周囲はウエネルト電極
で囲まれている構成としている。本発明による請求項５
記載の超小形電子源は、請求項１記載の超小形マイクロ
波電子源において、前記チャンバはマイクロ波に対して
（４／λ）（２ｎ＋１）共振器として動作するように構
成したものである。本発明による請求項６記載の超小形
電子源は、請求項１記載の超小形マイクロ波電子源にお
いて、前記接続手段は、前記同軸ケーブル部分と前記チ
ャンバ部をねじ連結で取り外し可能に接続する手段であ
る。本発明による請求項７記載の超小形電子源は、請求
項１記載の超小形マイクロ波電子源において、前記チャ
ンバ内中心導体の基部にはフランジが設けられており、
前記フランジ部はカップリングアイリスを介して、前記
チャンバに固定され、前記同軸ケーブルのラインインピ
ーダンスと前記チャンバの共振器のインピーダンスを整
合するインピーダンス変換部を形成するものである。本
発明による請求項８記載の超小形電子源は、請求項１記
載の超小形マイクロ波電子源において、前記チャンバ組
立の開口アノードには電子ビームを透過させる密封窓が
設けられており、密封窓を透過した電子により、直接目
的物を照射するように構成されている。本発明による請
求項９記載の超小形電子源は、請求項１記載の超小形マ
イクロ波電子源において、前記チャンバ組立の開口アノ
ードは、真空空間を形成する他の容器に接続されるよう
に構成されている。本発明による請求項１０記載の超小
形電子源は、請求項９記載の超小形マイクロ波電子源に
おいて、前記他の真空空間はビームコリメータを介して
前記チャンバ組立の開口アノードに接続されるように構
成されている。本発明による請求項１１記載の超小形電
子源は、請求項９記載の超小形マイクロ波電子源におい
て、前記真空空間を形成する他の容器は、ＲＦガン、線
形加速器、ＴＷＴ、またはクライストロンの電極容器で
ある。本発明による請求項１２記載の超小形電子源は、
請求項９記載の超小形マイクロ波電子源において、前記
他の真空空間は前記アノード開口に対面するＸ線ターゲ
ットとＸ線放射窓を備えるＸ線発生チャンバである。本
発明による請求項１３記載の超小形電子源は、請求項
１，２または３記載の超小形マイクロ波電子源におい
て、前記超小形Ｘ線源は、マイクロ波バーストにより連
続間欠的に駆動されるように構成したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明によ
る超小形マイクロ波電子源の実施の形態を説明する。図
１は、本発明に係わる超小形電子源実施例の拡大断面図
であって、チャンバ組立Ｃｈを同軸組立Ｃｏに接続した
状態で示してある。本発明による超小形電子源は同軸ケ
ーブルを介して、駆動回路からのマイクロ波で励起され
電子を放出する。チャンバ２は、同軸ケーブルの外部導
体１４と略同径である。チャンバ組立Ｃｈは、同軸ケー
ブルの先端に、接続手段を介して着脱可能に接続され
る。
る超小形マイクロ波電子源の実施の形態を説明する。図
１は、本発明に係わる超小形電子源実施例の拡大断面図
であって、チャンバ組立Ｃｈを同軸組立Ｃｏに接続した
状態で示してある。本発明による超小形電子源は同軸ケ
ーブルを介して、駆動回路からのマイクロ波で励起され
電子を放出する。チャンバ２は、同軸ケーブルの外部導
体１４と略同径である。チャンバ組立Ｃｈは、同軸ケー
ブルの先端に、接続手段を介して着脱可能に接続され
る。
【０００９】チャンバ２は、導電性を備え筒状であり、
底部（先端）中心に開口が設けられ開口の周りは筒内に
突出しアノード６を形成している。開口の外にはチタ
ン、シリコンなどの窓７が設けられている。この窓はチ
ャンバ内を真空に保ち電子を透過する。チャンバ２の中
心に配置されている中心導体１の先端部には冷陰極を形
成するカーボンナノチューブ４が設けられ、その周縁部
にはウエネルト電極５で囲まれている。なお、カーボン
ナノチューブを金属上に成長させる技術があり、この実
施例では、中心導体１の先端部に成長させる。この実施
例ではウエネルト電極５は中心導体１に固着され冷陰極
と同じ電位に保たれている。中心導体１の基部側にはフ
ランジ部１ｂと先端側から割りが入っている結合ピン１
ａが設けられている。中心導体１はそのフランジ部品１
ｂでカップリングアイリス８により前記チャンバ２の中
心に支持されている。なお、ゲッタ９は同軸共振器の一
部を形成しチャンバ内空間に配置され、真空度を維持す
る。
底部（先端）中心に開口が設けられ開口の周りは筒内に
突出しアノード６を形成している。開口の外にはチタ
ン、シリコンなどの窓７が設けられている。この窓はチ
ャンバ内を真空に保ち電子を透過する。チャンバ２の中
心に配置されている中心導体１の先端部には冷陰極を形
成するカーボンナノチューブ４が設けられ、その周縁部
にはウエネルト電極５で囲まれている。なお、カーボン
ナノチューブを金属上に成長させる技術があり、この実
施例では、中心導体１の先端部に成長させる。この実施
例ではウエネルト電極５は中心導体１に固着され冷陰極
と同じ電位に保たれている。中心導体１の基部側にはフ
ランジ部１ｂと先端側から割りが入っている結合ピン１
ａが設けられている。中心導体１はそのフランジ部品１
ｂでカップリングアイリス８により前記チャンバ２の中
心に支持されている。なお、ゲッタ９は同軸共振器の一
部を形成しチャンバ内空間に配置され、真空度を維持す
る。
【００１０】前記チャンバ２には開口端側に結合ねじ２
ａが設けられている。前記同軸ケーブルの結合端側には
接続リング１６が設けられており、その先端に結合雌ね
じ１６ａが設けられている。接続リング１６には外部導
体１４が接続されている。また同軸ケーブルの中心導体
１２の先端には結合孔が設けられている。前記ケーブル
の内部絶縁部１３は発泡性のテフロン（登録商標）絶縁
物を利用し、大電力と高い周波数に対して良い性能を維
持する。
ａが設けられている。前記同軸ケーブルの結合端側には
接続リング１６が設けられており、その先端に結合雌ね
じ１６ａが設けられている。接続リング１６には外部導
体１４が接続されている。また同軸ケーブルの中心導体
１２の先端には結合孔が設けられている。前記ケーブル
の内部絶縁部１３は発泡性のテフロン（登録商標）絶縁
物を利用し、大電力と高い周波数に対して良い性能を維
持する。
【００１１】チャンバ組立Ｃｈの中心導体１の結合ピン
１ａを同軸組立Ｃｏの中心導体１２の先端の結合孔に対
応させ、チャンバ組立Ｃｈの開口端側に結合ねじ２ａを
同軸組立Ｃｏの接続リング１６の結合雌ねじ１６ａにね
じ結合させて、チャンバ組立Ｃｈと同軸組立Ｃｏを一体
に結合する。なおチャンバ２および同軸組立Ｃｏの外面
はそれぞれ、電気的絶縁材料の被膜３、１５で覆われて
いる。
１ａを同軸組立Ｃｏの中心導体１２の先端の結合孔に対
応させ、チャンバ組立Ｃｈの開口端側に結合ねじ２ａを
同軸組立Ｃｏの接続リング１６の結合雌ねじ１６ａにね
じ結合させて、チャンバ組立Ｃｈと同軸組立Ｃｏを一体
に結合する。なおチャンバ２および同軸組立Ｃｏの外面
はそれぞれ、電気的絶縁材料の被膜３、１５で覆われて
いる。
【００１２】次にこの超小形Ｘ線源の電気的動作を図２
〜５を参照して説明する。本発明で用いる同軸組立Ｃｏ
により形成される超小形の伝送線路は、ガラスまたはセ
ラミック壁で形成するカップリングアイリス８を介して
チャンバ組立Ｃｈのチャンバ２と中心導体１に電気的に
結合されている。図３は、本発明に係わる超小形Ｘ線発
生源内部の電磁界を示す略図である。図４は、超小形Ｘ
線源内部のキャビティ電磁界の分布を示すグラフであ
る。チャンバ２の回路はマイクロ波に対して共振回路を
形成し、マイクロ波の波長をλとすれば、チャンバの長
さは略Ｌ＝λ／４になる。チャンバ内のマイクロ波の電
磁界の分布は、図３に示すように、チャンバ２の中心導
体１から外部導体１４の表面に向って電界（Ｅ）２５が
生じ、ガラスまたはセラミック壁のチャンバ内部側にチ
ャンバ内の中心導体１の軸の周りに磁界（Ｈ）２６が生
ずる。図４に示すように、電界（Ｅ）２５の強度分布
は、チャンバの図面に向って右に進む位置にしたがって
大きくなる。一方磁界（Ｈ）２６の強度分布は、左に進
む位置にしたがって大きくなる。冷陰極で電子を発生さ
せるのには、マイクロ波電力により、冷陰極４とアノー
ド６間に５０ＫＶから１００ＫＶ程度の高電圧を発生さ
せる。
〜５を参照して説明する。本発明で用いる同軸組立Ｃｏ
により形成される超小形の伝送線路は、ガラスまたはセ
ラミック壁で形成するカップリングアイリス８を介して
チャンバ組立Ｃｈのチャンバ２と中心導体１に電気的に
結合されている。図３は、本発明に係わる超小形Ｘ線発
生源内部の電磁界を示す略図である。図４は、超小形Ｘ
線源内部のキャビティ電磁界の分布を示すグラフであ
る。チャンバ２の回路はマイクロ波に対して共振回路を
形成し、マイクロ波の波長をλとすれば、チャンバの長
さは略Ｌ＝λ／４になる。チャンバ内のマイクロ波の電
磁界の分布は、図３に示すように、チャンバ２の中心導
体１から外部導体１４の表面に向って電界（Ｅ）２５が
生じ、ガラスまたはセラミック壁のチャンバ内部側にチ
ャンバ内の中心導体１の軸の周りに磁界（Ｈ）２６が生
ずる。図４に示すように、電界（Ｅ）２５の強度分布
は、チャンバの図面に向って右に進む位置にしたがって
大きくなる。一方磁界（Ｈ）２６の強度分布は、左に進
む位置にしたがって大きくなる。冷陰極で電子を発生さ
せるのには、マイクロ波電力により、冷陰極４とアノー
ド６間に５０ＫＶから１００ＫＶ程度の高電圧を発生さ
せる。
【００１３】図５は、本発明に係わる超小形電子源の伝
送線（同軸ケーブル）およびチャンバの等価回路であ
る。同軸ケーブル組立Ｃｏの同軸ケーブルのインピーダ
ンスＺは（Ｌ／Ｃ) 1/2で与えられる分布定数回路であ
る。この実施例ではインピーダンスＺを５０Ωとしてあ
る。ガラスまたはセラミックで構成するカップリングア
イリス８の内径とチャンバ内の中心導体１に設けられた
フランジ部１ｂのステップ部（図１参照）はマイクロ波
のインピーダンストランスホーマを形成する。その等価
回路は１：Ｎの昇圧トランスで表される。チャンバ内の
等価回路はＬc とＣc の共振回路になり、その回路の等
価シャントインピーダンスはＲshで表される。等価シャ
ントインピーダンスはＲshはこの共振回路の損失に関係
する。マイクロ波発振器の電力増幅された出力電力は、
伝送回路に効率良く伝達するために、この電力増幅回路
の出力インピーダンスＲshを伝送回路のシャントインピ
ーダンスＺ＝（Ｌ／Ｃ) 1/2に一致させる必要がある。
送線（同軸ケーブル）およびチャンバの等価回路であ
る。同軸ケーブル組立Ｃｏの同軸ケーブルのインピーダ
ンスＺは（Ｌ／Ｃ) 1/2で与えられる分布定数回路であ
る。この実施例ではインピーダンスＺを５０Ωとしてあ
る。ガラスまたはセラミックで構成するカップリングア
イリス８の内径とチャンバ内の中心導体１に設けられた
フランジ部１ｂのステップ部（図１参照）はマイクロ波
のインピーダンストランスホーマを形成する。その等価
回路は１：Ｎの昇圧トランスで表される。チャンバ内の
等価回路はＬc とＣc の共振回路になり、その回路の等
価シャントインピーダンスはＲshで表される。等価シャ
ントインピーダンスはＲshはこの共振回路の損失に関係
する。マイクロ波発振器の電力増幅された出力電力は、
伝送回路に効率良く伝達するために、この電力増幅回路
の出力インピーダンスＲshを伝送回路のシャントインピ
ーダンスＺ＝（Ｌ／Ｃ) 1/2に一致させる必要がある。
【００１４】カップリングアイリス８でアイリスの大き
さを調節してチャンバ（共振器）のＱの値Ｑch＝ωＣＲ
sh＝ωＵ／Ｐchと同軸組み立てのＱ，Ｑco＝ωＵ／Ｐco
とを合わせる。ここにおいてＰchはチャンバ（共振器）
側の損失，Ｐcoは同軸を含む駆動側の損失でありＵは蓄
積エネルギーである。これにより、同軸からの全てのエ
ネルギーを反射させることなくチャンバ（共振器）に入
力することができる。すなわち、アイリスの役割は、カ
ップリングの相互インダクタンスＭ（図５参照）を変え
ることにより、電源側のインピーダンスと負荷側のイン
ピーダンスを合わせることにある。
さを調節してチャンバ（共振器）のＱの値Ｑch＝ωＣＲ
sh＝ωＵ／Ｐchと同軸組み立てのＱ，Ｑco＝ωＵ／Ｐco
とを合わせる。ここにおいてＰchはチャンバ（共振器）
側の損失，Ｐcoは同軸を含む駆動側の損失でありＵは蓄
積エネルギーである。これにより、同軸からの全てのエ
ネルギーを反射させることなくチャンバ（共振器）に入
力することができる。すなわち、アイリスの役割は、カ
ップリングの相互インダクタンスＭ（図５参照）を変え
ることにより、電源側のインピーダンスと負荷側のイン
ピーダンスを合わせることにある。
【００１５】図６は、本発明による超小形電子源の駆動
回路の回路図である。マイクロ波発振器３０の発振周波
数は３から数１０GHｚとし、装置を小形化すると同時に
耐電力を上げるためには、高い周波数を選択することが
好ましい。またマイクロ波を使用すると、伝送ケーブル
の誘電体の電圧破壊が起こらず、小形のシステムで高圧
大電力を伝送することができる利点がある。マイクロ波
はＰＩＮダイオードモジュレータ３１で、１００nsecか
ら１μsec の変調器用パルス信号３６で変調される。こ
のようにして連続マイクロ波信号はパルス信号によって
パルス変調されたマイクロ波信号に変換される。このよ
うにパルス変調することにより、電子ビームの平均出力
を精度良くコントロールすることがでる。変調用パルス
信号３６の繰り返し数は１秒間当たり数１００パルスに
する。変調されたマイクロ波信号は可変減衰器３２、増
幅器３３、サーキュレータ３４0 を介して３段の分波器
３５0 〜３５6 に接続される。最終段の分波器３５3 〜
３５6 の出力はそれぞれ、サーキュレータ３４1 〜３４
8 、同軸ケーブルＣｏ1 〜Ｃｏ8を介して、チャンバ組
立Ｃｈ1 〜Ｃｈ8 に接続され、それぞれから電子ビーム
を放出する。なお各超小形マイクロ波電子源には、それ
ぞれサーキュレータ３４1〜３４8 を介して電力が接続
されるので、各超小形マイクロ波電子源は他の出力負荷
条件に影響を受けることなく安定して動作することがで
きる。
回路の回路図である。マイクロ波発振器３０の発振周波
数は３から数１０GHｚとし、装置を小形化すると同時に
耐電力を上げるためには、高い周波数を選択することが
好ましい。またマイクロ波を使用すると、伝送ケーブル
の誘電体の電圧破壊が起こらず、小形のシステムで高圧
大電力を伝送することができる利点がある。マイクロ波
はＰＩＮダイオードモジュレータ３１で、１００nsecか
ら１μsec の変調器用パルス信号３６で変調される。こ
のようにして連続マイクロ波信号はパルス信号によって
パルス変調されたマイクロ波信号に変換される。このよ
うにパルス変調することにより、電子ビームの平均出力
を精度良くコントロールすることがでる。変調用パルス
信号３６の繰り返し数は１秒間当たり数１００パルスに
する。変調されたマイクロ波信号は可変減衰器３２、増
幅器３３、サーキュレータ３４0 を介して３段の分波器
３５0 〜３５6 に接続される。最終段の分波器３５3 〜
３５6 の出力はそれぞれ、サーキュレータ３４1 〜３４
8 、同軸ケーブルＣｏ1 〜Ｃｏ8を介して、チャンバ組
立Ｃｈ1 〜Ｃｈ8 に接続され、それぞれから電子ビーム
を放出する。なお各超小形マイクロ波電子源には、それ
ぞれサーキュレータ３４1〜３４8 を介して電力が接続
されるので、各超小形マイクロ波電子源は他の出力負荷
条件に影響を受けることなく安定して動作することがで
きる。
【００１６】本発明において、チャンバ２は空洞共振器
を形成しており、この空洞共振器のシャントインピーダ
ンスは、励振周波数３ＧＨｚで０．２ＭΩ程度である。
したがって、５０ｋＷの入力ピーク電力に対して約１０
０ｋＶの電力の電子ビームを発生することができる。な
お、シャントインピーダンスＲshは、次の式で与えられ
る。 Ｒsh＝(60 π/ δλ)[4l2(ln( r2/r1))2]/[2ln( r2/r1)
＋l(1/r1＋1/r2)] ここにおいて、 δ ： 表皮効果厚さ λ ： マイクロ波波長 l ： チャンバの長さ r1 ： 中心導体の内半径 r2 ： チャンバの内径 ｇ ： ギャップの長さ（中心導体の先端からアノード
までの距離） ギャップの長さｇがチャンバの長さｌと比較して充分に
小さいときには、上式に示すようにｇを無視してよい。
を形成しており、この空洞共振器のシャントインピーダ
ンスは、励振周波数３ＧＨｚで０．２ＭΩ程度である。
したがって、５０ｋＷの入力ピーク電力に対して約１０
０ｋＶの電力の電子ビームを発生することができる。な
お、シャントインピーダンスＲshは、次の式で与えられ
る。 Ｒsh＝(60 π/ δλ)[4l2(ln( r2/r1))2]/[2ln( r2/r1)
＋l(1/r1＋1/r2)] ここにおいて、 δ ： 表皮効果厚さ λ ： マイクロ波波長 l ： チャンバの長さ r1 ： 中心導体の内半径 r2 ： チャンバの内径 ｇ ： ギャップの長さ（中心導体の先端からアノード
までの距離） ギャップの長さｇがチャンバの長さｌと比較して充分に
小さいときには、上式に示すようにｇを無視してよい。
【００１７】アノード６と冷陰極４との間に印加するマ
イクロ波の電圧を数１００Ｋｖとすると、瞬時電力（ピ
ーク電力）は，Ｐ＝Ｖ2 ／Ｒshで表され、約５０ＫＷに
なる。変調パルスの幅を１μsec 、パルスの繰り返しサ
イクルを１秒当たり１００パルスとすると仕事量（Ｗ*S
EC）は 約５W*SEC になる。このように、瞬時に電力は
極めて大きい電子線が発生することができる。しかし間
欠的にマイクロ波バーストによる電子銃の動作により、
１秒間当たりの仕事量は比較的少ないので、チャンバ内
の温度上昇は少ない。
イクロ波の電圧を数１００Ｋｖとすると、瞬時電力（ピ
ーク電力）は，Ｐ＝Ｖ2 ／Ｒshで表され、約５０ＫＷに
なる。変調パルスの幅を１μsec 、パルスの繰り返しサ
イクルを１秒当たり１００パルスとすると仕事量（Ｗ*S
EC）は 約５W*SEC になる。このように、瞬時に電力は
極めて大きい電子線が発生することができる。しかし間
欠的にマイクロ波バーストによる電子銃の動作により、
１秒間当たりの仕事量は比較的少ないので、チャンバ内
の温度上昇は少ない。
【００１８】図７は本発明に係るコリメータを備えた超
小形電子源のチャンバの実施例を示す拡大断面図であ
る。この実施例は図１を参照した実施例の電子線用の窓
７を除き、アノード６に続いてコリメータ２０を設けて
ある。先に説明した実施例と共通する部分には同じ数字
を付して説明を省略する。コリメータ２０の他端はマイ
クロ波電子管などに真空容器に接続され、このチャンバ
は、それらの電子管の電子源として使用され、コリメー
トされた電子流を供給する。
小形電子源のチャンバの実施例を示す拡大断面図であ
る。この実施例は図１を参照した実施例の電子線用の窓
７を除き、アノード６に続いてコリメータ２０を設けて
ある。先に説明した実施例と共通する部分には同じ数字
を付して説明を省略する。コリメータ２０の他端はマイ
クロ波電子管などに真空容器に接続され、このチャンバ
は、それらの電子管の電子源として使用され、コリメー
トされた電子流を供給する。
【００１９】図８は他の真空室２１に連結された本発明
に係る超小形電子源の実施例を示す拡大断面図である。
図７に示し実施例同様に電子線放出窓を用いていない。
真空室２１には、試料２２が配置されており、電子ビー
ムにより照射され、試料の材質や、物理的化学的な性質
の調査等に利用される。
に係る超小形電子源の実施例を示す拡大断面図である。
図７に示し実施例同様に電子線放出窓を用いていない。
真空室２１には、試料２２が配置されており、電子ビー
ムにより照射され、試料の材質や、物理的化学的な性質
の調査等に利用される。
【００２０】図９は、ＲＦガンのマイクロ波キャビティ
に連結された本発明に係る超小形電子源の実施例を示す
拡大断面図である。本発明による超小形マイクロ波電子
源のチャンバ２はＲＦガンの電子受け入れ開口に密封固
定される。チャンバ２には同軸ケーブルＣｏを介してマ
イクロ波エネルギーが供給される。中心導体１の先端の
陰極から放出された電子は、さらに加速されたバンチビ
ーム２４となる。なおチャンバ２は、マイクロ波に対し
てλ／４の空洞として機能している。この様な構成にす
れば、チャンバ内の陰極は、バックボンバードメントか
ら、有効に保護される。また、本発明による超小形マイ
クロ波電子源は前述したＲＦガンだけだはなく他のマイ
クロ波電子管、例えばクライストロン、加速器、ＴＷＴ
の電子源としても利用できる。この場合においても、同
様に陰極はバックボンバードメントから保護される。
に連結された本発明に係る超小形電子源の実施例を示す
拡大断面図である。本発明による超小形マイクロ波電子
源のチャンバ２はＲＦガンの電子受け入れ開口に密封固
定される。チャンバ２には同軸ケーブルＣｏを介してマ
イクロ波エネルギーが供給される。中心導体１の先端の
陰極から放出された電子は、さらに加速されたバンチビ
ーム２４となる。なおチャンバ２は、マイクロ波に対し
てλ／４の空洞として機能している。この様な構成にす
れば、チャンバ内の陰極は、バックボンバードメントか
ら、有効に保護される。また、本発明による超小形マイ
クロ波電子源は前述したＲＦガンだけだはなく他のマイ
クロ波電子管、例えばクライストロン、加速器、ＴＷＴ
の電子源としても利用できる。この場合においても、同
様に陰極はバックボンバードメントから保護される。
【００２１】図１０はＸ線発生ドームに連結された本発
明に係るＸ線発生用の超小形電子源の実施例を示す拡大
断面図である。アノード６を通過した加速された電子ビ
ームは、Ｘ線発生ドーム４０に支持されているＸ線ター
ゲット４１にあたり、Ｘ線を発生させる。Ｘ線は、Ｘ線
窓４２を介して外部に放出される。Ｘ線発生ドーム４０
には結合ねじ４０ａにより、チャンバ２の先端外周に設
けられているねじ２ａに結合される。このようにして形
成された超小形Ｘ線源は、血管内放射線治療用Ｘ線源や
癌治療用小線源として利用される。特に超小形Ｘ線発生
源とケーブル間の接続を、図１に示したようにねじ等で
取り外しが可能に接続できる。
明に係るＸ線発生用の超小形電子源の実施例を示す拡大
断面図である。アノード６を通過した加速された電子ビ
ームは、Ｘ線発生ドーム４０に支持されているＸ線ター
ゲット４１にあたり、Ｘ線を発生させる。Ｘ線は、Ｘ線
窓４２を介して外部に放出される。Ｘ線発生ドーム４０
には結合ねじ４０ａにより、チャンバ２の先端外周に設
けられているねじ２ａに結合される。このようにして形
成された超小形Ｘ線源は、血管内放射線治療用Ｘ線源や
癌治療用小線源として利用される。特に超小形Ｘ線発生
源とケーブル間の接続を、図１に示したようにねじ等で
取り外しが可能に接続できる。
【００２２】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
る超小形電子源は先端の筒の外径を同軸ケーブルの外導
体と略同じにしてあるから、極めて細く、例えば２ｍｍ
程度にすることができる。そのために、医療の分野での
電子の照射またはＸ線の発生に利用できる。超小形Ｘ線
発生源は、血管内放射線治療用Ｘ線源や癌治療用小線源
として利用される。また他の真空容器と結合して工業
用，分析用の電子源として利用できる。さらにまたマイ
クロ波電子管、例えばクライストロン、加速器、ＴＷＴ
の電子源としても利用できる。
る超小形電子源は先端の筒の外径を同軸ケーブルの外導
体と略同じにしてあるから、極めて細く、例えば２ｍｍ
程度にすることができる。そのために、医療の分野での
電子の照射またはＸ線の発生に利用できる。超小形Ｘ線
発生源は、血管内放射線治療用Ｘ線源や癌治療用小線源
として利用される。また他の真空容器と結合して工業
用，分析用の電子源として利用できる。さらにまたマイ
クロ波電子管、例えばクライストロン、加速器、ＴＷＴ
の電子源としても利用できる。
【００２３】また、本発明による電子源を研究用の加速
器の電子源として使用することがでのる。特にＲＦガン
の電子源として用いると、電子ビームの陰極へのバック
ボンバードメントを殆ど無くすることができる。超小形
電子源または超小形Ｘ線源とケーブル間の接続をねじ等
を用いで取り外しが可能に接続できる。これにより、消
耗する超小形Ｘ線発生源のメンテナンス等が容易とな
る。
器の電子源として使用することがでのる。特にＲＦガン
の電子源として用いると、電子ビームの陰極へのバック
ボンバードメントを殆ど無くすることができる。超小形
電子源または超小形Ｘ線源とケーブル間の接続をねじ等
を用いで取り外しが可能に接続できる。これにより、消
耗する超小形Ｘ線発生源のメンテナンス等が容易とな
る。
【００２４】以上詳しく説明した実施例について、本発
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。好適な陰
極の実施例として、冷陰極電界放射のカーボンナノチュ
ーブを示したが、従来用いられている他の陰極を用いる
こともできる。本発明による超小形マイクロ波電子源の
チャンバ組立にＸ線ドームを着脱可能に結合する例を示
したが、Ｘ線ターゲットを含む空間を一体に接続して設
けることもできる。
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。好適な陰
極の実施例として、冷陰極電界放射のカーボンナノチュ
ーブを示したが、従来用いられている他の陰極を用いる
こともできる。本発明による超小形マイクロ波電子源の
チャンバ組立にＸ線ドームを着脱可能に結合する例を示
したが、Ｘ線ターゲットを含む空間を一体に接続して設
けることもできる。
【図１】本発明に係る超小形電子源の実施例装置のチャ
ンバと同軸ケーブルの断面図である。
ンバと同軸ケーブルの断面図である。
【図２】前記超小形電子源の概略構造図を示す。
【図３】前記超小形電子源のチャンバ内部の電磁界の分
布状態を示す略図である。
布状態を示す略図である。
【図４】前記超小形電子源キャビティ内部の電磁界の強
度分布を示すグラフである。
度分布を示すグラフである。
【図５】前記超小形電子源のチャンバと伝送線の等価回
路を示す図である。
路を示す図である。
【図６】本発明に係る超小形電子源の駆動回路の回路図
である。
である。
【図７】本発明に係るコリメータを備えた超小形電子源
のチャンバの実施例を示す拡大断面図である。
のチャンバの実施例を示す拡大断面図である。
【図８】他の真空試料室に連結された本発明に係る超小
形電子源の実施例を示す拡大断面図である。
形電子源の実施例を示す拡大断面図である。
【図９】ＲＦガンのマイクロ波キャビティに接続された
本発明に係る超小形電子源の実施例を示す拡大断面図で
ある。
本発明に係る超小形電子源の実施例を示す拡大断面図で
ある。
【図１０】Ｘ線発生ドームに連結された本発明に係るＸ
線発生用の超小形電子源の実施例を示す拡大断面図であ
る。
線発生用の超小形電子源の実施例を示す拡大断面図であ
る。
Ｃｈ（Ｃｈ1 〜Ｃｈ8) チャンバ組立（共振器）
Ｃｏ（Ｃo 1 〜Ｃo 8) 同軸ケーブル（伝送線）組立
１ 中心導体
１ａ 結合ピン
１ｂ 中心導体のフランジ部
２ チャンバ
２ａ チャンバ結合ねじ
３，１５ 電気的絶縁材の被覆
４ カーボンナノチューブ（冷陰極）
５ ウエネルト電極
６ アノード
７ 窓
８ カップリングアイリス
９ ゲッタ
１２ 中心導体（ケーブル）
１３ 発泡性のテフロン（登録商標）絶縁物（内部絶縁
部） １４ 外部導体 １６ 接続手段（接続リング） １６ａ 雌ねじ ２０ コリメータ ２１ 真空室 ２２ 試料 ２３ ＲＦガン（電子銃） ２４ 加速バンチビーム ２５ 電界 ２６ 磁界 ３０ マイクロ波発振器 ３１ ＰＩＮダイオードモジュレータ ３２ 可変減衰器 ３３ 増幅器 ３４（３４0,３４1 〜３４8 ） サーキュレータ ３５（３５0,３５1 〜３５6 ） 分波器 ３６ 変調器用パルス信号 ４０ Ｘ線ドーム ４０ａ ドーム結合雌ねじ ４１ ターゲット ４２ Ｘ線窓
部） １４ 外部導体 １６ 接続手段（接続リング） １６ａ 雌ねじ ２０ コリメータ ２１ 真空室 ２２ 試料 ２３ ＲＦガン（電子銃） ２４ 加速バンチビーム ２５ 電界 ２６ 磁界 ３０ マイクロ波発振器 ３１ ＰＩＮダイオードモジュレータ ３２ 可変減衰器 ３３ 増幅器 ３４（３４0,３４1 〜３４8 ） サーキュレータ ３５（３５0,３５1 〜３５6 ） 分波器 ３６ 変調器用パルス信号 ４０ Ｘ線ドーム ４０ａ ドーム結合雌ねじ ４１ ターゲット ４２ Ｘ線窓
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｊ 1/304 Ｈ０１Ｊ 23/06 ５Ｃ１３５
23/06 35/06 Ｂ
35/06 Ｈ０５Ｈ 7/08
Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｆ
Ｈ０５Ｈ 7/08 Ｈ０５Ｇ 1/00 Ｄ
Ｆターム(参考） 2G085 BA01 BE06 EA07
4C082 MA01 MC01 MC05 MG03
4C092 AA01 AB07 AB27 AC01 AC08
BD15
5C029 DD01
5C030 CC02
5C135 AA09 AA15 AB07
Claims (13)
- 【請求項１】 同軸ケーブルを介してマイクロ波で励起
され電子を放出する超小形マイクロ波電子源において、 前記同軸ケーブルの外導体に接続され、底部に開口アノ
ードを備える導電性で筒状のチャンバと、 一端が前記同軸ケーブルの中心導体に接続され、他端に
形成された陰極が前記アノードに対向して前記チャンバ
に支持される中心導体と、 前記チャンバと中心導体で形成される共振器よりなるチ
ャンバ組立と前記同軸ケーブルを電気的機械的に接続す
る接続手段と、を備える超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項２】 前記陰極は電界放射形冷陰極である請求
項１記載の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項３】 前記冷陰極は、カーボンナノチューブを
用いて形成されたものである請求項２記載の超小形マイ
クロ波電子源。 - 【請求項４】 前記カーボンナノチューブは前記中心導
体の先端中心部に配置され周囲はウエネルト電極で囲ま
れている請求項３記載の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項５】 前記チャンバはマイクロ波に対して（４
／λ）（２ｎ＋１）共振器として動作する請求項１記載
の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項６】 前記接続手段は、前記同軸ケーブル部分
と前記チャンバ部をねじ連結で取り外し可能に接続する
手段である請求項１記載の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項７】 前記チャンバ内中心導体の基部にはフラ
ンジが設けられており、前記フランジ部はカップリング
アイリスを介して、前記チャンバに固定され、前記同軸
ケーブルのラインインピーダンスと前記チャンバの共振
器のインピーダンスを整合するインピーダンス変換部を
形成する請求項１記載の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項８】 請求項１記載の超小形マイクロ波電子源
において、前記チャンバ組立の開口アノードには電子ビ
ームを透過させる密封窓が設けられており、密封窓を透
過した電子により、直接目的物を照射する超小形マイク
ロ波電子源。 - 【請求項９】 請求項１記載の超小形マイクロ波電子源
において、前記チャンバ組立の開口アノードは、真空空
間を形成する他の容器に接続されている超小形マイクロ
波電子源。 - 【請求項１０】 請求項９記載の超小形マイクロ波電子
源において、前記他の真空空間はビームコリメータを介
して前記チャンバ組立の開口アノードに接続されている
超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項１１】 請求項９記載の超小形マイクロ波電子
源において、前記真空空間を形成する他の容器は、ＲＦ
ガン、線形加速器、ＴＷＴ、またはクライストロンの電
極容器である超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項１２】 請求項９記載の超小形マイクロ波電子
源において、前記他の真空空間は前記アノード開口に対
面するＸ線ターゲットとＸ線放射窓を備えるＸ線発生チ
ャンバであるＸ線放射用の超小形マイクロ波電子源。 - 【請求項１３】 請求項１，２または３記載の超小形マ
イクロ波電子源において、前記超小形Ｘ線源は、マイク
ロ波バーストにより連続間欠的に駆動されるものである
超小形Ｘ線源。
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