JP2005050646A - High-frequency electron gun - Google Patents

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JP2005050646A JP2003281088A JP2003281088A JP2005050646A JP 2005050646 A JP2005050646 A JP 2005050646A JP 2003281088 A JP2003281088 A JP 2003281088A JP 2003281088 A JP2003281088 A JP 2003281088A JP 2005050646 A JP2005050646 A JP 2005050646A
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Hisaharu Sakae
久晴 栄
Kenichi Matsuo
健一 松尾
Mitsuru Kamisaka
充 上坂
Satoshi Yamada
聡 山田
Junji Urakawa
順治 浦川
Hisayasu Higo
壽泰 肥後
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IHI Corp
National Institute of Radiological Sciences
High Energy Accelerator Research Organization
University of Tokyo NUC
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National Institute of Radiological Sciences
High Energy Accelerator Research Organization
University of Tokyo NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency electron gun that can take out high-quality electron beams and can operate stably. <P>SOLUTION: Two irises 31c of a mode converter 31 at a high-frequency introduction section 3 are oppositely arranged at a position that is symmetrical with respect to the center axis of a coaxial waveguide 32. In the mode convertor 31, two branched feeds are symmetrically provided with respect to the center axis, and the strength of the magnetic field in the iris 31c viewed from the side of the coaxial waveguide 32 becomes equal and the direction of the magnetic field becomes clockwise or counterclockwise around the center axis C of the coaxial waveguide 32. Additionally, the position of a cathode 4 to an acceleration cavity 2 is adjusted, thus providing a linear introducing devices 44 for adjusting a resonance frequency at the acceleration cavity 2. Furthermore, the surface electromagnetic field strength of a recess demarcated at the connection between an acceleration cavity body 23 and a cathode mounting section 23 is suppressed to the extent so that no discharge is generated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内部に空洞を画成する加速空洞部と、この加速空洞部内に高周波を導入する高周波導入部と、加速空洞部内の空洞を臨む位置に取り付けられて電子を放出するカソードとを有し、高周波導入部より導入される所定の周波数の電磁波に上記加速空洞部が共振して空洞内に電磁波のエネルギーを蓄え、空洞内に生成される電界によってカソードから放出される電子を加速するように構成された高輝度な電子ビームを生成する高周波電子銃に関し、とりわけ、上記高周波の周波数がＸバンド帯域の周波数とされた、硬Ｘ線源用の電子源に用いられて好適な小形のＸバンド高周波電子銃に関する。   The present invention has an acceleration cavity that defines a cavity therein, a high-frequency introduction part that introduces a high frequency into the acceleration cavity, and a cathode that is attached to a position facing the cavity in the acceleration cavity and emits electrons. The acceleration cavity portion resonates with the electromagnetic wave having a predetermined frequency introduced from the high-frequency introducing portion, stores electromagnetic wave energy in the cavity, and accelerates electrons emitted from the cathode by the electric field generated in the cavity. In particular, the high-frequency electron gun for generating a high-intensity electron beam is a small X-ray suitable for use in an electron source for a hard X-ray source in which the high-frequency frequency is set to an X-band frequency. The present invention relates to a band high-frequency electron gun.

近年、小型の硬Ｘ線源等に用いるための高輝度な電子線源として、高周波電子銃の開発が進められている。高周波電子銃は、高周波によってカソードから放出される電子を高い電界で引き出し、極めて短い間に光速近くにまで加速するため、大電流で高品質の電子ビームを取り出すことができる。図１１に、非特許文献１に記載された従来の高周波電子銃の一例を概略的に示す。高周波電子銃は、主として、加速空洞部１００と、高周波導入部２００と、カソード３００とを有して構成されている。加速空洞部１００の共振周波数に相当する周波数の高周波が高周波導入部２００から加速空洞部１００内に導入されると、加速空洞部１００内にカソードから放出される電子ビームを加速する電界が生成される。   In recent years, high-frequency electron guns have been developed as high-intensity electron beam sources for use in small hard X-ray sources and the like. The high-frequency electron gun extracts electrons emitted from the cathode by a high frequency with a high electric field and accelerates it to near the speed of light in a very short time, so that a high-quality electron beam can be extracted with a large current. FIG. 11 schematically shows an example of a conventional high-frequency electron gun described in Non-Patent Document 1. The high-frequency electron gun mainly includes an accelerating cavity 100, a high-frequency introduction unit 200, and a cathode 300. When a high frequency corresponding to the resonance frequency of the accelerating cavity 100 is introduced into the accelerating cavity 100 from the high frequency introducing section 200, an electric field for accelerating the electron beam emitted from the cathode is generated in the accelerating cavity 100. The

カソードから引き出される電子ビームは、比較的低エネルギーのカソード付近で発散しやすいため、ソレノイドレンズといった集束レンズをカソードの近くに設けて、電子ビームを集束させなければならない。ところが図１１に示すような高周波電子銃の場合、高周波導入部２００からカソード３００の近くに直接高周波が導入されるように構成されているため、高周波を導くための導波管がカソード付近の場所を占有して（例えば非特許文献２を参照）、集束レンズをカソードに近づけて設置することができず、導波管の位置よりも電子ビームの進行方向下流側か、もしくは導波管を取り囲むような径の大きなソレノイドレンズを設けるしかないという問題があった。これでは、カソードを離れた直後の電子ビームを集束させるための集束磁場を加えることが困難になってしまう。   Since the electron beam drawn from the cathode tends to diverge near the relatively low energy cathode, a focusing lens such as a solenoid lens must be provided near the cathode to focus the electron beam. However, in the case of the high-frequency electron gun as shown in FIG. 11, the high-frequency electron gun is configured so that a high frequency is directly introduced from the high-frequency introduction unit 200 to the vicinity of the cathode 300. (See, for example, Non-Patent Document 2), the focusing lens cannot be installed close to the cathode, and is located downstream of the position of the waveguide in the traveling direction of the electron beam or surrounds the waveguide. There was a problem that a solenoid lens having such a large diameter had to be provided. This makes it difficult to apply a focusing magnetic field for focusing the electron beam immediately after leaving the cathode.

加えて、図１１に示すような高周波電子銃の場合、高周波を加速空洞部１００の片側から入力されるような構成とされているため、加速空洞１００の軸線に対して非対称なモードの電磁場が形成され、これが電子ビームの質を劣化させるといった問題もあった。   In addition, in the case of the high-frequency electron gun as shown in FIG. 11, since a high frequency is input from one side of the accelerating cavity 100, an electromagnetic field having an asymmetric mode with respect to the axis of the accelerating cavity 100 is generated. There is also a problem that the quality of the electron beam is deteriorated.

これに対して、非特許文献３に記載されているような高周波電子銃の場合、図１２に示すように、高周波導入部２１０は、高周波電子銃の最も下流側に設けられ、カソード付近に導波管が設けられない構成されている。そのため、非特許文献３に開示された高周波電子銃の高周波導入部２１０は、高周波を生成する高周波電源から導波管を通して送られるＴＥモードの高周波を変換する「ドアノブ（Door-knob）型」と呼ばれるモードコンバータ２１１と、このモードコンバータでモードが変換された高周波を導く同軸導波管２１２とを有している。高周波は、モードコンバータ内でＴＥモードからＴＭモードに変換され、高周波結合部２１３を介して後続の同軸導波管２１２に導入される際にさらにモードが変換されて、同軸導波管内をＴＥＭモードで進行するように構成されている。このように、非特許文献３に開示された高周波電子銃では、カソードの近くに集束レンズを設けるスペースを十分確保することができ、しかも、軸対称な高周波を送ることができるため、電子ビームの質の劣化を招くような非対称な電磁波がカソード付近に発生することを防ぐことができる。
W. J Brown, et. al. “A High Gradient 17 GHz RF Gun for the Production of High Brightness Electron Beams” Proc. of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, p. 81-83 C. H. Ho, et. al. “Results from the Second X-band RF Gun” Proc. of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, p. 2000-2002 F. B. Kiewiet, et. al. “A DC/RF Gun for Generating Ulta-Short High-Brightness Electron Bunches” On the other hand, in the case of a high-frequency electron gun as described in Non-Patent Document 3, as shown in FIG. 12, the high-frequency introduction unit 210 is provided on the most downstream side of the high-frequency electron gun and is introduced near the cathode. The wave tube is not provided. Therefore, the high-frequency introducing unit 210 of the high-frequency electron gun disclosed in Non-Patent Document 3 is a “door-knob type” that converts the high frequency of the TE mode sent through the waveguide from a high-frequency power source that generates a high frequency. It has a so-called mode converter 211 and a coaxial waveguide 212 for guiding a high frequency whose mode has been converted by this mode converter. The high frequency is converted from the TE mode to the TM mode in the mode converter, and when the high frequency is introduced into the subsequent coaxial waveguide 212 via the high frequency coupling portion 213, the mode is further converted, and the coaxial waveguide is transmitted in the TEM mode. Is configured to proceed with. As described above, the high-frequency electron gun disclosed in Non-Patent Document 3 can secure a sufficient space for providing the focusing lens near the cathode, and can transmit an axisymmetric high-frequency wave. It is possible to prevent the generation of an asymmetric electromagnetic wave that causes deterioration in quality near the cathode.
W. J Brown, et. Al. “A High Gradient 17 GHz RF Gun for the Production of High Brightness Electron Beams” Proc. Of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, p. 81-83 CH Ho, et. Al. “Results from the Second X-band RF Gun” Proc. Of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999, p. 2000-2002 FB Kiewiet, et. Al. “A DC / RF Gun for Generating Ulta-Short High-Brightness Electron Bunches”

ところが、非特許文献３に記載されているドアノブ型モードコンバータの場合、モードコンバータの片方の側から高周波が入力される構成とされているため、モードコンバータ内の高周波結合部周囲に発生する軸非対称なＴＭモードによって、ＴＭ０１０以外の高次の電磁場のモードが発生してしまう。このような高次の電磁場のモードは、周波数を高くすることによって高周波電子銃の小形化を図る際には無視できない。例えば、Ｘバンド帯域の高周波のモードを変換する場合には、非特許文献３のように周波数がＳバンド帯域の３ＧＨｚとされている場合と異なり、高次モードのカットオフ周波数が低くなり、必要とするＴＥＭモード周波数の近くに高次のモードが発生しやすくなる。図１３は、ドアノブ型と呼ばれるモードコンバータを概略的に示す図である。ドアノブ型のモードコンバータの場合、図１３に示すように、導波管２２０をＴＥ１０モードの高周波が伝搬し、モードコンバータ２１１内に入力されてここでＴＭモードに変換される。高周波結合部は、図１３には図示されていないが、基本的には図１２と同様の構成とされており、ドラム状のモードコンバータ２１１内に同軸導波管の芯側の部分が突出して、モードコンバータ２１１の背面（同軸導波管内における高周波の進行方向に関して上流側の内面）に接続された構成とされている。図１４は、図１３に示すモードコンバータの高周波結合部周囲に発生するＴＭモードの周波数の反射応答特性を示す図である。図１４から分かるように、必要とするＴＭ０１０以外の高次のＴＭ１１０のモードがＴＭ０１０のモードの近傍に存在してＴＭ０１０モードと分離されず、ＴＭ０１０モードがピークとなる周波数でＴＭ１１０のモードが混在していることが分かる。この高次のＴＭモードによって同軸導波管内に高次のＴＥモードが発生してしまう。 However, in the case of the doorknob type mode converter described in Non-Patent Document 3, since a high frequency is inputted from one side of the mode converter, an axial asymmetry generated around the high frequency coupling portion in the mode converter. The TM mode causes a higher-order electromagnetic field mode other than TM 010 . Such higher-order electromagnetic field modes cannot be ignored when miniaturizing the high-frequency electron gun by increasing the frequency. For example, when converting a high-frequency mode in the X band, unlike the case where the frequency is set to 3 GHz in the S band as in Non-Patent Document 3, the cut-off frequency of the higher-order mode becomes lower and necessary. Higher order modes are likely to occur near the TEM mode frequency. FIG. 13 is a diagram schematically showing a mode converter called a door knob type. In the case of a door knob type mode converter, as shown in FIG. 13, a TE 10 mode high frequency propagates through a waveguide 220 and is input into the mode converter 211 where it is converted into a TM mode. The high-frequency coupling portion is not shown in FIG. 13, but basically has the same configuration as FIG. 12, and the core-side portion of the coaxial waveguide protrudes into the drum-shaped mode converter 211. The mode converter 211 is connected to the rear surface (the inner surface on the upstream side in the high-frequency traveling direction in the coaxial waveguide). FIG. 14 is a diagram showing the reflection response characteristic of the TM mode frequency generated around the high frequency coupling portion of the mode converter shown in FIG. As can be seen from FIG. 14, not separated from the TM 010 mode mode higher TM 110 other than TM 010 required by the present in the vicinity of the mode TM 010, TM at a frequency TM 010 mode has a peak It can be seen that 110 modes are mixed. This higher order TM mode generates a higher order TE mode in the coaxial waveguide.

また、高周波導入部以外に関して言えば、カソードは、メインテナンス等を目的として着脱可能に設けられていることが多いが、カソード取り付け時のカソードの位置の変化によって、加速空洞部の共振周波数が変化してしまうという問題があった。また、カソードが熱電子を放出する熱陰極型のカソードとされている場合には、カソードの部分を加速空洞部から熱的に絶縁するために、カソードだけ加速空洞部から切り離されて別体に設けられ、ＲＦコンタクトを介してのみ加速空洞部と電気的に接続されている構成とされている。このため、カソード部分の熱膨張によってカソードの部分だけが加速空洞内に突出するような位置の変化を起こし、やはり加速空洞部の共振周波数が変化してしまうという問題があった。   In addition to the high-frequency introduction part, the cathode is often detachably provided for the purpose of maintenance, etc., but the resonance frequency of the accelerating cavity changes due to the change in the position of the cathode when the cathode is attached. There was a problem that. In addition, when the cathode is a hot cathode type cathode that emits thermoelectrons, only the cathode is separated from the acceleration cavity and separated into a separate body in order to thermally insulate the cathode from the acceleration cavity. It is provided and is configured to be electrically connected to the acceleration cavity only through the RF contact. For this reason, the thermal expansion of the cathode part causes a change in position such that only the cathode part protrudes into the acceleration cavity, and the resonance frequency of the acceleration cavity part also changes.

ところで、周波数調整、カソードの交換、ならびにカソード周辺のメインテナンスを行うためには、加速空洞部がカソード取り付け部と、加速空洞部本体とから構成され、このうちカソード取り付け部にカソードが取り付けられていることが好ましい。上記加速空洞部本体とカソード取り付け部との間には、空洞内部を気密に保つための導電性を有するシール部材が介装されているが、従来より、このシール部材に用いられるヘリコフレックス（商標）と呼ばれるメタル中空のＯリングは、均等に締め付けられないと真空リークを引き起こし易いという問題を有していた。しかも、Ｏリングを加速空洞から隠す構造によって放電も起こり易いといった問題を有していた。例えば図１５には、加速空洞部本体１３１と、カソード取り付け部１３２との間にシール部材としてのＯリングＯが介装された加速空洞部の接続部分の断面が一例として示されている。ここで、加速空洞部は、中心軸１３４周りに回転対称であるため、図１５には、上側の部分しか示されていない。また、カソードは、ここでは図示されていないが、中心軸１３４上の位置においてカソード取り付け部１３２に取り付けられており、カソード面とカソード取り付け部の空洞側の面とが面一となるように配置されている。なお、図１５中、空洞内の曲線は、電気力線を表し、密であればあるほど電界強度が高いことを示している。図１５に示されているように、加速空洞部本体１３１とカソード取り付け部１３２との間の接続部分には、加速空洞部の内面が径方向外側に向かって膨出するようにして形成された空洞膨出部１３３が、狭窄部１３５によって加速空洞から概ね隔離されるようにして画成されている。ＯリングＯは、この空洞膨出部１３３の入込んだ形状によって空洞膨出部１３３の最奥の位置に格納され、加速空洞側から隠されるようにして配置されている。こうして、加速空洞は、専ら加速空洞部本体の椀状の面と、カソード取り付け部の平面とによって画成されるようになっている。ところが、空洞膨出部が加速空洞から独立したような形状とされていても、加速空洞部本体と、カソード取り付け部とが最も近接して対向する狭窄部１３５は、依然として絶縁された構造とされているから、その両端には電位差が発生する。つまり、高周波が空洞内に入力される際に、この空洞膨出部内にも電界が入り込んで結局空洞膨出部表面を大回りする形で電流が流れ、空洞膨出部の表面に所定の電位分布が形成され、空洞膨出部を大回りする分だけ狭窄部１３５の間にも大きな電位差が生じて、この間隔の狭い部分に強い電界が発生する。このため、狭窄部１３５で放電が発生しやすいという問題を起こしていた。このように、高周波電子銃には、既に述べた問題に加えて、真空と放電に関する欠点をも有していた。   By the way, in order to adjust the frequency, replace the cathode, and maintain the periphery of the cathode, the accelerating cavity is composed of a cathode mounting portion and an accelerating cavity main body, and of these, the cathode is mounted on the cathode mounting portion. It is preferable. A sealing member having conductivity for keeping the inside of the cavity airtight is interposed between the accelerating cavity main body and the cathode mounting portion. Conventionally, helicoflex (trademark) used for this sealing member is used. The metal hollow O-ring called) has a problem of easily causing a vacuum leak if it is not tightened evenly. In addition, there is a problem that electric discharge easily occurs due to the structure in which the O-ring is hidden from the acceleration cavity. For example, FIG. 15 shows, as an example, a cross section of a connection portion of an acceleration cavity portion in which an O-ring O as a seal member is interposed between the acceleration cavity portion main body 131 and the cathode attachment portion 132. Here, since the acceleration cavity is rotationally symmetric about the central axis 134, only the upper part is shown in FIG. Although not shown here, the cathode is attached to the cathode attachment portion 132 at a position on the central axis 134, and is arranged such that the cathode surface and the cavity side surface of the cathode attachment portion are flush with each other. Has been. In FIG. 15, the curve in the cavity represents the lines of electric force, and the denser the electric field strength is. As shown in FIG. 15, the connection portion between the acceleration cavity main body 131 and the cathode mounting portion 132 is formed so that the inner surface of the acceleration cavity expands radially outward. The cavity bulge 133 is defined so as to be generally isolated from the acceleration cavity by the constriction 135. The O-ring O is stored in the innermost position of the cavity bulge portion 133 by the shape into which the cavity bulge portion 133 is inserted, and is arranged so as to be hidden from the acceleration cavity side. Thus, the acceleration cavity is defined exclusively by the bowl-shaped surface of the acceleration cavity body and the plane of the cathode mounting part. However, even if the cavity bulge has a shape that is independent of the acceleration cavity, the constriction 135 where the acceleration cavity body and the cathode mounting part are closest to each other is still insulated. Therefore, a potential difference is generated between both ends. In other words, when a high frequency is input into the cavity, an electric field also enters the cavity bulge, and eventually a current flows around the surface of the cavity bulge, resulting in a predetermined potential distribution on the surface of the cavity bulge. As a result, a large potential difference is generated between the constricted portions 135 as much as it goes around the cavity bulge portion, and a strong electric field is generated in this narrow portion. For this reason, there has been a problem that electric discharge is likely to occur in the constricted portion 135. As described above, the high-frequency electron gun has drawbacks related to vacuum and discharge in addition to the problems described above.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、質の高い電子ビームを取り出すことのできる安定に動作可能な高周波電子銃を提供することを目的とし、特に、カソード付近に集束レンズを設置する場所を確保することができると同時に、高周波導入部のモードコンバータ内における高次のＴＭモードの発生を抑えて、必要となるＴＥＭモードだけを同軸導波管内に伝搬させ、加速空洞内に専ら軸対称な電磁場のモードだけを発生させることができる高周波電子銃を提供することを第一の目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-frequency electron gun which can stably extract a high-quality electron beam and which can be stably operated. Can be secured, and at the same time, the generation of high-order TM mode in the mode converter of the high-frequency introduction unit is suppressed, and only the necessary TEM mode is propagated in the coaxial waveguide, and in the acceleration cavity It is a first object of the present invention to provide a high-frequency electron gun capable of generating only an axially symmetric electromagnetic field mode.

また、本発明は、質の高い電子ビームを取り出すことのできる安定に動作可能な高周波電子銃を提供するため、加速空洞部の共振周波数を簡易に制御できる高周波電子銃を提供することを目的とする。本発明は、とりわけ、カソード部分がメインテナンス等を目的として着脱可能に設けられている場合に、カソードの位置の変化による加速空洞部の共振周波数の変化を容易に補正することができ、さらに、カソードが熱陰極型である場合に、熱膨張によるカソードの位置の変化と加速空洞部の共振周波数の変化を容易に補正することができる高周波電子銃を提供することを第二の目的とする。   Another object of the present invention is to provide a high-frequency electron gun capable of easily controlling the resonance frequency of the acceleration cavity portion in order to provide a stably operable high-frequency electron gun capable of extracting a high-quality electron beam. To do. In particular, the present invention can easily correct the change in the resonance frequency of the acceleration cavity due to the change in the position of the cathode when the cathode is detachably provided for the purpose of maintenance and the like. A second object of the present invention is to provide a high-frequency electron gun capable of easily correcting a change in the position of the cathode and a change in the resonance frequency of the accelerating cavity due to thermal expansion when is a hot cathode type.

本発明の第三の課題は、質の高い電子ビームを取り出すことのできる安定に動作可能な高周波電子銃を提供するために、放電や真空リークを引き起こしにくい高周波電子銃を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a high-frequency electron gun that is capable of taking out a high-quality electron beam and that can stably operate, and is less prone to discharge and vacuum leakage.

上記の第一の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。すなわち、本願の第一の観点による発明は、高周波電子銃において、高周波導入部のモードコンバータに、同軸導波管内に高周波を導入するための高周波結合部が前記同軸導波管との間に設けられ、モードコンバータは、高周波電源から導波管を通して送られるＴＥモードの高周波を該モードコンバータ内でＴＭモードの高周波に変換し、該変換された高周波を前記高周波結合部を介して後続の前記同軸導波管に導入するときに、前記高周波のモードをさらに変換して前記同軸導波管内をＴＥＭモードの高周波が伝達するように構成され、このとき、モードコンバータの前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称に複数配設され、前記モードコンバータは、前記同軸導波管側から見た前記高周波結合部における磁場の強さが等しくなりかつ磁場の向きが該同軸導波管の中心軸周りに時計回りもしくは反時計回りのいずれかに揃えられるように構成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above first object, the present invention adopts the following configuration. That is, according to the first aspect of the present invention, in the high-frequency electron gun, the mode converter of the high-frequency introducing portion is provided with a high-frequency coupling portion for introducing a high frequency into the coaxial waveguide between the coaxial waveguide. The mode converter converts a TE mode high frequency sent from a high frequency power source through a waveguide into a TM mode high frequency in the mode converter, and converts the converted high frequency to the subsequent coaxial through the high frequency coupling unit. When introduced into the waveguide, the high frequency mode is further converted to transmit the high frequency of the TEM mode in the coaxial waveguide. At this time, the high frequency coupling portion of the mode converter A plurality of symmetrically arranged with respect to the central axis of the waveguide, the mode converter has a magnetic field strength at the high-frequency coupling portion viewed from the coaxial waveguide side. Lay Nari and magnetic field orientation is characterized in that it is configured to be aligned to either a clockwise or counter-clockwise around the central axis of the coaxial waveguide.

本発明によれば、同軸導波管の内部導体の周りが全て開放された従来の高周波結合部と異なり、モードコンバータから同軸導波管への高周波結合部が同軸導波管の中心軸線の周りに対称に開口されるように配設されているだけであり、しかも、この高周波結合部に時計回りもしくは反時計回りの向きに揃った等しい大きさの磁場が生成されるように構成されているので、同軸導波管側から見たときに時計回りもしくは反時計回りの向きの軸対称の磁場が存在することになって、同軸導波管内にも中心軸線周りに軸対称の磁場だけが生成され、これによりＴＥＭモードの高周波が同軸導波管内を伝搬して、その他の高次のモードが伝搬しない。とりわけ、高周波の周波数がＸバンド帯域にある場合には、必要とするＴＥＭモード周波数の近くに高次のモードが発生しやすくなるのを効果的に抑えることができる。   According to the present invention, unlike the conventional high-frequency coupling portion in which the periphery of the inner conductor of the coaxial waveguide is all open, the high-frequency coupling portion from the mode converter to the coaxial waveguide is around the central axis of the coaxial waveguide. In addition, the high-frequency coupling portion is configured to generate a magnetic field of equal magnitude aligned in a clockwise or counterclockwise direction. Therefore, when viewed from the coaxial waveguide side, an axially symmetric magnetic field exists in the clockwise or counterclockwise direction, and only an axially symmetric magnetic field is generated around the central axis in the coaxial waveguide. As a result, the high frequency of the TEM mode propagates in the coaxial waveguide, and other high-order modes do not propagate. In particular, when the high frequency is in the X band, it is possible to effectively suppress the occurrence of higher order modes near the required TEM mode frequency.

本発明の好ましい一実施形態によれば、高周波結合部は、同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に設けられ、さらに好ましくは、周方向を等分するように配設されていることが好ましい。   According to a preferred embodiment of the present invention, the high-frequency coupling portion is provided symmetrically and opposite to the central axis of the coaxial waveguide, and more preferably arranged so as to equally divide the circumferential direction. Preferably it is.

特に、上記高周波結合部は、同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に２つ設けられていることが好ましい。これにより、最も簡易な構成で、同軸導波管の周りに軸対称な磁場を生成し、ＴＥＭモードの高周波だけが同軸導波管内を伝搬するようにできる。   In particular, it is preferable that two high-frequency coupling portions are provided symmetrically and opposite to each other with respect to the central axis of the coaxial waveguide. Thereby, with the simplest configuration, an axially symmetric magnetic field can be generated around the coaxial waveguide, and only the high frequency of the TEM mode can propagate in the coaxial waveguide.

このとき、上記モードコンバータは、高周波電源からのＴＥモードの高周波を伝える矩形導波管との接続部を有し、導波管内を伝達するＴＥモードの高周波が該接続部を介してモードコンバータ内に導入されるように構成され、さらに、接続部から同軸導波管を跨ぐように延出して同軸導波管の中心軸に対して対称に形成された２つのフィード部を有して該フィード部内に生成される磁場が等しくなるように構成され、高周波結合部がこれらのフィード部と同軸導波管との間にそれぞれ設けられていることが好ましい。これにより、最も簡易な構成で、同軸導波管の周りに軸対称な磁場を生成し、ＴＥＭモードの高周波だけが同軸導波管内を伝搬するようにできる。   At this time, the mode converter has a connection portion with a rectangular waveguide for transmitting a TE mode high frequency from a high frequency power source, and the TE mode high frequency transmitted through the waveguide passes through the connection portion in the mode converter. The feed further includes two feed portions that extend from the connection portion so as to straddle the coaxial waveguide and are formed symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide. It is preferable that the magnetic fields generated in the sections are equal to each other, and the high-frequency coupling section is provided between the feed section and the coaxial waveguide. Thereby, with the simplest configuration, an axially symmetric magnetic field can be generated around the coaxial waveguide, and only the high frequency of the TEM mode can propagate in the coaxial waveguide.

上記の第二の目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。すなわち、本願の第二の観点による発明は、高周波電子銃において、加速空洞部に対するカソードの位置を調整して、これにより加速空洞部の共振周波数を調整するカソード位置調整手段を有していることを特徴とする。   In order to achieve the second object, the present invention adopts the following configuration. That is, the invention according to the second aspect of the present application has a cathode position adjusting means for adjusting the position of the cathode with respect to the acceleration cavity and thereby adjusting the resonance frequency of the acceleration cavity in the high-frequency electron gun. It is characterized by.

加速空洞部の共振周波数は、加速空洞の形状、大きさによって変更されるので、カソード位置調整手段によりカソード位置を前記加速空洞方向に進退可能に設けておくことで加速空洞部に対するカソードの位置を調整すれば、加速空洞部の共振周波数を調整することができる。このような構成としたことにより、加速空洞部の共振周波数を容易に調整することができる。特に、カソード位置調整手段は、加速空洞部に対するカソードの着脱時の取り付け位置の変化を補正するように構成されていることが好ましく、また、カソードの熱による位置の変化を補正するように構成されていることが好ましい。   Since the resonance frequency of the acceleration cavity is changed depending on the shape and size of the acceleration cavity, the position of the cathode relative to the acceleration cavity can be adjusted by providing the cathode position so that the cathode position can be advanced and retracted by the cathode position adjusting means. If adjusted, the resonance frequency of the acceleration cavity can be adjusted. With such a configuration, the resonant frequency of the acceleration cavity can be easily adjusted. In particular, the cathode position adjusting means is preferably configured to correct a change in the mounting position when the cathode is attached to or detached from the acceleration cavity, and is also configured to correct a position change due to the heat of the cathode. It is preferable.

上記の第三の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を採用した。すなわち、本願の第三の観点による発明は、高周波電子銃において、加速空洞部は、カソードが取り付けられるカソード取り付け部と、加速空洞部本体とからなり、これら加速空洞部本体とカソード取り付け部との間には、空洞内部を気密に保つための導電性を有するシール部材が介装され、このシール部材は、カソード取り付け部に圧接される側の面と、加速空洞部本体に圧接される側の面との間に延在する内周面を有し、加速空洞部本体とカソード取り付け部との間の接続部分には、加速空洞の内面が径方向外側に向かって膨出するようにして形成された空洞膨出部が画成され、シール部材の内周面は、空洞膨出部の内面の一周部を形成するように設けられ、空洞膨出部は、電子を加速する電界が加速空洞内に生成されるときに、該空洞膨出部の表面上に分布する電位によって該表面に生成される電界の強度が、放電を引き起こす電界強度よりも低い値に保たれるように形成されていることを特徴とする。   In order to solve the third problem, the present invention adopts the following configuration. That is, according to the third aspect of the present invention, in the high-frequency electron gun, the acceleration cavity portion includes a cathode attachment portion to which a cathode is attached and an acceleration cavity portion main body. In between, a sealing member having conductivity for keeping the inside of the cavity airtight is interposed, and this sealing member is provided on the side pressed against the cathode mounting portion and on the side pressed against the acceleration cavity main body. The inner surface of the accelerating cavity is formed so that the inner surface of the accelerating cavity bulges outward in the radial direction at the connecting portion between the accelerating cavity main body and the cathode mounting portion. The cavity bulging portion is defined, and the inner peripheral surface of the seal member is provided so as to form one circumferential portion of the inner surface of the cavity bulging portion. When generated in the cavity Field strength generated on the surface by a potential distribution on the surface of the output portion, characterized in that it is formed so as to maintain a lower value than the electric field strength that causes discharge.

本発明の構成によれば、空洞膨出部の表面上に分布する電位によって該表面に生成される電界の強度が、放電を引き起こす電界強度よりも低い値に保たれるように形成されているので、放電を防止することができる。特に、本発明による空洞膨出部は、表面電流が流れる径路ができるだけ短くなるように、外方に向かってあまり大きく膨出しないように形成される。そして、空洞膨出部の形状は、特に空洞膨出部の入口部分、すなわち、加速空洞と空洞膨出部との境界部分の表面電界強度が放電を起こさない程度に低く保たれるように設計される。一般に、空洞膨出部の入口部分には、互いに対向する加速空洞部本体側の表面とカソード取り付け部側の表面との間に電位差が生じるが、これらの表面の間の間隔が狭いときに表面電界強度が大きくなり、放電が発生しやすくなる。しかしながら、本発明によれば、空洞膨出部の加速空洞部本体側の表面からシール部材の内周面を介してカソード取り付け部側の表面に至る径路の長さが十分短くされてこれらの表面間の電位差が低減され、および／または表面間の間隔が十分大きくされて、表面電界強度が放電を起こさない程度に低減される。   According to the configuration of the present invention, the strength of the electric field generated on the surface by the potential distributed on the surface of the cavity bulging portion is formed to be kept lower than the electric field strength causing the discharge. Therefore, discharge can be prevented. In particular, the cavity bulge according to the present invention is formed so as not to bulge so much outwards that the path through which the surface current flows is as short as possible. The shape of the cavity bulge is designed so that the surface electric field strength at the entrance of the cavity bulge, that is, the boundary between the acceleration cavity and the cavity bulge, is kept low enough not to cause discharge. Is done. In general, a potential difference is generated between the surface of the accelerating cavity main body and the surface of the cathode mounting portion facing each other at the inlet portion of the cavity bulging portion. The electric field strength increases and discharge is likely to occur. However, according to the present invention, the length of the path from the surface of the cavity bulging portion on the acceleration cavity portion main body side to the surface on the cathode mounting portion side through the inner peripheral surface of the seal member is sufficiently shortened so that these surfaces The potential difference between them is reduced and / or the spacing between the surfaces is made sufficiently large to reduce the surface field strength to such an extent that no discharge occurs.

表面電界強度を低減する本発明に係る空洞膨出部の一実施形態として、空洞膨出部は、シール部材がカソード取り付け部と加速空洞部本体との間に介装されたときに、シール部材の内周面が、カソードから放出される電子の軌道を臨む位置に配置されるように形成されていることが好ましい。このような構成にすれば、従来のような、加速空洞からシール部材を隠すように外方に大きく膨出して、加速空洞との境界部分がくびれるように狭く形成された空洞膨出部の形状に比べて、加速空洞部本体からカソード取り付け部に至る径路も短くなり、空洞膨出部表面の電位差ならびに表面電界強度が著しく低減される。これにより、空洞膨出部における放電を確実に防止することができる。   As one embodiment of the cavity bulging portion according to the present invention for reducing the surface electric field strength, the cavity bulging portion is formed when the seal member is interposed between the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body. It is preferable that the inner peripheral surface of the electrode is disposed so as to face the trajectory of electrons emitted from the cathode. With such a configuration, the shape of the cavity bulging portion formed so as to bulge outward so as to conceal the sealing member from the acceleration cavity and narrow so that the boundary portion with the acceleration cavity is constricted as in the prior art. In comparison, the path from the accelerating cavity main body to the cathode mounting portion is also shortened, and the potential difference on the surface of the cavity bulging portion and the surface electric field strength are significantly reduced. Thereby, the discharge in the cavity bulging portion can be reliably prevented.

空洞膨出部をできるだけ小さく形成して、加速空洞部本体からカソード取り付け部に至る径路を短くするには、本発明により、カソード取り付け部の空洞膨出部側の面とシール部材の内周面との間、および／または加速空洞部本体の空洞膨出部側の面とシール部材の内周面との間が、外方に向かう段差が無いように接続されていることが好ましい。   According to the present invention, the surface of the cathode mounting portion on the side of the cavity bulging portion and the inner peripheral surface of the seal member can be formed by forming the cavity bulging portion as small as possible and shortening the path from the acceleration cavity main body to the cathode mounting portion. And / or between the surface of the accelerating cavity main body on the cavity bulging portion side and the inner peripheral surface of the seal member is preferably connected so that there is no step toward the outside.

本発明の好ましい実施形態において、カソード取り付け部の空洞に臨む面は、前記加速空洞部本体の中心軸に対し略直交する略平坦な円形に形成され、カソード取り付け部に隣接する加速空洞部本体の部分の空洞に臨む面は、前記中心軸回りに回転対称な略椀状に湾曲して形成され、これにより、カソードが取り付けられる初段の１／２セルの加速空洞が画成されているが、このとき、上記空洞膨出部は、径方向にやや拡径された凹部とされ、この凹部の、空洞の中心軸線すなわち前記同軸導波管の中心線側を向いた内周面の少なくとも一周部がシール部材の内周面によって形成されている。このような構成にすれば、加速空洞からシール部材を隠すように径方向外方に大きく膨出して、加速空洞との境界部分がくびれるように狭く形成された従来の空洞膨出部に比べて、加速空洞部本体からカソード取り付け部に至る径路も短くなり、空洞膨出部表面の電位差ならびに表面電界強度が著しく低減される。これにより、空洞膨出部における放電を確実に防止することができる。   In a preferred embodiment of the present invention, the surface facing the cavity of the cathode mounting portion is formed in a substantially flat circle substantially perpendicular to the central axis of the acceleration cavity body, and the surface of the acceleration cavity body adjacent to the cathode mounting portion is formed. The surface facing the cavity of the part is formed to be curved in a substantially bowl shape that is rotationally symmetric about the central axis, thereby defining an acceleration cavity of the first stage 1/2 cell to which the cathode is attached, At this time, the cavity bulging portion is a concave portion that is slightly enlarged in the radial direction, and at least one circumferential portion of the inner peripheral surface of the concave portion facing the central axis of the cavity, that is, the central line side of the coaxial waveguide Is formed by the inner peripheral surface of the seal member. With such a configuration, compared with a conventional cavity bulging portion that is bulged radially outward so as to hide the sealing member from the accelerating cavity and narrowed so that the boundary portion with the accelerating cavity is constricted. The path from the acceleration cavity body to the cathode mounting portion is also shortened, and the potential difference on the surface of the cavity bulge and the surface electric field strength are significantly reduced. Thereby, the discharge in the cavity bulging portion can be reliably prevented.

放電を防止するための表面電界強度としては、１００ＭＶ/ｍ以下、より好ましくは５０ＭＶ/ｍ以下となるように形成されていることが好ましい。   The surface electric field strength for preventing discharge is preferably 100 MV / m or less, more preferably 50 MV / m or less.

また、シール部材の内周面の少なくとも一部に、銅メッキが施されていると、抵抗が下がり、確実に放電を防止できてＱ値も向上する。   Further, when copper plating is applied to at least a part of the inner peripheral surface of the seal member, the resistance is lowered, and discharge can be reliably prevented, and the Q value is improved.

なお、本発明の構成によれば、カソード取り付け部と前記加速空洞部本体との間の隔たりが前記シール部材の軸線方向の厚さ、すなわちシール部材の内周面の厚さ（内周面の軸線方向の長さ）を変更することによって変更可能とされ、前記加速空洞部の共振周波数が変更可能とされている。また、シール部材は、両側の端面がカソード取り付け部および加速空洞部本体にそれぞれ圧接されるように設けられた平坦な円筒形状の金属ガスケットとされ、円筒の内面が該シール部材の内周面とされている。   According to the configuration of the present invention, the distance between the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body is the axial thickness of the seal member, that is, the thickness of the inner peripheral surface of the seal member (the inner peripheral surface The length of the accelerating cavity can be changed by changing the length in the axial direction. The sealing member is a flat cylindrical metal gasket provided so that both end faces are pressed against the cathode mounting portion and the accelerating cavity main body, and the inner surface of the cylinder is the inner peripheral surface of the sealing member. Has been.

このような構成としたことにより、真空リークを確実に防止できるとともに、加速空洞の共振周波数の調整もできる。   By adopting such a configuration, it is possible to reliably prevent vacuum leakage and to adjust the resonance frequency of the acceleration cavity.

高周波電子銃に用いる高周波の周波数は、Ｘバンド帯域とされていることが好ましい。これにより、高周波電子銃を小型化することが可能になる。   The high frequency used for the high frequency electron gun is preferably in the X band. This makes it possible to reduce the size of the high-frequency electron gun.

本発明の高周波電子銃によれば、質の高い高輝度な電子ビームを取り出すことができ、電子線源として安定に動作させることができる。   According to the high frequency electron gun of the present invention, a high-quality and high-brightness electron beam can be taken out and can be stably operated as an electron beam source.

特に、本発明の第一の観点による構成によれば、高周波導入部が電子ビーム進行方向下流側に設けられることでカソード近くに集束レンズを設置できるスペースが確保され、しかも、高周波導入部のモードコンバータ内における高次のＴＭモードの発生を抑えて、必要となるＴＥＭモードだけを同軸導波管内に伝搬させ、加速空洞内に専ら軸対称なＴＭ０１モードだけを発生させることができる。 In particular, according to the configuration of the first aspect of the present invention, the high-frequency introduction unit is provided on the downstream side in the electron beam traveling direction, so that a space for installing the focusing lens near the cathode is secured, and the mode of the high-frequency introduction unit The generation of higher order TM modes in the converter can be suppressed, and only the necessary TEM mode can be propagated in the coaxial waveguide, and only the axisymmetric TM 01 mode can be generated in the acceleration cavity.

また、本発明の第二の観点による構成によれば、加速空洞部の共振周波数を簡易に制御できる。とりわけ、カソード部分がメインテナンス等を目的として着脱可能に設けられている場合に、カソードの位置の変化による加速空洞部の共振周波数の変化を容易に補正することができ、さらに、カソードが熱陰極型である場合に、熱膨張によるカソードの位置の変化と加速空洞部の共振周波数の変化を容易に補正することができる。   Moreover, according to the structure by the 2nd viewpoint of this invention, the resonant frequency of an acceleration cavity part can be controlled easily. In particular, when the cathode portion is detachably provided for the purpose of maintenance or the like, it is possible to easily correct the change in the resonance frequency of the acceleration cavity due to the change in the position of the cathode. In this case, it is possible to easily correct the change in the cathode position and the change in the resonance frequency of the acceleration cavity due to thermal expansion.

また、本発明の第三の観点による構成によれば、放電や真空リークを防止することができる。   Further, according to the configuration of the third aspect of the present invention, discharge and vacuum leak can be prevented.

以下、本発明による高周波電子銃を図面に基づき説明する。   Hereinafter, a high-frequency electron gun according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に、本発明に係る高周波電子銃の一実施形態を示す。図１は、高周波電子銃を示す縦断面図である。図において高周波電子銃１は、主として小型硬Ｘ線源に用いられる電子線源とされ、特にＸバンド帯域の１１．４２４ＧＨｚの周波数を用いる高周波電子銃とされている。この高周波電子銃１は、内部に加速空洞２１（もしくは本明細書中、単に空洞と称する場合もある）を画成する加速空洞部２と、加速空洞部２内の加速空洞２１に高周波を導入するための高周波導入部３と、加速空洞２１を臨む位置に取り付けられて電子を放出するカソード４とを有して概略構成されている。   FIG. 1 shows an embodiment of a high-frequency electron gun according to the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a high-frequency electron gun. In the figure, a high-frequency electron gun 1 is an electron beam source mainly used for a small hard X-ray source, and particularly a high-frequency electron gun using a frequency of 11.424 GHz in the X band. The high-frequency electron gun 1 introduces a high frequency into an acceleration cavity 2 that defines an acceleration cavity 21 (or may be simply referred to as a cavity in the present specification) and an acceleration cavity 21 in the acceleration cavity 2. And a cathode 4 that is attached to a position facing the acceleration cavity 21 and emits electrons.

高周波電子銃１は、加速空洞部２が高周波導入部３より導入される所定の周波数の電磁波に共振して、これにより空洞２１内に生成される電界によってカソード４から放出される電子が加速されるように構成されている。   In the high-frequency electron gun 1, the acceleration cavity 2 resonates with an electromagnetic wave having a predetermined frequency introduced from the high-frequency introduction part 3, and electrons emitted from the cathode 4 are accelerated by the electric field generated in the cavity 21. It is comprised so that.

以下に、各部の構成および動作を詳しく述べることにする。   The configuration and operation of each part will be described in detail below.

加速空洞部２は、内部に加速空洞２１を画成している。この加速空洞２１は、中心軸線Ｃ周りに回転対称に形成された断面略楕円形の３つの加速空洞セルと、カソード４が装着される初段に配置されて、他の加速空洞セルを中心軸線Ｃに垂直な面で半分に分けたような形状の１／２セルを一つ有して形成されており、これらのセルが互いに連通した３．５セル型の加速空洞とされている。上記加速空洞部２は、中心軸線Ｃに垂直な面で分割された複数の円板状の部材に超精密旋盤加工によって空洞表面が形成された後、拡散接合等によって互いに接合されることによって構成されている。この加速空洞部２は、冷却水を循環させるなどして略一定の温度に保たれるように構成されている。   The acceleration cavity portion 2 defines an acceleration cavity 21 inside. This acceleration cavity 21 is arranged in the first stage where three acceleration cavity cells having a substantially elliptical cross section formed in a rotational symmetry around the central axis C and the cathode 4 are mounted, and the other acceleration cavity cells are connected to the central axis C. The cell is formed with one half cell having a shape divided in half on a plane perpendicular to the surface, and these cells are 3.5 cell type acceleration cavities communicating with each other. The accelerating cavity 2 is formed by joining a plurality of disk-shaped members divided by planes perpendicular to the central axis C by means of ultra-precision lathe processing and then joining each other by diffusion bonding or the like. Has been. The acceleration cavity portion 2 is configured to be maintained at a substantially constant temperature by circulating cooling water or the like.

また、加速空洞部２は、カソード４が取り付けられるカソード取り付け部２２と、断面略楕円形の３つの加速空洞セルを画成する加速空洞部本体２３とから構成されている。カソード取り付け部２２は、カソード４を交換し易くするために、フランジ接続によって加速空洞部本体２３に着脱自在に装着されるように設けられている。そして、カソード取り付け部２２の空洞２１に臨む面は、前記加速空洞部本体の中心軸に対し略直交する略平坦な円形に形成され、カソード取り付け部２２に隣接する加速空洞部本体２３の空洞２１に臨む面は、前記中心軸回りに回転対称な略椀状に湾曲して形成され、カソード取り付け部２２が加速空洞部本体２３に装着されたときに、全体で初段の１／２セルの加速空洞を画成するように設けられている。   The accelerating cavity 2 includes a cathode attaching part 22 to which the cathode 4 is attached, and an accelerating cavity main body 23 that defines three accelerating cavity cells having a substantially elliptical cross section. The cathode mounting portion 22 is provided so as to be detachably attached to the acceleration cavity main body 23 by flange connection in order to facilitate replacement of the cathode 4. The surface of the cathode mounting portion 22 facing the cavity 21 is formed in a substantially flat circle substantially orthogonal to the central axis of the acceleration cavity main body, and the cavity 21 of the acceleration cavity main body 23 adjacent to the cathode mounting portion 22 is formed. Is formed in a substantially bowl-like shape that is rotationally symmetric about the central axis. When the cathode mounting portion 22 is mounted on the acceleration cavity main body 23, the entire first stage 1/2 cell acceleration is achieved. It is provided so as to define a cavity.

図２に、カソード４付近の拡大図を示す。加速空洞部本体２３とカソード取り付け部２２との間には、空洞２１内部を真空に保つための導電性を有する金属ガスケット２４（シール部材）が介装されている。ここで、カソード取り付け部２２および加速空洞部本体２３における加速空洞２１を画成する表面部分は、いずれも銅によって形成されており、他方、ガスケット２４を押しつぶすフランジ面は、ＳＵＳによって形成されている。ガスケット２４は、使用前は、両側に平坦な面を有する薄い円筒形のリングとされており、これが、カソード取り付け部２２のＳＵＳからなるフランジ面と、加速空洞部本体２３のＳＵＳからなるフランジ面とに挟まれて押しつぶされ、これにより、ガスケット両側の端面がカソード取り付け部２２および加速空洞本体２３にそれぞれ圧接されることによって各フランジ面に気密に密着し、加速空洞内の真空を保つように設けられている。   FIG. 2 shows an enlarged view of the vicinity of the cathode 4. Between the accelerating cavity main body 23 and the cathode mounting part 22, a conductive metal gasket 24 (seal member) for keeping the inside of the cavity 21 in a vacuum is interposed. Here, the surface portions defining the accelerating cavity 21 in the cathode mounting portion 22 and the accelerating cavity main body 23 are both made of copper, while the flange surface for crushing the gasket 24 is made of SUS. . Before use, the gasket 24 is a thin cylindrical ring having flat surfaces on both sides, which are a flange surface made of SUS of the cathode mounting portion 22 and a flange surface made of SUS of the accelerating cavity main body 23. As a result, the end faces on both sides of the gasket are pressed against the cathode mounting portion 22 and the acceleration cavity main body 23, respectively, so that the flange faces tightly to each flange surface, and the vacuum in the acceleration cavity is maintained. Is provided.

図３は、加速空洞部本体２３とカソード取り付け部２２の接続部分の断面をさらに拡大して示す図である。図から、もともと断面矩形状であったガスケット２４が、カソード取り付け部２２および加速空洞部本体２３に挟まれて変形している様子が分かる。ガスケット２４は、カソード取り付け部２２に圧接される側の端面２４ｂと、前記加速空洞部本体２３に圧接される側の端面２４ｃとの間に延在する内周面２４ａを有している。この図３から分かるように、加速空洞部本体２３とカソード取り付け部２２との間の接続部分（図２中、Ａで示す部分ならびに図３で示す部分）には、加速空洞２１の内面が径方向外側に向かって膨出するようにして形成された空洞膨出部２１ａが形成されている。図３の実施形態においては、上記空洞膨出部２１ａは、径方向に深さｔ＝１．５ｍｍほど外側に向かって拡径された軸線周りを一周する凹部として形成されている。このとき、凹部２１ａは、電子を加速する電界が空洞２１内に生成されるときに、凹部２１ａの表面上に分布する電位によって該表面に生成される電界の強度が、放電を引き起こす電界強度よりも低い値に保たれるように形成されている。とりわけ、凹部２１ａの表面における電界強度が１００ＭＶ／ｍ以下、より好ましくは５０ＭＶ／ｍ以下となるように形成されていることが望ましい。凹部２１ａ上での表面の電界強度をできるだけ低くするために、ガスケット２４の内周面２４ａは、カソード４から放出される電子の軌道を臨む位置に、空洞２１の中心軸線Ｃ側を向いた凹部２１ａの内周面の一周部を形成するようにして配置されている。さらに、加速空洞部本体２３の凹部２１ａ側の面２３ａとガスケット２４の内周面２４ａとの間は、径方向に段差の無い状態で滑らかに接続されている。また、表面電界強度を下げるために、凹部２１ａに隣接する加速空洞部本体２３の角部には、曲率半径０．５ｍｍの湾曲角部２３ｂが設けられ、凹部２１ａに隣接するカソード取り付け部２２の隅には、曲率半径０．５ｍｍの湾曲隅部２２ｂが設けられている。   FIG. 3 is an enlarged view showing a cross section of a connection portion between the acceleration cavity main body 23 and the cathode mounting portion 22. From the figure, it can be seen that the gasket 24 having a rectangular cross section is deformed by being sandwiched between the cathode mounting portion 22 and the acceleration cavity main body 23. The gasket 24 has an inner peripheral surface 24 a that extends between an end surface 24 b that is in pressure contact with the cathode mounting portion 22 and an end surface 24 c that is in pressure contact with the acceleration cavity main body 23. As can be seen from FIG. 3, the inner surface of the accelerating cavity 21 has a diameter at the connecting portion between the accelerating cavity main body 23 and the cathode mounting portion 22 (the portion indicated by A in FIG. 2 and the portion indicated by FIG. 3). A cavity bulging portion 21a formed so as to bulge outward in the direction is formed. In the embodiment of FIG. 3, the cavity bulging portion 21 a is formed as a recess that makes a round around the axis that is expanded outward in the radial direction by a depth t = 1.5 mm. At this time, when the electric field for accelerating electrons is generated in the cavity 21, the concave portion 21 a has an electric field intensity generated on the surface by the electric potential distributed on the surface of the concave portion 21 a is higher than the electric field strength causing the discharge. Is also formed to be kept at a low value. In particular, it is desirable that the electric field strength on the surface of the recess 21a is 100 MV / m or less, more preferably 50 MV / m or less. In order to make the electric field strength of the surface on the concave portion 21a as low as possible, the inner peripheral surface 24a of the gasket 24 is a concave portion facing the central axis C side of the cavity 21 at a position facing the trajectory of electrons emitted from the cathode 4. It arrange | positions so that the one peripheral part of the internal peripheral surface of 21a may be formed. Further, the surface 23a on the recess 21a side of the accelerating cavity main body 23 and the inner peripheral surface 24a of the gasket 24 are smoothly connected without any step in the radial direction. Further, in order to reduce the surface electric field strength, a curved corner portion 23b having a radius of curvature of 0.5 mm is provided at the corner portion of the acceleration cavity main body 23 adjacent to the recess portion 21a, and the cathode mounting portion 22 adjacent to the recess portion 21a is provided. A curved corner 22b having a radius of curvature of 0.5 mm is provided at the corner.

図４は、図３の凹部２１ａの表面のうち、カソード取り付け部２２に対面して最も電界強度が高くなる表面部分２３ｃ（長さ１ｍｍ）における最大表面電界強度を、カソード取り付け部２２と加速空洞部本体２３との間の間隔Ｄとの関係において示す図である。この図から分かるように、間隔Ｄが１ｍｍ程度のとき、表面２３ｃ上の最大表面電界強度Ｅgapと中心軸線Ｃ上での平均電界強度Eaccとの比Ｅgap／Eaccは、０．３程度となる。カソードから取り出された電子を加速するために必要な５．５ＭＷ程度の高周波を入力した場合にカソード４上で得られる電界強度は、１５０ＭＶ／ｍ程度であるので、この結果から、電子を加速する電界が空洞２１内に生成されるときの表面部分２３ｃ上での電界強度は４５ＭＶ／ｍになると考えられる。このように、凹部２１ａの表面では、電界強度が、放電を起こさない程度に十分に低く抑えられていることが分かる。また、図４から、間隔Ｄをさらに狭くすれば、凹部２１ａの最大表面電界をさらに低下させることができることが分かる。間隔Ｄを狭くするには、加速空洞部本体２３の凹部２１ａ側の面２３ａの長さを０に近づけ、および／またはガスケット２４の厚さを薄くすればよい。面２３ａの長さが０のときは、図５に示すように、凹部２１ａの中心軸線Ｃ側を向いた内周面は、全てガスケット２４の内周面２４ａになる。間隔Ｄをさらに狭くするには、ガスケット２４の厚さを薄くすればよいが、真空フランジの締め付け具合との兼ね合いもあるため、ガスケット２４の厚さは０．４〜０．６ｍｍ程度とするのが好ましい。 FIG. 4 shows the maximum surface electric field strength at the surface portion 23c (length: 1 mm) where the electric field strength is highest in the surface of the recess 21a in FIG. It is a figure shown in relation to the space | interval D between the part main bodies. As can be seen from this figure, when the distance D is about 1 mm, the ratio E gap / E acc between the maximum surface electric field intensity E gap on the surface 23c and the average electric field intensity E acc on the central axis C is 0.3. It will be about. When a high frequency of about 5.5 MW necessary for accelerating the electrons taken out from the cathode is input, the electric field strength obtained on the cathode 4 is about 150 MV / m. From this result, the electrons are accelerated. It is considered that the electric field intensity on the surface portion 23c when the electric field is generated in the cavity 21 is 45 MV / m. Thus, it can be seen that the electric field strength is sufficiently low on the surface of the recess 21a to such an extent that no discharge occurs. Further, FIG. 4 shows that the maximum surface electric field of the recess 21a can be further reduced if the distance D is further narrowed. In order to narrow the interval D, the length of the surface 23a on the recess 21a side of the accelerating cavity main body 23 may be brought close to 0 and / or the thickness of the gasket 24 may be reduced. When the length of the surface 23a is 0, the inner peripheral surface of the recess 21a facing the central axis C side is all the inner peripheral surface 24a of the gasket 24 as shown in FIG. In order to further reduce the distance D, the thickness of the gasket 24 may be reduced. However, the thickness of the gasket 24 is set to about 0.4 to 0.6 mm because there is a balance with the tightening degree of the vacuum flange. Is preferred.

このように、空洞膨出部すなわち凹部２１ａの大きさをできるだけ小さくすることによって、加速空洞部本体２３からガスケット内周面２４ａを介してカソード取り付け部２２に至る表面長さと抵抗とが少なくなるため、凹部２１ａの対向する面の間に大きな電位差が生じなくなる。このため、本発明によれば、凹部２１ａに高い表面電界が形成されず、放電を抑えることができる。従来のＯリングを用いた空洞膨出部の構成と異なり、ガスケット２４は、その内周面２４ａがカソードから引き出される電子の軌道を臨む位置に配置され、しかも、内周面２４ａが加速空洞部本体側の面と面一となるようにして凹部２１ａの中心軸線Ｃ側を向いた内周面の少なくとも一部を形成するように設けられているため、凹部２１ａを従来の空洞膨出部に比べて小さくすることができる。このように、本発明によれば、凹部２１ａが小さく設けられているため、凹部２１ａの表面の電界強度を小さくすることができる。   Thus, by reducing the size of the cavity bulging portion, that is, the recess 21a as much as possible, the surface length and resistance from the acceleration cavity main body 23 to the cathode attachment portion 22 via the gasket inner peripheral surface 24a are reduced. A large potential difference does not occur between the opposing surfaces of the recess 21a. For this reason, according to this invention, a high surface electric field is not formed in the recessed part 21a, but discharge can be suppressed. Unlike the conventional configuration of the cavity bulging portion using the O-ring, the gasket 24 is disposed at a position where the inner peripheral surface 24a faces the orbit of electrons drawn from the cathode, and the inner peripheral surface 24a is the acceleration cavity portion. Since it is provided so as to form at least a part of the inner peripheral surface facing the central axis C side of the recess 21a so as to be flush with the surface on the main body side, the recess 21a is formed into a conventional cavity bulge. It can be made smaller. Thus, according to this invention, since the recessed part 21a is provided small, the electric field strength of the surface of the recessed part 21a can be made small.

また、従来のＯリングと異なり、ガスケット２４は、カソード取り付け部２２と加速空洞部本体２３との両側の端面における密着性が高いため、取り扱いが簡便ながらも真空リークを防止するのに効果的である。   Further, unlike the conventional O-ring, the gasket 24 is effective in preventing vacuum leakage while being easy to handle because it has high adhesion on both end faces of the cathode mounting portion 22 and the acceleration cavity main body 23. is there.

従来のＯリングの場合は、締め付け方を変えてＯリングの潰し方を調整すれば加速空洞の共振周波数を変えることができたが、本発明の好ましい実施形態によれば、ガスケットの厚さを変更することによって、加速空洞２の共振周波数を調整することができる。   In the case of the conventional O-ring, the resonance frequency of the accelerating cavity can be changed by changing the tightening method and adjusting the crushing method of the O-ring. However, according to a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the gasket is reduced. By changing the resonance frequency, the resonance frequency of the acceleration cavity 2 can be adjusted.

さらに、本願の好ましい実施形態では、ガスケット２４の内周面２４ａの少なくとも一部に銅といった良導体が被覆され、これにより表面の抵抗が少しでも低減され、その結果、凹部２１ａ内の表面電界強度が低減され、かつ加速空洞２１のＱ値の向上が図られていることが好ましい。   Furthermore, in a preferred embodiment of the present application, at least a part of the inner peripheral surface 24a of the gasket 24 is coated with a good conductor such as copper, thereby reducing the surface resistance as much as possible, and as a result, the surface electric field strength in the recess 21a is reduced. It is preferable that the Q value of the accelerating cavity 21 is reduced and reduced.

なお、上述の実施形態においては、凹部２１ａの面のうち中心軸線Ｃ側を臨む面は、ガスケット２４の内周面２４ａと、加速空洞部本体２３の凹部２１ａ側の面２３ａとから形成されていたが、より一般には、図６に示すように、内周面２４ａと加速空洞部本体２３の凹部２１ａ側の面２３ａとカソード取り付け部２２の凹部２１ａ側の面２２ａとから形成されていてもよいし、図示しないものの、内周面２４ａと上記の面２２ａだけから形成されていてもよい。この場合、いずれも、内周面２４ａと面２３ａとの間、および内周面２４ａと面２２ａとの間に径方向に段差がなく、面一に揃えられていることが抵抗を低減する上で好ましい。   In the above-described embodiment, the surface facing the central axis C side of the surface of the recess 21a is formed from the inner peripheral surface 24a of the gasket 24 and the surface 23a on the recess 21a side of the accelerating cavity main body 23. However, more generally, as shown in FIG. 6, the inner peripheral surface 24a, the surface 23a on the concave portion 21a side of the acceleration cavity main body 23, and the surface 22a on the concave portion 21a side of the cathode mounting portion 22 may be formed. Although not shown, it may be formed of only the inner peripheral surface 24a and the surface 22a. In this case, there is no step in the radial direction between the inner peripheral surface 24a and the surface 23a, and between the inner peripheral surface 24a and the surface 22a, and it is possible to reduce resistance. Is preferable.

また、加速空洞部本体とカソード取り付け部との間の接続部分における放電を抑える本願発明に係る構成は、加速空洞部本体とカソード取り付け部との間の接続部分に画成される空洞膨出部ないし凹部をできるだけ小さくして、高周波特性の対象性を保持する理想的な１／２セルの形状に近づけることに特徴を有するものであるから、たとえＯリングを用いていたとしても、図１５に示すような空洞膨出部を狭窄部の位置で短絡させて、例えば図７のようにＯリングを内封してしまうような構成であってもよい。ただし、この場合、電気的な接触を良くするために加速空洞部本体とカソード取り付け部との間を密着させてしまうと、Ｏリング周囲のガスを真空引きするための時間が長くなり、真空を形成する上で問題が多いし、締め圧を変えたりＯリングの径を変えたりすることによって共鳴周波数を調整することができない。また、図示しないが、本願発明のような円筒状リングのガスケットを、加速空洞部本体とカソード取り付け部との間に一部もしくは全部内封してしまう構成も可能であるが、ガスケットとフランジとの間のがたつきの無い安定な構成としては、本願の実施形態による構成が最も好ましい。   In addition, the configuration according to the present invention that suppresses discharge at the connection portion between the acceleration cavity main body and the cathode mounting portion is a cavity bulging portion defined in the connection portion between the acceleration cavity main body and the cathode mounting portion. In addition, since the concave portion is made as small as possible to approach the ideal ½ cell shape that maintains the objectivity of the high frequency characteristics, even if an O-ring is used, FIG. A configuration in which the cavity bulging portion as shown is short-circuited at the position of the constriction portion and the O-ring is enclosed, for example, as shown in FIG. However, in this case, if the accelerating cavity main body and the cathode mounting portion are brought into close contact with each other in order to improve electrical contact, the time for evacuating the gas around the O-ring becomes longer, and the vacuum is reduced. There are many problems in forming, and the resonance frequency cannot be adjusted by changing the tightening pressure or changing the diameter of the O-ring. Although not shown, a cylindrical ring gasket such as the present invention may be partially or wholly enclosed between the accelerating cavity main body and the cathode mounting portion. As a stable configuration with no shakiness between the two, the configuration according to the embodiment of the present application is most preferable.

表１〜表４に、理想的な１／２セル、ガスケットを用いた本願発明による図６の空洞膨出部（凹部）、Ｏリングを用いた本願発明による図７の空洞膨出部（凹部）、そしてＯリングを用いた従来の空洞膨出部の場合における計算結果をそれぞれ示す。なお、これらの計算は、材質をＳＵＳ（ＳＵＳ３０４、７２μΩ-ｃｍ）ならびにＯリング（Ａｌ；２．６５μΩ-ｃｍ）として電磁場解析コードＳＵＰＥＲＦＩＳＨを用いて行なった。また、以下の表において、場所を示す言葉として用いられるディスク部とはセルとセルを区切る部分、ギャップ部とは空洞膨出部を指し、また、符号ＥSはそれぞれの場所での表面電界強度、Ｅaccは中心軸線Ｃ上の最大電界強度である。また、ｄｆ／ｄｚは、カソードが設けられたカソード壁（カソード取り付け部の空洞側に面した平坦面）の位置を中心軸方向（ｚ方向）に変えたときの共鳴周波数の変化、ｄｆ／ｄｒは、空洞膨出部を径方向（ｒ方向）に拡径した場合の共鳴周波数の変化を意味する。 Tables 1 to 4 show an ideal ½ cell, the cavity bulging portion (recessed portion) of FIG. 6 according to the present invention using a gasket, and the cavity bulging portion (recessed portion) of FIG. 7 according to the present invention using an O-ring. ) And the calculation results in the case of the conventional cavity bulge using an O-ring. These calculations were performed using SUS (SUS304, 72 μΩ-cm) and O-ring (Al; 2.65 μΩ-cm) as materials, and using the electromagnetic field analysis code SUPERFISH. In the following table refers to the cavity bulging portion and the portion, the gap portion separating the cells and the cell and the disc part used as a term indicating the location, also, the surface field strength of the code E S at each location , E acc is the maximum electric field strength on the central axis C. Df / dz is a change in resonance frequency when the position of the cathode wall (flat surface facing the cavity side of the cathode mounting portion) where the cathode is provided is changed to the central axis direction (z direction), df / dr Means a change in the resonance frequency when the diameter of the cavity bulge is expanded in the radial direction (r direction).

Figure 2005050646
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これらの計算結果から、従来の空洞膨出部の場合、空洞膨出部の表面電界強度が軸上の電界強度の２倍近くあるのに対し、本願発明の空洞膨出部（凹部）の構成の場合には、軸上の電界強度の半分に満たないほどに低減されていることが分かる。また、従来の空洞膨出部と比べて、本願発明の空洞膨出部（凹部）を用いる方がＱ値が高くなっている。ガスケットを用いた場合の表２とＯリングを用いた場合の表３とを比較すると、一見して表３の方がギャップの表面電界強度ならびにＱ値ともに良い結果が出ている。ただし、表３のＱ値は、カソード取り付け部と加速空洞部本体のＳＵＳ同志の接触抵抗を無視した理想的な結果であって、実際には、ＳＵＳの部材同士の密着性はそれほど高くなく、僅かな隙間の表面に現れる電荷による高い表面電界が放電の原因となってＱ値をさらに下げることが考えられるので、これらの表に示されたＱ値だけで表２と表３の間の優劣を判断することは難しい。また、Ｑ値を論じるのであれば、表に掲げられたＱ値が、銅メッキなど良導体による被覆を行なって凹部における抵抗を少なくすれば改善できることも考慮に入れられるべきである。実際に、表２の場合に、ガスケットの内周面に銅メッキを施すことによって、理想的な１／２セルと比べた表２におけるＱ値の３８％の低下を、１２％程度の低下にまで抑えられることが計算によって判明している。一方、電界強度の点から言っても、図４に示したように、ガスケットを用いた場合でも凹部の間隔Ｄを狭くすれば表面電界強度を下げることができる（Ｄ＝０．５ｍｍにするとＥS／Ｅaccの値が０．２５程度）ことを考えると、Ｏリングを用いた表３の場合に比べて、ガスケットを用いた表２の場合の方が劣っているとは言えず、むしろ、ガスケットの厚さを変えることによって共振周波数を調整できることを考慮すれば、表２の構成も含めて、既に上述してきた本発明の実施形態による構成がＯリングを用いた構成よりも総体的に有利であるということができる。 From these calculation results, in the case of the conventional cavity bulging portion, the surface electric field strength of the cavity bulging portion is nearly twice the axial electric field strength, whereas the configuration of the cavity bulging portion (concave portion) of the present invention is shown. In the case of, it can be seen that the electric field intensity is reduced to less than half of the on-axis electric field strength. In addition, the Q value is higher when the cavity bulging portion (concave portion) of the present invention is used than the conventional cavity bulging portion. Comparing Table 2 when the gasket is used and Table 3 when the O-ring is used, Table 3 shows that the surface electric field strength and the Q value of the gap are better. However, the Q value in Table 3 is an ideal result ignoring the contact resistance between the SUS of the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body, and in fact, the adhesion between the SUS members is not so high, Since it is conceivable that the high surface electric field due to the electric charge appearing on the surface of a slight gap causes the discharge to further lower the Q value, the superiority or inferiority between Table 2 and Table 3 only with the Q value shown in these tables. It is difficult to judge. Also, when discussing the Q value, it should be taken into account that the Q value listed in the table can be improved by covering with a good conductor such as copper plating to reduce the resistance in the recess. Actually, in the case of Table 2, by applying copper plating to the inner peripheral surface of the gasket, the 38% reduction in Q value in Table 2 compared to the ideal ½ cell is reduced to about 12%. It has been found by calculations that On the other hand, in terms of the electric field strength, as shown in FIG. 4, even when a gasket is used, the surface electric field strength can be lowered by reducing the distance D between the concave portions (when D = 0.5 mm, E S / E acc is about 0.25), it cannot be said that the case of Table 2 using a gasket is inferior to the case of Table 3 using an O-ring. Considering that the resonance frequency can be adjusted by changing the thickness of the gasket, the configuration according to the embodiment of the present invention described above including the configuration of Table 2 is generally more than the configuration using the O-ring. It can be said that it is advantageous.

以上述べてきたように、本発明の構成によれば、カソード取り付け部２２と加速空洞部本体２３との間の接続部分での放電を抑えるとともに真空リークを防止することができ、質の高い電子ビームを取り出すことのできる安定に動作可能な高周波電子銃１を実現することができる。   As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to suppress discharge at the connection portion between the cathode mounting portion 22 and the acceleration cavity main body 23 and to prevent vacuum leakage, and high quality electrons. A high-frequency electron gun 1 capable of stably operating and capable of extracting a beam can be realized.

次に、カソード４について詳述する。カソード４は、カソード表面に熱電子を放出しやすい物質が装着され、背後から加熱されることによって熱電子を放出する熱陰極型のカソードとされている。カソード４は、高温となるため、図１及び図２に示したように、カソード取り付け部２２とは別体に設けられ、カソード取り付け部２２から熱的に絶縁されている。カソード４とカソード取り付け部２２との間には、コイルバネ４１が介装され、これがＲＦコンタクトとして機能するようになっている。カソード４は、背後（電子ビームの進行方向と逆の方向）に延出してカソード取り付けフランジ４２に固定されている。一方カソード取り付け部２２も背後に延出して、その後端側に固定フランジ４３を有している。上記カソード取り付けフランジ４２と固定フランジ４３との間には、直線導入器４４（カソード位置調整手段）が挿入されている。この直線導入器４４は、外周側の回転部４４ａを回転させることによって自身の軸線方向にすなわち加速空洞部方向に進退しその長さを変更するように設けられている。直線導入器４４は、軸線方向の両端において、位置の固定された固定フランジ４３と軸線方向に前後に動かされるカソード取り付けフランジ４２とにそれぞれ気密に接続され、これにより、直線導入器４４の回転部４４ａを回転させることによって、内部を気密に保ったまま固定フランジ４３に対するカソード取り付けフランジ４２の位置が数μｍの精度で軸線方向に調整されるように構成されている。カソード４とカソード取り付け部２２とは、このように一体に組み立てられた状態で、ボルトやネジ等からなる複数の締結手段５，５・・・によって加速空洞部本体２３に装着されるようになっている。   Next, the cathode 4 will be described in detail. The cathode 4 is a hot-cathode cathode on which a material that easily emits thermoelectrons is mounted on the cathode surface and emits thermoelectrons when heated from behind. Since the cathode 4 is at a high temperature, as shown in FIGS. 1 and 2, the cathode 4 is provided separately from the cathode attachment portion 22 and is thermally insulated from the cathode attachment portion 22. A coil spring 41 is interposed between the cathode 4 and the cathode mounting portion 22, and this functions as an RF contact. The cathode 4 extends to the back (the direction opposite to the traveling direction of the electron beam) and is fixed to the cathode mounting flange 42. On the other hand, the cathode mounting portion 22 also extends rearward and has a fixing flange 43 on the rear end side. A straight introducer 44 (cathode position adjusting means) is inserted between the cathode mounting flange 42 and the fixed flange 43. The linear introducer 44 is provided so as to advance and retreat in its own axial direction, that is, in the direction of the accelerating cavity by rotating the outer peripheral rotating portion 44a and to change its length. The straight line introducer 44 is airtightly connected to the fixed flange 43 whose position is fixed and the cathode mounting flange 42 that is moved back and forth in the axial direction at both ends in the axial direction. By rotating 44a, the position of the cathode mounting flange 42 relative to the fixed flange 43 is adjusted in the axial direction with an accuracy of several μm while keeping the inside airtight. The cathode 4 and the cathode mounting portion 22 are attached to the acceleration cavity main body 23 by a plurality of fastening means 5, 5. ing.

カソード取り付け部２２が着脱されたとき、あるいはカソード４が着脱されたときには、カソード取り付け部２２の加速空洞部本体２３に対する位置、あるいはカソード取り付け部２２に対するカソード４の位置が変わるため、直線導入器４４を用いてカソード４の位置を軸線方向に前後に動かして、所望の共振周波数が得られるように調整する。   When the cathode attachment portion 22 is attached or detached, or when the cathode 4 is attached or detached, the position of the cathode attachment portion 22 relative to the acceleration cavity main body 23 or the position of the cathode 4 relative to the cathode attachment portion 22 changes. Is used to move the position of the cathode 4 back and forth in the axial direction so as to obtain a desired resonance frequency.

また、カソード４の温度が上昇し、熱膨張によってカソード４の位置に変化が生じたら、やはり直線導入器４４を用いてカソード４の位置を軸線方向にすなわち加速空洞部方向に進退させて、カソード４の位置の変化による共振周波数のずれを補正するように調整を行なう。   Further, when the temperature of the cathode 4 rises and the position of the cathode 4 changes due to thermal expansion, the position of the cathode 4 is also advanced and retracted in the axial direction, that is, in the direction of the acceleration cavity by using the linear introducer 44. Adjustment is performed so as to correct the shift of the resonance frequency due to the change in the position of 4.

本発明の構成によれば、カソード４の位置を調整することによって、加速空洞部２の共振周波数を容易に制御することができる。そして、カソード４の着脱時における位置の変化、あるいは、熱膨張時の位置の変化による共振周波数の変化を補正することができる。   According to the configuration of the present invention, the resonance frequency of the accelerating cavity 2 can be easily controlled by adjusting the position of the cathode 4. Then, it is possible to correct a change in the resonance frequency due to a change in position when the cathode 4 is attached or detached, or a change in position during thermal expansion.

また、直線導入器４４には、図示されぬ駆動装置が設けられ、電子ビームの強度ならびにエネルギー、ＲＦの反射をモニターしながら、これらの値の最適値が得られるようにカソード４の位置を調整できるようになっている。   Further, the linear introducer 44 is provided with a driving device (not shown), and the position of the cathode 4 is adjusted so as to obtain an optimum value of these values while monitoring the intensity and energy of the electron beam and the reflection of RF. It can be done.

なお、上述の実施形態において、カソード４は熱陰極とされたが、レーザ光等の光が照射されて光電子を放出するフォトカソードとされていても構わない。カソード４の位置が調整可能とされることにより、加速空洞部２の共振周波数が容易に制御できるようになることには変わりがないからである。   In the above-described embodiment, the cathode 4 is a hot cathode, but may be a photocathode that emits photoelectrons when irradiated with light such as laser light. This is because the resonance frequency of the accelerating cavity 2 can be easily controlled by adjusting the position of the cathode 4.

次に、本願発明による高周波導入部３について説明する。高周波導入部３は、加速空洞部２の電子ビーム進行方向下流側の位置に設けられ、高周波を生成する高周波電源から導波管６を通して送られる高周波のモードを変換するモードコンバータ３１と、モードコンバータ３１でモードが変換された高周波を軸線方向上流側に向かって加速空洞２１まで導く同軸導波管３２とを有して構成されている。   Next, the high frequency introduction part 3 according to the present invention will be described. The high-frequency introduction unit 3 is provided at a position downstream of the acceleration cavity 2 in the direction of travel of the electron beam, and converts a high-frequency mode sent through a waveguide 6 from a high-frequency power source that generates a high frequency, and a mode converter And a coaxial waveguide 32 for guiding the high frequency whose mode has been converted at 31 to the acceleration cavity 21 toward the upstream side in the axial direction.

ここで、同軸導波管３２は、中心軸線Ｃと同心配置された円筒状の内部導体３２ａと、同じく中心軸線Ｃと同心配置されて内部導体３２ａを取り囲む円筒状の外部導体３２ｂとを有して構成され、円筒形とされた内部導体３２ａの中心を電子ビームＥＢが通過し、内部導体３２ａと外部導体３２ｂの間の空間を高周波ＲＦが伝搬するように構成されている。図８に、斯かる構成とされた同軸導波管３２の概略的な縦断面図が示されている。なお、同軸導波管３２の軸線方向の長さは、十分長く形成され、カソード４の近くに集束用のソレノイドレンズＬが設置できるだけの十分なスペースが確保されるようになっている（図１参照）。   Here, the coaxial waveguide 32 has a cylindrical inner conductor 32a concentrically arranged with the central axis C, and a cylindrical outer conductor 32b similarly concentrically arranged with the central axis C and surrounding the inner conductor 32a. The electron beam EB passes through the center of the cylindrical inner conductor 32a, and the high frequency RF propagates through the space between the inner conductor 32a and the outer conductor 32b. FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of the coaxial waveguide 32 having such a configuration. The length of the coaxial waveguide 32 in the axial direction is sufficiently long so that a sufficient space is provided in the vicinity of the cathode 4 so that the focusing solenoid lens L can be installed (FIG. 1). reference).

図９は、モードコンバータ３１の概略的な斜視図である。モードコンバータ３１は、ＴＥモードの高周波が伝搬する矩形導波管６との間に結合部３１ａを有し、さらに、この結合部３１ａから上記同軸導波管３２を跨ぐように延出して同軸導波管３２の中心軸線Ｃに対して対称に形成された２つのフィード部３１ｂ，３１ｂを有している。これらフィード部３１ｂ，３１ｂと上記同軸導波管３２との間には、同軸導波管３２の中心軸線Ｃに対して対称かつ対向位置に２つのアイリス３１ｃ，３１ｃ（高周波結合部）がそれぞれ形成されている。   FIG. 9 is a schematic perspective view of the mode converter 31. The mode converter 31 includes a coupling portion 31a between the rectangular waveguide 6 through which the TE mode high frequency propagates, and further extends from the coupling portion 31a so as to straddle the coaxial waveguide 32 so as to be coaxially guided. Two feed portions 31 b and 31 b are formed symmetrically with respect to the central axis C of the wave tube 32. Between the feed portions 31b and 31b and the coaxial waveguide 32, two irises 31c and 31c (high frequency coupling portions) are formed symmetrically and opposite to the central axis C of the coaxial waveguide 32, respectively. Has been.

電場の向き（図中概略的に符号Ｅで示す）が中心軸線Ｃ方向と平行なＴＥ１０モードの高周波が導波管６内を伝搬し、中心軸線Ｃ（図９には不図示）に対して略垂直な方向から上記結合部を介して該モードコンバータ３１内に導入されると、導入されたＴＥモードの高周波は、該モードコンバータ３１内においてＨ分岐して、各フィード部３１ｂ内に向きと大きさの等しい磁場（図中概略的に符号Ｂで示す）を形成するようなＴＭモードに変換される。このような磁場は、同軸導波管３２側から見ると、アイリス３１ｃ，３１ｃにおいて、いずれも同じ大きさでしかもその向きが中心軸線Ｃに対して時計回りもしくは反時計回り（電子ビームの進行方向から見て）に揃えられている。アイリス３１ｃは、中心軸線Ｃに対して対称かつ対向位置に配置されているため、高周波が同軸導波管３２にアイリス３１ｃを介して結合される際には、同軸導波管３２側から見たアイリス３１ｃにおける軸対称な磁場が、同軸導波管３２内に中心軸線Ｃ周りに周回する軸対称な磁場を形成して、これによって純粋なＴＥＭモードの高周波が生成されるようになる。このようにして、モードコンバータ３１内でＴＭモードに変換された高周波は、同軸導波管３２内をＴＥＭモードの高周波が伝達するようにさらにモードが変換されて後続の同軸導波管３２にアイリス３１ｃを介して導入される。同軸導波管３２内をＴＥＭモードで進行する高周波は、最終的に図８に示す同軸導波管３２と加速空洞部２の接続部であるカップリング部３２ｃ，３２ｃで加速空洞部２内に導入され、加速空洞部２内に電子ビームの加速に必要なＴＭ０１モードの電磁場の定在波を生成する。 A TE 10 mode high-frequency wave whose direction of electric field (schematically indicated by E in the figure) is parallel to the direction of the central axis C propagates in the waveguide 6 and is relative to the central axis C (not shown in FIG. 9). When introduced into the mode converter 31 from the substantially vertical direction through the coupling portion, the introduced TE mode high frequency is branched into H in the mode converter 31 and directed into the feed portions 31b. Is converted to a TM mode that forms a magnetic field (generally indicated by symbol B in the figure) having the same magnitude. When viewed from the coaxial waveguide 32 side, such a magnetic field has the same magnitude in the irises 31c and 31c, and its direction is clockwise or counterclockwise with respect to the central axis C (the traveling direction of the electron beam). (See from). Since the iris 31c is arranged symmetrically and opposite to the central axis C, when the high frequency is coupled to the coaxial waveguide 32 via the iris 31c, the iris 31c is viewed from the coaxial waveguide 32 side. The axially symmetric magnetic field in the iris 31c forms an axially symmetric magnetic field that circulates around the central axis C in the coaxial waveguide 32, thereby generating a pure TEM mode high frequency. Thus, the high frequency converted into the TM mode in the mode converter 31 is further converted so that the high frequency of the TEM mode is transmitted in the coaxial waveguide 32, and the iris is transmitted to the subsequent coaxial waveguide 32. It is introduced via 31c. The high-frequency wave traveling in the TEM mode in the coaxial waveguide 32 is finally coupled into the acceleration cavity 2 by the coupling parts 32c and 32c which are the connection parts of the coaxial waveguide 32 and the acceleration cavity 2 shown in FIG. Introduced and generates a standing wave of an electromagnetic field of TM 01 mode necessary for accelerating the electron beam in the acceleration cavity 2.

図１０は、本発明によるモードコンバータ３１を用いた場合のＳパラメータによる各モードの透過及び反射特性を示す図である。計算には、３次元電磁場解析コード（ＭＷ−Ｓｔｕｄｉｏ）を用いた。接続部３１ａにおける反射特性Ｓ１１は、使用周波数である１１．４２４ＧＨｚにおいて鋭い谷を有しており、矩形導波管６を伝搬するＴＥ１０のみがモードコンバータ３１内に入力される様子が分かる。また、同軸導波管３２側から見た透過特性Ｓ２１は、ＴＥＭモードだけが１１．４２４ＧＨｚの位置にピークを有しており、その他の高次のモードＴＥ１１０やＴＥ２１０のモードは、−１５ｄＢ以下に抑えられ、ＴＥＭモードのみが伝搬することが分かる。 FIG. 10 is a diagram showing the transmission and reflection characteristics of each mode according to the S parameter when the mode converter 31 according to the present invention is used. For the calculation, a three-dimensional electromagnetic field analysis code (MW-Studio) was used. The reflection characteristic S 11 in the connection portion 31 a has a sharp valley at the operating frequency of 11.424 GHz, and it can be seen that only TE 10 propagating through the rectangular waveguide 6 is input into the mode converter 31. Further, the transmission characteristics S 21, as viewed from the coaxial waveguide 32 side, only the TEM mode has a peak at 11.424GHz, modes other higher order modes TE 110 and TE 210 is - It can be seen that it is suppressed to 15 dB or less and only the TEM mode propagates.

このように、本発明のモードコンバータ３１によれば、アイリス３１ｃ，３１ｃが、同軸導波管３２の中心軸に対して対称かつ対向位置に２つ配設され、さらに該モードコンバータ３１の内部における高次のＴＭモードの発生が抑えられて同軸導波管３２側から見たアイリス３１ｃ，３１ｃにおける磁場の強さが等しくなりかつ磁場の向きが中心軸線Ｃ周りに時計回りもしくは反時計回りのいずれかに揃えられるように構成されているため、同軸導波管３２側から見た磁場が軸対称となって、必要となるＴＥＭモードだけを同軸導波管３２内に伝搬させ、加速空洞２１内に専ら軸対称な電磁場のモードだけを発生させることができる。   As described above, according to the mode converter 31 of the present invention, the two irises 31 c and 31 c are disposed symmetrically and opposite to the central axis of the coaxial waveguide 32, and further inside the mode converter 31. Generation of high-order TM mode is suppressed, the magnetic field strengths in the irises 31c and 31c viewed from the coaxial waveguide 32 side are equal, and the magnetic field direction is either clockwise or counterclockwise around the central axis C. Since the magnetic field viewed from the coaxial waveguide 32 side is axially symmetric, only the necessary TEM mode is propagated in the coaxial waveguide 32, and the acceleration cavity 21 Only an axisymmetric electromagnetic field mode can be generated.

本発明による高周波電子銃により、高輝度な電子ビームを安定に供給することができ、とりわけ、硬Ｘ線源に用いられる電子線源に利用することができる。   The high-frequency electron gun according to the present invention can stably supply a high-intensity electron beam, and can be used particularly for an electron beam source used for a hard X-ray source.

本発明に係る高周波電子銃の一実施形態を示す軸線方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows one Embodiment of the high frequency electron gun which concerns on this invention. 図１の高周波電子銃のカソード付近を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the cathode vicinity of the high frequency electron gun of FIG. 加速空洞部本体とカソード取り付け部との接続部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the connection part of an acceleration cavity part main body and a cathode attachment part. 本発明に係る空洞膨出部（凹部）の軸線方向のギャップ間隔と表面電界強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the gap space | interval of the axial direction of a cavity bulging part (concave part) based on this invention, and surface electric field strength. 空洞膨出部（凹部）の軸線方向の間隔を狭めた本発明による他の実施形態を、加速空洞部本体とカソード取り付け部との接続部分のみ拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands only the connection part of an acceleration cavity part main body and a cathode attachment part, and another embodiment by this invention which narrowed the space | interval of the axial direction of a cavity bulging part (concave part). 空洞膨出部の軸線方向の間隔を広げた本発明によるさらに他の一般的な実施形態を、加速空洞部本体とカソード取り付け部との接続部分のみ拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands only the connection part of an acceleration cavity part main body and a cathode attachment part, further general embodiment by this invention which expanded the space | interval of the axial direction of a cavity bulging part. Ｏリングを用いた場合の空洞膨出部の本発明による他の実施形態を、加速空洞部本体とカソード取り付け部との接続部分のみ拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands only the connection part of an acceleration cavity part main body and a cathode attachment part, and shows other embodiment by this invention of the cavity bulging part at the time of using an O-ring. 本発明に係る高周波導入部の同軸導波管を概略的に示す軸線方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows roughly the coaxial waveguide of the high frequency introduction part which concerns on this invention. 本発明に係る高周波導入部のモードコンバータの斜視図である。It is a perspective view of the mode converter of the high frequency introduction part which concerns on this invention. 本発明に係る高周波導入部のモードコンバータの反射特性ならびに透過特性を示す図である。It is a figure which shows the reflection characteristic and transmission characteristic of the mode converter of the high frequency introduction part which concerns on this invention. 従来の高周波電子銃の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the conventional high frequency electron gun. 従来の高周波電子銃の高周波導入部を示す図である。It is a figure which shows the high frequency introduction part of the conventional high frequency electron gun. 従来の高周波電子銃の高周波導入部に用いられるドアノブ型のモードコンバータを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the doorknob type mode converter used for the high frequency introduction part of the conventional high frequency electron gun. 従来の高周波電子銃の高周波導入部に用いられるドアノブ型のモードコンバータの反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflective characteristic of the doorknob type mode converter used for the high frequency introduction part of the conventional high frequency electron gun. 従来の高周波電子銃の加速空洞部本体とカソード取り付け部との接続部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the connection part of the acceleration cavity part main body and cathode attachment part of the conventional high frequency electron gun.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・高周波電子銃
２・・・加速空洞部
３・・・高周波導入部
４・・・カソード
５・・・締結手段
６・・・導波管
２１・・・加速空洞（空洞）
２１ａ・・・空洞膨出部（凹部）
２２・・・カソード取り付け部
２２ｂ・・・湾曲隅部
２３・・・加速空洞部本体
２３ａ・・・凹部の中心軸線側を向いた内周面の一周部を形成する加速空洞部本体の面
２３ｂ・・・湾曲角部
２４・・・ガスケット
２４ａ・・・ガスケットの内周面
２４ｂ・・・ガスケットのカソード取り付け部側の端面
２４ｃ・・・ガスケットの加速空洞部本体側の端面
３１・・・モードコンバータ
３１ａ・・・接続部
３１ｂ・・・フィード部
３１ｃ・・・アイリス（高周波結合部）
３２・・・同軸導波管
３２ａ・・・内部導体
３２ｂ・・・外部導体
３２ｃ・・・カップリング部
４１・・・コイルバネ
４２・・・カソード取り付けフランジ
４３・・・固定フランジ
４４・・・直線導入器（カソード位置調整手段）
４４ａ・・・回転部
１００・・・加速空洞部
１３１・・・加速空洞部本体
１３２・・・カソード取り付け部
１３３・・・空洞膨出部
２００・・・高周波導入部
２１０・・・高周波導入部
２１１・・・モードコンバータ
２１２・・・同軸導波管
２１３・・・高周波結合部
２２０・・・導波管
３００・・・カソード
Ｃ・・・中心軸線
Ｌ・・・ソレノイドレンズ
Ｏ・・・Ｏリング
ＥＢ・・・電子ビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency electron gun 2 ... Acceleration cavity part 3 ... High frequency introduction part 4 ... Cathode 5 ... Fastening means 6 ... Waveguide 21 ... Acceleration cavity (cavity)
21a: Cavity bulging part (concave part)
22 ... Cathode mounting portion 22b ... Curved corner 23 ... Acceleration cavity main body 23a ... Acceleration cavity main body surface 23b forming one circumference of the inner circumferential surface facing the central axis side of the recess ... Curved corner 24 ... Gasket 24a ... Inner peripheral surface of gasket 24b ... End surface of gasket on the cathode mounting portion side 24c ... End surface of gasket on the acceleration cavity body side 31 ... Mode Converter 31a ... Connection part 31b ... Feed part 31c ... Iris (high frequency coupling part)
32 ... Coaxial waveguide 32a ... Inner conductor 32b ... Outer conductor 32c ... Coupling part 41 ... Coil spring 42 ... Cathode mounting flange 43 ... Fixed flange 44 ... Linear Introducer (Cathode position adjusting means)
44a ... Rotating part 100 ... Acceleration cavity part 131 ... Acceleration cavity part body 132 ... Cathode mounting part 133 ... Cavity bulging part 200 ... High frequency introduction part 210 ... High frequency introduction part 211: Mode converter 212: Coaxial waveguide 213: High frequency coupling unit 220 ... Waveguide 300 ... Cathode C ... Center axis L ... Solenoid lens O ... O Ring EB ... Electron beam

Claims (27)

内部に空洞を画成する加速空洞部と、前記加速空洞部の内部の空洞に高周波を導入する高周波導入部と、前記加速空洞部内の前記空洞を臨む位置に取り付けられて電子を放出するカソードとを有し、
前記加速空洞部は、前記高周波導入部より導入される所定の周波数の電磁波に共振して前記空洞内に生成される電界によって前記カソードから放出される電子を加速するように構成され、
前記高周波導入部は、高周波を生成する高周波電源から導波管を通して送られる高周波のモードを変換するモードコンバータと、前記モードコンバータでモードが変換された高周波を導く同軸導波管とを有し、
前記モードコンバータには、前記同軸導波管内に高周波を導入するための高周波結合部が前記同軸導波管との間に設けられ、前記モードコンバータは、前記高周波電源から導波管を通して送られるＴＥモードの高周波を該モードコンバータ内でＴＭモードの高周波に変換し、該変換された高周波を前記高周波結合部を介して後続の前記同軸導波管に導入するときに、前記高周波のモードをさらに変換して前記同軸導波管内をＴＥＭモードの高周波が伝達するように構成されている高周波電子銃において、
前記モードコンバータの前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称に複数配設され、
前記モードコンバータは、前記同軸導波管側から見た前記高周波結合部における磁場の強さが等しくなりかつ磁場の向きが該同軸導波管の中心軸周りに時計回りもしくは反時計回りのいずれかに揃えられ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。 An accelerating cavity that defines a cavity therein, a high-frequency introducing section that introduces a high frequency into the cavity inside the accelerating cavity, and a cathode that is attached to a position facing the cavity in the accelerating cavity and emits electrons Have
The acceleration cavity is configured to accelerate electrons emitted from the cathode by an electric field generated in the cavity by resonating with an electromagnetic wave having a predetermined frequency introduced from the high-frequency introduction unit,
The high-frequency introduction unit includes a mode converter that converts a high-frequency mode sent through a waveguide from a high-frequency power source that generates a high frequency, and a coaxial waveguide that guides a high-frequency mode converted by the mode converter,
The mode converter is provided with a high frequency coupling portion for introducing a high frequency into the coaxial waveguide, and the mode converter is a TE that is sent from the high frequency power source through the waveguide. When the high frequency of the mode is converted into the high frequency of the TM mode in the mode converter, and the converted high frequency is introduced into the subsequent coaxial waveguide through the high frequency coupling portion, the high frequency mode is further converted. In the high frequency electron gun configured to transmit a high frequency of the TEM mode in the coaxial waveguide,
A plurality of the high-frequency coupling portions of the mode converter are arranged symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide,
In the mode converter, the strength of the magnetic field in the high-frequency coupling portion viewed from the coaxial waveguide side is equal, and the direction of the magnetic field is either clockwise or counterclockwise around the central axis of the coaxial waveguide A high-frequency electron gun characterized by being configured so as to be aligned. 請求項１に記載の高周波電子銃において、
前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に２つ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 1,
The high-frequency electron gun is characterized in that two high-frequency coupling portions are provided symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide and at opposite positions. 請求項２に記載の高周波電子銃において、
前記モードコンバータは、前記高周波電源からのＴＥモードの高周波を伝える前記導波管との接続部を有し、前記導波管内を伝達する前記ＴＥモードの高周波が前記接続部を介して該モードコンバータ内に導入されるように構成され、
前記モードコンバータは、さらに、前記接続部から前記同軸導波管を跨ぐように延出して前記同軸導波管の中心軸に対して対称に形成された２つのフィード部を有して該フィード部内に生成される磁場が等しくなるように構成され、前記高周波結合部が前記フィード部と前記同軸導波管との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 2,
The mode converter has a connection portion with the waveguide for transmitting a TE-mode high frequency from the high-frequency power source, and the TE-mode high frequency transmitted through the waveguide passes through the connection portion. Configured to be introduced within,
The mode converter further includes two feed portions extending from the connection portion so as to straddle the coaxial waveguide and formed symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide. The high frequency electron gun is characterized in that the generated magnetic fields are equal to each other, and the high frequency coupling portion is provided between the feed portion and the coaxial waveguide. 内部に空洞を画成する加速空洞部と、
前記加速空洞部内の前記空洞を臨む位置に取り付けられて電子を放出するカソードとを有し、
前記加速空洞部は、所定の周波数の電磁波に共振して前記空洞内に生成される電界によって前記カソードから放出される電子を加速するように構成されている高周波電子銃において、
前記加速空洞部に対する前記カソードの位置を調整して、これにより前記加速空洞部の共振周波数を調整するカソード位置調整手段を有していることを特徴とする高周波電子銃。 An accelerating cavity that defines a cavity inside;
A cathode attached to a position facing the cavity in the acceleration cavity and emitting electrons;
In the high-frequency electron gun configured to accelerate the electrons emitted from the cathode by an electric field generated in the cavity by resonating with an electromagnetic wave having a predetermined frequency,
A high-frequency electron gun comprising cathode position adjusting means for adjusting a position of the cathode with respect to the acceleration cavity and thereby adjusting a resonance frequency of the acceleration cavity. 請求項４に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、前記加速空洞部に対して着脱自在に設けられ、
前記カソード位置調整手段は、前記加速空洞部方向に進退可能に設けられ、前記カソードの着脱時の取り付け位置の変化を補正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。 The high-frequency electron gun according to claim 4,
The cathode is provided detachably with respect to the acceleration cavity,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is provided so as to be able to advance and retract in the direction of the acceleration cavity, and is configured to correct a change in an attachment position when the cathode is attached or detached. 請求項４または請求項５に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、加熱されて熱電子を放出する熱陰極型のカソードとされ、
前記カソード位置調整手段は、前記カソードの熱による位置の変化を補正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。 In the high frequency electron gun according to claim 4 or 5,
The cathode is a hot cathode type cathode that emits thermoelectrons when heated,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is configured to correct a change in position due to heat of the cathode. 内部に空洞を画成する加速空洞部と、
前記加速空洞部内の前記空洞を臨む位置に取り付けられて電子を放出するカソードとを有し、
前記加速空洞部は、前記カソードが取り付けられるカソード取り付け部と、加速空洞部本体とからなり、
前記加速空洞部本体と前記カソード取り付け部との間には、前記空洞内部を気密に保つための導電性を有するシール部材が介装され、前記シール部材は、前記カソード取り付け部に圧接される側の面と、前記加速空洞部本体に圧接される側の面との間に延在する内周面を有し、
前記加速空洞部本体と前記カソード取り付け部との間の接続部分には、前記空洞の内面が径方向外側に向かって膨出するようにして形成された空洞膨出部が画成され、前記シール部材の内周面は、前記空洞膨出部の内面の一周部を形成するように設けられ、
前記加速空洞部は、所定の周波数の電磁波に共振して前記空洞内に生成される電界によって前記カソードから放出される電子を加速するように構成されている高周波電子銃において、
前記空洞膨出部は、電子を加速する電界が前記空洞内に生成されるときに、該空洞膨出部の表面上に分布する電位によって該表面に生成される電界強度が、放電を引き起こす電界強度よりも低い値に保たれるように形成されていることを特徴とする高周波電子銃。 An accelerating cavity that defines a cavity inside;
A cathode attached to a position facing the cavity in the acceleration cavity and emitting electrons;
The acceleration cavity portion includes a cathode attachment portion to which the cathode is attached, and an acceleration cavity portion main body,
Between the accelerating cavity main body and the cathode mounting part, a conductive seal member is interposed to keep the inside of the cavity airtight, and the seal member is in pressure contact with the cathode mounting part. And an inner peripheral surface extending between the surface on the side pressed against the acceleration cavity main body,
A cavity bulging portion formed such that an inner surface of the cavity bulges radially outward is defined at a connection portion between the acceleration cavity main body and the cathode mounting portion, and the seal The inner peripheral surface of the member is provided so as to form one peripheral portion of the inner surface of the cavity bulge portion,
The acceleration cavity is a high-frequency electron gun configured to accelerate electrons emitted from the cathode by an electric field generated in the cavity by resonating with an electromagnetic wave having a predetermined frequency.
When the electric field for accelerating electrons is generated in the cavity, the electric field intensity generated on the surface by the electric potential distributed on the surface of the hollow bulging part causes the electric field that causes discharge. A high-frequency electron gun characterized by being formed so as to be kept at a value lower than its strength. 請求項７に記載の高周波電子銃において、
前記空洞膨出部は、前記シール部材が前記カソード取り付け部と前記加速空洞部本体との間に介装されたときに、前記シール部材の内周面が、前記カソードから放出される電子の軌道を臨む位置に配置されるように形成されていることを特徴とする高周波電子銃。 In the high frequency electron gun according to claim 7,
When the seal member is interposed between the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body, the inner surface of the seal member is an orbit of electrons emitted from the cathode. A high-frequency electron gun formed so as to be disposed at a position facing the 請求項８に記載の高周波電子銃において、
前記カソード取り付け部の前記空洞膨出部側の面と前記シール部材の内周面との間、および／または前記加速空洞部本体の前記空洞膨出部側の面と前記シール部材の内周面との間が、径方向に段差無く接続されていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 8,
Between the cavity bulging portion side surface of the cathode mounting portion and the inner peripheral surface of the seal member and / or the cavity bulging portion side surface of the accelerating cavity main body and the inner peripheral surface of the seal member A high-frequency electron gun characterized by being connected with no gap in the radial direction. 請求項９に記載の高周波電子銃において、
前記カソード取り付け部の前記空洞に臨む面は、前記加速空洞部本体の中心軸に対し略直交する略平坦な円形に形成され、
前記カソード取り付け部に隣接する前記加速空洞部本体の部分の前記空洞に臨む面は、前記中心軸回りに回転対称な略椀状に湾曲して形成され、
前記空洞膨出部は、径方向にやや拡径された凹部とされ、前記凹部の前記空洞の中心軸側を向いた内周面の少なくとも一周部が前記シール部材の内周面によって形成されていることを特徴とする高周波電子銃。 The high frequency electron gun according to claim 9, wherein
The surface of the cathode mounting portion facing the cavity is formed in a substantially flat circle substantially orthogonal to the central axis of the acceleration cavity main body,
The surface facing the cavity of the portion of the accelerating cavity main body adjacent to the cathode mounting portion is formed to be curved in a substantially bowl shape that is rotationally symmetric about the central axis,
The cavity bulging portion is a concave portion that is slightly enlarged in the radial direction, and at least one circumferential portion of the inner circumferential surface of the concave portion facing the central axis side of the cavity is formed by the inner circumferential surface of the seal member. A high-frequency electron gun characterized by 請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記空洞膨出部は、該空洞膨出部の表面における電界強度が１００ＭＶ/ｍ以下、より好ましくは５０ＭＶ/ｍ以下となるように形成されていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to any one of claims 7 to 10,
The high-frequency electron gun is characterized in that the cavity bulge portion is formed so that the electric field strength on the surface of the cavity bulge portion is 100 MV / m or less, more preferably 50 MV / m or less. 請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記カソード取り付け部と前記加速空洞部本体との間の距離が前記シール部材の内周面の厚さを変更することによって変更可能とされ、前記加速空洞部の共振周波数が変更可能とされていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to any one of claims 7 to 11,
The distance between the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body can be changed by changing the thickness of the inner peripheral surface of the seal member, and the resonance frequency of the acceleration cavity can be changed. A high-frequency electron gun characterized by that. 請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記シール部材の内周面の少なくとも一部に、銅メッキが施されていることを特徴とする高周波電子銃。 The high frequency electron gun according to any one of claims 7 to 12,
A high-frequency electron gun characterized in that copper plating is applied to at least a part of the inner peripheral surface of the seal member. 請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記シール部材は、両側の端面が前記カソード取り付け部および前記加速空洞部本体にそれぞれ圧接されるように設けられた平坦な円筒形状の金属ガスケットとされ、円筒の内面が該シール部材の内周面とされていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to any one of claims 7 to 13,
The seal member is a flat cylindrical metal gasket provided so that both end faces are pressed against the cathode mounting portion and the acceleration cavity main body, and the inner surface of the cylinder is the inner peripheral surface of the seal member. A high-frequency electron gun characterized by 請求項７から請求項１４のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記加速空洞部の内部の空洞に高周波を導入する高周波導入部を有し、
前記加速空洞部は、前記高周波導入部より導入される所定の周波数の電磁波に共振するように構成され、
前記高周波導入部は、高周波を生成する高周波電源から導波管を通して送られる高周波のモードを変換するモードコンバータと、前記モードコンバータでモードが変換された高周波を導く同軸導波管とを有し、
前記モードコンバータには、前記同軸導波管との間に前記同軸導波管内に高周波を導入するための高周波結合部が設けられ、前記モードコンバータは、前記高周波電源から導波管を通して送られるＴＥモードの高周波を該モードコンバータ内でＴＭモードの高周波に変換し、該変換された高周波を前記高周波結合部を介して後続の前記同軸導波管に導入するときに、前記高周波のモードをさらに変換して前記同軸導波管内をＴＥＭモードの高周波が伝達するように構成され、
前記モードコンバータの前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に複数配設され、
前記モードコンバータは、前記同軸導波管側から見た前記高周波結合部における磁場の強さが等しくなりかつ磁場の向きが該同軸導波管の中心軸周りに時計回りもしくは反時計回りのいずれかに揃えられ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。 The high frequency electron gun according to any one of claims 7 to 14,
A high-frequency introduction portion for introducing a high frequency into a cavity inside the acceleration cavity portion;
The acceleration cavity portion is configured to resonate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency introduced from the high-frequency introduction portion,
The high-frequency introduction unit includes a mode converter that converts a high-frequency mode sent through a waveguide from a high-frequency power source that generates a high frequency, and a coaxial waveguide that guides a high-frequency mode converted by the mode converter,
The mode converter is provided with a high frequency coupling portion for introducing a high frequency into the coaxial waveguide between the coaxial waveguide, and the mode converter is a TE that is sent from the high frequency power source through the waveguide. When the high frequency of the mode is converted into the high frequency of the TM mode in the mode converter, and the converted high frequency is introduced into the subsequent coaxial waveguide through the high frequency coupling portion, the high frequency mode is further converted. The TEM mode high frequency is transmitted through the coaxial waveguide,
A plurality of the high-frequency coupling portions of the mode converter are disposed symmetrically and opposed to the central axis of the coaxial waveguide,
In the mode converter, the strength of the magnetic field in the high-frequency coupling portion viewed from the coaxial waveguide side is equal, and the direction of the magnetic field is either clockwise or counterclockwise around the central axis of the coaxial waveguide A high-frequency electron gun characterized by being configured so as to be aligned. 請求項１５に記載の高周波電子銃において、
前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に２つ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 15,
The high-frequency electron gun is characterized in that two high-frequency coupling portions are provided symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide and at opposite positions. 請求項１６に記載の高周波電子銃において、
前記モードコンバータは、前記高周波電源からのＴＥモードの高周波を伝える前記導波管との接続部を有し、前記導波管内を伝達する前記ＴＥモードの高周波が前記接続部を介して前記同軸導波管の中心軸に対して垂直な一方向から該モードコンバータ内に導入されるように構成され、
前記モードコンバータは、さらに、前記接続部から前記同軸導波管を跨ぐように延出して前記同軸導波管の中心軸に対して対称に形成された２つのフィード部を有して該フィード部内に生成される磁場が等しくなるように構成され、前記高周波結合部が前記フィード部と前記同軸導波管との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 16, wherein
The mode converter has a connection portion with the waveguide for transmitting a TE mode high frequency from the high frequency power supply, and the high frequency of the TE mode transmitted through the waveguide is coaxially guided through the connection portion. Configured to be introduced into the mode converter from one direction perpendicular to the central axis of the wave tube,
The mode converter further includes two feed portions extending from the connection portion so as to straddle the coaxial waveguide and formed symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide. The high frequency electron gun is characterized in that the generated magnetic fields are equal to each other, and the high frequency coupling portion is provided between the feed portion and the coaxial waveguide. 請求項７から請求項１４のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記加速空洞部に対する前記カソードの位置を調整して、これにより前記加速空洞部の共振周波数を調整するカソード位置調整手段を有していることを特徴とする高周波電子銃。 The high frequency electron gun according to any one of claims 7 to 14,
A high-frequency electron gun comprising cathode position adjusting means for adjusting a position of the cathode with respect to the acceleration cavity and thereby adjusting a resonance frequency of the acceleration cavity. 請求項１８に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、前記加速空洞部に対して着脱自在に設けられ、
前記カソード位置調整手段は、前記加速空洞部方向に進退可能に設けられ、前記カソードの着脱時の取り付け位置の変化を補正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。 The high-frequency electron gun according to claim 18,
The cathode is provided detachably with respect to the acceleration cavity,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is provided so as to be able to advance and retract in the direction of the acceleration cavity, and is configured to correct a change in an attachment position when the cathode is attached or detached. 請求項１８または請求項１９に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、加熱されて熱電子を放出する熱陰極型のカソードとされ、
前記カソード位置調整手段は、前記カソードの熱による位置の変化を補正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。 The high-frequency electron gun according to claim 18 or 19,
The cathode is a hot cathode type cathode that emits thermoelectrons when heated,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is configured to correct a change in position due to heat of the cathode. 請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記加速空洞部の内部の空洞に高周波を導入する高周波導入部を有し、
前記加速空洞部は、前記高周波導入部より導入される所定の周波数の電磁波に共振するように構成され、
前記高周波導入部は、高周波を生成する高周波電源から導波管を通して送られる高周波のモードを変換するモードコンバータと、前記モードコンバータでモードが変換された高周波を導く同軸導波管とを有し、
前記モードコンバータには、前記同軸導波管との間に前記同軸導波管内に高周波を導入するための高周波結合部が設けられ、前記モードコンバータは、前記高周波電源から導波管を通して送られるＴＥモードの高周波を該モードコンバータ内でＴＭモードの高周波に変換し、該変換された高周波を前記高周波結合部を介して後続の前記同軸導波管に導入するときに、前記高周波のモードをさらに変換して前記同軸導波管内をＴＥＭモードの高周波が伝達するように構成され、
前記モードコンバータの前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に複数配設され、
前記モードコンバータは、前記同軸導波管側から見た前記高周波結合部における磁場の強さが等しくなりかつ磁場の向きが該同軸導波管の中心軸に対して時計回りもしくは反時計回りのいずれかに揃えられ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。 The high-frequency electron gun according to any one of claims 18 to 20,
A high-frequency introduction portion for introducing a high frequency into a cavity inside the acceleration cavity portion;
The acceleration cavity portion is configured to resonate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency introduced from the high-frequency introduction portion,
The high-frequency introduction unit includes a mode converter that converts a high-frequency mode sent through a waveguide from a high-frequency power source that generates a high frequency, and a coaxial waveguide that guides a high-frequency mode converted by the mode converter,
The mode converter is provided with a high frequency coupling portion for introducing a high frequency into the coaxial waveguide between the coaxial waveguide, and the mode converter is a TE that is sent from the high frequency power source through the waveguide. When the high frequency of the mode is converted into the high frequency of the TM mode in the mode converter, and the converted high frequency is introduced into the subsequent coaxial waveguide through the high frequency coupling portion, the high frequency mode is further converted. The TEM mode high frequency is transmitted through the coaxial waveguide,
A plurality of the high-frequency coupling portions of the mode converter are disposed symmetrically and opposed to the central axis of the coaxial waveguide,
In the mode converter, the strength of the magnetic field in the high-frequency coupling unit viewed from the coaxial waveguide side is equal, and the direction of the magnetic field is either clockwise or counterclockwise with respect to the central axis of the coaxial waveguide. A high-frequency electron gun characterized by being configured so as to be aligned. 請求項２１に記載の高周波電子銃において、
前記高周波結合部は、前記同軸導波管の中心軸に対して対称かつ対向位置に２つ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 21,
The high-frequency electron gun is characterized in that two high-frequency coupling portions are provided symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide and at opposite positions. 請求項２２に記載の高周波電子銃において、
前記モードコンバータは、前記高周波電源からのＴＥモードの高周波を伝える前記導波管との接続部を有し、前記導波管内を伝達する前記ＴＥモードの高周波が前記接続部を介して前記同軸導波管の中心軸に対して垂直な方向から該モードコンバータ内に導入されるように構成され、
前記モードコンバータは、さらに、前記接続部から前記同軸導波管を跨ぐように延出して前記同軸導波管の中心軸に対して対称に形成された２つのフィード部を有して該フィード部内に生成される磁場が等しくなるように構成され、前記高周波結合部が前記フィード部と前記同軸導波管との間にそれぞれ設けられていることを特徴とする高周波電子銃。 The high-frequency electron gun according to claim 22,
The mode converter has a connection portion with the waveguide for transmitting a TE mode high frequency from the high frequency power supply, and the high frequency of the TE mode transmitted through the waveguide is coaxially guided through the connection portion. Configured to be introduced into the mode converter from a direction perpendicular to the central axis of the wave tube,
The mode converter further includes two feed portions extending from the connection portion so as to straddle the coaxial waveguide and formed symmetrically with respect to the central axis of the coaxial waveguide. The high frequency electron gun is characterized in that the generated magnetic fields are equal to each other, and the high frequency coupling portion is provided between the feed portion and the coaxial waveguide. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記加速空洞部に対する前記カソードの位置を調整して、これにより前記加速空洞部の共振周波数を調整するカソード位置調整手段を有していることを特徴とする高周波電子銃。 In the high frequency electron gun according to any one of claims 1 to 3,
A high-frequency electron gun comprising cathode position adjusting means for adjusting a position of the cathode with respect to the acceleration cavity and thereby adjusting a resonance frequency of the acceleration cavity. 請求項２４に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、前記加速空洞部に対して着脱自在に設けられ、
前記カソード位置調整手段は、前記加速空洞部方向に進退可能に設けられ、前記カソードの着脱時の取り付け位置の変化を補正す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。 The high-frequency electron gun according to claim 24,
The cathode is provided detachably with respect to the acceleration cavity,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is provided so as to be able to advance and retreat in the direction of the acceleration cavity, and is configured to correct a change in an attachment position when the cathode is attached or detached. 請求項２４または請求項２５に記載の高周波電子銃において、
前記カソードは、加熱されて熱電子を放出する熱陰極型のカソードとされ、
前記カソード位置調整手段は、前記加速空洞部方向に進退可能に設けられ、前記カソードの熱による位置の変化を補正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。 The high-frequency electron gun according to claim 24 or claim 25,
The cathode is a hot cathode type cathode that emits thermoelectrons when heated,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the cathode position adjusting means is provided so as to be movable back and forth in the direction of the acceleration cavity, and is configured to correct a change in position due to heat of the cathode. 請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の高周波電子銃において、
前記高周波の周波数は、Ｘバンド帯域の周波数とされていることを特徴とする高周波電子銃。

In the high frequency electron gun according to any one of claims 1 to 26,
The high-frequency electron gun according to claim 1, wherein the high-frequency frequency is an X-band frequency.

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