JP2008171605A - High frequency acceleration cavity apparatus, and its operating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波加速空洞装置およびその運転方法に関する。 The present invention relates to a high-frequency accelerating cavity device and a method for operating the same.
一般に、高周波加速空洞には、高い性能を得るためノーズがあり、また大電力を投入するための入力カプラーや、高次モードを減衰するための減衰器が付属している(特許文献1および特許文献2参照)。
高周波加速空洞においては、大電力を投入すると高電界を発生している高周波加速空洞のノーズ部や高次モード減衰器のロッドアンテナ先端部分から電界放出により電子が発生する。この電子は、加速電場にのって空洞内部に衝突し制動放射X線を発生する。発生したX線は、金属導体に入射して2次電子を放出させる。この2次電子は、セラミック窓近傍の高周波電場によりセラミックに吸着・帯電して、セラミックの帯電が進行してしまう。このため、絶縁破壊が発生し真空リークに至ってしまう場合がある。 In the high-frequency accelerating cavity, electrons are generated by field emission from the nose portion of the high-frequency accelerating cavity generating a high electric field or the tip of the rod antenna of the higher-order mode attenuator when a large electric power is applied. The electrons collide with the inside of the cavity on the acceleration electric field and generate bremsstrahlung X-rays. The generated X-rays enter the metal conductor and emit secondary electrons. The secondary electrons are adsorbed and charged on the ceramic by a high-frequency electric field in the vicinity of the ceramic window, and the charging of the ceramic proceeds. For this reason, dielectric breakdown may occur, resulting in a vacuum leak.
そこで本発明は、高周波加速空洞の真空リークを抑制することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress vacuum leakage in a high-frequency acceleration cavity.
上述の目的を達成するため、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させる第1のコイルと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a high-frequency accelerating cavity device comprising: a main body having a cavity capable of maintaining a vacuum therein; an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body; An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window extending in a direction coaxial with the conductor and surrounding the inner conductor; and a magnetic field oriented along the axial direction of the inner conductor And a first coil for generating.
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させる第2のコイルと、を有することを特徴とする。 Further, the present invention provides a high-frequency accelerating cavity device in which a main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and the inner conductor coaxially with the inner conductor An input coupler having an outer conductor provided with a ceramic window that extends around the inner conductor and encloses a part in the axial direction, and generates a magnetic field in a direction perpendicular to the axial direction of the inner conductor And a second coil to be provided.
また、本発明は、高周波加速空洞装置において真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記セラミック窓をのぞかない位置に先端が配置されたロッドアンテナを備える高次モード減衰器と、を有することを特徴とする。 The present invention also provides a main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed in an internal high frequency accelerating cavity device, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and the inner conductor coaxially with the inner conductor. An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window that extends so as to surround the conductor and surrounds a part of the axial direction of the conductor, and a high-order that includes a rod antenna having a tip disposed at a position where the ceramic window is not seen And a mode attenuator.
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成されて、荷電粒子が通過する円孔の周りにノーズが形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み、前記ノーズからのぞかれない位置に配置されるセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。 The present invention also relates to a high-frequency accelerating cavity apparatus, in which a main body in which a cavity that can be maintained in a vacuum is formed and a nose is formed around a circular hole through which a charged particle passes, An inner conductor extending toward the inner conductor, and a ceramic window extending so as to surround the inner conductor in the same direction as the inner conductor, surrounding a part in the axial direction, and disposed at a position where it is not removed from the nose And an input coupler including an outer conductor.
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びて、軸方向の一部にその前後よりも外径が大きいふくらみ部が形成された内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。 Further, the present invention relates to a high-frequency accelerating cavity device, in which a main body in which a cavity that can be maintained in a vacuum is formed, extends from the cavity toward the outside of the main body, and is partially in the axial direction than before and after the main body. An inner conductor having a bulge portion having a large outer diameter, and an outer conductor provided with a ceramic window extending in a direction coaxial with the inner conductor so as to surround the inner conductor and surrounding a part in the axial direction And an input coupler.
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み外側にコーティングを施されたセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。 Further, the present invention provides a high-frequency accelerating cavity device in which a main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and the inner conductor coaxially with the inner conductor And an input coupler including an outer conductor that extends so as to surround the inner conductor and is provided with a ceramic window that is partially coated on the outer side and is coated on the outer side.
また、本発明は、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させることを特徴とする。 The present invention also includes a main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and surrounding the inner conductor in a direction coaxial with the inner conductor. An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window that extends and surrounds a portion of the axial direction of the high-frequency accelerating cavity device, wherein a magnetic field oriented along the axial direction of the inner conductor is applied. It is characterized by generating.
また、本発明は、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させることを特徴とする。 The present invention also includes a main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and surrounding the inner conductor in a direction coaxial with the inner conductor. An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window that extends and surrounds a portion of the axial direction of the high-frequency accelerating cavity device, and is perpendicular to the direction along the axial direction of the inner conductor. A magnetic field having a direction is generated.
本発明によれば、高周波加速空洞の真空リークを抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress vacuum leakage in the high-frequency acceleration cavity.
本発明に係る高周波加速空洞の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 An embodiment of a high frequency acceleration cavity according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明に係る高周波加速空洞の第1の実施の形態における縦断面図である。図2は、図1のII−II矢視縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a high frequency acceleration cavity according to a first embodiment of the present invention. 2 is a longitudinal sectional view taken along the line II-II in FIG.
本実施の形態における高周波加速空洞は、本体1、入力カプラー4、高次モード減衰器3、垂直磁場発生用コイル(第1のコイル)11および水平磁場発生用コイル(第2のコイル)10を有している。高周波加速空洞の本体1は、円筒状に形成されている。また、その円筒の両端面の中心部には円孔21が形成されている。円孔21の周囲の本体1の内側にはノーズ2が形成されている。
The high-frequency accelerating cavity in this embodiment includes a
本体1の円孔21は、たとえば他の高周波加速空洞の本体1の円孔21と直接、または、ダクトなどを介して接続され、この高周波加速空洞は円孔21を通過する荷電粒子を加速する。高周波加速空洞の運転時には、本体1の内部は真空に維持される。
The
入力カプラー4は、本体1の円筒面に取り付けられている。入力カプラー4は、円筒形の外導体5と、外導体5の内部に外導体5と同軸に延びる内導体6を有している。外導体5と内導体6はその軸方向の両端部で結合していて、両端部以外では、外導体5と内導体6の間には空隙が形成されている。
The
外導体5の軸方向の一部には、その軸を中心とする円筒面にセラミック窓7が形成されている。セラミック窓7には、ほぼ角筒状の金属製の導波管9が取り付けられている。セラミック窓7の外面、すなわち、導波管9に向かう面には、大気面コーティング8が施されている。セラミック窓7の内面、すなわち、内導体6に向かう面には、真空面コーティング12が施されている。真空面コーティング12は、厚さが20nm以上のTiNコーティングである。
In a part of the
外導体5の外側のセラミック窓7の両側には、垂直磁場発生用コイル11が配設されている。この垂直磁場発生用コイル11は、外導体5および内導体6の軸方向に沿った向きの磁場を生成する。さらに、外導体5の外側のセラミック窓7と高周波加速空洞の本体1との間には、水平磁場発生用コイル10が配設されている。この水平磁場発生用コイル10は、外導体5および内導体6の軸方向に垂直な向きの磁場を発生する。
On both sides of the
なお、垂直磁場発生用コイル11および水平磁場発生用コイル10の垂直および水平という呼び方は、入力カプラー4を本体1の上部に取り付けた場合の磁場の向きを示すものである。垂直磁場発生用コイル11および水平磁場発生用コイル10は、入力カプラー4の取付け位置を変えた場合であっても、それぞれ外導体5および内導体6の軸方向に沿った向きの磁場、およびその軸方向に垂直な向きの磁場を発生するコイルであればよい。
The vertical and horizontal designations of the vertical magnetic
内導体6のセラミック窓7に向かい合う位置と高周波加速空洞の本体1に近い端部との間には、その軸方向の前後よりも外径が大きいふくらみ部22が形成されている。
Between the position of the
また、高周波加速空洞の本体1の円筒面には、入力カプラー4を挟んで一対の高次モード減衰器3が配設されている。高次モード減衰器3は、本体1の内部に突出したロッドアンテナ23を有している。高次モード減衰器3は、そのロッドアンテナ23の先端がセラミック窓7をのぞかない位置に配置されている。
A pair of high-
セラミック窓7をのぞかないとは、ロッドアンテナ23の先端とセラミック窓7を結ぶ直線の間に、他の物体が存在しているという意味である。本実施の形態では、たとえば外導体5や内導体6、あるいはふくらみ部22が、ロッドアンテナ23の先端とセラミック窓7との間に存在している。
Not looking through the
導波管9から伝達される高周波(マイクロ波)は、入力カプラー4のセラミック窓7を通じて空洞内に入力される。このようにして高周波加速空洞に大電力が投入されると、高電界が発生しているノーズ2やロッドアンテナ23の先端部から電界放出により電子が発生する場合がある。発生した電子は高周波加速空洞の内部に衝突し、制動放射X線を発生させる場合がある。このようにして生じたX線が金属導体に入射すると、2次電子を放出する場合がある。
The high frequency (microwave) transmitted from the waveguide 9 is input into the cavity through the
しかし、本実施の形態の高周波加速空洞では、垂直磁場発生用コイル11によって外導体5および内導体6の軸方向に沿った向きの磁場が形成されており、内導体6からセラミック窓7に向かう電子の数を抑制することができる。これにより、セラミック窓7への帯電が抑制される。
However, in the high-frequency accelerating cavity of the present embodiment, a magnetic field oriented along the axial direction of the
また、水平磁場発生用コイル10によって、外導体5および内導体6の軸方向に垂直な向きの磁場が形成されており、本体1からセラミック窓7に向かう電子の数を抑制することができる。これにより、セラミック窓7への帯電が抑制される。さらに、高次モード減衰器3のロッドアンテナ23の先端がセラミック窓7をのぞかない位置に配設されているため、ロッドアンテナ23の先端から発生したX線や電子のセラミック窓7の近傍の金属への衝突は抑制される。これにより、セラミック窓7への帯電が抑制される。
Further, the horizontal magnetic
本体1のノーズ2もセラミック窓7をのぞかない位置に配設されているため、ノーズ2から発生したX線や電子のセラミック窓7の近傍の金属への衝突は抑制される。これにより、セラミック窓7への帯電が抑制される。入力カプラー4の軸方向の途中には、ふくらみ部22を設けているため、X線のセラミック窓7の近傍の金属への入射が抑制され、セラミック窓7への帯電が抑制される。
Since the
また、真空面コーティング12を施さない場合には、セラミック窓7の真空面側では、マルチパクタリングが生じることがある。
Further, when the
マルチパクタリングとは、高周波が印加された状態で特定の条件を満たすと、電極からたたき出された電子が電極間をキャッチボールのように往来して放電がおきる現象である。セラミックに電子が当ると2次電子が放出される。2次電子放出係数が大きいと、マルチパクタリングが生じたときに、放電が増大し、真空度が悪くなったり、セラミック窓7が破損する場合がある。
Multipactoring is a phenomenon in which, when a specific condition is satisfied in a state where a high frequency is applied, electrons ejected from the electrodes come and go between the electrodes like a catch ball and discharge occurs. When electrons hit the ceramic, secondary electrons are emitted. If the secondary electron emission coefficient is large, when multi-pactoring occurs, the discharge increases, the degree of vacuum may deteriorate, and the
そこで、本実施の形態では、セラミック窓7の真空面側に、TiNコーティングを施して、2次電子放出係数を小さくしている。これにより、セラミック窓7の2次電子放出および帯電を減少させることができる。
Therefore, in the present embodiment, TiN coating is applied to the vacuum surface side of the
セラミック窓7の大気面側には、大気面コーティング8が施されているため、セラミック窓7そのものではなく、コーティングが大気との境界面となる。
Since the
このように本実施の形態の高周波加速空洞は、セラミック窓7への帯電が抑制され、また、セラミック窓7の大気側に境界層を形成しているため、セラミック窓7の真空リークを抑制することができる。このため、超高真空下で大電流を投入することが可能となり、大強度の電圧を発生する安定して長ビーム寿命の加速器の運転が可能な高効率の高周波加速空洞が得られる。
As described above, the high-frequency accelerating cavity according to the present embodiment suppresses charging of the
なお、上述の実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。 The above-described embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this.
1…本体、2…ノーズ、3…高次モード減衰器、4…入力カプラー、5…外導体、6…内導体、7…セラミック窓、8…大気面コーティング、9…導波管、10…水平磁場発生用コイル(第2のコイル)、11…垂直磁場発生用コイル(第1のコイル)、12…真空面コーティング、21…円孔、22…ふくらみ部、23…ロッドアンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させる第1のコイルと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body with a cavity inside which can be maintained in a vacuum;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and an outer conductor provided with a ceramic window extending to surround the inner conductor in a direction coaxial with the inner conductor and surrounding a part in the axial direction. An input coupler with
A first coil that generates a magnetic field oriented along the axial direction of the inner conductor;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させる第2のコイルと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body with a cavity inside which can be maintained in a vacuum;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and an outer conductor provided with a ceramic window extending to surround the inner conductor in a direction coaxial with the inner conductor and surrounding a part in the axial direction. An input coupler with
A second coil for generating a magnetic field in a direction perpendicular to the direction along the axial direction of the inner conductor;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記セラミック窓をのぞかない位置に先端が配置されたロッドアンテナを備える高次モード減衰器と、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body with a cavity inside which can be maintained in a vacuum;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and an outer conductor provided with a ceramic window extending to surround the inner conductor in a direction coaxial with the inner conductor and surrounding a part in the axial direction. An input coupler with
A high-order mode attenuator comprising a rod antenna having a tip arranged at a position not looking through the ceramic window;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み、前記ノーズからのぞかれない位置に配置されるセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, and a nose is formed around a circular hole through which a charged particle passes;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, extending so as to surround the inner conductor in the same direction as the inner conductor, surrounding a part in the axial direction, and not being removed from the nose. An input coupler comprising an outer conductor provided with a ceramic window disposed;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びて、軸方向の一部にその前後よりも外径が大きいふくらみ部が形成された内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body with a cavity inside which can be maintained in a vacuum;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body and having a bulge portion having a larger outer diameter than the front and rear in a part in the axial direction, and surrounding the inner conductor in the same direction as the inner conductor An input coupler comprising: an outer conductor provided with a ceramic window extending to and surrounding a part of the axial direction thereof;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み外側にコーティングを施されたセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。 A body with a cavity inside which can be maintained in a vacuum;
An inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, and a ceramic window extending to surround the inner conductor in the same direction as the inner conductor and having a coating on the outside surrounding a part in the axial direction. An input coupler comprising an outer conductor provided;
A high-frequency accelerating cavity device comprising:
前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させることを特徴とする高周波加速空洞装置の運転方法。 A main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, an axial direction extending so as to surround the inner conductor in the same direction as the inner conductor An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window surrounding a part of the high-frequency accelerating cavity device,
A method for operating a high-frequency accelerating cavity device, comprising generating a magnetic field oriented along the axial direction of the inner conductor.
前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させることを特徴とする高周波加速空洞装置の運転方法。 A main body in which a cavity capable of maintaining a vacuum is formed, an inner conductor extending from the cavity toward the outside of the main body, an axial direction extending so as to surround the inner conductor in the same direction as the inner conductor An input coupler including an outer conductor provided with a ceramic window surrounding a part of the high-frequency accelerating cavity device,
A method for operating a high-frequency accelerating cavity device, comprising: generating a magnetic field in a direction perpendicular to an axial direction of the inner conductor.
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