JP2022173651A - electron beam generator - Google Patents

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Abstract

To provide a downsized electron beam generator that can get an electron beam of a long-time stable electric current.SOLUTION: An electron beam generator comprises: a negative pole 2 that emits an electronic beam; a tape-like positive pole 3 that is electrically insulated with the negative pole; a high-voltage power source 4 that applies a high-voltage between the negative pole and the tape-like positive pole, and accelerates the electron beam emitted from the negative pole toward the tape-like positive pole; and a vacuum container 5 that holds the negative pole and tape-like positive pole in a vacuum. The tape-like positive pole is fed from a feeding mechanism 7 and wounded by a winding mechanism 8, which in turn the take-like positive pole is conveyed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本願は、電子ビーム発生装置に関する。 The present application relates to an electron beam generator.

X線発生装置、マイクロ波発振装置などには電子ビーム発生装置が備えられている。これらの装置に用いられる電子ビーム発生装置は、数A以上の大電流の電子ビームを発生させる。電子ビーム発生装置においては、陰極から出射された電子ビームは一部が金属で構成された陽極に衝突する。陽極に衝突した電子ビームのエネルギーは、陽極表面で熱に変換されて吸収される。陽極表面で発生した熱は陽極を溶融させるため陽極が変形する。陽極が変形すると電子ビームの電流量が不安定になり、さらに陽極の変形が進行すると電子ビームが出力されなくなる場合がある。その場合は、陽極の交換が必要となる。電子ビーム発生装置の陰極と陽極とは高真空の真空容器内に配置されている。そのため、陽極の交換には真空容器の大気開放を伴うと共に陽極の交換後には真空容器内を高真空に真空引きする必要がある。このように、陽極の交換作業は長時間を要するため、電子ビーム発生装置の稼働時間が制限されるという問題あった。 Electron beam generators are provided in X-ray generators, microwave oscillators, and the like. An electron beam generator used in these devices generates an electron beam with a large current of several amperes or more. In an electron beam generator, an electron beam emitted from a cathode collides with an anode partially made of metal. The energy of the electron beam that collides with the anode is converted into heat and absorbed by the surface of the anode. The heat generated on the surface of the anode melts the anode, thus deforming the anode. If the anode deforms, the electron beam current becomes unstable, and if the anode further deforms, the electron beam may not be output. In that case, replacement of the anode is required. The cathode and anode of the electron beam generator are placed in a high vacuum chamber. Therefore, it is necessary to open the vacuum container to the atmosphere when replacing the anode, and to evacuate the inside of the vacuum container to a high vacuum after the replacement of the anode. As described above, since the work of replacing the anode takes a long time, there is a problem that the operation time of the electron beam generator is limited.

このような問題に対処した従来の電子ビーム発生装置として、円盤状の陽極を用いた構造が開示されている。この電子ビーム発生装置においては、円盤状の陽極を回転させて電子ビームの衝突による熱負荷を拡散させて陽極の変形を防いでいる(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional electron beam generator for coping with such problems, a structure using a disk-shaped anode is disclosed. In this electron beam generator, the disc-shaped anode is rotated to diffuse the heat load caused by the collision of the electron beams, thereby preventing deformation of the anode (see, for example, Patent Document 1).

米国特許第8121258号明細書U.S. Pat. No. 8,121,258

しかしながら、従来の電子ビーム発生装置においては、電子ビームの電流が大きくなると陽極が回転していても電子ビームが照射された部分の熱変形は避けられず、回転して何度も電子ビームに照射されると陽極の熱変形が進行する。そのため、長時間安定した電流の電子ビームが確保できないという問題がある。電子ビームが照射される回数を減らすためには円盤状の陽極の径を大きくすることが考えられるが、その場合は装置が大型になるという問題がある。つまり、従来の電子ビーム発生装置においては、長時間安定した電流の電子ビームの確保と、装置の大型化を抑制することとが両立できなかった。 However, in the conventional electron beam generator, when the current of the electron beam increases, even if the anode rotates, thermal deformation of the portion irradiated with the electron beam cannot be avoided. Then, thermal deformation of the anode progresses. Therefore, there is a problem that an electron beam with a stable current for a long time cannot be secured. In order to reduce the number of electron beam irradiations, it is conceivable to increase the diameter of the disk-shaped anode. In other words, in the conventional electron beam generator, it was not possible to ensure an electron beam with a stable current for a long period of time and to suppress an increase in the size of the apparatus.

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、小型で長時間安定した電流の電子ビームが得られる電子ビーム発生装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact electron beam generator capable of generating an electron beam with a stable current for a long period of time.

本願の電子ビーム発生装置は、電子ビームを出射する陰極と、陰極と電気的に絶縁されたテープ状陽極と、陰極とテープ状陽極との間に高電圧を印加して陰極から出射された電子ビームをテープ状陽極に向けて加速する高電圧電源と、陰極およびテープ状陽極を真空中に保持する真空容器とを備えている。そして、テープ状陽極は、送り出し機構から送り出されて巻き取り機構に巻き取られることで搬送される。 The electron beam generator of the present application comprises a cathode for emitting an electron beam, a tape-shaped anode electrically insulated from the cathode, and electrons emitted from the cathode by applying a high voltage between the cathode and the tape-shaped anode. It has a high voltage power supply that accelerates the beam toward the tape-shaped anode, and a vacuum vessel that holds the cathode and tape-shaped anode in vacuum. Then, the tape-shaped anode is transported by being delivered from the delivery mechanism and wound up by the winding mechanism.

本願の電子ビーム発生装置は、テープ状陽極が送り出し機構から送り出されて巻き取り機構に巻き取られて搬送されるので、小型で長時間安定した電流の電子ビームが得られる。 In the electron beam generator of the present application, the tape-shaped anode is delivered from the delivery mechanism, wound up by the winding mechanism, and conveyed, so that a compact electron beam with a stable current for a long time can be obtained.

実施の形態1に係る電子ビーム発生装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るテープ状陽極の模式図である。1 is a schematic diagram of a tape-shaped anode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る電子ビーム発生装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係る電子ビーム発生装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態2に係るX線発生装置に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to the X-ray generator according to Embodiment 2; 実施の形態3に係るクライストロン型のマイクロ波発振器に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to a klystron microwave oscillator according to a third embodiment; 実施の形態4に係る進行波管型のマイクロ波発振器に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to a traveling-wave tube microwave oscillator according to a fourth embodiment; 実施の形態5に係る仮想陰極発振器型のマイクロ波発振器に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to a virtual cathode oscillator type microwave oscillator according to a fifth embodiment;

以下、本願を実施するための実施の形態に係る電子ビーム発生装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。 Hereinafter, electron beam generators according to embodiments for carrying out the present application will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals denote the same or corresponding parts.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電子ビーム発生装置の断面模式図である。図1に示すように、本実施の形態の電子ビーム発生装置1は、電子ビームを出射する陰極2と、陰極2と電気的に絶縁されたテープ状陽極3と、陰極2とテープ状陽極3との間に高電圧を印加して陰極2から出射された電子ビームをテープ状陽極3に向けて加速する高電圧電源4と、陰極2およびテープ状陽極3を真空中に保持する真空容器5とを備えている。真空容器5の一部は絶縁部材5aで構成されており、この絶縁部材5aで陰極2とテープ状陽極3とが電気的に絶縁されている。真空容器5の内部は、真空排気装置6で真空排気されている。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator according to Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 1, the electron beam generator 1 of this embodiment includes a cathode 2 for emitting an electron beam, a tape-shaped anode 3 electrically insulated from the cathode 2, and a cathode 2 and a tape-shaped anode 3. A high-voltage power supply 4 that applies a high voltage between and accelerates the electron beam emitted from the cathode 2 toward the tape-shaped anode 3, and a vacuum vessel 5 that holds the cathode 2 and the tape-shaped anode 3 in vacuum. and A part of the vacuum container 5 is composed of an insulating member 5a, and the cathode 2 and the tape-shaped anode 3 are electrically insulated by the insulating member 5a. The inside of the vacuum vessel 5 is evacuated by an evacuation device 6 .

図1において白矢印で示すように、テープ状陽極3は送り出し機構7から送り出されて巻き取り機構8に巻き取られて搬送される。高電圧電源4は、陰極2とテープ状陽極3との間に数kV~数MVの電圧を印加する。陰極2から放出された電子は、電子ビームとなってテープ状陽極3に向かって加速される。テープ状陽極3に向かって加速された電子ビームは、テープ状陽極3を通過して標的9に到達する。標的9の電位は、テープ状陽極3の電位と同じに設定されている。 As indicated by the white arrow in FIG. 1, the tape-shaped anode 3 is delivered from the delivery mechanism 7, wound up by the winding mechanism 8, and conveyed. A high-voltage power supply 4 applies a voltage of several kV to several MV between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3 . Electrons emitted from the cathode 2 are accelerated toward the tape-shaped anode 3 as an electron beam. The electron beam accelerated toward the tape-shaped anode 3 passes through the tape-shaped anode 3 and reaches the target 9 . The potential of the target 9 is set to be the same as the potential of the tape-shaped anode 3 .

陰極2とテープ状陽極3との間には、金属製のコリメータ10が設置されている。このコリメータ10は、陰極2から放出された電子ビームがテープ状陽極3以外の部分に照射されることを防ぐために設置されている。コリメータ10は、その中央にテープ状陽極3の幅と同じかそれよりも小さい幅の穴を有している。この穴の形状は、円形でも四角形でもよい。コリメータ10の電位は、テープ状陽極3の電位と同じに設定されている。 A metallic collimator 10 is installed between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3 . The collimator 10 is installed to prevent the electron beam emitted from the cathode 2 from irradiating a portion other than the tape-shaped anode 3. As shown in FIG. The collimator 10 has a hole at its center with a width equal to or smaller than the width of the tape-shaped anode 3 . The shape of this hole may be circular or square. The potential of the collimator 10 is set to be the same as the potential of the tape-shaped anode 3 .

陰極2は、次に述べる4つの方式のいずれの陰極である。ただし、これ以外の方式の陰極であってもよい。1つ目の方式は熱陰極である。この熱陰極は、タングステン、タンタル、トリウムタングステンなどの金属材料からなるフィラメント型の陰極である。このフィラメント型の陰極の形状は直線形状、ヘアピン形状、メッシュ形状、リボン形状などである。このフィラメント型の陰極に電流を通電することでフィラメントを加熱し、このフィラメントから放出される熱電子を電子ビームとして引き出す。2つ目の方式は電界放出型陰極である。この電界放出型陰極は、タングステンなどの高融点の金属材料の先端がとがった針状構造を1つもしくは複数配置し、電界放出によりその針状構造の先端から電子ビームを引き出す。3つ目の方式はプラズマ陰極である。このプラズマ陰極は、ビームの引き出し方向に穴が開いた円筒空洞型の電極で、その内部をプラズマで満たしそのプラズマから電子ビームを引き出す。4つ目の方式は短パルスプラズマ陰極である。この短パルスプラズマ陰極はアルミニウム、真鍮、ステンレス、タングステン、モリブデン、チタンなどの金属材料で構成された1~10cmの円柱形状、角柱形状、ロゴウスキー電極形状の陰極であり、平坦な金属面をそのまま陰極として用いている。それ以外の形状の陰極として、ステンレスなど金属の剣山構造、金属表面にパイルを使用した毛足をもつ生地、金属表面にグラファイト、配向性カーボンナノチューブシート、炭素繊維などを電磁植毛した板を貼り付けた構造、または金属表面に炭素繊維などを直接電磁植毛した構造をもつ陰極でもよい。この短パルスプラズマ陰極では、陰極と引き出し電極との間に100nsec程度のパルス幅で数kV~数MVのパルス電圧を印加することで陰極表面にプラズマを発生させ、このプラズマから電子ビームを引き出す。 Cathode 2 is any of the following four types of cathodes. However, a cathode of a method other than this may be used. The first method is the hot cathode. This hot cathode is a filament-type cathode made of a metallic material such as tungsten, tantalum, or thorium-tungsten. The shape of this filament type cathode is a linear shape, a hairpin shape, a mesh shape, a ribbon shape, or the like. The filament is heated by passing a current through the filament cathode, and thermal electrons emitted from the filament are extracted as an electron beam. The second type is a field emission cathode. This field emission cathode has one or a plurality of needle-like structures with pointed ends made of a metal material with a high melting point such as tungsten. Electron beams are extracted from the tips of the needle-like structures by field emission. A third approach is the plasma cathode. The plasma cathode is a cylindrical cavity electrode with a hole in the beam extracting direction, the inside of which is filled with plasma from which an electron beam is extracted. A fourth scheme is the short pulse plasma cathode. This short-pulse plasma cathode is a cylindrical, prismatic, or Rogowski electrode-shaped cathode of 1 to 10 cm made of a metal material such as aluminum, brass, stainless steel, tungsten, molybdenum, or titanium. is used as As cathodes of other shapes, a metal with a pinhole structure such as stainless steel, a fabric with pile on the metal surface, graphite, an oriented carbon nanotube sheet, and a plate with electromagnetic flocking of carbon fibers on the metal surface are attached. The cathode may also have a structure in which carbon fibers or the like are directly electromagnetically implanted on a metal surface. In this short-pulse plasma cathode, a pulse voltage of several kV to several MV is applied between the cathode and extraction electrode with a pulse width of about 100 nsec to generate plasma on the surface of the cathode, and an electron beam is extracted from this plasma.

テープ状陽極3は、例えば厚さが約10μmの樹脂フィルムに金属膜を蒸着したものを用いることができる。陰極2とテープ状陽極3との間の電位差から計算される電子エネルギーを用いて計算される電子ビームの飛程よりもテープ状陽極3の樹脂フィルムの厚さを薄くする。このように設定することで、電子ビームのエネルギーの一部はテープ状陽極3で減衰されるが、電子ビームの大半はテープ状陽極3を透過して標的9に到達する。テープ状陽極3としては、樹脂フィルムを用いる代わりに開口部を有する金属シートを用いることができる。開口部を有する金属シートとして、例えば金属メッシュ、パンチングメタル、微細な穴をエッチング加工したシート状の金属などを用いることができる。金属シートを用いたテープ状陽極3においては、金属部分に衝突した電子ビームのエネルギーはほとんどそこで減衰されるが、開口部を通過した電子ビームのエネルギーは減衰されることなく標的9に到達する。 For the tape-shaped anode 3, for example, a resin film having a thickness of about 10 μm and a metal film deposited thereon can be used. The thickness of the resin film of the tape-shaped anode 3 is made thinner than the electron beam range calculated using the electron energy calculated from the potential difference between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3 . With this setting, some of the energy of the electron beam is attenuated by the tape-shaped anode 3, but most of the electron beam passes through the tape-shaped anode 3 and reaches the target 9. FIG. As the tape-shaped anode 3, a metal sheet having openings can be used instead of using a resin film. As the metal sheet having openings, for example, a metal mesh, a punching metal, a sheet-like metal having fine holes etched, and the like can be used. In the tape-shaped anode 3 using a metal sheet, most of the energy of the electron beam that collides with the metal portion is attenuated there, but the energy of the electron beam that has passed through the opening reaches the target 9 without being attenuated.

図2は、本実施の形態に係るテープ状陽極の模式図である。図2に示すように、テープ状陽極3は、送り出し機構7から送り出されて巻き取り機構8に巻き取られる。送り出し機構7と巻き取り機構8との間には複数のガイドローラ11が設けられている。また、送り出し機構7と巻き取り機構8との間には電子ビームが入射する位置のテープ状陽極3の張りを調整するテンション調整機構12が備えられている。巻き取り機構8がテープ状陽極3を巻き取るとテープ状陽極3にテンションがかかり、テンション調整機構12内のアーム12aが変位する。テンション調整機構12はアーム12aの変位量を検知し、その情報を送り出し機構7に送る。送り出し機構7は、その情報を受けてテープ状陽極3を送り出す。送り出し機構7からテープ状陽極3が補給されることでテンションが解消されテンション調整機構12内のアーム12aが元の位置まで戻る。このような動作をさせることでテープ状陽極3にたるみが発生することなく、テープ状陽極3を搬送させることができる。なお、図2に示すテープ状陽極3における送り出し機構7、巻き取り機構8、ガイドローラ11、テンション調整機構12などの配置および個数は一例であり、必要に応じて変更可能である。 FIG. 2 is a schematic diagram of a tape-shaped anode according to this embodiment. As shown in FIG. 2 , the tape-shaped anode 3 is delivered from the delivery mechanism 7 and wound up by the winding mechanism 8 . A plurality of guide rollers 11 are provided between the delivery mechanism 7 and the winding mechanism 8 . A tension adjusting mechanism 12 is provided between the delivery mechanism 7 and the winding mechanism 8 to adjust the tension of the tape-shaped anode 3 at the position where the electron beam is incident. When the winding mechanism 8 winds the tape-shaped anode 3, tension is applied to the tape-shaped anode 3, and the arm 12a in the tension adjustment mechanism 12 is displaced. The tension adjusting mechanism 12 detects the amount of displacement of the arm 12a and sends the information to the sending mechanism 7. As shown in FIG. The delivery mechanism 7 receives the information and delivers the tape-shaped anode 3 . As the tape-shaped anode 3 is replenished from the feeding mechanism 7, the tension is released and the arm 12a in the tension adjusting mechanism 12 returns to its original position. By performing such an operation, the tape-shaped anode 3 can be transported without causing slack in the tape-shaped anode 3 . The arrangement and number of the delivery mechanism 7, the winding mechanism 8, the guide roller 11, the tension adjustment mechanism 12, etc. in the tape-shaped anode 3 shown in FIG.

本実施の形態の電子ビーム発生装置1の動作について説明する。テープ状陽極3の送り出し機構7および巻き取り機構8は停止しているとする。この状態で高電圧電源4が陰極2とテープ状陽極3との間に高電圧を印加して電子ビームの発生を開始させる。ある一定時間に渡って電子ビームを発生させると、電子ビームが照射されたテープ状陽極3の表面が損傷する。そのため、電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3を搬送させて、電子ビームが照射される表面を損傷していない新たな表面とする必要がある。このとき、巻き取り機構8がテープ状陽極3を巻き取ることで電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3を搬送させて、電子ビームが照射される表面を損傷していない新たな表面とすることができる。電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3を搬送させるタイミングは、電子ビームが照射される累積時間で判断することができる。 The operation of the electron beam generator 1 of this embodiment will be described. It is assumed that the delivery mechanism 7 and the winding mechanism 8 for the tape-shaped anode 3 are stopped. In this state, the high voltage power supply 4 applies a high voltage between the cathode 2 and the tape-like anode 3 to start generating electron beams. When the electron beam is generated for a certain period of time, the surface of the tape-shaped anode 3 irradiated with the electron beam is damaged. Therefore, it is necessary to transport the tape-shaped anode 3 at the position to be irradiated with the electron beam so that the surface to be irradiated with the electron beam is a new surface that is not damaged. At this time, the winding mechanism 8 winds up the tape-shaped anode 3 to convey the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam, and replace the surface irradiated with the electron beam with a new surface that is not damaged. can do. The timing of transporting the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam can be determined based on the accumulated time during which the electron beam is irradiated.

図3は、本実施の形態の別の電子ビーム発生装置の断面模式図である。図3に示すように、この電子ビーム発生装置1は、真空容器5の内部に表面測定器20を備えている。この表面測定器20は、電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3の表面状態を観測することができる。この電子ビーム発生装置1においては、表面測定器20で観測された電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3の表面状態に基づいて、電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3を搬送させるタイミングを判断することができる。表面測定器20は、例えばテープ状陽極3の表面に光を照射してその反射光または透過光の特性に基づいて表面状態を観測してもよい。また、別の表面測定器20は、カメラを用いてテープ状陽極3の表面の画像を撮影し、その画像に基づいて表面状態を観測してもよい。また、別の表面測定器20は、テープ状陽極3の表面の温度を測定し、その温度に基づいて表面状態を観測してもよい。さらに、別の表面測定器20は、電子ビームが照射されることでテープ状陽極3の表面から放出されるX線を測定し、そのX線の線量またはそのX線のエネルギースペクトルに基づいて表面状態を観測してもよい。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of another electron beam generator according to this embodiment. As shown in FIG. 3, this electron beam generator 1 has a surface measuring device 20 inside a vacuum container 5 . This surface measuring instrument 20 can observe the surface state of the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam. In this electron beam generator 1, the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam is transported based on the surface state of the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam observed by the surface measuring instrument 20. You can decide when to let The surface measuring instrument 20 may, for example, irradiate the surface of the tape-shaped anode 3 with light and observe the surface state based on the characteristics of the reflected light or transmitted light. Another surface measuring device 20 may take an image of the surface of the tape-shaped anode 3 using a camera and observe the surface state based on the image. Another surface measuring device 20 may measure the temperature of the surface of the tape-shaped anode 3 and observe the surface state based on the temperature. Furthermore, another surface measuring device 20 measures X-rays emitted from the surface of the tape-shaped anode 3 by being irradiated with an electron beam, and measures the surface based on the dose of the X-rays or the energy spectrum of the X-rays. You can observe the state.

図4は、本実施の形態の別の電子ビーム発生装置の断面模式図である。この電子ビーム発生装置1は、真空容器5の内部に陰極から出射された電子ビームの電流を検出する電流検出部を備えている。この電子ビーム発生装置1は、陰極2とコリメータ10との間に配置される電流検出部21、コリメータ10とテープ状陽極3の間に配置される電流検出部22、およびテープ状陽極3と標的9との間に配置される電流検出部23のいずれかの電流検出部を備えている。この電流検出部でテープ状陽極3に照射される電子ビームの累積電流量を測定することができる。この電子ビーム発生装置1においては、電流検出部で測定された電子ビームの累積電流量に基づいて電子ビームが照射される位置のテープ状陽極3を搬送させるタイミングを判断することができる。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another electron beam generator according to this embodiment. This electron beam generator 1 is provided with a current detector for detecting the current of the electron beam emitted from the cathode inside the vacuum vessel 5 . This electron beam generator 1 includes a current detector 21 arranged between the cathode 2 and the collimator 10, a current detector 22 arranged between the collimator 10 and the tape-shaped anode 3, and a tape-shaped anode 3 and a target. 9 and any one of the current detectors 23 arranged between the current detectors. The accumulated current amount of the electron beam irradiated to the tape-shaped anode 3 can be measured by this current detection section. In this electron beam generator 1, the timing for transporting the tape-shaped anode 3 at the position irradiated with the electron beam can be determined based on the accumulated current amount of the electron beam measured by the current detector.

このように構成された電子ビーム発生装置は、テープ状陽極を備えているので電子ビームが照射されてテープ状陽極の表面が損傷してもテープ状陽極を搬送させて、電子ビームが照射される表面を損傷していない新たな表面とすることができる。そのため、この電子ビーム発生装置においては、長時間安定した電流の電子ビームが得られる。また、テープ状陽極は、送り出し機構から送り出されて巻き取り機構に巻き取られるので、テープ状陽極の長さを長くしても電子ビーム発生装置を大型にする必要はない。そのため、本実施の形態の電子ビーム発生装置は、小型で長時間安定した電流の電子ビームが得られる。 Since the electron beam generator having such a structure has a tape-shaped anode, even if the surface of the tape-shaped anode is damaged by irradiation with the electron beam, the tape-shaped anode is conveyed and the electron beam is irradiated. The surface can be a new undamaged surface. Therefore, in this electron beam generator, an electron beam with a stable current can be obtained for a long time. Moreover, since the tape-shaped anode is delivered from the delivery mechanism and wound up by the take-up mechanism, it is not necessary to increase the size of the electron beam generator even if the length of the tape-shaped anode is lengthened. Therefore, the electron beam generator of the present embodiment is small and can obtain an electron beam with a stable current for a long period of time.

本実施の形態の電子ビーム発生装置において、コリメータ10は金属で構成されている。この金属の電位は、テープ状陽極3の電位と同じに設定されている。コリメータ10の陰極2と対向する面には水素元素を組成に含む、例えばポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの絶縁性皮膜が形成されていてもよい。この絶縁性皮膜に電子ビームが照射されると、絶縁性皮膜の表面に負電荷が蓄積される。そのため、コリメータ10の金属部分とこの絶縁性皮膜の表面との間の電位差が大きくなり、絶縁性皮膜に絶縁破壊が生じる。絶縁破壊が生じた絶縁性皮膜は、水素を含む気体を放出する。放出された気体に電子ビームが照射されるとコリメータ10の近傍にプラズマが生じる。このプラズマから陰極2に向けて主に水素イオンなどの陽イオンが加速される。 In the electron beam generator of this embodiment, the collimator 10 is made of metal. The potential of this metal is set to be the same as the potential of the tape-shaped anode 3 . The surface of the collimator 10 facing the cathode 2 may be coated with an insulating film containing a hydrogen element, such as polyethylene resin or polyethylene terephthalate resin. When the insulating film is irradiated with an electron beam, negative charges are accumulated on the surface of the insulating film. As a result, the potential difference between the metal portion of the collimator 10 and the surface of the insulating film increases, and dielectric breakdown occurs in the insulating film. An insulating film in which dielectric breakdown has occurred releases a gas containing hydrogen. Plasma is generated in the vicinity of the collimator 10 when the emitted gas is irradiated with the electron beam. From this plasma, mainly positive ions such as hydrogen ions are accelerated toward the cathode 2 .

一般に、大電流の電子ビームは、陰極と陽極との間で電子ビーム自身が発生する空間電荷の影響によりビームの大きさが発散する方向に影響を受ける。とくに陰極がプラズマ陰極または短パルスプラズマ陰極である場合は、引き出すことが可能な電子ビームの電流量がこの空間電荷の影響を受ける。すなわち、大電流の電子ビームの電流は、空間電荷制限電流と呼ばれる電流となる。電子の進行方向のみの一次元の電磁場から計算される空間電荷制限電流の値は、以下の(1)式で表される。ここで、ISCを空間電荷制限電流値、Vを陰極と陽極との間の電圧、dを陰極と陽極との間の距離とする。 In general, a large-current electron beam is influenced in the direction in which the beam size diverges due to the effect of the space charge generated by the electron beam itself between the cathode and the anode. Especially when the cathode is a plasma cathode or a short-pulse plasma cathode, the amount of electron beam current that can be extracted is affected by this space charge. That is, the current of the high-current electron beam becomes a current called space charge limited current. The value of the space charge limited current calculated from the one-dimensional electromagnetic field only in the electron traveling direction is represented by the following equation (1). where ISC is the space charge limited current value, V is the voltage between the cathode and the anode, and d is the distance between the cathode and the anode.

Figure 2022173651000002
Figure 2022173651000002

コリメータ10の近傍に生じたプラズマから放出される陽イオンは、負電荷をもつ電子ビームが作る空間電荷を中和する効果をもつ。そのため、この陽イオンは、ビームの発散の抑制効果と共に、プラズマ陰極または短パルスプラズマ陰極で影響を受ける空間電荷制限電流を超えた電流を引き出すことを可能にする。この電流は一般にはバイポーラー電流と呼ばれ、この電流値をIBSCとするとIBSCは以下の(2)式で表されると考えられている。 The positive ions emitted from the plasma generated in the vicinity of the collimator 10 have the effect of neutralizing the space charge produced by the negatively charged electron beam. This cation thus makes it possible to draw a current beyond the space-charge-limited current effected by a plasma cathode or a short-pulse plasma cathode, together with a suppressive effect on beam divergence. This current is generally called a bipolar current, and if this current value is I BSC , I BSC is considered to be expressed by the following equation (2).

Figure 2022173651000003
Figure 2022173651000003

このように、コリメータ10の陰極側の表面に水素元素を組成に含む樹脂の絶縁性皮膜を形成することにより、(1)式に示す空間電荷制限電流を超えた電流を引き出すことが可能となる。なお、コリメータ10に絶縁性皮膜が形成されていない場合、電子ビームが作る空間電荷を中和する効果をもつプラズマは陽極の近傍で発生する。陽極の近傍で発生したプラズマは、陽極を損傷させる場合がある。本実施の形態のようにコリメータ10の陰極側の表面に水素元素を組成に含む樹脂の絶縁性皮膜を形成することで、プラズマによる陽極の損傷も抑制することができる。 Thus, by forming an insulating film of a resin containing a hydrogen element in its composition on the cathode-side surface of the collimator 10, it is possible to draw out a current exceeding the space-charge limited current shown in formula (1). . If the collimator 10 is not coated with an insulating film, plasma is generated in the vicinity of the anode, which has the effect of neutralizing the space charge generated by the electron beam. Plasma generated near the anode can damage the anode. By forming an insulating film of a resin containing a hydrogen element in its composition on the cathode side surface of the collimator 10 as in the present embodiment, damage to the anode due to plasma can also be suppressed.

この電子ビーム発生装置は、電子ビームを照射することで標的9からユーザーが得たい情報を目的に用いられる。例えば、標的9の構造の調査、標的9の構造の変化、標的9の加工などを目的にこの電子ビーム発生装置は用いられる。そのため、標的9の位置での電子ビームのビーム径を制御するために、テープ状陽極3と標的9との間に単孔またはアインツェルンレンズなどの電界レンズ、ソレノイド型の磁界レンズなどが配置される場合がある。また、電子ビームが照射される位置を制御するために、テープ状陽極3と標的9との間に電界型の偏向電極、偏向磁場を発生する二極のコイルなどが配置される場合もある。 This electron beam generator is used for the purpose of obtaining information desired by the user from the target 9 by irradiating the electron beam. For example, this electron beam generator is used for the purpose of investigating the structure of the target 9, changing the structure of the target 9, processing the target 9, and the like. Therefore, in order to control the beam diameter of the electron beam at the position of the target 9, an electric field lens such as a single hole or an Einzeln lens, a solenoid type magnetic field lens, or the like is arranged between the tape-shaped anode 3 and the target 9. may be In some cases, an electric-field deflection electrode, a two-pole coil for generating a deflection magnetic field, or the like is arranged between the tape-shaped anode 3 and the target 9 in order to control the position where the electron beam is irradiated.

なお、本実施の形態の電子ビーム発生装置においては、電子ビームが照射されている間はテープ状陽極を搬送させない動作を説明したが、電子ビームが照射されている間にテープ状陽極を低速度で搬送させてもよい。このように動作させることで、電子ビームの電流の時間に対する安定性が向上する。 In the electron beam generator of the present embodiment, the description has been given of the operation in which the tape-shaped anode is not conveyed while the electron beam is being irradiated. can be transported by By operating in this manner, the stability of the electron beam current with respect to time is improved.

実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係るX線発生装置に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。図5に示すように、本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、陰極2、テープ状陽極3、高電圧電源4、真空排気装置6、送り出し機構7、巻き取り機構8およびコリメータ10の構成は実施の形態1の電子ビーム発生装置と同様である。本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、標的9がX線発生体で構成されている。X線発生体として、例えばタングステン、モリブデン、銅などの重金属を用いている。真空容器5には、真空窓24が備えられている。X線発生体である標的9に電子ビームが照射されると、標的9からは陰極2とテープ状陽極3との間に印加された電圧を最大とする連続エネルギーのX線が発生する。このX線は、真空窓24から電子ビーム発生装置1の外部に取り出される。真空窓24の素材としては、X線の透過率が高いガラス、樹脂、セラミック、ベリリウムなどが用いられる。
Embodiment 2.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to the X-ray generator according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, in the electron beam generator 1 of the present embodiment, a cathode 2, a tape-shaped anode 3, a high-voltage power source 4, an evacuation device 6, a delivery mechanism 7, a winding mechanism 8, and a collimator 10 are provided. The configuration is similar to that of the electron beam generator of the first embodiment. In the electron beam generator 1 of this embodiment, the target 9 is composed of an X-ray generator. Heavy metals such as tungsten, molybdenum, and copper are used as X-ray generators. The vacuum vessel 5 is provided with a vacuum window 24 . When the target 9, which is an X-ray generator, is irradiated with the electron beam, the target 9 generates continuous energy X-rays that maximize the voltage applied between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3. FIG. The X-rays are extracted outside the electron beam generator 1 through the vacuum window 24 . As the material of the vacuum window 24, glass, resin, ceramic, beryllium, or the like having a high X-ray transmittance is used.

この電子ビーム発生装置1をX線発生装置として利用する場合、主に最大エネルギー付近のX線が取り出されて利用される。エネルギーの小さいX線は、物質、人体などの照射対象物の表面で全てのエネルギーを失い、照射対象物に悪影響を与えることがある。そのため、エネルギーの小さい不要なX線を電子ビーム発生装置1の外部に出さないために、標的9と真空窓24との間にエネルギーの低いX線を吸収する濾過板25が設置されている。濾過板25の素材としては、アルミニウム、モリブデン、鉛などが用いられる。 When the electron beam generator 1 is used as an X-ray generator, X-rays near the maximum energy are mainly extracted and used. Low-energy X-rays lose all their energy on the surface of an object to be irradiated, such as a material or a human body, and can adversely affect the object to be irradiated. Therefore, a filtering plate 25 for absorbing low-energy X-rays is provided between the target 9 and the vacuum window 24 in order to prevent unnecessary X-rays having low energy from being emitted outside the electron beam generator 1 . Aluminum, molybdenum, lead, or the like is used as the material of the filter plate 25 .

このように構成されたX線発生装置に応用した電子ビーム発生装置は、小型で長時間安定したX線を得ることができる。 An electron beam generator applied to the X-ray generator constructed in this way is small and can obtain X-rays stably for a long period of time.

実施の形態3.
図6は、実施の形態3に係るクライストロン型のマイクロ波発振器に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。図6に示すように、本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、陰極2、テープ状陽極3、高電圧電源4、真空排気装置6、送り出し機構7、巻き取り機構8およびコリメータ10の構成は実施の形態1の電子ビーム発生装置と同様である。本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、テープ状陽極3を通過した電子ビームの進行方向に、真空容器5と一体となった速度変調管30が備えられている。速度変調管30は円筒形状を有しており、その外周部にはソレノイドコイル31が配置されている。また、速度変調管30には、電子ビームの進行方向の上流側に入力側共振空洞32、下流側に出力側共振空洞33がそれぞれ接続されている。さらに、入力側共振空洞32には入力回路34が、出力側共振空洞33には出力回路35がそれぞれ備えられている。また、電子ビームの進行方向の最下流にはコレクター36が配置されている。
Embodiment 3.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to a klystron microwave oscillator according to a third embodiment. As shown in FIG. 6, in the electron beam generator 1 of the present embodiment, a cathode 2, a tape-shaped anode 3, a high-voltage power source 4, an evacuation device 6, a delivery mechanism 7, a winding mechanism 8, and a collimator 10 are provided. The configuration is the same as that of the electron beam generator of the first embodiment. In the electron beam generator 1 of this embodiment, a velocity modulation tube 30 integrated with the vacuum vessel 5 is provided in the traveling direction of the electron beam that has passed through the tape-shaped anode 3 . The velocity modulation tube 30 has a cylindrical shape, and a solenoid coil 31 is arranged on its outer periphery. Further, the velocity modulation tube 30 is connected to an input-side resonant cavity 32 on the upstream side and an output-side resonant cavity 33 on the downstream side in the direction in which the electron beam travels. Further, the input-side resonance cavity 32 is provided with an input circuit 34, and the output-side resonance cavity 33 is provided with an output circuit 35, respectively. A collector 36 is arranged at the most downstream position in the electron beam traveling direction.

ソレノイドコイル31は、速度変調管30の内部に電子ビームに対する収束磁界を発生させる。入力回路34は、速度変調用の低い電力の高周波信号を入力側共振空洞32に入力する。入力側共振空洞32は、高いQ値をもち入力回路34から入力された高周波信号で高電界を発生させる。入力回路34および入力側共振空洞32で発生した高周波の電界で速度変調された電子ビームは無電界空間であるドリフト空間をもつ。無電界空間では、速度の速い電子ビームは相対的に前方に進み、速度の遅い電子ビームは相対的に後退する。そのため、電子ビームは進行方向に対して密度の疎密が生じる。密度変調を受けた電子ビームは、出力側共振空洞33で増幅され出力回路35に大きな誘導電流を発生させることでマイクロ波として取り出される。密度変調を受けた電子ビームは、進行方向の最下流に配置されたコレクター36に衝突することでそのエネルギーは熱に変換されて失われる。 A solenoid coil 31 generates a converging magnetic field for the electron beam inside the velocity modulation tube 30 . The input circuit 34 inputs a low-power high-frequency signal for velocity modulation to the input-side resonant cavity 32 . The input-side resonant cavity 32 has a high Q value and generates a high electric field with a high-frequency signal input from the input circuit 34 . The electron beam velocity-modulated by the high-frequency electric field generated in the input circuit 34 and the input-side resonance cavity 32 has a drift space, which is an electric field-free space. In the field-free space, a fast electron beam advances relatively forward, and a slow electron beam retreats relatively. As a result, electron beams have different densities in the traveling direction. The density-modulated electron beam is amplified by the output-side resonance cavity 33 and generated as a microwave by generating a large induced current in the output circuit 35 . The density-modulated electron beam collides with the collector 36 arranged at the most downstream position in the traveling direction, and its energy is converted into heat and lost.

このように構成されたクライストロン型のマイクロ波発振器に応用した電子ビーム発生装置は、小型で長時間安定したマイクロ波を得ることができる。とくに大電流出力を目的としたマイクロ波発振器に応用した場合、電子ビームの電流を増大させる必要がある。そのため、短時間で陽極の損傷が大きくなるが、本実施の形態の電子ビーム発生装置であればテープ状陽極を用いているので、安定したマイクロ波の発生時間を確保することができる。 The electron beam generator applied to the klystron type microwave oscillator configured in this way is small and can obtain stable microwaves for a long period of time. In particular, when applied to a microwave oscillator intended to output a large current, it is necessary to increase the current of the electron beam. As a result, the damage to the anode becomes large in a short time, but the electron beam generator of the present embodiment uses a tape-shaped anode, so that a stable microwave generation time can be ensured.

実施の形態4.
図7は、実施の形態4に係る進行波管に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。図7に示すように、本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、陰極2、テープ状陽極3、高電圧電源4、真空排気装置6、送り出し機構7、巻き取り機構8およびコリメータ10の構成は実施の形態1の電子ビーム発生装置と同様である。本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、テープ状陽極3を通過した電子ビームの進行方向に、真空容器5と一体となった円筒空洞40が備えられている。円筒空洞40は円筒形状を有しており、その外周部にはソレノイドコイル41が配置されている。円筒空洞40の内部には、螺旋導体42が設置されている。また、円筒空洞40には、電子ビームの進行方向の上流側に入力部43、下流側に出力部44がそれぞれ接続されている。さらに、電子ビームの進行方向の最下流にはコレクター45が配置されている。
Embodiment 4.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to the traveling wave tube according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, in the electron beam generator 1 of the present embodiment, a cathode 2, a tape-shaped anode 3, a high-voltage power source 4, an evacuation device 6, a delivery mechanism 7, a winding mechanism 8 and a collimator 10 are provided. The configuration is the same as that of the electron beam generator of the first embodiment. In the electron beam generator 1 of this embodiment, a cylindrical cavity 40 integrated with the vacuum vessel 5 is provided in the traveling direction of the electron beam that has passed through the tape-shaped anode 3 . The cylindrical cavity 40 has a cylindrical shape, and a solenoid coil 41 is arranged on its outer periphery. A spiral conductor 42 is installed inside the cylindrical cavity 40 . The cylindrical cavity 40 is connected to an input section 43 on the upstream side and an output section 44 on the downstream side in the direction in which the electron beam travels. Furthermore, a collector 45 is arranged at the most downstream position in the electron beam traveling direction.

ソレノイドコイル41は、円筒空洞40の内部に電子ビームに対する収束磁界を発生させる。入力部43は、低い電力のマイクロ波を螺旋導体42に入力する。電子ビームの進行速度と螺旋導体42を伝わるマイクロ波の位相速度とを同じにすることにより、電子ビームは進行方向に対して密度変調を受ける。密度変調を受けた電子ビームは、出力部44で増幅されてマイクロ波として取り出される。密度変調を受けた電子ビームは、進行方向の最下流に配置されたコレクター45に衝突することでそのエネルギーは熱に変換されて失われる。 A solenoid coil 41 generates a converging magnetic field for the electron beam inside the cylindrical cavity 40 . The input unit 43 inputs low-power microwaves to the spiral conductor 42 . By making the traveling speed of the electron beam equal to the phase speed of the microwave traveling through the spiral conductor 42, the electron beam undergoes density modulation in the traveling direction. The electron beam subjected to density modulation is amplified at the output section 44 and taken out as microwaves. The density-modulated electron beam collides with the collector 45 arranged at the most downstream position in the traveling direction, and its energy is converted into heat and lost.

このように構成された進行波管に応用した電子ビーム発生装置は、小型で長時間安定したマイクロ波を得ることができる。とくに大電流出力を目的とした進行波管に応用した場合、電子ビームの電流を増大させる必要がある。そのため、短時間で陽極の損傷が大きくなるが、本実施の形態の電子ビーム発生装置であればテープ状陽極を用いているので、安定したマイクロ波の発生時間を確保することができる。 The electron beam generator applied to the traveling wave tube configured as described above is compact and can generate stable microwaves for a long period of time. In particular, when applied to a traveling wave tube intended to output a large current, it is necessary to increase the current of the electron beam. As a result, the damage to the anode becomes large in a short time, but the electron beam generator of the present embodiment uses a tape-shaped anode, so that a stable microwave generation time can be ensured.

なお、本実施の形態において、螺旋導体42に替えて電子ビームの進行方向に多数の永久磁石を並べた構成を用いることもできる。また、本実施の形態の電子ビーム発生装置を後進行波管に応用する場合は、出力部44を接地電位とし、螺旋導体42を伝搬するマイクロ波の進行方向を電子ビームの進行方向の逆にすることで、入力部43からマイクロ波を取り出すことができる。 In addition, in this embodiment, instead of the spiral conductor 42, a configuration in which a large number of permanent magnets are arranged in the traveling direction of the electron beam can also be used. Further, when the electron beam generator of this embodiment is applied to a backward traveling wave tube, the output section 44 is set to the ground potential, and the traveling direction of the microwave propagating through the spiral conductor 42 is reversed to the traveling direction of the electron beam. By doing so, microwaves can be extracted from the input unit 43 .

実施の形態5.
図8は、実施の形態5に係る仮想陰極発振器に応用した電子ビーム発生装置の断面模式図である。図8に示すように、本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、陰極2、テープ状陽極3、高電圧電源4、真空排気装置6、送り出し機構7、巻き取り機構8およびコリメータ10の構成は実施の形態1の電子ビーム発生装置と同様である。本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、テープ状陽極3を通過した電子ビームの進行方向に、真空容器5と一体となった円筒空洞50が備えられている。この円筒空洞50は円筒形状を有しており、電子ビームの進行方向の端部に真空窓51を備えている。この真空窓51は、セラミック、ガラスなどで構成されている。また、本実施の形態の電子ビーム発生装置1においては、陰極2の先端、テープ状陽極3およびコリメータ10は、円筒空洞50の近傍に配置されている。
Embodiment 5.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an electron beam generator applied to the virtual cathode oscillator according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, in the electron beam generator 1 of the present embodiment, a cathode 2, a tape-shaped anode 3, a high-voltage power source 4, an evacuation device 6, a sending mechanism 7, a winding mechanism 8, and a collimator 10 are provided. The configuration is the same as that of the electron beam generator of the first embodiment. In the electron beam generator 1 of this embodiment, a cylindrical cavity 50 integrated with the vacuum vessel 5 is provided in the traveling direction of the electron beam that has passed through the tape-shaped anode 3 . This cylindrical cavity 50 has a cylindrical shape, and has a vacuum window 51 at the end in the direction in which the electron beam travels. The vacuum window 51 is made of ceramic, glass, or the like. Further, in the electron beam generator 1 of this embodiment, the tip of the cathode 2, the tape-shaped anode 3 and the collimator 10 are arranged in the vicinity of the cylindrical cavity 50. As shown in FIG.

このように構成された電子ビーム発生装置においては、電子ビームの電流量が大幅に増加すると、テープ状陽極3を通過した電子ビームがそれ自身の空間電荷により進行方向に減速する。円筒空洞50の内部で停止した電子群はあたかも陰極と同電位の金属のように振る舞い始める。そのため、この電子群は仮想陰極と呼ばれる。円筒空洞50の内部に仮想陰極が発生するとこの仮想陰極とテープ状陽極3を挟んで対向する陰極2との間を往復する電子が出現し始める。また、この仮想陰極自身はプラズマでありプラズマ振動を始める。このような電子の往復運動および仮想陰極自身のプラズマ振動からマイクロ波が発生する。発生したマイクロ波の周波数f(単位:GHz)は、以下の(3)式で表されると考えられている。 In the electron beam generator constructed in this way, when the current amount of the electron beam is greatly increased, the electron beam passing through the tape-like anode 3 is decelerated in the traveling direction due to its own space charge. The electron group stopped inside the cylindrical cavity 50 begins to behave as if it were a metal with the same potential as the cathode. This group of electrons is therefore called the virtual cathode. When a virtual cathode is generated inside the cylindrical cavity 50, electrons start appearing to reciprocate between this virtual cathode and the cathode 2 facing each other with the tape-shaped anode 3 interposed therebetween. Also, this virtual cathode itself is plasma and starts plasma oscillation. Microwaves are generated from the reciprocating motion of such electrons and the plasma oscillation of the virtual cathode itself. The frequency f (unit: GHz) of the generated microwave is considered to be expressed by the following equation (3).

Figure 2022173651000004
Figure 2022173651000004

ここで、dは陰極2とテープ状陽極3との間隔(単位:cm)、γは陰極2とテープ状陽極3との間に印加される電圧から計算される電子ビームのローレンツ因子である。円筒空洞50の内径は、発生したマイクロ波の周波数を遮断周波数にもつ円筒内径よりも大きく設定されている。円筒空洞50の内部で仮想陰極となった電子群は進行方向のみ運動量がなくなっており、進行方向に対して直交する方向の運動量は失われていない。そのため、仮想陰極となった電子群は発散して円筒空洞50の内壁に衝突して失われる。仮想陰極から発生したマイクロ波は、電子ビームの進行方向に伝わり、円筒空洞50の端部に備えられた真空窓51より取り出される。 Here, d is the distance (unit: cm) between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3, and γ0 is the Lorentz factor of the electron beam calculated from the voltage applied between the cathode 2 and the tape-shaped anode 3. . The inner diameter of the cylindrical cavity 50 is set larger than the inner diameter of the cylinder whose cutoff frequency is the frequency of the generated microwave. The electron group that has become a virtual cathode inside the cylindrical cavity 50 loses momentum only in the direction of travel, and does not lose momentum in the direction perpendicular to the direction of travel. Therefore, the electron group that has become the virtual cathode diverges and collides with the inner wall of the cylindrical cavity 50 and is lost. Microwaves generated from the virtual cathode are propagated in the direction in which the electron beam travels and are taken out from the vacuum window 51 provided at the end of the cylindrical cavity 50 .

このように構成された仮想陰極発振器に応用した電子ビーム発生装置は、小型で長時間安定したマイクロ波を得ることができる。とくに大電流出力を目的とした仮想陰極発振器に応用した場合、電子ビームの電流を増大させる必要がある。そのため、短時間で陽極の損傷が大きくなるが、本実施の形態の電子ビーム発生装置であればテープ状陽極を用いているので、安定したマイクロ波の発生時間を確保することができる。 The electron beam generator applied to the virtual cathode oscillator configured as described above is compact and can obtain stable microwaves for a long period of time. In particular, when applied to a virtual cathode oscillator intended to output a large current, it is necessary to increase the current of the electron beam. As a result, the damage to the anode becomes large in a short time, but the electron beam generator of the present embodiment uses a tape-shaped anode, so that a stable microwave generation time can be ensured.

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although this application describes various exemplary embodiments, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are limited to the application of particular embodiments. can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed in the present application. For example, modification, addition or omission of at least one component, extraction of at least one component, and combination with components of other embodiments shall be included.

1 電子ビーム発生装置、2 陰極、3 テープ状陽極、4 高電圧電源、5 真空容器、5a 絶縁部材、6 真空排気装置、7 送り出し機構、8 巻き取り機構、9 標的、10 コリメータ、11 ガイドローラ、12 テンション調整機構、12a アーム、20 表面測定器、21、22、23 電流検出部、24、51 真空窓、25 濾過板、30 速度変調管、31、41 ソレノイドコイル、32 入力側共振空洞、33 出力側共振空洞、34 入力回路、35 出力回路、36、45 コレクター、40、50 円筒空洞、42 螺旋導体、43 入力部、44 出力部。 REFERENCE SIGNS LIST 1 electron beam generator 2 cathode 3 tape anode 4 high voltage power supply 5 vacuum container 5a insulating member 6 evacuation device 7 delivery mechanism 8 winding mechanism 9 target 10 collimator 11 guide roller , 12 tension adjustment mechanism, 12a arm, 20 surface measuring instrument, 21, 22, 23 current detector, 24, 51 vacuum window, 25 filter plate, 30 velocity modulation tube, 31, 41 solenoid coil, 32 input side resonant cavity, 33 output side resonance cavity, 34 input circuit, 35 output circuit, 36, 45 collector, 40, 50 cylindrical cavity, 42 spiral conductor, 43 input part, 44 output part.

Claims (9)

電子ビームを出射する陰極と、
前記陰極と電気的に絶縁されたテープ状陽極と、
前記陰極と前記テープ状陽極との間に高電圧を印加して前記陰極から放出された前記電子ビームを前記テープ状陽極に向けて加速する高電圧電源と、
前記陰極および前記テープ状陽極を真空中に保持する真空容器とを備えた電子ビーム発生装置であって、
前記テープ状陽極は、送り出し機構から送り出されて巻き取り機構に巻き取られることで搬送されることを特徴とする電子ビーム発生装置。
a cathode that emits an electron beam;
a tape-shaped anode electrically insulated from the cathode;
a high voltage power source that applies a high voltage between the cathode and the tape-shaped anode to accelerate the electron beam emitted from the cathode toward the tape-shaped anode;
An electron beam generator comprising a vacuum container for holding the cathode and the tape-shaped anode in vacuum,
The electron beam generator, wherein the tape-shaped anode is transported by being delivered from a delivery mechanism and wound up by a winding mechanism.
前記テープ状陽極は、金属膜を有する樹脂フィルム、または複数の開口部を有する金属シートで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子ビーム発生装置。 2. An electron beam generator according to claim 1, wherein said tape-shaped anode is composed of a resin film having a metal film or a metal sheet having a plurality of openings. 前記陰極と前記テープ状陽極との間にコリメータをさらに備え、前記コリメータの前記陰極と対向する面が樹脂で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電子ビーム発生装置。 3. The electron beam generator according to claim 1, further comprising a collimator between said cathode and said tape-shaped anode, wherein a surface of said collimator facing said cathode is made of resin. 前記陰極から出射された電子ビームの電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記テープ状陽極は前記電流検出部で検出された前記電子ビームの電流の累積電流量に基づいて搬送されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電子ビーム発生装置。 A current detection unit for detecting a current of the electron beam emitted from the cathode is further provided, and the tape-shaped anode is transported based on an accumulated current amount of the current of the electron beam detected by the current detection unit. 4. An electron beam generator according to any one of claims 1 to 3. 前記電子ビームが入射する位置の前記テープ状陽極の表面状態を観測する表面測定器をさらに備え、前記テープ状陽極は前記表面測定器で観測された前記表面状態に基づいて搬送されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電子ビーム発生装置。 The tape-shaped anode is further provided with a surface measuring device for observing the surface state of the tape-shaped anode at the position where the electron beam is incident, and the tape-shaped anode is transported based on the surface state observed by the surface measuring device. 4. The electron beam generator according to any one of claims 1 to 3. 前記表面測定器は、前記電子ビームが入射する位置の前記テープ状陽極の表面に光を照射し、当該光の透過光または反射光に基づいて前記表面状態を観測することを特徴とする請求項5に記載の電子ビーム発生装置。 3. The surface measuring instrument irradiates light onto the surface of the tape-shaped anode at a position where the electron beam is incident, and observes the surface state based on transmitted light or reflected light of the light. 6. The electron beam generator according to 5. 前記表面測定器は、前記電子ビームが入射する位置の前記テープ状陽極の表面の画像を撮影し、撮影された前記画像に基づいて前記表面状態を観測することを特徴とする請求項5に記載の電子ビーム発生装置。 6. The surface measuring device according to claim 5, wherein said surface measuring device captures an image of the surface of said tape-shaped anode at a position where said electron beam is incident, and observes said surface condition based on said captured image. electron beam generator. 前記表面測定器は、前記電子ビームが入射する位置の前記テープ状陽極の表面の温度を測定し、測定された前記温度に基づいて前記表面状態を観測することを特徴とする請求項5に記載の電子ビーム発生装置。 6. The surface measuring device according to claim 5, wherein said surface measuring instrument measures the surface temperature of said tape-shaped anode at a position where said electron beam is incident, and observes said surface condition based on said measured temperature. electron beam generator. 前記表面測定器は、前記電子ビームが入射する位置の前記テープ状陽極の表面から放出されるX線の線量または前記X線のエネルギースペクトルに基づいて前記表面状態を観測することを特徴とする請求項5に記載の電子ビーム発生装置。 The surface measuring device observes the surface state based on the dose of X-rays emitted from the surface of the tape-shaped anode at the position where the electron beam is incident or the energy spectrum of the X-rays. Item 6. An electron beam generator according to item 5.
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