JP3537779B2 - フォトカソードの製作方法 - Google Patents
フォトカソードの製作方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電子発生用レー
ザーをフォトカソードに照射し、所望のエネルギーの電
子ビームを生成するフォトカソード電子銃に用いられる
フォトカソードと、このフォトカソードの製作方法、及
び、そのフォトカソードを備えたフォトカソード高周波
電子銃に関する。
ザーをフォトカソードに照射し、所望のエネルギーの電
子ビームを生成するフォトカソード電子銃に用いられる
フォトカソードと、このフォトカソードの製作方法、及
び、そのフォトカソードを備えたフォトカソード高周波
電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】先ず、フォトカソード電子銃について、
図６を用いて説明する。図６は、フォトカソード電子
銃、特に、フォトカソード高周波電子銃２００と言われ
るタイプの電子銃の構成を示す縦断側面図である。
図６を用いて説明する。図６は、フォトカソード電子
銃、特に、フォトカソード高周波電子銃２００と言われ
るタイプの電子銃の構成を示す縦断側面図である。
【０００３】図６に示すように、フォトカソード高周波
電子銃２００は主として、電子ビーム（図中ｅ-で表
示）を加速する加速電場を発生させる高周波加速空洞２
２０、この高周波加速空洞２２０の上部の内壁２３０の
中心部に取り付けられ、光電効果により光電子を生成す
るフォトカソード２１０、図示しない高周波供給装置か
らの高周波をこの高周波加速空洞２２０に供給する高周
波導波管（図示せず）から構成されている。なお、フォ
トカソード高周波電子銃２００の内壁２３０は、電気伝
導率や強度、加工のしやすさという点から銅で構成され
ている。
電子銃２００は主として、電子ビーム（図中ｅ-で表
示）を加速する加速電場を発生させる高周波加速空洞２
２０、この高周波加速空洞２２０の上部の内壁２３０の
中心部に取り付けられ、光電効果により光電子を生成す
るフォトカソード２１０、図示しない高周波供給装置か
らの高周波をこの高周波加速空洞２２０に供給する高周
波導波管（図示せず）から構成されている。なお、フォ
トカソード高周波電子銃２００の内壁２３０は、電気伝
導率や強度、加工のしやすさという点から銅で構成され
ている。
【０００４】次に、フォトカソード高周波電子銃２００
により、電子ビームを生成する方法について、図６を用
いて説明する。先ず、図示しない、電子発生用レーザー
発生装置で生成された光電子発生用レーザーＬ２を、フ
ォトカソード高周波電子銃２００の石英窓２０２からフ
ォトカソード２１０に斜めに照射する。
により、電子ビームを生成する方法について、図６を用
いて説明する。先ず、図示しない、電子発生用レーザー
発生装置で生成された光電子発生用レーザーＬ２を、フ
ォトカソード高周波電子銃２００の石英窓２０２からフ
ォトカソード２１０に斜めに照射する。
【０００５】これにより、フォトカソード２１０の表面
には光電効果により光電子が生成される。外部の高周波
供給装置（図示せず）により、高周波導波管を介してフ
ォトカソード高周波電子銃２００に供給される高周波
が、高周波加速空洞２２０内で共振することにより加速
電場が生成され、この生成された加速電場で、フォトカ
ソード２１０上の光電子を所望のエネルギーに加速す
る。
には光電効果により光電子が生成される。外部の高周波
供給装置（図示せず）により、高周波導波管を介してフ
ォトカソード高周波電子銃２００に供給される高周波
が、高周波加速空洞２２０内で共振することにより加速
電場が生成され、この生成された加速電場で、フォトカ
ソード２１０上の光電子を所望のエネルギーに加速す
る。
【０００６】このフォトカソード高周波電子銃２００の
フォトカソード２１０の材質は、内壁２３０と同じ素材
の銅が、従来より用いられている。しかし、銅は、カソ
ード２１０に照射されるレーザーから電子へ変換する効
率である量子効率が、１０-5〜１０-4程度と低いため、
レーザーのエネルギーを１パルス当たり１００μＪとし
ても、０．２ｎＣ〜２ｎＣ程度の電子ビームしか得られ
ないことになる。この対策として、高出力の電子発生用
レーザー発生装置を用いるようにすると、装置が大型化
し、また、消費電力量も増大し、維持コストが過大にな
るという問題が生じる。
フォトカソード２１０の材質は、内壁２３０と同じ素材
の銅が、従来より用いられている。しかし、銅は、カソ
ード２１０に照射されるレーザーから電子へ変換する効
率である量子効率が、１０-5〜１０-4程度と低いため、
レーザーのエネルギーを１パルス当たり１００μＪとし
ても、０．２ｎＣ〜２ｎＣ程度の電子ビームしか得られ
ないことになる。この対策として、高出力の電子発生用
レーザー発生装置を用いるようにすると、装置が大型化
し、また、消費電力量も増大し、維持コストが過大にな
るという問題が生じる。
【０００７】そこで、フォトカソード高周波電子銃２０
０に用いられるフォトカソード２１０の素材として、銅
よりも量子効率が１桁大きいマグネシウムを用いるフォ
トカソード２１０が開発されている。
０に用いられるフォトカソード２１０の素材として、銅
よりも量子効率が１桁大きいマグネシウムを用いるフォ
トカソード２１０が開発されている。
【０００８】このマグネシウムを用いたフォトカソード
２１０の製作方法について、図７（ａ）、（ｂ）を用い
て説明する。図７は、図６の一部拡大図で、同図（ａ）
は内壁２３０にフォトカソード２１０を埋め込む前の縦
断側面図で、同図（ｂ）は内壁２３０にフォトカソード
２１０を埋め込んだ後の縦断側面図である。
２１０の製作方法について、図７（ａ）、（ｂ）を用い
て説明する。図７は、図６の一部拡大図で、同図（ａ）
は内壁２３０にフォトカソード２１０を埋め込む前の縦
断側面図で、同図（ｂ）は内壁２３０にフォトカソード
２１０を埋め込んだ後の縦断側面図である。
【０００９】先ず、図７（ａ）に示すように、銅を素材
として円盤状に形成されたフォトカソード高周波電子銃
２００の高周波加速空洞２２０の内壁２３０の中心部
に、フォトカソード２１０を埋め込むための穴２３０ａ
を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、この穴２
３０ａにマグネシウムで構成されたフォトカソード２１
０を埋め込み、プレスすることにより製作される。この
内壁２３０にフォトカソード２１０を埋め込んだ一体物
を、図６に示すように、フォトカソード高周波電子銃２
００の高周波加速空洞２２０の上部に取り付けることに
より、フォトカソード高周波電子銃２００のフォトカソ
ード２１０として供される。
として円盤状に形成されたフォトカソード高周波電子銃
２００の高周波加速空洞２２０の内壁２３０の中心部
に、フォトカソード２１０を埋め込むための穴２３０ａ
を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、この穴２
３０ａにマグネシウムで構成されたフォトカソード２１
０を埋め込み、プレスすることにより製作される。この
内壁２３０にフォトカソード２１０を埋め込んだ一体物
を、図６に示すように、フォトカソード高周波電子銃２
００の高周波加速空洞２２０の上部に取り付けることに
より、フォトカソード高周波電子銃２００のフォトカソ
ード２１０として供される。
【００１０】このように、銅よりも量子効率が１桁大き
いマグネシウム材料で製作したフォトカソード２１０を
用いると、同じ出力の電子発生用レーザー発生装置を用
いても、２ｎＣ〜２０ｎＣ程度の電荷の電子ビームを発
生させることができる。或いは、銅で製作したフォトカ
ソード２１０と同量の電子の電荷量で十分とした場合
は、１桁小さい、１０分の１程度の出力の電子発生用レ
ーザー発生装置で済むので、装置がコンパクト化し、ま
た、省電力化が可能になり、維持コストを削減すること
ができる。
いマグネシウム材料で製作したフォトカソード２１０を
用いると、同じ出力の電子発生用レーザー発生装置を用
いても、２ｎＣ〜２０ｎＣ程度の電荷の電子ビームを発
生させることができる。或いは、銅で製作したフォトカ
ソード２１０と同量の電子の電荷量で十分とした場合
は、１桁小さい、１０分の１程度の出力の電子発生用レ
ーザー発生装置で済むので、装置がコンパクト化し、ま
た、省電力化が可能になり、維持コストを削減すること
ができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、従来のフォトカソードは、銅で製作された円盤状
の高周波加速空洞の上部の内壁に、マグネシウム素材の
フォトカソードを埋め込み、プレスすることにより製作
されていた。
うに、従来のフォトカソードは、銅で製作された円盤状
の高周波加速空洞の上部の内壁に、マグネシウム素材の
フォトカソードを埋め込み、プレスすることにより製作
されていた。
【００１２】この従来方法で製作されたフォトカソード
は、銅とマグネシウムとでは線膨張係数が違い、フォト
カソード高周波電子銃の高周波加速空洞の温度変化によ
り、銅製の内壁とマグネシウム製のフォトカソードとの
接合部分に隙間や段差が生じてしまう。
は、銅とマグネシウムとでは線膨張係数が違い、フォト
カソード高周波電子銃の高周波加速空洞の温度変化によ
り、銅製の内壁とマグネシウム製のフォトカソードとの
接合部分に隙間や段差が生じてしまう。
【００１３】フォトカソード高周波電子銃では、フォト
カソード面で１００ＭＶ／ｍ程度の強力な電場を発生さ
せ、フォトカソード上に生成される光電子の発生と同期
してこの光電子を加速する。このため、内壁とフォトカ
ソードとの接触面に隙間や段差が生じると放電の原因と
なり、安定した電子ビームの生成と加速ができなくなっ
てしまうという問題があった。
カソード面で１００ＭＶ／ｍ程度の強力な電場を発生さ
せ、フォトカソード上に生成される光電子の発生と同期
してこの光電子を加速する。このため、内壁とフォトカ
ソードとの接触面に隙間や段差が生じると放電の原因と
なり、安定した電子ビームの生成と加速ができなくなっ
てしまうという問題があった。
【００１４】この対策に、高周波加速空洞全体をマグネ
シウムで構成することも考えられるが、マグネシウムの
材料特性は、切削加工に優れているが、ヤング率やせん
断弾性係数、引っ張り強さ等が小さいために、フォトカ
ソード及び高周波加速空洞全体をマグネシウムで製作す
ることは困難である。
シウムで構成することも考えられるが、マグネシウムの
材料特性は、切削加工に優れているが、ヤング率やせん
断弾性係数、引っ張り強さ等が小さいために、フォトカ
ソード及び高周波加速空洞全体をマグネシウムで製作す
ることは困難である。
【００１５】本発明は、上記課題を解決し、フォトカソ
ード電子銃の内壁とフォトカソードとの接合部分に間隙
や段差が生じないフォトカソード、そのフォトカソード
の製作方法、及び、そのフォトカソードを用いたフォト
カソード高周波電子銃を提供することを目的とする。
ード電子銃の内壁とフォトカソードとの接合部分に間隙
や段差が生じないフォトカソード、そのフォトカソード
の製作方法、及び、そのフォトカソードを用いたフォト
カソード高周波電子銃を提供することを目的とする。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、光電子発生用レーザーをフォトカソードに照射し、
所望のエネルギーの電子ビームを生成するフォトカソー
ド電子銃に用いられるフォトカソードで、かつ、このフ
ォトカソードが取り付けられる前記フォトカソード電子
銃の内壁と、前記フォトカソードとは異なる素材が用い
られるフォトカソードの製作方法において、先ず、上記
フォトカソード電子銃の内壁に設けたフォトカソードの
埋め込み用穴にフォトカソードを押し込み、次に、前記
内壁と同一素材で構成された蓋体を被せて溶接して一体
物と成し、次に、この一体物を加圧・加熱容器内で、所
定の圧力、所定の昇温時間で、所定の温度に昇温し、か
つ、昇温後は所定の圧力、所定の時間、所定の温度で加
圧・加熱保持し、次に、この一体物を切削・研磨加工
し、前記内壁と前記フォトカソードとの接合部分に、前
記内壁を構成する素材とフォトカソードを構成する素材
との拡散接合層を形成するようにしたフォトカソードの
制作方法が提供される。
と、光電子発生用レーザーをフォトカソードに照射し、
所望のエネルギーの電子ビームを生成するフォトカソー
ド電子銃に用いられるフォトカソードで、かつ、このフ
ォトカソードが取り付けられる前記フォトカソード電子
銃の内壁と、前記フォトカソードとは異なる素材が用い
られるフォトカソードの製作方法において、先ず、上記
フォトカソード電子銃の内壁に設けたフォトカソードの
埋め込み用穴にフォトカソードを押し込み、次に、前記
内壁と同一素材で構成された蓋体を被せて溶接して一体
物と成し、次に、この一体物を加圧・加熱容器内で、所
定の圧力、所定の昇温時間で、所定の温度に昇温し、か
つ、昇温後は所定の圧力、所定の時間、所定の温度で加
圧・加熱保持し、次に、この一体物を切削・研磨加工
し、前記内壁と前記フォトカソードとの接合部分に、前
記内壁を構成する素材とフォトカソードを構成する素材
との拡散接合層を形成するようにしたフォトカソードの
制作方法が提供される。
【００２９】具体的にはこのような工程で製作すると、
内壁を構成する原子とフォトカソードを構成する原子と
が拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が短く
なり、拡散接合の効率が向上したフォトカソードの製作
方法とすることができる。また、各設定値を調整するこ
とで、フォトカソードに用いる素材の特性を損なわない
ようにすることが可能である。
内壁を構成する原子とフォトカソードを構成する原子と
が拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が短く
なり、拡散接合の効率が向上したフォトカソードの製作
方法とすることができる。また、各設定値を調整するこ
とで、フォトカソードに用いる素材の特性を損なわない
ようにすることが可能である。
【００３０】本発明においては、上記フォトカソード電
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物を加圧・加熱容器
内で昇温する際の所定の圧力を５００乃至１２００気
圧、所定の昇温時間を約２時間、所定の温度を３００乃
至４７５℃とするようにしてもよい。
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物を加圧・加熱容器
内で昇温する際の所定の圧力を５００乃至１２００気
圧、所定の昇温時間を約２時間、所定の温度を３００乃
至４７５℃とするようにしてもよい。
【００３１】具体的にはこのような各設定値で一体物を
昇温すると、内壁を構成する銅原子とフォトカソードを
構成するマグネシウム原子とが拡散し、それぞれの原子
間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上する。また、
フォトカソードに用いられる量子効率が良好であるとい
うマグネシウムの優れた特性を維持することができる。
昇温すると、内壁を構成する銅原子とフォトカソードを
構成するマグネシウム原子とが拡散し、それぞれの原子
間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上する。また、
フォトカソードに用いられる量子効率が良好であるとい
うマグネシウムの優れた特性を維持することができる。
【００３２】本発明においては、上記フォトカソード電
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の圧
力を、５００乃至１２００気圧とするようにしてもよ
い。
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の圧
力を、５００乃至１２００気圧とするようにしてもよ
い。
【００３３】具体的にはこのような設定圧力で一体物を
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。
【００３４】本発明においては、上記フォトカソード電
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の温
度を、３００乃至４７５℃とするようにしてもよい。
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の温
度を、３００乃至４７５℃とするようにしてもよい。
【００３５】具体的にはこのような設定温度で一体物を
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良好
であるというマグネシウムの優れた特性を維持すること
ができる。
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良好
であるというマグネシウムの優れた特性を維持すること
ができる。
【００３６】本発明においては、上記フォトカソード電
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の時
間を、２乃至５時間とするようにしてもよい。
子銃の内壁の素材に銅を用い、上記フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、上記一体物の昇温後、この一
体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の時
間を、２乃至５時間とするようにしてもよい。
【００３７】具体的にはこのような設定時間で一体物を
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良好
であるというマグネシウムの優れた特性を維持すること
ができる。更に、高品位のフォトカソードの製作効率が
向上する。
加圧・加熱保持すると、内壁を構成する銅原子とフォト
カソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、それ
ぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上す
る。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良好
であるというマグネシウムの優れた特性を維持すること
ができる。更に、高品位のフォトカソードの製作効率が
向上する。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明のフォトカソード１
０及びそのフォトカソードの製作方法について、図１乃
至図５を用い、図６及び図７を参照して説明する。図１
は、本発明のフォトカソード１０の構造を示す縦断側面
図である。図２は、本発明のフォトカソード１０の製作
方法の第１工程を示す縦断側面図である。図３は、本発
明のフォトカソード１０の製作方法の第２工程を示す縦
断側面図である。図４は、本発明のフォトカソード１０
の製作方法の第３工程を示す縦断側面図である。図５
は、本発明のフォトカソード１０の製作方法の第４工程
を示す縦断側面図である。
０及びそのフォトカソードの製作方法について、図１乃
至図５を用い、図６及び図７を参照して説明する。図１
は、本発明のフォトカソード１０の構造を示す縦断側面
図である。図２は、本発明のフォトカソード１０の製作
方法の第１工程を示す縦断側面図である。図３は、本発
明のフォトカソード１０の製作方法の第２工程を示す縦
断側面図である。図４は、本発明のフォトカソード１０
の製作方法の第３工程を示す縦断側面図である。図５
は、本発明のフォトカソード１０の製作方法の第４工程
を示す縦断側面図である。
【００３９】本発明の特徴は、図１に示すように、後述
する拡散接合法によりフォトカソード１０と、それを固
定支持するフォトカソード高周波電子銃２００の高周波
加速空洞２２０（図６参照）の上部の内壁２０との接合
部分において、線膨張係数の不連続性を是正し、この接
合部分に間隙や段差が生じるのを防止することである。
従って、図１乃至図５を用い、図７を参照して、この拡
散接合法について説明する。
する拡散接合法によりフォトカソード１０と、それを固
定支持するフォトカソード高周波電子銃２００の高周波
加速空洞２２０（図６参照）の上部の内壁２０との接合
部分において、線膨張係数の不連続性を是正し、この接
合部分に間隙や段差が生じるのを防止することである。
従って、図１乃至図５を用い、図７を参照して、この拡
散接合法について説明する。
【００４０】本発明のフォトカソード１０を製作する拡
散接合法は、第１工程として、図２に示すように、図７
の従来の製作法同様に、銅製で円盤状に形成された高周
波加速空洞２２０の内壁２０に、マグネシウム製のフォ
トカソード１０の埋め込み穴２０ａを形成する。
散接合法は、第１工程として、図２に示すように、図７
の従来の製作法同様に、銅製で円盤状に形成された高周
波加速空洞２２０の内壁２０に、マグネシウム製のフォ
トカソード１０の埋め込み穴２０ａを形成する。
【００４１】次に、第２工程では、図３に示すように、
この埋め込み穴２０ａにフォトカソード１０を押し込
め、マグネシウム製のフォトカソード１０は、内壁２０
の表面と同じ高さになるように切削加工される。
この埋め込み穴２０ａにフォトカソード１０を押し込
め、マグネシウム製のフォトカソード１０は、内壁２０
の表面と同じ高さになるように切削加工される。
【００４２】第３工程では、図４に示すように、真空容
器４０内で、銅円盤状の蓋体３０と、内壁２０にフォト
カソード１０が埋め込まれた状態で、蓋体３０を被せ、
この状態で蓋体３０との境界面を矢印で示す位置２２で
電子ビーム溶接し、一体物３２を成す。
器４０内で、銅円盤状の蓋体３０と、内壁２０にフォト
カソード１０が埋め込まれた状態で、蓋体３０を被せ、
この状態で蓋体３０との境界面を矢印で示す位置２２で
電子ビーム溶接し、一体物３２を成す。
【００４３】第４工程では、この一体物３２を加圧・加
熱容器５０内で、５００乃至１２００気圧下で、約２時
間の昇温時間で、３００乃至４７５℃に昇温し、昇温後
は、５００乃至１２００気圧下で、３００乃至４７５℃
の温度で２乃至５時間加圧・加熱保持する。すると、こ
の接合部分において各原子が拡散し合い、また、各原子
の原子間距離が短くなり、拡散接合層が形成される。そ
の後、フォトカソード高周波電子銃に装着する好適な形
状とするために、この一体物３２を切削・研磨加工す
る。
熱容器５０内で、５００乃至１２００気圧下で、約２時
間の昇温時間で、３００乃至４７５℃に昇温し、昇温後
は、５００乃至１２００気圧下で、３００乃至４７５℃
の温度で２乃至５時間加圧・加熱保持する。すると、こ
の接合部分において各原子が拡散し合い、また、各原子
の原子間距離が短くなり、拡散接合層が形成される。そ
の後、フォトカソード高周波電子銃に装着する好適な形
状とするために、この一体物３２を切削・研磨加工す
る。
【００４４】ここで、設定温度の上限４７５℃は、マグ
ネシウムの融点が６５０℃、銅の融点は１０８３℃であ
るので、マグネシウムの融点まで温度を上げると、マグ
ネシウムの特性を失う恐れがあるあること、また、マグ
ネシウムと銅との混合物では成分比により融点が純粋な
マグネシウムの融点より低いため、例えば、マグネシウ
ムの成分が８５．５％、銅が１４．５％の成分比では融
点が４７５℃であるため、これ以上温度を上げると、金
属間化合物が生成される恐れがあるため設定されたもの
である。これにより、フォトカソードの素材としてのマ
グネシウムの優れた特性が損なわれるのを防止すること
ができる。また、設定温度の下限３００℃は、一定の圧
力下で、マグネシウムと銅の各原子が拡散を起こし易く
なるための下限の温度として設定されたものである。
ネシウムの融点が６５０℃、銅の融点は１０８３℃であ
るので、マグネシウムの融点まで温度を上げると、マグ
ネシウムの特性を失う恐れがあるあること、また、マグ
ネシウムと銅との混合物では成分比により融点が純粋な
マグネシウムの融点より低いため、例えば、マグネシウ
ムの成分が８５．５％、銅が１４．５％の成分比では融
点が４７５℃であるため、これ以上温度を上げると、金
属間化合物が生成される恐れがあるため設定されたもの
である。これにより、フォトカソードの素材としてのマ
グネシウムの優れた特性が損なわれるのを防止すること
ができる。また、設定温度の下限３００℃は、一定の圧
力下で、マグネシウムと銅の各原子が拡散を起こし易く
なるための下限の温度として設定されたものである。
【００４５】一方、設定圧力の下限５００気圧は、銅と
マグネシウムが原子レベルで原子間距離が最小となるた
めに必要となる圧力として設定されたものである。ま
た、設定圧力の上限１２００気圧は、経験的に、原子の
拡散速度と原子間距離の縮小速度が飽和する近辺の圧力
として設定されたものである。２乃至５時間の加圧・加
熱保持時間については、加熱の設定温度が、３００乃至
４７５℃と低く設定しているために、この程度の時間は
保持しておく必要があるという観点から設定されてい
る。
マグネシウムが原子レベルで原子間距離が最小となるた
めに必要となる圧力として設定されたものである。ま
た、設定圧力の上限１２００気圧は、経験的に、原子の
拡散速度と原子間距離の縮小速度が飽和する近辺の圧力
として設定されたものである。２乃至５時間の加圧・加
熱保持時間については、加熱の設定温度が、３００乃至
４７５℃と低く設定しているために、この程度の時間は
保持しておく必要があるという観点から設定されてい
る。
【００４６】上記第１乃至第４の工程を経ると、図１に
示すように、内壁２０とフォトカソード１０との接合部
分に、内壁２０を構成する銅と、フォトカソード１０を
構成するマグネシウムとの拡散接合層１２を形成したフ
ォトカソード１０が製作される。
示すように、内壁２０とフォトカソード１０との接合部
分に、内壁２０を構成する銅と、フォトカソード１０を
構成するマグネシウムとの拡散接合層１２を形成したフ
ォトカソード１０が製作される。
【００４７】この拡散接合層１２では、マグネシウムと
銅との構成比率がほぼ連続的に変化し、従って、接合部
分における線膨張係数の不連続性が大幅に改善され、内
壁２０とフォトカソード１０との接合部分１２に間隙や
段差が生じる恐れが無くなり、フォトカソード高周波電
子銃の運転中に、放電により電子ビームの発生加速がで
きなくなるという問題を解決できる。
銅との構成比率がほぼ連続的に変化し、従って、接合部
分における線膨張係数の不連続性が大幅に改善され、内
壁２０とフォトカソード１０との接合部分１２に間隙や
段差が生じる恐れが無くなり、フォトカソード高周波電
子銃の運転中に、放電により電子ビームの発生加速がで
きなくなるという問題を解決できる。
【００４８】従って、本発明のフォトカソードの製作方
法で製作したフォトカソード１０をフォトカソード電子
銃内に組み込めば、量子効率に優れ、かつ、安定に電子
ビームを生成できるフォトカソード電子銃とすることが
できる。
法で製作したフォトカソード１０をフォトカソード電子
銃内に組み込めば、量子効率に優れ、かつ、安定に電子
ビームを生成できるフォトカソード電子銃とすることが
できる。
【００４９】また、第４工程で説明したように、一体物
３２を加圧・加熱容器５０内で、上記設定気圧、設定温
度、設定昇温時間で昇温し、昇温後は、設定圧力、設定
温度で設定時間加圧・加熱保持するようにしたために、
拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が短くな
り、拡散接合の効率が向上させることができる。
３２を加圧・加熱容器５０内で、上記設定気圧、設定温
度、設定昇温時間で昇温し、昇温後は、設定圧力、設定
温度で設定時間加圧・加熱保持するようにしたために、
拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が短くな
り、拡散接合の効率が向上させることができる。
【００５０】次に、本発明のフォトカソード高周波電子
銃について簡単に説明すると、本発明のフォトカソード
高周波電子銃は、図７に示した従来の方法で製作された
フォトカソードに替えて、本発明のフォトカソード１０
を用いるようにしたものである。このようにすると、電
子ビームの発生強度を維持したままで、高周波加速空洞
に高電圧の高周波を供給しても放電の恐れがないので、
安定した電子ビームが提供できるようになり、特に、こ
のタイプのフォトカソード電子銃に対して効果的であ
る。
銃について簡単に説明すると、本発明のフォトカソード
高周波電子銃は、図７に示した従来の方法で製作された
フォトカソードに替えて、本発明のフォトカソード１０
を用いるようにしたものである。このようにすると、電
子ビームの発生強度を維持したままで、高周波加速空洞
に高電圧の高周波を供給しても放電の恐れがないので、
安定した電子ビームが提供できるようになり、特に、こ
のタイプのフォトカソード電子銃に対して効果的であ
る。
【００５１】具体的には、本発明のフォトカソード１０
を用いたフォトカソード高周波電子銃では、このフォト
カソード１０に波長２６２ｎｍ、出力エネルギー１００
μＪの時間幅がピコ秒パルスレーザーを照射し、また、
高周波加速空洞２２０（図６参照）内に１００ＭＶ／ｍ
程度の電場を発生させた場合、最大約２０ｎＣで、４Ｍ
ｅＶ程度の高エネルギー、かつ、高強度のピコ秒電子ビ
ームパルスを生成することが可能になる。
を用いたフォトカソード高周波電子銃では、このフォト
カソード１０に波長２６２ｎｍ、出力エネルギー１００
μＪの時間幅がピコ秒パルスレーザーを照射し、また、
高周波加速空洞２２０（図６参照）内に１００ＭＶ／ｍ
程度の電場を発生させた場合、最大約２０ｎＣで、４Ｍ
ｅＶ程度の高エネルギー、かつ、高強度のピコ秒電子ビ
ームパルスを生成することが可能になる。
【００５２】本発明のフォトカソードと、このフォトカ
ソードの製作方法は、上記実施の形態に限定されず種々
の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、フ
ォトカソードとフォトカソードを固定保持する高周波加
速空洞の内壁との接合部分に、拡散結合層を生成する例
を用いて説明した。しかし、上述したように、本発明の
特徴は、フォトカソードと、この内壁との接合部分にお
いて、線膨張係数の不連続性を是正し、この接合部分に
間隙や段差が生じるのを防止することである。従って、
必ずしも上述した製作方法で拡散接合層を形成するもの
に限定されるものではなく、例えば、異種の金属材料の
一方を回転させて、押し付けて接合する摩擦接合法や、
加熱してプレス等で内壁に押し込める鍛接法や、異種金
属材料を加熱して接合面に融液ができたら急冷するＩＬ
Ｐ接合法等を用いて、フォトカソードの素材と内壁の素
材との混合層を形成する方法も有効である。
ソードの製作方法は、上記実施の形態に限定されず種々
の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、フ
ォトカソードとフォトカソードを固定保持する高周波加
速空洞の内壁との接合部分に、拡散結合層を生成する例
を用いて説明した。しかし、上述したように、本発明の
特徴は、フォトカソードと、この内壁との接合部分にお
いて、線膨張係数の不連続性を是正し、この接合部分に
間隙や段差が生じるのを防止することである。従って、
必ずしも上述した製作方法で拡散接合層を形成するもの
に限定されるものではなく、例えば、異種の金属材料の
一方を回転させて、押し付けて接合する摩擦接合法や、
加熱してプレス等で内壁に押し込める鍛接法や、異種金
属材料を加熱して接合面に融液ができたら急冷するＩＬ
Ｐ接合法等を用いて、フォトカソードの素材と内壁の素
材との混合層を形成する方法も有効である。
【００５３】また、フォトカソードに用いられる素材、
内壁に用いられる素材は、上記実施の形態には限定され
ない。本発明は、フォトカソードに用いられる素材、内
壁に用いられる素材がそれぞれ異なる場合に適用される
が、フォトカソードには、量子効率が優れた素材が用い
られることが望ましい。特に、フォトカソードに用いら
れる素材は、マグネシウム（Ｍｇ）以外に、量子効率が
大きいサマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、イッ
トリウム（Ｙ）等の金属単体、或いは、合金、金属化合
物、又は、ＷＢａＯ、Ｃｓ2Ｔｅ等の化合物を用いるよ
うにしてもよい。
内壁に用いられる素材は、上記実施の形態には限定され
ない。本発明は、フォトカソードに用いられる素材、内
壁に用いられる素材がそれぞれ異なる場合に適用される
が、フォトカソードには、量子効率が優れた素材が用い
られることが望ましい。特に、フォトカソードに用いら
れる素材は、マグネシウム（Ｍｇ）以外に、量子効率が
大きいサマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、イッ
トリウム（Ｙ）等の金属単体、或いは、合金、金属化合
物、又は、ＷＢａＯ、Ｃｓ2Ｔｅ等の化合物を用いるよ
うにしてもよい。
【００５４】更に、フォトカソードと内壁との接合部分
に拡散接合層を形成する際に示した昇温時間、昇温温
度、加圧圧力、加熱温度、加熱・保持時間等は、拡散接
合層を形成する効率の観点、及び、フォトカソードに用
いているマグネシウムの優れた特性を維持する観点よ
り、上記実施の形態に示したものが好適であるが、フォ
トカソードや内壁の構成素材に対応して、適宜変更した
としても、本発明の範囲に含まれるのは勿論のことであ
る。
に拡散接合層を形成する際に示した昇温時間、昇温温
度、加圧圧力、加熱温度、加熱・保持時間等は、拡散接
合層を形成する効率の観点、及び、フォトカソードに用
いているマグネシウムの優れた特性を維持する観点よ
り、上記実施の形態に示したものが好適であるが、フォ
トカソードや内壁の構成素材に対応して、適宜変更した
としても、本発明の範囲に含まれるのは勿論のことであ
る。
【００５５】なお、上記実施の形態では、フォトカソー
ドはフォトカソード高周波電子銃に用いられる場合を想
定して説明したが、本発明のフォトカソードは、他の型
のフォトカソード電子銃に用いられる場合でも本発明の
範囲に含まれるのは勿論のことである。
ドはフォトカソード高周波電子銃に用いられる場合を想
定して説明したが、本発明のフォトカソードは、他の型
のフォトカソード電子銃に用いられる場合でも本発明の
範囲に含まれるのは勿論のことである。
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【発明の効果】請求項１に記載したような工程とする
と、内壁を構成する原子とフォトカソードを構成する原
子とが拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が
短くなり、拡散接合の効率が向上したフォトカソードの
製作方法とすることができる。また、各設定値を調整す
ることで、フォトカソードに用いる素材の特性を損なわ
ないようにすることが可能である。
と、内壁を構成する原子とフォトカソードを構成する原
子とが拡散する速度が速まり、それぞれの原子間距離が
短くなり、拡散接合の効率が向上したフォトカソードの
製作方法とすることができる。また、各設定値を調整す
ることで、フォトカソードに用いる素材の特性を損なわ
ないようにすることが可能である。
【００６３】請求項２に記載したように、フォトカソー
ド電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、一体物を加圧・加熱容器内で
昇温する際の所定の圧力を５００乃至１２００気圧、所
定の昇温時間を約２時間、所定の温度を３００乃至４７
５℃とするようにすると、内壁を構成する銅原子とフォ
トカソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、そ
れぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上
する。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良
好であるというマグネシウムの優れた特性を維持するこ
とができる。
ド電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、一体物を加圧・加熱容器内で
昇温する際の所定の圧力を５００乃至１２００気圧、所
定の昇温時間を約２時間、所定の温度を３００乃至４７
５℃とするようにすると、内壁を構成する銅原子とフォ
トカソードを構成するマグネシウム原子とが拡散し、そ
れぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合の効率が向上
する。また、フォトカソードに用いられる量子効率が良
好であるというマグネシウムの優れた特性を維持するこ
とができる。
【００６４】請求項３に記載したように、フォトカソー
ドの素材にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この
一体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の
圧力を、５００乃至１２００気圧とするようにすると、
内壁を構成する銅原子とフォトカソードを構成するマグ
ネシウム原子とが拡散し、それぞれの原子間距離が短く
なり、拡散接合の効率が向上する。
ドの素材にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この
一体物を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の
圧力を、５００乃至１２００気圧とするようにすると、
内壁を構成する銅原子とフォトカソードを構成するマグ
ネシウム原子とが拡散し、それぞれの原子間距離が短く
なり、拡散接合の効率が向上する。
【００６５】請求項４に記載したようにフォトカソード
電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素材
にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この一体物を
加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の温度を、
３００乃至４７５℃とするようにすると、内壁を構成す
る銅原子とフォトカソードを構成するマグネシウム原子
とが拡散し、それぞれの原子間距離が短くなり、拡散接
合の効率が向上する。また、フォトカソードに用いられ
る量子効率が良好であるというマグネシウムの優れた特
性を維持することができる。
電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素材
にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この一体物を
加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の温度を、
３００乃至４７５℃とするようにすると、内壁を構成す
る銅原子とフォトカソードを構成するマグネシウム原子
とが拡散し、それぞれの原子間距離が短くなり、拡散接
合の効率が向上する。また、フォトカソードに用いられ
る量子効率が良好であるというマグネシウムの優れた特
性を維持することができる。
【００６６】請求項５に記載したように、フォトカソー
ド電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この一体物
を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の時間
を、２乃至５時間とするようにすると、内壁を構成する
銅原子とフォトカソードを構成するマグネシウム原子と
が拡散し、それぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合
の効率が向上する。また、フォトカソードに用いられる
量子効率が良好であるというマグネシウムの優れた特性
を維持することができる。更に、高品位のフォトカソー
ドの製作効率が向上する。
ド電子銃の内壁の素材に銅を用い、フォトカソードの素
材にマグネシウムを用い、一体物の昇温後、この一体物
を加圧・加熱容器内で加圧・加熱保持する所定の時間
を、２乃至５時間とするようにすると、内壁を構成する
銅原子とフォトカソードを構成するマグネシウム原子と
が拡散し、それぞれの原子間距離が短くなり、拡散接合
の効率が向上する。また、フォトカソードに用いられる
量子効率が良好であるというマグネシウムの優れた特性
を維持することができる。更に、高品位のフォトカソー
ドの製作効率が向上する。
【図１】本発明のフォトカソードの構造を示す縦断側面
図である。
図である。
【図２】本発明のフォトカソードの製作方法の第１工程
を示す縦断側面図である。
を示す縦断側面図である。
【図３】本発明のフォトカソードの製作方法の第２工程
を示す縦断側面図である。
を示す縦断側面図である。
【図４】本発明のフォトカソードの製作方法の第３工程
を示す縦断側面図である。
を示す縦断側面図である。
【図５】本発明のフォトカソードの製作方法の第４工程
を示す縦断側面図である。
を示す縦断側面図である。
【図６】フォトカソード高周波電子銃の構成を示す縦断
側面図である。
側面図である。
【図７】図６の一部拡大図で、同図（ａ）は内壁にフォ
トカソードを埋め込む前の縦断側面図で、同図（ｂ）は
内壁にフォトカソードを埋め込んだ後の縦断側面図であ
る。
トカソードを埋め込む前の縦断側面図で、同図（ｂ）は
内壁にフォトカソードを埋め込んだ後の縦断側面図であ
る。
１０：フォトカソード
１２：拡散接合層
２０：内壁
３０：蓋体
３２：一体物
５０：加圧・加熱容器
２００：フォトカソード高周波電子銃
Ｌ２：光電子発生用レーザー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｊ 3/02 Ｈ０１Ｊ 3/02
9/12 9/12 Ａ
37/073 37/073
Ｈ０５Ｈ 7/08 Ｈ０５Ｈ 7/08
7/18 7/18
(56)参考文献 特開 平11−45676（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−335155（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−198408（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−93521（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−347122（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−161673（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−298032（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−68875（ＪＰ，Ａ)
特開2001−57168（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/34,1/35
H01J 9/12,9/14
B23K 20/00
Claims (5)
- 【請求項１】光電子発生用レーザーをフォトカソードに
照射し、所望のエネルギーの電子ビームを生成するフォ
トカソード電子銃に用いられるフォトカソードで、か
つ、このフォトカソードが取り付けられる前記フォトカ
ソード電子銃の内壁と、前記フォトカソードとは異なる
素材が用いられるフォトカソードの製作方法において、 先ず、上記フォトカソード電子銃の内壁に設けたフォト
カソードの埋め込み用穴にフォトカソードを押し込み、 次に、前記内壁と同一素材で構成された蓋体を被せて溶
接して一体物と成し、 次に、この一体物を加圧・加熱容器内で、所定の圧力、
所定の昇温時間で、所定の温度に昇温し、かつ、昇温後
は所定の圧力、所定の時間、所定の温度で加圧・加熱保
持し、 次に、この一体物を切削・研磨加工し、 前記内壁と前記フォトカソードとの接合部分に、前記内
壁を構成する素材とフォトカソードを構成する素材との
拡散接合層を形成するようにしたことを特徴とするフォ
トカソードの製作方法。 - 【請求項２】請求項１に記載のフォトカソードの製作方
法において、 上記フォトカソード電子銃の内壁の素材に銅を用い、 上記フォトカソードの素材にマグネシウムを用い、 上記一体物を加圧・加熱容器内で昇温する際の所定の圧
力を５００乃至１２００気圧、所定の昇温時間を約２時
間、所定の温度を３００乃至４７５℃とするようにした
ことを特徴とするフォトカソードの製作方法。 - 【請求項３】請求項１に記載のフォトカソードの製作方
法において、 上記フォトカソード電子銃の内壁の素材に銅を用い、 上記フォトカソードの素材にマグネシウムを用い、 上記一体物の昇温後、この一体物を加圧・加熱容器内で
加圧・加熱保持する所定の圧力を、５００乃至１２００
気圧とするようにしたことを特徴とするフォトカソード
の製作方法。 - 【請求項４】請求項１に記載のフォトカソードの製作方
法において、 上記フォトカソード電子銃の内壁の素材に銅を用い、 上記フォトカソードの素材にマグネシウムを用い、 上記一体物の昇温後、この一体物を加圧・加熱容器内で
加圧・加熱保持する所定の温度を、３００乃至４７５℃
とするようにしたことを特徴とするフォトカソードの製
作方法。 - 【請求項５】請求項１に記載のフォトカソードの製作方
法において、 上記フォトカソード電子銃の内壁の素材に銅を用い、 上記フォトカソードの素材にマグネシウムを用い、 上記一体物の昇温後、この一体物を加圧・加熱容器内で
加圧・加熱保持する所定の時間を、２乃至５時間とする
ようにしたことを特徴とするフォトカソードの製作方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001116187A JP3537779B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | フォトカソードの製作方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001116187A JP3537779B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | フォトカソードの製作方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002313218A JP2002313218A (ja) | 2002-10-25 |
| JP3537779B2 true JP3537779B2 (ja) | 2004-06-14 |
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ID=18966962
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001116187A Expired - Fee Related JP3537779B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | フォトカソードの製作方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3537779B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11417494B2 (en) | 2018-05-17 | 2022-08-16 | Photo Electron Soul Inc. | Incident axis alignment method for electron gun equipped with photocathode, computer program, and electron gun equipped with photocathode |
| WO2023038002A1 (ja) | 2021-09-07 | 2023-03-16 | 株式会社Photo electron Soul | 電子線適用装置における検出データの作成方法および照射対象の画像合成方法、プログラム、記録媒体、並びに、電子線適用装置 |
| WO2023068218A1 (ja) | 2021-10-19 | 2023-04-27 | 株式会社Photo electron Soul | 電子線適用装置および電子線適用装置における検出データの作成方法 |
| WO2023085133A1 (ja) | 2021-11-09 | 2023-05-19 | 株式会社Photo electron Soul | 電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法 |
| US11842879B2 (en) | 2020-09-09 | 2023-12-12 | Photo Electron Soul Inc. | Electron gun, electron gun component, electron beam applicator, and alignment method |
| US12033827B2 (en) | 2019-08-20 | 2024-07-09 | Photo Electron Soul Inc. | Photocathode kit, electron gun, and electron beam applicator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5828429B2 (ja) | 2010-09-27 | 2015-12-09 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 光陰極高周波電子銃空洞装置 |
-
2001
- 2001-04-13 JP JP2001116187A patent/JP3537779B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US11417494B2 (en) | 2018-05-17 | 2022-08-16 | Photo Electron Soul Inc. | Incident axis alignment method for electron gun equipped with photocathode, computer program, and electron gun equipped with photocathode |
| US12033827B2 (en) | 2019-08-20 | 2024-07-09 | Photo Electron Soul Inc. | Photocathode kit, electron gun, and electron beam applicator |
| US11842879B2 (en) | 2020-09-09 | 2023-12-12 | Photo Electron Soul Inc. | Electron gun, electron gun component, electron beam applicator, and alignment method |
| WO2023038002A1 (ja) | 2021-09-07 | 2023-03-16 | 株式会社Photo electron Soul | 電子線適用装置における検出データの作成方法および照射対象の画像合成方法、プログラム、記録媒体、並びに、電子線適用装置 |
| WO2023068218A1 (ja) | 2021-10-19 | 2023-04-27 | 株式会社Photo electron Soul | 電子線適用装置および電子線適用装置における検出データの作成方法 |
| WO2023085133A1 (ja) | 2021-11-09 | 2023-05-19 | 株式会社Photo electron Soul | 電子銃、電子線適用装置およびマルチ電子ビームの形成方法 |
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