JP5812969B2 - 加速管 - Google Patents

Description

本発明は、粒子を加速する加速器に適用される加速管に関するものである。

加速器は、内部で電子、陽電子、陽子などの粒子を加速する加速管と、粒子を加速するための高周波を加速管に供給するクライストロンと、クライストロンと加速管を結ぶ導波管と、加速管に供給される高周波のパワーを増幅するパルス圧縮器などを備える。
加速管は、高周波電場を内部に閉じ込める。加速管は、複数個の円環状の銅製円板が軸を共通にして連接されて、中空の細長い形状を有する。加速管の両端部（最上流部と最下流部）には、カプラーセルが接続され、カプラーセルは、加速管外部の導波管と結合される。
特許文献１には、チョークモードキャビティを用いた加速管に関する技術が開示されている。

特開平１１−１３５２９９号公報

加速管の内部は、気体との衝突による素粒子の速度減衰の防止と、高周波電場による放電防止のため、高い真空度を保つ必要がある。そのため、加速管の両端部に設けられたカプラーセルに排気装置が取り付けられて、真空引きが行われている。
しかし、例えば２ｍを超える長さを有する加速管の場合、加速管内部の中間部分の排気が十分に行われない。一方、加速管の側面に真空引きのための貫通孔を設けると、貫通孔から高周波電場が漏れるため、効率良く高周波電場を閉じ込めることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、内部に高周波電場を閉じ込めつつ、かつ、内部の中間部分の真空度を高めることが可能な加速管を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の加速管は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る加速管は、複数の円環状の円板が連接されて形成された筒状の加速管であって、前記加速管の中間部分に配置された少なくとも１枚の前記円板は、チョーク構造と、前記チョーク構造よりも外周側にて、外周面が開口した第１貫通孔とを有し、前記第１貫通孔は、配管を介して、前記加速管内の空気を排出する外部の排気装置と接続され、前記第１貫通孔が形成された部分において、前記チョーク構造よりも外周側では、隣り合う前記円板同士が直接接触して接合される。

この構成によれば、円板がチョーク構造を有していることから、円板外周面に第１貫通孔が設けられている場合でも、第１貫通孔から高周波電場が漏れず、内部の高周波電場には影響がない。そして、外部の排気装置を用いて加速管内部の空気を排出する際、加速管の中間部分に配置された円板に形成された第１貫通孔からも空気が排出される。そのため、加速管端部のみから内部の空気を排出する場合と異なり、加速管内部の中間部分の排気も十分に行うことができる。

また、本発明に係る加速管は、複数の円環状の円板が連接されて形成された筒状の加速管であって、前記加速管の中間部分に配置された複数枚の前記円板は、チョーク構造と、軸線上に設けられたビーム用の第２貫通孔とは別に前記チョーク構造よりも外周側にて前記軸線方向に形成された第３貫通孔とを有し、前記第３貫通孔を有する複数枚の前記円板が連続して配置されて、複数の前記第３貫通孔により軸線方向に対し平行な流路が形成され、前記加速管端部から内部の空気を排出する際、前記第３貫通孔を前記空気が流通する。

この構成によれば、円板がチョーク構造を有していることから、チョーク構造よりも外側にて軸線方向に第３貫通孔が形成されている場合でも、第３貫通孔に電場が形成されず、内部に高周波電場を閉じ込めたままとすることができる。そして、外部の排気装置を用いて加速管内部の空気を排出する際、円板に形成された第３貫通孔からも空気が排出される。そのため、軸線に形成されたビーム用の第２貫通孔のみから内部の空気を排出する場合と異なり、流路断面積が大きくなり、加速管内部の中間部分の排気も十分に行うことができる。

本発明によれば、加速管の中間部分に配置された少なくとも１枚の円板に空気が流通する貫通孔が設けられ、該貫通孔はチョーク構造よりも外周側に位置するため、内部に高周波電場を閉じ込めつつ、かつ、内部の中間部分の真空度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る加速管を示す概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る加速管を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る加速管を示す部分拡大縦断面図である。 参考例に係る加速管を示す部分拡大縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
加速管１は、加速器（図示せず。）に適用され、内部に高周波電場が形成されることによって、電子、陽電子、陽子などの粒子を加速する。加速器は、例えば共振周波数が5712MHzであるＣバンド加速器である。加速器は、加速管１と、粒子を加速するための高周波を加速管１に供給するクライストロン（図示せず。）と、クライストロンと加速管１を結ぶ導波管（図示せず。）と、加速管１に供給される高周波のパワーを増幅するパルス圧縮器（図示せず。）などを備える。なお、本実施形態に係る加速管１は、Ｃバンド加速器だけでなく、例えばＳバンド加速器などにも適用可能である。

加速管１は、図１に示すように、複数枚、例えば８０〜１００枚程度の円板２，３が連接されて略円筒形状であり、例えば２ｍを超える長さを有する。加速管１の両端部には、カプラーセル４が接続される。カプラーセル４は、加速管外部の導波管と結合される。また、カプラーセル４は、配管（図示せず。）を介して真空ポンプ（図示せず。）が取り付けられて、真空引きが行われる。

円板２，３は、無酸素銅製であり、互いに接合される。円板２，３の接合方法としては、ろう付け、ＥＢＷ（電子ビーム溶接）、拡散接合又は電気鋳造などがある。円板２，３は、図２に示すように、中心の軸線部分にビームボア５が形成されている。ビームボア５は、加速された粒子が通過する。円板２，３は、軸を共通にして連接されることによって、加速管１の軸線部分に粒子が通過する直線状の経路が形成される。

円板２は、ビームボア５の周辺部分の板厚が外周部分よりも薄いことによって、加速空洞６が設けられる。
円板３は、加速管１の中間部分に配置される。連接された複数枚の円板２，３のうち少なくとも１枚が円板３である。円板３は、ビームボア５の周辺部分の板厚が他の部分よりも薄いことによって、加速空洞６が形成される。また、円板３は、加速空洞６よりも外周側に、板厚が他の部分より薄いチョークフィルター７が設けられる。
チョークフィルター７が設けられるため、加速管１に高周波電場が形成される際、円板３の半径方向に電場が形成されることを防止する。

円板３の側面３ａには、半径方向に真空引き口８が設けられる。真空引き口８は、チョークフィルター７よりも外周側に位置する。真空引き口８は、配管（図示せず。）を介して真空ポンプ（図示せず。）と接続される。真空ポンプを用いて、加速管１内部の空気を排出する際、真空引き口８を空気が流通する。

図４に示す参考例のように、チョーク構造を有しない円板２の側面２ａに真空引き口１２を設けようとすると、真空引き口１２から電場が漏れ、加速管１の内部に効率良く高周波電場を形成することができない。一方、本実施形態では、円板３にチョークフィルター７が設けられ、チョーク構造を有していることから、円板３の側面３ａに真空引き口８が設けられている場合でも、真空引き口８から電場が漏れず、内部の高周波電場に影響を与えない。

そして、外部の真空ポンプを用いて加速管１内部の空気を排出する際、加速管１の中間部分に配置された円板３に形成された真空引き口８からも空気が排出される。そのため、加速管１端部のみから内部の空気を排出する場合と異なり、加速管１の内部の中間部分の排気も十分に行うことができる。
以上、本実施形態によれば、加速管１の長さ方向にわたって、真空度を向上させることができ、高電場での運転が可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。なお、第１実施形態と重複する構成及び作用効果については、詳細な説明を省略する。
上記第１実施形態では、円板３の側面３ａに真空引き口８が設けられて、中間部分の空気を排出する場合について説明したが、本実施形態では、円板３の代わりに円板１０，１１が設けられ、円板１０の軸線方向にビームボア５とは別に流路９が形成される。以下、本実施形態に係る円板１０，１１について説明する。

円板１０，１１は、加速管１の中間部分に配置される。円板１０，１１は、ビームボア５の周辺部分の板厚が他の部分よりも薄いことによって、加速空洞６が形成される。また、円板１０，１１は、加速空洞６よりも外周側に、板厚が他の部分より薄いチョークフィルター７が設けられる。
チョークフィルター７が設けられるため、加速管１に高周波電場が形成される際、円板１０，１１の半径方向に電場が形成されることを防止する。

流路９は、円板１１に設けられた開口部であり、チョークフィルター７よりも外周側で軸線方向に設けられる。本実施形態では、円板１０に流路９が設けられており、円板１１には流路９が設けられない。真空ポンプを用いて、加速管１端部から内部の空気を排出する際、流路９を空気が流通する。本実施形態では、連接された複数枚の円板２，１０，１１のうち少なくとも１枚が円板１０，１１であるが、円板１０が連続して配置されることによって、軸線方向に長い空気流路が形成され、加速管１端部に向けて効率良く空気を流すことができる。

円板１０にチョークフィルター７が設けられ、チョーク構造を有していることから、チョーク構造よりも外側にて軸線方向に流路９が形成されている場合でも、流路９に電場が形成されず、内部に高周波電場を閉じ込めたままとすることができる。そして、外部の真空ポンプを用いて加速管１内部の空気を排出する際、円板１０に形成された流路９からも空気が排出される。そのため、軸線に形成されたビームボア５のみから内部の空気を排出する場合と異なり、軸線方向に対して垂直な面の流路断面積が大きくなり、加速管１内部の中間部分の排気も十分に行うことができる。
以上、本実施形態によれば、加速管１の長さ方向にわたって、真空度を向上させることができ、高電場での運転が可能となる。

なお、第２実施形態の円板１０には、流路９が設けられるだけでなく、第１実施形態で説明した真空引き口８も設けられてもよい。これにより、排気時において、２方向に空気が流通し、より効率的に加速管１の内部の中間部分から空気を排出できる

１ 加速管
２ 円板
３ 円板
４ カプラーセル
５ ビームボア（第２貫通孔）
６ 加速空洞
７ チョークフィルター
８ 真空引き口（第１貫通孔）
９ 流路（第３貫通孔）
１０ 円板
１１ 円板

Claims (2)

1. 複数の円環状の円板が連接されて形成された筒状の加速管であって、
   前記加速管の中間部分に配置された少なくとも１枚の前記円板は、チョーク構造と、前記チョーク構造よりも外周側にて、外周面が開口した第１貫通孔とを有し、
   前記第１貫通孔は、配管を介して、前記加速管内の空気を排出する外部の排気装置と接続され、
   前記第１貫通孔が形成された部分において、前記チョーク構造よりも外周側では、隣り合う前記円板同士が直接接触して接合される加速管。
2. 複数の円環状の円板が連接されて形成された筒状の加速管であって、
   前記加速管の中間部分に配置された複数枚の前記円板は、チョーク構造と、軸線上に設けられたビーム用の第２貫通孔とは別に前記チョーク構造よりも外周側にて前記軸線方向に形成された第３貫通孔とを有し、
   前記第３貫通孔を有する複数枚の前記円板が連続して配置されて、複数の前記第３貫通孔により軸線方向に対し平行な流路が形成され、
   前記加速管端部から内部の空気を排出する際、前記第３貫通孔を前記空気が流通する加速管。

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