JPH0817118B2 - 高周波電子銃 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子銃加速器に用いられる高周波電子銃
に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来の電子銃を示し、電子（１）を加速する
ためのアノード（２）とカソード（３）が対向配置され
ており、集束電極（４）がカソード（３）を囲んで設け
られている。また、カソード（３）に近接してフィラメ
ント（５）が配置されている。アノード（２）の後段部
位には加速管（６）が配置されている。

以上の構成により、カソード（３）がフィラメント
（５）により加熱されてカソード（３）から電子が発生
する。カソード（３）は負の高電圧が印加されていて、
アース電位のアノード（２）との間に電界を生じる。こ
の電界により加速された電子は、アノード（２）の孔を
通って加速管（６）に入射する。電子ビームのエミッタ
ンスはアノード（２）とカソード（３）の間の電界の強
度分布に依存していて、集束電極（ウエーネルト）
（４）の形を変えることにより、電子ビームの性質が左
右されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電子銃は以上のように構成されているので、電
子ビームを加速管に導き入れるために、アノードとカソ
ード間に高電圧を印加しなければならず、電子ビームの
エミッタンスを良くするためにはウエーネルトの構造を
複雑にしなければならないなどの問題があった。また、
印加する電界強度の最大持続勾配はせいぜい〜80KV/cm
であり、エミッタンスの制限があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、ウエーネルトの構造を複雑にすることな
く、電子ビームの質を最良にすることができる高周波電
子銃を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、加速管空洞と、この加速管空洞の前段に
配設された電子銃空洞とを備え、この電子銃空洞の空洞
入口部に配設されたカソードより発生した電子を、電子
銃空洞および加速管空洞内に入力された高周波電界によ
り加速させる高周波電子銃において、電子銃空洞は、空
洞入口部のカソード付近にノーズ部および集束部のいず
れかが形成され、ノーズ部および集束部のいずれかと相
対向して空洞出口部に平面部が形成されて、ノーズ部と
集束部とのいずれかと平面部との間に電子を集束させる
高周波電界を発生させるように構成されているととも
に、カソードは、電子銃空洞に軸方向に移動可能に結合
されたカソード支持筒に支持されて、カソード支持筒の
軸方向の移動により電子銃空洞内の共振周波数が加速周
波数に一致するように調整できるように構成されている
ものである。

さらに、加速管空洞と電子銃空洞とは、互いに、結合
孔を介してサイドキャビティに連通しているとともに、
電子ビームと平行な同一の軸上に中心をもつ同一の曲率
半径で形成された内壁面部を有しているものである。

さらにまた、λ/4（λ：加速波長）の半径を有する円
形の空洞が、カソード支持筒のカソードからλ/4の位置
に、カソード支持筒に直交して設けられて、チョーク構
造を構成しているものである。

〔作用〕

この発明においては、電子銃空洞内に発生させた高周
波電界により、カソードに発生した電子が加速される。
そこで、電子ビームの初期加速のための直流高電圧が不
要となり、電子ビームのエミッタンスが良くなる。

また、ノーズ部と集束部とのいずれかと平面部との間
には電子を集束させる高周波電界が発生される。そこ
で、この高周波電界（集束電界）により電子が空洞出口
部に集束されて、電子ビームが絞り込まれる。

また、カソード支持筒を軸方向に移動させると、電子
銃空洞に対するカソードの位置が変わり、電子銃空洞の
共振周波数が変動される。そこで、カソード支持筒を軸
方向の移動を調整することにより、電子銃空洞の共振周
波数を加速周波数に一致させることができる。

また、加速管空洞と電子銃空洞とが、互いに、結合孔
を介してサイドキャビティに連通しているので、加速管
空洞に高周波入力が結合孔を介して電子銃空洞に伝達さ
れる。そして、両者は、互いに、電子ビームと平行な同
一の軸上に中心をもつ同一の曲率半径で形成された内壁
面部を有するように構成されているので、中心軸方向の
長さを調節することにより、結合孔の大きさを決めるこ
とができ、電子銃空洞に入力するパワーを調節できる。

また、λ/4（λ：加速波長）の半径を有する円形の空
洞が、カソード支持筒のカソードからλ/4の位置に、カ
ソード支持筒に直交して設けられて、チョーク構造を構
成しているので、電子銃空洞から電子銃側に漏れ出した
高周波λ/4より遠くに漏れ出すことが阻止される。

〔実施例〕

実施例1. 第１図はこの発明の実施例１に係る高周波電子銃を示
す要部概略側断面図である。図において、加速管空洞
（６）の前段に配設された電子銃空洞（７）には、その
空洞入口部にカソード（３）に近接してノーズ部（12）
が形成され、さらにこのノーズ部（12）に対向する空洞
出口部に平面部（13）が形成されて、ノーズ部（12）と
平面部（13）との間に高周波電界（14）が発生するよう
になっている。このノーズ部（15）のノーズ径は、空洞
出口部の径より大きく形成されている。そして、加速管
空洞（６）と電子銃空洞（７）とは、結合孔（15）を介
してサイドキャビティ（16）に通じている。さらに、加
速管空洞（６）と電子銃空洞（７）との内壁は、一定の
曲率半径Ｒでなる部分があり、この曲率半径Ｒの中心
は、電子ビーム（１）と平行な中心軸（17）上にあっ
て、結合孔（15）が適切に形成されるようになってい
る。

このように構成された高周波電子銃では、カソード
（３）から発生した電子（１）は電子銃空洞（７）また
は加速管空洞（６）に入力された高周波電界により、ノ
ーズ部（12）と平面部（13）との間に、図示したように
生じた高周波電界（14）により加速される。この高周波
電界（14）は、位相が０゜から180゜の間では、電子
（１）は加速するようにノーズ部（12）から平面部（1
3）の方向に向き、位相が180゜から360゜間では逆方向
に向き、電子（１）は減速され、カソード（３）方向に
加速されるか、カソード（３）から引き出されない状態
となる。そこで、高周波電界（14）の加速位相において
は、電子（１）はカソード（３）から引き出され、電子
銃空洞（７）の出口まで到達して加速管空洞（６）によ
りさらに高いエネルギーに加速される。それ以外の位相
においては、電子はカソード（３）から引き出されない
か、出口に到達する前にエネルギーを失い、逆位相でカ
ソード（３）方向に加速される。

そして、ノーズ部（12）のノーズ径が、空洞出口部の
径よりも大きく形成されているので、ノーズ部（12）と
平面部（13）の間に集束電界が発生される。そこで、電
子ビームはこの集束電界により絞りこまれて、空洞出口
に集束される。

また、他の加速管空洞（６）に入力したRF入力は結合
孔（15）を介して電子銃空洞（７）に伝達される。そこ
で、電子銃空洞（７）の形状が図に示すように加速管空
洞（６）と同じ曲率半径Ｒと同じ中心軸をもつ形に形成
されているので、中心軸方向の長さだけ調節することに
より、結合孔（15）の大きさを決めることができ、電子
銃空洞（７）に入力するパワーを調節することができ
る。

したがって、この実施例１によれば、カソード（３）
で発生した電子を電子銃空洞（７）内に発生された高周
波電界により加速することができるので、電子ビームの
初期加速のための直流高電圧が不要となり、電子ビーム
のエミッタンスが良くなり、ノーズ部（12）と平面部
（13）との間に集束電界が発生するので、電子が空洞出
口部に絞り込まれ、ビーム径が良くなり、電子ビームの
質（エネルギー、エミッタンス、ビーム径等）をよくす
ることができるという効果が得られる。

さらに、電子銃空洞（７）に入力するパワーを調節す
ることができるので、、カソード（３）で発生した電子
を加速や集束電界により絞りこまれる電子ビーム径を調
整し、電子ビームの質を一層良くすることができ。

ここで、この実施例１による高周波電子銃では、第２
図に示されるように、電子銃空洞（７）に対するカソー
ド（３）位置が微調整できるように構成されている。

つまり、電子銃空洞（７）にカソード支持筒（８）が
結合され、このカソード支持筒（８）に直線導入端子
（９）が設けられ、さらにカソード支持筒（８）にベロ
ーズ（10）が結合されて、カソード（３）部を軸方向に
移動できるように構成されている。

したがって、カソード（３）から発生した電子（１）
は、電子銃空洞（７）または加速管空洞（６）に入力さ
れた高周波により、特定の位相のときに加速されて、加
速管空洞（６）内に入射する。このとき、電子銃空洞
（７）の共振周波数は、カソード（３）の位置により変
わり、うまく加速周波数にならない場合がある。そこ
で、直線入力端子（９）を作動させてカソード支持筒
（８）を軸方向に移動させカソード（３）の位置を変え
ることにより、共振周波数を加速周波数に一致させるこ
とができ、電子ビームの質（エネルギー、エミッタン
ス、ビーム径等）を最良にすることができる。

なお、上記実施例１では、ノーズ部（12）と平面部
（13）間に集束電界を発生させたが、ノーズ部とノーズ
部、平面部と平面部に集束電界を発生させてもよい。

実施例2. 第３図はこの発明の実施例２に係る高周波電子銃を示
す要部概略側断面図である。この実施例２では、電子銃
空洞（７）に結合されたカソード支持筒（８）のカソー
ド（３）部からλ/4（λ：加速波長）の長さの位置に、
カソード支持筒（８）に対して直角方向に半径がλ/4の
円形の空洞（11）が設けられており、他の構成は上記実
施例１と同様に構成されている。

このように構成された高周波電子銃では、カソード
（３）から発生した電子（１）は、電子銃空洞（７）ま
たは加速管空洞（６）に入力された高周波により、特定
の位相のときに加速されて加速管空洞（６）内に入射す
る。このとき、入力された高周波は、カソード支持筒
（８）と電子銃空洞（７）に設けられたカソード孔との
間から外へ漏れ出す。しかし、カソード（３）の位置か
ら1/4波長の所に半径が1/4波長の円形の空洞（11）を、
カソード支持筒（８）の周囲に直径方向に設けているの
で、電子銃側に漏れ出した高周波はカソード（３）から
1/4波長より遠くへ漏れ出すことがない。

これは、カソード（３）の端面を加速管と直接接触で
きないので、空隙において、電気的にλ/4の長さとして
働く伝送路を形成し、その先に、先端を短絡したλ/4回
路を設けてある。そこで、カソード（３）と加速管との
接続点から見ると、λ/2電気長の短絡回路が直接に入っ
たことになって、該接続点が完全に接触したのと等価と
なる。このチョーク構造では、カソード支持筒（８）と
加速管との空隙を狭くしてインピーダンスを下げ、また
λ/4短絡部は空隙を広げてインピーダンスをできるだけ
高くしている。

実施例3. 第４図ははこの発明の実施例３に係る高周波電子銃を
示す要部概略側断面図である。この実施例３による高周
波電子銃では、電子銃空洞（７）に、その空洞入口部に
カソード（３）に近接して集束部（18）を形成し、この
集束部（18）に対向する空洞出口部に平面部（13）を形
成している点を除いて、上記実施例１と同様に構成され
ている。

したがって、集束部（18）と平面部（13）との間に高
周波電界が発生し、上記実施例１と同様の効果が得られ
る。

実施例4. 第５図はこの発明の実施例４に係る高周波電子銃を示
す要部概略側断面図である。この実施例４による高周波
電子銃では、カソード（３）がLaB₆からなっており、カ
ソード（３）のカソード面以外には炭素（20）が融着さ
れて、カソードブロック（31）を形成している。このカ
ソードブロック（31）は、１対の電極棒（22）をネジ
（23）で結合させることにより固定されている。そし
て、電極棒（22）の先端部近傍位置の外周には、セラミ
ックなどでなる絶縁部材（24）が装着されている。ま
た、ネジ（23）には絶縁チューブ（25）が嵌着されてお
り、電極棒（22）は絶縁ブロック（26）で支持されてい
る。その他は、第６図と同様の構成になっている。

このように構成された高周波電子銃は、LaB₆でなるカ
ソード（３）と、それを加熱するために周囲に融着され
た炭素（20）を２本の電極棒（22）で挟み込み、電流を
流して炭素（20）を加熱し、また、カソード（３）も加
熱する。このとき、電極棒（22）と炭素（20）間は電気
的に接触させるために、電極棒（22）間を絶縁チューブ
（25）を介してネジ（23）で結合し、炭素（20）を押さ
え込む。炭素（20）と電極棒（22）との接触は、普通、
面接触でとめるが、面の精度が悪いと点接触になってし
まい悪い電気的接触になる。このため、線接触で押さえ
て電気的接触を良くしている。

また、電極棒（22）と加速管の電気的接触を避けるた
めに、カソード（３）の正確な位置出しをするために、
加速管のカソード穴部に沿って、電極棒（22）の外周に
セラミックでなる絶縁部材（24）を固定する。

これらによって、加速管入口部の狭いカソード穴部の
カソード（３）を正確に配置することができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、加速管空洞と、この加速管空洞の
前段に配設された電子銃空洞とを備え、この電子銃空洞
の空洞入口部に配設されたカソードより発生した電子
を、電子銃空洞および加速管空洞内に入力された高周波
電界により加速させる高周波電子銃において、電子銃空
洞は、空洞入口部のカソード付近にノーズ部および集束
部のいずれかが形成され、ノーズ部および集束部のいず
れかと相対向して空洞出口部に平面部が形成されて、ノ
ーズ部と集束部とのいずれかと平面部との間に電子を集
束させる高周波電界を発生させるように構成されている
とともに、カソードは、電子銃空洞に軸方向に移動可能
に結合されたカソード支持筒に支持されて、カソード支
持筒の軸方向の移動により電子銃空洞内の共振周波数が
加速周波数に一致するように調整できるように構成され
ているので、カソードより発生した電子が電子銃空洞内
で発生された高周波電界により加速、集束されて、エミ
ッタンスが良くなり、ビーム径が絞り込まれ、さらに
は、電子銃空洞の共振周波数が加速周波数と一致され
て、質のよい電子ビームが得られる。

また、加速管空洞と電子銃空洞とは、互いに、結合孔
を介してサイドキャビティに連通しているとともに、電
子ビームと平行な同一の軸上に中心をもつ同一の曲率半
径で形成された内壁面部を有しているので、電子銃空洞
に入力されるパワーを調節することができる。

また、λ/4（λ：加速波長）の半径を有する円形の空
洞が、カソード支持筒のカソードからλ/4の位置に、カ
ソード支持筒に直交して設けられて、チョーク構造を構
成しているので、電子銃空洞側から電子銃側に漏れ出し
た高周波を遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例１に係る高周波電子銃を示す
要部概略側断面図、第２図はこの発明の実施例１に係る
高周波電子銃のカソード周りを示す概略側断面図、第３
図はこの発明の実施例２に係る高周波電子銃を示す要部
概略側断面図、第４図はこの発明の実施例３に係る高周
波電子銃を示す要部概略側断面図、第５図はこの発明の
実施例４に係る高周波電子銃を示す要部概略側断面図、
第６図は従来の電子銃を示す要部側断面図である。 （１）……電子、（３）……カソード、（６）……加速
管空洞、（７）……電子銃空洞、（８）……カソード支
持筒、（11）……空洞、（12）……ノーズ部、（13）…
…平面部、（14）……高周波電界、（15）……結合孔、
（16）……サイドキャビティ、（18）……集束部。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加速管空洞と、この加速管空洞の前段に配
   設された電子銃空洞とを備え、この電子銃空洞の空洞入
   口部に配設されたカソードより発生した電子を、前記電
   子銃空洞および加速管空洞内に入力された高周波電界に
   より加速させる高周波電子銃において、 前記電子銃空洞は、前記空洞入口部の前記カソード付近
   にノーズ部および集束部のいずれかが形成され、前記ノ
   ーズ部および集束部のいずれかと相対向して空洞出口部
   に平面部が形成されて、前記ノーズ部と集束部とのいず
   れかと前記平面部との間に前記電子を集束させる高周波
   電界を発生させるように構成されているとともに、 前記カソードは、前記電子銃空洞に軸方向に移動可能に
   結合されたカソード支持筒に支持されて、前記カソード
   支持筒の軸方向の移動により前記電子銃空洞内の共振周
   波数が加速周波数に一致するように調整できるように構
   成されている ことを特徴とする高周波電子銃。
2. 【請求項２】加速管空洞と電子銃空洞とは、互いに、結
   合孔を介してサイドキャビティに連通しているととも
   に、電子ビームと平行な同一の軸上に中心をもつ同一の
   曲率半径で形成された内壁面部を有していることを特徴
   とする請求項１記載の高周波電子銃。
3. 【請求項３】λ/4（λ：加速波長）の半径を有する円形
   の空洞が、カソード支持筒のカソードからλ/4の位置
   に、前記カソード支持筒に直交して設けられて、チョー
   ク構造を構成していることを特徴とする請求項１記載の
   高周波電子銃。