JP2022073477A - High Frequency Accelerator Cavity and High Frequency Accelerator System - Google Patents

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晶子 角谷
Akiko Sumiya
猛 竹内
Takeshi Takeuchi
慶子 岡屋
Keiko Okaya
順子 渡辺
Junko Watanabe
邦彦 衣笠
Kunihiko Kinugasa
潔和 佐藤
Kiyokazu Sato
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Abstract

To obtain a high-frequency accelerator cavity and a linear accelerator system that can suppress gas leakage and gas permeation from a seal portion of a metal seal, maintain a high degree of ultimate vacuum, and achieve stable operation for a long period of time.SOLUTION: In a high-frequency accelerator cavity 1, a metal seal 55 which is a vacuum-sealing member is arranged on the contact surface between constituent members 11, 12, and 13 of the high-frequency accelerator cavity 1 divided by a plane parallel to the acceleration axis of charged particles.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、高周波加速空洞及び高周波加速器システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to high frequency accelerating cavities and high frequency accelerator systems.

一般に、荷電粒子を加速するには、静電場による加速、若しくは高周波電場による加速が用いられる。 Generally, to accelerate charged particles, acceleration by an electrostatic field or acceleration by a high-frequency electric field is used.

高周波電場による加速は、粒子が通過し加速される部分は真空状態とする必要がある。また、高周波電力の共振空洞内での電力ロスを小さくすることが、電力効率の面と共振空洞の発熱の面から重要である。 Acceleration by a high-frequency electric field requires that the part where particles pass and are accelerated must be in a vacuum state. Further, it is important to reduce the power loss in the resonance cavity of the high frequency power from the viewpoint of power efficiency and heat generation of the resonance cavity.

高周波電場を用いたイオン加速器には、RFQ(Radio Frequency Quadrupole Linac:高周波4重極型線形加速器)、DTL(Drift Tube Linac:ドリフトチューブ線形加速器)などの高周波加速空洞が使用されている。 High-frequency acceleration cavities such as RFQ (Radio Frequency Quadrupole Linac) and DTL (Drift Tube Linac) are used as ion accelerators using high-frequency electric fields.

このRFQの製造方法の1つに高周波加速空洞の各部品を接続するに際して各部品間を真空シールするためにOリングを用いている例が記載されている。 As one of the manufacturing methods of this RFQ, an example in which an O-ring is used to vacuum-seal between the parts when connecting the parts of the high-frequency acceleration cavity is described.

特開2011-86494号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-86494.

上述した高周波加速空洞においては、Oリングで真空シールをするため、Oリングからのガスの漏洩や浸透により、到達真空度が低くなるという課題がある。また、Oリングはその材料によって短時間で劣化することもあり、長期間の使用が難しいという課題があった。 In the above-mentioned high-frequency acceleration cavity, since the vacuum is sealed by the O-ring, there is a problem that the ultimate vacuum degree is lowered due to the leakage or permeation of gas from the O-ring. Further, the O-ring may be deteriorated in a short time depending on the material, and there is a problem that it is difficult to use the O-ring for a long period of time.

上記実施形態に係る高周波加速空洞は、荷電粒子を加速させる高周波加速空洞において、前記荷電粒子の加速軸に平行な面で分割された前記高周波加速空洞の構成部材間の接触面には、真空封止部材であるメタルシールが配置されていることを特徴とする。 The high-frequency accelerating cavity according to the above embodiment is a high-frequency accelerating cavity for accelerating charged particles, and the contact surface between the constituent members of the high-frequency accelerating cavity divided by a plane parallel to the acceleration axis of the charged particles is vacuum-sealed. It is characterized in that a metal seal which is a stopping member is arranged.

また、上記実施形態に係る高周波加速器システムは、上記高周波加速空洞を半導体アンプを用いて励振させることを特徴とする。 Further, the high frequency accelerator system according to the above embodiment is characterized in that the high frequency accelerating cavity is excited by using a semiconductor amplifier.

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、メタルシールのシール部からのガスの漏洩やガスの浸透を抑制し到達真空度を高く保つことができ長期間の安定運転を図ることのできる高周波加速空洞及び高周波加速器システムを得ることができる。 The embodiment of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can suppress gas leakage and gas permeation from the seal portion of the metal seal to maintain a high ultimate vacuum degree for a long period of time. It is possible to obtain a high-frequency acceleration cavity and a high-frequency accelerator system capable of stable operation.

本発明に係る高周波加速空洞の斜視図。The perspective view of the high frequency acceleration cavity which concerns on this invention. 図1におけるA-A線において高周波加速空洞を切断した概略斜視図。The schematic perspective view which cut the high frequency acceleration cavity in line AA in FIG. 図1に示した中央部材の概略斜視図。The schematic perspective view of the central member shown in FIG. 図1に示した側方部材の概略斜視図。The schematic perspective view of the side member shown in FIG. 図2に示したメタルシールにおいて、(a)は側断面図、(b)は(a)のB-B線において切断した概略断面図。In the metal seal shown in FIG. 2, (a) is a side sectional view, and (b) is a schematic sectional view cut along the line BB of (a). 本発明に係る高周波加速器システムの概略ブロック図。Schematic block diagram of the high frequency accelerator system according to the present invention.

(実施例1)
以下、本発明の実施形態に係る高周波加速空洞1について図1から図5を参照して説明する。なお、図面において同一部分には同一符号を付して適宜構成の説明を省略する。
(Example 1)
Hereinafter, the high frequency acceleration cavity 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals, and the description of the configuration will be omitted as appropriate.

図1は、本実施の形態における高周波加速空洞1の斜視図である。高周波加速空洞1は、筒状に形成されている筒状部2を有している。高周波加速空洞1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が設けられている。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 perspective view of the high frequency acceleration cavity 1 in the present embodiment. The high frequency acceleration cavity 1 has a tubular portion 2 formed in a cylindrical shape. The high-frequency acceleration cavity 1 projects inward from the tubular portion 2 and is provided with electrodes 21 to 24 called vanes. Each of the electrodes 21 to 24 is electrically connected to the tubular portion 2.

本実施の形態における高周波加速空洞1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を備えている。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おり、それぞれの電極21~24は、荷電粒子の加速軸の延びる方向100に沿って延びるように形成されている。 The high frequency acceleration cavity 1 in the present embodiment includes a first electrode 21, a second electrode 22, a third electrode 23, and a fourth electrode 24. The four electrodes 21 to 24 in the present embodiment are integrally formed with a member constituting the tubular portion 2, and each of the electrodes 21 to 24 is along the extending direction 100 of the acceleration axis of the charged particles. It is formed to extend.

この電極21~24は、断面三角形の三角柱状に形成されており、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21~24の形状は、この形態に限られず、筒状部2から突出し、電極21~24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良い。 The electrodes 21 to 24 are formed in a triangular columnar shape having a triangular cross section, and each of the electrodes 21 to 24 is formed so that the apex of the triangle having a cross section is directed toward the acceleration axis of the charged particles. The tip portion of each of the electrodes 21 to 24 toward the acceleration axis is formed with a corrugated end in order to form an electric field that accelerates and focuses the charged particles in the direction of the acceleration axis. The shape of the electrodes 21 to 24 is not limited to this form, and any shape that protrudes from the tubular portion 2 and the tip of the electrodes 21 to 24 is close to the acceleration axis can be adopted. For example, the electrode may be formed in a plate shape.

この高周波加速空洞1は、高周波電力を供給するための電源装置を備えている。この電源装置は、図示しない前段増幅器および主増幅器に接続されている高周波発生器を有している。高周波発生器で生成された高周波の電力は、前段増幅器および主増幅器により増幅される。主増幅器から出力される高周波電力は、結合器を介して高周波加速空洞1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、高周波加速空洞1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 high frequency acceleration cavity 1 includes a power supply device for supplying high frequency power. This power supply has a high frequency generator connected to a pre-stage amplifier and a main amplifier (not shown). The high frequency power generated by the high frequency generator is amplified by the pre-stage amplifier and the main amplifier. The high frequency power output from the main amplifier is supplied to the high frequency acceleration cavity 1 via the coupler. The power supply device is not limited to this form, and any device capable of supplying high frequency power to the high frequency acceleration cavity 1 can be adopted.

高周波加速空洞1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。高周波加速空洞1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 high frequency acceleration cavity 1 has stray capacitance and stray inductance depending on the shape of the cylindrical portion 2 and the respective electrodes 21 to 24. These stray capacitances and stray inductances form part of an electrical circuit. An accelerating electric field is formed by supplying high-frequency power to the high-frequency accelerating cavity 1. When the electromagnetic field of TE210 mode or TE211 mode suitable for the quadrupole accelerator is excited, the respective voltages of the first electrode 21, the second electrode 22, the third electrode 23 and the fourth electrode 24 ( The absolute value) is the same, and the electrode pair of the first electrode 21 and the second electrode 22 facing each other and the electrode pair of the third electrode 23 and the fourth electrode 24 facing each other are mutually opposite. It has the opposite polarity (plus or minus). The acceleration shaft is arranged in a space sandwiched between the four electrodes 21 to 24. Charged particles move while being accelerated along the acceleration axis.

図2は、図1におけるA-A線において高周波加速空洞1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高周波加速空洞1は、加速軸の延びる方向100と平行に延びるように形成されている。 FIG. 2 is a perspective view when the high frequency acceleration cavity 1 is cut along the line AA in FIG. The arrow 100 is the direction in which the acceleration axis of the charged particle extends. The high-frequency acceleration cavity 1 in the present embodiment is formed so as to extend in parallel with the extending direction 100 of the acceleration axis.

図1および図2において、本実施の形態における高周波加速空洞1は荷電粒子の加速軸に平行な面で分割され、第1の電極21および第2の電極22を含む中央部材11、第3の電極23を含む第1の側方部材12、第4の電極24を含む第2の側方部材13の3つの構成部材を備えている。 In FIGS. 1 and 2, the high-frequency acceleration cavity 1 in the present embodiment is divided by a plane parallel to the acceleration axis of the charged particles, and the central member 11 including the first electrode 21 and the second electrode 22 and the third. It includes three constituent members, a first side member 12 including an electrode 23 and a second side member 13 including a fourth electrode 24.

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11および側方部材12,13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11または側方部材12に予め配置されていても構わない。 The first side member 12 is arranged on one side of the central member 11. The second side member 13 is arranged on the other side of the central member 11. Each of the central member 11, the first side member 12, and the second side member 13 in the present embodiment is integrally formed from one member. That is, the central member 11 and the side members 12, 13 are made of one material without having a joining line, a welding line, or the like of a plurality of parts. In addition, an additional member such as a vacuum port may be arranged in advance on the central member 11 or the side member 12.

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、ボルト51およびナット52を用いた固定部材により締結され互いに固定されている。 The central member 11, the first side member 12, and the second side member 13 are fastened and fixed to each other by a fixing member using a bolt 51 and a nut 52.

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後述する金属製のメタルシール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高周波加速空洞1は密閉されている。 A metal seal 55, which will be described later, is arranged as a vacuum sealing member on the contact surface between the central member 11 and the first side member 12 and the contact surface between the central member 11 and the second side member 13. ing. The high frequency acceleration cavity 1 is sealed by arranging the vacuum sealing member between the respective constituent members.

図3に、本実施の形態における中央部材11の概略斜視図を示す。 FIG. 3 shows a schematic perspective view of the central member 11 in the present embodiment.

中央部材11は、高周波加速空洞1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および第2の電極22を有している。この第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。 The central member 11 has a central outer frame portion 11a that constitutes a central portion of the outer frame portion of the high frequency acceleration cavity 1. The central outer frame portion 11a is formed in an annular shape when viewed in a plan view. The central member 11 has a first electrode 21 and a second electrode 22 protruding inward from the central outer frame portion 11a. The first electrode 21 and the second electrode 22 are arranged so that the tip portions thereof face the acceleration axis.

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。そして、入射口61および出射口62は、加速軸の延長線上に形成されている。 Of the outer surface of the central member 11, an incident port 61 on which charged particles are incident is formed on the end surface in the direction of the acceleration axis. Further, an exit port 62 from which charged particles are emitted is formed on the end surface opposite to the end surface on which the incident port 61 is formed. The entrance port 61 and the exit port 62 are formed on an extension of the acceleration axis.

中央外枠部11aには、ボルト51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、メタルシール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。なお、真空封止部材であるメタルシール55を配置するための凹部16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のは勿論である。 A through hole 14 for passing the bolt 51 is formed in the central outer frame portion 11a. A plurality of through holes 14 are formed along the shape of the central outer frame portion 11a. A recess 16 for arranging the metal seal 55 is formed on the contact surface of the central outer frame portion 11a that comes into contact with the first side member 12 or the second side member 13. The recess 16 is formed in a closed shape when viewed in a plan view. Needless to say, the recess 16 for arranging the metal seal 55, which is a vacuum sealing member, may be arranged in the first side member 12 and the second side member 13.

そして、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。この基準マーク31は、例えば入射口61および出射口62が形成されている端面に直線状に形成されている。 The central member 11 is formed with a reference mark 31 for determining the positions of the members in the assembly process of assembling each member. The reference mark 31 is formed linearly on the end face where, for example, the entrance port 61 and the exit port 62 are formed.

図4に、本実施の形態における側方部材12の概略斜視図を示す。 FIG. 4 shows a schematic perspective view of the side member 12 in the present embodiment.

第1の側方部材12は、高周波加速空洞1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には、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を有している。 The first side member 12 has a first side outer frame portion 12a that constitutes a side portion of the outer frame portion of the high frequency acceleration cavity 1. The first lateral outer frame portion 12a is formed in an annular shape when viewed in a plan view. The first side member 12 has a first wall portion 12b having the shape of a part of the acceleration cavity. The first wall portion 12b constitutes the tubular portion 2 of the acceleration cavity 1. The first wall portion 12b is formed so as to extend outward from the first lateral outer frame portion 12a. The first wall portion 12b is formed in a plate shape and is connected to the first lateral outer frame portion 12a. The first side member 12 has a third electrode 23 projecting inward from the first wall portion 12b.

第1の側方外枠部12aには、ボルト51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 hole 15 for passing the bolt 51 is formed in the first side outer frame portion 12a. The first side outer frame portion 12a is formed with an alignment mark 32 for determining an assembly position in the assembly process. In the present embodiment, the alignment marks 32 are formed on both end faces in the direction of the acceleration axis in the end faces of the first lateral outer frame portion 12a.

図4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を有しており、この第2の側方外枠部13aから外側に向かって延び、高周波加速空洞1の一部の形状を有する第2の壁部13bが形成されている。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が設けられている。 In FIG. 4, the first side member 12 of the two side members is taken as an example for explanation, but the second side member 13 has the same configuration as the first side member 12. Have. The second side member 13 has an annular second side outer frame portion 13a, which extends outward from the second side outer frame portion 13a and is a part of the high frequency acceleration cavity 1. A second wall portion 13b having the shape of is formed. The second side member 13 is provided with a fourth electrode 24 that projects inward from the second wall portion 13b.

そして本実施の形態における高周波加速空洞1は、中央外枠部11aと第1の側方外枠部12aおよび第2の側方外枠部13aがボルト51およびナット52により互いに固定され、メタルシール55によって密着して構成され、加速空洞1の外枠部が形成されている。 In the high frequency acceleration cavity 1 of the present embodiment, the central outer frame portion 11a, the first side outer frame portion 12a, and the second side outer frame portion 13a are fixed to each other by bolts 51 and nuts 52, and a metal seal is provided. It is closely configured by 55 to form an outer frame portion of the acceleration cavity 1.

図5を用いてメタルシール55について説明する。なお図5(a)はメタルシール55の側断面図、図5(b)は図5(a)のB-B線において切断した概略断面図である。 The metal seal 55 will be described with reference to FIG. 5 (a) is a side sectional view of the metal seal 55, and FIG. 5 (b) is a schematic sectional view cut along the line BB of FIG. 5 (a).

図5において、メタルシール55は、金属スプリング56を内蔵して一体化させ、金属被膜57を有する断面C型形状のメタルシール材58を、図3に示す凹部16に合わせて加工したものを用いる構成としている。 In FIG. 5, as the metal seal 55, a metal spring 56 is incorporated and integrated, and a metal seal material 58 having a metal coating 57 and a C-shaped cross section is processed so as to fit into the recess 16 shown in FIG. It is composed.

また、メタルシール材58は断面C型形状でなくても、金属スプリング56を内蔵し、金属被膜57で覆われた、または内外面の少なくとも一面が金属被膜57で形成された金属製のメタルシール55を用いた構成でもよい。さらにメタルシール55は、金属スプリング56なしでC型形状の金属被膜57だけにスプリング力を持たせた構成としてもよい。 Further, even if the metal sealing material 58 does not have a C-shaped cross section, it has a built-in metal spring 56 and is covered with a metal coating 57, or at least one of the inner and outer surfaces is formed of the metal coating 57. The configuration using 55 may be used. Further, the metal seal 55 may have a configuration in which a spring force is applied only to the C-shaped metal coating 57 without the metal spring 56.

金属被膜57は外皮と内皮の二重構造とし、外皮は電気伝導性が良く柔らかい金属である銀、アルミ、インジウム、銅などの金属で形成しても良い。 The metal coating 57 has a double structure of an outer skin and an endodermis, and the outer skin may be formed of a metal such as silver, aluminum, indium, or copper, which is a soft metal having good electrical conductivity.

さらに、メタルシール55として、電気伝導性が良くやわらかい金属である棒状の例えば丸棒状の銀、アルミ、インジウム、銅などを用いても良い。このようなメタルシール材を採用することにより、メタルシール55が金属であるため、高周波加速空洞1の構成部材間の電気的接触が確保でき、金属スプリング56を配置する必要がなくなる利点もある。 Further, as the metal seal 55, a rod-shaped metal such as silver, aluminum, indium, or copper, which is a soft metal having good electrical conductivity, may be used. By adopting such a metal seal material, since the metal seal 55 is made of metal, it is possible to secure electrical contact between the constituent members of the high frequency acceleration cavity 1, and there is an advantage that it is not necessary to arrange the metal spring 56.

そして、メタルシール55全周にわたり均一な締め付け力がかかるよう、ボルト穴である貫通孔14の間隔pは、高周波加速空洞1の構成部材間の接触面であるフランジ接合面が全て圧縮を受ける設定となるため、ボルト呼び径をd、締め付ける板の厚さをtとすると式(1)のように設定される。 Then, in order to apply a uniform tightening force over the entire circumference of the metal seal 55, the spacing p of the through holes 14 which are bolt holes is set so that all the flange joint surfaces which are the contact surfaces between the constituent members of the high frequency acceleration cavity 1 are compressed. Therefore, if the nominal diameter of the bolt is d and the thickness of the plate to be tightened is t, it is set as in the equation (1).

(数2)
p<1.52d+2t ・・・(1)
(Number 2)
p <1.52d + 2t ... (1)

貫通孔14の間隔pは式(1)の右辺で求められた値以下であれば締め付け力の均一度が上がるため、有効である。 If the interval p of the through holes 14 is equal to or less than the value obtained on the right side of the equation (1), the uniformity of the tightening force increases, which is effective.

このように構成された本実施の形態において、メタルシール55を用いて真空シールを行った高周波加速空洞1においては、メタルシール55のシール部からのガスの漏洩やガスの浸透が抑制でき到達真空度を高く保つことが可能である。また、金属のシールであることから劣化がほとんどないため、長期間の安定運転が可能である。 In the present embodiment configured as described above, in the high-frequency acceleration cavity 1 vacuum-sealed using the metal seal 55, gas leakage and gas permeation from the seal portion of the metal seal 55 can be suppressed and the ultimate vacuum can be suppressed. It is possible to keep the degree high. In addition, since it is a metal seal, there is almost no deterioration, so stable operation for a long period of time is possible.

本実施の形態によれば、真空シール材にメタルシールを採用したことにより、長期間に渡ってシール部からのガスの漏洩やガスの浸透がなくなり到達真空度を高く保つことが可能である。 According to the present embodiment, by adopting a metal seal as the vacuum sealing material, it is possible to prevent gas leakage and gas permeation from the sealing portion for a long period of time and maintain a high degree of ultimate vacuum.

(実施例2)
次に、実施例2について、図6を用いて説明する。図6は本実施の形態における線形加速器システムの概略ブロック図である。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic block diagram of the linear accelerator system according to the present embodiment.

図6において、高周波加速器システム70は荷電粒子を発生させる粒子発生源であるイオン源71、実施例1で示された高周波加速空洞1を使用したRFQ73、2台のDTL74から構成されている。RFQ73、2台のDTL74は、それぞれRFQ高周波電源73aおよびDTL高周波電源74aである半導体アンプ(AMP)で高周波電力を供給して励振させる構成である。 In FIG. 6, the high-frequency accelerator system 70 is composed of an ion source 71, which is a particle generation source for generating charged particles, an RFQ73 using the high-frequency acceleration cavity 1 shown in the first embodiment, and two DTL74s. The RFQ73 and the two DTL74s are configured to be excited by supplying high frequency power by a semiconductor amplifier (AMP) which is an RFQ high frequency power supply 73a and a DTL high frequency power supply 74a, respectively.

半導体アンプを用いたRFQ73は、ガスの漏洩や浸透がなくなり到達真空度を高く保つことが可能である。また、メタルシール55の劣化がないため、長期間の安定運転が可能である。さらに、半導体アンプであるRFQ高周波電源73aおよびDTL高周波電源74aを用いて励振させることで、従来の定期的な真空管の交換が不要になり、メンテナンス性を向上させることができる。 The RFQ73 using a semiconductor amplifier can maintain a high degree of ultimate vacuum without gas leakage or permeation. Further, since the metal seal 55 does not deteriorate, stable operation for a long period of time is possible. Further, by exciting using the RFQ high frequency power supply 73a and the DTL high frequency power supply 74a, which are semiconductor amplifiers, it is not necessary to replace the conventional vacuum tube periodically, and the maintainability can be improved.

このように構成された本実施の形態における高周波加速器システムおいては、長期間の安定運転が可能であり、かつメンテナンス性を向上させることができる。 In the high-frequency accelerator system according to the present embodiment configured as described above, stable operation for a long period of time is possible and maintainability can be improved.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention.

これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。 These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention.

これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

1…高周波加速空洞、2…筒状部、11…中央部材、11a…中央外枠部、12…第1の側方部材、12a…第1の側方外枠部、12b…第1の壁部、13…第2の側方部材、13a…第2の側方外枠部、13b…第2の壁部、14…貫通孔、16…凹部、21…第1の電極、22…第2の電極、23…第3の電極、24…第4の電極、31…基準マーク、32…位置合わせマーク、51…ボルト、52…ナット、55…メタルシール、56…金属スプリング、57…金属被膜、58…メタルシール材、61…入射口、62…出射口、70…高周波加速器システム、71…イオン源、73…RFQ(高周波4重極型線形加速器)、73a…RFQ高周波電源、74…DTL(ドリフトチューブ線形加速器)、74a…DTL高周波電源、75…ビームライン、100…荷電粒子の加速軸の延びる方向。 1 ... High frequency accelerator cavity, 2 ... Cylindrical part, 11 ... Central member, 11a ... Central outer frame part, 12 ... First side member, 12a ... First side outer frame part, 12b ... First wall Part, 13 ... second side member, 13a ... second side outer frame part, 13b ... second wall part, 14 ... through hole, 16 ... recess, 21 ... first electrode, 22 ... second Electrode, 23 ... 3rd electrode, 24 ... 4th electrode, 31 ... Reference mark, 32 ... Alignment mark, 51 ... Bolt, 52 ... Nut, 55 ... Metal seal, 56 ... Metal spring, 57 ... Metal coating , 58 ... Metal sealant, 61 ... Incident port, 62 ... Exit port, 70 ... High frequency accelerator system, 71 ... Ion source, 73 ... RFQ (high frequency quadrupole linear accelerator), 73a ... RFQ high frequency power supply, 74 ... DTL (Drift tube linear accelerator), 74a ... DTL high frequency power supply, 75 ... beamline, 100 ... direction in which the acceleration axis of charged particles extends.

Claims (8)

荷電粒子を加速させる高周波加速空洞において、
前記荷電粒子の加速軸に平行な面で分割された前記高周波加速空洞の構成部材間の接触面には、真空封止部材であるメタルシールが配置されていることを特徴とする高周波加速空洞。
In a high frequency accelerating cavity that accelerates charged particles
A high-frequency acceleration cavity characterized in that a metal seal, which is a vacuum-sealing member, is arranged on a contact surface between constituent members of the high-frequency acceleration cavity divided by a plane parallel to the acceleration axis of the charged particles.
前記メタルシールは、金属スプリングが内蔵されたメタルシール材を用いて一体化した構成であることを特徴とする請求項1記載の高周波加速空洞。 The high-frequency acceleration cavity according to claim 1, wherein the metal seal has a structure integrated by using a metal seal material having a built-in metal spring. 前記メタルシール材は内面または外面の少なくとも一面に金属被膜が形成されていることを特徴とする請求項2記載の高周波加速空洞。 The high-frequency acceleration cavity according to claim 2, wherein the metal sealing material has a metal film formed on at least one surface of an inner surface or an outer surface. 前記メタルシールは棒状の銀、アルミ、インジウム、銅から選択された一部材から成ることを特徴とする請求項1記載の高周波加速空洞。 The high frequency acceleration cavity according to claim 1, wherein the metal seal is made of one member selected from rod-shaped silver, aluminum, indium, and copper. 前記高周波加速空洞の空洞部材は、ボルトおよびナットによって締結され互いに固定されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項記載の高周波加速空洞。 The high-frequency acceleration cavity according to any one of claims 1 to 4, wherein the cavity member of the high-frequency acceleration cavity is fastened with bolts and nuts and fixed to each other. 前記ボルトを貫通させる貫通孔の間隔pは、ボルト呼び径をd、締め付ける板の厚さをtとすると式(1)で設定されることを特徴とする請求項5記載の高周波加速空洞。
(数1)
p<1.52d+2t ・・・(1)
The high-frequency acceleration cavity according to claim 5, wherein the interval p of the through holes through which the bolt penetrates is set by the equation (1), where d is the nominal diameter of the bolt and t is the thickness of the plate to be tightened.
(Number 1)
p <1.52d + 2t ... (1)
請求項1から請求項6の何れか1項記載の前記高周波加速空洞を半導体アンプを用いて励振させることを特徴とする高周波加速器システム。 A high-frequency accelerator system according to any one of claims 1 to 6, wherein the high-frequency accelerator cavity is excited by using a semiconductor amplifier. 前記高周波加速空洞に荷電粒子を発生させる粒子発生源を接続したことを特徴とする請求項7記載の高周波加速器システム。 The high-frequency accelerator system according to claim 7, wherein a particle generation source for generating charged particles is connected to the high-frequency acceleration cavity.
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