JP5544598B2 - Photocathode high-frequency electron gun and electron beam apparatus provided with photocathode high-frequency electron gun - Google Patents

Photocathode high-frequency electron gun and electron beam apparatus provided with photocathode high-frequency electron gun Download PDF

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Description

本発明は、光陰極高周波電子銃、および光陰極高周波電子銃を備えた電子線装置に関するものである。   The present invention relates to a photocathode high-frequency electron gun and an electron beam apparatus including the photocathode high-frequency electron gun.

光陰極高周波電子銃(以下「電子銃」という)は電子生成時の電子ビームの時間幅をレーザーによって制御することが出来るため、短パルス・高電荷・高品質、つまり高輝度な電子ビームを生成することが可能な装置として広く用いられている。1ps(rms)を切るような時間幅の電子ビームを生成することは非常に有用性が認められており、例えばテラヘルツ電磁波発生装置への利用が期待されている(例えば特許文献1)。すなわち、上記時間幅はテラヘルツ光の周期よりも電子ビーム幅が短いため、生成された光がコヒーレントに重なりあい、強めあうためである。その生成方法としては、軌道放射光のみならず、遷移放射光や回折放射光なども挙げられる。   The photocathode high-frequency electron gun (hereinafter referred to as “electron gun”) can control the time width of the electron beam during electron generation with a laser, so it generates a short-pulse, high-charge, high-quality, high-brightness electron beam. It is widely used as a device that can do this. Generation of an electron beam having a time width of less than 1 ps (rms) has been recognized as being very useful, and is expected to be used for, for example, a terahertz electromagnetic wave generator (for example, Patent Document 1). In other words, the electron beam width is shorter than the period of the terahertz light, and thus the generated light is coherently overlapped and strengthened. Examples of the generation method include not only orbital radiation but also transition radiation and diffracted radiation.

従来の電子銃は、陰極(カソード)と加速空胴が一体に形成されており、生成した電子を即座に加速することにより、高輝度な電子ビームを得ることができる。   In a conventional electron gun, a cathode (cathode) and an acceleration cavity are integrally formed, and a high-intensity electron beam can be obtained by immediately accelerating the generated electrons.

特開2006−190886号公報JP 2006-190886 A

加速空胴から得られる電子ビームは高輝度ではあるが、電子が十分に加速されるまでの空間電荷効果(電子同士の斥力)によって電子の時間幅は広がってしまい、生成された電子ビームの時間幅は、3ps(rms)程度となってしまう、という問題があった。   Although the electron beam obtained from the acceleration cavity is high in brightness, the time width of the electron is widened by the space charge effect (repulsive force between electrons) until the electron is sufficiently accelerated, and the time of the generated electron beam There was a problem that the width would be about 3 ps (rms).

そこで、本発明は、電子ビームの時間幅を容易に変更することができる電子銃、および、当該電子銃を備えた電子線装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an electron gun that can easily change the time width of an electron beam, and an electron beam apparatus including the electron gun.

本発明の請求項1に係る電子銃は、カソード部と、前記カソード部にレーザー光を照射するレーザー照射口と、前記カソード部から放出された電子を加速する加速空胴部と、前記加速空胴部の内部に高周波を導入する高周波導入部とを備える光陰極高周波電子銃において、前記加速空胴部は、二以上の基本セルと、前記基本セル同士の間に設けられる基本アイリスと、前記基本セルの出口に最終アイリスを挟んで連通された最終セルとを有し、前記基本アイリスは、前記基本セルのうち終端に設けられた出口セルと、当該出口セルと隣り合う他の基本セルの間に配置された、後方アイリスを含み、前記最終アイリスの厚さは、前記後方アイリスの厚さと異なり、前記後方アイリスの厚さより薄く形成されていることを特徴とする。 An electron gun according to claim 1 of the present invention includes a cathode portion, a laser irradiation port for irradiating the cathode portion with laser light, an acceleration cavity portion for accelerating electrons emitted from the cathode portion, and the acceleration sky. In the photocathode high-frequency electron gun including a high-frequency introduction unit that introduces a high frequency into the body, the acceleration cavity includes two or more basic cells, a basic iris provided between the basic cells, and the A final cell communicated with a final iris sandwiched by an outlet of the basic cell, and the basic iris includes an outlet cell provided at a terminal end of the basic cell and another basic cell adjacent to the outlet cell. Including the rear iris, the thickness of the final iris is different from the thickness of the rear iris and is formed thinner than the thickness of the rear iris .

本発明の請求項に係る電子線装置は、前記高周波の波長をλとした場合、前記最終アイリスの厚さをλ/8〜λ/10としたことを特徴とする。 The electron beam apparatus according to claim 2 of the present invention is characterized in that when the wavelength of the high frequency is λ, the thickness of the final iris is λ / 8 to λ / 10.

本発明の請求項に係る電子線装置は、請求項またはに係る電子銃を備えることを特徴とする。 An electron beam apparatus according to a third aspect of the present invention includes the electron gun according to the first or second aspect.

本発明に係る電子銃によれば、最終アイリスの厚さを変更し、前記後方アイリスの厚さより薄く形成することにより、電子ビームの時間幅を容易に変更することができる。
According to the electron gun of the present invention, the time width of the electron beam can be easily changed by changing the thickness of the final iris and making it thinner than the thickness of the rear iris .

本実施形態に係る電子銃の加速空胴本体の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the acceleration cavity main body of the electron gun which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る加速空胴部の電磁場計算の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the electromagnetic field calculation of the acceleration cavity part which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電子銃で生成された電子ビームの位相空間分布を示すグラフである。It is a graph which shows the phase space distribution of the electron beam produced | generated with the electron gun which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電子銃で生成された電子ビームの位相空間分布を示すグラフである。It is a graph which shows the phase space distribution of the electron beam produced | generated with the electron gun which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る電子銃で生成された電子ビームの位相空間分布を示すグラフである。It is a graph which shows the phase space distribution of the electron beam produced | generated with the electron gun which concerns on this embodiment. 比較例に係る電子銃で生成された電子ビームの位相空間分布を示すグラフである。It is a graph which shows the phase space distribution of the electron beam produced | generated with the electron gun which concerns on a comparative example. 変形例に係る加速空胴部の電磁場計算の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the electromagnetic field calculation of the acceleration cavity part which concerns on a modification. 上記変形例に係る電子銃で生成された電子ビームの位相空間分布を示すグラフである。It is a graph which shows the phase space distribution of the electron beam produced | generated with the electron gun which concerns on the said modification. 本実施形態に係る電子銃を備えた透過型電子顕微鏡の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the transmission electron microscope provided with the electron gun which concerns on this embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
(全体構成)
図1に示すように、本実施形態に係る電子銃1は加速空胴本体2を備える。加速空胴本体2は、真空中でのガス放出量が少なく、熱伝導性および電気伝導性を有する材料、例えば無酸素銅で形成され、カソード部3と、レーザー照射口4と、加速空胴部5とが設けられている。この電子銃1は、レーザー照射口4からレーザー光8をカソード部3へ照射して放出された電子9を加速空胴部5で加速して電子9Aを生成し、当該電子9Aを加速空胴本体2の中心軸7を通って電子ビーム出射ポート6から照射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(overall structure)
As shown in FIG. 1, the electron gun 1 according to this embodiment includes an acceleration cavity body 2. The accelerating cavity body 2 is formed of a material having a small amount of gas emission in a vacuum and having thermal conductivity and electrical conductivity, for example, oxygen-free copper. The cathode portion 3, the laser irradiation port 4, and the acceleration cavity Part 5 is provided. The electron gun 1 generates electrons 9A by accelerating the electrons 9 emitted by irradiating the laser beam 8 from the laser irradiation port 4 to the cathode portion 3 with the acceleration cavity 5, and the electrons 9A are accelerated. Irradiation is performed from the electron beam exit port 6 through the central axis 7 of the main body 2.

本実施形態に係る電子銃1は、加速位相を最適に選ぶことによってさらに磁気圧縮(磁場による軌道差を用いた圧縮)、もしくは速度圧縮(バンチ内速度差を用いた圧縮)を行える電子9Aを生成する等の縦方向の位相空間を制御することができる。   The electron gun 1 according to the present embodiment includes an electron 9A that can perform further magnetic compression (compression using an orbital difference due to a magnetic field) or velocity compression (compression using an in-bunch velocity difference) by optimally selecting an acceleration phase. It is possible to control the vertical phase space such as generation.

加速空胴本体2は、円筒形状であって、内部には、一端表面に前記カソード部3が設けられており、内周面に前記加速空胴部5が形成されている。   The accelerating cavity main body 2 has a cylindrical shape. The cathode 3 is provided on one end surface of the accelerating cavity main body 2, and the accelerating cavity 5 is formed on the inner peripheral surface.

加速空胴部5は、カソード部3側から中心軸7方向に基本セル10、最終セル11の順に設けられている。基本セル10は、第1セル10Aと出口セルとしての第2セル10Bとからなり、いわゆる1+0.6cellで構成されている。本実施形態の場合、第1セル10Aが0.6cell、第2セル10Bが1cellで構成されている。   The acceleration cavity portion 5 is provided in the order of the basic cell 10 and the final cell 11 in the direction of the central axis 7 from the cathode portion 3 side. The basic cell 10 is composed of a first cell 10A and a second cell 10B as an exit cell, and is constituted by a so-called 1 + 0.6 cell. In the case of the present embodiment, the first cell 10A is configured with 0.6 cells, and the second cell 10B is configured with 1 cell.

第1セル10Aと第2セル10Bとの間には基本アイリス12が設けられている。なお、本実施形態の場合、基本セル10が2個で構成されているので、前記基本アイリス12は後方アイリスともいう。   A basic iris 12 is provided between the first cell 10A and the second cell 10B. In the present embodiment, since the basic cell 10 is composed of two pieces, the basic iris 12 is also referred to as a rear iris.

最終セル11と第2セル10Bとの間には最終アイリス13が設けられている。第1セル10A、基本アイリス12、第2セル10B、最終アイリス13、最終セル11は、中心軸7に対して対称に形成されている。   A final iris 13 is provided between the final cell 11 and the second cell 10B. The first cell 10A, the basic iris 12, the second cell 10B, the final iris 13, and the final cell 11 are formed symmetrically with respect to the central axis 7.

第1セル10Aには、レーザー照射口4が設けられている。レーザー照射口4は、図示しないレーザー光源から出射されたレーザー光8を前記カソード部3に照射する。   A laser irradiation port 4 is provided in the first cell 10A. The laser irradiation port 4 irradiates the cathode unit 3 with laser light 8 emitted from a laser light source (not shown).

最終セル11は、軸方向長さが第2セル10Bと同じ長さとなるように形成されている。最終セル11には、高周波導入部15と、真空吸引部16とが設けられている。高周波導入部15は、図示しない高周波電源から供給された高周波電力を加速空胴部5内へ導入する。これにより、加速空胴部5内には、内部構造に適合した共振周波数を有する定在波が発生する。真空吸引部16は、図示しない真空装置に連通されており、これにより加速空胴本体2内は真空引きされる。なお、加速空胴部5には、図示しないがアイリスを冷却する冷却機構が設けられている。   The final cell 11 is formed so that the axial length is the same as that of the second cell 10B. The final cell 11 is provided with a high-frequency introduction unit 15 and a vacuum suction unit 16. The high frequency introducing unit 15 introduces high frequency power supplied from a high frequency power source (not shown) into the accelerating cavity 5. As a result, a standing wave having a resonance frequency suitable for the internal structure is generated in the accelerating cavity 5. The vacuum suction unit 16 communicates with a vacuum device (not shown), and thereby the inside of the acceleration cavity body 2 is evacuated. The acceleration cavity 5 is provided with a cooling mechanism (not shown) for cooling the iris.

本実施形態の場合、最終アイリス13は、厚さ、すなわち軸方向長さが前記基本アイリス12より短く形成されている。この最終アイリス13の軸方向長さは、利用例に因って異なるが、高周波位相で線形部分を選ぶ場合(速度差バンチングに用いる場合)には高周波波長の1/8〜1/10程度で選択することが好ましい。例えば、高周波電力を1周期105mm程度とすると、基本アイリスの軸方向長さとしては21mm程度、最終アイリスの軸方向長さとしては13mm程度とすることができる。また、最終アイリス13の軸方向長さは、アイリス冷却機構に干渉しない範囲で選択するのが好ましい。   In the case of this embodiment, the final iris 13 is formed with a thickness, that is, an axial length shorter than the basic iris 12. The axial length of the final iris 13 varies depending on the use example, but when a linear part is selected in the high frequency phase (when used for speed difference bunching), it is about 1/8 to 1/10 of the high frequency wavelength. It is preferable to select. For example, if the high-frequency power is about 105 mm per cycle, the axial length of the basic iris can be about 21 mm, and the axial length of the final iris can be about 13 mm. The axial length of the final iris 13 is preferably selected within a range that does not interfere with the iris cooling mechanism.

なお、通常の電子銃1が備えている構成のうち上記した構成以外の構成については、公知の構成を適用することができる。   In addition, a well-known structure is applicable about structures other than the above-mentioned structure among the structures with which the normal electron gun 1 is provided.

(作用および効果)
レーザー照射口4からカソード部3へ20度〜30度(加速の高周波位相を0度として)の位相でレーザー光8を照射する。そうすると、カソード部3表面が励起され、当該カソード部3表面から電子9が放出される。
(Function and effect)
The laser beam 8 is irradiated from the laser irradiation port 4 to the cathode portion 3 at a phase of 20 to 30 degrees (with the high frequency phase of acceleration being 0 degree). Then, the surface of the cathode part 3 is excited and electrons 9 are emitted from the surface of the cathode part 3.

同時に、加速空胴部5内には、高周波導入部15から高周波電力が導入されることにより通常100MV/m程度の電場が発生している。   At the same time, an electric field of about 100 MV / m is normally generated in the accelerating cavity 5 by introducing high frequency power from the high frequency introducing portion 15.

カソード部3表面から放出された電子9は、第1セル10A、基本アイリス12、第2セル10B、最終アイリス13、最終セル11の順に伝播しながら上記電場によって加速され、中心軸7を通って電子ビーム出射ポート6から電子9Aとして照射される。   The electrons 9 emitted from the surface of the cathode part 3 are accelerated by the electric field while propagating in the order of the first cell 10A, the basic iris 12, the second cell 10B, the final iris 13, and the final cell 11, and pass through the central axis 7. Irradiated as electrons 9A from the electron beam exit port 6.

通常、電子銃1としては、十分なエネルギーに達するため1+0.6cellと呼ばれる構造が用いられる。高周波の1/2波長と空胴の長さを一致させることによってどのセル(空胴)においてもほぼ同じ位相でビームを加速し、最大の加速電圧を得る。   Normally, the electron gun 1 has a structure called 1 + 0.6 cell in order to reach a sufficient energy. By matching the half-wavelength of the high frequency with the length of the cavity, the beam is accelerated with substantially the same phase in any cell (cavity) to obtain the maximum acceleration voltage.

これに対し、本実施形態に係る加速空胴部5は、基本セルの電子ビーム出射ポート6側に、さらに第2セル10Bと軸方向の長さが同じ最終セル11が設けられており、第2セル10Bと最終セル11との間に設けられた最終アイリス13の軸方向長さを基本アイリス12より短くした。これにより、本実施形態に係る電子銃1は、最終セル11における加速位相を変調し、バンチングを行うことができる。   On the other hand, the acceleration cavity 5 according to the present embodiment is further provided with a final cell 11 having the same axial length as the second cell 10B on the electron beam exit port 6 side of the basic cell. The axial length of the final iris 13 provided between the two cells 10B and the final cell 11 was made shorter than that of the basic iris 12. Thereby, the electron gun 1 according to the present embodiment can modulate the acceleration phase in the final cell 11 and perform bunching.

電子銃1は、最終セル11での電場強度を加速空胴部5の共振周波数によって調整することや初期の電子9Aの生成位相の調整によって、縦方向の位相空間を自由に制御し、バンチングに最適な位相空間分布を生成したり、エネルギー広がりの最小な電子9Aを生成したりすることができる。   The electron gun 1 can freely control the vertical phase space by adjusting the electric field strength in the final cell 11 by the resonance frequency of the accelerating cavity 5 or adjusting the generation phase of the initial electrons 9A, and can be used for bunching. An optimal phase space distribution can be generated, or an electron 9A having a minimum energy spread can be generated.

また、電子銃1は、加速空胴部5の構成を最適化するのみで電子9Aの時間幅を短くすることができるので、構成を簡素化することができ、実際上2m×2m程度の大きさに構成することができる。したがって、さまざまな電子線装置に適用することができる。   In addition, since the electron gun 1 can shorten the time width of the electrons 9A only by optimizing the configuration of the accelerating cavity 5, the configuration can be simplified and is actually about 2 m × 2 m. It can be configured. Therefore, it can be applied to various electron beam apparatuses.

また、電子銃1は、電子9Aの時間幅を短くすることができるので、電子9Aの時間幅を変えて重ね合わせが成り立つ周波数を制御できるテラヘルツ光源を生成することができる。   In addition, since the electron gun 1 can shorten the time width of the electrons 9A, it is possible to generate a terahertz light source that can control the frequency at which the superposition is achieved by changing the time width of the electrons 9A.

また、時間分解電子線回折顕微鏡など最先端の技術からも1psを切るような電子9Aの生成が要求されており、応用のみならず加速器を構築する場合の電子源として用いることで、発生当初からすでに極短パルスとなっている電子9Aを輸送・加速することができる。   In addition, cutting-edge electron diffraction microscopes and other cutting-edge technologies require generation of electrons 9A that cuts down to 1 ps, and they can be used not only as an application but also as an electron source for building accelerators. It is possible to transport and accelerate the electrons 9A that have already become extremely short pulses.

電子銃1は、3〜8MeV程度(※高周波の電力量を変えることで低いエネルギーはさらに実現可能)のエネルギーを有する電子9Aを生成することができるので、例えば、テラヘルツ光源として用いることができ、かつコヒーレントな電子9Aを生成することができる。   The electron gun 1 can generate an electron 9A having an energy of about 3 to 8 MeV (* low energy can be further achieved by changing the amount of high-frequency power), and can be used as, for example, a terahertz light source, In addition, coherent electrons 9A can be generated.

本実施形態に係る電子銃1をモデルとして、最終アイリス長を短くした場合についてシミュレーションを行った。当該シミュレーションには、第1セルが内径41.85mm、軸方向長さ(7λ/30)mm、第2セルが内径42.04mm、軸方向長さ(3λ/10)mm、最終セルが内径41.85mm、軸方向長さ(3λ/10)、基本アイリスの軸方向長さ(2λ/10)mm、最終アイリスの軸方向長さ(λ/10)mmの加速空胴部を用いた。なお、λ=105mm(2856MHzの波長)である。   Using the electron gun 1 according to this embodiment as a model, a simulation was performed for a case where the final iris length was shortened. In the simulation, the first cell has an inner diameter of 41.85 mm, the axial length (7λ / 30) mm, the second cell has an inner diameter of 42.04 mm, the axial length (3λ / 10) mm, the final cell has an inner diameter of 41.85 mm, An acceleration cavity having an axial length (3λ / 10), an axial length of the basic iris (2λ / 10) mm, and an axial length of the final iris (λ / 10) mm was used. Note that λ = 105 mm (2856 MHz wavelength).

なお、比較例としていわゆる1+0.6cell構造の加速空胴部を用いてシミュレーションを行った。比較例に用いた加速空洞部は、第1セルが内径41.565mm、軸方向長さ(7λ/30)mm、第2セルが内径42.0595mm、軸方向長さ(3λ/10)mm、基本アイリスの軸方向長さ(2λ/10)mmであるものを用いた。本シミュレーションは、レーザー光に代え、レーザー形状と同様の電子分布をカソード部上で生成して行った。因みにアイリスの内径は12.5mm程度である。   As a comparative example, a simulation was performed using an acceleration cavity having a so-called 1 + 0.6 cell structure. The acceleration cavity used in the comparative example has an inner diameter of 41.565 mm for the first cell, an axial length (7λ / 30) mm, an inner diameter of 42.0595 mm, an axial length (3λ / 10) mm, and a basic iris. Those having an axial length of (2λ / 10) mm were used. In this simulation, instead of the laser beam, an electron distribution similar to the laser shape was generated on the cathode portion. Incidentally, the inner diameter of the iris is about 12.5 mm.

上記実施例および比較例におけるシミュレーションの条件は、表1の通りである。   The simulation conditions in the above examples and comparative examples are as shown in Table 1.

Figure 0005544598
Figure 0005544598

表1における条件1でシミュレーションを行った結果を図3に示す。本図の結果から、前方の電子のエネルギーが低く、後方の電子のエネルギーが高い状態の電子9Aを生成できることが確認できた。したがって、本実施形態に係る電子銃1では、速度差に基づいて生成された電子9Aをバンチングすることができる。   FIG. 3 shows the result of simulation under condition 1 in Table 1. From the result of this figure, it has confirmed that the electron 9A of the state where the energy of the front electron was low and the energy of the back electron was high could be produced | generated. Therefore, in the electron gun 1 according to the present embodiment, the electrons 9A generated based on the speed difference can be bunched.

また、図4に最終セルをバンチングに使用した場合の得られる位相空間分布を示す。本図では、横軸に対する電子の分布が狭いことから、生成された電子ビームの軸方向長さ(0.5psec程度)が短いことがわかる。本図の結果から、最初の加速位相などを調整することにより、0.5psec程度の時間幅は速度差によるバンチングなしでも、時間幅の短い電子9Aを生成できることが確認できた。   FIG. 4 shows the phase space distribution obtained when the final cell is used for bunching. In this figure, since the distribution of electrons with respect to the horizontal axis is narrow, it can be seen that the axial length (about 0.5 psec) of the generated electron beam is short. From the results shown in this figure, it was confirmed that by adjusting the initial acceleration phase and the like, the time width of about 0.5 psec can generate the electron 9A having a short time width without bunching due to the speed difference.

表1における条件2でシミュレーションを行った結果を図5に示す。本シミュレーションは、エネルギー差を最小にした場合の例である。本図から、縦軸に対する電子の分布が狭いため、エネルギーの広がりが小さいことがわかる。上記結果から明らかなように、電子銃1は、生成された電子9Aの時間幅を短くするだけでなくエネルギーの差を少なくすることができる。   FIG. 5 shows the result of simulation under condition 2 in Table 1. This simulation is an example when the energy difference is minimized. From this figure, it can be seen that the spread of energy is small because the distribution of electrons with respect to the vertical axis is narrow. As is apparent from the above results, the electron gun 1 can reduce not only the time width of the generated electrons 9A but also the energy difference.

また、比較例の結果を図6に示す。本図では、縦軸に対する電子の分布が広く、生成された電子ビームの軸方向長さが長いことがわかる。   The results of the comparative example are shown in FIG. In this figure, it can be seen that the distribution of electrons with respect to the vertical axis is wide and the length of the generated electron beam in the axial direction is long.

上記シミュレーションは、本実施形態の一例に過ぎず、これに限定されるものではない。またシミュレーションは、表2に示す条件でも、同様の結果が得られる。   The simulation is merely an example of the present embodiment, and the present invention is not limited to this. In addition, the simulation can obtain the same result under the conditions shown in Table 2.

Figure 0005544598
Figure 0005544598

(変形例)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、最終アイリス13の軸方向長さは、高周波波長の1/8〜1/10程度で選択する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、後方アイリスより小さければ、高周波波長の1/8より大きくしてもよいし、1/10より小さくしてもよい。   For example, in the above embodiment, the case where the axial length of the final iris 13 is selected at about 1/8 to 1/10 of the high-frequency wavelength has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be smaller than the rear iris. It may be larger than 1/8 of the high frequency wavelength or smaller than 1/10.

上記実施形態では、最終アイリス13の軸方向長さを後方アイリスである基本アイリス12の軸方向長さより短くした場合について説明したが、本発明はこれに限らず、最終アイリス13の軸方向長さを後方アイリスである基本アイリス12の軸方向長さより長くしてもよい。すなわち、図7に示すように、本変形例に係る加速空胴部20は、最終アイリスの軸方向長さ21が前記基本アイリス12より長く形成されている。この最終アイリス13の軸方向長さは、セル間の結合が保持される範囲で選択することが好ましい。これにより、電子銃は、意図的に時間幅の長い電子ビームを照射することができる。本変形例に係る電子銃をモデルとして、シミュレーションを行った。当該シミュレーションには、第1セルが内径41.555mm、軸方向長さ(7λ/30)mm、第2セルが内径42.0495mm、軸方向長さ(3λ/10)mm、最終セルが内径41.043mm、軸方向長さ(3λ/10)mm、基本アイリスの軸方向長さ(2λ/10)mm、最終アイリスの軸方向長さ(3λ/10)mmの加速空胴部を用いた。なお、λ=105mm(2856MHzの波長)である。当該シミュレーションの条件は、表3に示す。   In the above embodiment, the case has been described in which the axial length of the final iris 13 is shorter than the axial length of the basic iris 12 that is the rear iris, but the present invention is not limited to this, and the axial length of the final iris 13 is. May be longer than the axial length of the basic iris 12, which is the rear iris. That is, as shown in FIG. 7, the acceleration cavity 20 according to this modification is formed such that the axial length 21 of the final iris is longer than that of the basic iris 12. The axial length of the final iris 13 is preferably selected within a range in which the coupling between cells is maintained. Thereby, the electron gun can intentionally irradiate an electron beam having a long time width. A simulation was performed using the electron gun according to this modification as a model. In the simulation, the first cell has an inner diameter of 41.555 mm, the axial length (7λ / 30) mm, the second cell has an inner diameter of 42.0495 mm, the axial length (3λ / 10) mm, the final cell has an inner diameter of 41.043 mm, An accelerating cavity having an axial length (3λ / 10) mm, a basic iris axial length (2λ / 10) mm, and a final iris axial length (3λ / 10) mm was used. Note that λ = 105 mm (2856 MHz wavelength). The simulation conditions are shown in Table 3.

Figure 0005544598
Figure 0005544598

図8の結果から、前方の電子のエネルギーが高く、後方の電子のエネルギーが低い状態を生成できることが確認できた。したがって、本変形例に係る電子銃は、速度差によって電子ビームの時間幅を長くすることができる。なお、本変形例に係るシミュレーションは、上記表3の条件に限定されるものではなく、表4に示す条件でも同様の結果が得られる。   From the result of FIG. 8, it was confirmed that a state in which the energy of the front electrons is high and the energy of the rear electrons is low can be generated. Therefore, the electron gun according to the present modification can increase the time width of the electron beam due to the speed difference. The simulation according to the present modification is not limited to the conditions shown in Table 3 above, and similar results can be obtained even under the conditions shown in Table 4.

Figure 0005544598
Figure 0005544598

上記実施形態に係る電子銃を備えた電子線装置の例としては、透過型電子顕微鏡、テラヘルツ光源、非破壊検査装置などがある。また、透過型電子顕微鏡などにおける電子線回折に適用することも可能である。   Examples of the electron beam apparatus including the electron gun according to the embodiment include a transmission electron microscope, a terahertz light source, and a nondestructive inspection apparatus. Further, it can be applied to electron beam diffraction in a transmission electron microscope or the like.

透過型電子顕微鏡30は、図9に示すように、電子銃1から照射される電子ビーム9Aに沿って、照射レンズ31、試料ステージ32、対物レンズ33、拡大レンズ系34が配置されている。電子銃1より放出された電子ビーム9Aは、照射レンズ31によって、試料ステージ32に保持されている試料35に照射されるようになっている。そして、試料35を透過した電子ビーム9Aは、対物レンズ33と拡大レンズ系34により拡大され、CCDカメラ等の撮像装置36に投影される。本実施形態に係る電子銃1を透過型電子顕微鏡30に適用することにより、加速電圧を100kV以上とした超高圧電子顕微鏡を得ることができる。   As shown in FIG. 9, the transmission electron microscope 30 includes an irradiation lens 31, a sample stage 32, an objective lens 33, and a magnifying lens system 34 along the electron beam 9 </ b> A irradiated from the electron gun 1. The electron beam 9 </ b> A emitted from the electron gun 1 is irradiated on the sample 35 held on the sample stage 32 by the irradiation lens 31. Then, the electron beam 9A that has passed through the sample 35 is magnified by the objective lens 33 and the magnifying lens system 34 and projected onto an imaging device 36 such as a CCD camera. By applying the electron gun 1 according to the present embodiment to the transmission electron microscope 30, an ultrahigh voltage electron microscope with an acceleration voltage of 100 kV or higher can be obtained.

1 光陰極高周波電子銃
3 カソード部
4 レーザー照射口
5 加速空胴部
8 レーザー光
9 電子
10 基本セル
11 最終セル
12 基本アイリス
13 最終アイリス
15 高周波導入部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photocathode high frequency electron gun 3 Cathode part 4 Laser irradiation port 5 Acceleration cavity part 8 Laser beam 9 Electron 10 Basic cell 11 Final cell 12 Basic iris 13 Final iris 15 High frequency introduction part

Claims (3)

カソード部と、
前記カソード部にレーザー光を照射するレーザー照射口と、
前記カソード部から放出された電子を加速する加速空胴部と、
前記加速空胴部の内部に高周波を導入する高周波導入部と
を備える光陰極高周波電子銃において、
前記加速空胴部は、
二以上の基本セルと、
前記基本セル同士の間に設けられる基本アイリスと、
前記基本セルの出口に最終アイリスを挟んで連通された最終セルと
を有し、
前記基本アイリスは、前記基本セルのうち終端に設けられた出口セルと、当該出口セルと隣り合う他の基本セルの間に配置された、後方アイリスを含み、
前記最終アイリスの厚さは、前記後方アイリスの厚さと異なり、前記後方アイリスの厚さより薄く形成されていることを特徴とする光陰極高周波電子銃。
A cathode part;
A laser irradiation port for irradiating the cathode part with laser light;
An accelerating cavity for accelerating electrons emitted from the cathode,
In a photocathode high-frequency electron gun comprising a high-frequency introduction portion that introduces a high frequency into the acceleration cavity,
The acceleration cavity is
Two or more basic cells;
A basic iris provided between the basic cells;
A final cell communicated across the final iris at the outlet of the basic cell,
The basic iris includes a rear iris disposed between an outlet cell provided at the terminal of the basic cells and another basic cell adjacent to the outlet cell,
The photocathode high-frequency electron gun is characterized in that a thickness of the final iris is different from a thickness of the rear iris and is formed thinner than a thickness of the rear iris .
前記高周波の波長をλとした場合、前記最終アイリスの厚さをλ/8〜λ/10としたことを特徴とする請求項1記載の光陰極高周波電子銃。 2. The photocathode high-frequency electron gun according to claim 1 , wherein when the wavelength of the high frequency is λ, the thickness of the final iris is λ / 8 to λ / 10. 請求項または記載の光陰極高周波電子銃を備えたことを特徴とする電子線装置。 Electron beam apparatus characterized by comprising a photocathode RF electron gun according to claim 1 or 2 wherein.
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