市販の熱カソードを用いたコンパクト高性能電子銃~東北の次世代放射光施設に導入予定~

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2020-06-24 理化学研究所,高輝度光科学研究センター,量子科学技術研究開発機構

理化学研究所(理研)放射光科学研究センターXFEL研究開発部門の田中均部門長、高輝度光科学研究センター光源基盤部門の安積隆夫主幹研究員、量子科学技術研究開発機構(量研)量子ビーム科学部門次世代放射光施設整備開発センター加速器グループの西森信行研究統括らの共同研究グループは、市販のグリッド付き熱カソード[1]を用いて、コンパクトかつ高性能で、高い信頼性を持つ電子銃[2]システムを開発し、その性能を実証しました。

本研究成果は、短波長自由電子レーザー(短波長FEL)[3]施設の建設におけるハードルを大きく下げ、その普及を加速すると期待できます。また、本システムは、現在東北大学に建設中の次世代放射光施設[4]に導入される予定です。

短波長FELでは、高速で動く物質のダイナミクスを原子レベルの高分解能で観測できます。しかし、短波長FELを実現するための従来の電子銃システムは複雑で、維持管理に多くの人手を要し、かつコストも高いといった課題がありました。

今回、共同研究グループは、従来の常識を覆し50kVという低い電子銃印加電圧を採用することで、制御グリッドによる電子ビームの品質劣化が起きない条件を見いだしました。さらに、電子銃に高周波加速空洞[5]を最短距離で結合することで、空間電荷効果[6]によるビーム品質の劣化を最小限に抑え、500keVの高輝度低エミッタンス[7]電子ビームの生成に成功しました。

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