JP2001297900A

JP2001297900A - 超電導高周波加速空胴およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001297900A
Application number: JP2000112947A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Ota; 智子太田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導特性を保持しながら、高周波加速空胴
の機械的強度を格段に向上することを可能にした超電導
高周波加速空胴を提供する。【解決手段】超電導高周波加速空胴は基体１１がＮｉ
からなり、基体の内面の第１層１２がＮｉＯ、第１層１
２の内側の第２層１３がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子を加速する
加速器に使用される超電導高周波加速空胴およびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、加速器は電子、陽子、イオン等
の荷電粒子を電磁力で数十億電子ボルト(数ＧｅＶ)程度
の高エネルギー状態に加速するための装置であり、本
来、これは原子核や素粒子の研究の一翼を担う装置とし
て開発されたものである。この加速器は荷電粒子を加速
するためにそのビームラインに高周波加速空胴を備えて
いる。この高周波加速空胴は共振によって内部に電磁エ
ネルギーを蓄え、高電磁界を発生させてビームにエネル
ギーを与えて加速する装置である。

【０００３】ところで、高周波加速空胴内が高電界にな
ると、高周波加速空胴の内表面に循環電流が流れるが、
この電流は高周波電流であるために高周波加速空胴の内
面の材質に応じた表皮深さを流れ、そこにジュール損失
を生じる。通常、銅またはアルミニウム等で作られた常
電導高周波加速空胴を用いて荷電粒子ビームの加速に必
要な高電界を得ようとした場合にはジュール損失が極め
て大きくなり、このジュール損失を補うために大きな高
周波電力を供給できる大出力の高周波発振器が必要にな
る。しかし、現時点で入手可能な高周波発振器にはこの
ような大出力を有するものは存在しない。

【０００４】一方、高周波加速空胴の供用中には冷却に
よって機器温度を下げなければならないが、この冷却技
術には未解決な問題があり、常電導高周波加速空胴を適
用することは限界がある。

【０００５】上記のような問題に応えて、最近、高周波
加速空胴の内面に電流が流れてもジュール損失が生じな
い、電気抵抗がほぼ零に近い超電導材料で製作した超電
導高周波加速空胴の適用が現実になりつつある。この超
電導高周波加速空胴は多方面で有利な使い方が考えられ
るが、特に、放射性廃棄物の消滅処理用加速器において
は限られた電力、限られた空間内で可能な限り高いエネ
ルギーを持つ粒子が得られる超電導高周波加速空胴に対
する要求が強い。

【０００６】この超電導高周波加速空胴の製作で有望視
されているのは高温超電導体を用いて高周波加速空胴を
製造することである。このような製造技術の一例を図１
２に示している。この製造工程は下ポンチ１、中子２、
ダイス３および上ポンチ４を用いて所定の原料粉末５を
プレス成形し(図１２(ａ))、成形体６を得る。続いて、
得られた成形体６を加熱炉７において焼成し、開気孔を
除去し、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理可能な状態に
する(図１２(ｂ))。

【０００７】この後、ＨＩＰ処理にて高温・高圧に保持
することによりガス圧力と中子からの反作用にて配向組
織を有するバルクを得る(図１２（ｃ)）。さらに、得ら
れたバルクについて２個接合することにより超電導高周
波加速空胴８を得る(図１２（ｄ)）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超電導高周波加速空胴は望ましい製造工程を経
て作られたものであっても、バルクのみによっては必要
とする機械的強度は得られず、据え付けなどにおいて取
り扱い中の注意を怠ると、高周波加速空胴に損傷を生じ
る可能性がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は超電導特性を保持
しながら、高周波加速空胴の機械的強度を格段に向上す
ることを可能にした超電導高周波加速空胴およびその製
造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による超電導高周
波加速空胴は基体がＮｉからなり、基体の内面の第１層
がＮｉＯ、第１層の内側の第２層がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ
₂Ｏ_Xで構成されるものである。

【００１１】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面をＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xで構成しているので、電気的に高温超電導特性
を保持することできる。また、基体自体はＮｉで構成し
ているので、バルクの高温超電導体で成形された高周波
加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上することが可
能になる。

【００１２】さらに、上記と異なる超電導高周波加速空
胴は基体がＮｉからなり、基体の内面の第１層がＮｉ
Ｏ、第１層の内側の第２層がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで
構成され、基体の外面の被覆層がＣｕで構成される。

【００１３】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては上記発明の効果に加えて、外面をＣｕの被覆層
で構成したので、超電導高周波加速空胴の放熱効果を向
上することができ、より高い加速電界を発生させること
が可能になる。

【００１４】また、上記と異なる超電導高周波加速空胴
は基体がＡｇからなり、基体の内面の層がＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃ
ａＣｕ₂Ｏ_Xで構成される。

【００１５】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面をＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xで構成しているので、電気的に高温超電導特性
を保持することできる。また、基体自体はＡｇで構成し
ているので、バルクの高温超電導体で成形された高周波
加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上することが可
能になる。

【００１６】さらに、上記と異なる超電導高周波加速空
胴は基体がＡｇからなり、基体の内面の層がＢｉ₂Ｓｒ₂
ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成され、基体の外面の被覆層がＣｕで
構成される。

【００１７】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては上記発明の効果に加えて、外面をＣｕの被覆層
で構成したので、超電導高周波加速空胴の放熱効果を向
上することができ、より高い加速電界を発生させること
が可能になる。

【００１８】また、上記と異なる超電導高周波加速空胴
は基体がＮｂからなり、基体の内面の層がＮｂ₃Ｓｎで
構成される。

【００１９】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面をＮｂ₃Ｓｎで構
成しているので、電気的に高温超電導特性を保持し、一
方、Ｎｂ₃Ｓｎの臨界温度ＴｃがＮｂよりも高いことか
ら、高周波加速空胴の発熱をさらに低下させることがで
きる。また、基体自体はＡｇで構成しているので、バル
クの高温超電導体で成形された高周波加速空胴と比べて
機械的強度を格段に向上することが可能になる。

【００２０】さらに、上記と異なる超電導高周波加速空
胴は基体が強磁性体からなり、基体の内面の層が超電導
体で構成される。

【００２１】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面を超電導体で構成
しているので、電気的に高温超電導特性を保持し、一
方、外面を強磁性体によって構成しているので、磁気シ
ールド機能を備えることができる。また、基体自体は強
磁性体で構成しているので、バルクの高温超電導体で成
形された高周波加速空胴と比べて機械的強度を格段に向
上することが可能になる。

【００２２】また、本発明に係る製造方法はＮｉを用い
て基体を成形する工程、基体を熱処理にかけて内面にＮ
ｉＯの薄膜を形成する工程、基体の薄膜の表面にＢｉ₂
Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布する工程、基体を熱
処理して内面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成す
る工程からなる。

【００２３】さらに、上記と異なる製造方法はＮｉを用
いて基体を成形する工程、基体を熱処理にかけて内面に
ＮｉＯの薄膜を形成する工程、基体の薄膜の表面にＢｉ
₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布する工程、基体を熱
処理して内面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成す
る工程、Ｃｕを用いて基体の外面を被覆する工程からな
る。

【００２４】また、上記と異なる製造方法はＡｇを用い
て基体を成形する工程、基体の内面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣ
ｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布する工程、基体を熱処理して内面
にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程からな
る。

【００２５】さらに、上記と異なる製造方法はＡｇを用
いて基体を成形する工程、基体の内面にＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布する工程、基体を熱処理して内
面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程、Ｃ
ｕを用いて基体の外面を被覆する工程からなる。

【００２６】また、上記と異なる製造方法は外側がＮ
ｂ、内側がＣｕ−Ｓｎからなるクラッドパイプを製作す
る工程、クラッドパイプを用いて基体を成形する工程、
基体を熱処理にかけてＮｂ層とＣｕ-Ｓｎ層との間にＮ
ｂ₃Ｓｎ層を生成する工程、基体を熱処理して内面のＣ
ｕ-Ｓｎ層を除去する工程からなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１
において、超電導高周波加速空胴は基体１１がＮｉで構
成されている。この基体１１の内面の第１層または薄膜
１２はＮｉＯからなる。さらに、薄膜１２の内側の第２
層または薄膜１３はＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる。

【００２８】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面はＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３で構成したもので、電気的に
高温超電導特性を保持することできる。基体１１自体は
Ｎｉで構成しているので、バルクの高温超電導体で成形
された高周波加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上
することが可能になる。また、Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_X
の臨界温度Ｔｃは７０〜９０Ｋであり、冷媒として安価
な液体窒素を使用することができ、高周波加速空胴を利
用する装置で冷凍機などの運転に要する費用を下げるこ
とが可能になる。

【００２９】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。図２において、第１工程にお
いては、Ｎｉを用いて基体１１を成形し（図２
（ａ））、第２工程で、基体１１の内面にＮｉＯからな
る薄膜１２を形成し（図２（ｂ））、第３工程で、薄膜
１２の表面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペースト１３ａを
塗布し（図２（ｃ））、第４工程においては、基体１１
全体を熱処理にかけてＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜１
３を形成する（図２（ｄ））。

【００３０】各工程を詳細に説明すると、第１工程で
は、Ｎｉ製平板からプレス加工または液圧成形またはス
ピニング加工により半体（ハーフセル）を製作する。半
体を２個組み合わせて接合部を溶接等により接合して基
体１１を成形する。この方法によらないときは、Ｎｉ製
パイプ材を用いて液圧バルジ加工またはスピニング加工
によりシームレスな基体１１を成形してもよい。

【００３１】第２工程においては、基体１１を空気中で
熱処理する。８５０〜８８０°Ｃの温度を保った加熱炉
Ｆで約８時間熱処理にかけ、基体１１の内面に１０μｍ
程度のＮｉＯの薄膜１２を形成する。第３工程では、薄
膜１２の表面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペースト１３ａ
を均一に塗布する。塗布するペーストの厚さは１００μ
ｍ程度である。

【００３２】最後の第４工程においては、基体１１全体
を空気中で熱処理する。加熱炉Ｆの温度は、初めに、８
８５°Ｃまで昇温し、その後、約８３０°Ｃまで１０時
間程度をかけてゆっくり温度を下げ、その温度で数時間
保持し、その後、室温まで温度を低下させる。たとえ
ば、全工程で３０時間程度の時間をかける。このような
温度制御(徐冷)によって高温超電導の結晶をゆっくりと
成長させる。こうして、薄膜１２の表面に２０〜３０μ
ｍ程度の厚さの高温超電導体であるＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ
₂Ｏ_Xの薄膜１３を形成することができる。

【００３３】本実施の形態によれば、荷電粒子ビームが
接する内面をＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３
で構成しているので、電気的に高温超電導特性を保持す
ることできる。また、基体１１自体はＮｉで構成してい
るので、バルクの高温超電導体で成形された高周波加速
空胴と比べて機械的強度を格段に向上することが可能に
なる。

【００３４】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図３および図４を参照して説明する。図３にお
いて、超電導高周波加速空胴は基体１１がＮｉで構成さ
れている。この基体１１の内面の第１層または薄膜１２
はＮｉＯからなり、さらに、薄膜１２の内側の第２層ま
たは薄膜１３はＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる。ま
た、基体１１の外面に被覆層１４が形成されている。こ
の被覆層１４はＣｕからなる。

【００３５】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面はＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３で構成したもので、電気的に
高温超電導特性を保持することできる。基体１１自体は
Ｎｉで構成しているので、バルクの高温超電導体で成形
された高周波加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上
することが可能になる。特に、本実施の形態では液体窒
素で冷却される外面をＣｕの被覆層１４で構成している
ことから、良好な熱伝導性が保たれ、超電導高周波加速
空胴の放熱効果を向上することができ、より高い加速電
界を発生させることが可能になる。

【００３６】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。図４において、第１工程にお
いては、Ｎｉを用いて基体１１を成形し（図４
（ａ））、第２工程で、基体１１の内面にＮｉＯからな
る薄膜１２を形成し（図４（ｂ））、第３工程で、薄膜
１２の表面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペースト１３ａを
塗布し（図４（ｃ））、第４工程においては、基体１１
全体を熱処理にかけてＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜１
３を形成する（図４（ｄ））。第５工程では、基体１１
の外面にＣｕからなる被覆層１４を形成する（図４
（ｅ））。

【００３７】各工程を詳細に説明すると、第１工程で
は、薄いＮｉ製平板からプレス加工または液圧成形また
はスピニング加工により半体を製作する。半体を２個組
み合わせて接合部を溶接等により接合して基体１１を成
形する。この方法によらないときは、厚みの薄いＮｉ製
パイプ材を用いて液圧バルジ加工またはスピニング加工
によりシームレスな基体１１を成形してもよい。

【００３８】第２工程、第３工程および第４工程は第１
の実施の形態の各第２工程、第３工程および第４工程と
同様である。最後の第５工程においては、基体１１の外
面に電鋳またはメッキによりＣｕからなる被覆層１４を
形成する。

【００３９】本実施の形態によれば、第１の実施の形態
の効果に加えて、液体窒素で冷却される外面をＣｕの被
覆層１４で構成しているので、超電導高周波加速空胴の
放熱効果を向上することができ、より高い加速電界を発
生させることが可能になる。

【００４０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態を図５および図６を参照して説明する。図５にお
いて、超電導高周波加速空胴は基体１５がＡｇで構成さ
れている。この基体１５の内面の層または薄膜１３はＢ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる。

【００４１】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面はＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３で構成したもので、電気的に
高温超電導特性を保持することできる。基体１５自体は
Ａｇで構成しているので、バルクの高温超電導体で成形
された高周波加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上
することが可能になる。

【００４２】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。図６において、第１工程にお
いては、Ａｇを用いて基体１５を成形し（図６
（ａ））、第２工程で、基体１５の内面にＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃ
ａＣｕ₂Ｏ_Xペースト１３ａを塗布し（図６（ｂ））、第
３工程においては、基体１５全体を熱処理にかけてＢｉ
₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜１３を形成する（図６
（ｃ））。

【００４３】工程を詳細に説明すると、第１工程では、
薄いＡｇ製平板からプレス加工または液圧成形またはス
ピニング加工により半体を製作する。半体を２個組み合
わせて接合部を溶接等により接合して基体１５を成形す
る。この方法によらないときは、厚みの薄いＡｇ製パイ
プ材を用いて液圧バルジ加工またはスピニング加工によ
りシームレスな基体１５を成形してもよい。第２工程お
よび第３工程は第１の実施の形態の第３工程および第４
工程と同様である。

【００４４】本実施の形態によれば、荷電粒子ビームが
接する内面をＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３
で構成しているので、電気的に高温超電導特性を保持す
ることできる。また、基体１５自体はＡｇで構成してい
るので、バルクの高温超電導体で成形された高周波加速
空胴と比べて機械的強度を格段に向上することが可能に
なる。特に、本実施の形態においては、高周波加速空胴
の内面に酸化膜の薄膜を形成する必要がなく、高温超電
導体からなる薄膜１３を直接形成することが可能で、製
造工程を簡素化することができる。

【００４５】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態を図７および図８を参照して説明する。図７にお
いて、超電導高周波加速空胴は基体１５がＡｇで構成さ
れている。この基体１５の内面の層または薄膜１３はＢ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xからなる。また、基体１５の外面
に被覆層１４が形成されている。この被覆層１４はＣｕ
からなる。

【００４６】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面はＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xからなる薄膜１３で構成したもので、電気的に
高温超電導特性を保持することできる。基体１５自体は
Ａｇで構成しているので、バルクの高温超電導体で成形
された高周波加速空胴と比べて機械的強度を格段に向上
することが可能になる。特に、本実施の形態では液体窒
素で冷却される外面をＣｕの被覆層１４で構成している
ことから、良好な熱伝導性が保たれ、超電導高周波加速
空胴の放熱効果を向上することができ、より高い加速電
界を発生させることが可能になる。

【００４７】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。図８において、第１工程にお
いては、Ａｇを用いて基体１５を成形し（図８
（ａ））、第２工程で、基体１５の内面にＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃ
ａＣｕ₂Ｏ_Xペースト１３ａを塗布し（図８(ｂ））、第
３工程においては、基体１５全体を熱処理にかけてＢｉ
₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜１３を形成する（図８
（ｃ））。第４工程では、基体１５の外面にＣｕからな
る被覆層１４を形成する（図８（ｅ））。

【００４８】工程を詳細に説明すると、第１工程では、
薄いＡｇ製平板からプレス加工または液圧成形またはス
ピニング加工により半体を製作する。半体を２個組み合
わせて接合部を溶接等により接合して基体１５を成形す
る。この方法によらないときは、厚みの薄いＡｇ製パイ
プ材を用いて液圧バルジ加工またはスピニング加工によ
りシームレスな基体１５を成形してもよい。第２工程、
第３工程および第４工程は第２の実施の形態の第３工
程、第４工程および第５工程と同様である。

【００４９】本実施の形態によれば、第３の実施の形態
の効果に加えて、液体窒素で冷却される外面をＣｕの被
覆層１４で構成しているので、超電導高周波加速空胴の
放熱効果を向上することができ、より高い加速電界を発
生させることが可能になる。さらに、高価なＡｇの使用
量を減少させることができ、製造コストを大きく引き下
げることが可能になる。

【００５０】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態を図９および図１０を参照して説明する。図９に
おいて、超電導高周波加速空胴は基体１６がＮｂで構成
されている。この基体１５の内面の層または薄膜１７は
Ｎｂ₃Ｓｎからなる。

【００５１】上記構成からなる超電導高周波加速空胴に
おいては荷電粒子ビームが接する内面はＮｂ₃Ｓｎから
なる薄膜１７で構成したもので、電気的に高温超電導特
性を保持し、その臨界温度Ｔｃは約１８Ｋで、Ｔｃが
９．２ＫであるＮｂよりも高く、高周波加速空胴の発熱
をさらに低下させることができる。たとえば、本実施の
形態の超電導高周波加速空胴を液体ヘリウム（４．２
Ｋ）で冷却した場合に得られる性能はバルクのＮｂ製高
周波加速空胴を超流動ヘリウム（２．１Ｋ）で冷却した
場合に得られる性能とほぼ同等であり、冷凍機の運転に
伴う多額の費用を下げることが可能になる。一方、基体
１６自体はＮｂで構成しているので、バルクからなる高
温超電導体で成形された高周波加速空胴と比べて機械的
強度を格段に向上することが可能になる。

【００５２】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。図１０において、第１工程に
おいては、外側にＮｂ、内側にＣｕ−Ｓｎ合金がくるよ
うにクラッドパイプ１８を成形し（図１０（ａ））、第
２工程で、クラッドパイプ１８から基体１６を成形し
（図１０（ｂ））、第３工程で、基体１６を熱処理して
Ｎｂ層とＣｕ−Ｓｎ層との間にＮｂ₃Ｓｎの薄膜１７を
生成し（図１０（ｃ））、第４工程においては、基体１
６の内側のＣｕ−Ｓｎ層を除去する（図１０（ｄ））。

【００５３】各工程を詳しく説明すると、第１工程で
は、Ｎｂ製およびＣｕ−Ｓｎ合金製の材料を用いてＨＩ
Ｐまたは爆着もしくはろう付け等によって外側がＮｂ
で、内側がＣｕ−Ｓｎのクラッドパイプ１８を製作す
る。第２工程においては、クラッドパイプ１８を液圧バ
ルジ加工またはスピニング加工によってシームレスな基
体１６を成形する。第３工程では、基体１６を真空中あ
るいはアルゴンガス雰囲気中で熱処理する。真空炉Ｇの
温度は６５０〜７００°Ｃに保って熱処理にかけ、基体
１６のＮｂ層とＣｕ−Ｓｎ層との間にＮｂ₃Ｓｎの薄膜
１７を生成する。最後に、第４工程においては、基体１
６の内側のＣｕ−Ｓｎ層を酸処理または機械加工によっ
て除去する。

【００５４】本実施の形態によれば、荷電粒子ビームが
接する内面は電気的に超電導特性を保持することができ
る。基体１６自体はＮｂで構成しているので、バルクの
高温超電導体で成形された高周波加速空胴と比べて機械
的強度を格段に向上することが可能になる。特に、本実
施の形態においては液体ヘリウム（４．２Ｋ）で冷却し
た場合に得られる性能はバルクのＮｂ製高周波加速空胴
を超流動ヘリウム（２．１Ｋ）で冷却した場合に得られ
る性能とほぼ同等であり、冷凍機の運転に伴う多額の費
用を下げることが可能になる。

【００５５】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態を図１１を参照して説明する。超電導高周波加速
空胴は基体１９が強磁性体で構成されている。基体１９
の内面の層または薄膜２０は超電導体からなる。

【００５６】本実施の形態の超電導高周波加速空胴にお
いては荷電粒子ビームが接する内面は電気的に超電導特
性を保持することができる。一方、外面は強磁性体から
なるもので、磁気シールド機能を備えており、従来のよ
うに高周波加速空胴の外側に別途磁気シールドを設置す
るスペースを必要とせず、これによりクライオスタット
を小型化することが可能になる。

【００５７】本実施の形態の超電導高周波加速空胴は以
下の工程を経て製造する。初めに、ＨＩＰまたは爆着ま
たはろう付け等によって外側が、たとえばＦｅのような
強磁性体で、内側が、たとえばＮｂのような超電導体の
クラッドパイプを製作する。次に、クラッドパイプを液
圧バルジ加工またはスピニング加工によってシームレス
な基体１９を成形する。

【００５８】本実施の形態によれば、荷電粒子ビームが
接する内面は電気的に超電導特性を保持することができ
る。基体１９自体はＦｅで構成しているので、バルクの
高温超電導体で成形された高周波加速空胴と比べて機械
的強度を格段に向上することが可能になる。また、外面
は強磁性体からなるもので、磁気シールド機能を備えて
おり、従来のように高周波加速空胴の外側に別途磁気シ
ールドを設置するスペースを必要とせず、これによりク
ライオスタットを小型化することができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、基体を望ましいＮｉま
たはＡｇあるいはＮｂもしくは強磁性体で構成し、荷電
粒子ビームが接する内面をＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xまた
はＮｂ ₃Ｓｎあるいは超電導体で構成したので、超電導
特性を保持しながら、高周波加速空胴の機械的強度を向
上することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導高周波加速空胴の第1の実
施の形態を示す断面図。

【図２】本発明による第１の実施の形態に係る超電導高
周波加速空胴の製造工程を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図。

【図４】本発明による第２の実施の形態に係る超電導高
周波加速空胴の製造工程を示す図。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す断面図。

【図６】本発明による第３の実施の形態に係る超電導高
周波加速空胴の製造工程を示す図。

【図７】本発明の第４の実施の形態を示す断面図。

【図８】本発明による第４の実施の形態に係る超電導高
周波加速空胴の製造工程を示す図。

【図９】本発明の第５の実施の形態を示す断面図。

【図１０】本発明による第５の実施の形態に係る超電導
高周波加速空胴の製造工程を示す図。

【図１１】本発明の第６の実施の形態を示す断面図。

【図１２】従来の超電導高周波加速空胴の製造工程を示
す図。

【符号の説明】１１、１５、１６、１９基体，１２、１３、１
７、２０薄膜１４被覆層，１８クラッドパイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体がＮｉからなり、前記基体の内面の
第１層がＮｉＯ、前記第１層の内側の第２層がＢｉ₂Ｓ
ｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成されてなる超電導高周波加速空
胴。
【請求項２】基体がＮｉからなり、前記基体の内面の
第１層がＮｉＯ、前記第１層の内側の第２層がＢｉ₂Ｓ
ｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成され、前記基体の外面の被覆層
がＣｕで構成されてなる超電導高周波加速空胴。
【請求項３】基体がＡｇからなり、前記基体の内面の
層がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成されてなる超電導高
周波加速空胴。
【請求項４】基体がＡｇからなり、前記基体の内面の
層がＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xで構成され、前記基体の外
面の被覆層がＣｕで構成されてなる超電導高周波加速空
胴。
【請求項５】基体がＮｂからなり、前記基体の内面の
層がＮｂ₃Ｓｎで構成されてなる超電導高周波加速空
胴。
【請求項６】基体が強磁性体からなり、前記基体の内
面の層が超電導体で構成されてなる超電導高周波加速空
胴。
【請求項７】Ｎｉを用いて基体を成形する工程、前記
基体を熱処理にかけて内面にＮｉＯの薄膜を形成する工
程、前記基体の薄膜の表面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペ
ーストを塗布する工程、前記基体を熱処理して内面にＢ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程からなる超
電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項８】Ｎｉを用いて基体を成形する工程、前記
基体を熱処理にかけて内面にＮｉＯの薄膜を形成する工
程、前記基体の薄膜の表面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペ
ーストを塗布する工程、前記基体を熱処理して内面にＢ
ｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程、Ｃｕを用
いて前記基体の外面を被覆する工程からなる超電導高周
波加速空胴の製造方法。
【請求項９】Ａｇを用いて基体を成形する工程、前記
基体の内面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布す
る工程、前記基体を熱処理して内面にＢｉ₂Ｓｒ₂ＣａＣ
ｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程からなる超電導高周波加速
空胴の製造方法。
【請求項１０】Ａｇを用いて基体を成形する工程、前
記基体の内面にＢｉ ₂Ｓｒ₂ＣａＣｕ₂Ｏ_Xペーストを塗布
する工程、前記基体を熱処理して内面にＢｉ ₂Ｓｒ₂Ｃａ
Ｃｕ₂Ｏ_Xの薄膜を形成する工程、Ｃｕを用いて前記基体
の外面を被覆する工程からなる超電導高周波加速空胴の
製造方法。
【請求項１１】外側がＮｂ、内側がＣｕ−Ｓｎからな
るクラッドパイプを製作する工程、前記クラッドパイプ
を用いて基体を成形する工程、前記基体を熱処理にかけ
てＮｂ層とＣｕ-Ｓｎ層との間にＮｂ₃Ｓｎ層を生成する
工程、前記基体を熱処理して内面のＣｕ-Ｓｎ層を除去
する工程からなる超電導高周波加速空胴の製造方法。