JPS59197179A - 超高周波無線電波発生装置用電子ビ−ム注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超高周波無線電波発生装置用電子ビーム注入装
置に係る。特に１本発明は連続電場の作用下にあるサイ
クロイド状通路内の軸に沿って伝搬し、前記軸及び電場
に垂直欧靜磁場を受ける電子ビームの注入装置に係る。

以上に記載の注入装置は、［超高周波用無線電波発生装
置」と題する本出願と同日に本出願人によυ出願された
新特許出願：新しいサイクロトロン共鳴メーザに特に使
用される。電子銃と集電極との間を伝搬する電子ビーム
と共鳴構造内部の高周波電磁場との間のサイクロトロン
型相互作用に基づくこれ等の発生装置において、電子ビ
ームは直流電場によシ生成される偏向速度の作用の下で
横方向磁場内のらせん経路に沿って伝搬し、前記注入装
置は共鳴構造内部に存在する高磁場と同じ磁場を受ける
電子銃によって形成される。

本発生装置に用いられる電子銃は２個の対向電極によ多
形成され、該電極の１つ、すなわち陽極は正のポテンシ
ャル下に置かれ、又他の電極、すなわちソールは負の、
又はゼロポテンシャルの下に置かれ、又陰極はソールの
面内に配置され、該ソールと同一のポテンシャルの下に
置かれ、これ等の電極の少なくとも１つは、電極間距離
が陰極状を有する。この種の電子銃を用い、はぼ一定の
回転半径ｒＬのらせん経路に沿って伝搬する電子ビーム
を得るためには、陽極に印加されるべき電圧は電子ビー
ムのエネルギーを与える供給電圧よシ大きくなければな
らない。

本発明は、新しい形の注入装置を提供することによりと
の欠点を克服することを目的とする。

本発明は更に共鳴構造におけるよシ小さな電子銃に磁場
が用いられることを可能にするものである。

本発明の注入装置は、連続電場の作用の下に軸に沿って
伝搬し、伝搬軸と電場に垂直な静磁場の作用を受け、又
伝搬軸に沿って配置された少なくとも１つの共鳴構造の
電磁場の作用を受ける電子ビームを用いた超高周波用無
線電波発生装置に供されるらせん状経路に沿って伝搬す
る電子ビームを注入するためのものである。本装置は弱
い磁場内に配置された電子銃と、漸進的に増加する磁場
内部に配置され、強磁場内部に配置された共鳴構造と電
子銃との間で磁場に垂直な面内に２つの成分を有する連
続電場を生成する装置とからなる。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明に従う注入装置を
有する超高周波用無線電波発生装置に関する２つの実施
例の説明によシ明らかになる。

第１ａ図に示した発生装置は実質的ＶＣ３つの部分、す
なわち、注入装置１と、共鳴構造２と、集電極３とから
なシ、全体はポテンシャルがゼロの真空容器４内部に配
置される。本発明によって、注入装置１はＸ方向に電子
ビームを発生させる電子銃５と、２方向成分がなく図の
面内に２成分Ｅ　及びＥ　を有する電場Ｅを生成する装
置６とｘ　　　　　　　ｙ により形成される。注入装置１は図の面に垂直な、寸な
わち２方向の静磁場内に配置される。本発明に使用する
磁場は第１ｂ図のＩ、■、■によシそれぞれ示されるよ
うに、電子銃５が低値の磁場Ｂ□の作用を受け、又、装
置６が値Ｂ工から共鳴構造２のレベルの磁場の大きさを
表わす値Ｂ３に漸進増加する磁場Ｂ２の作用を受ける。

更に正確には、電子銃５は互いに相対する２つの平面電
極７，８からなシ、陽極と呼ばれるその１つ７は正のポ
テンシャルＶを受け、又ソールと呼ばれる他の電極は２
つの部分８．８′で構成されて負のポテンシャルＶ。が
与えられ、一方、陰極９はフィラメント１０によシ加熱
され、ソール８と同じポテンシャルＶ　の作用を受ける
。この形の電子銃はＸ方向に、すなわちサイ夕日イド状
のらせん経路に伝搬する電子ビームを従来方法で与える
。図示実施例において、装置６は、例えば、 ｖｏ＜ｖ、　＜ｖ１２＜■１８＜Ｖ１４＜　。

のように直流ポテンシャルの下に配置された４個の電極
１１．１２．１３．１４によって形成される。

この領域では、以下に更に詳述するように、２成分Ｅ　
及びＥｙを有する電場内に存在し、２方Ｘ 向の一様に増加する静磁場の作用を受けた電子は第１ａ
図に示したように回転半径が徐々に減少するらせん経路
に従う運動を惹起される。

次に、電子ビームは共鳴構造２に注入され、ここで高周
波電磁場と相互作用する。共鳴構造２のレベルでは、真
空容器４はＺ軸を有する円筒状をなし、その内部では静
磁場Ｂ８はほぼ一様である。

共鳴構造２は２枚の球面鏡１５．１６によシそれ自体公
知の方法で形成され、該球面鏡は互いに対向し、距離Ｈ
が、ｎを整数、λを動作波長として、λ Ｈ≧　ｎ□ を満足するように位置づけられる。

この場合、２枚の球面鏡１５．１６は「準光学的」共振
器を形成する。球面鏡の１つ、すなわち球面鏡１５は導
波管１８に接続されたオリフィス１７を有する。この導
波管１８は電磁エネルギーを外部に導くために用いられ
、該電磁エネルギーは、Ｘ方向に偏波した高周波電場と
共にＸ方向に定在波として出現する電磁波に電子ビーム
によって与えられたものである。真空容器４の円筒部分
内の電子ビームの伝搬を確保するために２枚の球面鏡１
５．１６が先ず設けられ、次にグリッド１９．２０が設
けられ、該グリッドは、共振器の動作周波数では非反射
性であシ、且つ、ｈ＜Ｈ の関係を満足する距離りだけ隔置される。

更に、２枚の球面鏡１５及び１６はそれぞれ接地及び負
のポテンシャルに結合され、これによってこれ等の接地
及び負のポテンシャルとの間にＸ方向に沿う電子ビーム
の偏向を可能にする連続電場Ｅ　が生成される。

真空容器４０円筒部分は動作周波数に於いて吸収性の物
質２１によシ被覆されることが好ましい。

これによって寄生振動が除去される。これ等の物質は、
例えば、「ｃａｒｂｅｒｌｏｘＪ　（商標）からなる。

これ等のエネルギーを電磁場に付与する電子は次に集電
極３に向けて排除され、該集電極はｘｙ面内にＵ字状の
断面を有する真空容器４の１部によって形成される。

第２ａ図は、このとき増幅器を形成する、第１ａ図の発
生装置の改良装置を図示したものである。

本実施例においては、共鳴構造のみが改良され、他の部
分は前と同じである。

新しい構造は２枚の平行平面板２２．２３からな９、該
平面板は、Ｈ′≧ｎ主を満たす距離Ｈ′だけ互いに隔置
され、とれによってｘｙ面内に少なくとも１つの高周波
電場成分を有する高周波進行波がＸ方向に導波される。

進行波は入力導波管２４を通して共鳴構造内に注入され
、電子ビームにより放出されたエネルギーを受けた後、
出力等波管２５を通して排除される。一方、Ｘ方向に偏
向する電子ビームを得るために、２枚の平行板は分極さ
れ、これによシ、該平行板間にＸ方向の連続電場が生成
される。

更にここで、Ｘ７面内の横断面に図示された全ての要素
は２方向に更に延在されるものである。

この形の発生装置の上記の特徴はジャイロトロン型の軸
方向構造に関して利点を形成する。実際には、異なる要
素の２方向における大きさは多くの波長に対応し、集電
極における電流密度と、（ｌワー密度とは制限されるが
、一定の陰極電圧に対して非常に大きな電流が得られる
ことを可能にする。

第２ｂ図は、第１ｂ図と同じものであシ、静磁場ＢのＸ
方向における変化を表わす。磁場は、例えば、超伝導コ
イルによシ従来公知の方法で生成される。

ここで、第１ａ図及び第２ａ図に示した２つの実施例の
動作、特に、本発明の目的を与える注入装置の動作を説
明する。

注入装置の動作は以下に簡単に説明する公知の原理に基
づくものである。

すなわち、電子がゆつくシと変化する軸方向磁場の作用
を受ける時、電子の伝搬経路は電気力線管の回シをまわ
シ、又、電子ビームの回転半径をｒＬ２　として、 Ｂｒ　’　＝　ｃｓｔｅ　　　　　　　　　（１）を満
たすいわゆる「断熱」動作条件が与えられることを示す
ことが出来る。

又、非一様磁場内の横方向注入の場合にも同様の性質が
存在することを示すととも出来る。

従って、ｘｙ面内では、磁場成分Ｂ２はＸ及びｙの関数
であシ、理論的には Ｒ＝、ｒフッ扁ニー５−のみの関数である。しかしなが
ら、電子の軌道半径に対して大きな寸法のシステムに対
しては、方程式（１）はなお有効なことを示すことが出
来る。

一方、ｘｙ面内では、座標Ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を有する
電子軌道の中心は、ＢがＢ　に対応するとして、方程式 に従って運動する。

本発明の注入装置ｌにおいては、弱い磁場領域Ｂ□内に
配置された電子銃５は、前記磁場の最大値を与える中央
領域に向けて前進し該磁場に垂直に運動する電子ビーム
を生成する。らせん経路に沿う電子の前進は、該らせん
経路の領域内に配置され、又、電子に偏向速度を与える
均一連続電場を電極間に発生させる適轟なポテンシャル
の作用下に置かれた電極によシ保証される。

次に、電子ビームは、装置６の領域内で、Ｂ方向の漸進
的に増加する磁場の作用を受ける。更に、電極１１．１
２．１３．１４の種々のポテンシャルが選択され、これ
によって、Ｘ及びＸ方向に成分を有する電場が生成され
、又、」ム〉０として次の方程式 が満足され、従って電子ビームはＸ方向に伝搬する。

この場合、電子ビームは、増加する磁場領域内で、らせ
ん伝搬路に従わされ、該伝搬路の半径は、電場成分Ｅｙ
が第１ｂ図及び第２ｂ図に示されたＸ方向に沿って変化
するＢ７と同様に増加する場合方程式（１）によって一
定偏向速度でＸ方向に徐々に減少する。実際には、方程
式（５）によシ与えられる条件によシ、横方向偏向は除
去され、又、よシ小さなり領域に向けて、すなわち、電
子銃に向けて回転速度を付与された電子を通常は反撥す
る増加磁場に電子が侵入することが許容される。

次に、上記注入装置を用いることによシ、共振構造の入
力部において、強い横方向磁場内でＸ方向にらせん経路
に沿って伝搬する電子ビームが与えられ、ここに電子の
回転速度は、ｅを電子の電により与えられる電子の相対
論的換算エネルギーとして、 Ｃｍ□　　　γ によって与えられ、かくして、共振構造２における所望
の相互作用を得ることが出来る。

本注入装置を用いることによシ次の利点、−よシ大きな
電流とパワーを与える２＠に沿って大きな断面を有する
電子ビームの発生が可能、−電子銃に向けて電子が反射
されることがない、−電子の偏向速度が異なる平行板に
印加された電圧によシ正確に調節される、 などを得ることが出来る。図において、同一の装置要素
は同一の参照番号を付する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による注入装置からなる超高周波無線
電波発生装置の、磁場に垂直な面内における、概略断面
図、 第１ｂ図は伝搬軸に沿っての印加磁場の変化を示す曲線
図、 第２ａ図は発生装置の他の実施例の第１ａ図に類似の概
略断面図、第２ｂ図は第１ｂ図の曲線に類似の曲線図、
である。 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・注入装置、２・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・共振構造、３・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・集電極、４　・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・真空
容器、５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・電子銃、６・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・電場発生装置、７．８．８
　’・・・・・・・・・・・・・・平面電極、９・・・
・・・・・・・・・・・・曲・・・・・・・・陰　　極
、１０・・・・・・・・・・・・・・・・曲・・・曲　
フィラメント、１１．１２，１３．１４・・・・・・・
・・・・・電　　極、１５．１６・・・・・・・・・・
・・・・・・曲・球面鏡、１７・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・オリフィス、１８・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・導波管、１９．２０　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・グリッド、２３．２４．２５・・・・
・・・・・・・・・・・・・・導波管。 出願人トムソンーセエスエフ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　連続電場の作用と電子ビームの伝搬軸（Ｘ）
   及び前記電場に垂直な静磁場の作用との下で、らせん経
   路内の軸に沿って伝搬する電子ビームを注入するための
   、弱い磁場内に配置された電子銃と、電子ビームの伝搬
   軸に沿って漸増する磁場（Ｂｚ）内に配置されて前記磁
   場に垂直な面内に２成分（ＥＸ、Ｅｙ）を有する連続電
   場をこの領域内に生成する手段とからなる電子ビーム注
   入装置。
2. （２）前記手段は、２個づつで互いに対面する少なくと
   も４個の電極によ多形成され、且つ、−−Ｆ　＞　ｏ　
   　として方程式 を満足するように選択されたポテンシャル下に置かれる
   、特許請求の範囲第１項に記載の電子ビーム注入装置。
3. （３）電場成分Ｅｙの変化は、増大する磁場領域内で−
   ｌ＝一定　となるように選択される、特許請求の範囲第
   ２項に記載の電子ビーム注内装置。