(57)【要約】【課題】軽量かつ構成が簡単で、さらに消費電力の増加を招くことなく、特性劣化を抑制あるいは特性を回復することができる電子源を提供すること。【解決手段】ＣＮＴ電子源は、電子を放出するためのＣＮＴエミッタ３２と、ＣＮＴエミッタ３２より電子を引き出すためのゲート電極３３と、ゲート電極３３から電子を放出させてＣＮＴエミッタに照射するためのゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂとを有する。【選択図】図５
2020129512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノカーボン材料を含み、電子を放出するためのエミッタと、
前記エミッタより電子を引き出すためのゲート電極と、
前記ゲート電極によって電子を放出させて前記エミッタに照射する照射部と
を具備する電子源。
【請求項２】
前記照射部は、ゲート用電源の接続先を前記ゲート電極から前記エミッタに切り替えると共に、前記エミッタへの接地を切り離す切替部を有する請求項１に記載の電子源。
【請求項３】
前記照射部は、前記エミッタに正電位のバイアスを印加するためのバイアス印加用電源と、ゲート用電源の接続先を接地から前記バイアス印加用電源に切り替える切替部とを有する請求項１に記載の電子源。
【請求項４】
前記照射部は、テザーと前記エミッタとを電気的に接続する接続部を有する請求項１に記載の電子源。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子源を少なくとも２つ有し、
一方の前記電子源から放射された電子を他方の前記電子源の前記エミッタに照射するモードと、他方の前記電子源から放射された電子を一方の前記電子源の前記エミッタに照射するモードとを有する
電子源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばテザーの一端に付けられる電子源及び電子源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙では、様々な用途で電子放出源が必要である。例えば、イオンエンジンやホールスラスタ等の電気推進のイオンビームを中和するための中和器や、エレクトロダイナミックテザーと呼ばれる推進系用の電子源、さらに、宇宙機の異常帯電を防ぐための電子源、様々な科学実験のための電子源、などである。
【０００３】
この中で、エレクトロダイナミックテザー（Electrodynamic Tether：以下、「ＥＤＴ」と呼ぶ。）とは、地球低軌道において長い導電性のワイヤ（テザー）を伸ばしてそこに電流を流すことにより、地球磁場と電流との干渉で生じた電磁気力（Ｊ×Ｂ力）を推進力として利用する推進システムである（非特許文献１参照）。特に軌道を降下させる場合には、自己誘導起電力を電流駆動に利用できるため、ＥＤＴは、原理的には電力も燃料も不要な推進系となる。  
このＥＤＴは、地球低軌道に多く存在するスペースデブリ（宇宙ごみ）を投棄するための軌道降下手段として特に有用であると考えられている（特許文献１参照）。
【０００４】
このテザーに、ある程度の大きな電流を流すためには、その一端に電子源を付けて、宇宙空間に対して電子を放出する必要がある。
【０００５】
宇宙機への搭載にあたって、電子源はなるべく簡素で低電力なシステムであることが望ましく、その点で、電極間に電圧を印加するだけの電界放出型の電子源は、宇宙機電子源に適している。特に、カーボンナノチューブ（Carbon Nanotube：以下、「ＣＮＴ」と呼ぶ。）を電子材料として使うＣＮＴ電子源は、ナノスケールの形状がもたらす電界集中効果により、低電圧駆動が可能であり、ＥＤＴへの応用も含めて、宇宙用の電子源として期待されている。ＣＮＴ電子源は、電子を放出するＣＮＴエミッタと、その電子を引き出すためのゲート電極、その上部を覆うマスク、さらに、各電極間の電気的絶縁を保持する絶縁スペーサ、により構成される（特許文献２参照）。
【０００６】
スペースデブリの増加が特に問題となっているのは地球低軌道であるが、そこには原子状酸素（Atomic Oxygen：以下、「ＡＯ」と呼ぶ。）が多く存在する。そのため、ＣＮＴとＡＯとの化学／物理反応により、ＣＮＴ電子源の電子放射性能が劣化することが分かっている。具体的には、同じ電子エミッション電流を得るために必要な駆動電圧がＡＯの影響によって上昇する。地球低軌道を飛行する物体には、軌道速度に近い８ｋｍ／ｓ程度の速度でＡＯが衝突するため、ＣＮＴ電子源が飛行物体の正面側に搭載されている場合には、ＣＮＴの損傷に伴う電子源の性能劣化が顕著である（非特許文献２参照）。
【０００７】
このため、地球低軌道でＣＮＴ電子源を使う場合には、電子放出面が正面側を向かないように配慮することや遮蔽板を用いることが提案されており（非特許文献３参照）、これにより、ある程度の寿命が確保されることが、これまでの模擬実験（非特許文献２参照）や、地球低軌道で実施した実験（非特許文献３参照）により確認されている。
【０００８】
しかし、このように高エネルギーＡＯを直接当たらないようにＣＮＴ電子源を配置した場合でも緩やかではあるが性能劣化（駆動電圧上昇）は進む。これは、ＣＮＴへの酸素の吸着に起因するものと考えられている。地球低軌道のスペースデブリ除去を想定した場合、１年以上のミッション期間となる可能性があり、長期間動作による駆動電圧の上昇は、搭載する電圧源の高電圧化による消費電力の増加やシステム質量の増大、さらに電気的絶縁破壊による電子源の損傷等の問題を発生させることになり、システムの成立に大きな影響を与える。このため、特にＡＯ濃度が高い軌道でのＣＮＴ電子源の長期間の使用は困難であると考えられてきた。  
地上の真空チャンバ内あるいはデバイス内でＣＮＴ電子源を使用する際にも、類似の問題がある。例えば、真空チャンバを閉じて真空引きをした直後の電子源作動時に、大気暴露時の酸素や水分がＣＮＴに残留（吸着）することにより、ＣＮＴにダメージを与えることが分かっており、このことが、短期的／長期的な特性劣化を招く。
【０００９】
このような問題を解決するために、ＣＮＴに吸着された物質を脱離させる方法はこれまでにも考えられている。例えば、ヒータを利用してのベーキング（加熱）（例えば特許文献３）や、イオン源を利用してのイオン照射（例えば特許文献４）、あるいは電子銃を利用してｋｅＶ以上の高エネルギー電子照射する方法（特許文献５）などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１３１１２４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９５１４号公報
【特許文献３】特開２００４−０４７２５４号公報
【特許文献４】特開２００７−１７２８６２号公報
【特許文献５】米国特許公開２００２−０１４２６９８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】http://www.kenkai.jaxa.jp/research/debris/deb-edt.html
【非特許文献２】Atsuko SHIMADA et al,. 'Effect of Atomic Oxygen Irradiation on Field Emission Cathodes in Low Earth Orbit' TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 2014 Volume 12 Issue ists29 Pages Pb_59-Pb_64.
【非特許文献３】Yasushi Ohkawa et al,. 'Operation of a Carbon Nanotube Field-Emission Cathode in Low Earth Orbit'  Conference: 2018 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC).  Kyoto Japan, July 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の各手段は、地上で有効であるが、ヒータやイオン源、電子銃などを追加で宇宙機に搭載することは、システム重量の増加やシステムの複雑化、消費電力の増加を招くため困難である。また、これらの方法が、地球低軌道に特有のＡＯによるＣＮＴ電子源の性能劣化抑制に有効かどうかは不明である。
【００１３】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、軽量かつ構成が簡単で、さらに消費電力の増加を招くことなく、特性劣化を抑制あるいは特性を回復することができる電子源及び電子源ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、ＣＮＴ電子源にＡＯ照射すると特性の劣化が進むが、その間に電子放射すると特性の劣化がほとんどみられないという知見を得た。本発明は、かかる知見に基づきなされたものである。
【００１５】
すなわち、上記目的を達成するため、本発明に係る電子源は、ナノカーボン材料を含み、電子を放出するためのエミッタと、前記エミッタより電子を引き出すためのゲート電極と、前記ゲート電極により電子を放出させて前記エミッタに照射する照射部と、を具備する。
【００１６】
ＣＮＴ等のナノカーボン材料からなるエミッタに活性な酸素が吸着している状態でエミッタより電子放出を開始するとＣＮＴ等を損傷させることになるが、本発明では、エミッタに電子を照射することにより、エミッタに吸着した酸素が離脱されるため、ＣＮＴ等の損傷が抑えられ、エミッタの特性の劣化が進まなくなる。また、本発明では、もともと電子源が有する構成要素を使って、エミッタへ電子を照射する構成を採用している。これにより、軽量かつ構成が簡単で、さらに消費電力の増加を招くことなく、特性劣化を抑制あるいは特性を回復することができる。
【００１７】
本発明の一形態に係る電子源では、前記照射部は、本来は前記ゲート電極に電源を供給するためのゲート用電源の接続先を前記ゲート電極から前記エミッタに切り替えると共に、前記エミッタへの接地を切り離す切替部を有する。
【００１８】
本発明の一形態に係る電子源では、前記照射部は、本来は前記ゲート電極に電源を供給するためのゲート用電源と、前記エミッタに正電位のバイアスを印加するためのバイアス印加用電源と、前記ゲート用電源の接続先を接地から前記バイアス印加用電源に切り替える切替部とを有する。
【００１９】
本発明に係る電子源ユニットは、上記構成の電子源を少なくとも２つ有し、一方の前記電子源から放射された電子を他方の前記電子源の前記エミッタに照射するモードと、他方の前記電子源から放射された電子を一方の前記電子源の前記エミッタに照射するモードとを有する。
【００２０】
本発明の一形態に係る電子源では、前記照射部は、テザーと前記エミッタとを電気的に接続する接続部を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、軽量かつ構成が簡単で、さらに消費電力の増加を招くことなく、特性劣化を抑制あるいは特性を回復することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＣＮＴ電子源に対してＡＯを軌道上での衝突速度相当のエネルギーで照射し、その照射量の各段階で電流電圧特性を取得した実験結果である。
【図２】高傾斜角軌道をＥＤＴが周回する場合のデブリ除去衛星の電位変化を数値シミュレーションした結果の一例である。
【図３】ＥＤＴの構成を示す図である。
【図４】ＣＮＴ電子源の構成を示す概略的断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ電子源の回路構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ電子源の他の回路構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ電子源ユニットの回路構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ電子源の回路構成を示す回路である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一形態に係る電子源は、電子を放出するためのＣＮＴエミッタと、前記ＣＮＴエミッタより電子を引き出すためのゲート電極と、前記ゲート電極により電子を放出させて前記エミッタに照射する照射部とを有し、本来は前記ゲート電極に電源を供給するためのゲート用電源の接続先を前記ゲート電極から前記ＣＮＴエミッタに切り替えると共に、前記ＣＮＴエミッタへの接地を切り離す切替部を有する。  
本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源では、通常は宇宙プラズマと同程度の電位あるいは負電位となっているＣＮＴ電子源のＣＮＴエミッタに、積極的に正電位を印加する。地球低軌道では、宇宙機の周辺はプラズマで満たされているため、ＣＮＴエミッタを正電位とすることにより、低軌道プラズマからＣＮＴエミッタに電子を引きつけて衝突させ、ＣＮＴに付着した酸素を脱離させる。これにより、ＣＮＴエミッタをクリーニングすることができる。この場合、新たな電子銃等を搭載する必要はなく、また、電源はゲート電極への電圧印加用にもともと搭載しているものを使えるため、重量増加やシステム複雑化といった問題は生じない。この方法は、特に、打ち上げ後に軌道上で最初に当該電子源を使用する前に実施することが有効である。ＣＮＴエミッタ上に蓄積された吸着物質をはじめに除去することにより、初期の大きな特性劣化を防ぐことができる。  
このように、ＣＮＴエミッタに電子を照射することで、ＡＯによるＣＮＴ電子源の特性劣化を抑制できることを、本発明者らは地上でのＡＯ照射実験により確認した。図１は、ＣＮＴ電子源に対してＡＯを軌道上での衝突速度相当のエネルギーで照射し、その照射量の各段階で電流電圧特性を取得した結果である。（ａ）がＡＯ照射後にそのまま電流電圧特性を取得した結果、（ｂ）はＡＯ照射後に一度電子照射をしてから電流電圧特性を取得した結果である。この実験では、ＣＮＴ電子源の電子放出面は、ＡＯの流れに対して平行になるように配置している。図１より、電子照射を行っていない場合は、ＡＯ照射量が増えるにつれて、電子放射に必要なゲート電圧が上昇（カーブが右側にシフト）しているのに対し、電子照射をした場合は、特性の変化がほとんど生じていない。この結果から、ＣＮＴエミッタへの電子照射が、ＡＯによって生じる電子放射特性の劣化を抑制することが確認された。この実験で照射したｌ×１０２０／ｃｍ２というＡＯフルエンスは、例えば高度８００ｋｍの軌道では数年間分に相当する量となるため、スペースデブリ除去応用という観点で十分なＡＯ照射量である。
【００２４】
本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源は、電子を放出するためのＣＮＴエミッタと、前記ＣＮＴエミッタより電子を引き出すためのゲート電極と、前記ゲート電極により電子を放出させて前記エミッタに照射する照射部とを有し、前記照射部は、テザーと前記ＣＮＴエミッタとを電気的に接続する接続部を有する。  
本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源では、ＥＤＴにＣＮＴ電子源を使う場合を想定し、テザーが発生させる自己誘導起電力を利用する。スペースデブリは、地球低軌道の中でも特に、軌道傾斜角が大きい軌道（例えば９８度など）に集中している。これらのスペースデブリにＥＤＴを取り付けて軌道周回する場合には、軌道周回中にテザー運動に対する地磁場の正負方向が逆転するため、テザーに沿って発生する自己誘導起電力の向きが軌道周回中に反転する。これは、宇宙プラズマに対するデブリ除去衛星の電位（つまりＣＮＴエミッタの電位）が周回軌道中に正になったり負になったりすることを意味する。図２は、高傾斜角軌道をＥＤＴが周回する場合のデブリ除去衛星の電位変化の一例である。宇宙プラズマに対してデブリ除去衛星が負の間は、ＣＮＴ電子源は宇宙空間に対して電子放射する正常の動作をするが、宇宙プラズマに対してデブリ除去衛星が正となる間は、電位が逆転しているため、当該電子源は宇宙空間に電子放射することはできず、したがって、この間は、ミッションにとって無駄な時間になると考えられていた。  
しかし、上述のＣＮＴエミッタへの電子照射による特性劣化抑制という観点でみると、上記の時間は無駄にはならない。本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源では、テザーとＣＮＴエミッタとを電気的に接続する接続部を有することから、宇宙空間に対してデブリ除去衛星が正となる間は、宇宙プラズマ中の電子が勝手にＣＮＴエミッタに流入し、ＣＮＴに吸着された酸素を脱離させるというクリーニング作用が生じる。そして、電位関係が逆転した後は、ＣＮＴエミッタがクリーニングされた状態で当該ＣＮＴエミッタより電子放出が開始されるため、特性劣化を最小限に抑えられることとなる。これにより、低軌道環境中で単純に電子放出を続ける場合よりも、長期間にわたって、低電圧（つまり低電力）でＣＮＴ電子源を作動させられると考えられる。このとき、ＣＮＴエミッタとテザーとの電気的接続を維持しておくことが重要である。
【００２５】
本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源では、これまで難しいと考えられてきた、地球低軌道環境でのＣＮＴ電子源の長期間の利用が可能となる。  
特に、軌道上で初めてＣＮＴ電子源を動かす前に、上述の宇宙プラズマを使った電子照射をすることで、地上保管時や打ち上げ時、さらにはその後のＡＯ暴露環境によりＣＮＴに蓄積された吸着物質を排除することができ、初期の特性劣化を大幅に抑制できる。  
また、ＣＮＴ電子源の特性劣化（駆動電圧上昇）をほぼ抑制できるため、電子源駆動電圧の電圧レベルを下げることが可能となる。これにより、軽量で消費電力の小さい電源を使用することができ、さらに、高電圧に起因する電気的絶縁破壊の発生を防ぐことができるため、システム成立性を高めることができる。  
上記の各点は、ＣＮＴ電子源の応用先に関わりなく効果を発揮する。  
また、本発明の一形態に係るＣＮＴ電子源では、テザーとＣＮＴエミッタとを電気的に接続する接続部を有することで、追加の装置等を必要とせずに、当該電子源を長寿命化できるため、ＥＤＴを利用したスペースデブリ除去システムの実現可能性を高められる。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。  
＜ＥＤＴ及びＣＮＴ電子源の構成＞  
まず、本発明に係るＣＮＴ電子源が取り付けられるＥＤＴを説明する。  
図３はＥＤＴの構成を示す図である。ＥＤＴ１は、テザー２と、テザー２の一端に接続されたＣＮＴ電子源３とを有する。デブリ４は、テザー２の他端に取り付けられる。  
ＥＤＴ１は、典型的には、キロメータ級の長さの導電性のテザー（ワイヤ）２を軌道上で伸ばし、そこにＣＮＴ電子源３より電流を流すことで、地球磁場との干渉によって電磁気力（Ｊ×Ｂ力）を発生させて、その力を推進力として利用する。ＥＤＴ１は、燃料を使わずに推進力が得られるという大きなメリットがある。軌道降下する場合には、自己誘導起電力により、電流を駆動するための電位差も発生するため、特に有利である。
【００２７】
図４はＣＮＴ電子源３の構成を示す概略的断面図である。ＣＮＴ電子源３は、電子エミッタ材料としてＣＮＴを使った電界放出型電子源であり、基板３１上にＣＮＴエミッタ３２が形成され、ＣＮＴエミッタ３２と対向してゲート電極３３が配置されている。ゲート電極３３は、ＣＮＴエミッタ３２から放出された電子を外部に放出するための隙間を有する。符号３４はシールド部材である。  
ＣＮＴ電子源３は、衛星グランドにＣＮＴエミッタ３２を接地し、ゲート電極３３に正電位を印加するだけで電子を放出できるので、構造が簡素であり、さらに、ＣＮＴエミッタ３２のＣＮＴ先端での電界集中効果により、駆動電圧（ゲート電圧）の低減が可能である。  
このＣＮＴ電子源３は、ＣＮＴエミッタ３２の表面にマスク３５を形成している。マスク３５は、ゲート電極３３の隙間以外の領域に対向して形成されている。マスク３５は、ゲート電極３３の隙間に電子ビームを集束させて、ゲート電極３３に流入するロス電流を減らすためにある。マスク３５に関する技術の詳細は特許文献２に記載されており、特許文献２の記載は本明細書の開示の範囲である。
【００２８】
＜第１の実施形態＞  
図５は、本発明の第１の実施形態に係るＣＮＴ電子源３の回路構成を示す回路図である。  
このＣＮＴ電子源３は、ＣＮＴエミッタ３２を宇宙空間に対して正電位にできるような回路構成を持つ。通常、ＣＮＴ電子源はゲート電極への電圧印加用に高電圧電源（ゲート用電源）を有している。このＣＮＴ電子源３は、ＣＮＴエミッタ３２に電子を照射する照射部として、ゲート用電源３６の接続先をゲート電極３３からＣＮＴエミッタ３２に切り替えると共に、ＣＮＴエミッタ３２への接地Ｇを切り離す切替部としてゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂを有する。図５に示すゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂにおいて、実線はＣＮＴエミッタ３２への接地を切り離し、ゲート用電源３６をＣＮＴエミッタ３２に接続した状態（クリーニングモード）を示し、点線はＣＮＴエミッタ３２を接地し、ゲート用電源３６をＣＮＴエミッタ３２に接続した状態（通常モード）を示している。制御部３８は、通常モードとクリーニングモードとを切替るためにゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂの切替えを制御する。制御部３８は、タイマーを有し、所定のスケジュールに基づきゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂの切替えを制御してもよく、あるいは、ＣＮＴエミッタ３２のＣＮＴへの吸着物質の蓄積量を推定する手段を有し、推定結果に基づきゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂの切替えを制御してもよい。ＣＮＴへの吸着物質の蓄積量を推定する手段としては、通常モード時のゲート用電源３６の電圧上昇幅をモニタすれば良い。ＣＮＴへの吸着物質の蓄積量が増えると、電子放出のためにゲート用電源３６に印加すべき電圧が上昇するため、前記電圧の上昇幅が大きくなったときに、通常モードからクリーニングモードに移行する。
【００２９】
図５に示したＣＮＴ電子源３はゲート用電源３６を使ってＣＮＴエミッタ３２を宇宙空間に対して正電位にできるような回路構成を有していたが、図６に示すようにＣＮＴエミッタ３２を宇宙空間に対して正電位にするためのＣＮＴエミッタ正バイアス用の電源３９を追加すると共に、切替部としてゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂに代えて通常の電子放出動作時の電流を流すためのリレー３７ｃを有する回路構成としてもよい。ゲート用電源接続切替リレー３７ａ及びＣＮＴエミッタ接地切替リレー３７ｂを有する。図５に示すリレー３７ｃにおいて、実線はＣＮＴエミッタ３２への接地を切り離し、電源３９をＣＮＴエミッタ３２に接続した状態（クリーニングモード）を示し、点線はＣＮＴエミッタ３２を接地し、通常の電子放出動作時の電流を流す状態（通常モード）を示している。
【００３０】
＜第２の実施形態＞  
図７は、本発明の第２の実施形態に係るＣＮＴ電子源ユニット３０の回路構成を示す回路図である。  
このＣＮＴ電子源ユニット３０は、宇宙プラズマ中の電子だけではクリーニング効果が不十分な場合を想定して、第１の実施形態に係る回路構成を持つＣＮＴ電子源３を２台以上搭載し、ひとつあるいは複数の一方のＣＮＴ電子源３から、他方のＣＮＴ電子源３に対して電子を照射し、また、他方のＣＮＴ電子源３から、一方のＣＮＴ電子源３に対して電子を放射し、ＣＮＴエミッタ３２を相互にクリーニングできるような機器構成としている。この図７は、上のＣＮＴ電子源３が通常の電子放出動作をしていて、ＣＮＴエミッタ３２が正電位にバイアスされた下のＣＮＴ電子源３に、その電子が流入し、下のＣＮＴ電子源３のＣＮＴエミッタ３２がクリーニングされている状態を示している。例えば、制御部３８は、所定のタイミングで、一方のＣＮＴ電子源３と他方のＣＮＴ電子源３とを交互に通常モードとクリーニングモードとに切替える。あるいは、第１の実施形態と同様の手段により、ＣＮＴへの吸着物質の蓄積量に応じてモード切替を行っても良い。
【００３１】
このケースは、地球低軌道の、例えば静止軌道のような高い軌道や深宇宙など、宇宙プラズマが希薄な場所でＣＮＴ電子源を使用する際に、地上保管時の吸着ガスや自身から放出されるアウトガス等の影響を排除するためにも有効である。  
もともと、冗長性確保等の観点で、複数の電子源を搭載する可能性が高いため、その複数構成を有効に活用して、この第２の実施形態に係るＣＮＴ電子源ユニット３０を実現できる。  
なお、図７に示したＣＮＴ電子源ユニット３０は、図６に示したＣＮＴ電子源３を２台搭載しているが、３台以上であってもよく、また、他の構成のＣＮＴ電子源、例えば図５に示したＣＮＴ電子源３を複数搭載してもよい。
【００３２】
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係るＣＮＴ電子源３の回路構成を示す回路である。
このＣＮＴ電子源３は、照射部として、テザー２の一端とＣＮＴエミッタ３２とを電気的に接続する接続部４０を有し、ＥＤＴ１の電子放出源としてＣＮＴ電子源を利用する際に、テザー２が生み出す自己誘導起電力が磁場との相対関係により反転して宇宙機が正帯電するタイミングに、ＣＮＴエミッタ３２に宇宙プラズマ中の電子を、外部電源等を使わずに照射してＣＮＴエミッタ３２をクリーニングする。図２に示したとおり、高軌道傾斜角軌道の場合、テザー２が発生する誘導起電力は、時間帯によって正負が逆転するため、ＣＮＴエミッタ３２の電位は自動的に、宇宙プラズマに対して、正になったり、負になったりする。そして、負になったときは通常モード、正になったときはクリーニングモードとなる。
【００３３】
＜変形例＞  
本発明は、様々な変形が可能である。  
例えば、第１の実施形態あるいは第２の実施形態でのＣＮＴエミッタ３２への正電位の印加を、通常の電子放出動作と交互にパルス的に動作させてもよい。これにより、ＣＮＴ電子源３の特性劣化抑制がより効果的になると考えられる。
【００３４】
第１の実施形態におけるＣＮＴエミッタ３２への正電位印加電圧を可変として、クリーニング効果と消費電力等のバランスをミッションの各段階で制御してもよい。
【００３５】
上記の実施形態では、エミッタがＣＮＴからなるＣＮＴエミッタ３２を例示したが、エミッタにＣＮＴ以外のナノカーボン材料、例えばグラフェンやカーボンナノファイバー、カーボンナノコイル等を用いた場合にも本発明を適用でき、同様の効果を奏する。
【００３６】
上記の第３の実施形態では、テザー２の片端にＣＮＴ電子源３を搭載していたが、テザー２の片端ではなく両端にＣＮＴ電子源３を搭載し、宇宙プラズマとＣＮＴエミッタ３２との電位差が反転するどちらの場合でも、片端のＣＮＴ電子源３を電子放出、もう一端のＣＮＴ電子源３をエミッタクリーニング、という状態を周期的に繰り返すことで、有効に推進力を発生しつつＣＮＴ電子源３も長寿命化することができる。
【００３７】
上記の実施形態では、ＥＤＴに本発明に係るＣＮＴ電子源３を搭載する例を示したが、イオンエンジン等の電気推進の中和器としてＣＮＴ電子源を使う場合であって、宇宙プラズマが希薄な場所にいる場合にも本発明を適用できる。そのような場合に、ＣＮＴエミッタに正電位を印加して、イオンエンジン等の放電室プラズマからＣＮＴエミッタに電子を呼び込んでＣＮＴエミッタをクリーニングする。
【００３８】
本発明に係る電子源は、宇宙用ではなく、地上用のＸ線源や各種光源、ディスプレイ等のデバイスの中でＣＮＴ電子源を使用する場合に、上記の第２の実施形態で示したように複数のＣＮＴ電子源を配置して互いに電子照射ができるようにすることで、機器を長寿命化することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１          ：ＥＤＴ
２          ：テザー
３          ：ＣＮＴ電子源
３０        ：ＣＮＴ電子源ユニット
３１        ：基板
３２        ：ＣＮＴエミッタ
３３        ：ゲート電極
３４        ：シールド部材
３５        ：マスク
３６        ：ゲート用電源
３７ａ      ：ゲート用電源接続切替リレー
３７ｂ      ：ＣＮＴエミッタ接地切替リレー
３７ｃ      ：リレー
３９        ：電源
４０        ：接続部
【図１】
2020129512.tif 000003
【図２】
2020129512.tif 000004
【図３】
2020129512.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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