JP5317062B2 - Quadrupole accelerator and method of manufacturing quadrupole accelerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法に関する。 The present invention relates to a quadrupole accelerator and a method for manufacturing a quadrupole accelerator.
イオンまたは電子などの荷電粒子を加速するための高周波加速器が知られている。高周波加速器は、荷電粒子を内部で加速するための加速空洞を備える。加速空洞は、共振回路を構成し、固有の共振周波数を有する。この共振周波数に応じた高周波電力を外部から供給することにより、加速空洞の内部において高周波電場が励振される。高周波加速器は、高周波電場が励振されている状態で、所定の時期に荷電粒子を入射させることにより、荷電粒子を所望のエネルギーまで加速することができる。 High frequency accelerators for accelerating charged particles such as ions or electrons are known. The high-frequency accelerator includes an acceleration cavity for accelerating charged particles inside. The acceleration cavity forms a resonant circuit and has a unique resonant frequency. By supplying high-frequency power corresponding to the resonance frequency from the outside, a high-frequency electric field is excited inside the acceleration cavity. The high-frequency accelerator can accelerate charged particles to a desired energy by injecting charged particles at a predetermined time in a state where a high-frequency electric field is excited.
高周波加速器には、四重極型加速器が含まれる。四重極型加速器は、4つの電極を備える。4つの電極は、互いに対向する対が2つ形成され、各電極の先端には加速軸方向にビームの加速に適した波形の端部が形成されている。4つの電極に囲まれる空間にはビームの加速および集束のための電場が形成され、この空間に荷電粒子を入射することにより荷電粒子が加速される。 The high frequency accelerator includes a quadrupole accelerator. The quadrupole accelerator includes four electrodes. Two pairs of the four electrodes are formed so as to face each other, and an end portion of a waveform suitable for beam acceleration is formed at the tip of each electrode in the acceleration axis direction. An electric field for accelerating and focusing the beam is formed in a space surrounded by the four electrodes, and the charged particles are accelerated by entering the charged particles into this space.
特開平5−62798号公報においては、四重極を構成する電極を内部に有する加速管と、電極に共振電圧を供給する高周波共振回路とを備える外部共振型の四重極粒子加速器が開示されている。この公報においては、高周波共振回路がコンデンサおよびインダクタンス部材である2つのコイル導体により構成されており、インダクタンス部材がコンデンサと加速器との間に直列に配置されることが開示されている。この加速器によれば、共振周波数を広い範囲で変化させることができ、また、Q値を高くすることができると開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 5-62798 discloses an external resonance type quadrupole particle accelerator including an acceleration tube having therein an electrode constituting a quadrupole and a high frequency resonance circuit for supplying a resonance voltage to the electrode. ing. In this publication, it is disclosed that the high frequency resonance circuit is constituted by two coil conductors which are a capacitor and an inductance member, and the inductance member is arranged in series between the capacitor and the accelerator. According to this accelerator, it is disclosed that the resonance frequency can be changed in a wide range and the Q value can be increased.
四重極型加速器の電気的性能を示す指標には、Q値が含まれる。Q値は、加速器の運転時に加速空洞内部に蓄えられているエネルギーを消費エネルギーで除算した値である。Q値が大きいほど単位エネルギーあたりの稼働時間が長くなり、運転効率に優れる。 The index indicating the electrical performance of the quadrupole accelerator includes a Q value. The Q value is a value obtained by dividing the energy stored in the acceleration cavity during operation of the accelerator by the consumed energy. The larger the Q value, the longer the operation time per unit energy and the better the operation efficiency.
四重極型加速器は、加速空洞の外部から高周波電力を供給すると、加速空洞の内部に加速電場が形成されると共に、加速空洞の内面には高周波電流が流れる。加速空洞は、形状や材料等に依存する電気抵抗を有する。この電気抵抗の大きさに応じて電力が消費される。電気抵抗が大きいと消費電力が大きくなってQ値が低くなる。電気抵抗は、加速空洞の内面の表面粗さによっても変化し、その結果、Q値が変化する。加速空洞の内面の表面粗さが小さいほどQ値が高くなる。 In the quadrupole accelerator, when high-frequency power is supplied from the outside of the acceleration cavity, an acceleration electric field is formed inside the acceleration cavity, and a high-frequency current flows on the inner surface of the acceleration cavity. The acceleration cavity has an electrical resistance that depends on the shape, material, and the like. Electric power is consumed according to the magnitude of this electrical resistance. If the electric resistance is large, the power consumption increases and the Q value decreases. The electrical resistance also changes depending on the surface roughness of the inner surface of the acceleration cavity, and as a result, the Q value changes. The Q value increases as the surface roughness of the inner surface of the acceleration cavity decreases.
従来の技術の四重極型加速器の製造方法においては、複数の構成部材が予め形成され、複数の構成部材同士を接合することにより加速空洞が形成されている。複数の構成部材を形成する工程では、寸法精度が高く、さらに表面粗さの小さな構成部材を製造することができる。例えば、精度の高い切削加工を行うことにより、寸法精度の高い構成部材を製造することができる。また、構成部材の表面に対して各種の研削や研磨を行なうことにより表面粗さを小さくすることができる。 In a conventional quadrupole accelerator manufacturing method, a plurality of constituent members are formed in advance, and an acceleration cavity is formed by joining a plurality of constituent members. In the step of forming the plurality of constituent members, a constituent member having high dimensional accuracy and a small surface roughness can be manufactured. For example, a component member with high dimensional accuracy can be manufactured by performing cutting with high accuracy. Moreover, surface roughness can be made small by performing various grinding | polishing and grinding | polishing with respect to the surface of a structural member.
一方で、加速空洞を組み立てる工程においては、ろう付けまたは電子ビーム溶接などにより複数の構成部材を接合していた。この結果、工法によっては接合部の表面状態が劣化し、加速器のQ値が小さくなっていた。Q値を高くするためには、加速空洞の組立て後に、研削作業や研磨作業を行なう必要があった。 On the other hand, in the process of assembling the acceleration cavity, a plurality of components are joined by brazing or electron beam welding. As a result, depending on the construction method, the surface state of the joint portion deteriorated, and the Q value of the accelerator was reduced. In order to increase the Q value, it is necessary to perform a grinding operation or a polishing operation after the acceleration cavity is assembled.
また、前述のように加速空洞は、固有の共振周波数を有する。共振周波数は、加速空洞の形状に依存する。共振周波数は、加速空洞の温度変化によるミクロン単位の熱膨張や熱収縮にも影響されるほど、形状に大きく依存する。このため、共振周波数は、製作精度に大きく依存する。加速空洞の製造においては、それぞれの寸法が設計値通りに製造されることが好ましい。 Further, as described above, the acceleration cavity has a specific resonance frequency. The resonance frequency depends on the shape of the acceleration cavity. The resonance frequency greatly depends on the shape so as to be affected by thermal expansion and contraction in units of microns due to temperature change of the acceleration cavity. For this reason, the resonance frequency largely depends on the manufacturing accuracy. In the manufacture of the acceleration cavity, it is preferable that each dimension is manufactured as designed.
ところが、従来の四重極型加速器の製造方法においては、構成部材を接合する工程において寸法変化が生じる場合があった。例えば、構成部材同士をろう付けにて接合する場合においては、構成部材を仮組した後に接合箇所にろう材を配置する。次に、仮組した構成部材を高温炉の内部に配置して、ろう材を溶融させる。このときに構成部材が全体的に加熱され、温度変化に起因する寸法変化が生じる場合があった。すなわち、構成部材が全体的に温度上昇するために、熱変形が生じる場合があった。この結果、共振周波数の設計値からのずれが大きくなってしまう場合があった。 However, in the conventional method for manufacturing a quadrupole accelerator, there is a case where a dimensional change occurs in the process of joining the constituent members. For example, in the case where the structural members are joined together by brazing, the brazing material is disposed at the joint location after the structural members are temporarily assembled. Next, the temporarily assembled components are placed inside the high temperature furnace to melt the brazing material. At this time, the constituent members are heated as a whole, and dimensional changes due to temperature changes may occur. That is, since the temperature of the constituent members increases as a whole, thermal deformation may occur. As a result, the resonance frequency may deviate from the design value.
このように、従来の高周波加速器および高周波加速器の製造方法においては、電気的性能が設計値よりも劣化してしまう傾向があり、電気的性能を向上するためには特別な作業が必要であった。また、電気的性能に個体差が生じるために、1つの種類の加速器であっても個体差を考慮して加工する必要があった。 As described above, in the conventional high-frequency accelerator and the manufacturing method of the high-frequency accelerator, the electrical performance tends to be deteriorated from the design value, and special work is required to improve the electrical performance. . In addition, since individual differences occur in electrical performance, it is necessary to process even one type of accelerator in consideration of individual differences.
本発明は、電気的性能に優れ、製造が容易な四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a quadrupole accelerator excellent in electrical performance and easy to manufacture and a method for manufacturing the quadrupole accelerator.
本発明の四重極型加速器は、中央外枠部、中央外枠部から内側に向かって突出する第1の電極、および中央外枠部から内側に向かって突出する第2の電極を含む中央部材と、第1の側方外枠部、第1の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第1の壁部、および第1の壁部から内側に向かって突出する第3の電極を含み、中央部材の一方の側に配置されている第1の側方部材と、第2の側方外枠部、第2の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第2の壁部、および第2の壁部から内側に向かって突出する第4の電極を含み、中央部材の他方の側に配置されている第2の側方部材とを備える。中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材は、それぞれが一つの部材から一体的に形成されている。中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材は、中央外枠部、第1の側方外枠部および第2の側方外枠部が固定部材により固定されている。 The quadrupole accelerator of the present invention includes a central outer frame portion, a first electrode protruding inward from the central outer frame portion, and a second electrode protruding inward from the central outer frame portion. A member, a first lateral outer frame portion, a first wall portion extending outward from the first lateral outer frame portion and having a partial shape of the acceleration cavity, and an inner side from the first wall portion A first side member disposed on one side of the central member, a second lateral outer frame portion, and an outer side from the second lateral outer frame portion. And a second wall portion having a shape of a part of the acceleration cavity, and a fourth electrode projecting inwardly from the second wall portion, and disposed on the other side of the central member A second side member. Each of the central member, the first side member, and the second side member is integrally formed from one member. The center member, the first side member, and the second side member have the center outer frame portion, the first side outer frame portion, and the second side outer frame portion fixed by a fixing member.
上記発明においては、中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材は、導電性部材を介して互いに固定されていることが好ましい。 In the said invention, it is preferable that the center member, the 1st side member, and the 2nd side member are mutually fixed via the electroconductive member.
本発明の四重極型加速器の製造方法は、中央外枠部、中央外枠部から突出する第1の電極および中央外枠部から突出する第2の電極を含む中央部材と、第1の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第1の壁部および第1の壁部から突出する第3の電極を含む第1の側方部材と、第2の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第2の壁部および第2の壁部から突出する第4の電極を含む第2の側方部材とを準備する準備工程と、中央部材の両側に第1の側方部材および第2の側方部材を配置し、中央外枠部、第1の側方外枠部および第2の側方外枠部を固定部材により互いに固定する組立工程とを含む。準備工程は、中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む。 The quadrupole accelerator manufacturing method of the present invention includes a central member including a central outer frame portion, a first electrode protruding from the central outer frame portion, and a second electrode protruding from the central outer frame portion; A first lateral member including a lateral outer frame portion, a first wall portion having a partial shape of the acceleration cavity, and a third electrode projecting from the first wall portion; and a second lateral outer frame Preparing a second wall portion having a shape of a part of the acceleration cavity and a second side member including a fourth electrode protruding from the second wall portion, and on both sides of the central member An assembly step of arranging the first side member and the second side member, and fixing the central outer frame portion, the first side outer frame portion and the second side outer frame portion to each other by a fixing member; Including. The preparation step includes a step of integrally forming each of the central member, the first side member, and the second side member from one member.
上記発明においては、準備工程は、中央部材の外面に基準マークを形成する工程と、第1の側方部材の外面および第2の側方部材の外面に位置合わせマークを形成する工程とを含み、組立工程は、基準マークと位置合わせマークとを合わせることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。 In the above invention, the preparation step includes a step of forming a reference mark on the outer surface of the central member, and a step of forming alignment marks on the outer surface of the first side member and the outer surface of the second side member. The assembly step preferably includes a step of aligning the respective members by aligning the reference mark and the alignment mark.
上記発明においては、準備工程は、中央部材に第1の嵌合部を形成する工程と、第1の側方部材および第2の側方部材に第2の嵌合部を形成する工程とを含み、組立工程は、第1の嵌合部と第2の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。 In the said invention, a preparatory process has the process of forming a 1st fitting part in a center member, and the process of forming a 2nd fitting part in a 1st side member and a 2nd side member. The assembly step preferably includes a step of aligning the respective members by fitting the first fitting portion and the second fitting portion to each other.
上記発明においては、準備工程は、中央部材に第1の位置合わせ穴を形成する工程と、第1の側方部材および第2の側方部材に第2の位置合わせ穴を形成する工程とを含み、組立工程は、第1の位置合わせ穴および第2の位置合わせ穴に、位置合わせピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。 In the above invention, the preparation step includes a step of forming the first alignment hole in the central member and a step of forming the second alignment hole in the first side member and the second side member. The assembly step preferably includes a step of aligning the respective members by inserting alignment pins into the first alignment hole and the second alignment hole.
本発明によれば、電気的性能に優れ、製造が容易な四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in electrical performance and can provide the manufacturing method of a quadrupole accelerator which is easy to manufacture, and a quadrupole accelerator.
図1から図5を参照して、実施の形態における四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法について説明する。 With reference to FIGS. 1 to 5, a quadrupole accelerator and a method of manufacturing the quadrupole accelerator in the embodiment will be described.
図1は、本実施の形態における四重極型加速器の概略図である。四重極型加速器は、加速空洞1を備える。加速空洞1は筒状に形成されている筒状部2を含む。加速空洞1は、筒状部2から内部に向かって突出し、ベインと呼ばれる電極21〜24を含む。それぞれの電極21〜24は、筒状部2に電気的に接続されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a quadrupole accelerator according to the present embodiment. The quadrupole accelerator includes an
本実施の形態における四重極型加速器は、第1の電極21、第2の電極22、第3の電極23および第4の電極24を備える。本実施の形態における4つの電極21〜24は、筒状部2を構成する部材と一体的に形成されている。それぞれの電極21〜24は、荷電粒子の加速軸に沿って延びるように形成されている。
The quadrupole accelerator in the present embodiment includes a first electrode 21, a
本実施の形態における電極21〜24は、三角柱状に形成されている。それぞれの電極21〜24は、断面形状の三角形の頂点が荷電粒子の加速軸に向かうように形成されている。それぞれの電極21〜24の加速軸に向かう先端部分は、加速軸の方向に荷電粒子を加速および集束する電場を形成するために、波形の端部が形成されている。電極の形状は、この形態に限られず、筒状部から突出し、電極の先端が加速軸に近接する任意の形状を採用することができる。たとえば、電極は、板状に形成されていても構わない。 The electrodes 21 to 24 in the present embodiment are formed in a triangular prism shape. Each of the electrodes 21 to 24 is formed so that the apex of the triangle having a cross-sectional shape faces the acceleration axis of the charged particle. Waveform ends are formed at the tip portions of the electrodes 21 to 24 toward the acceleration axis in order to form an electric field for accelerating and focusing charged particles in the direction of the acceleration axis. The shape of the electrode is not limited to this form, and any shape that protrudes from the cylindrical portion and whose tip is close to the acceleration axis can be adopted. For example, the electrode may be formed in a plate shape.
本実施の形態における四重極型加速器は、高周波電力を供給するための電源装置を備える。電源装置は、高周波発生器72を含む。高周波発生器72は、前段増幅器73および主増幅器74に接続されている。高周波発生器72で生成された高周波の電力は、前段増幅器73および主増幅器74により増幅される。主増幅器74から出力される高周波電力は、結合器75を介して加速空洞1に供給されている。電源装置としては、この形態に限られず、加速空洞1に高周波電力を供給できる任意の装置を採用することができる。
The quadrupole accelerator in the present embodiment includes a power supply device for supplying high frequency power. The power supply device includes a high frequency generator 72. The high frequency generator 72 is connected to the preamplifier 73 and the main amplifier 74. The high frequency power generated by the high frequency generator 72 is amplified by the preamplifier 73 and the main amplifier 74. The high frequency power output from the main amplifier 74 is supplied to the
加速空洞1は、筒状部2およびそれぞれの電極21〜24の形状に依存した浮遊容量および浮遊インダクタンスを有する。これらの浮遊容量および浮遊インダクタンスは、電気回路の一部を構成している。加速空洞に高周波電力が供給されることにより加速電場が形成される。四重極型加速器に適したTE210モードまたはTE211モードの電磁場を励振した場合には、第1の電極21、第2の電極22、第3の電極23および第4の電極24のそれぞれの電圧(絶対値)は同じになり、また、互いに対向する第1の電極21および第2の電極22の電極対と、互いに対向する第3の電極23および第4の電極24の電極対とは、互いに逆の極性(プラスまたはマイナス)になる。加速軸は4つの電極21〜24に挟まれる空間に配置される。荷電粒子は加速軸に沿って加速されながら移動する。
The
図2に、本実施の形態における加速空洞の概略斜視図を示す。図3に、本実施の形態における加速空洞を切断したときの概略斜視図を示す。図3は、図2におけるA−A線において加速空洞を切断したときの斜視図である。矢印100は、荷電粒子の加速軸の延びる方向である。本実施の形態における加速空洞1は、加速軸の方向と平行に延びるように形成されている。
FIG. 2 shows a schematic perspective view of the acceleration cavity in the present embodiment. FIG. 3 shows a schematic perspective view when the acceleration cavity in the present embodiment is cut. FIG. 3 is a perspective view of the acceleration cavity taken along line AA in FIG. An
図1から図3を参照して、本実施の形態における加速空洞1は、3つの構成部材を備える。加速空洞1は、第1の電極21および第2の電極22を含む中央部材11を備える。加速空洞1は、第3の電極23を含む第1の側方部材12を備える。加速空洞1は、第4の電極24を含む第2の側方部材13を備える。第1の側方部材12は、中央部材11の一方の側に配置されている。第2の側方部材13は、中央部材11の他方の側に配置されている。本実施の形態における中央部材11、第1の側方部材12、および第2の側方部材13のそれぞれは、一つの部材から一体的に形成されている。すなわち、中央部材および側方部材は、複数の部品の接合線や溶接線等を有さずに、一つの材質により形成されている。なお、真空用ポート等の付加的な部材が、中央部材または側方部材に予め配置されていても構わない。
With reference to FIGS. 1 to 3,
中央部材11、第1の側方部材12および第2の側方部材13は、固定部材により互いに固定されている。本実施の形態においては、固定部材としてボルト51およびナット52を用いて固定されている。
The
中央部材11と第1の側方部材12との接触面および中央部材11と第2の側方部材13との接触面には、真空封止部材としてのOリング55が配置されている。それぞれの構成部材の間に真空封止部材が配置されていることにより加速空洞1が密閉されている。
On the contact surface between the
図4に、本実施の形態における中央部材の概略斜視図を示す。中央部材11は、加速空洞1の外枠部の中央部分を構成する中央外枠部11aを有する。中央外枠部11aは、平面視したときに環状に形成されている。中央部材11は、中央外枠部11aから内側に向かって突出する第1の電極21を有する。中央部材11は、中央外枠部11aから内側に向かって突出する第2の電極22を含む。第1の電極21および第2の電極22は、先端部が加速軸に向かうように配置されている。
FIG. 4 shows a schematic perspective view of the central member in the present embodiment. The
中央部材11の外側の表面のうち、加速軸の方向の端面には荷電粒子が入射する入射口61が形成されている。また、入射口61が形成されている端面と反対側の端面には、荷電粒子が出射する出射口62が形成されている。入射口61および出射口62は、加速軸の延長上に形成されている。
Of the outer surface of the
中央外枠部11aには、ボルトを通すための貫通孔14が形成されている。貫通孔14は、中央外枠部11aの形状に沿って複数形成されている。中央外枠部11aの表面のうち、第1の側方部材12または第2の側方部材13に接触する接触面には、Oリング55を配置するための凹部16が形成されている。凹部16は、平面視したときに、閉じた形状に形成されている。Oリング等の真空封止部材を配置するための凹部は、第1の側方部材12および第2の側方部材13に配置されていても構わない。
A through
本実施の形態における中央部材11は、それぞれの部材を組立てる組立工程において部材同士の位置を定めるための基準マーク31が形成されている。本実施の形態においては、入射口61が形成されている端面に基準マーク31が形成されている。また、出射口62が形成されている端面にも基準マーク31が形成されている。本実施の形態における基準マーク31は、直線状に形成されている。
The
図5に、本実施の形態における側方部材の概略斜視図を示す。第1の側方部材12は、加速空洞1の外枠部の側方部分を構成する第1の側方外枠部12aを有する。第1の側方外枠部12aは、平面視したときに環状に形成されている。第1の側方部材12は、加速空洞の一部の形状を有する第1の壁部12bを有する。第1の壁部12bは、加速空洞1の筒状部2を構成する。第1の壁部12bは、第1の側方外枠部12aから外側に向かって延びるように形成されている。第1の壁部12bは、板状に形成され、第1の側方外枠部12aに結合されている。第1の側方部材12は、第1の壁部12bから内側に向かって突出する第3の電極23を含む。
In FIG. 5, the schematic perspective view of the side member in this Embodiment is shown. The
第1の側方外枠部12aには、ボルトを通すための貫通孔15が形成されている。第1の側方外枠部12aには、組立工程において組立て位置を定めるための位置合わせマーク32が形成されている。本実施の形態においては、第1の側方外枠部12aの端面のうち、加速軸の方向における両側の端面に位置合わせマーク32が形成されている。
A through-
図5においては、2つの側方部材のうち第1の側方部材12を例に取り上げて説明しているが、第2の側方部材13についても第1の側方部材12と同様の構成を有する。第2の側方部材13は、環状の第2の側方外枠部13aを含む。第2の側方部材13は、第2の側方外枠部13aから外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第2の壁部13bを含む。第2の側方部材13は、第2の壁部13bから内側に向かって突出する第4の電極24を含む。
In FIG. 5, the
図1から図3を参照して、本実施の形態における加速空洞1は、中央外枠部11aと第1の側方外枠部12aとが密着している。また、中央外枠部11aと第2の側方外枠部13aとが密着している。中央外枠部11aと側方外枠部12a,13aとが、ボルト51およびナット52により互いに固定されている。中央外枠部11aおよび側方外枠部12a,13aにより、加速空洞1の外枠部が形成されている。
Referring to FIGS. 1 to 3, in
次に、本実施の形態における四重極型加速器の製造方法について説明する。初めに本実施の形態における中央部材11と、第1の側方部材12と、第2の側方部材13とを形成する。これらの構成部材を準備する準備工程を行なう。本実施の形態における準備工程は、中央部材11、第1の側方部材12および第2の側方部材13のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む。
Next, a method for manufacturing the quadrupole accelerator in the present embodiment will be described. First, the
本実施の形態においては、アルミニウムの無垢材を機械的に切削することにより構成部材を形成する。それぞれの構成部材を形成する工程においては、高精度で切削加工を行なうことが好ましい。また、製造工程においては、3次元測定器等により、中央部材、それぞれの側方部材の寸法を確認することが好ましい。また、中央外枠部の接触面および側方外枠部の接触面においては、電気的接触を確保するために、表面粗さを小さくすることが好ましい。さらに、筒状部の内面および電極の表面は、高精度加工や研磨等を行なうことにより、表面粗さを小さくすることが好ましい。 In the present embodiment, the structural member is formed by mechanically cutting a solid aluminum material. In the step of forming each component member, it is preferable to perform cutting with high accuracy. In the manufacturing process, it is preferable to confirm the dimensions of the central member and the respective side members with a three-dimensional measuring instrument or the like. Further, it is preferable to reduce the surface roughness on the contact surface of the central outer frame portion and the contact surface of the lateral outer frame portion in order to ensure electrical contact. Furthermore, it is preferable to reduce the surface roughness of the inner surface of the cylindrical portion and the surface of the electrode by performing high-precision processing, polishing, or the like.
準備工程においては、中央部材11の中央外枠部11aには、基準マーク31を形成する。また、第1の側方部材12の第1の側方外枠部12aには、位置合わせマーク32を形成する。第2の側方部材13の第2の側方外枠部13aには、位置合わせマーク32を形成する。中央部材11に形成した凹部16には、真空封止部材としてのOリング55を配置する。
In the preparation step, the
次に、中央部材11、第1の側方部材12、および第2の側方部材13をボルトおよびナットにより互いに固定する組立工程を行なう。中央部材11の両側に第1の側方部材12および第2の側方部材13を配置する。本実施の形態においては、中央外枠部11aに形成した基準マーク31と、それぞれの側方外枠部12a,13aに形成した位置合わせマーク32とが合致するように位置合わせを行なう。
Next, an assembling process for fixing the
位置合わせを行なった後にボルトを締め付けることにより、中央外枠部11a、第1の側方外枠部12aおよび第2の側方外枠部13aを互いに固定する。中央部材11、第1の側方部材12および第2の側方部材13を互いに固定する。固定部材としてボルト等を用いる場合には、トルク管理を行ないながら締め付けることが好ましい。この方法により、構成部材の接触面を一様の圧力で接触させることができる。このように、加速空洞を形成することができる。この加速空洞に、電源装置や真空装置等を接続することにより加速器を製造することができる。
The center
位置合わせを行なうための基準マークおよび位置合わせマークとしては、直線状に限られず、任意の形状のマークを採用することができる。また、本実施の形態における基準マークおよび位置合わせマークは、加速空洞の外面のうち、加速軸の方向における端面に形成されているが、この形態に限られず、加速空洞の外面の任意の位置に基準マークおよび位置合わせマークを形成することができる。たとえば、加速空洞の外枠部の外面のうち、加速軸に垂直な方向における端面に基準マークおよび位置合わせマークが形成されていても構わない。 The reference mark and the alignment mark for alignment are not limited to a straight line, and marks having an arbitrary shape can be adopted. In addition, the reference mark and the alignment mark in the present embodiment are formed on the end surface in the direction of the acceleration axis among the outer surfaces of the acceleration cavity. Reference marks and alignment marks can be formed. For example, the reference mark and the alignment mark may be formed on the end surface in the direction perpendicular to the acceleration axis, of the outer surface of the outer frame portion of the acceleration cavity.
図1を参照して、本実施の形態における第1の高周波加速器においては、四重極加速器に適したTE210モードまたはTE211モードの電磁場を励起したときに、任意の時点における各電極の電位の大きさは等しく、その符号は互いに対向する電極同士で同じである。一の方向において互いに対向する電極の電位の符号は、一の方向と直交する方向において互いに対向する電極の電位の符号と逆になる。電源装置により高周波電力を供給することにより、それぞれの電極の電位は、時間と共に正弦波に対応するように変化する。例えば、一の時刻においては、第1の電極21と第2の電極22との電位が最大値(正の値であり大きさが最大)である場合に、第3の電極23と第4の電極24の電位は最小値(負の値であり大きさが最大)になる。共振周波数の半周期の時間が経過した後には、電極の電位は逆の関係になる。
Referring to FIG. 1, in the first high-frequency accelerator in the present embodiment, when an electromagnetic field of TE210 mode or TE211 mode suitable for a quadrupole accelerator is excited, the potential of each electrode at any time is increased. The signs are the same for the electrodes facing each other. The sign of the potential of the electrodes facing each other in one direction is opposite to the sign of the potential of the electrodes facing each other in the direction orthogonal to the one direction. By supplying high frequency power from the power supply device, the potential of each electrode changes with time to correspond to a sine wave. For example, at one time, when the potential of the first electrode 21 and the
高周波電流は、表皮効果のために加速空洞1の筒状部の内表面を流れる。このため、電流は、矢印104に示すように、それぞれの電極21〜24の表面および筒状部2の内面に沿って流れる。本実施の形態における電極21〜24の表面および筒状部2の内面には、溶接跡等の凹凸がないために、電力損失を小さくすることができる。この結果、加速器のQ値を高くすることができる。
The high frequency current flows on the inner surface of the cylindrical portion of the
また、本実施の形態においては、中央部材および2つの側方部材を予め形成して、これらの構成部材を固定部材により互いに固定している。このため、組立工程において、構成部材の温度上昇を回避して組立てることができる。例えば、組立工程において、ろう付けにより接合を行う場合のように構成部材が全体的に加熱されることを回避でき、それぞれの構成部材の熱変形を抑制することができる。熱変形には、固定装置による筒状部の固定を解除するときに、内部応力が開放されることによる変形が含まれる。本実施の形態においては、加速空洞の変形を抑制することができるため、変形に起因する共振周波数のずれを抑制することができる。設計値に対して精度良く加速器を製造することができる。 In the present embodiment, the central member and the two side members are formed in advance, and these constituent members are fixed to each other by a fixing member. For this reason, in an assembly process, it can assemble by avoiding the temperature rise of a component. For example, in the assembling process, it is possible to avoid that the constituent members are heated as in the case of joining by brazing, and it is possible to suppress thermal deformation of each constituent member. The thermal deformation includes deformation due to release of internal stress when the fixing of the cylindrical portion by the fixing device is released. In the present embodiment, since the deformation of the acceleration cavity can be suppressed, the shift of the resonance frequency due to the deformation can be suppressed. The accelerator can be manufactured with high accuracy with respect to the design value.
このように、本実施の形態における四重極型加速器は、Q値が高く共振周波数のずれが小さい等の電気的性能に優れる。 Thus, the quadrupole accelerator in the present embodiment is excellent in electrical performance such as a high Q value and a small shift in resonance frequency.
また、本実施の形態における四重極型加速器は、溶接などによる構成部品同士の接合部を有しないために、複数の構成部材を接合した後の機械的な仕上げを行なわなくてもよく、容易に製造することができる。例えば、電子ビーム溶接により、それぞれの構成部材を接合した場合においては、表面粗さが大きいために、さらに研削作業や研磨作業が必要であった。本実施の形態の四重極型加速器は、このような仕上げ作業を行なわなくても内面の表面粗さが小さな加速空洞を製造することができる。 Further, since the quadrupole accelerator in the present embodiment does not have a joint portion between components by welding or the like, it is not necessary to perform mechanical finishing after joining a plurality of constituent members. Can be manufactured. For example, when the respective constituent members are joined by electron beam welding, since the surface roughness is large, further grinding work and polishing work are required. The quadrupole accelerator of the present embodiment can produce an acceleration cavity having a small inner surface roughness without performing such a finishing operation.
また、本実施の形態における四重極型加速器は、組立工程の途中に組立ての状況を確認することができる。例えば、所定の計測器を用いることにより組立工程の途中で不具合を発見することができて、作業の修正等を行なうことができる。この結果、歩留まりを向上させることができる。さらに、組立て後にも必要に応じて、固定部材を取り外すことにより容易に分解することができる。たとえば、位置合わせの再調整を行なうことができる。または、封止部材を交換する場合にも容易に取り替えることができる。 In addition, the quadrupole accelerator in the present embodiment can confirm the state of assembly during the assembly process. For example, by using a predetermined measuring instrument, it is possible to find a problem in the middle of the assembly process, and to correct the work. As a result, the yield can be improved. Furthermore, even after assembly, it can be easily disassembled by removing the fixing member as required. For example, the alignment can be readjusted. Alternatively, the sealing member can be easily replaced.
本実施の形態において、準備工程は、中央部材11の端面に基準マーク31、第1の側方部材12の端面および第2の側方部材13の端面に位置合わせマーク32を形成する工程を含む。組立工程は、基準マーク31と位置合わせマーク32とを合わせることにより位置合わせを行なう工程を含む。この方法を採用することにより、中央部材11、およびそれぞれの側方部材12,13の位置合わせを容易に行なうことができる。
In the present embodiment, the preparation step includes a step of forming the
組立工程における位置合わせの方法については、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。例えば、レーザトラッカーを用いて位置合わせを行なうことができる。この場合には、例えば、中央外枠部11aおよび側方外枠部12a,13aの外面のうち、加速軸に平行な方向に延びる外面を高精度に形成する。この外面をリフレクタ(反射体)が配置される基準面として用いることができる。
The alignment method in the assembly process is not limited to this form, and any method can be adopted. For example, alignment can be performed using a laser tracker. In this case, for example, of the outer surfaces of the central
または、中央部材および側方部材に、互いに嵌合する形状を有する嵌合部を予め形成しておいて、これらの嵌合部同士を合わせることにより位置合わせを行なうことができる。準備工程において、中央部材に第1の嵌合部を形成し、第1の側方部材および第2の側方部材のそれぞれに第2の嵌合部を形成する。組立工程において、第1の嵌合部と第2の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なうことができる。この方法により、容易に位置合わせを行なうことができる。 Alternatively, it is possible to perform alignment by forming in advance a fitting portion having a shape to be fitted to each other on the central member and the side member and aligning these fitting portions. In the preparation step, a first fitting portion is formed on the central member, and a second fitting portion is formed on each of the first side member and the second side member. In the assembling process, the first fitting portion and the second fitting portion are fitted to each other, whereby the respective members can be aligned. By this method, alignment can be performed easily.
たとえば、準備工程において、中央部材と側方部材との位置合わせができるように、中央部材に第1嵌合部としての凸部を形成し、側方部材に第2嵌合部としての凹部を形成する。組立工程において、凸部と凹部とを嵌合させることにより、中央部材および側方部材の位置合わせを容易に行なうことができる。 For example, in the preparation step, a convex portion as a first fitting portion is formed in the central member so that the central member and the side member can be aligned, and a concave portion as a second fitting portion is formed in the side member. Form. In the assembly process, the center member and the side member can be easily aligned by fitting the convex portion and the concave portion.
または、中央部材と側方部材との位置が合ったときに連通する位置合わせ穴を予め形成しておいて、この位置合わせ穴にピンを挿入することにより位置合わせを行なうことができる。準備工程において、中央部材に第1の位置合わせ穴を形成し、第1の側方部材および第2の側方部材に第2の位置合わせ穴を形成する。組立工程において、第1の位置合わせ穴および第2の位置合わせ穴に位置合わせ用のピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なうことができる。この方法により、容易に位置合わせを行なうことができる。 Alternatively, alignment can be performed by previously forming an alignment hole that communicates when the center member and the side member are aligned, and inserting a pin into the alignment hole. In the preparation step, a first alignment hole is formed in the central member, and a second alignment hole is formed in the first side member and the second side member. In the assembly process, the members can be aligned with each other by inserting alignment pins into the first alignment hole and the second alignment hole. By this method, alignment can be performed easily.
たとえば、準備工程において、中央部材および側方部材に対して、固定部材としてのボルトの貫通穴同士の間に位置合わせ穴を形成する。位置合わせ穴は、加速空洞に組立てられたときに中央部材の位置合わせ穴と側方部材の位置合わせ穴とが連通するように形成する。位置合わせ穴は、複数箇所に形成することが好ましい。組立工程において、位置合わせ穴に密着するピンを、中央部材の位置合わせ穴および側方部材の位置合わせ穴に挿入することにより、中央部材および側方部材の位置合わせを容易に行なうことができる。 For example, in the preparation step, alignment holes are formed between through holes of bolts as fixing members with respect to the central member and the side members. The alignment hole is formed so that the alignment hole of the central member and the alignment hole of the side member communicate with each other when assembled in the acceleration cavity. The alignment holes are preferably formed at a plurality of locations. In the assembling process, the center member and the side member can be easily aligned by inserting a pin that is in close contact with the alignment hole into the alignment hole of the central member and the alignment hole of the side member.
本実施の形態においては、中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材を貫通するボルトを用いて、これらの構成部材を固定しているが、この形態に限られず、任意の固定部材を用いて中央部材と側方部材とを固定することができる。たとえば、中央部材にネジ溝が形成された貫通孔または袋孔を形成する。第1の側方部材の貫通穴の外側からボルトを挿入することにより、第1の側方部材を中央部材に固定することができる。また、第2の側方部材の貫通穴の外側からボルトを挿入することにより、第2の側方部材を中央部材に固定することができる。このように、それぞれの側方部材を個別に中央部材に固定しても構わない。この方法により、それぞれの部材同士の位置合わせおよび部材同士の固定をより容易に行なうことができる。 In the present embodiment, these constituent members are fixed using bolts penetrating the central member, the first side member, and the second side member. However, the present invention is not limited to this configuration. A center member and a side member can be fixed using a fixing member. For example, a through hole or a bag hole in which a thread groove is formed in the central member is formed. By inserting a bolt from the outside of the through hole of the first side member, the first side member can be fixed to the central member. Moreover, a 2nd side member can be fixed to a center member by inserting a volt | bolt from the outer side of the through-hole of a 2nd side member. Thus, each side member may be individually fixed to the central member. By this method, it is possible to more easily align the members and fix the members.
本実施の形態における製造方法では、加速軸に沿った軸方向長さが長い四重極型加速器を容易に製造することができる。例えば、ろう付けによって軸方向長さが長い四重極型加速器を製造する場合には、加速空洞を高温炉の内部に配置しなければならない。このために、大型の高温炉が必要になる。しかしながら、本実施の形態においては、中央部材および側方部材を、それぞれ一体的に形成することにより、加速軸の方向に長い加速器を容易に製造することができる。 In the manufacturing method according to the present embodiment, a quadrupole accelerator having a long axial length along the acceleration axis can be easily manufactured. For example, when a quadrupole accelerator having a long axial length is manufactured by brazing, the acceleration cavity must be disposed inside the high temperature furnace. For this purpose, a large high-temperature furnace is required. However, in the present embodiment, an accelerator that is long in the direction of the acceleration axis can be easily manufactured by integrally forming the central member and the side members.
また、本実施の形態においては、加速空洞の筒状部を構成する部材と電極とが、一体的に形成されている。加速空洞の製造方法においては、筒状部とそれぞれの電極とを個別に製造した後に、ボルトなどにより筒状部に対して電極を固定する方法が考えられる。しかしながら、この方法においては、部品点数が多くなって、構成部材同士の位置合わせが難しくなる。これに対して、本実施の形態のように、それぞれの電極と筒状部を構成する部材とが一体的に形成された構成部材を採用することにより、容易に位置合わせを行なうことができる。また、筒状部と電極との位置関係は機械加工時の精度が保たれるために寸法精度が高くなり、電気的性能に優れた四重極型加速器を提供することができる。 Moreover, in this Embodiment, the member and electrode which comprise the cylindrical part of an acceleration cavity are integrally formed. In the method of manufacturing the acceleration cavity, a method of fixing the electrode to the cylindrical portion with a bolt or the like after manufacturing the cylindrical portion and each electrode individually can be considered. However, in this method, the number of parts increases and it becomes difficult to align the constituent members. On the other hand, as in the present embodiment, the positioning can be easily performed by adopting the constituent members in which the respective electrodes and the members constituting the cylindrical portion are integrally formed. In addition, since the positional relationship between the cylindrical portion and the electrode is maintained during machining, the dimensional accuracy is increased, and a quadrupole accelerator excellent in electrical performance can be provided.
本実施の形態における四重極型加速器は、中央部材11と第1の側方部材12とが接触している領域、および中央部材11と第2の側方部材13とが接触している領域に、導電性部材を介在させることができる。例えば、真空封止部材としてのゴム製のOリングの代わりに、金属製の封止部材を配置することができる。または、真空封止部材を配置する凹部に加えて、中央部材および側方部材のうち少なくとも一方の接触面に凹部を追加形成し、その凹部にメタルワイヤ等の導電性部材を配置しても構わない。
In the quadrupole accelerator in the present embodiment, a region where the
中央部材11と側方部材12,13とを導電性部材を介して固定することにより、中央部材11と、それぞれの側方部材12,13との間の導電性を向上させることができる。または、所望の電気的性能を確保することができる。
By fixing the
また、四重極型加速器は、運転することにより電気抵抗に起因して温度が上昇する。温度が大きく上昇する場合には、Oリングが破損する虞がある。このような場合には、金属製の封止部材を採用することにより、封止部材の破損を回避することができる。たとえば、金属製の真空封止部材は、連続的に運転を行なう四重極型加速器に好適である。また、高周波加速器は、加速空洞を冷却するための冷却装置を備えていても構わない。例えば、電極内部や側方部材の表面に、冷却水を流すための冷却管が配置されていても構わない。 Further, when the quadrupole accelerator is operated, the temperature rises due to electric resistance. If the temperature rises greatly, the O-ring may be damaged. In such a case, damage to the sealing member can be avoided by employing a metal sealing member. For example, a metal vacuum sealing member is suitable for a quadrupole accelerator that operates continuously. The high frequency accelerator may include a cooling device for cooling the acceleration cavity. For example, a cooling pipe for flowing cooling water may be arranged inside the electrode or on the surface of the side member.
本実施の形態における四重極型加速器は、筒状部の断面形状がほぼ正八角形になるように形成されているが、この形態に限られず、四重極型加速器としての適切な電気的性能が実現できる任意の形状を採用することができる。たとえば、筒状部は、断面形状が円形や任意の多角形になるように形成することができる。 The quadrupole accelerator in the present embodiment is formed so that the cross-sectional shape of the cylindrical portion is substantially a regular octagon, but is not limited to this form, and appropriate electrical performance as a quadrupole accelerator. Any shape that can be realized can be adopted. For example, the cylindrical portion can be formed so that the cross-sectional shape is a circle or an arbitrary polygon.
また、本実施の形態においては、アルミニウムから中央部材および側方部材を形成しているが、この形態に限られず、任意の材料から中央部材および側方部材を形成することができる。たとえば、準備工程において、構成部材を銅の無垢材から形成することができる。または、任意の材料から形成した部材の表面に銅めっきを施した構成部材を採用しても構わない。 In the present embodiment, the central member and the side member are formed from aluminum. However, the present invention is not limited to this, and the central member and the side member can be formed from any material. For example, in the preparation step, the constituent member can be formed from a solid copper material. Or you may employ | adopt the structural member which gave the copper plating to the surface of the member formed from arbitrary materials.
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。 In the respective drawings described above, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. Further, in the embodiment, changes included in the scope of claims are intended.
1 加速空洞
2 筒状部
11 中央部材
11a 中央外枠部
12,13 側方部材
12a,13a 側方外枠部
12b,13b 壁部
21〜24 電極
31 基準マーク
32 位置合わせマーク
DESCRIPTION OF
Claims (6)
第1の側方外枠部、第1の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第1の壁部、および第1の壁部から内側に向かって突出する第3の電極を含み、中央部材の一方の側に配置されている第1の側方部材と、
第2の側方外枠部、第2の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第2の壁部、および第2の壁部から内側に向かって突出する第4の電極を含み、中央部材の他方の側に配置されている第2の側方部材とを備え、
中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材は、それぞれが一つの部材から一体的に形成されており、
中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材は、中央外枠部、第1の側方外枠部および第2の側方外枠部が固定部材により固定されていることを特徴とする、四重極型加速器。 A central member including a central outer frame portion, a first electrode protruding inward from the central outer frame portion, and a second electrode protruding inward from the central outer frame portion;
The first side outer frame portion, the first wall portion extending outward from the first side outer frame portion and having a shape of a part of the acceleration cavity, and the first wall portion toward the inner side A first side member including a projecting third electrode and disposed on one side of the central member;
A second side outer frame portion, a second wall portion extending outward from the second side outer frame portion and having a shape of a part of the acceleration cavity, and an inward direction from the second wall portion A second side member including a projecting fourth electrode and disposed on the other side of the central member;
The central member, the first side member and the second side member are each integrally formed from one member,
The central member, the first lateral member, and the second lateral member are such that the central outer frame portion, the first lateral outer frame portion, and the second lateral outer frame portion are fixed by a fixing member. A characteristic quadrupole accelerator.
中央部材の両側に第1の側方部材および第2の側方部材を配置し、中央外枠部、第1の側方外枠部および第2の側方外枠部を固定部材により互いに固定する組立工程とを含み、
準備工程は、中央部材、第1の側方部材および第2の側方部材のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む、四重極型加速器の製造方法。 A central member including a central outer frame part, a first electrode protruding from the central outer frame part and a second electrode protruding from the central outer frame part, a first side outer frame part, and a shape of a part of the acceleration cavity A first side member including a first wall portion having a first wall portion and a third electrode projecting from the first wall portion, a second side outer frame portion, and a second shape having a part of the acceleration cavity. Preparing a second side member including a fourth electrode protruding from the wall portion and the second wall portion; and
The first side member and the second side member are arranged on both sides of the center member, and the center outer frame portion, the first side outer frame portion, and the second side outer frame portion are fixed to each other by a fixing member. Including an assembly process,
The preparing step includes a step of integrally forming each of the central member, the first side member, and the second side member from one member, and a method for manufacturing a quadrupole accelerator.
組立工程は、基準マークと位置合わせマークとを合わせることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項3に記載の四重極型加速器の製造方法。 The preparation step includes a step of forming a reference mark on the outer surface of the central member, and a step of forming alignment marks on the outer surface of the first side member and the outer surface of the second side member,
4. The method of manufacturing a quadrupole accelerator according to claim 3, wherein the assembling step includes a step of aligning the respective members by aligning the reference mark and the alignment mark.
組立工程は、第1の嵌合部と第2の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項3に記載の四重極型加速器の製造方法。 The preparation step includes a step of forming the first fitting portion on the central member, and a step of forming the second fitting portion on the first side member and the second side member,
The assembling step includes a step of aligning the respective members by fitting the first fitting portion and the second fitting portion to each other. A method of manufacturing a quadrupole accelerator.
組立工程は、第1の位置合わせ穴および第2の位置合わせ穴に、位置合わせピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項3に記載の四重極型加速器の製造方法。 The preparation step includes a step of forming a first alignment hole in the central member, and a step of forming a second alignment hole in the first side member and the second side member,
The assembling step includes a step of aligning each member by inserting an alignment pin into the first alignment hole and the second alignment hole. A manufacturing method of the quadrupole accelerator as described.
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