JP2000323299A

JP2000323299A - 電子加速装置

Info

Publication number: JP2000323299A
Application number: JP11135460A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Yoshida; 光宏吉田; Ichiro Yamashita; 一郎山下; Masashi Oya; 正志大屋; Ikuo Wakamoto; 郁夫若元; Toshiaki Katsura; 敏明桂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】クライストロンの残留電子の一部を加速電子と
して再利用することができる電子加速装置を提供する。【解決手段】本発明は、高周波を利用して電子を加速す
る電子加速装置（１）であって、クライストロン（８）
と、このクライストロンの一端側に設けられた電子を供
給する電子供給源（１０，１２）と、クライストロン内
の入口空洞（１６）から電子に高周波を入射する高周波
発振器（２２）と、クライストロンの他端側と連通する
と共にクライストロンと一体的に接続された加速空洞
（３４）と、クライストロン内の他端側の出口空洞から
増幅された高周波を加速空洞に入射する導波管（２６）
と、クライストロン内の他端側に設けられ増幅された高
周波を放出した電子の一部を回収して残りの電子を加速
空洞に導入するコレクタ（３２）と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子加速装置に係
り、特に、高周波を利用した電子加速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子加
速装置は、電子を電磁力で数十億電子ボルト（数Ｇe
Ｖ）程度の高いエネルギー状態に加速するための装置で
あり、本来的には原子核や素粒子の研究のために開発さ
れてきたものである。しかしながら、近年では、真空中
をほぼ光速で伝播する電子がその偏向磁場により軌道が
曲げられたときに、主にその軌道の接線方向に発生する
放射光（ＳＯＲ光）を利用することにより、電子加速装
置の適用範囲は、ＬＳＩ回路パターンの微細加工（リソ
グラフィ）や物性研究、電子滅菌、細菌等生命科学の広
範な分野にまで広がっている。

【０００３】図１０により、第１のタイプの従来の高周
波を利用した電子加速装置を説明する。従来の電子加速
装置は、図１０に示すように、高周波発生部と電子加速
部が別々に構成されている。具体的に説明すると、従来
の電子加速装置２００は、高周波発生器２０１である真
空管であるクライストロン２０２、電子加速空洞２０
４、電子源２０６等を備えており、電子源２０６は、カ
ソード（固体又はプラズマ）から構成されている。高周
波発振器２０１においては、電子ビームがカソード２０
８からアノード２１０により引き出され、電磁石２１２
により収束磁場を発生させ電子ビームをターゲット２１
４に向けて数１０〜数１００ｋＶで伝播させる。このと
き、励起すべき高周波パワー２１６を発振器２１８で発
生させ，高周波パワー２１６を導波管（又は同軸ケーブ
ル）２２０により入力空洞２２２から数１００mW程度入
射する。この高周波パワー２１６は電子をバンチ（高周
波の特定位相に電子が集まるように変調すること）させ
電子ビームに貯えられる高周波パワーを増幅する。十分
バンチされた電子２２４が出力空洞２２６を通過すると
きに、バンチして電子ビームに貯えられた高周波エネル
ギー２２８が増幅された形で放出される。このようにし
て、クライストロン２０２において、高周波エネルギー
を発生させている。

【０００４】また、反射波による高周波発生器２０１の
ダメージを避けるために、高周波用アイソレータ２３０
が設置されており、反射波がクライストロン２０２に戻
らないようになっている。取り出された高周波エネルギ
ー２２８は、導波管２３２を用いて電子加速空洞２０４
に導かれ入射される。電子源（カソード）２０６から電
源２３４による電場によって放出された電子ｅ^- _a は電
子加速空洞２０４を通過するときに、導入された高周波
エネルギーによる空洞内電場で加速され真空容器２３６
に沿って導かれる。また、高パワーの高周波を放出した
後の電子ビームは、直流加速エネルギー（カソード２０
８とアノード２１０間の加速電圧）を持ち、バンチされ
ていない状態でターゲット２１４に衝突し、ターゲット
２１４を加熱するエネルギーとして失われる。ターゲッ
ト２１４は、水などの冷却材２３８で冷却する必要があ
る。

【０００５】このような従来の電子加速装置は、以下の
ような問題がある。このように構成された高周波発生部
と電子加速部が別体である従来の電子加速装置において
は、高周波発生部の残留電子のエネルギーを熱エネルギ
ーとして捨て、別に加速用電子ビームを発生させている
ため効率が悪いという問題がある。また、電子発生用シ
ステム（電源、カソードなど）がクライストロン２０２
と加速用の２系統必要であるから装置としても高価で比
較的大きなシステムとなる。

【０００６】次に、図１１により別のタイプの従来の電
子加速装置を説明する。図１１は、この別のタイプの電
子加速装置を示す概略平面断面図である。この従来の電
子加速装置３００では、加速空洞３０２の電子入射部３
０４に設けられたカソード３０７に負の電圧を電源３０
８で印加することで、電子ｅ^- を放出する。放出された
電子ｅ^- は加速空洞３０２に導入され、導波管（又は同
軸ケーブル）３１０で導かれた高周波３１２による電場
で加速される。加速された電子ｅ^- _a は電磁石３１４で
発生された磁束Ｂ_C により収束されてビーム搬送管３１
６内を搬送される。なお、電源３０８及び加速空洞３０
２を含む容器全体は、それぞれアース３２２されてい
る。しかし、高周波の位相と電子ｅ^- の入射時間を制御
しないバンチャーがないコンパクトな電子加速装置で
は、加速空洞３０２に入射する電子ｅ^- の時間と、その
時間における高周波３１２の位相によって電子ｅ^- がカ
ソード３０６方向へ逆に加速されてカソード３０６に衝
突する電子ｅ^- _B が発生する。この逆行電子ｅ^- _B による
カソード３０６への衝突は真空度を悪くし、カソード３
０６の寿命も短くする。

【０００７】そのため、従来の電子加速装置では、図１
１に示すように、逆行電子ｅ^- _B がカソード３０６に衝
突せず、加速空洞３０２の壁、又はアノード３１８など
に衝突するように、磁場Ｂ_C を補助磁石３２０等で若干
曲げ（磁場Ｂ_C′）で用いている。しかし、逆行電子ｅ^-
_B が加速空洞３０２の壁、又はアノード３１８などに衝
突することは避けられないため、長時間の使用では逆行
電子ｅ^- _B によるスパッターで加速空洞３０２が汚染さ
れること、また逆行電子ｅ^- _B を利用することができな
いため、この逆行電子ｅ^- _B を利用した高効率化ができ
ないという問題があった。

【０００８】そこで、本発明は、従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、高周波発生部（クライス
トロン）の残留電子の一部を加速電子として再利用する
ことができる電子加速装置を提供することを目的として
いる。また、本発明は、高周波発生部と電子加速部とを
一体にすることによりコンパクト化を図った電子加速装
置を提供することを目的としている。さらに、本発明
は、加速空洞への電子導入の際の磁場配位を工夫するこ
とにより、逆行電子の衝突を防止でき且つ逆行電子を利
用することが可能となった電子加速装置を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明は、高周波を利用して電子を加速する
電子加速装置であって、クライストロンと、このクライ
ストロンの一端側に設けられた電子を供給する電子供給
源と、クライストロン内の入口空洞から上記電子に高周
波を入射する高周波発振手段と、クライストロンの他端
側と連通すると共にクライストロンと一体的に接続され
た加速空洞と、クライストロン内の他端側の出口空洞か
ら増幅された高周波を導波手段を介して上記加速空洞に
入射する高周波入射手段と、クライストロン内の他端側
に設けられ増幅された高周波を放出した電子の一部を回
収して残りの電子を加速空洞に導入するコレクタ手段
と、を有することを特徴としている。

【００１０】第１の発明の電子加速装置は、更に、クラ
イストロンと加速空洞の接続部に設けられた第２の入口
空洞と、この第２の入口空洞に上記高周波発生手段から
高周波の一部を入射する第２の高周波入射手段と、を有
することが好ましい。

【００１１】第２の発明は電子加速装置は、高周波を利
用して電子を加速する電子加速装置であって、電子を供
給する電子供給源と、高周波を入射して電子を加速させ
る加速空洞と、電子供給源の周りに配置され、磁力線に
沿って電子がその一端側から加速空洞内に導かれるよう
な磁場を発生する磁場発生手段と、加速空洞の他端側と
連通するように設けられ加速された電子ビームを搬送す
る第１の電子ビーム搬送手段と、加速空洞の一端側と連
通するように設けられ磁場の影響を受けない逆行電子を
搬送する第２の電子ビーム搬送手段と、を有することを
特徴としている。

【００１２】第２の発明の電子加速装置は、更に、加速
空洞の他端側に配置された第２の電子供給源と、この第
２の電子供給源の周りに配置され、磁力線に沿って電子
がその他端側から加速空洞内に導かれるような磁場を発
生する第２の磁場発生手段と、を有し、これにより、高
周波の全位相にわたって電子源及び第２の電子源からの
電子を電子ビーム搬送手段及び第２の電子ビーム搬送手
段に向って加速するようにすることが好ましい。第２の
発明の電子加速装置は、更に、電子供給源を磁場シール
ドする磁場シールド手段を有することが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。先ず、図１により、本発明の第
１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態
を示す電子加速装置の概略縦断面図である。図１に示す
ように、電子加速装置１は、高周波発生部２と加速空洞
部４とを備え、これらの高周波発生部２と加速空洞部４
とが一体的に設けられている。また、加速空洞部４に
は、ビーム搬送管６が接続されている。これらの高周波
発生部２、加速空洞部４、及び、ビーム搬送管６は、真
空ポンプ（図示せず）で真空状態に保たれている。

【００１４】高周波発生部２は、以下のように構成され
ている。クライストロン８内の下方には、電子を引き出
すためのカソード１０及びアノード１２が設けられ、さ
らに、これらのカソード１０とアノード１０の位置に相
当する位置のクライストロン８の外側には、収束磁場を
発生させるための電磁石１４が設けられている。クライ
ストロン８内のアノード１２のすぐ上方には、入力空洞
１６が設けられ、この入力空洞１６には、導波管(又は
同軸ケーブル)１８を介して高周波パワー２０を発生さ
せるための発振器２２が連通して設けられている。クラ
イストロン８内の上方には、出力空洞２４が設けられ、
この出力空洞２４には、導波管２６の一端が連通して設
けられている。この導波管２６には、反射波をクライス
トロン８に戻らないようにするための高周波用アイソレ
ータ２８が設けられている。クライストロン８内の最上
部には、高周波エネルギー３０を放出した電子の一部を
回収するためのコレクター３２が設けられている。クラ
イストロン８と加速空洞３４との間には、接続管３６と
プリバンチャー３８が設けられている。さらに、接続管
３６の外側には、ビームを再収束させるための再収束電
磁石４０が設けられている。プリバンチャー３８は、分
岐導波管４２及びサーキュレータ４４を介して導波管２
６と接続されている。

【００１５】次に上述した第１実施形態の動作を説明す
る。カソード１０からでた電子ｅ^-はアノード１２で引
き出され、電磁石１４により発生した収束磁場中を数１
０〜数１００kVで伝播する。このとき、励起すべき高周
波パワー２０を発振器２２で発生させ導波管１８により
入力空洞１６から数１００ｍＷ程度入射する。このパワ
ーは電子ｅ^- をバンチ（高周波の特定位相に電子が集ま
るように変調すること）させ電子ビームに貯えられる高
周波パワーを増幅する。十分バンチされた電子４６が出
力空洞２４を通過するときに、バンチにより電子ビーム
に貯えられた高周波エネルギー３０が増幅された形で放
出される。反射波による高周波発生部２のダメージを避
けるために高周波用アイソレータ２８が設置され反射波
がクライストロン８に戻らないようにしている。高周波
エネルギーを放出した電子は一部がコレクター３２で回
収され、必要な電流を担う電子ｅ^- _a が再収束電磁石４
０による磁場で収束されて、プリバンチャー３８に入射
する。プリバンチャー３８へは出力された高周波エネル
ギー３０の一部がサーキュレータ４４により分配され電
子の再バンチを行う。プリバンチャー３８に必要なパワ
ーは電流量とバンチの程度から決める。ほとんどの高周
波エネルギー３０は加速空洞１０に導入され、プリバン
チャー３８を通過した電子を加速する。電子の加速空洞
通過時間と、高周波のプリバンチャー３８、加速空洞１
０への到達時間のタイミング調整は、導波管２６の長さ
で予め調整しておく。尚、コレクター３２で絞られる電
子ｅ^- _aは電場レンズを用いて収束させてもよく、収束磁
場も多重極磁場レンズでもよい。

【００１６】次に、図２により、本発明の第２実施形態
を説明する。図２は、本発明の第２実施形態を示す電子
加速装置の概略縦断面図である。この第２実施形態にお
いて、第１実施形態と同一部分には同一符号を付しそれ
らの説明は省略する。図２に示すように、この第２実施
形態では、第１実施形態のプリバンチャ−３８を設けな
いタイプのものであり、その分、エネルギー分解能が数
％程度劣るが、装置全体がより簡易な構造となる。

【００１７】この第２実施形態では、加速空洞３４に入
射される電子はバンチしていないため、電子ｅ^- _a が加
速空洞３４に入射する時間の高周波の位相によっては、
電子は逆に加速され逆行電子ｅ^- _B が発生し、図１の装
置ではクライストロン８を破壊する危険がある。そこ
で、第２実施形態では、コレクター３２で絞られた電子
ｅ^- _a を磁場又は電場で収束させた後偏向磁石５０で角
度θだけ曲げるようにしている。加速されてエネルギー
の大きな逆行電子ｅ^- _B は、偏向磁場で大きく曲げられ
ることがないため、ポート５２から取り出すことができ
る。順方向に加速される電子ｅ^- _F はそのまま利用する
ことができる。角度θは入射電子のエネルギー、加速さ
れる電子のエネルギー、及び、利用するシステムの配置
などから決めることができる。尚、この第２実施形態で
も、電子の加速空洞通過時間と、加速空洞３４への到達
時間のタイミング調整は、導波管２６の長さで予め調整
しておく。また、図１及び図２で示した第１及び第２の
いずれの実施形態でも、必要な電流をコレクター３２に
より調整ができ、加速用電子発生装置及びそれに使用す
る電源を必要としない。

【００１８】上述した第１及び第２実施形態では、高周
波発生部であるクライストロン８のカソード１０で発生
させる電子ｅ^- を高周波パワー２０で増幅した後、コレ
クター３２で回収しない一部の電子ｅ^- _a を再度再収束
用電磁石１２などのレンズで収束させて加速空洞３４に
導入する。同時にクライストロン８で増幅した高周波エ
ネルギー３０により加速空洞３４に入射した電子ｅ^- _a
を加速するものである。そのため、従来の電子加速装置
に比べ高周波と電子の供給を１つのクライストロンで同
時に行うことが可能となり、図１０に示す加速用電子源
２０６及び電子源用電源２３４が不要となる。また、必
要な電子量は、一般的にクライストロン電流（電子）４
６の１／１０以下であるためのコレクター３２で必要電
子を十分調整して取り出すことが可能である。

【００１９】以上説明したように、第１及び第２の実施
形態によれば、クライストロン８で高周波エネルギーを
取り出した後の電子をコレクター３２で減少させること
により、その一部を加速用電子として利用することがで
きる。また、クライストロン８の電子を利用すること
で、加速用電子源（図１０の電子源２０６）及び電子源
用電源（図１０の電源２３４）が不要となり、その分、
低価格となる。さらに、電子発生部と電子加速部を一体
としたため、装置全体をコンパクトにすることができ、
Ｘ線シールドを含めた全システムを搬送可能で且つ低価
格とすることができる。

【００２０】次に、図３により、本発明の第３実施形態
を説明する。図３は本発明の第３実施形態を示す概略縦
断面図である。なお、図１に示す第１実施形態と同一部
分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。図３
に示すように、この第３実施形態も、高周波発生部２
（クライストロン８）と加速空洞部４とが一体となって
いる。この第３実施形態は、低パワー高周波入力による
電子バンチを２回行うようにした電子加速装置である。
以下具体的に説明する。この実施形態では、励起すべき
高周波パワー２０を発振器２２で発生させ、導波管１８
を分岐させ、分岐導波管５４を設けている。クライスト
ロン８と加速空洞３４とは、接続管５６により接続さ
れ、接続管５６の内部には、第２の入力空洞５８及び電
子ビームを収束させるための電磁石６０が設けられてい
る。分岐導波管５４には、位相シフター６２が設けられ
ている。

【００２１】第３実施形態の動作を説明する。導波管１
８及び分岐導波管５４から高周波パワー２０及び６４を
入力空洞１６及び５８に数１００ｍＷ程度入射する。入
力空洞１６から導入した高周波パワー２０は電子ｅ^- を
バンチさせ電子ビームに貯えられる高周波パワーを増幅
する。十分バンチされた電子４６が出力空洞２４を通過
するときに、バンチとして電子ビームに貯えられた高周
波エネルギー３０が増幅された形で放出される。必要な
電流を担う電子ｅ^- _a が再収束電磁石４０による磁場で
収束されて、再度第２の入力空洞５８を通過し、高周波
パワー６４を吸収する。入力空洞５８へは、出力された
高周波エネルギー３０と電子バンチの位相があうように
位相シフター６２で位相を調整した高周波を入射する。
再バンチに必要なパワーは電流量、バンチの程度から決
める。再バンチされた電子６６は電磁石６０で収束させ
られ、加速空洞３４に入射される。導波管２６で加速空
洞３４に入射された高周波エネルギー３０は、加速空洞
３４を通過する再バンチされた電子６６を加速する。電
子の加速空洞通過時間と加速空洞３４への到達時間のタ
イミング調整は、導波管２６の長さで予め調整してお
く。尚、コレクター３２で絞られる電子ｅ^- _a 及び再バ
ンチされた電子６６は電場レンズを用いて収束させても
よく、収束磁場も多重極磁場レンズでもよい。

【００２２】上述した第３実施形態では、高周波発生部
２であるクライストロン８のカソード１０で発生させる
電子ｅ^- を高周波パワー２０で増幅した後、コレクター
３２で回収しない一部の電子ｅ^- _a を再度電磁石４０な
どのレンズで収束させて、位相シフター６２で位相調整
された低パワー高周波６４で再バンチさせた後、加速空
洞３４に導入する。同時にクライストロン８で増幅した
高周波エネルギー３０を加速空洞３４に入射して再バン
チした電子６６を加速する。そのため、第１及び第２の
実施形態の作用効果に比べて、さらに、第１実施形態
（図１参照）におけるプリバンチャー３８、高周波エネ
ルギー３０の分岐用サーキュレーター４４が不要とな
る。また、電子の再バンチも低パワー６４で行うため、
高周波パワーの分岐、及び位相調整などが容易である。
そのため、バンチャーがなくてもエネルギー分解能が高
い。また、必要な電子量は一般的にクライストロン電流
４６の１／１０以下であるためコレクター３２で必要電
子を十分調整して取り出すことが可能である。

【００２３】次に、図４により、本発明の第４実施形態
を説明する。図４は、本発明の第４実施形態の電子加速
装置の概略平面断面図である。図４に示すように、本実
施形態による電子加速装置７０は、カスプ型磁場を利用
して加速空洞へ電子導入するようにしている。即ち、電
子加速装置７０は、電子を供給する電子源７２、この電
子源７２の周りに配置されカスプ型磁場（Ｂ_C）を発生
させるための電磁石（又は永久磁石）７４、電子発生用
の電源７６、加速空洞７８、加速空洞７８からの加速さ
れたビームを収束させるためのビーム収束用電磁石８
０、ビームを搬送するためのビーム搬送管８２，８４、
及び、高周波搬送部８６等から構成されている。電子源
７２は、カソード８８とアノード９０から構成され、電
子源７２は、単一でも複数でもよい。また、電源７６、
アノード９０及び加速空洞を含む容器全体は、アース９
２に接続されている。

【００２４】次に第４実施形態の動作を説明する。本実
施形態による電子加速装置７０では、カソード８８から
放出された電子ｅ^-が、カスプ磁場Ｂ_C の加速空洞７８
に向かう磁力線に沿って加速空洞７８内に導かれる。さ
らに、加速空洞７８内に高周波９４により発生した電場
Ｅで電子は加速され、その後、高エネルギー電子ｅ^- _aと
してビーム搬送管８４に放出され、収束磁場Ｂ_C ′で収
束されながら搬送される。一方、エネルギーの高い逆行
電子ｅ^- _B は磁場Ｂ_C による影響をほとんど受けないた
め、ほぼ直進して逆方向に設置されたビーム搬送管８２
に搬送され、電子ビームとして利用することができる。

【００２５】この第４実施形態によれば、電磁石７４に
よるカスプ型磁場Ｂ_C を利用することで、電子源７２か
らの電子ｅ^-を加速空洞７８に導入し、かつ加速電場Ｅ
によるエネルギーの高い逆行電子ｅ^- _B がカソード８８
に戻って衝突することがないためカソード８８からのア
ウトガスをなくすことができ、かつカソード８８の寿命
を延ばすことができる。一方、加速されたエネルギーの
高い逆行電子ｅ^- _B は、カスプ型磁場Ｂ_C の影響をほと
んど受けず、真空中を直進するため、ビーム搬送管８２
で搬送して高エネルギー電子ビームとして利用すること
ができる。可能である。

【００２６】次に、図５により、本発明の第５実施形態
を説明する。図５は、本発明の第５実施形態を示す電子
加速装置の概略平面断面図である。この第５実施形態に
おいて、第４実施形態と同一部分には同一符号を付しそ
れらの説明は省略する。図５に示すように、第５実施形
態の電子加速装置１００は、ビーム搬送管８２の部分
に、加速空洞７８と同様な構造を持つ加速空洞１０２及
びビーム収束用電磁石１０４を設置したものであり、２
個の加速空洞７８，１０２を備えている。この電子加速
装置１００においては、カスプ型磁場の中心Ｃに対して
対称にカソード８８を設置することにより、カソード８
８から放出された電子ｅ^-が、カスプ型磁場Ｂ_C の加速
空洞７８，１０２の両方に向かう磁力線に沿って両加速
空洞７８，１０２内に導かれ、カソードの簡単な設定
で、効率よく電子ｅ^-を利用することができる。

【００２７】この実施形態によれば、第４実施形態と同
様な作用効果を奏することが出来ると共に、電子源７２
と２個の加速空洞７８，１０２を組み合わせることによ
り、電子ｅ^-を効率良く利用することが出来る。次に、
図６及び図７により、本発明の第６実施形態を説明す
る。図６は、本発明の第６実施形態を示す電子加速装置
の概略平面断面図であり、図７は、高周波により発生し
た電場による電子の加速を説明するための電場と位相の
関係を示し線図である。この第６実施形態において、第
４実施形態と同一部分には同一符号を付しそれらの説明
は省略する。

【００２８】図６に示すように、第６実施形態の電子加
速装置１１０は、加速空洞７８方向に向かう磁場Ｂ_C に
沿って電子ｅ^-が加速空洞７８に導入されるよう設置さ
れたカソード８８を持つ電子源７２と同様な構造の電子
源１１２を加速空洞７８の他方にも配置したものであ
り、加速空洞７８の両側に電子源７２，１１２を備えて
いる。

【００２９】この実施形態の電子加速装置１０では、高
周波９４の全位相にわたって電子源７２，１１２からの
電子ｅ^-をビーム搬送管８２，８４に向かって加速する
ことができる。そのため、高周波電力を効率よく使用す
ることが可能となる。この理由を図７により説明する。
先ず、上述した第４実施形態及び第５実施形態における
装置では、加速電場Ｅの位相Ｒ１領域の電子のみ加速空
洞に入射できるため、Ｒ２の領域の電場Ｅは加速に寄与
しない。図中、（＋）はビーム搬送管８４方向への加
速、（−）はビーム搬送管８２方向への逆加速を示す。
第６実施形態では、電子源１１２からの電子はＲ１の領
域で加速され、電子源７２からの電子はＲ２の領域で加
速される。すなわち、Ｒ１、Ｒ２を含めた加速電場全位
相での電子加速と、その電子の利用を可能となる。この
実施形態によれば、第４実施形態と同様な作用効果を奏
することが出来ると共に、２個の電子源７２，１１２と
加速空洞７８の組み合わせにより加速電場Ｅの全位相Ｒ
１、Ｒ２で加速が可能となる。

【００３０】次に、図８により、本発明の第７実施形態
を説明する。図８は本発明の第７実施形態の電子加速装
置を示す概略平面断面図である。図８に示すように、本
実施形態による電子加速装置１２０は、電子を供給する
電子源１２２、この電子源１２２の周りに配置されカス
プ型磁場であるビーム収束磁場Ｂ_Cを発生させるための
電磁石（又は永久磁石）（図示せず）、電子発生用の電
源１２６、加速空洞１２８、加速空洞１２８からの加速
されたビームを収束させるためのビーム収束用電磁石１
３０、逆行電子のためのビーム収束用補助電磁石１３
１、ビームを搬送するためのビーム搬送管１３２，１３
４、及び、高周波搬送部１３６等から構成されている。
電子源１２２は、カソード１３８、アノード１４０及び
電子源１２２を覆うように配置された磁場シールド（軟
鉄、フェライトなど）１４２から構成されている。ま
た、電源１２６、アノード１４０及び加速空洞を含む容
器全体は、アース１４４に接続されている。さらに、ビ
ーム搬送管１３２には補助電極１４６が設けられてい
る。

【００３１】次に第７実施形態の動作を説明する。本実
施形態による電子加速装置１２０では、カソード１３８
から放出された電子ｅ^-は、磁場シールド１４２により
磁場の影響をほとんど受ける事なく磁場Ｂ_C （図示せ
ず）の存在する領域に導かれ、加速空洞１２８付近の磁
場Ｂ_C にトラップされる。電子ｅ^-は磁場Ｂ_C に沿って
一部は加速空洞１２８内に導かれる。加速空洞１２８内
に高周波１４８により発生した電場Ｅで電子ｅ^-は加速
された後、高エネルギー電子ｅ^- _a としてビーム搬送管
１３４に放出されて収束磁場Ｂ_C’で収束されながら搬
送される。エネルギーの高い逆行電子ｅ^- _B はほぼ直進
して逆方向に設置されたビーム搬送管１３２に搬送さ
れ、カソード１３８に衝突することなく電子ビームとし
て利用することができる。カソード１３８から収束磁場
Ｂ_Cに引き出された電子ｅ^-が、十分加速空洞１２８に導
かれない場合は、補助電極１４６に電源１２６でバイア
ス電圧をかけることで、電子ｅ^-を加速空洞１２８に導
くようにしている。なお、図８に示すものでは、電子が
加速方向に垂直に入射されるが、カソードと電子の加速
方向とが交わる角度は、垂直に限らず、本実施形態の効
果を失わない範囲であればよい。また、本実施形態にお
いても、第６実施形態のように、磁場シールド１４２を
備えた電子源１２２を加速空洞１２８の両端に設置して
高周波の全位相を有効に利用するようにしてもよい。

【００３２】この第７実施形態によれば、磁場Ｂ_C を遮
蔽するシールド１４２を利用する電子源１２２及び必要
により補助電極１４６を用いることで、電子源１２６か
らの電子ｅ^-を加速空洞１２８に有効に導入し、かつ加
速電場Ｅによるエネルギーの高い逆行電子ｅ^- _B がカソ
ード１３８にもどらないようになっている。そのため、
カソード１３８からのアウトガスをなくすことができ、
かつカソード１３８の寿命を延ばすことができる。加速
されたエネルギーの高い逆行電子ｅ^- _B はカスプ型磁場
Ｂ_C の影響をほとんど受けず、真空中を直進するためビ
ームとして利用することが可能である。また、２個の電
子源１２２と加速空洞１２８の組み合わせにより加速電
場Ｅの全位相Ｒ１、Ｒ２で電子の加速が可能となる。

【００３３】次に、図９により、本発明の第８実施形態
を説明する。図９は、本発明の第８実施形態の電子加速
装置を示す概略平面断面図である。なお、第８実施形態
においては、第７実施形態と同一部分には同一符号を付
しこれらの説明は省略する。図９に示すように、この実
施形態の電子加速装置１５０は、磁場シールド１４２を
設置した第７実施形態（図８参照）と同様な構造の電子
源１２２を加速空洞１２８の中央に設置したものであ
る。電子源１２２は加速空洞１２８と同じ材質の金属板
１５２で囲まれており、金属板１５２が加速空洞１２８
を２個の空洞１２８ａ，１２８ｂに分けている。高周波
１４８はそれぞれの加速空洞１２８ａ，１２８ｂに導入
され、電子ｅ^-を加速する。それぞれの加速空洞１２８
ａ，１２８ｂに入射する高周波１４８の位相は位相シフ
ター１５４で調整することも可能である。この実施形態
では、磁場Ｂ_C で左右いずれかの加速空洞１２８ａ，１
２８ｂに電子ｅ^-は導かれるため、第７実施形態（図８
参照）のように補助電極１４８、電源１２６を使用する
ことなく、カソード１３８から取り出した電子ｅ^-を有
効に加速することが可能である。また、第７実施形態と
同様に、加速されたエネルギーの高い逆行電子ｅ^- _B が
カソード１３８に衝突することがなく、電子ビームとし
て利用することが可能である。

【００３４】この第８実施形態は第７実施形態と同様な
作用効果を奏することができるが、更に、磁場シールド
１４２を設けた電子源１２２を２個の加速空洞１２８
ａ，１２８ｂで挟むことにより、磁場Ｂ_C で左右いずれ
かの加速空洞１２８に電子ｅ^-が導かれるため、補助電
極と電源を使用することなくカソード１３８から取り出
した電子ｅ^-を有効に加速することが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波発生部（クライストロン）の残留電子の一部を加
速電子として再利用することができ、また、高周波発生
部と電子加速部とを一体にすることによりコンパクト化
を図ることが出来る。さらに、本発明によれば、加速空
洞への電子導入の際の磁場配位を工夫することにより、
逆行電子の衝突を防止でき且つ逆行電子を利用すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の電子加速装置を示す概
略縦断面図

【図２】本発明の第２実施形態の電子加速装置を示す概
略縦断面図

【図３】本発明の第３実施形態の電子加速装置を示す概
略縦断面図

【図４】本発明の第４実施形態の電子加速装置を示す概
略平面断面図

【図５】本発明の第５実施形態の電子加速装置を示す概
略平面断面図

【図６】本発明の第６実施形態の電子加速装置を示す概
略平面断面図

【図７】本発明の第６実施形態において、高周波により
発生した電場による電子の加速を説明するための電場と
位相の関係を示す線図

【図８】本発明の第７実施形態の電子加速装置を示す概
略平面断面図

【図９】本発明の第８実施形態の電子加速装置を示す概
略平面断面図

【図１０】第１のタイプの従来の電子加速装置を示す概
略縦断面図

【図１１】第２のタイプの従来の電子加速装置を示す概
略縦断面図

【符号の説明】

１，７０，１００，１１０，１２０，１５０電子加速
装置２高周波発生部４加速空洞部６ビーム搬送管８クライストロン１０，８８，１３８カソード１２，９０，１４０アノード１４，４０，６０，７４，８０，１０４，１３０，１３
１電磁石１６，５８入力空洞１８，２６導波管２２発振器２４出力空洞２８アイソレータ３２コレクター３４，７８，１０２，１２８加速空洞３６接続管３８プリバンチャー４２分岐導波管４４サーキュレータ５０偏向磁石５２ポート５４分岐導波管５６接続管６２，１５４位相シフター７２，１１２，１２２電子源７６，１２６電源８２，８４，１３２，１３４ビーム搬送管８６，１３６高周波搬送部９２，１４４アース１４２磁場シールド１４６補助電極

フロントページの続き (72)発明者大屋正志広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者若元郁夫広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者桂敏明広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内Ｆターム(参考） 2G085 AA03 BA04 BE07 DA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波を利用して電子を加速する電子加速
装置であって、クライストロンと、このクライストロンの一端側に設けられた電子を供給す
る電子供給源と、上記クライストロン内の入口空洞から上記電子に高周波
を入射する高周波発振手段と、上記クライストロンの他端側と連通すると共にクライス
トロンと一体的に接続された加速空洞と、上記クライストロン内の他端側の出口空洞から増幅され
た高周波を導波手段を介して上記加速空洞に入射する高
周波入射手段と、上記クライストロン内の他端側に設けられ上記増幅され
た高周波を放出した電子の一部を回収して残りの電子を
上記加速空洞に導入するコレクタ手段と、を有することを特徴とする電子加速装置。
【請求項２】更に、上記クライストロンと加速空洞の接
続部に設けられた第２の入口空洞と、この第２の入口空
洞に上記高周波発生手段から高周波の一部を入射する第
２の高周波入射手段と、を有する請求項１記載の電子加
速装置。
【請求項３】高周波を利用して電子を加速する電子加速
装置であって、電子を供給する電子供給源と、高周波を入射して電子を加速させる加速空洞と、上記電子供給源の周りに配置され、磁力線に沿って上記
電子がその一端側から上記加速空洞内に導かれるような
磁場を発生する磁場発生手段と、上記加速空洞の他端側と連通するように設けられ加速さ
れた電子ビームを搬送する第１の電子ビーム搬送手段
と、上記加速空洞の一端側と連通するように設けられ上記磁
場の影響を受けない逆行電子を搬送する第２の電子ビー
ム搬送手段と、を有することを特徴とする電子加速装置。
【請求項４】更に、上記加速空洞の他端側に配置された
第２の電子供給源と、この第２の電子供給源の周りに配
置され、磁力線に沿って上記電子がその他端側から上記
加速空洞内に導かれるような磁場を発生する第２の磁場
発生手段と、を有し、これにより、上記高周波の全位相
にわたって上記電子源及び第２の電子源からの電子を上
記電子ビーム搬送手段及び第２の電子ビーム搬送手段に
向って加速するようにした請求項３記載の電子加速装
置。
【請求項５】更に、上記電子供給源を磁場シールドする
磁場シールド手段を有する請求項３記載の電子加速装
置。