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論文

光陰極直流電子銃から500keV-mA電子ビームの生成

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 内山 隆司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; et al.

Proceedings of 10th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.174 - 178, 2014/06

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの電子ビーム生成である。この低エミッタンスビーム生成には、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。500kV光陰極DC電子銃が提案されて20年、運転電圧は放電問題のため350kVに留まってきた。われわれは、高電圧化を目標に掲げて電子銃開発に取り組んだ。まずガードリング付き分割型セラミック管を採用し、サポートロッドからの電界放出電子に起因する放電問題を解決した。次に、電子銃真空容器と陰極間の放電により、容器面上の残留微細粉塵が帯電し、陰極に付着した後に暗電流源となる現象が問題となった。これを解決するため、陰極-陽極のギャップ間隔を最適化し、特に真空容器表面の電界を下げる改造を行った。これにより電子ビーム生成条件下での550kV印加に初めて成功した。500keV電子ビーム生成試験を行った。波長530nmDCレーザー光をGaAs光陰極に照射し電子ビームを生成した。レーザー径0.1mm$$sigma$$、パワー1.5W、GaAs量子効率0.28%で最大1.8mAのビーム生成に成功した。

論文

Experimental investigation of an optimum configuration for a high-voltage photoemission gun for operation at $$geq$$ 500 kV

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Physical Review Special Topics; Accelerators and Beams, 17(5), p.053401_1 - 053401_17, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:23.42(Physics, Nuclear)

We have demonstrated generation of a 500-keV electron beam from a high DC voltage photoemission gun for an energy recovery linac light source. This demonstration was achieved by addressing two discharge problems that lead to vacuum breakdown of the DC gun. One is field emission generated from a central stem electrode. The other is microdischarge at an anode electrode or a vacuum chamber, which is triggered by microparticle transfer or field emission from a cathode electrode. An experimental investigation has revealed that larger acceleration gap optimized to mainly reduce surface electric field of anode electrode results in suppression of the microdischarge events which accompany gas desorption. It has also been found that non evaporable getter pumps placed around the acceleration gap greatly help suppress those microdischarge events. The applied voltage as a function of the total gas desorption is shown to be a good measure to find the optimum DC gun configuration.

論文

Progress in a photocathode DC gun at the compact ERL

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 35th International Free-Electron Laser Conference (FEL 2013) (Internet), p.184 - 188, 2013/08

Photocathode DC gun to produce a train of electron bunch at high-average current and small emittance is a key component of advanced accelerators for high-power beams. However, DC guns operated at a voltage above 350 kV have suffered from field emitted electrons from a support rod since the development of Lasertron in 1980's. This critical issue has been resolved by a novel configuration, segmented insulator and guard rings, adopted in a DC gun at JAEA and stable application of high voltage at 550 kV has been demonstrated. The gun has been installed at the Compact ERL at KEK and ready for the beam generation. Similar type of DC guns are under development at KEK, Cornell, JLAB and IHEP. In this talk, we present progress in photocathode DC gun for high voltage and small emittance.

論文

JAEAにおける500-kV光陰極DC電子銃の開発

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 9th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.255 - 259, 2013/08

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの高輝度大電流電子ビームの生成である。このような低エミッタンスビームを生成するには、空間電荷力抑制のため、電子銃の出射ビームエネルギー500keV以上が要求される。われわれは平成20年度より500kV光陰極DC電子銃の開発に着手し、世界に先駆けて550kVのDC印加と500kVでの8時間連続高電圧印加に成功した。この後、ビーム生成のためにカソード・アノード電極と非蒸発型ゲッターポンプを電子銃真空容器にインストールし、526kVの高電圧印加に成功した。当面の課題は電子ビーム生成条件下での550kV印加であるが、高電圧印加試験中にカソード電極から暗電流が突然発生するという新しい問題に直面している。この原因を、電子銃真空容器内の微細粉塵が、高電圧印加試験中の放電で帯電してカソード電極に付着し暗電流が発生すると推定した。電子銃真空容器内面の低電界化により暗電流問題の解決を図るべく、電極の改造に着手している。平成24年度10月には高エネルギー加速器研究機構で建設中のコンパクトERLに本電子銃を移設する予定であり、400keV以上でのビーム生成と大電流試験にも取り組みつつある。

論文

Generation of a 500-keV electron beam from a high voltage photoemission gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Applied Physics Letters, 102(23), p.234103_1 - 234103_4, 2013/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.64(Physics, Applied)

High-brightness and high-current electron guns for the future light sources such as energy recovery linac light sources and high repetition rate X-ray free electron lasers require exit beam energy of 500 keV or more to reduce space charge induced emittance growth in a drift space from the gun exit to the following superconducting accelerator entrance. At Japan Atomic Energy Agency, we have developed a DC photoemission gun employing a segmented insulator to mitigate the field emission problem, that is a major obstacle for the DC gun from being operated at 500 kV or more. Recent results of generating 500 keV electron beam with current up to 1.8 mA is presented.

論文

Beam generation from a 500 kV DC photoemission electron gun

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*

Proceedings of 4th International Particle Accelerator Conference (IPAC '13) (Internet), p.321 - 323, 2013/05

The next generation light sources such as energy recovery linac (ERL) light sources and X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a DC photoemission electron gun at JAEA for the Japanese ERL light source project. This DC gun employs a segmented insulator with guard rings to protect the insulator from field emission generated from central stem electrode. We have successfully applied 500 kV on the ceramics with a cathode electrode in place and generated beam from the 500 kV DC photoemission gun in October 2012. Details of the beam generation test at 440 kV as well as 500 kV are presented.

論文

Development of a photoemission DC Gun at JAEA

西森 信行; 永井 良治; 松葉 俊哉; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 34th International Free Electron Laser Conference (FEL 2012) (Internet), p.161 - 164, 2012/08

The next generation light source such as X-ray FEL oscillator requires high brightness electron gun with megahertz repetition rate. We have developed a photoemission DC gun at JAEA. By employing a segmented insulator with rings which guard the ceramics from field emission, we successfully applied 500-kV on the ceramics with a center stem electrode for eight hours without any discharge in 2009. This high voltage testing was performed with a simple configuration without NEG pumps and electrodes. In 2011 we reached 526-kV with NEG pumps and electrodes, before suffering another field emission problem from the cathode electrode. The problem may be attributed to small dust inside our gun chamber. We found wiping the cathode electrode with a lint free tissue could remove the field emission site effectively. Noble gas conditioning is also planned to remove the emission site without air exposure of the gun chamber.

論文

500-kV光陰極DC電子銃の開発

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; 奥見 正治*; et al.

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.20 - 23, 2011/08

次世代ERL放射光源の電子源に対する要求は、エミッタンス0.1$$sim$$1mm-mrad電流10$$sim$$100mAの高輝度大電流電子ビームの生成である。われわれは平成20年度より500kV光陰極DC電子銃の開発に着手し、21年度世界に先駆けて500kVのDC印加試験に成功した。高電圧印加試験に成功後、ビーム生成のために次の3つの技術課題に取り組んでいる。(1)カソード・アノード電極をインストールした状態での500kV高電圧印加、(2)ガリウム砒素光陰極の長寿命化のための1$$times$$10$$^{-9}$$Pa以下の極高真空の実現、(3)静的寿命の長いガリウム砒素光陰極の準備。(1)については、これまで466kVまでの高電圧印加に成功した。放電後、300kV前後でカソード電極から電界放出電子が発生するようになったため、原因を調査中である。(2)については、合計18,000l/sのNEGポンプ、200L/sのイオンポンプをインストールし、目標である6$$times$$10$$^{-10}$$Paの極高真空を実現した。(3)については、水素洗浄装置を導入することで、活性化前のガリウム砒素光陰極表面の清浄化に成功し、静的1/e寿命1000時間を達成した。下流ビームラインを接続して300kV,最大5.7microAのビーム生成にも成功している。上記開発の現状について報告する。

論文

Development of a 500-kV photocathode DC gun for ERLs

西森 信行; 永井 良治; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; 奥見 正治*; 中西 彊*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 298, p.012005_1 - 012005_6, 2011/06

An electron gun capable of delivering high current and high brightness electron beam is indispensable for ERL light sources. A high voltage photocathode DC gun is a promising gun for such new light sources. It is however difficult to apply DC high voltage on a ceramic insulator with a rod supporting cathode electrode because of field emission from the rod. In order to mitigate the problem, we have employed a segmented insulator with rings which guard the ceramics from the field emission. We have recently succeeded in applying 500-kV on the ceramics for eight hours without any discharge. Our recent development will be presented at the workshop.

論文

Development of a 500-kV photo-cathode DC gun for ERL light sources

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 武藤 俊哉*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 25th International Linear Accelerator Conference (LINAC 2010) (CD-ROM), p.995 - 997, 2010/09

A high voltage photocathode DC gun is a promising gun for new generation energy recovery linac light sources. We recently succeeded in applying 500-kV on the ceramics for eight hours without any discharge for the first time. This high voltage testing was performed with a simple configuration without NEG pumps and electrodes. The next step is to repeat the same high voltage testing with a full configuration necessary for beam generation. We have designed electrodes for the maximum surface electric field not to exceed 11 MV/m at 500 kV while keeping the distance between the electrodes 100 mm. NEG pumps with a pumping speed of 7200 L/s have been installed in the gun chamber. A photocathode preparation system was connected to the gun chamber and beam generation is planned this summer.

論文

次世代光源用500-kV光陰極DC電子銃の高電圧印加試験

永井 良治; 西森 信行; 羽島 良一; 武藤 俊哉*; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.806 - 808, 2010/08

ERLを基盤とした次世代光源のために設計された500kV, 10mA光陰極電子銃を原子力機構,高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学の共同研究により開発した。われわれはサポートロッドから放出される電子によるセラミック管の損傷を防ぐために、分割型セラミック管とガードリングを採用した。その電子銃において550kVまでの高電圧コンディショニングと加速電圧500kVでの8時間無放電保持に成功した。加速電極,ビームラインの組み立てが現在行われており、まもなくビーム試験が開始される。

論文

ERL放射光源500-kV光陰極DC電子銃開発の現状

西森 信行; 永井 良治; 羽島 良一; 山本 将博*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 武藤 俊哉*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.802 - 805, 2010/08

次世代エネルギー回収リニアック光源のために、500-kV光陰極DC電子銃開発を行っている。電子銃に必要な非蒸発型ゲッターポンプとカソード・アノード電極を設計し、容器へのインストールを行った。電子銃容器の真空度は2$$times$$10$$^{-9}$$パスカル以下に達し、380-kVまでの高電圧コンディショニングにも成功した。光陰極準備容器と電子銃容器の接続を終え、ビーム生成の準備を行っている。

論文

500-kV光陰極電子源に関する真空特性の評価

山本 将博*; 内山 隆司*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 佐藤 康太郎*; 松葉 俊哉*; 斉藤 義男*; 小林 正則*; 栗巣 普揮*; 羽島 良一; et al.

Proceedings of 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (DVD-ROM), p.717 - 720, 2010/08

われわれは、高エネルギー加速器研究機構,原子力機構,広島大学,名古屋大学,山口大学の共同研究で超低エミッタンス,大電流ビームを供給できる500-kV光陰極DC電子銃を開発している。そのために、この電子銃のチャンバは極高真空に保たれる必要があるので、チタン製のチャンバと新しいセラミック材料を採用している。この真空チャンバのガス放出速度計測結果について報告する。

論文

次世代放射光源用光陰極DC電子銃の開発

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 武藤 俊哉*; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 栗木 雅夫*; 飯島 北斗*; 桑原 真人*; et al.

加速器, 7(2), p.88 - 94, 2010/07

ERLを基盤とした次世代光源のために設計された500kV, 10mA光陰極DC電子銃を原子力機構,高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学の共同研究により開発した。われわれはサポートロッドから放出される電子によるセラミック管の損傷を防ぐために、分割型セラミック管とガードリングを採用した。その500kV電子銃において550kVまでの高電圧コンディショニングと加速電圧500kVでの8時間無放電保持に成功した。その電子銃はコンククロフト・ウォルトン電源,分割型セラミック管,ガードリング,サポートロッド,真空容器,絶縁ガスタンクで構成されている。加速電極,ビームラインの組み立てが現在行われており、まもなくビーム試験が開始される。

論文

High-voltage test of a 500-kV photocathode DC gun for the ERL light sources in Japan

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 武藤 俊哉*; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 栗木 雅夫*; 飯島 北斗*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2341 - 2343, 2010/05

原子力機構, 高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学の共同研究により500-kV, 10-mA光陰極直流電子銃を開発している。われわれはサポートロッドから放出される電子によるセラミック管の損傷を防ぐために分割型セラミック管とガードリングを採用し、550kVまでの高電圧の印加に成功した。カソード電極,アノード電極及びビームラインは現在組立て中であり、まもなくビーム試験が開始される見込みである。高電圧試験と電子銃開発の現状の詳細について報告する。

論文

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

論文

ERL放射光源用500kVDC電子銃の光陰極準備システムと高電圧真空容器の開発

西森 信行; 永井 良治; 飯島 北斗; 羽島 良一; 山本 将博*; 武藤 俊哉*; 宮島 司*; 本田 洋介*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.872 - 874, 2010/03

原子力機構,高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学はERL放射光源用の500kV DC電子銃の共同開発を行っている。NEA GaAs光陰極準備システムの設計,製作を行い、このシステムを使ってNEA光陰極を作成し、その量子効率を測定した。また、高電圧真空容器の設計,製作を行った。特に光陰極の寿命に直結する真空ポンプシステムの設計を注意深く行った。開発の現状について報告する。

論文

ERL放射光源用500kVDC電子銃の高電圧印加試験

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 飯島 北斗; 武藤 俊哉*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 山本 将博*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 6th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (CD-ROM), p.863 - 865, 2010/03

原子力機構,高エネルギー加速器研究機構,広島大学,名古屋大学では協力してERL放射光源用のDC電子銃の開発を行っている。ERL放射光源の電子銃では空間電荷効果によるエミッタンスの増大を抑えるために500kV程度の加速電圧が要求されている。セラミック管の中央を高電圧のロッドが通るという特殊な形状のために、安定にDC高電圧を印加することが難しく、このような高い電圧の電子銃はまだ実現されていない。そこで、500kVでの運転を実現するためにチタン製のガードリングを備えた10段分割型のセラミック管,チタン製高電圧ロッドを製作し高電圧印加試験を行ったので、その結果について報告する。

論文

High-voltage testing of a 500-kV dc photocathode electron gun

永井 良治; 羽島 良一; 西森 信行; 武藤 俊哉*; 山本 将博*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 飯島 北斗*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Review of Scientific Instruments, 81(3), p.033304_1 - 033304_5, 2010/03

 被引用回数:18 パーセンタイル:27.3(Instruments & Instrumentation)

高電圧直流光陰極電子銃の550kVまでのコンディショニングに成功し、500kVを8時間安定に印加することができた。その直流光陰極電子銃はエネルギー回収型リニアックをベースとする次世代光源用の電子銃であり、コッククロフト-ウォルトン電源,分割型セラミック管,ガードリング,サポートロッド,真空チャンバ,SF6ガスタンクから構成される。サポートロッドから電界放出される電子によるセラミック管の損傷を防ぐために分割型セラミック管とガードリングを採用した。

論文

Development of a 500-kV photo-cathode DC gun for the ERL light sources in Japan

西森 信行; 永井 良治; 飯島 北斗; 羽島 良一; 山本 将博*; 武藤 俊哉*; 本田 洋介*; 宮島 司*; 栗木 雅夫*; 桑原 真人*; et al.

Proceedings of 31st International Free Electron Laser Conference (FEL 2009), p.277 - 280, 2009/08

Energy recovery linac (ERL) based next generation light sources such as X-ray oscillator require high brightness electron gun. We have developed a 500-kV, 10-mA photocathode DC gun by the collaboration efforts of JAEA, KEK, Hiroshima University and Nagoya University. A segmented cylindrical ceramic insulator with guard rings is employed to improve stability and robustness at high voltage operation by keeping secondary electrons away from the ceramic surface. A Cockcroft-Walton power supply is installed in a SF6 tank and high voltage test up to 550 kV was successfully done. All the vacuum chambers are made of chemically polished titanium alloy with very low out-gassing. A photocathode preparation system was assembled and vacuum test is performed. Up-to-date status of the gun development will be presented in detail.

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