JP4900620B2

JP4900620B2 - Ｒｆ電子銃

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Publication number: JP4900620B2
Application number: JP2008548102A
Authority: JP
Inventors: 廣成山田; 大祐長谷川; 典生豊杉
Original assignee: PHOTON PRODUCTION LABORATORY, LTD.
Current assignee: PHOTON PRODUCTION LABORATORY, LTD.
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JPWO2008068806A1; WO2008068806A1

Description

本発明は、ＲＦ電子銃に関し、特に集束性の高い電子ビームを出力することができる小型のＲＦ電子銃に関する。

ＲＦ電子銃は電子ビームの生成手段として公知である。一例として、下記特許文献１、２に開示されているＲＦ電子銃を図８に示す。

図８に示したＲＦ電子銃は、ＲＦ電子銃空洞１０１、熱電子を発生するカソード１０２、ドリフトスペース１０３、真空箱１０５、電子ビーム１０４のエネルギー幅を決定するスリット１０６、電子ビーム１０４をα状に偏向するα電磁石１０７、α電磁石１０７から取り出された電子ビーム１０４をさらに加速する加速管１０８、ビームダクト１０９、電子ビームを真空中から大気中に取り出すビーム取出窓１１０、ＲＦ電子銃空洞１０１に供給されるマイクロ波の位相と振幅を調整する移相減衰器１１１、マイクロ波電力を分配する電力分配器１１２、主発振器１１３、主発振器１１３によって動作されるＲＦ源１１４、及び、ＲＦ源１１４に電力を与えるパルス変調器１１５を備えている。

その動作は次の通りである。ＲＦ電子銃空洞１０１にＲＦ源１１４からマイクロ波が電力分配器１１２及び移相減衰器１１１を介して供給されると、ＲＦ電子銃空洞１０１には軸方向にマイクロ波電場が生じ、この電場中に置かれた高温度のカソード１０２から熱電子が引き出される。カソード１０２から引き出された電子ビーム１０４はさらにＲＦ電子銃空洞１０１内の電場で加速され、真空ダクトであるドリフトスペース１０３を通ってα電磁石１０７の入口に達する。このときの電子ビーム１０４はマイクロ波の位相により所定の最大値までの連続的なエネルギースペクトルをもっている。この様々な速度が一様でない電子ビーム１０４は、α電磁石１０７によって形成された一様な磁場中を通過するとき運動量分散が起こってビーム幅が広がるので、所定のエネルギー範囲の電子のみがスリット１０６の間を通過することができ、加速管１０８に入射する。符号１０４ａ〜１０４ｃはスリット１０６を通り抜けることができた電子ビームを表している。ＲＦ電源１１４からの大電力マイクロ波は主発振器１１３からの小電力マイクロ波をＲＦ増幅器で増幅して作られ、ＲＦ源１１４はマイクロ波増幅器として機能する。ＲＦ源１１４は通常パルス駆動され、強力な尖頭電力を生み出す。

ＲＦ電子銃空洞１０１から取り出される電子ビームのエネルギースペクトルはＲＦ電子銃空洞１０１の中にできるマイクロ波電場の位相と関係し、α電磁石１０７中の軌道上で、バンチングされた電子ビームが加速管１０８によって加速される。さらに、α電磁石１０７の後方に、α電磁石１０７から取り出された電子ビーム１０４を集束させるために、四重極磁場を形成する四重極磁石を配置することも行われている。
特開平７−２３５３９９号公報米国特許第４，６４１，１０３号公報

上記したように、従来のＲＦ電子銃は、熱電子を放出して加速する手段と、特定のエネルギーの電子を選択する手段（α電磁石）とを別に設けることが必要であり、大型で高額な装置であった。また、特定のエネルギーの電子を選択する手段（α電磁石）の後方に、電子ビームを集束する手段（四重極磁石）を設ける場合には、さらに大型で高額な装置になる。

従って、本発明の目的は、集束性の高い電子ビームを出力することができる小型で低額なＲＦ電子銃を提供することにある。

本発明の目的は、以下の手段によって達成される。

即ち、本発明に係るＲＦ電子銃は、静的な主磁場を生成する磁石と、前記主磁場が生成される領域に配置され、電子を放出するエミッタと、前記主磁場が生成される領域に配置され、マイクロ波が入力されて高周波電場を生成する加速空洞とを備え、前記磁石が、静磁場が一様な第１領域と、静磁場強度が所定方向において単調に減少する第２領域とを形成し、前記エミッタから放出される複数の前記電子を、前記高周波電場および前記第１領域の静磁場によって、前記エミッタを中心とする渦巻状に移動させ、前記第２領域の静磁場によって集束させた後、出力することを特徴としている。

上記ＲＦ電子銃において、前記所定方向は、前記エミッタから遠ざかる方向であり、前記第２領域における静磁場強度は、前記第１領域の静磁場強度から単調に減少することができる。

また、上記ＲＦ電子銃において、前記第２領域の近傍に配置された２つの第１補正磁石及び２つの第２補正磁石を備え、２つの前記第１補正磁石は、前記第２領域を間に挟んで対向して配置され、相互間に前記主磁場に平行な静磁場を生成し、２つの前記第２補正磁石は、前記第２領域を間に挟んで対向して配置され、相互間に前記主磁場に平行な静磁場を生成し、一方の前記第１補正磁石の対向面の磁極と他方の前記第１補正磁石の対向面の磁極とは逆の極性であり、一方の前記第２補正磁石の対向面の磁極と他方の前記第２補正磁石の対向面の磁極とは逆の極性であり、前記第２領域に対して同じ側に配置された前記第１補正磁石および前記第２補正磁石の各々の前記対向面の磁極は逆の極性であり、前記電子は、前記第１補正磁石の間を通過した後、前記第２補正磁石の間を通過し、前記電子が、２つの前記第１補正磁石の間を通過するとき、エネルギーが大きいほど通過距離が長くなるように、前記第１補正磁石は配置され、前記電子が、２つの前記第２補正磁石の間を通過するとき、エネルギーが小さいほど通過距離が長くなるように、前記第２補正磁石は配置されていることができる。

また、上記ＲＦ電子銃において、前記エミッタは、前記加速空洞の第１壁面に配置され、該第１壁面は、電子を通過させるスリットを有し、前記エミッタから放出された電子は、前記加速空洞の中心方向に加速された後、前記第１壁面に接近し、前記第１壁面のスリットを通過し、前記加速空洞の外部に形成された前記第２領域を通過することができる。

また、上記ＲＦ電子銃において、前記エミッタは、前記加速空洞の第１壁面に配置され、該第１壁面は、電子を通過させるスリットを有し、前記エミッタから放出された電子は、前記加速空洞の中心方向に加速された後、前記第１壁面に接近し、前記第１壁面のスリットを通過して前記加速空洞の外部に出た後、再び前記第１壁面のスリットを通過し、前記第２領域を通過することができる。

本発明によれば、熱電子を放出して加速する手段を、静磁場発生手段の中に配置することによって、小型で低額なＲＦ電子銃を実現することができる。

また、主磁場の分布を、電子ビームの渦巻状軌道の一部において、熱電子を放出する手段から遠ざかるにつれて、磁場強度が単調に減少するように形成することよって、電子ビームの集束性を改善することができる。

また、補正磁石を静磁場発生手段の中に配置することによって、電子ビームをさらに集束させることができる。

また、加速空洞から出た直後に電子ビームを集束させることによって、電子の加速効率を上げ、ＲＦ電子銃から取り出される電子ビームの電流値を増大させることができる。

本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃の構成を示す水平断面図である。本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃の構成を示す鉛直断面図である。本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃の内部に生成される磁場分布を示すグラフである。本発明の別の実施の形態に係るＲＦ電子銃の一部を示す水平断面図である。本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃において補正磁石を備えない状態でのシミュレーションによって得られた電子ビームの軌道を示す図である。本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃において補正磁石を備えた状態でのシミュレーションによって得られた電子ビームの軌道を示す図である。従来のＲＦ電子銃の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ＲＦ電子銃
１０筐体部
１１ＲＦガイド部
１２ビーム取出部
１３ｕ、１３ｄポールピース
１４ｕ、１４ｄコイル
１５エミッタ
１６加速空洞
１７ｕ、１７ｄ凸部
１８ｕ、１８ｄ第１補正磁石
１９ｕ、１９ｄ第２補正磁石
２０取出管
Ｓ電子ビーム
Ａ１〜Ａ５集束領域
ｅ電子
ＲＦマイクロ波
Ｌ１、Ｌ２集束された後の電子ビームの広がり

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に関して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃を示す斜視図である。本ＲＦ電子銃１は、筐体部１０、ＲＦガイド部１１、ビーム取出部１２を備えている。説明の便宜上、直交するＸＹＺ軸を図１のように設定する。ＸＹＺ軸は図１の右上に示されているが、その原点は筐体部１０の中心に位置するとして、以下説明する。

ＲＦガイド部１１は、所定の周波数のマイクロ波ＲＦを供給するＲＦ源（図示せず）に接続されており、マイクロ波ＲＦを伝送する導波管として機能する。本ＲＦ電子銃１の内部は真空に維持されており、ビーム取出部１２は加速器や目的に応じた外部装置に接続され、後述するように筐体部１０の内部で発生した電子ビームはそれらの装置に供給される。

図２は、図１に示したＲＦ電子銃１のＸＹ平面を通る水平断面図である。図３は、図２に示したIII−III線を通る鉛直断面図である。図２、３に示したように、筐体部１０は内部に、対向する２つのポールピース１３ｕ、１３ｄと、各々のポールピース１３ｕ、１３ｄの周囲に巻かれたコイル１４ｕ、１４ｄと、エミッタ１５を有する加速空洞１６と、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄ及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄと、取出管２０とを備えている。図１〜３において、コイル１４ｕ、１４ｄに電流を流す電源などは省略している。

筐体部１０及びポールピース１３ｕ、１３ｄは強磁性材料（例えば鉄。以下同じ）で形成されており、コイル１４ｕ、１４ｄと共に磁気回路（磁石）を構成する。コイル１４ｕ、１４ｄには、同方向に同じ値の直流電流が流され、対向するポールピース１３ｕ、１３ｄ間にＺ軸方向の静磁場（主磁場とも記す）が形成される。図２、３に示したように、ポールピース１３ｕは、ポールピース１３ｄに対向する面に、細長い２つの凸部１７ｕを備えており、ＸＺ面に関して対称な形状をしている。同様に、ポールピース１３ｄは、ポールピース１３ｕに対向する面に、細長い２つの凸部１７ｄを備えており、ＸＺ面に関して対称な形状をしている。また、ポールピース１３ｕ、１３ｄ、コイル１４ｕ、１４ｄは、ＸＹ面に関して対称になるように配置になっている。これらの対称な形状および配置、並びに凸部１７ｕ、１７ｄは、筐体部１０の中央部を含む所定範囲に、一様な磁場分布（強度及び方向が同じ磁場分布）を形成するためのものである。

加速空洞１６は、非磁性の導電性材料を用いて、所定周波数の高周波電場の形成に適した形状に形成されている。加速空洞１６の壁面には、後述するようにエミッタ１５から放出される電子ｅを通過させるために、スリット（図示せず）が形成されている。

第１補正磁石１８ｕ、１８ｄは、長方形の平板状の永久磁石であり、厚さ方向にほぼ一様に磁化されており、ＸＹ平面を挟んで磁極面が対向するように配置されている。第２補正磁石１９ｕ、１９ｄも、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄと同様に形成され、配置されている。これら４つの対向面の磁極の極性に関しては、第１補正磁石１８ｕの対向面の磁極と第１補正磁石１８ｄの対向面の磁極とが逆の極性であり、第２補正磁石１９ｕの対向面の磁極と第２補正磁石１９ｄの対向面の磁極とが逆の極性であり、第１補正磁石１８ｕの対向面の磁極と第２補正磁石１９ｕの対向面の磁極とが逆の極性である。従って、第１補正磁石１８ｄの対向面の磁極と第２補正磁石１９ｄの対向面の磁極とも逆の極性になっている。なお、図示していないが、第１磁石１８ｕと第２磁石１９ｕとが強磁性材料のヨークで接続され、第１磁石１８ｄと第２磁石１９ｄとが強磁性材料の別のヨークで接続されている。

取出管２０は、強磁性材料で円筒状に形成されており、ＲＦ電子銃１から電子ビームを安定して所定の方向に取り出すために必要である。磁束が取出管２０の円筒壁内部を通過するので、取出管２０の内側には磁場が殆ど存在せず、取出管２０に入射した電子ビームの軌道は取出管２０の円筒軸に沿った直線状になる。

次に、上記のように構成されたＲＦ電子銃１の動作を説明する。ここでは、Ｚ軸の正方向に一様な静磁場が形成され、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄ及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄの対向する磁極面が、それぞれＮ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極であるとする。

まず、コイル１４ｕ、１４ｄに同方向の直流電流を流して、対向するポールピース１３ｕ、１３ｄ間に、中心を含む所定範囲内で一様なＺ軸方向の主磁場を生成する。

この状態で、電子を発生させる。即ち、ＲＦ源からマイクロ波ＲＦを、ＲＦガイド部１１を介して加速空洞１６に供給し、エミッタ１５を加熱する。これによって、加速空洞１６には高周波電場が生じ、高温度のエミッタ１５から放出された電子がこの高周波電場によって加速される。ここで、高周波電場の方向はＹ軸に平行になるように設計されている。

エミッタ１５から放出された電子は、高周波電場およびポールピース１３ｕ、１３ｄ間に形成された静磁場との電磁気的相互作用によって力を受け、破線で示すように、エミッタを中心とする渦巻状の旋回軌道（電子ビームＳ）を描く。すなわち、電子は、最初は電場によってエミッタ１５から加速空洞１６の中心方向に移動するが、加速されるにつれて主磁場との相互作用によってより大きな力を受け、円弧状の曲線を描きながらエミッタ１５が配置された加速空洞１６の壁面に近づき、加速空洞１６に形成されたスリットを通過して、加速空洞１６の外に出る。電子は、その後再び加速空洞１６に近づき、加速空洞１６に形成されたスリットを通過して、エミッタ１５が配置された壁面に対向する壁面に形成されたスリットを通過し、取出管２０に入射してビーム取出部１２から出力する。ここで、旋回する電子ビームＳの周回毎の距離がマイクロ波ＲＦの波長の整数倍になるように設計されている。

このとき、エミッタ１５から放出される電子は、Ｚ軸方向には殆ど速度成分を持たず、あまり広がらない（Ｚ軸方向の広がりは約０．１ｍｍ未満）が、ＸＹ面内の速度成分は比較的大きく、そのばらつきも比較的大きい。従って、本発明では、電子ビームＳが図２、３に点線で示した集束領域Ａ１を通過するときに集束させる。そのために、後述するように筐体部１０の内部に形成される主磁場の分布を工夫する。さらに、望ましくは筐体部１０の内部に補正磁石を配置する。

図４は、Ｙ軸上の主磁場強度Ｂz（磁場のＺ成分）の変化を示すグラフである。図４には、参考として集束領域Ａ１内のＹ軸上の範囲に符号Ａ１を付記している。電子ビームＳが通過する集束領域Ａ１において、電子ビームＳの法線方向（電子軌道面内で電子の速度方向に直交する方向）の磁場強度分布が、エミッタ１５から遠ざかるにつれて、一様な磁場強度Ｂ0から所定の磁場強度Ｂ1まで単調に減少するように、主磁場分布を形成する。ここで、ポールピース１３ｕ、１３ｄはＸ軸方向に細長く形成されているので、Ｙ軸から所定距離内にあるＹ軸に平行な直線上、即ち、領域Ａ１を通るＹ軸に平行な直線上では、磁場強度は図４のグラフと同様に変化する。このように主磁場の磁場分布を形成することによって、集束性が不十分な電子ビームＳが集束領域Ａ１を通過するとき、電子が通過する場所によって磁場強度が異なるので、静磁場との相互作用で電子が受ける力が異なることになる。その結果、電子ビームＳの集束性を改善することができ、質の高い電子ビームＳを得ることができる。なお、図２では、筐体部１０およびポールピース１３ｕ、１３ｄの形状によって形成される比較的長い集束領域Ａ１を示しているが、電子ビームＳを集束させるにはその一部の領域が使われる。

さらに、図２、３では、集束領域Ａ１の上下に、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄ及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄを配置している。第１補正磁石１８ｕ、１８ｄ及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄは、上記したように四重極磁石に類似する磁極配置をしている。従って、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄ及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄを通過することによって電子ビームをより一層集束させることができる。このとき、電子のエネルギーに応じて、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄの間、及び第２補正磁石１９ｕ、１９ｄの間における電子の通過距離を変化させる。即ち、詳細は後述するが、エネルギーがより大きい電子（旋回軌道の曲率が大きい軌道を通る電子）が、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄの間を通過する距離がより長くなるように、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄを配置する。そして、これとは逆に、エネルギーがより小さい電子が、第２補正磁石１９ｕ、１９ｄの間を通過する距離がより長くなるように、第２補正磁石１９ｕ、１９ｄを配置する。これによって、エネルギーの大きい電子ほど、大きく軌道が修正されるので、電子ビームＳをより一層集束させる効果がある。

図６、７は、本発明の実施の形態に係るＲＦ電子銃に関するシミュレーション結果を示す図である。図６は補正磁石を備えていない状態、図７は補正磁石（第１及び第２補正磁石１８ｄ、１９ｄ）を備えている状態でのシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、エミッタ１５から放出される電子の初速度を一定（大きさが１０ｅＶ相当）に設定し、電子の放出位置、及び高周波電磁場の変化に対する位相（時間＝１／（２．４４４６ＧＨｚ×２）秒の間）を変えて軌道計算を行なった。何れの図においても、エミッタ１５から始まる渦巻状の実線は、最終的なエネルギーが０．９５５〜０．９９５ＭｅＶとなる電子が通過する領域の境界（即ち、最も内側の軌道及び最も外側の軌道）を表す。エミッタ１５から始まる渦巻状の点線は、最終的なエネルギーが０．９〜１．１ＭｅＶとなる電子が通過する領域の境界を表す。

図６から、集束領域Ａ１に含まれる符号Ｃ１で示した部分で電子ビームが集束されていることが分かる。その後、電子ビームは一旦広がるが、再び符号Ｄ１で示した部分で集束する。従って、符号Ｄ１で示した部分に管口が位置するように取出管２０を配置すれば、集束性の高い電子ビームを取り出すことができる。

図７においても、図６と同様に、集束領域Ａ１に含まれる符号Ｃ２で示した部分で電子ビームが集束され、その後、電子ビームは一旦広がるが、再び符号Ｄ２で示した部分で集束することが分かる。図７では、図６と比較して、符号Ｃ２で示した部分で集束された後の電子ビームの広がりが小さい（Ｌ２＜Ｌ１）。このことは、電子の加速効率が高いことを示しており、符号Ｄ２で示した部分での電子ビームの広がりも図６より小さくなっている。従って、符号Ｄ２で示した部分に管口が位置するように取出管を配置すれば、補正磁石を備えている場合には補正磁石を備えていない場合よりも集束性の高い電子ビームを取り出すことができる。

なお、図７において、望ましい電子軌道は２本の渦巻状の実線の間を通るが、符号Ｃ２で示した部分で、内側の電子軌道と外側の電子軌道とが交差する。即ち、エミッタ１５から放出された後、最も外側の実線の軌道を通る電子は、符号Ｃ２で示した部分を通過した後は、最も内側の実線の軌道を通る。逆に、エミッタ１５から放出された後、最も内側の実線の軌道を通る電子は、符号Ｃ２で示した部分を通過した後は、最も外側の実線の軌道を通る。従って、上記したように、エネルギーがより大きい電子（符号Ｃ２で示した部分を通過する前において、より外側の軌道を通る電子）ほど、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄの間を通過する距離が長く、エネルギーがより小さい電子（符号Ｃ２で示した部分を通過した後において、より外側の軌道を通る電子）ほど、第２補正磁石１９ｕ、１９ｄの間を通過する距離が長くなっている。

以上によって、例えば、約１ＭｅＶの電子ビームを取り出すことができる、筐体部１０の外寸が約２５０ｍｍ×約２００ｍｍ×約１８０ｍｍと小型のＲＦ電子銃を実現することができる。このとき、一様な主磁場強度が５００Ｇになり、補正磁石によって生成される補正磁場強度が約１５０Ｇになるようにする。

以上、実施の形態を用いて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されず、種々の変更を加えて実施することができ、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、図５に示したように、電子ビームＳの渦巻状軌道の一部を含む領域Ａ２〜Ａ５の何れかにおいて、磁場強度が図４に示したように単調に変化するように磁場分布を形成すれば、領域Ａ２〜Ａ５を集束領域として使用することができる。ここで、領域Ａ２は図２、３の補正領域Ａ１よりも長さが短い領域である。

また、図５に示した領域Ａ５は、加速空洞１６の外部に位置するので、領域Ａ５の上下に補正磁石を配置してもよい。電子の加速効率の点では、加速空洞１６から出た直後の電子が通過する領域Ａ２の上下に補正磁石を配置して、電子ビームを集束させることが望ましいが、領域Ａ５の上下に補正磁石を配置した場合にもある程度の集束効果が得られる。

また、図２、３では、加速空洞１６と筐体部１０とを、各中心軸がＸ軸に一致するように配置した場合を示したが、この配置に限らず、電子ビームＳの渦巻状軌道の大部分が一様な主磁場中に位置し、一部分が集束領域を通過するように主磁場分布を形成できるように、加速空洞１６と筐体部１０とを配置すればよい。

また、上記ではコイルを用いた電磁石によって、筐体部の内部に静磁場を生成する場合を説明したが、これに限定されず、永久磁石を用いて主磁場を形成してもよい。例えば図３において、ポールピース１３ｕと筐体部１０との間、およびポールピース１３ｄと筐体部１０との間に、Ｚ軸方向に磁化された永久磁石を配置すればよい。

また、上記では、直方体のポールピースの表面に、一方向（Ｙ軸方向）に細長い凸部を形成する場合を説明したが、これに限定されない。１つのポールピースの表面に、Ｘ軸方向に平行な２つの凸部と、Ｙ軸方向に平行な２つの凸部とを形成してもよく、それら４つの凸部を接続して四角形の環状に凸部を形成してもよい。さらには、円筒形の筐体部、円形のポールピースを用い、円形の環状に凸部を形成してもよい。

また、図１〜３では電子ビームを取り出す方向がマイクロ波ＲＦの入射方向と平行であるが、電子ビームを取り出す方向は任意に設計することができ、例えば、図５のように取出管２０を配置して、マイクロ波ＲＦの印加方向と直交する方向に電子ビームを取り出してもよい。

また、補正磁石の形状が直方体である場合を説明したが、これに限らず、角が９０度よりも鋭角である板状であってもよく、円板状であってもよい。また、補正磁石を接続する一方のヨークが、第１補正磁石１８ｕ、１８ｄを接続するように配置され、他方のヨークが第２補正磁石１９ｕ、１９ｄを接続するように配置されていてもよい。

また、主磁場の方向はＺ軸の負方向であってもよい。その場合には、電子ビームの渦巻状軌道が逆向きになることを考慮して、エミッタの位置、加速空洞のスリットの形状および位置、補正磁石の位置及び極性配置などを設計すればよい。

また、集束領域内において、主磁場の強度が一様な値から単調に減少するように磁場分布を生成する場合を説明したが、主磁場の強度が一様な値から単調に増加するように集束領域内の磁場分布を生成して電子ビームを集束させてもよい。

本発明によれば、集束性の高い電子ビームを出力することができる小型で低額なＲＦ電子銃を提供することができる。

Claims

静的な主磁場を生成する磁石と、
前記主磁場が生成される領域に配置され、電子を放出するエミッタと、
前記主磁場が生成される領域に配置され、マイクロ波が入力されて高周波電場を生成する加速空洞とを備え、
前記磁石が、静磁場が一様な第１領域と、静磁場強度が所定方向において単調に減少する第２領域とを形成し、
前記エミッタから放出される複数の前記電子を、前記高周波電場および前記第１領域の静磁場によって、前記エミッタを中心とする渦巻状に移動させ、前記第２領域の静磁場によって集束させた後、出力することを特徴とするＲＦ電子銃。
前記所定方向が、前記エミッタから遠ざかる方向であり、
前記第２領域における静磁場強度が、前記第１領域の静磁場強度から単調に減少することを特徴とする請求項１に記載のＲＦ電子銃。
前記第２領域の近傍に配置された２つの第１補正磁石及び２つの第２補正磁石を備え、
２つの前記第１補正磁石が、前記第２領域を間に挟んで対向して配置され、相互間に前記主磁場に平行な静磁場を生成し、
２つの前記第２補正磁石が、前記第２領域を間に挟んで対向して配置され、相互間に前記主磁場に平行な静磁場を生成し、
一方の前記第１補正磁石の対向面の磁極と他方の前記第１補正磁石の対向面の磁極とが逆の極性であり、
一方の前記第２補正磁石の対向面の磁極と他方の前記第２補正磁石の対向面の磁極とが逆の極性であり、
前記第２領域に対して同じ側に配置された前記第１補正磁石および前記第２補正磁石の各々の前記対向面の磁極が逆の極性であり、
前記電子が、前記第１補正磁石の間を通過した後、前記第２補正磁石の間を通過し、
前記電子が、２つの前記第１補正磁石の間を通過するとき、エネルギーが大きいほど通過距離が長くなるように、前記第１補正磁石が配置され、
前記電子が、２つの前記第２補正磁石の間を通過するとき、エネルギーが小さいほど通過距離が長くなるように、前記第２補正磁石が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲＦ電子銃。
前記エミッタが、前記加速空洞の第１壁面に配置され、
該第１壁面が、電子を通過させるスリットを有し、
前記エミッタから放出された電子が、前記加速空洞の中心方向に加速された後、前記第１壁面に接近し、前記第１壁面のスリットを通過し、前記加速空洞の外部に形成された前記第２領域を通過することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＲＦ電子銃。
前記エミッタが、前記加速空洞の第１壁面に配置され、
該第１壁面が、電子を通過させるスリットを有し、
前記エミッタから放出された電子が、前記加速空洞の中心方向に加速された後、前記第１壁面に接近し、前記第１壁面のスリットを通過して前記加速空洞の外部に出た後、再び前記第１壁面のスリットを通過し、前記第２領域を通過することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＲＦ電子銃。