電界放出型Cバンド高周波電子銃を用いたサブピコ秒電子ビーム源の開発

场发射型C波段高频电子枪亚皮秒电子束源的研制

基本信息

批准号：
15K17494
负责人：
平義隆
金额：
$ 2.75万
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 Young Scientists (B)
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K17494/
关键词：
高周波電子銃 Cバンド電界放出カーボンナノ構造体

项目摘要

本研究では、小型でシンプルな構造でありながら、ピコ秒電子ビームの発生が可能な電界放出型Cバンド高周波(RF)電子銃を開発し、さらにそれをサブピコ秒にまでパルス圧縮する技術開発に挑戦する。装置の小型化に資するために、電子源には電界放出型の針葉樹型カーボンナノ構造体(CCNS)を使用する。研究代表者は、平成27年度にCCNSに対する電界放出特性の測定を行った。CCNS表面に印加される電界強度が28 MV/m以下の領域では電界強度を上げるに従って放出電流値が上昇するが、28 MV/mを上回っても電流値は頭打ちの傾向になることが分かった。また、電界強度を上げるに従って、カーボン構造体から突き出ているナノメートルオーダーの先端部が破壊され、電界放出の重要な特性が劣ることも分かった。そのため、CCNSをRF電子銃の電子源として利用するには、28 MV/m以下の電界強度で使用することが一つの目安になる。しかしこの値は、例えばフォトカソードRF電子銃で利用されている電界強度100 MV/mに比べて1/3以下の値である。そのため、RF電子銃内のRF空洞の数を増やし、初段の空洞でCCNSから電子を発生し、後段の空洞で電子を加速するのが現実的である。研究代表者は、RF空洞の数が合計3つのテスト空洞を民間の加工業者の協力の元、製作した。Cバンド空洞はその内径が小さいため目標の共振周波数に合わせるためには、空洞内径の高い加工精度が要求される。結果として、共振周波数5324.6 MHz、Q値9800、各セルの電界強度比もほぼ均一の3セル空洞を製作することに成功した。このテスト機製作で得た経験は、今後の実機製作に十分活かすことができる。今後は、CCNSから発生する電子をサブピコ秒に圧縮する技術についてシミュレーションを行い、テーブルトップサイズの装置でテラヘルツ波を発生する装置の開発を目標としている。

在这项研究中，我们将开发一种场发射型C波段射频（RF）电子枪，该电子枪结构小而简单，但可以产生皮秒电子束，并将开发将脉冲压缩到亚皮秒的技术。挑战。为了有助于装置的小型化，使用场发射型针叶碳纳米结构(CCNS)作为电子源。主要研究者在2015财年测量了CCNS的场发射特性。结果发现，在CCNS表面施加的电场强度为28MV/m以下的区域中，发射电流值随着电场强度的增加而增加，但即使当其超过28MV/m时，电流值也会增加。趋于平稳。他们还发现，随着电场强度的增加，从碳结构中突出的纳米级尖端被破坏，从而恶化了场发射的重要性能。因此，使用 CCNS 作为 RF 电子枪电子源的一个准则是在 28 MV/m 或更小的电场强度下使用。然而，该值小于例如光电阴极RF电子枪中使用的100MV/m的电场强度的1/3。因此，增加射频电子枪中射频腔的数量，在第一级腔中从CCNS产生电子，并在第二级腔中加速电子是可行的。首席研究员与一家私人制造商合作总共制造了三个带有射频腔的测试腔。由于C波段腔体的内径较小，因此需要较高的腔体内径加工精度才能匹配目标谐振频率。结果，我们成功地制造了谐振频率为5324.6 MHz、Q值为9800、每个单元的电场强度比几乎均匀的三单元腔。建造这台测试机所获得的经验将在未来的实际机器生产中得到充分利用。未来，我们将对将CCNS产生的电子压缩到亚皮秒的技术进行模拟，目标是开发出产生太赫兹波的桌面大小的设备。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CバンドRF電子銃を用いた針葉樹型カーボンナノ構造体カソードの電界放出特性の評価

使用C波段射频电子枪评估针叶碳纳米结构阴极的场发射特性

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
Proceedings of the 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
影响因子：
0
作者：
Y. Taira;H. Kato;R. Kuroda;H. Toyokawa
通讯作者：
H. Toyokawa

Development of a C-band RF gun with a coniferous-tree-type carbon nanostructure field emission cathode

针叶树型碳纳米结构场发射阴极C波段射频枪的研制