JP2010192353A

JP2010192353A - 電子管

Info

Publication number: JP2010192353A
Application number: JP2009037482A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tanabe; 昭治田辺
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】複雑な構造にすることなく、電子銃側とコレクタ側から発生するガスを効率よく排気することが可能となり、また管内放電や発振条件の変化等を良好に抑制できるようにする。
【解決手段】電子ビームを発生させる電子銃１、磁場を与える磁石２５、電磁波を発生させるキャビティ６、電子ビームを回収するコレクタ１１等を有するジャイロトロンで、キャビティ６の外周に冷却層２０を配置すると共に、この冷却層２０の外周に高真空層２１を設け、この高真空層２１をコレクタ１１側に排気口２２を介して空間結合し、かつ電子銃１側に排気バイパス２３により空間結合する。これにより、電子銃１側の残留ガスがキャビティ６を通さずに外部へ排気されるので、真空度劣化が防止される。また、冷却層２０により、コレクタ１１だけでなく、テーパー導波管５ａ,５ｂ、キャビティ６の過熱が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明はジャイロトロン等の電子管、特に管球内の真空度の良好な維持、向上を図るための電子管の構造に関する。

従来から、マイクロ波又はミリ波を発生させる電子管として、例えばジャイロトロンが用いられており、このジャイロトロンの主要な構成は、図２のようになっている。

図２において、電子銃１は、絶縁性セラミック外装体２内にカソード３、（第１）アノード４を有しており、この電子銃１の出力側に、テーパー導波管５ａ，５ｂに挟まれるようにキャビティ（空洞共振器）６が設けられ、このテーパー導波管５ａ，５ｂ及びキャビティ６の外周に、電子ビームにサイクロン運動を与える磁石７が配置される。上記テーパー導波管５ｂには、コレクタ１１が接続され、このコレクタ１１の外周に、冷却層１２が設けられており、この冷却層１２には冷却水が供給される。

このようなジャイロトロンによれば、カソード３から中空電子ビームが放出され、この電子はアノード４で加速されてテーパー導波管５ａへ供給されるが、この電子は、磁石７により発生した磁場により旋回運動しながら軸方向へドリフトする。即ち、電子ビームは、強力な磁場により圧縮されて、円筒空洞のキャビティ６へ入り、このキャビティ６内のサイクロトロン共鳴メーザ作用により電磁波が発生する。上記キャビティ６で発生した電磁波は、テーパー導波管５ｂ、コレクタ１１を介して出力窓１３から外部へ放射される。一方、エネルギーを失った電子ビームは、コレクタ１１に捕捉される。

また、このジャイロトロンでは、例えばコネクタ１１に排気口１４が設けられ、この排気口１４から排気を行うことで、電子銃１、テーパー導波管５ａ,５ｂ、キャビティ６及びコレクタ１１の内部の真空状態が維持され、更に冷却層１２に冷却水を供給することで、キャビティ６及びコレクタ１１の過熱状態を防止している。

特許第３３００４９７号公報特許第３２５８０６１号公報

ところで、上記ジャイロトロン等の真空管は、その内部を高真空に保持しなければならず、このため十分な排気を行う必要がある。図２の例では、真空排気のための排気口１４をコレクタ１１に配置しているが、従来では、電子銃１の直上部（図２の１６ａの位置）に設けたり、更には両方に配置したりしている。しかし、電子銃１の部分には、通常、電子銃磁石が配置されることから、構造的に電子銃１の直上部に排気口を設けることは弊害があり、図２のように、コレクタ１１側に排気口１４を設けることが多い。

一方、ジャイロトロンにおける真空度劣化は、常に加熱しているカソード３の周辺及び電子が入射するコレクタ１１から主に発生する残留ガスに起因するため、これらの残留ガスを効率よく排気することが必要となる。

しかしながら、図２の構造の場合、電子銃１側からのガスは、キャビティ６である円筒空洞を通して排気されるため、その排気コンダクタンスは非常に小さくなる。また、テーパー導波管５ａやキャビティ６等は電子ビーム軌道中にあるため、この部分を通過するガスは電子と衝突してイオン化することにより、電子銃１側に戻されてしまうという問題があった。

このような問題を解決するものとして、上記特許文献２のように、電子銃の後側に排気管を設け、この排気管に真空ポンプを接続することも提案されているが、この場合は、高電圧部分に真空ポンプを配置することになるため、絶縁等においてその取扱いが難しいという不都合がある。

また、近年、発振させる電磁波の高周波化に伴い、キャビティ６の円筒空洞部の径が小さくなっており、この円筒空洞部を通しての排気が行い難くなるため、コレクタ１１側と電子銃１側の両方に設けた排気口１４,１６ｂ（図２）から排気することが考えられるが、この場合は、テーパー導波管５ａ,５ｂ及びキャビティ６の外周に配置する磁石７を分割できる構造にするか、又は磁石７の開口部に円柱状本体（電子管本体）を挿入配置した後に、排気口１４,１６ｂを接続する構造となる。しかし、これらの構造は、複雑であり、組立も煩雑となり、また磁石７の取り外しが容易にできない等の問題があった。

更に、従来では、コレクタ１１の外周に設けた冷却層１２によって、コレクタ１１の冷却が行われているが、近年、ジャイロトロンの高出力化が要請されており、この場合には、コレクタ１１のみの冷却では不十分となる。即ち、テーパー導波管５ａ,５ｂ、キャビティ６が限度以上に加熱されると、破損や真空度の劣化による管内放電や、キャビティ６の膨張による発振条件の変化等が生じてしまう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石を分割にする等の複雑な構造にすることなく、組立も煩雑になることなく、電子銃側とコレクタ側から発生するガスを効率よく排気することが可能となり、またキャビティを含む導波管の冷却によって管内放電や発振条件の変化等を良好に抑制できる電子管を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、中空電子ビームを発生させるカソード及びアノードを有する電子銃と、この電子銃で発生した電子ビームに磁場を与える磁石と、この磁石で磁場が与えられた電子ビームを入力し電磁波を発生させるキャビティと、このキャビティからの電子ビームを回収するコレクタと、上記キャビティで発生した電磁波を取り出す出力窓とを備えた電子管において、上記キャビティの外周に配置された冷却層と、この冷却層の外周に配置された高真空層とを設け、この高真空層を上記コレクタ内に空間結合すると共に、上記電子銃内に対し排気バイパスにより空間結合することを特徴とする。

本発明の構成によれば、電子銃の内部が高真空層と排気バイパスで結合しているので、電子銃側で生じたガスは、キャビティを通過することなく、コレクタ側で発生したガスと共に、例えばコレクタ側の排気口から効率よく排気される。また、冷却層によってコレクタだけでなく、キャビティとその周辺の導波管が冷却されるので、キャビティを含む導波管の過熱が防止される。

本発明によれば、排気口は１ヶ所に配置するだけでよいので、磁石を分割したり、磁石を電子管本体に配置した後に排気口を接続する等の複雑な構造を採用することなく、組立も煩雑になることなく、電子銃側とコレクタ側から発生するガスを効率よく排気することが可能となり、この残留ガスに起因する真空度劣化が防止される。

また、コレクタだけでなく、キャビティを含む導波管が冷却層によって冷却されるので、キャビティを含む導波管の過熱が防止され、管内放電や発振条件の変化等が良好に抑制されるという効果がある。

本発明の実施例に係るジャイロトロンの構成を示す断面図である。従来のジャイロトロンの構成を示す断面図である。

図１には、本発明の実施例である電子管としてのジャイロトロンの構成が示されている。図１において、電子銃１は、従来と同様に、絶縁性セラミック外装体２内にカソード３、（第１）アノード４を有しており、この電子銃１の出力側に、テーパー導波管５ａ、キャビティ（空洞共振器）６、テーパー導波管５ｂ及びコレクタ１１が順に設けられ、このコレクタ１１の端部に出力窓１３が配置される。

そして、実施例では、上記テーパー導波管５ａ、キャビティ６、テーパー導波管５ｂ及びコレクタ１１からなる円筒状部分の外周に、冷却水が供給される冷却層２０が形成・配置されると共に、この冷却層２０の外側に高真空層２１が形成・配置される。この高真空層２１は、図示されるように、コレクタ１１内に排気口（ポート）２２を介して空間結合されると共に、電子銃１内に対しても、排気バイパス２３を介して空間結合される。

即ち、実施例では、コレクタ１１側に排気口２２が設けられており、この排気口２２に連通するようにして高真空層２１が配置され、電子銃１側では、その出口近傍（電子銃１の内部又は外部）に設けられた排気バイパス２３によって電子銃１の内部が高真空層２１に連通するように構成される。そして、この高真空層２１の外周に、電子ビームにサイクロン運動を与える磁石２５が配置される。

上記の排気バイパス２３は、３６０度の範囲で設ける必要はなく、機械的強度を考慮し、小径の複数又は多数の孔を放射状に配列する構造としてもよい。上記高真空層２１のギャップ（層の厚み）は、１ｍｍ程度でも、十分その効果が得られるが、このギャップは大きい程、排気コンダクタンスが大きくなって管球の真空度を向上させる。しかし、ジャイロトロンの外径が大きくなり磁力低下を招くため、上記磁石２５の内径に合わせてギャップを決定するのが好ましい。

このような実施例によれば、電子銃１のカソード３から放出された電子ビームは、アノード４で加速されてテーパー導波管５ａからキャビティ６へ供給されるが、この電子ビームは、磁石２５によりサイクロン運動が与えられた後、キャビティ６内においてサイクロトロン共鳴メーザ作用を起こすことで、電磁波が発生する。この電磁波は、出力窓１３から外部へ取り出されるが、エネルギーを失った電子ビームは、コレクタ１１に捕捉される。

このような電磁波の発生において、電子銃１で発生したガスは、細い空間からなるキャビティ６内を通らず、また電子と衝突することなく、排気バイパス２３→高真空層２１→排気口２２を通って外部へ排気され、同時に、コレクタ１１側で発生したガスも、排気口２２から排気される。従って、電子銃１側の残留ガスに起因する真空度劣化が良好に防止される。

また、上記冷却層２０に対しては冷却水が供給（又は循環）されており、この冷却層２０によってテーパー導波管５ａ、キャビティ６、テーパー導波管５ｂ及びコレクタ１１が冷却されることになり、これらの部分の過熱が防止される。この結果、高出力化されるジャイロトロンにおける管内放電、発振条件の変化等をなくすことができる。

上記実施例では、排気口２２をコレクタ１１側に配置したが、この排気口を電子銃１側（図１の２７）に取り付け、高真空層２１への排気バイパスをコレクタ側に配置してもよい。この場合は、電子管本体への磁石２５の取付け方向が変わることになる。即ち、排気口２２がコレクタ１１側に配置される場合は、磁石２５の中央部開口に電子銃１側から本体を挿入するが、排気口（２７）が電子銃１側に配置される場合は、磁石２５の中央部開口にコレクタ１１側から本体を挿入することになる。

また、実施例では、上記排気口２２にイオンポンプを取り付けることもでき、この場合は、初期の真空排気だけでなく、ジャイロトロン動作時においても、永続的に高真空を維持することが可能となる。

本発明は、クライストロンや進行波管等、上記実施例のジャイロトロンで説明した電子ビームの軌道と排気経路が同一となる各種の電子管に応用することができる。

１…電子銃、３…カソード、
４…アノード、５ａ，５ｂ…テーパー導波管、
６…キャビティ（空洞共振器）、７，２５…磁石、
１１…コレクタ、１４，１６ａ，１６ｂ，２２，２７…排気口、
２０…冷却層、２１…高真空層、
２３…排気バイパス。

Claims

中空電子ビームを発生させるカソード及びアノードを有する電子銃と、この電子銃で発生した電子ビームに磁場を与える磁石と、この磁石で磁場が与えられた電子ビームを入力し電磁波を発生させるキャビティと、このキャビティからの電子ビームを回収するコレクタと、上記キャビティで発生した電磁波を取り出す出力窓とを備えた電子管において、
上記キャビティの外周に配置された冷却層と、
この冷却層の外周に配置された高真空層とを設け、
この高真空層を上記コレクタ内に空間結合すると共に、上記電子銃内に対し排気バイパスにより空間結合することを特徴とする電子管。