JP2703975B2

JP2703975B2 - 加速器電極板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2703975B2
Application number: JP1033859A
Authority: JP
Inventors: 純市渋谷; 一博竹中; 一成中本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH02215098A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、中性子等を加速するためのビーム加速器の
電極板およびその製造方法に関する。

（従来の技術）一般にビーム加速用電極板に使用される材料として
は、電気的特性および冷却能力等を確保するために、導
電性および熱伝導性に優れた銅板が採用されている。

一般にビーム加速用電極板は使用時に高温度に加熱さ
れるため、冷却操作が必要とされる。従来のビーム加速
用電極板は第８図（ａ）に示すように銅板で形成された
電極板本体（41）にろう材（42）によって銅製の冷却管
（43）が固着される。また冷却管の冷却面積を増大し、
冷却能力を向上させる目的で、第８図（ｂ）に示すよう
に断面が角形状の冷却管（43）を電極板本体（41）にろ
う付して構成する場合もある。

使用時には冷却管（43）内に冷却用流体が流れ、ビー
ム加速用電極板は所定温度に冷却される。

しかしながら、第８図（ａ），（ｂ）に示すようなろ
う材（42）を使用したビーム加速用電極板を高真空中で
使用すると、ろう材（42）に含有される高い蒸気圧を有
する成分が経時的に蒸発し、ビーム加速性能を大きく阻
害する。そのため、使用前に長時間に亘ってベーキング
を実施し蒸気を生じる揮発成分を予め除去する操作がな
されているが、完全な除去はむずかしい。そのためビー
ム加速装置の性能維持に限界がある。

そこで、第８図（ｃ），（ｄ）に示すようにろう材
（42）を使用せずに複数の電極板要素（44）を相互に突
き合せ、その接合端面（47）を溶接を行なったり、また
は、相互に拡散接合することによって一体化する方法も
開発されている。

第８図（ｄ）は、プラズマ・核融合学会第４回年次大
会（1987年）予稿集29頁c6「NBI電極板の新しい製作方
法」において開示されているビーム加速器の電極板の構
造およびその製作方法を示している。

すなわち第８図（ｄ）に示す電極板は電極板本体（4
1）と蓋板（45）とからなり、下部の電極板本体（41）
には冷却孔用の細溝（46）が加工，形成されている。蓋
板（45）は電極板本体（41）の細溝（46）を覆うように
組合せされる。

次に、電極板本体（41）と蓋板（45）は真空中におい
て、固相拡散によって接合され、一体の電極板が得られ
ると同時に電極板内部の細溝により冷却溝（48）が形成
される。その後、機械加工によりビーム孔をあける。

しかしながら、第８図（ｄ）に示すビーム加速器電極
板において、ビームの照射時間を長くする場合、従来の
ビーム加速器電極板の材料である銅板では、加熱により
変形が生じ、ビーム孔に変形が生じる。

この問題点を解決するために銅板を耐熱材料であるモ
リブデン板に替えることで照射時間を高めることが考え
られ、第８図（ｄ）に示した構造のモリブデン製の電極
板も開発されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、モリブデン材料は銅材料に比較して切
削などの機械加工性が悪い。とくに、ビーム加速器電極
板のように高精度な位置が要求されるビーム孔や冷却溝
の加工は難しい。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
のであり、冷却と耐熱性がよく、長時間稼動しても変形
を生ずることのない加速器電極板およびその製造方法を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の加速器電極板は、冷却水路用貫通溝を設けた
中央部金属板の両側に平板の側部金属板を重ね合せて接
合し、金属板の厚さ方向に中性子通過用ビーム孔をあけ
た構成とする。

また、その製造方法としては、放電加工によって冷却
水路用貫通溝を設けた中央部金属板の両側に平板の側部
金属板を重ね合せて接合部を真空シールし、熱間等方圧
加圧によって前記接合部を拡散接合するようにする。

（作用）本発明においては、冷却水路用溝を貫通溝にしたの
で、放電加工が可能となる。放電加工によると冷却水路
用溝の位置精度と溝加工精度が高まるとともに、溝加工
に要する時間も短縮出来る。

放電加工によると、従来、直線であった冷却溝を中性
子通過用ビームに沿って蛇行した冷却溝にすることがで
き冷却効率を高めることも出来る。

また、貫通溝を有する金属板の上下面に金属板を拡散
接合により接合するので冷却溝を有する機密性に優れた
耐熱用の加速器電極板を提供することが出来る。

拡散結合の加圧手段にガス圧を利用した等方圧加圧を
用いることは、薄板の均等加圧を可能とするとともに、
各種サイズの電極板の大きさに制約されない製造方法を
提供出来る。

耐熱材料のモリブデン板と熱伝導性のよい銅板の複合
材とした電極板にすることで耐熱性と熱伝導性の材料の
特長を生かし、照射寿命の長い電極板を提供出来る。

（実施例１）（実施例１の構成）次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図は本実施例に係る加速器電極板の構成を示す分
解斜視図である。

モリブデン材利用からなる金属板（１），（２），
（３）は金属板（１），（３）が平板で、金属板（２）
は放電加工により貫通溝を有する冷却水路用溝（４）を
有している。金属板（１），（２），（３）の板厚は1m
mである。冷却水路用溝（４）の形状は溝幅が0.5mmと極
てめ狭い。

第２図は、第１図の電極板の製造方法を実施するため
の装置の一実施例を示す断面図である。

第１図に示したモリブデンの金属板（１），（２），
（３）の接合面にインサート材（６），（７）をそれぞ
れに挿入し、組合せた後に、拡散接合装置（８）に設定
する。拡散接合装置（８）は加熱用ヒータ（９）、リフ
レクター（10）、支持台（11）、加圧治具（12）、断熱
材（13）、真空ポンプ（14）等から構成される。

接合面にインサート材（６），（７）を挿入し、組合
せた後に、拡散接合装置（８）に設定する。設定後に拡
散接合装置（８）のロータリポンプと油拡散ポンプとか
らなる真空ポンプ（14）のより、装置内の圧力を１×10
^-5Torr以下にする。その後、モリブデンヒータからなる
加熱用ヒータ（９）に電流を流し、装置内の雰囲気温度
および接合体であるモリブデンの金属板（１），
（２），（３）の表面温度を800℃〜1100℃に保つため
に加熱する。

次に図示しない油圧ポンプを用いて加圧治具（12）を
下降させ、モリブデンの金属板（１），（２），（３）
に均等加圧を加える。その均等加圧力はおよそ３〜10kg
f/mm²の値である。均等加圧力を加えるために、加圧治
具（12）は、とくに高温時に於いても変形が比較的生じ
にくい材料であるグラファイト材料と高温酸化にしくい
ステンレス鋼からなる複合材料を用いている。

接合面に挿入するインサート材（６），（７）は５〜
10ミクロンの厚さを有するチタン箔を用いる。

（実施例１の作用）上記の構成に記したように、モリブデンの金属板
（１），（２），（３）の接合面にチタン箔のインサー
ト材（６），（７）をはさんで接合温度800℃〜1100
℃，加圧３〜10kgf/mm²の均等加圧力を30分から２時間
かけると、金属板（１），（２），（３）とインサート
材（６），（７）が相互拡散し、金属学的な接合が得ら
れる。

従って、本構成の金属板（１），（２），（３）は、
平板と冷却水路用の溝（４）を有する板の３枚構成の加
速器電極板の製造を可能とする。

とくに、本実施例によれば、冷却溝（４）を放電加工
により貫通溝としたので極めて狭い冷却溝あるいは冷却
溝のピッチあるいは寸法精度が高いものが得られる。ま
た、拡散接合法に用いて接合するために、極めて高精度
な加速電極板の製造が可能となる。

（実施例１の効果）本実施例によれば、冷却水路用溝を貫通溝にするの
で、従来、モリブデン材によるビーム加速器電極板の製
造が困難とされていた。冷却溝の加工精度，寸法精度お
よび加工時間等に於いて、その制約がなく、また加工時
間の大幅短縮が可能となる。また、冷却溝の形状が任意
な形状とくに冷却効率を高めるために必要な形状に設
計，製造が可能となるために冷却効率を高めることが出
来る。さらに、冷却効率を高めることでビーム加速器電
極板の変形がなく長寿命化が可能となる。

（実施例２）（実施例２の構成）次に他の実施例について説明する。

第３図は本実施例に係る加速器電極板の冷却水路用溝
加工の形状を示すもので、第１図に示した金属板（２）
の平面図を示す。

第３図に示すように、冷却水路用溝（４）の加工は図
面よりその位置を割り出した中性子通過用ビーム孔（1
5）に沿って蛇行した溝を放電加工により形成する。

その他の構成は実施例１に示すものと同様である。

（実施例２の作用）中性子通過用のビーム孔（15）の位置および配列が第
３図に示すように２列に配置され、かつチドリになって
いる特長を生かすために、冷却水路用溝（４）はビーム
孔（15）に沿って溝加工を施す。そのため冷却水路用溝
（４）が直線状であった従来の構造に対して長くなる。

このようにすると、発熱源であるビーム孔（15）に沿
って冷却水が流れるので、ビーム孔（15）の近傍を冷却
することが出来る。

（実施例２の効果）本実施例によれば冷却水路用溝を中性子通過用のビー
ム孔に沿って蛇行した形状にするので、冷却水路用溝が
長くなり冷却効率が高まる。またビーム孔のごく近傍を
冷却水が流れるために、冷却効率が高まるとともに、熱
変形を最小に抑えることが出来る。

冷却効率を高めることと、熱変形を抑えることでビー
ム加速器電極板としての長寿命化が可能となる。

（実施例３）次に実施例３について説明する。

第４図はモリブデン材からなる金属板（１），
（２），（３）を組合せた後に、真空中に於いてシール
溶接（16），（17）を行なった斜視図を示す。第５図
（ａ）および（ｂ）は、金属板の斜視図および金属板を
真空封じを行なうための容器（18）および蓋（19）の斜
視図を示す。

第４図および第５図に示す目的は、接合しようとする
金属板（１），（２），（３）の接合面を真空雰囲気に
するためであり、その手段はその他の方法でも良い。

このようにして得られた金属板（１），（２），
（３）の組合せたものを第６図に示す接合装置（20）に
入れる。

なお、いずれの場合も金属板（１），（２），（３）
の接合面には実施例１で述べたようにインサート材を用
いる。

接合装置（20）に入れた後の手順は、ロータリーポン
プおよび油拡散ポンプからなる真空ポンプ（14）を起動
させ、接合装置（20）内を１×10^-5Torr程度の圧力にす
る。その後、不活性ガスであるアルゴンガスをガス供給
装置（21）より接合装置（20）内に供給し、接合装置
（20）内のガス圧力をおよそ390kgf/cm²に加圧する。

その後、モリブデンヒータからなる加熱用ヒータ
（９）を加熱し、接合装置（20）内の雰囲気温度とガス
圧力を徐々に高める。

最終的には雰囲気温度を800℃〜1100℃，ガス圧力を3
00kgf/cm²〜1000kgf/cm²にし、およそ30分から２時間保
持する。

その後、冷却し、シール溶接（16），（17）を最終形
状のビーム加速器電極板に加工する。あるいは容器（1
8），蓋（19）を除去し同様に加工する。

本実施例によれば加圧源にアルコンガスのガス体を用
いているために、均等加圧による接合が可能である。

その接合条件はガス圧力300kgf/cm²〜1000kgf/cm²,雰
囲気温度800℃〜1100℃，保持時間30分〜２時間であ
り、この条件に於いてモリブデン材からなる金属板
（１），（２），（３）はインサート材を介して相互拡
散し、金属学的な接合が得られる。

従って、本構成のビーム加速器電極板の製造が可能と
なる。

本実施例によればアルゴンガスのガス圧力を利用する
ために、接合装置には加圧機構が不要となる。そのため
に、加圧治具により生じていた接合面の温度のバラツキ
がなくなり、高品質の接合が得られるようになる。

また、加速器電極板のサイズに応じて加圧治具を必要
としないために、加速器電極板の大，小のサイズが製造
可能となる。さらに加速器電極板の形状が角型あるいは
丸型に限定されず、複雑な形状の電極板の製造も可能と
なる。

（実施例４）次に実施例４について説明する。

第７図は加速電極板の構成を示す断面図である。

耐熱材料であるモリブデン材からなる金属板（31），
（33）と熱伝導性に優れる銅板（32）からなる複合電極
板とする。

この複合電極板を第２図あるいは第６図に示す接合装
置に入れ、実施例１および実施例３で説明したような接
合を行なう。なお本実施例ではインサート材は使用しな
い。

このような構成により、接合温度を700〜900℃，加圧
力を0.5kgf/mm²〜2kgf/mm²の比較的低い値で、およそ30
分から２時間保持することでモリブデンと銅は接合され
る。

このようにして得られた銅とモリブデンの複合材から
なる電極板は、耐熱性が要求される中性子が照射される
面にモリブデン板を配置し、また、冷却水路用溝を施す
金属板には、銅板を配置したものである。耐熱および冷
却効率の面に於いてそれぞれモリブデン板および銅板の
物性を利用したもので相乗効果が得られる。

また、３枚の組合せにすることで電極板の変形、とく
に異種材の線膨脹率の違いからくる熱変形を最小限に抑
えることが出来る。

本実施例によれば電極板に要求される耐熱性および冷
却効率を高めることができる。

従って、耐照射時間の改善や長寿命化に寄与する極め
て熱変形の少ない電極板の製造が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、下記のような効
果がある。

モリブデン材からなるビーム加速器電極板の冷却水路
用溝が任意な形状に加工出来るために、冷却効率が大幅
に向上するので、熱変形が小さく、電極板としての長寿
命化が図れる。

また、電極板の製造方法として、ガス圧を用いた接合
装置を用いるので、接合性の向上が図れるために、気密
性に優れた電極板が得られるとともに、電極板のサイズ
および形状に限定されない比較的、自由度の高い設計通
りの電極板の製造が可能となる。

さらに、電極板の構成を複合化することにより、冷却
効率が大幅に向上するので耐熱性に富んだビーム加速器
電極板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の加速器電極板を示す分
解斜視図、第２図は上記電極板の製造方法を実施するた
めの装置の一実施例を示す断面図、第３図は本発明の第
２の実施例の金属板の平面図、第４図は本発明の第３の
実施例に係る金属板の組合せの斜視図、第５図（ａ）は
第３の実施例の金属板の組合せの斜視図、第５図（ｂ）
は金属板を真空封じする容器および蓋の斜視図、第６図
は上記金属板を真空封じする装置の一実施例を示す断面
図、第７図は本発明の第４の実施例の電極板の斜視図、
第８図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は従来の加速器
電極板を示す断面図である。 1,2,3……金属板、４……冷却水路用溝５……給排水用穴、6,7……インサート材８……拡散接合装置、９……加熱用ヒータ 10……リフレクター、11……支持台 12……加圧治具、13……断熱材 14……真空ポンプ、15……ビーム孔 16,17……シール溶接、18……容器 19……蓋、20……接合装置 21……ガス供給装置、22……アルゴンガスボンベ 31,32,33……金属板、41……電極板本体 42……ろう材、43……冷却管 44……電極板要素、45……蓋板 46……細溝、47……接合端面 48……冷却溝、49……溶接ビード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−202898（ＪＰ，Ａ) 特開平２−215099（ＪＰ，Ａ) 特開平５−29093（ＪＰ，Ａ) ”ＮＢＩ電極板の新しい製作方法”，プラズマ・核融合学会第４回年次大会（1987），予稿集，Ｐ．29Ｃ６

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却水路用貫通溝を設けた中央部金属板の
両側に平板の側部金属板を重ね合せて接合し、金属板の
厚さ方向に中性子通過用ビーム孔をあけたことを特徴と
する加速器電極板。
【請求項２】冷却水路用貫通溝が蛇行していることを特
徴とする請求項（１）記載の加速器電極板。
【請求項３】側部金属板はモリブデン，タングステンな
どの耐熱材料であり、中央部金属板は銅のような熱伝導
性および導電性のよい金属であることを特徴とする請求
項（１）記載の加速器電極板。
【請求項４】放電加工によって冷却水路用貫通溝を設け
た中央部金属板の両側に平板の側部金属板を重ね合せて
接合部を真空シールし、熱間等方圧加圧によって前記接
合部を拡散接合することを特徴とする加速器電極板の製
造方法。