with マルチバンチ電子ビーム発生後半フォトカソード用小型マ … · 前半のまとめマルチバンチ電子ビーム生成・40 MeV 1.5 nC/bunch ×100

第5回高周波電子銃研究会、2007年12月4-5日＠早稲田大学

前半前半••光電子顕微鏡光電子顕微鏡(PEEM)(PEEM)によるによるCs2TeCs2Teの表面観察の表面観察

with with マルチバンチ電子ビーム発生マルチバンチ電子ビーム発生

後半後半••フォトカソード用小型フォトカソード用小型マルチパルス全固体レーザーの開発マルチパルス全固体レーザーの開発

for for マルチバンチ電子ビーム発生マルチバンチ電子ビーム発生

（独）産業技術総合研究所計測フロンティア研究部門

黒田隆之助


••マルチ衝突レーザー共振器の開発マルチ衝突レーザー共振器の開発

••フォトカソード用小型フォトカソード用小型マルチパルス全固体レーザーの開発マルチパルス全固体レーザーの開発

•• CsCs22TeTeカソード導入用小型ロードロックシステムの開発カソード導入用小型ロードロックシステムの開発→→ PEEMPEEMによるカソード表面観察によるカソード表面観察

••マルチバンチ電子ビーム生成研究マルチバンチ電子ビーム生成研究

LCS硬Ｘ線の２桁以上の収量増加を目指す → 109 photon/s (全エネルギー）

マルチ衝突レーザーコンプトン散乱マルチ衝突レーザーコンプトン散乱

レーザーコンプトン散乱硬Ｘ線発生装置アップグレード開発最終目的最終目的


Cuカソード → Mgカソード → Cs2Teカソード

レーザークリーニングの効果？最大電荷量 8nC @160μJ-UV


レーザークリーニング直後のマルチバンチ電子ビーム生成

• 最大0.6 nC/bunch × 100 bunch @8μJ/pulse-UV

CsCs22TeTe等の高量子効率カソードは必須等の高量子効率カソードは必須1m

Mgカソードによるマルチバンチ電子ビーム生成

カソードの寿命・・・約４時間


RF-gun

Evaporation Chamber at KEK

(Collaborating with KEK, Waseda Univ.)

Te 50nm

Cs >10nm

Cs2Teカソード導入用小型ロードロックシステムの開発

Mo plug Cs2TeEvaporation


Cs-Teカソードによるマルチバンチ電子ビーム生成@AIST

Cs2Te蒸着

・2007年7月末、約1.5 nC× 100 bunch、約40MeVの電子ビーム生成に成功。（ビームローディング補正等の研究はまだ不十分）。

・量子効率は、最大で約0.7%を達成した

（蒸着後2ヵ月経過時、最適化は不十分）。

Cs-Teを用いたマルチバンチ電子ビーム

@CT3(アクロマティックアーク直後）

ビームラインインストール後の

Cs-Teカソードロードロックシステム


Stabilization of Cs2Te with RF during 7 hour operation

Cs2Te photocathodeのオペレーションステータス

Evaporation(QE is unknown) Surface observation

with PEEM

Beam Operation (LCS experiment)

Cs2Te First Beam

Installation and RF aging


レーザースポットサイズ依存性

Electron charge vs Laser energy by changing laser spot size

1mmφ(FWHM)

1.8mmφ(FWHM)

Charge saturation appears due to space charge limitation


PEEMによる表面観察Cs2Teカソードのオージェ分光やＳＥＭ等の観測はされているが、ＰＥＥＭ（光電子顕微鏡）を用いた空間的な量子効率、仕事関数のマッピングは行われていない。

試料

Ａｒ＋

ＣＯ

Ｏ２

ＣＣＤ

ＰＥＥＭの装置

分析光

分析光：レーザー、水銀ランプ、紫外ＦＥＬ

蒸着直後、ＲＦダメージ後のCs2Teに対してＰＥＥＭによる表面分析を行いたい

（まずは、蒸着直後のものを測定予定）

最初はgun用のロードロックチェンバーを装着。後に専用チェンバーを製作予定

分解能：100nm～、最大視野：２００μｍ


Compact load-lock PEEM による表面観察

Window for other analyzing light

CO

O2

Ar+

D2 lamp

Sample Position

XY stage

Cs2Te cathode delivering unit

CCD

Xe lamp, Hg lamp,

FEL(NIJI-IV), Laser … etc

Cs2Te with Mo plug

We improved photoelectron emission microscopy (PEEM) device to apply to the load-lock system for Cs2Te surface observation in vacuum (10-7 Pa).


50µm

Xe Lamp

UV filter(236nm, 300nm, 360nm)

Field of view: 200 µm

Scanning by XY stage (manual)

XY stage

First Cs2Te surface observation with PEEM

Cs2Te surface was observed with PEEM right after evaporation.Mo substrate has small roughness but its surface is practically flat and Cs2Te is uniformly evaporated.


300nm(4.13eV), MCP 1.45 kV

360nm(3.4eV), MCP 1.45 kV

First Cs2Te surface observation with PEEM(2)

Dependence of different UV filters

In case of 360nm filter (3.4eV), we cannot observe PEEM image.

236(5.2eV)nm, MCP 1.45kV

50µm

Cs2Te


Crater

Projection

Even if Mo substrate is polished with diamond powder, it has some small craters and projections. So we can observe them with PEEM.

First Cs2Te surface observation with PEEM(3) Some craters and projections can be observed on the surface.

50µm


First Cs2Te surface observation with PEEM(4)

Some long scratch on Mo substrate is observed.

50µm

Narrow scratch less than 1 µm(rms) can be observed with PEEM.

σ=0.8µm


前半のまとめ

マルチバンチ電子ビーム生成マルチバンチ電子ビーム生成・・40 40 MeVMeV 1.5 1.5 nCnC/bunch /bunch ×× 100 bunch with Cs100 bunch with Cs22TeTe

達成達成 !!

PEEMPEEMによるによるCsCs22TeTe表面観察表面観察・・蒸着後のカソード表面観察に成功！蒸着後のカソード表面観察に成功！

→→ 今後はオペレーション後のカソードを観察する今後はオペレーション後のカソードを観察する

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