高効率・高電界加速可能な誘電体アシスト型加速管の研究開発

高效率、高电场加速介质辅助加速管的研发

• 批准号: 22H03882
• 负责人: 佐藤 大輔
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03882/
• 关键词: 誘電体アシスト型加速管; 二次電子放出係数; セラミック; 高周波加速管; DAA管; 誘電体加速; 高誘電率セラミックス; 誘電体アシスト型加速管; 二次電子放出係数; セラミック; 高周波加速管; DAA管; 誘電体加速; 高誘電率セラミックス

本研究は、既存の金属加速管における加速管性能の限界を超える電子加速技術として、高誘電率誘電体の高い電磁場蓄積能力とダイヤモンドライクカーボン(DLC)等の低二次電子放出係数保護膜技術を用いた誘電体アシスト型加速管（Dielectric Assist Accelerating structure, DAA管）を新たに提案し、既存の常伝導加速空洞の10倍以上高い電力効率を実現しつつ、高加速電界が励振可能であることを実証することを目的とする。本年度は、高い電力効率と高電界加速を両立するDAA管の実現に向け、特に高誘電率セラミックスの開発に重点的に取り組んできた。DAA管において、比誘電率が高く、誘電損失が小さいセラミックスを用いることで高いシャントインピーダンス（Zsh）が実現できる。今年度は、最も高Zsh化が期待できるBa-Mg-Ta酸化物セラミックスの焼結体製作に取り組んできた。本研究では、含有元素比や添加物質、前処理などを変えたBa-Mg-Ta酸化物セラミックスをセラミックス製造会社等と連携して製作した。その結果、当該物質において誘電損失の増大に寄与する化合物相の発生を抑制しながら目的の化合物の粉体を製作することに成功した。また、小さいサンプルではあるが、焼結密度99%程度で焼結することにも成功した。長尺DAA加速管構造の高周波設計を実施した。特に、低エネルギーの電子加速においても本加速器技術が適用できるのかを調査するため、電子の入射エネルギーが50 keVを想定した低β多セルDAA管の設計を実施し、僅か50 kWの高周波電力で800 keV以上の電子加速が可能な加速管の設計に成功した。本成果により、非常に小型・省電力の高エネルギーX線源への応用の可能性が示された。

This research aims to demonstrate that a dielectric assist accelerating structure (DAA tube) can be used as an electron acceleration technology that exceeds the limits of the acceleration tube performance of existing metal accelerator tubes, using a high electromagnetic field accumulation ability of a high dielectric constant dielectric and a low secondary electron emission coefficient protection film technology such as diamond-like carbon (DLC), and that high加速电场可以激发电场，同时获得比现有正常传导加速腔高10倍以上的功率效率。今年，我们致力于开发高二级陶瓷，旨在实现可以结合高功率效率和高场加速度的DAA管。在DAA管中，可以使用具有高相对介电常数和低介电损耗的陶瓷来实现高分流阻抗（ZSH）。今年，我们一直在努力生产烧结的BA-MG-TA氧化陶瓷，预计将是最高的ZSH产品。在这项研究中，与陶瓷制造公司合作生产了具有不同元素比，添加剂，预处理等不同元素比，添加剂，预处理等的BA-MG-TA氧化陶瓷。结果，成功生产靶化合物的粉末，同时抑制化合物的产生，从而有助于增加材料的介电损失。此外，尽管它是一个很小的样本，但它在烧结密度约为99％方面也成功地烧结。进行了长DAA加速管结构的高频设计。特别是，为了研究该加速器技术是否可以用于低能电子加速度，我们设计了一个低β多电池DAA管，具有50 keV的电子的入射能，并且已经成功设计了一个可以使用800 keV的加速器试管，或者以高频率的功率加速了800 keV或更高的电源。该结果证明了将其应用于极度且节能的高能X射线源的可能性。