JP4690036B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム装置の分野に関する。より具体的には、本発明は、多数の線形ビームをもつ装置における複数の軸外電子ビームの磁界集束に関する。このような装置は、例えば、マイクロ波電力増幅器及び発振器、誘導出力管、クライストロンなどを含む。

線形ビームの電子管においては、低い電子放出密度を達成するための電子源はカソードであり、これは、通常、望ましいビーム直径より大きい。カソードにより放出される電子は、電極を加速させ、電子を望ましいビームサイズに光学的に集束させるようにする電圧が印加された一組の電極により作動する。次いで、磁界集束場はビームを拘束し、これが拡散するのを防止する。磁界集束場は、電磁石、永久磁石、又はこれら２つの組み合わせによって生成することができる。

線形電子ビーム装置を集束させるのに好ましい２つのシステムがある。１つのシステムは、ブリユアン集束と呼ばれ、ここでは、遮蔽を用いて、どのような磁界集束場もカソード及びビーム形成領域の中に漏れないようにする。所望の磁界集束場のほとんどすべては、ビームがその望ましい直径に到達する点又はその近くに、急激に導入される。

第２の集束システムは、「制限流」集束と呼ばれる。このシステムにおいては、磁場力線が、本質的に、光学電子軌道と位置合わせされるように、磁界集束場が、制御された方法により、カソード及びビーム形成領域の中に「漏らされ」る。この場合においては、磁界集束場は、ビームがその望ましい直径に到達する点の近くの完全な値に接近する。

これらの２つの集束システムのうち、ブリユアン集束は、ビームを適切に集束させるのに、集束場の大きさを電子エネルギに適合させる必要があるために、この方が弱い。これにより、より弱い集束と、ビームとのｒｆ場の相互作用により引き起こされる焦点外れの影響を受けやすいビームとがもたらされる。対照的に、制限流集束は、同じ装置について、ブリユアン集束場より、典型的には、少なくとも２倍だけ強い集束場を用いる。したがって、より単純なシステムであるブリユアン集束は、一般には、より低い電力用途に用いられ、制限流集束は、ほとんど排他的に、より高い電力装置において用いられる。

これらの集束システムの両方が適切に適用された場合には、単一の線形ビームをもつ装置を集束させるのに良好に働く。このような場合においては、ビーム軸及び集束場軸を位置合わせして、放射形対称及び方位対称を得ることができ、設計問題は、本質的に１次元、すなわち、軸方向の磁場の大きさだけを制御するだけでよくなる。

多数の線形ビームをもつ電子装置の設計者は、困難な３次元設計問題に直面することが長い間認識されていた。この問題の大部分は、ブリユアン集束を用いることにより、多くの既存の多ビーム装置において避けられていた。しかし、これは、達成される電力レベルを制限するものであった。本発明の目的は、制限流集束を多ビーム装置に適用する新規な方法を教示し、したがって、新しい、より高出力の多ビーム装置への道を開くことである。

電子ビームは、磁場により集束されて、装置のＲＦ相互作用回路において、該回路の内径（又は最小直径）より幾らか小さい直径を有し、最小の又は低いスキャロッピングをもつビームを生成する。このことを収束電子ビームにより達成するためには（ＲＦ回路において望ましい直径より大きい直径のカソード又はエミッタのために）、適切な磁気回路（永久磁石及び／又はソレノイドを含む）を用いて、磁場を装置の長さに沿って成形する。しかし、多ビームの場合には、ビーム軸は、磁気回路の軸と一致していない。このような場合には、電子ビーム内の磁界収束場の十分な対称性を確実にするための付加的な作業を設計段階で行い、ＲＦ相互作用回路上でのビーム妨害を避けるようにしなければならない。このことは、特に、磁場が装置のガン及びカソード領域に存在する制限流集束ビームにおいて重要である。

制限流磁界集束多ビーム装置が知られている。このような装置においては、（電子ビームに対して）非対称的な磁場は、典型的には、個々の電子ビームがカソードからアノードの方向に進むときに、これらを、電子ビーム軸の周りで、螺旋状のパターンでねじるか又は旋回するようにさせる。したがって、制限流磁界集束を用いる装置は、このねじれを考慮しなければならない。このことは、多くの場合、一連の孔を予想されるビーム経路に沿って置いて、ビームの中心が（望ましくは）孔のそれぞれの縦方向軸上に置かれるようにすることにより達成される。孔は、適切にビームを妨害するように、ビームに沿った位置間で、空間的にオフセットされていなければならない。

幾つかの多ビーム装置の設計は、該装置の縦方向軸近くにカソード・エミッタをクラスタして、個々のビーム軸が該縦方向軸近くに配設されるようにする。この技術は、ビームのねじれを減少させはするが、完全に排除することはない。このような装置は、典型的には、個々のビームを装置の縦方向軸近くに置くことにより生じる空間制限によりもたらされる装置の寿命及び作動電圧限度を含む性能限度を有する。

磁場の対称性等化を達成するのに種々の方法が用いられている。これらには、個々のカソードコイルを用いて、磁場を成形するものを含み、これは、実施するのに困難で複雑になることがある手法である。本明細書においては、上述のように、磁場の対称性を達成するために、ガン磁極片におけるビーム孔の位置の変位を用いることと併せて、嵩張った重い鉄の磁場成形要素を用いることが提案された。

ビームの集束を助けるのに、オフセットされた磁極片を用いる従来の制限流多ビーム装置における問題は、ねじれ量がビーム電流及び電圧及び磁界強度に依存するため、所定の位置に固定された孔は一組の作動条件に対してしか適切な位置ではないことである。装置が特別に設計された条件の外で作動される場合には、ビームは、板部分と交差し、これにより、孔は、孔以外の位置に置かれて、装置の損傷及び最適でない作動がもたらされるか、又は、ビームは、中心から外れて孔を通り（磁極片に当たるのではなく）、これにより、さらに別の磁界の非対称性を誘起させ、したがって、より大きなビームのねじれに悩まされる。

ビームが装置軸の近くに配設された制限流多ビーム装置は、該装置内の空間制限によりもたらされる性能限度に悩まされる。これらの限度は、より高い作動カソード電流密度による短い装置寿命、より高い電極電圧傾度による作動電圧限度、及び制限された空間の中で作動する要求により課される機械的及び熱的設計の課題を含む。

軸方向に対称的な磁場が、多ビームの電子ビーム装置における各々のビームの縦方向軸の周りに形成される。磁場の対称性は、ビーム電圧、ビーム電流、及び印加磁場強度とは独立している。磁束等化器組立体が、多ビームの電子ビーム装置のカソードとアノードとの間のカソード近くに配設される。この組立体は、装置の磁界集束回路内に完全に含まれた強磁性磁束板を含む。磁束板は、多ビーム装置の各々のビームに対して孔を含む。磁束等化間隙が磁束板に配設されて、該磁束板の磁場に摂動を与え、この摂動が、軸外のビーム位置により誘起された非対称性に対抗する。間隙は、多数の方法により実施することができ、これらのすべては、局所的に磁場の非対称性に対抗する、局所的に連続的に変化する磁気抵抗を生成する効果を有する。磁束等化器組立体は、ビームのねじれを防止するか又は実質的に減少させ、装置の電子ビームのすべてを線形ビームとして維持する。

本明細書の中に組み込まれ、この一部を構成する添付図面は、本発明の１つ又はそれ以上の実施形態を示し、詳細な説明と併せて、本発明の原理及び実施を説明するように働く。

本発明の実施形態は、本明細書においては、軸外電子ビームの磁界集束方法及び装置の内容で説明される。本発明は、軸外電子ビームを用いる多種多様な多ビーム電子装置並びに単一ビーム線形電子装置と用いることができることを意図する。当業者は、本発明の以下の詳細な説明は、例示的なものに過ぎず、決して限定することを意図するものではないことを理解するであろう。本発明の他の実施形態は、この開示の利益を有するこのような当業者であれば、容易に思い付くであろう。ここで、添付図面に示される本発明の実施を詳細に参照する。同じ又は同様な部分を参照するのに、図面及び以下の詳細な説明を通して、同じ参照指標が用いられる。

明確さのために、実施におけるすべての通常の特徴がここに示され述べられているわけではない。もちろん、このような実際の実施の構成、幾多の実施特有の決定は、適用例及びビジネスに関連する制約との適合性のような開発者の特定の目標を達成するためになされなければならず、これら特有の目標は、実施ごと及び開発者ごとに異なることが理解される。さらに、このような構成作業は、複雑で時間のかかるものではあるが、この開示の利益を有する当業者にとっては通常の工学事業であることが理解される。

クライストロン、誘導出力管（ＩＯＴ）などといったマイクロ波真空装置のような単一ビーム電子装置においては、磁界集束場は、一般には、ソレノイド及び／又は永久磁石を含む磁気回路により生成され、これは、その縦方向軸が電子ビームの縦方向軸と一致する放射形対称磁場源である。典型的な多ビーム装置においては、磁気回路は、電子ビームのクラスタを囲む。すべてのビームが装置の中央縦方向軸を占めることはできないため、ほとんど多くてビームの１つ、おそらくすべてのビームは、その軸から幾らかの距離だけオフセットされる。その結果、ビームは、すべてが磁気回路の縦方向軸と一致することはなく、何らかの修正動作がなければ、磁気回路は、装置の源（カソード）からコレクタ（アノード）に移動する電子に対して非対称的な力を課す。この非対称的な力は、通常は、上述のように、ビームにねじれを課すことにより現れる。本発明は、カソード領域の軸外電子ビームの周りに局所的に磁気補償を与えて、ビームがどのような実質的なねじれも示さないようにする。さらに、本発明の利点は、装置の作動条件（電流、電圧、印加磁場強度）に関係なく受けられ、したがって、この修正手法を用いる理由のために課されるどのような厳しい作動条件もない。

ここで図１を参照すると、多ビーム電子装置１０の基本的な電気回路の概略図がブロック形態で示されている。カソード組立体は、電子１２の源として作用し、電子を解放する１つ又はそれ以上の個々のカソードを含むことができる。コレクタ組立体１４は、電子が複数のビーム１６ａ、１６ｂ、１６ｃ（総合的に１６とされる）の１つにわたり、装置１０の長さを移動した後に、これを受け取る。通常の磁気回路１８がビームを囲む。真空エンベロープ２０は、源組立体１２、コレクタ組立体１４、及びビーム１６を含む。第１の電源２２は、磁気回路の必要とされる場所に電力を与える（磁気回路がソレノイドを含む場合におけるように）。第２の電源２４は、電子が源組立体１２からコレクタ組立体１４に加速するようにバイアスを与える。第３の電源、図示せず、は、典型的には、電力をカソードに与えて、電子の熱電子解放を助ける。コレクタ組立体は、以下に限定されるものではないが、単一の固定電位で保持された単段コレクタ、又は、各々が異なる電位で保持された複数の段を含む多段電位低減コレクタを含む。典型的には、このような装置の一部になるＲＦ回路は、明確さのために省いた。

本発明の一実施形態によれば、軸方向に対称的な（軸対称の）磁場は、多ビーム装置とすることができる電子ビーム装置の各々の軸外ビームの縦方向軸の周りに局所的に与えられる。磁場の対称性は、ビーム電圧、ビーム電流、及び印加磁場強度とは独立している。磁束等化器組立体が、カソードとアノードとの間の装置のカソード近くに配設される。この組立体は、装置の磁気回路内に完全に含まれた強磁性磁束板を含む。磁束板は、各々のビームのためのビーム孔を含む。磁束等化リングが各々の孔の中に、ビームの周りに同心に配設される。方位的に大きさが異なる磁束等化リンクと磁束板との間の間隙は、磁場に対する局所修正を与える。各々の磁束等化リングと関連する磁束等化シリンダが、さらに、ビームの周りに同心に配設され、高度に対称性のある磁束密度がカソード領域に維持されることを確実にする。磁束等化器組立体は、ねじれを防止するか又は実質的に減少させる。

図２は、複数の磁場成形要素を含む６つのビーム電子管（６つの軸外ビーム）のための磁束等化器組立体２６のアノード側の図である。磁束等化器組立体２６は、鉄、ニッケルなどのような強磁性素子からなる材料で製造された強磁性磁束板２８を含む。磁束板２８は、各々の孔に対してビーム孔３０ａ．．．、３０ｆ（総合的に３０とされる）を含む。本発明の一実施形態によれば、ビーム孔３０は、すべて円形であり、それぞれ壁３２を含む。中央孔３１は、重量減少又はガン構築中の機械的クリアランスのために含むことができる。これが磁場の対称性に影響を与えることはない。孔３０ａ．．．、３０ｆは、すべて、装置の縦方向軸からオフセットされており、したがって、磁気修正を必要とする。孔３０の各々においては、磁束等化リング３４が配設されており、磁束等化シリンダ３６を囲み、これと接触している。磁束等化リング３４の外径は、対応する孔の内径より小さい。結果として、磁束等化リングと対応する孔との間には間隙３８（「磁束等化間隙」）がある。孔の各々の一実施形態においては、磁束等化リング３４及び磁束等化シリンダ３６の断面は円形で、図２に示されるビーム軸に対して同軸であり、間隙距離は、磁束板２８の中心から最も遠い距離で最大になり、該磁束板２８の中心に対して最も近い距離で最小になるか又はゼロになる。

一実施形態においては、磁束板２８は、磁気的浮動構造であり、これは、完全に集束磁気回路１８内に配設され、磁気回路（図示せず）の磁極片及び戻り経路（図示せず）から、より高い磁気抵抗真空間隙分だけ分離されている。磁束板２８の主要な機能は、ビームの空間電荷均衡制限流集束と一致した方法により磁束を成形することである。磁束板２８の外径及び個々のビーム孔３０の直径は、以下に述べられるように、望ましい磁束成形を達成するのに選択されるパラメータである。磁束板２８の厚さもまた、ある程度は磁束成形に影響を与える。さらに、テーパ、面取り部、丸みを与えられた縁、カットアウト、穴、隆起、突起を加えることにより、又は種々の部品を非円形に作ることにより（例えば、楕円形であるか又は複雑な形状に）、磁束板の機械的詳細及び孔３０の形状を調整することによって、磁束成形に影響を与えることができる。

図３は、磁束等化器組立体２６のカソード側の図である。

磁束等化器組立体２６は、適当な磁場成形及び対称性を与えるように、装置のカソード領域に配置されることが意図される。

図４は、本発明の一実施形態によるカソードのベース組立体４０及びカソード閃光装置組立体４２と併せて取り付けられた磁束等化器組立体２６のアノード側の斜視図である。磁束等化器組立体２６の６つの軸外孔３０の各々は、カソード閃光装置４４の１つを囲む。

図５は、カソードのベース組立体及びカソード閃光装置組立体に組み立てられた磁束等化器組立体の１つの孔のアノード側の斜視図である。カソード閃光装置４４は、個々のビームの電子を放出するのに用いられる個々のカソード素子である。

磁束板２８だけでは、磁束の分散は各々のビーム軸に対して対称的にはならない。具体的には、磁束密度は、磁束板が物理的に磁気回路に近いために、磁束板の外径の方向により高くなる。結果として、磁束板２８だけでは、依然としてビーム孔３０にわたり磁束密度傾度があり、磁気回路に最も近い（及び、その縦方向軸から最も遠い）各々のビーム縁における磁束密度がより高くなる。等化リング３４及び等化シリンダ３６は、各々のビームに対して、局所的に、完璧に近い磁束の対称性を達成するように設計することができる。このことは、磁束等化リング３６を導入することにより、ビームの一方の縁から他方の縁までにわたる磁束密度傾度を大幅に減少させることによって達成することができる。このリングは、これが囲むビーム軸と同心である。図２及び図３に戻ると、ここでは、磁束板２８のビーム穴３０の直径は、磁束等化リングの外径よりある程度大きいことがわかる。さらに、磁束板２８の穴３０は、個々のカソード閃光装置４４を含むボルト円と比較すると、ソレノイド軸に対して、ある程度大きいボルト円上にある。本発明の一実施形態においては、磁束等化リング３４は、磁気回路の縦方向軸に最も近い点で、磁束板２８に接触するように、該磁束板２８のビーム穴３０に配設される（これは要求されていない）。したがって、各々の磁束等化リング上の磁束板２８と各々の磁束等化リング３４との間の磁気回路軸から最も遠い点において、より高い磁気抵抗真空間隙があり、これは正確には、磁束等化リングがない場合には、磁束密度が最も高くなるところである。同時に、本実施形態における磁束等化リングは、磁気回路の縦方向に最も近い点において、磁束板２８と密接に接触しており（達成可能な最も低い磁気抵抗）、これは正確には、磁束等化リングがない場合には、磁束密度が最も低くなるところである。したがって、孔３０の内径に対する磁束等化リング３４の外径、すなわち、「磁束等化間隙長さ」は、本実施形態において、間隙にわたる磁気抵抗を適当に調整することにより、ビームの一方の側から他方の側までのゼロに近い磁束傾度を達成するのに用いられるパラメータである。

ここで図６及び図７を参照すると、図６は、磁束等化器組立体２６のアノード側の図であり、図７は、図６のボックス７の拡大されたアノード側の図である。図６及び図７に示されるように、磁束等化間隙の大きさは、連続的に、ビームの周りで方位的に変化する。これが、まさに、各々のビームに対して、ほぼ完璧な磁束密度の対称性を与えるのに必要なものである。磁束等化リングなしでは、ビームの一方の側から他方の側までの磁束密度傾度は、連続的に、ビームの周りで方位的に変化することになる。磁束等化リングにより、間隙は、ビームの一方の側から他方の側までの磁束密度傾度を均衡にするためだけに、方位的に相応に変化する。本発明の付加的な実施形態によれば、磁束等化リング３４は、磁束板２８と密接に接触している必要はない。ビームの周りすべての磁束等化間隙の相対的な大きさは、適当な磁気抵抗を達成し、その結果、適切な磁束傾度補償及び優れた磁束対称性を達成するように設計することができる。付加的な実施形態においては、磁束等化リング３４は、磁束板２８に直接取り付けられたか、又は、銅、銀、タングステン、モリブデン、ガラス、セラミック（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢｅＯなど）といった真空両立性金属のような非強磁性インターフェースにより取り付けられた個別の部品とすることができる。磁束等化リングは、通常のミリング、高圧水ミリング、放電加工（ＥＤＭ）などのような高精密機械技術を用いて、磁束板における精密に製造されたカットアウトとして、磁束板２８に一体形成することができる。さらに、磁束等化、高圧性能、又は単純化された製造を調整するために、磁束等化リングに対して、以下に限定されるものではないが、リング厚さの調整（装置の縦方向軸に沿って）、テーパの追加、表面特性及び厚さ特性の制御、面取り部の追加、基本のリング形状からの半径、形状の変化（例えば、楕円形状又は双曲線形状）を含むさらに別の修正を行うことができる。

磁束等化シリンダ３６は、カソード領域において、高度に対称的な磁束密度を維持することを助ける。ビームごとに１つのシリンダ３６がある。シリンダは、縦方向ビーム軸と同心に配設される。一実施形態においては、シリンダ３６は、磁束等化リング３４と密接に接触しているが、これは必要条件ではない。磁束等化シリンダなしで磁束等化リングを用いることは、磁束板の相対的に薄い性質のために、ビームに周りに非対称的な磁束分散及び磁束傾度をもたらす。磁束板２８及び磁束等化リング３４が十分な厚さで製造されている場合には、磁束等化シリンダは省いてもよい。しかし、このことは、相対的に重い構造体をもたらすことになり、したがって、多くの適用例は、薄い磁束板２８及び薄い磁束等化リング３４を長い磁束等化シリンダ３６と結合させて用いることが有利であることを見出す。この磁束等化シリンダの長さは、高度に対称性のある磁束を達成するのに重要である。実施においては、最小長さは、高度に対称性のある磁束を確実にするのに十分なものでなくてはならない。円筒形の磁束等化シリンダに対する変形が可能である。例えば、これらは、シリンダの長さに沿った壁厚の変形、壁厚特性、形状特性（円錐形を含む）又は縦方向シリンダ軸の長さに沿って変化する非円形断面（楕円形断面又は双曲線断面のような）、又は断面特性を含むことができる。磁束等化シリンダ及び磁束等化リングもまた、長い形態の磁束等化リングに似た単一の組み合わせ要素で置き換えることができ、この長さは、磁束等化シリンダに相当する。

磁束等化リング３４は、機能的にも概念的にも磁束板とは別の事物であるが、これは、実際は、本発明の一実施形態においては、磁束板の一体部分である。この構成は、ＥＤＭその他の一般的な機械加工技術を用いて、磁束等化間隙３８を容易に生成できるため、製造を容易にするのを助ける。代替的な実施形態においては、磁束等化リングは、磁束板に連結された個別の部品とすることができ、又は、これらは、磁束板又は磁束等化シリンダと一体とすることができる。さらに、ここで当業者には理解されるように、磁束板、磁束等化リング、及び磁束等化シリンダの組立体全体を単一の材料ビレットから単一工程で製造することができる。

図８は、本発明の別の実施形態を示す磁束板の正面図である。本実施形態によれば、円形であるか又は別の好適な形状とすることができる１つ又はそれ以上の小さい穴４６（４６ａ．．．４６ｉが示される）は、磁束板２８のビーム孔３０に隣接して置かれる。この手法は、連続的に変化する磁気抵抗間隙が小さい個別の穴４６により近似され、磁束等化リングを排除する。この手法は、以下に述べられるように、静磁気シミュレーションツールを用いることにより有効であることが見出された。本実施形態によれば、以前に用いられたような厚い磁束板又は磁束等化シリンダが用いられるが、別々の磁束等化リングは必要なく、磁束等化間隙は、小さい穴４６により形成される。ここで、適当な磁束等化を達成するのに必要な局所磁気抵抗の変化は、図２ないし図７の実施形態に関して上述された、磁束等化間隙と同じ機能もつ小さい穴４６により与えられることが、当業者であれば理解することができる。当業者であれば、さらに、ここで、ビーム孔３０の周りの種々の形状の孔が、要求される磁気抵抗の変化をもたらし、種々の断面形状の磁束等化シリンダ（並びに、厚い磁束板）が作動することを理解する。これらの構成はまた、必要に応じて、特定の設計に組み合わせることができる。

図９は、本発明の別の実施形態を示す磁束板２８の正面図である。本実施形態によれば、磁束板の孔３０は、必要な場所に、より大きい磁気抵抗間隙を生成するように真円ではないように伸ばされ、したがって、孔は非円形である。本実施形態によれば、磁束等化リングは必要ではないが、孔３０と同じ断面形状とすることができる磁束等化シリンダ（この図には示されない）が用いられる。

本発明によれば、カリフォルニア州バークレー所在のＮａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｂｅｒｋｅｌｅｙから入手可能なＭＡＦＩＡ（有限積分法を用いたマックスウェル方程式）のような３次元静磁気ソルバーのコンピュータ設計ツール、及び、ＣＳＴ、独国ダルムシュタット所在のＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ、ＣＳＴから入手可能なＣＳＴ ＥＭＳ、ペンシルバニア州ピッツバーグ所在のＡＮＳＯＦＴコーポレーションから入手可能なＭＡＸＷＥＬＬ ３Ｄ、ペンシルバニア州カノンズバーグ所在のＡＮＳＹＳから入手可能なＡＮＳＹＳ／Ｅｍａｇ、及びイリノイ州オーロラ所在のＶｅｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＴＯＳＣＡをもつＯＰＥＲＡ−３ｄが試行錯誤分析と併せて用いられて、特定の提案された設計を取り、これを所望の静磁気特性を有する最終設計にまとめる。各々の場合の目標は、磁束板において、振幅は等しく、軸外ビーム孔に対して局所的な区域において反対方向の磁気摂動を生成して、軸外ビーム孔を含む領域に軸対称の磁場条件を達成することである。将来、より能力のある静磁気ソルバーが入手可能になったときには、この工程の大部分は、完全に自動化することができる。

上述のすべての形態は、（１）磁束をビームの一方の側から他方の側に局所的に均衡する磁束摂動装置として働く、連続的に変化する磁気抵抗間隙（又は相対的に小さい段で製造されたようにほとんど連続的に変化する）があること、及び（２）各々のビーム軸に対する局所的な軸対称条件が、磁束板の後に（すなわち、カソード方向に）、十分な距離だけ維持されること、という条件満たされている限りは作用する。これら２つの条件が満たされている場合には、磁束等化器組立体により取られる正確な形態は、性能又は製造可能性を調整するために、電子ガンの作動パラメータ（ビーム電圧及びビーム電流）、ビーム集束、及び静磁ガン要素の形状及び付着によって実際の設計の詳細が異なっていてよい。

幾つかの付加的な変形もまた可能である。磁束板は、上述の例に述べられたように平らなものである必要はなく、これは、わずかに湾曲していてもよいし、又は、他の他の形状が付けられていてもよい。磁束板に中央孔３１があってもよいし、又はなくてもよい。この孔がある場合には、磁束分散にわずかな影響があり、もちろん、より明るい磁束板をもたらして、装置の製造中に機械的なアクセスを与えることができる。

図１０ないし図１２は、図２ないし図７の実施形態により作られたＭＡＦＩＡ分析を示すが、磁束等化器組立体は省かれており、したがって、磁束補償機構も省かれている。図１３ないし図１６は、磁束等化器組立体を含んでいる同じ実施形態に対するＭＡＦＩＡ分析を示す。図１７ないし図１９は、図８による磁束等化実施形態に対するＭＡＦＩＡ分析を示す。

図１０は、磁束等化器組立体を省いた図２ないし図７の実施形態に対するスカラー磁位のＭＡＦＩＡ分析外形のプロットである。このプロットは、ビーム軸に対して垂直で、カソードに配置された平面にある。ビーム軸は、中心にあるドットとして示される。ビーム軸の周りの磁場の完璧な対称性のために、スカラー磁位外形は、ビーム軸のドット上に中心が置かれた一連の同心円になる。ＭＡＦＩＡはその計算に個別の分析メッシュを用いるため、この分析は適切である。この磁位外形は、高度に非対称的（非円形）である。

図１１は図１０と同様であるが、図１１は、カソードの下流側のアノードにより近い平面で取られている。結果は、より対称的（円形）になるが、これらはビーム軸（ドット）上に中心が置かれない。

図１２は、磁場の高度な非対称性方向におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。図１６と比較すると、これらの結果は、明らかに、カソードの一方の側から他方の側まで非対称的である。高度な対称性は、ビームのねじれを避けるのに必要である。（カソードの中心である）Ｘ軸の中心から左側の縁（カソードの１つの縁）の外への湾曲形状は、中心から右側の縁の外への形状とほぼ同じでなくてはならない。

図１３は、磁束等化器組立体が含まれた図２ないし図７の実施形態に対するスカラー磁位のＭＡＦＩＡ分析外形のプロットである。このプロットは、ビーム軸に対して垂直で、カソードに配置された平面にある。ビーム軸は、中心にあるドットとして示される。ビーム軸の周りの磁場の完璧な対称性のために、スカラー磁位外形は、ビーム軸のドット上に中心が置かれた一連の同心円になる。ＭＡＦＩＡはその計算において個別の分析メッシュを用いるため、この分析は適切である。したがって、幾つかの円は、磁場の対称性がないことによってではなく、メッシュ解像度（ＭＡＦＩＡは、計算された点の間に直線を引く）によって歪む。

図１４は、図１３と同様であるが、図１４は、カソードの下流側のアノードにより近い平面で取られている。これら２つのプロットは、優れた磁場がガン領域全体にわたり維持されていることを示す。

図１５及び図１６は、磁場の対称性を示す２つの直交面（それぞれＸ及びＹ）におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示す。各々のプロットの上部に挙げられた数は、カソードの縁におけるスカラー磁位値である。完璧な対称性のために、これらの数は全く等しくなる。これら４つの数は、すべて、互いの０．０３％内にあり、優れた対称性を示す。

図１７は、磁場の非対称性を修正するために、図８に示された実施形態を実施する多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面のカソードにおける計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。これは、図１３と類似した結果を示す。

図１８は、磁場の非対称性を修正するために、図８に示された実施形態を実施するカソードから下流側にある多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面における計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。これは、図１４と類似した結果を示す。

図１９は、図１７及び図１８のクライストロンに対する磁場の最高の非対称性の方向におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。

上述の発明は、ガン及びカソード領域において高度な軸対称磁束をもたらすため、電子ビームに顕著なねじれが生じることはない。ガンには、オフセット孔が空けられた磁極片が必要ないため、本発明を用いる多ビーム装置は、固定した作動条件の組に限定されることなく、幅広い範囲の作動条件にわたり作動することができる。

本発明の実施形態及び適用例が示され述べられたが、この開示の利益を有する当業者には、本明細書における本発明の概念から離れることなく、上述されたより多くの修正が可能であることが明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲の精神以外のものに制限されるものではない。

ブロック形態で示された多ビーム電子装置の基本的な電気回路の概略図である。 本発明の一実施形態による磁束等化器組立体のアノード側の斜視図である。 本発明の一実施形態による磁束等化器組立体のカソード側の斜視図である。 本発明の一実施形態によるカソードのベース組立体及びカソード閃光装置組立体と併せて取り付けられた磁束等化器組立体のアノード側の斜視図である。 本発明の一実施形態によるカソードのベース組立体及びカソード閃光装置組立体に組み立てられた磁束等化器組立体の１つの孔のアノード側の斜視図である。 本発明の一実施形態による磁束等化器組立体のアノード側の図である。 図６のボックス７の拡大されたアノード側の図である。 本発明の別の実施形態を示す磁束板の正面図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す磁束板の正面図である。 磁場の非対称性を修正しない、多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面のカソードにおける計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 磁場の非対称性を修正しない、カソードから下流側にある多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面における計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 図１０及び図１１のクライストロンに対する磁場の最高の非対称性の方向におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。 磁場の非対称性を修正するために、図２ないし図７に示される実施形態を実施する多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面のカソードにおける計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 磁場の非対称性を修正するために、図２ないし図７に示される実施形態を実施するカソードから下流側の多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面における計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 修正された磁場の対称性を示す２つの直交面（それぞれＸ及びＹ）におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。各々のプロットの上部に挙げられた数は、カソードの縁におけるスカラー磁位値である。完璧な対称性のために、これらの数は全く等しくなる。これら４つの数は、すべて、互いの０．０３％内にあり、優れた対称性を示す。 修正された磁場の対称性を示す２つの直交面（それぞれＸ及びＹ）におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。各々のプロットの上部に挙げられた数は、カソードの縁におけるスカラー磁位値である。完璧な対称性のために、これらの数は全く等しくなる。これら４つの数は、すべて、互いの０．０３％内にあり、優れた対称性を示す。 磁場の非対称性を修正するために、図８に示される実施形態を実施する多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面のカソードにおける計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 磁場の非対称性を修正するために、図８に示される実施形態を実施するカソードから下流側の多ビームクライストロンの１つの縦方向ビーム軸に対して垂直な平面における計算されたスカラー磁気等電位のアノード側の図である。 図１７及び図１８のクライストロンに対する磁場の最高の非対称性の方向におけるカソード表面にわたるスカラー磁位の変化を示すプロットである。

Claims (18)

1. 縦方向軸を有する電子ビーム装置であって、
   前記縦方向軸から間隔をもって配設された複数の電子ビームの源を含み、
   前記複数の電子ビームは、前記源とコレクタ組立体との間に形成されるようになっており、
   前記源と前記コレクタ組立体との間の、相対的に該源の近くに配設された磁束等化組立体を含み、
   前記磁束等化組立体が、（１）強磁性材料で形成され、前記複数の電子ビームの各々の対する少なくとも１つの孔と、前記孔を定める孔壁とを含む、磁束板と、（２）前記複数の電子ビームの各々の周りに同心に配設された磁束等化リングとを含み、前記磁束等化リングと対応する孔壁との間に方位的に変化する間隙が形成され、
   前記電子ビームを集束するように配設された磁場源が設けられ、
   前記電子ビームが、前記装置の前記縦方向軸に対して平行な実質的に直線の経路において、前記源と前記コレクタとの間を移動するようになった、
   ことを特徴とする電子ビーム装置。
2. 前記磁束等化リング及び前記磁束板が、少なくとも１つの位置で接触状態にある請求項１に記載の電子ビーム装置。
3. 前記磁場源が、前記電子ビーム装置の周りに配設されたソレノイドである請求項１に記載の電子ビーム装置。
4. 縦方向軸を有する電子ビーム装置であって、
   前記縦方向軸から間隔をもって配設された複数の電子ビームの源を含み、
   前記複数の電子ビームは、前記源とコレクタ組立体との間に形成されるようになっており、
   前記源と前記コレクタ組立体との間の、相対的に該源の近くに配設された磁束等化組立体を含み、
   前記磁束等化組立体が、（１）強磁性材料で形成され、前記複数の電子ビームの各々の対する少なくとも１つの孔と、前記孔を定める孔壁とを含む、磁束板と、（２）前記複数の電子ビームの各々の周りに同心に配設され、対応する孔壁との間に方位的に変化する間隙が形成されるようになった磁束等化リングと、（３）前記複数の電子ビームの各々の周りに同心に配設された磁束等化シリンダとを含み、
   前記電子ビームを集束するように配設された磁場源が設けられ、
   前記電子ビームが、前記装置の前記縦方向軸に対して平行な実質的に直線の経路において、前記源と前記コレクタとの間を移動するようになった、
   ことを特徴とする電子ビーム装置。
5. 前記磁束等化リング及び前記磁束板が、少なくとも１つの位置で接触状態にある請求項４に記載の電子ビーム装置。
6. 前記磁束等化リング及び前記磁束等化シリンダが、接触状態にある請求項４に記載の電子ビーム装置。
7. 前記磁束等化リング及び前記磁束板が、少なくとも１つの位置で接触状態にある請求項６に記載の電子ビーム装置。
8. 前記磁場源が、前記電子ビーム装置の周りに配設されたソレノイドである請求項４に記載の電子ビーム装置。
9. 縦方向軸と、前記縦方向軸の周りに配設され、電子ビームを第１の直径に集束させる磁界集束場を与える磁気回路とを有する電子ビーム装置であって、前記装置が、該縦方向軸に対して平行に、かつ該軸から或る距離をもって少なくとも１つの電子ビームを有し、該装置は、
   前記少なくとも１つの電子ビームと関連するカソードと、
   前記少なくとも１つの電子ビームと関連するアノードと、
   前記アノードと前記カソードとの間に配設された磁束等化組立体と、
   を備え、
   前記磁束等化組立体が、前記少なくとも１つの電子ビームが通るようにされたビーム孔を有する強磁性磁束板を含み、
   前記磁束等化組立体が、前記それぞれの複数の電子ビームの周りに同心に配置された磁束等化リングを含み、前記磁束等化リングと対応する孔壁との間で方位的に変化する間隙を形成し、
   前記磁束等化組立体が、前記カソードの方向に延びて、該カソードの方向に延びる前記磁束等化組立体が前記第１の直径より大きく、該カソードに隣接する領域において、少なくとも１つの電子ビームの少なくとも一部を囲む部分を含む、
   ことを特徴とする電子ビーム装置。
10. 前記磁気回路がソレノイドを含む請求項９に記載の電子ビーム装置。
11. 前記磁束等化リング及び前記強磁性磁束板が少なくとも１つの位置で接触状態にある請求項９に記載の電子ビーム装置。
12. 前記カソードの方向への前記磁束等化組立体の延長部が、一定の厚さを有する磁束板により達成された請求項９に記載の電子ビーム装置。
13. 前記カソードの方向への前記磁束等化組立体の延長部が、磁束等化シリンダにより達成された請求項９に記載の電子ビーム装置。
14. 縦方向軸と、前記縦方向軸の周りに配設され、電子ビームを第１の直径に集束させる磁界集束場を与える磁気回路とを有する電子ビーム装置であって、前記装置が、該縦方向軸に対して平行に、かつ該軸から或る距離をもって少なくとも１つの電子ビームを有し、該装置は、
    前記少なくとも１つの電子ビームと関連するカソードと、
    前記少なくとも１つの電子ビームと関連するアノードと、
    前記アノードと前記カソードとの間に配設された磁束等化組立体と、
    を備え、
    前記磁束等化組立体が、前記少なくとも１つの電子ビームが通るようにされたビーム孔を有する強磁性磁束板を含み、
    前記磁束等化組立体が、前記それぞれの複数の電子ビームの周りに同心に配置された磁束等化リングを含み、前記磁束等化リングと対応する孔壁との間で方位的に変化する間隙を形成する、
    ことを特徴とする電子ビーム装置。
15. 前記磁気回路がソレノイドを含む請求項１４に記載の電子ビーム装置。
16. 前記磁束等化リング及び前記磁束板が、少なくとも１つの位置で接触状態にある請求項１４に記載の電子ビーム装置。
17. 前記磁束等化組立体が、一定の厚さを有する磁束板により、前記カソードの方向に延びるようになった請求項１４に記載の電子ビーム装置。
18. 前記磁束等化組立体が、磁束等化シリンダにより、前記カソードの方向に延びるようになった請求項１４に記載の電子ビーム装置。

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