JPS635852B2 - - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J23/06—Electron or ion guns
- H01J23/075—Magnetron injection guns
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Description
本発明は大電力のパルス電子ビーム又は電界放
出電子ビーム発生用のマグネトロン入射電子銃を
冷陰極により構成し、電子流100A以上、持続時
間少くとも１マイクロ秒以上（好ましくは１〜10
マイクロ秒）ビームエネルギー100keV以上を有
する大電力の電子ビームを瞬間的に発生できる冷
陰極マグネトロン入射電子銃に関するものであ
り、大電力ミリ波発生用ビーム又は大強度Ｘ線発
生用ビーム、大強度レーザービーム発生用或は大
強度中性子線発生用に利用可能なビーム発生装置
を提供しようとするものである。 従来熱陰極を利用したマグネトロン入射電子銃
の原理がW.E.ウオータースにより発表されてい
る（IEEEトランザクシヨンス・オン・エレクト
ロン・デバイス1963年７月226頁〜234頁参照）。
この熱陰極マグネトロン入射電子銃は同軸円錐状
の陽極及び陰極に対し軸方向に均一な静磁場をか
け、陰極を出た電子が陽極に達するのを妨げ、こ
れを軸方向に進む電子ビームとしてとり出し利用
するものである。これは印加電圧を200〜250Vの
如く低くでき直流的にビームを持続してとり出す
ことが可能であるが、熱陰極により電子ビームを
放出する性能のため、得られる電子流は通常数ア
ンペア以下に制限される。この理由は熱陰極マグ
ネトロン入射電子銃において、得られる電子流を
数アンペア以上とするために外部静磁場を大きく
し、陰極にかけられる電圧を少くとも100kV／cm
以上と大きくし、電子放射領域の電界を強くした
場合には、陰極がヒーターにより加熱されている
関係上短時間に熱陰極としての性能が劣化し、電
子ビームの放射が不能となるためである。 これに対してJ.C.マーチン等により米国特許第
3344298号に示すような電子ビーム用ダイオード
が提案された。これは109〜1012Wのパワーをも
つた相対論的電子ビーム（RELATIVISTIC
ELECTRONBEAM）のパルス化ビームを発生
するものであり、このビームはビームの通過する
個所に設けた加速アノードとして金属の薄膜をも
つた低抵抗プレーナダイオードに高電圧の短時間
パルス（100nsec以下）を加えることにより得ら
れる。然しこのような電子銃は下記の如き欠点が
ある。 (1) 通過するエレクトロンビームによりアノード
フオイルが破壊されること (2) フオイルアトムと衝突することにより電子の
散乱が生ずること (3) ダイオード領域におけるアーク発生に因るフ
オイルよりのガスの放射及びシステムのコンタ
ミネーシヨン 以上の理由で上述のREBダイオードによる電
子銃はその用途が制限された。 以上の加速用陽極としてフオイル又はスクリー
ンを使用しないフオイルレスREBダイオードに
よる大電力の相対論的環状電子ビームの開発が
M.フリードマン氏等により提案された（ザ・レ
ビユー・オブ・サイエンテイフイツク・インスツ
ルメンツ1970年９月号、p1334〜p1335、Fig1参
照）。 磁界のピークにおいては持続時間50×10-9sec
の間に700kVオーダーの高電圧パルスがこのダイ
オードに加えられることにより陰極より放射され
た電子が陰極をとり巻く磁場に案内され軸方向に
延在する環状のビームが相対論的に生ずるもので
ある。 このフオイルレスダイオードを利用したビーム
発生装置の欠点は陰極に加える高電圧パルスの値
が大きすぎるために装置のランニングコストが著
しく高くなること及び放射が50×10-9secと余り
に短時間過ぎるためにその用途が制限されること
である。 マグネトロン入射電子銃によつて発生される電
子ビームは個々の電子の速度が光速に近く、相対
論的な取り扱いが必要となる。このような電子ビ
ームを相対論的電子ビーム（REB）と呼んでお
り、従来の電子加速器とは明らかに異なつた応用
分野がある。 相対論的電子ビームの核融合えの応用としては
慣性核融合用ドライバー、直線型プラズマへの入
射加熱用電子銃、REBリングビームによるプラ
ズマ安定化用逆磁場配位の形成などがあげられ
る。この外レーザー線、Ｘ線源、中性子線源、マ
イクロ波源あるいはイオン加速器など広い応用が
あり、近年盛んに研究されるようになつた。 従来のマグネトロン入射電子銃には熱陰極型マ
グネトロン入射電子銃が専ら使用されて来てお
り、その研究発表が多くある。この熱陰極型マグ
ネトロン入射電子銃は印加電圧を低くできること
と、直流的にビームを取り出すことができる反
面、熱陰極により電子放射するために電子流は数
アンペア以下に制限される。又一方上述の相対論
的電子ビーム（REB）発生のためのフオイルレ
スREBダイオードは電子流1kA以上と大きいが
持続期間は10-7秒以下と短かい。 然し乍ら、目的によつてはビームの持続時間が
１マイクロ秒以上の方が好都合の場合がある。例
えばＸ線、中性子線、マイクロ波の発生のための
ビーム或はレーザービームとしては持続時間の長
い方が有利である。 本発明は上述の熱陰極マグネトロン入射電子銃
の電子ビームより少くとも10倍以上の強度をもつ
た電子ビームであつて、かつ上述のフオイルレス
REBダイオードより約２桁長い少くとも１〜10
マイクロ秒位の持続時間をもつた環状の電子ビー
ムを得るために種々研究し開発されたもので、そ
の新規特徴とする所は次の点にある。 (1) マグネトロン入射電子銃に熱陰極を使用する
ことを止め、冷陰極を使用することとする。 (2) 冷陰極を採用しても熱陰極と同じ電圧をかけ
ては電子放射が生じないので、少くとも
100kV／cm以上の電界をかけ、電子流が数百ア
ンペアで持続時間が少くとも１〜数マイクロ
秒、ビームエネルギーE0が100keV以上を有す
る電子ビームを発生するようにする。 (3) 熱陰極を冷陰極に置き換えることにより継続
的に大電力ビームを取り出せなくても、少くと
も10〜100倍以上電流値を増大させ、かつビー
ム持続時間を１〜数マイクロ秒の如くフオイル
レスREBダイオードより102倍以上持続時間を
長くし、短時間に数百アンペアと強大な電流値
をもつた電子ビームを発生させ、各種用途に従
来にない性能をもつた大電力パルスビームの利
用を可能とすることを目的とする。 本発明は真空容器と、これに支持された中心導
体の先端に設けた円錐形の陰極と、この中心導体
を包囲して設けられた筒状絶縁体に支持され、か
つ陰極を包囲するよう延在し陰極エミツテイング
表面と対向して設けられた陽極と、この陰極の軸
線と平行に陽極を包囲して設けられた均一軸方向
静磁場コイルとより成るマグネトロン入射電子銃
において、前記円錐形の陰極は絶縁皮膜で被覆さ
れ、その中間に帯状に金属面を露出させて電子ビ
ーム放射面を形成し、この陰極表面に形成した電
子ビーム放射面に対向して陽極表面に内方になめ
らかな弧状面又は球形面をもつた突起を形成し、
陰極と陽極間に少くとも1kΩ以上のダイオードイ
ンピーダンスが生ずるように陰極と陽極とを夫々
導体により電源回路に接続し、陰極面の前記静磁
場Ｂとのなす角度を６〜15゜の範囲に選択し、 α0＝E0／cB0.1とし、 但し、α0…無次元のパラメーター E0…電子放出面上での電界 ｃ …光速度 Ｂ …軸方向に一定な磁速密度 陰極はヒーターをもたない冷陰極とし、これに
より陰極軸線の周りに円筒状の電子軌道をもつた
100A／cm2以上の電子流密度をもつ電子ビームを
短時間発生するように構成した冷陰極マグネトロ
ン入射電子銃を特徴とする。 以下添附図面について本発明の実施の態様を説
明する。 第１図は本発明のマグネトロン入射電子銃とこ
れより放射される電子ビームの計測装置とを組合
せ、本発明の理論を実証するために使用した実験
装置の略線図である。第２図はその要部の拡大図
である。 第１図において、１は真空容器、２は真空容器
中に封入した中心導体、３は中心導体の先端に設
けた陰極、４は陰極と適当な間隔をもつてこれを
包囲して設けた筒状の陽極、５，５′は前記陰極
３と、陽極４とを夫々支持するガラス又はセラミ
ツクより成る絶縁体製支持体、６は陽極を外部電
源に接続する引出線、７は真空ポンプ、８は電源
回路（マルクスジエネレータ）、９は気中ギヤツ
プを示し、１０，１１は夫々抵抗を示す。１２は
陰極軸線と平行にその真空容器１を包囲して設け
た磁場コイル、１３はビームカウンタ、１４はそ
の先端に設けたフアラデーカツプを示す。 第２図は第１図の入射電子銃の拡大図を示す。
通常のフオイルレスREBダイオードではパルス
形成線路を用いるが、本発明ではパルス時間幅を
長くする目的でこれを用いないこととし、電源回
路（マルクスジエネレータ）８からの出力は無誘
導抵抗により10：１に分割し、それぞれ陰極陽極
間、陽極真空容器間に印加する。後者に電圧が存
在しないと、ビーム経路中に仮想陰極が形成され
ビームのとり出しができなくなる。陽極真空容器
間に挿入された気中ギヤツプ９は、陰極と陽極の
間がプラズマにより短絡された場合、陽極が負の
高電位に上昇して真空容器との間で絶縁破壊を生
ずるのを防止するためのものであり、20kV程度
の電圧がかかると自爆短絡するように調節されて
いる。陰極陽極間に短絡が起るとビーム発生は停
止し、気中ギヤツプ９の破裂音として容易に識別
することができるよう構成する。本発明のビーム
測定器では３個のロゴスキーコイルを用いて、陰
極電流、陽極電流、ビーム電流を測定するよう構
成した。 本発明の実施装置においては陰極３をアルミ製
とし、その上にアルマイト等の絶縁被覆３Ｂを被
覆し、陰極表面を陰極を支持する中心導体２の中
心軸線と適当な角度をもつた円錐形とし、この
円錐の中間の絶縁被覆３Ｂを剥離し、導体表面を
露出させて電子ビーム放射面３Ａを形成する。こ
の陰極３の電子ビーム放射面３Ａと対向した位置
に陽極突出部４Ａを内方に突出させる。このよう
に陰極３と陽極４とを対向配置して、電子ビーム
放射面３Ａを形成し、陰極３を支持する中心導体
２の周囲をガラス又はセラミツクより成る絶縁体
製支持体５により絶縁して支持し、陽極４に導電
接続した銅線等の引出し線６と、前記中心導体２
との間に電源を接続し、陰極と陽極との間に
100kV／cm以上の高電圧を印加するよう構成す
る。１５は真空容器と外部を気密封鎖するＯリン
グである。なお、１６は陰極を支持する中心導体
２とその支持体５との間を封塞するデルリン等の
絶縁体より成る塞栓である。 本発明の冷陰極マグネトロン入射電子銃では、
電界放出が起こるためには100kV／cm以上の電界
を印加する必要がある。一方、印加できる静磁界
の強さには実際問題として上限があり、本発明の
場合磁束密度は9.4kG以下である。従つて、電界
放出を起こさせ、かつその電子が陽極に達するこ
となくビームとして利用できるような電極形状と
電界・磁界の値を設計しなければならない。 単一電子の相対論的運動方程式は、電界をＥ、
磁束密度をＢとすると次式で表わされる。 ただし、m0：電子の静止質量、ｃ：真空中の
光速度、υ：電子の速度ベクトル、υ→：その絶対
値 (1)式を直角座標で三成分に分解し、これを更に
円筒座標に変換すると次式を得る。 電子銃は第３図のように軸対称な形状を考え
る。ダイオードインピーダンスを大きくするた
め、軸方向に一様な磁界を印加するものとする。
円筒座標（ｒ、θ、ｚ）での電界および磁速密度
はそれぞれＥ→＝（−E0cosφ、０、−E0sinφ）、Ｂ→
＝
（０、０、B0）で与えられる。ここで、E0、B0は
それぞれ印加電界および磁束密度の絶縁値であ
り、は電極面の軸方向に対する傾きである。簡
単のためE0として真空中の値を仮定し、電子の
初速度を零として、(2)式をRunge―Kutta―Gill
法により数値計算してビームの軌道やエネルギー
を求めた。 第４図は第３図のような陰極と陽極が平行な場
合（平行電極と呼ぶ）のビームの軌道を計算した
例である。図中のαはE0／cB0で定義される。た
だし、E0は電極間の平行部での値である。この
αは磁界に対する電界の支配度を表わすパラメー
タでで、αが十分大きい場合、電子は電界だけが
存在するときの運動を行なう。ビームとして取り
出すためにはα＜１でなければならない。電子の
初速度を零としているのでα、を与えると軌道
は一意的に定まる。ビームの軌道は三次元的であ
り、θ方向にドリフトしつつｚ方向に加速される
が、第４図ではｒ―ｚ平面内での軌跡を示してい
る。＝10゜の場合、α＝0.3になるとビームは陽
極にぶつかるようになり、＝15゜ではα＝0.2で
もぶつかつている。従つて、、αはある値以下
に選ばなければならない。次にビームの個々の電
子の運動エネルギーＵは次式で与えられる。 Ｕ＝（ｍ−m0）c2 ………(3) Ｕ＝m0c2〔（１−υ2／c2）-1/2−１〕……(4) 第５図はこの運動エネルギーを第４図の各場合
について示したものである。ただし、縦軸は
m0c2で規格化している。また、図中×印はビー
ムが陽極にぶつかることを表わす。電子の運動エ
ネルギーはすべて電界から得られるものであるか
ら、ビームのエネルギーを大きくするためには陽
極に近づけなければならないが、それだけぶつか
りやすくなる。第４図、第５図からわかるよう
に、一般にα、を大きくするほど運動エネルギ
ーは大きくできるが、陽極にぶつかりビームとし
て利用できなくなる。それらを考慮して＝7゜、
α≦0.24が適当であると考えられる。また電子放
出面３Ａは幅の狭いリング状にすると、得られる
ビームの速度の熱的広がりが少なくなり、相対論
的電子工学機器に利用する場合、効率が高くな
る。 以上のことから、＝7゜の平行電極を製作して
実験を行なつたが、後に述べるように、実験では
電極間隔の不整などの原因でビームが特定の部分
に集中してしまう現象を生じた（第６図参照）。
そこで、第７図のように陽極にリング状の突起電
極を設け、電子放出面付近の電界を強化すること
を考案した。電極形状をいろいろに変えて数値計
算を行なつた。第７図でα0は電界が最も強い場所
でのαである。また、ｄは突起電極と陰極間の距
離である。第７図はｄ＝５mmの場合の計算結果で
あつて、実験で最も良好な結果が得られた場合に
相当する。第７図はｒ―ｚ平面内、第９図はθ―
ｚ平面内での軌道の例である。第８図は第７図に
対応して電子の運動エネルギーＵを示した。α0＝
0.15の場合、Ｕ／m0c2の最終値は約0.4となり、
このときの電子の速度は光速度の約70％になる。
電子はｚ軸方向に進むにつれて電界が弱まり、10
cm以上ではθ方向へのドリフトがなくなり一様磁
界中での運動となる。それまでの電子の回転角は
第９図から、例えばα0＝0.15で進行方向に向かつ
て右回りに約160゜である。第１０図は電子のｚ軸
に垂直な速度成分V1と速度の絶対値υの比を示
したもので、ｚ軸と電子の進行方向とのなす角度
をδとするとsinδを表わす。この結果から、α0が
大きいほど垂直方向の速度が大きくなることがわ
かる。また逆にα0を変えることによりυ1／υの最
終値を調節できる。ジヤイロトロンや自由電子メ
ーザに用いる相対論的電子ビーム（REB）では
υ1に熱的広がりが少なく、かつ調節可能であるこ
とが発振効率を高めるうえで極めて重要なポイン
トとなつている。 第４図に示すような平行電極を用いて得られる
電子ビームを第１図のフアラデーカツプの前方の
位置にチタン薄帯又は印字用感熱紙等の感熱剤を
置いてビームの垂直断面形状を測定したのが第６
図の平行電極によるビームの断面図である。これ
は電極間隔10mmの平行電極を用い、電子放出部か
ら14mm離れた位置に感熱材を置いてビームの断面
を測定したものであり、このときの電極間の印加
電圧は121kV、軸方向磁場は9kGでα＝0.045で
ある。このようなビームが集中してスポツトとな
るという現象は電極間隔ｄに不均一が避けられな
いこと、及び電界が電子の放出に必ずしも十分で
ないことに起因すると思われる。その対策とし
て、印加電圧の増大及び電極間隔の減少が考えら
れる。しかし、これでは電子が陽極にぶつかり易
くなつてしまい、また絶縁保持が困難になる。 第１１図は磁界Ｂが7kGの場合の印加電圧とビ
ーム発生確率の関係を多数の放電から統計的に示
したものである。この場合、印加電圧は100kV程
度が最もビーム発生に適していることがわかる。
このときのα0は約0.1である。最適の場合でもビ
ーム発生確率は約70％であり再現性は必ずしも十
分ではないが、冷陰極を用いているためやむを得
ない。またα0の値は設計によれば第７図(B)からわ
かるようにα0＝0.2程度まで可能と思われるが半
分以下しか実現できない。これは設計では空間電
荷効果を無視しているが、実際にはその効果によ
り電子が陽極にあたり易くなるためである。 第１２図Ａ，Ｂは電極間隔ｄ＝５mmの場合に磁
界を夫々9kG、7kGとした場合の電子ビームの断
面形状を示すものである。この場合、磁界以外の
パラメータは等しく、電極間印加電圧が95kV、
シヨツト回数が３回、感熱材の電子放出面からの
距離は24cmである。この結果から、磁界を弱くす
るとビームの強度が低下することがわかる。この
理由としては次の２点を挙げることができる。一
つは、磁界が弱いとα0が大きくなり電子が陽極に
ぶつかる率が大きくなり、ビーム電流が減少する
こと、他の理由はビームの発散によつて電流密度
が減少することである。なお、磁力線の形状は磁
界コイルの電流の大きさに無関係なのでビーム径
は等しく、内縁の直径はともに37mmとなつてい
る。 第１３図は本発明の入射電子銃における磁場の
分布特性図であつて、 軸方向磁界 9kG 磁場コイル電流 260A 持続時間 ２秒 において、中心軸方向の位置を横軸とし、中心軸
上での磁束密度（KG）を縦軸として示したもの
である。図中鎖線はコイル中心位置を示す。 第１４図は本発明の入射電子銃において軸方向
各位置でのビーム断面図を示す。 これは感熱材の位置を軸方向に変化させること
により、ビーム断面がどのように変化してゆくか
を調べたものである。感熱材は各位置での測定毎
に交換しなければならず、そのたびに真空容器を
開けて行なつた。第１４図において、印加電圧
95kV、軸方向磁界は9kGで各位置で３回ずつの
ビーム発生を行ない、感熱させたものである。 この結果から、ほぼ一様な環状のビームが発生
していることがわかる。磁界を十分大きくすれ
ば、電子はほぼ磁力線に沿つて進行するものと思
われる。磁力線は磁界コイルの両側で対称になつ
ていると考えられるから、これを利用して電子放
出面付近までビームの軌跡をたどることができ
る。図中の１〜７は感熱材の結果からビーム環の
内縁の半径を求めたものである。点線は磁界コイ
ルの中央の面を示すものであり、×印は１〜５の
点をこの面に対して対称に移したものである。こ
のようにしてビームの内縁を電子銃の方へたどつ
てゆくと、ほぼ電子放出面の直径に一致してい
る。ビームのリングのところどころに細かなビー
ムの集中がみられ、集中の発生する位置は各シヨ
ツトに共通している。これは電子放出面の尖り具
合の不整などから生ずるものと考えられる。 第１５図は本発明の装置により測定した陰極電
流、陽極電流及びビーム電流の代表的波形であ
る。軸方向磁界は9kG、電極間印加電圧は68kV
及び95kVの２種類でそれぞれ測定した。ロゴス
キーコイルの感度が各々異なり、この図のまま比
較することはできないので注意を要するが、各電
流の波形はその形状がほぼ一致している。即ち、
400nsec程度で直線的に立ち上がり、その後
600nsec程度でやはり直線的に減少してゆく。測
定に用いたオシロスコープが単ビームのメモリス
コープであるため各電流の同時測定ができないの
で、これらの波形はそれぞれ異なるシヨツトの際
のものである。厳密にはこれらの電流には時間差
が存在するはずであるが、電子の速度が光速度の
数10％に達することから考えて同時刻とみなして
よい。各電流波形の形状が一致していることよ
り、電子放出面から放出された電子が陽極にぶつ
かる割合は時間的に大きな変化を示さないものと
思われる。
出電子ビーム発生用のマグネトロン入射電子銃を
冷陰極により構成し、電子流100A以上、持続時
間少くとも１マイクロ秒以上（好ましくは１〜10
マイクロ秒）ビームエネルギー100keV以上を有
する大電力の電子ビームを瞬間的に発生できる冷
陰極マグネトロン入射電子銃に関するものであ
り、大電力ミリ波発生用ビーム又は大強度Ｘ線発
生用ビーム、大強度レーザービーム発生用或は大
強度中性子線発生用に利用可能なビーム発生装置
を提供しようとするものである。 従来熱陰極を利用したマグネトロン入射電子銃
の原理がW.E.ウオータースにより発表されてい
る（IEEEトランザクシヨンス・オン・エレクト
ロン・デバイス1963年７月226頁〜234頁参照）。
この熱陰極マグネトロン入射電子銃は同軸円錐状
の陽極及び陰極に対し軸方向に均一な静磁場をか
け、陰極を出た電子が陽極に達するのを妨げ、こ
れを軸方向に進む電子ビームとしてとり出し利用
するものである。これは印加電圧を200〜250Vの
如く低くでき直流的にビームを持続してとり出す
ことが可能であるが、熱陰極により電子ビームを
放出する性能のため、得られる電子流は通常数ア
ンペア以下に制限される。この理由は熱陰極マグ
ネトロン入射電子銃において、得られる電子流を
数アンペア以上とするために外部静磁場を大きく
し、陰極にかけられる電圧を少くとも100kV／cm
以上と大きくし、電子放射領域の電界を強くした
場合には、陰極がヒーターにより加熱されている
関係上短時間に熱陰極としての性能が劣化し、電
子ビームの放射が不能となるためである。 これに対してJ.C.マーチン等により米国特許第
3344298号に示すような電子ビーム用ダイオード
が提案された。これは109〜1012Wのパワーをも
つた相対論的電子ビーム（RELATIVISTIC
ELECTRONBEAM）のパルス化ビームを発生
するものであり、このビームはビームの通過する
個所に設けた加速アノードとして金属の薄膜をも
つた低抵抗プレーナダイオードに高電圧の短時間
パルス（100nsec以下）を加えることにより得ら
れる。然しこのような電子銃は下記の如き欠点が
ある。 (1) 通過するエレクトロンビームによりアノード
フオイルが破壊されること (2) フオイルアトムと衝突することにより電子の
散乱が生ずること (3) ダイオード領域におけるアーク発生に因るフ
オイルよりのガスの放射及びシステムのコンタ
ミネーシヨン 以上の理由で上述のREBダイオードによる電
子銃はその用途が制限された。 以上の加速用陽極としてフオイル又はスクリー
ンを使用しないフオイルレスREBダイオードに
よる大電力の相対論的環状電子ビームの開発が
M.フリードマン氏等により提案された（ザ・レ
ビユー・オブ・サイエンテイフイツク・インスツ
ルメンツ1970年９月号、p1334〜p1335、Fig1参
照）。 磁界のピークにおいては持続時間50×10-9sec
の間に700kVオーダーの高電圧パルスがこのダイ
オードに加えられることにより陰極より放射され
た電子が陰極をとり巻く磁場に案内され軸方向に
延在する環状のビームが相対論的に生ずるもので
ある。 このフオイルレスダイオードを利用したビーム
発生装置の欠点は陰極に加える高電圧パルスの値
が大きすぎるために装置のランニングコストが著
しく高くなること及び放射が50×10-9secと余り
に短時間過ぎるためにその用途が制限されること
である。 マグネトロン入射電子銃によつて発生される電
子ビームは個々の電子の速度が光速に近く、相対
論的な取り扱いが必要となる。このような電子ビ
ームを相対論的電子ビーム（REB）と呼んでお
り、従来の電子加速器とは明らかに異なつた応用
分野がある。 相対論的電子ビームの核融合えの応用としては
慣性核融合用ドライバー、直線型プラズマへの入
射加熱用電子銃、REBリングビームによるプラ
ズマ安定化用逆磁場配位の形成などがあげられ
る。この外レーザー線、Ｘ線源、中性子線源、マ
イクロ波源あるいはイオン加速器など広い応用が
あり、近年盛んに研究されるようになつた。 従来のマグネトロン入射電子銃には熱陰極型マ
グネトロン入射電子銃が専ら使用されて来てお
り、その研究発表が多くある。この熱陰極型マグ
ネトロン入射電子銃は印加電圧を低くできること
と、直流的にビームを取り出すことができる反
面、熱陰極により電子放射するために電子流は数
アンペア以下に制限される。又一方上述の相対論
的電子ビーム（REB）発生のためのフオイルレ
スREBダイオードは電子流1kA以上と大きいが
持続期間は10-7秒以下と短かい。 然し乍ら、目的によつてはビームの持続時間が
１マイクロ秒以上の方が好都合の場合がある。例
えばＸ線、中性子線、マイクロ波の発生のための
ビーム或はレーザービームとしては持続時間の長
い方が有利である。 本発明は上述の熱陰極マグネトロン入射電子銃
の電子ビームより少くとも10倍以上の強度をもつ
た電子ビームであつて、かつ上述のフオイルレス
REBダイオードより約２桁長い少くとも１〜10
マイクロ秒位の持続時間をもつた環状の電子ビー
ムを得るために種々研究し開発されたもので、そ
の新規特徴とする所は次の点にある。 (1) マグネトロン入射電子銃に熱陰極を使用する
ことを止め、冷陰極を使用することとする。 (2) 冷陰極を採用しても熱陰極と同じ電圧をかけ
ては電子放射が生じないので、少くとも
100kV／cm以上の電界をかけ、電子流が数百ア
ンペアで持続時間が少くとも１〜数マイクロ
秒、ビームエネルギーE0が100keV以上を有す
る電子ビームを発生するようにする。 (3) 熱陰極を冷陰極に置き換えることにより継続
的に大電力ビームを取り出せなくても、少くと
も10〜100倍以上電流値を増大させ、かつビー
ム持続時間を１〜数マイクロ秒の如くフオイル
レスREBダイオードより102倍以上持続時間を
長くし、短時間に数百アンペアと強大な電流値
をもつた電子ビームを発生させ、各種用途に従
来にない性能をもつた大電力パルスビームの利
用を可能とすることを目的とする。 本発明は真空容器と、これに支持された中心導
体の先端に設けた円錐形の陰極と、この中心導体
を包囲して設けられた筒状絶縁体に支持され、か
つ陰極を包囲するよう延在し陰極エミツテイング
表面と対向して設けられた陽極と、この陰極の軸
線と平行に陽極を包囲して設けられた均一軸方向
静磁場コイルとより成るマグネトロン入射電子銃
において、前記円錐形の陰極は絶縁皮膜で被覆さ
れ、その中間に帯状に金属面を露出させて電子ビ
ーム放射面を形成し、この陰極表面に形成した電
子ビーム放射面に対向して陽極表面に内方になめ
らかな弧状面又は球形面をもつた突起を形成し、
陰極と陽極間に少くとも1kΩ以上のダイオードイ
ンピーダンスが生ずるように陰極と陽極とを夫々
導体により電源回路に接続し、陰極面の前記静磁
場Ｂとのなす角度を６〜15゜の範囲に選択し、 α0＝E0／cB0.1とし、 但し、α0…無次元のパラメーター E0…電子放出面上での電界 ｃ …光速度 Ｂ …軸方向に一定な磁速密度 陰極はヒーターをもたない冷陰極とし、これに
より陰極軸線の周りに円筒状の電子軌道をもつた
100A／cm2以上の電子流密度をもつ電子ビームを
短時間発生するように構成した冷陰極マグネトロ
ン入射電子銃を特徴とする。 以下添附図面について本発明の実施の態様を説
明する。 第１図は本発明のマグネトロン入射電子銃とこ
れより放射される電子ビームの計測装置とを組合
せ、本発明の理論を実証するために使用した実験
装置の略線図である。第２図はその要部の拡大図
である。 第１図において、１は真空容器、２は真空容器
中に封入した中心導体、３は中心導体の先端に設
けた陰極、４は陰極と適当な間隔をもつてこれを
包囲して設けた筒状の陽極、５，５′は前記陰極
３と、陽極４とを夫々支持するガラス又はセラミ
ツクより成る絶縁体製支持体、６は陽極を外部電
源に接続する引出線、７は真空ポンプ、８は電源
回路（マルクスジエネレータ）、９は気中ギヤツ
プを示し、１０，１１は夫々抵抗を示す。１２は
陰極軸線と平行にその真空容器１を包囲して設け
た磁場コイル、１３はビームカウンタ、１４はそ
の先端に設けたフアラデーカツプを示す。 第２図は第１図の入射電子銃の拡大図を示す。
通常のフオイルレスREBダイオードではパルス
形成線路を用いるが、本発明ではパルス時間幅を
長くする目的でこれを用いないこととし、電源回
路（マルクスジエネレータ）８からの出力は無誘
導抵抗により10：１に分割し、それぞれ陰極陽極
間、陽極真空容器間に印加する。後者に電圧が存
在しないと、ビーム経路中に仮想陰極が形成され
ビームのとり出しができなくなる。陽極真空容器
間に挿入された気中ギヤツプ９は、陰極と陽極の
間がプラズマにより短絡された場合、陽極が負の
高電位に上昇して真空容器との間で絶縁破壊を生
ずるのを防止するためのものであり、20kV程度
の電圧がかかると自爆短絡するように調節されて
いる。陰極陽極間に短絡が起るとビーム発生は停
止し、気中ギヤツプ９の破裂音として容易に識別
することができるよう構成する。本発明のビーム
測定器では３個のロゴスキーコイルを用いて、陰
極電流、陽極電流、ビーム電流を測定するよう構
成した。 本発明の実施装置においては陰極３をアルミ製
とし、その上にアルマイト等の絶縁被覆３Ｂを被
覆し、陰極表面を陰極を支持する中心導体２の中
心軸線と適当な角度をもつた円錐形とし、この
円錐の中間の絶縁被覆３Ｂを剥離し、導体表面を
露出させて電子ビーム放射面３Ａを形成する。こ
の陰極３の電子ビーム放射面３Ａと対向した位置
に陽極突出部４Ａを内方に突出させる。このよう
に陰極３と陽極４とを対向配置して、電子ビーム
放射面３Ａを形成し、陰極３を支持する中心導体
２の周囲をガラス又はセラミツクより成る絶縁体
製支持体５により絶縁して支持し、陽極４に導電
接続した銅線等の引出し線６と、前記中心導体２
との間に電源を接続し、陰極と陽極との間に
100kV／cm以上の高電圧を印加するよう構成す
る。１５は真空容器と外部を気密封鎖するＯリン
グである。なお、１６は陰極を支持する中心導体
２とその支持体５との間を封塞するデルリン等の
絶縁体より成る塞栓である。 本発明の冷陰極マグネトロン入射電子銃では、
電界放出が起こるためには100kV／cm以上の電界
を印加する必要がある。一方、印加できる静磁界
の強さには実際問題として上限があり、本発明の
場合磁束密度は9.4kG以下である。従つて、電界
放出を起こさせ、かつその電子が陽極に達するこ
となくビームとして利用できるような電極形状と
電界・磁界の値を設計しなければならない。 単一電子の相対論的運動方程式は、電界をＥ、
磁束密度をＢとすると次式で表わされる。 ただし、m0：電子の静止質量、ｃ：真空中の
光速度、υ：電子の速度ベクトル、υ→：その絶対
値 (1)式を直角座標で三成分に分解し、これを更に
円筒座標に変換すると次式を得る。 電子銃は第３図のように軸対称な形状を考え
る。ダイオードインピーダンスを大きくするた
め、軸方向に一様な磁界を印加するものとする。
円筒座標（ｒ、θ、ｚ）での電界および磁速密度
はそれぞれＥ→＝（−E0cosφ、０、−E0sinφ）、Ｂ→
＝
（０、０、B0）で与えられる。ここで、E0、B0は
それぞれ印加電界および磁束密度の絶縁値であ
り、は電極面の軸方向に対する傾きである。簡
単のためE0として真空中の値を仮定し、電子の
初速度を零として、(2)式をRunge―Kutta―Gill
法により数値計算してビームの軌道やエネルギー
を求めた。 第４図は第３図のような陰極と陽極が平行な場
合（平行電極と呼ぶ）のビームの軌道を計算した
例である。図中のαはE0／cB0で定義される。た
だし、E0は電極間の平行部での値である。この
αは磁界に対する電界の支配度を表わすパラメー
タでで、αが十分大きい場合、電子は電界だけが
存在するときの運動を行なう。ビームとして取り
出すためにはα＜１でなければならない。電子の
初速度を零としているのでα、を与えると軌道
は一意的に定まる。ビームの軌道は三次元的であ
り、θ方向にドリフトしつつｚ方向に加速される
が、第４図ではｒ―ｚ平面内での軌跡を示してい
る。＝10゜の場合、α＝0.3になるとビームは陽
極にぶつかるようになり、＝15゜ではα＝0.2で
もぶつかつている。従つて、、αはある値以下
に選ばなければならない。次にビームの個々の電
子の運動エネルギーＵは次式で与えられる。 Ｕ＝（ｍ−m0）c2 ………(3) Ｕ＝m0c2〔（１−υ2／c2）-1/2−１〕……(4) 第５図はこの運動エネルギーを第４図の各場合
について示したものである。ただし、縦軸は
m0c2で規格化している。また、図中×印はビー
ムが陽極にぶつかることを表わす。電子の運動エ
ネルギーはすべて電界から得られるものであるか
ら、ビームのエネルギーを大きくするためには陽
極に近づけなければならないが、それだけぶつか
りやすくなる。第４図、第５図からわかるよう
に、一般にα、を大きくするほど運動エネルギ
ーは大きくできるが、陽極にぶつかりビームとし
て利用できなくなる。それらを考慮して＝7゜、
α≦0.24が適当であると考えられる。また電子放
出面３Ａは幅の狭いリング状にすると、得られる
ビームの速度の熱的広がりが少なくなり、相対論
的電子工学機器に利用する場合、効率が高くな
る。 以上のことから、＝7゜の平行電極を製作して
実験を行なつたが、後に述べるように、実験では
電極間隔の不整などの原因でビームが特定の部分
に集中してしまう現象を生じた（第６図参照）。
そこで、第７図のように陽極にリング状の突起電
極を設け、電子放出面付近の電界を強化すること
を考案した。電極形状をいろいろに変えて数値計
算を行なつた。第７図でα0は電界が最も強い場所
でのαである。また、ｄは突起電極と陰極間の距
離である。第７図はｄ＝５mmの場合の計算結果で
あつて、実験で最も良好な結果が得られた場合に
相当する。第７図はｒ―ｚ平面内、第９図はθ―
ｚ平面内での軌道の例である。第８図は第７図に
対応して電子の運動エネルギーＵを示した。α0＝
0.15の場合、Ｕ／m0c2の最終値は約0.4となり、
このときの電子の速度は光速度の約70％になる。
電子はｚ軸方向に進むにつれて電界が弱まり、10
cm以上ではθ方向へのドリフトがなくなり一様磁
界中での運動となる。それまでの電子の回転角は
第９図から、例えばα0＝0.15で進行方向に向かつ
て右回りに約160゜である。第１０図は電子のｚ軸
に垂直な速度成分V1と速度の絶対値υの比を示
したもので、ｚ軸と電子の進行方向とのなす角度
をδとするとsinδを表わす。この結果から、α0が
大きいほど垂直方向の速度が大きくなることがわ
かる。また逆にα0を変えることによりυ1／υの最
終値を調節できる。ジヤイロトロンや自由電子メ
ーザに用いる相対論的電子ビーム（REB）では
υ1に熱的広がりが少なく、かつ調節可能であるこ
とが発振効率を高めるうえで極めて重要なポイン
トとなつている。 第４図に示すような平行電極を用いて得られる
電子ビームを第１図のフアラデーカツプの前方の
位置にチタン薄帯又は印字用感熱紙等の感熱剤を
置いてビームの垂直断面形状を測定したのが第６
図の平行電極によるビームの断面図である。これ
は電極間隔10mmの平行電極を用い、電子放出部か
ら14mm離れた位置に感熱材を置いてビームの断面
を測定したものであり、このときの電極間の印加
電圧は121kV、軸方向磁場は9kGでα＝0.045で
ある。このようなビームが集中してスポツトとな
るという現象は電極間隔ｄに不均一が避けられな
いこと、及び電界が電子の放出に必ずしも十分で
ないことに起因すると思われる。その対策とし
て、印加電圧の増大及び電極間隔の減少が考えら
れる。しかし、これでは電子が陽極にぶつかり易
くなつてしまい、また絶縁保持が困難になる。 第１１図は磁界Ｂが7kGの場合の印加電圧とビ
ーム発生確率の関係を多数の放電から統計的に示
したものである。この場合、印加電圧は100kV程
度が最もビーム発生に適していることがわかる。
このときのα0は約0.1である。最適の場合でもビ
ーム発生確率は約70％であり再現性は必ずしも十
分ではないが、冷陰極を用いているためやむを得
ない。またα0の値は設計によれば第７図(B)からわ
かるようにα0＝0.2程度まで可能と思われるが半
分以下しか実現できない。これは設計では空間電
荷効果を無視しているが、実際にはその効果によ
り電子が陽極にあたり易くなるためである。 第１２図Ａ，Ｂは電極間隔ｄ＝５mmの場合に磁
界を夫々9kG、7kGとした場合の電子ビームの断
面形状を示すものである。この場合、磁界以外の
パラメータは等しく、電極間印加電圧が95kV、
シヨツト回数が３回、感熱材の電子放出面からの
距離は24cmである。この結果から、磁界を弱くす
るとビームの強度が低下することがわかる。この
理由としては次の２点を挙げることができる。一
つは、磁界が弱いとα0が大きくなり電子が陽極に
ぶつかる率が大きくなり、ビーム電流が減少する
こと、他の理由はビームの発散によつて電流密度
が減少することである。なお、磁力線の形状は磁
界コイルの電流の大きさに無関係なのでビーム径
は等しく、内縁の直径はともに37mmとなつてい
る。 第１３図は本発明の入射電子銃における磁場の
分布特性図であつて、 軸方向磁界 9kG 磁場コイル電流 260A 持続時間 ２秒 において、中心軸方向の位置を横軸とし、中心軸
上での磁束密度（KG）を縦軸として示したもの
である。図中鎖線はコイル中心位置を示す。 第１４図は本発明の入射電子銃において軸方向
各位置でのビーム断面図を示す。 これは感熱材の位置を軸方向に変化させること
により、ビーム断面がどのように変化してゆくか
を調べたものである。感熱材は各位置での測定毎
に交換しなければならず、そのたびに真空容器を
開けて行なつた。第１４図において、印加電圧
95kV、軸方向磁界は9kGで各位置で３回ずつの
ビーム発生を行ない、感熱させたものである。 この結果から、ほぼ一様な環状のビームが発生
していることがわかる。磁界を十分大きくすれ
ば、電子はほぼ磁力線に沿つて進行するものと思
われる。磁力線は磁界コイルの両側で対称になつ
ていると考えられるから、これを利用して電子放
出面付近までビームの軌跡をたどることができ
る。図中の１〜７は感熱材の結果からビーム環の
内縁の半径を求めたものである。点線は磁界コイ
ルの中央の面を示すものであり、×印は１〜５の
点をこの面に対して対称に移したものである。こ
のようにしてビームの内縁を電子銃の方へたどつ
てゆくと、ほぼ電子放出面の直径に一致してい
る。ビームのリングのところどころに細かなビー
ムの集中がみられ、集中の発生する位置は各シヨ
ツトに共通している。これは電子放出面の尖り具
合の不整などから生ずるものと考えられる。 第１５図は本発明の装置により測定した陰極電
流、陽極電流及びビーム電流の代表的波形であ
る。軸方向磁界は9kG、電極間印加電圧は68kV
及び95kVの２種類でそれぞれ測定した。ロゴス
キーコイルの感度が各々異なり、この図のまま比
較することはできないので注意を要するが、各電
流の波形はその形状がほぼ一致している。即ち、
400nsec程度で直線的に立ち上がり、その後
600nsec程度でやはり直線的に減少してゆく。測
定に用いたオシロスコープが単ビームのメモリス
コープであるため各電流の同時測定ができないの
で、これらの波形はそれぞれ異なるシヨツトの際
のものである。厳密にはこれらの電流には時間差
が存在するはずであるが、電子の速度が光速度の
数10％に達することから考えて同時刻とみなして
よい。各電流波形の形状が一致していることよ
り、電子放出面から放出された電子が陽極にぶつ
かる割合は時間的に大きな変化を示さないものと
思われる。
【表】
第３表は磁界及び印加電圧を変えてそれぞれ数
回ビーム発生を行ない、各部電流の平均を求めた
ものである。軸方向磁界が十分大きく電子が真空
容器壁にぶつかることがないならば、陰極電流は
ビーム電流と陽極電流の和になるはずであるが、
異なるシヨツトからの平均値を求めているのであ
る程度の誤差がある。この結果から、ビーム発生
効率として陰極電流のおよそ40％が電子ビームと
してとり出されていることがわかる。 感熱材によるビーム断面図形によると電流の細
かな集中がみられ、電流密度は場所によつて異な
ると考えられるが、ビーム全体として平均電流密
度を求めてみる。コイル中心付近での図形から変
色した部分の面積を求めてみると、たとえば印加
電圧95kV、磁束密度9kGの場合180mm2となる。
このときのビーム電流は137Aである。従つてこ
のときの平均電流密度は0.77A／mm2となる。この
電流密度は熱陰極を用いたマグネトロン入射電子
銃では得ることが困難な値である。なお変色して
いない部分には電流が流れていないことが小型フ
アラデーカツプにより確かめられている。 以上のように本発明の冷陰極マグネトロン入射
電子銃は周知の熱陰極マグネトロン入射電子銃と
周知のフオイルレスREBダイオードとの中間の
特性をもつ電子ビームが得られる。これを対比し
て示すと次の通りである。
回ビーム発生を行ない、各部電流の平均を求めた
ものである。軸方向磁界が十分大きく電子が真空
容器壁にぶつかることがないならば、陰極電流は
ビーム電流と陽極電流の和になるはずであるが、
異なるシヨツトからの平均値を求めているのであ
る程度の誤差がある。この結果から、ビーム発生
効率として陰極電流のおよそ40％が電子ビームと
してとり出されていることがわかる。 感熱材によるビーム断面図形によると電流の細
かな集中がみられ、電流密度は場所によつて異な
ると考えられるが、ビーム全体として平均電流密
度を求めてみる。コイル中心付近での図形から変
色した部分の面積を求めてみると、たとえば印加
電圧95kV、磁束密度9kGの場合180mm2となる。
このときのビーム電流は137Aである。従つてこ
のときの平均電流密度は0.77A／mm2となる。この
電流密度は熱陰極を用いたマグネトロン入射電子
銃では得ることが困難な値である。なお変色して
いない部分には電流が流れていないことが小型フ
アラデーカツプにより確かめられている。 以上のように本発明の冷陰極マグネトロン入射
電子銃は周知の熱陰極マグネトロン入射電子銃と
周知のフオイルレスREBダイオードとの中間の
特性をもつ電子ビームが得られる。これを対比し
て示すと次の通りである。
【表】
従来熱陰極マグネトロン入射電子銃を用いたジ
ヤイロトロンが市販されているが、本発明の冷陰
極マグネトロン入射電子銃を使用すると、上述の
ように熱陰極より電子ビーム電流が少くとも10〜
100倍大きい100〜500A以上の環状の電子ビーム
が得られる。 本発明とフオイルレスREBダイオードとを比
較すると少くとも100倍以上長い数マイクロ秒程
度でビームエネルギーが少くとも100keV以上の
電子ビームが得られるので、大電力ミリ波発生
用、大強度Ｘ線発生用、大強度レーザービーム発
生用、或は大強度中性子線発生用ビーム、イオン
加速器等として新規広汎な応用が可能である。 本発明により得られる相対論的電子ビームの核
融合えの応用としては慣性核融合用ドライバー、
直線型プラズマ発生用の入射加熱用電子銃、
REBリングビームによるプラズマ安定化用逆磁
場配位の形成等各種用途に応用可能であり、斯種
工業の発達に対し極めて有用である。
ヤイロトロンが市販されているが、本発明の冷陰
極マグネトロン入射電子銃を使用すると、上述の
ように熱陰極より電子ビーム電流が少くとも10〜
100倍大きい100〜500A以上の環状の電子ビーム
が得られる。 本発明とフオイルレスREBダイオードとを比
較すると少くとも100倍以上長い数マイクロ秒程
度でビームエネルギーが少くとも100keV以上の
電子ビームが得られるので、大電力ミリ波発生
用、大強度Ｘ線発生用、大強度レーザービーム発
生用、或は大強度中性子線発生用ビーム、イオン
加速器等として新規広汎な応用が可能である。 本発明により得られる相対論的電子ビームの核
融合えの応用としては慣性核融合用ドライバー、
直線型プラズマ発生用の入射加熱用電子銃、
REBリングビームによるプラズマ安定化用逆磁
場配位の形成等各種用途に応用可能であり、斯種
工業の発達に対し極めて有用である。
第１図は本発明のマグネトロン入射電子銃の実
施の一例態様を示す電子ビーム計測装置の全体配
置図、第２図はその要部の拡大図、第３図は本発
明の陰極における電界領域の原理説明用図、第４
図は平行電極による電子ビーム軌道特性曲線図、
第５図は平行電極による電子ビームエネルギー特
性曲線図、第６図は平行電極によるビーム形状を
示す図、第７図は本発明の突起付電極における軌
道特性曲線図、第８図は本発明の突起付電極にお
けるエネルギー特性曲線図、第９図は本発明にお
ける電子軌道のθ方向の変位を示す特性曲線図、
第１０図は本発明のＺ軸と直角方向の速度成分を
示す特性図、第１１図は本発明において磁界が
7kGにおける印加電圧とビーム発生確率との関係
を示す特性図、第１２図は本発明において磁場の
大小とビーム断面との関係を示す特性図、第１３
図は本発明における磁場の分布特性図、第１４図
は本発明における軸方向各位置でのビーム断面
図、第１５図は本発明装置により測定した陰極電
流、陽極電流およびビーム電流の代表的波形図で
ある。 １…真空容器、２…中心導体、３…陰極、４…
陽極、４Ａ…陽極突出部、５，５′…絶縁体製支
持体、６…引出線、７…真空ポンプ、８…マルク
スジエネレータ、９…気中ギヤツプ、１０，１１
…抵抗、１２…磁場コイル、１３…ビームカウン
タ、１４…フアラデーカツプ、１５…Ｏリング、
１６…絶縁体塞栓、３Ｂ…絶縁被覆、３Ａ…電子
ビーム放射面。
施の一例態様を示す電子ビーム計測装置の全体配
置図、第２図はその要部の拡大図、第３図は本発
明の陰極における電界領域の原理説明用図、第４
図は平行電極による電子ビーム軌道特性曲線図、
第５図は平行電極による電子ビームエネルギー特
性曲線図、第６図は平行電極によるビーム形状を
示す図、第７図は本発明の突起付電極における軌
道特性曲線図、第８図は本発明の突起付電極にお
けるエネルギー特性曲線図、第９図は本発明にお
ける電子軌道のθ方向の変位を示す特性曲線図、
第１０図は本発明のＺ軸と直角方向の速度成分を
示す特性図、第１１図は本発明において磁界が
7kGにおける印加電圧とビーム発生確率との関係
を示す特性図、第１２図は本発明において磁場の
大小とビーム断面との関係を示す特性図、第１３
図は本発明における磁場の分布特性図、第１４図
は本発明における軸方向各位置でのビーム断面
図、第１５図は本発明装置により測定した陰極電
流、陽極電流およびビーム電流の代表的波形図で
ある。 １…真空容器、２…中心導体、３…陰極、４…
陽極、４Ａ…陽極突出部、５，５′…絶縁体製支
持体、６…引出線、７…真空ポンプ、８…マルク
スジエネレータ、９…気中ギヤツプ、１０，１１
…抵抗、１２…磁場コイル、１３…ビームカウン
タ、１４…フアラデーカツプ、１５…Ｏリング、
１６…絶縁体塞栓、３Ｂ…絶縁被覆、３Ａ…電子
ビーム放射面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空容器１と、これに支持された中心導体２
の先端に設けた円錐形の陰極３と、この中心導体
２を包囲して設けられた筒状絶縁体５，５′に支
持され、かつ陰極３を包囲するよう延在し陰極エ
ミツテイング表面と対向して設けられた陽極４
と、この陰極３の軸線と平行に陽極４を包囲して
設けられた均一軸方向静磁場コイル１２とより成
るマグネトロン入射電子銃において、前記円錐形
の陰極３は絶縁皮膜３Ｂで被覆され、その中間に
帯状に金属面を露出させて電子ビーム放射面３Ａ
を形成し、この陰極３の表面に形成した電子ビー
ム放射面３Ａに対向して陽極４の表面に内方にな
めらかな弧状面又は球形面をもつた突起４Ａを形
成し、陰極３と陽極４との間に少なくとも1KΩ
以上のダイオードインピーダンスが生ずるように
陰極３と陽極４とを夫々中心導体２及び外部導体
６により電源回路８に接続し、陰極面の磁界の方
向とのなす角度を６〜15゜の範囲に選択し、 α0＝E0／cB00.1とし、 但し、α0…無次元のパラメーター E0…電子放出面上での電界 ｃ …光速度 B0…軸方向に一定な磁束密度 陰極３はヒーターをもたない冷陰極とし、これ
により陰極軸線（Ｚ軸）の周りに円筒状の電子軌
道をもつた少なくとも100A／cm2以上の電子流密
度をもつ電子ビームを短時間発生するように構成
したことを特徴とする冷陰極マグネトロン入射電
子銃。 ２ 円錐形の陰極３の絶縁表面に帯状に形成した
電子ビーム放射面は凹凸をもつた金属面３Ａであ
る特許請求の範囲第１項記載の冷陰極マグネトロ
ン入射電子銃。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56145478A JPS5848336A (ja) | 1981-09-17 | 1981-09-17 | 冷陰極マグネトロン入射電子銃 |
| US06/415,465 US4495442A (en) | 1981-09-17 | 1982-09-07 | Cold-cathode magnetron injection gun |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56145478A JPS5848336A (ja) | 1981-09-17 | 1981-09-17 | 冷陰極マグネトロン入射電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5848336A JPS5848336A (ja) | 1983-03-22 |
| JPS635852B2 true JPS635852B2 (ja) | 1988-02-05 |
Family
ID=15386175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56145478A Granted JPS5848336A (ja) | 1981-09-17 | 1981-09-17 | 冷陰極マグネトロン入射電子銃 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4495442A (ja) |
| JP (1) | JPS5848336A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4751429A (en) * | 1986-05-15 | 1988-06-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | High power microwave generator |
| FR2669771A1 (fr) * | 1990-11-27 | 1992-05-29 | Thomson Tubes Electroniques | Cathode amelioree pour tubes hyperfrequence. |
| US5814939A (en) * | 1996-02-12 | 1998-09-29 | Chu; Kwo R. | Mechanically tunable magnetron injection gun (MIG) |
| US6064718A (en) * | 1998-09-29 | 2000-05-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Field emission tube for a mobile X-ray unit |
| CN102800545B (zh) * | 2012-08-30 | 2015-04-15 | 电子科技大学 | 阴极可调式单阳极磁控电子枪 |
| CN102800544B (zh) * | 2012-08-30 | 2015-02-25 | 电子科技大学 | 一种阴极可调式双阳极磁控电子枪 |
| CN114023617B (zh) * | 2021-11-02 | 2023-01-31 | 电子科技大学 | 一种基于冷阴极的环形多电子注辐射源 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3258626A (en) * | 1961-09-18 | 1966-06-28 | Hollow beam electron gun | |
| US3315110A (en) * | 1963-08-12 | 1967-04-18 | Sperry Rand Corp | Shaped-field hollow beam electron gun having high beam perveance and high beam convergence ratio |
| US3344398A (en) * | 1965-05-12 | 1967-09-26 | Bliss E W Co | Traffic controller load relay control circuit |
| DE1541036B1 (de) * | 1966-04-26 | 1970-08-06 | Siemens Ag | System zur Erzeugung eines Elektronenhohlstrahls fuer Laufzeitroehren,insbesondere Wanderfeldroehren hoher Leistung |
| US3345528A (en) * | 1966-11-14 | 1967-10-03 | Sperry Rand Corp | Magnetron injection gun having a vaned negative control grid |
| US3706002A (en) * | 1970-11-16 | 1972-12-12 | Varian Associates | Electron gun |
| US3700945A (en) * | 1971-08-30 | 1972-10-24 | Us Navy | High power pulsed electron beam |
| US3919580A (en) * | 1974-09-11 | 1975-11-11 | Us Energy | Relativistic electron beam generator |
| US4038602A (en) * | 1976-02-25 | 1977-07-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Automodulated realtivistic electron beam microwave source |
-
1981
- 1981-09-17 JP JP56145478A patent/JPS5848336A/ja active Granted
-
1982
- 1982-09-07 US US06/415,465 patent/US4495442A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5848336A (ja) | 1983-03-22 |
| US4495442A (en) | 1985-01-22 |
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