JP3271046B2 - 荷電粒子加速リングのアブソーバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空チェンバ内にて荷
電粒子を加速・蓄積する荷電粒子加速リングに設けられ
るシンクロトロン放射光を遮蔽、吸収するアブソーバに
係り、特に、放射光による損傷防止に配慮したアブソー
バに関する。

【０００２】

【従来の技術】放射線科学において、物質にＸ線や紫外
線を照射して、物質内部の微細な構造を分析する実験
や、高エネルギー物理学において、荷電粒子を互いに衝
突させて、素粒子を生成させる実験に、荷電粒子加速リ
ングが用いられている。

【０００３】荷電粒子加速リングは、例えば銅製の真空
チェンバをフランジで順次連結して全体をリング状に構
成した構造であり、真空チェンバ内を超高真空状態に維
持して、この内部で荷電粒子を加速し蓄積する。荷電粒
子加速リング（以下、リングという）は、直線部分と偏
向部分から構成され、偏向部においては、真空チェンバ
の外部に設けた磁石によって、荷電粒子の進行方向を曲
げている。このとき荷電粒子ビームの軌道の接線方向に
シンクロトロン放射光（以下「放射光」と称する）が発
生する。

【０００４】放射光は、真空チェンバの内面の外周側を
照射し、受光部の発熱を引き起こす。放射光照射による
真空チェンバの温度上昇を抑えるために、真空チェンバ
には、冷媒を流す冷却管が取付けられている。この冷媒
は、リング外部に設けられる冷媒循環装置により循環さ
れ、熱交換される。

【０００５】ところが、荷電粒子加速リングにおいて、
ベローズ管、ゲートバルブ、セラミックチェンバ等の冷
却機能を備えることが困難な箇所がある。例えば、真空
チェンバの接続部には、温度の上昇・下降によるチェン
バの伸縮や据え付け時の寸法誤差を吸収する目的で、ベ
ローズ管が挿入されているが、該ベローズ管は肉厚が薄
く、また、管壁が波状となっているため冷却管を密着さ
せることができず、放射光が直接照射されることは避け
なければならない。そのため、それらの冷却機能を備え
ることが困難な箇所の上流の真空チェンバには、放射光
を吸収し影を作るための、アブソーバと呼ばれる突起が
設置されていて、下流の冷却機能を備えることが困難な
箇所に放射光が照射するのを防いでいる。アブソーバが
どの程度の下流まで放射光に対して影を作れるかは、ア
ブソーバの高さによって決まる。

【０００６】アブソーバは、例えば特開平６−５３９９
号公報に示されるように、真空チェンバに中空部材を溶
接し、冷媒をこの内部（中空部）に循環させるための冷
却管を取り付けて、放射光受光面で発生する熱を、放射
光受光面の裏面、つまり中空部内面に接している冷媒に
伝達し、外部へ排出する構造になっている。

【０００７】アブソーバとしては、放射光を効率良く吸
収し得る形状・材質であることは勿論のこと、放射光を
吸収することでそれ自身が高温となるので、冷媒との熱
交換効率を高めるために、高い熱伝導性も要求される。
従って、従来のアブソーバには銅材が用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】放射光利用の実験や高
エネルギー物理学の実験では、それぞれ放射光輝度の向
上、素粒子の生成効率向上のために、リングに蓄積する
荷電粒子量の増大が求められている。ところが、蓄積荷
電粒子量の増大に伴って、発生する放射光の強度も増加
する。

【０００９】従来技術では、アブソーバの放射光受光面
の極めて狭い領域に放射光が集中しており、放射光のエ
ネルギーの増大によって、アブソーバへの熱負荷が増加
すると、充分な冷却が行えない問題点がある。材料に対
する熱負荷が大きくなると、アブソーバを形成する銅材
が軟化して強度の低下を招く恐れがある。また、リング
内に蓄積されている荷電粒子量の変化は、アブソーバに
対する熱負荷を変化させるので、熱サイクル疲労の原因
となり、アブソーバの放射光受光領域に亀裂を発生さ
せ、これがアブソーバ壁の裏側にまで進展することで、
アブソーバ中空部の冷媒が真空チェンバ内に漏洩し、真
空チェンバの超高真空状態を維持できなくなる可能性が
ある。

【００１０】本発明の目的は、アブソーバの放射光受光
領域での局所的な温度・熱応力の増大による材料の軟化
及び亀裂の発生・進展を防止し、アブソーバから真空チ
ェンバへの冷媒のリークを防いで真空チェンバ内の超高
真空状態を確実に維持することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、荷電粒子加速リング内を周回する荷
電粒子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、
前記荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを
防止するために、前記特定の部分の上流に設置されて、
前記シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバ
において、アブソーバを構成する中空の容器とは別体の
金属を、アブソーバ壁の放射光受光面に、間隔をおい
て、該受光面から突出させて複数個配置したものであ
る。

【００１２】上記目的を達成するために、第２の発明
は、荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒子ビームか
ら放射されるシンクロトロン放射光が、前記荷電粒子加
速リングの特定の部分を照射することを防止するため
に、前記特定の部分の上流に設置されて、前記シンクロ
トロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにおいて、ア
ブソーバを構成する中空の容器とは別体の金属を、アブ
ソーバ壁の放射光受光面に、間隔をおいて、該受光面か
ら突出させて複数個配置し、前記金属のアブソーバ壁面
からの突出高さと前記金属間の間隔を、前記金属間のア
ブソーバ壁面がシンクロトロン放射光に対して前記金属
による影の部分になるように設定したものである。

【００１３】上記目的を達成するために、第３の発明
は、荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒子ビームか
ら放射されるシンクロトロン放射光が、前記荷電粒子加
速リングの特定の部分を照射することを防止するため
に、前記特定の部分の上流に設置されて、前記シンクロ
トロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにおいて、高
融点材料を主成分とする金属を、アブソーバ壁の放射光
受光面に、シンクロトロン放射光の方向に間隔をおい
て、該受光面から突出させて複数個配置し、前記金属の
アブソーバ壁面からの突出高さと前記金属間の間隔を、
前記金属間のアブソーバ壁面がシンクロトロン放射光に
対して前記金属による影の部分になるように設定したも
のである。高融点材料の形状としては、線材、棒材ある
いは帯板材などが適当である。

【００１４】上記目的を達成するために、第４の発明
は、荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒子ビームか
ら放射されるシンクロトロン放射光が、前記荷電粒子加
速リングの特定の部分を照射することを防止するため
に、前記特定の部分の上流に設置されて、前記シンクロ
トロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにおいて、高
融点材料を主成分とする薄板と高熱伝導材料を主成分と
する薄板とを、前記高融点材料の薄板が高熱伝導材料の
薄板に対して突出するように、交互に積み重ねたもの
を、積み重ね方向がシンクロトロン放射光の光軸とほぼ
平行するように、それら薄板の板厚面をアブソーバ壁の
放射光受光面に接合したものである。

【００１５】上記目的を達成するために、第５の発明
は、荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒子ビームか
ら放射されるシンクロトロン放射光が、前記荷電粒子加
速リングの特定の部分を照射することを防止するため
に、前記特定の部分の上流に設置されて、前記シンクロ
トロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにおいて、少
なくともアブソーバ壁のシンクロトロン放射光受光面と
同一の長さを有し、かつシンクロトロン放射光の照射幅
より広い幅を持つ高融点材料を主成分とする帯状の板
が、アブソーバ壁の放射光受光面に埋め込まれているも
のである。

【００１６】上記目的を達成するために、第６の発明
は、荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒子ビームか
ら放射されるシンクロトロン放射光が、前記荷電粒子加
速リングの特定の部分を照射することを防止するため
に、前記特定の部分の上流に設置されて、前記シンクロ
トロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにおいて、高
熱伝導材料を主成分とする薄膜と低質量数材料を主成分
とする薄膜とを交互に積層した帯状の複合金属板が、高
熱伝導材料を主成分とする薄膜をシンクロトロン放射光
が照射される面にし、該薄膜面をアブソーバ壁の放射光
受光面にほぼ平行させて埋め込まれているものである。

【００１７】

【作用】第１及び第２の発明は、真空チェンバの特定の
個所（ベローズ管、ゲートバルブ、セラミックチェンバ
等の冷却機能を備えることが困難な箇所）にシンクロト
ロン放射光が当らないように影を作るアブソーバにおい
て、アブソーバの放射光受光面にアブソーバを構成する
中空の容器とは別体の金属を、間隔をおいて、該受光面
から突出させて複数個配置し、この金属で放射光を受
け、アブソーバの中空容器に直接放射光が当らないよう
にしたものである。アブソーバの中空容器には放射光が
照射されないので局所的な温度上昇や過大な熱応力の発
生は回避されるし、放射光を受けた別体の金属に熱応力
等により亀裂が入っても、アブソーバの中空容器にまで
は亀裂が拡大することは避けられるから、アブソーバか
ら真空チェンバへの冷媒のリークを防ぎ、真空チェンバ
内の超高真空状態を確実に維持できる。

【００１８】第３、第４及び第５の発明は、真空チェン
バの特定の個所（ベローズ管、ゲートバルブ、セラミッ
クチェンバ等の冷却機能を備えることが困難な箇所）に
シンクロトロン放射光が当らないように影を作るアブソ
ーバにおいて、高融点材料を主成分とする部材で放射光
を受け止め、放射光受光によって発生する熱を該材料内
で拡散させ、エネルギー密度が小さくなった段階で、ア
ブソーバ壁に熱を伝達するものである。放射光を受光す
る狭い領域に集中的に発生する熱が高融点材料内で拡散
され、拡散されてエネルギー密度が小さくなった段階
で、アブソーバ壁に熱を伝達することで、アブソーバ壁
の局所的な温度上昇及び過大な熱応力の発生が抑制され
る。アブソーバ壁の局所的な温度上昇及び過大な熱応力
の発生が抑制されるので、材料の軟化及び亀裂の発生・
進展が防止され、アブソーバから真空チェンバへの冷媒
のリークを防ぎ、真空チェンバ内の超高真空状態を確実
に維持できる。

【００１９】第６の発明は、放射光を高熱伝導材料及び
低質量数材料の薄膜を交互に通過させて、放射光に対し
て高熱伝導材料での吸収と低質量数材料での透過を繰り
返すことにより、放射光を分散して吸収するものであ
る。放射光照射の狭い領域に集中する熱が拡散されるこ
とで、アブソーバ壁の局所的な温度上昇及び過大な熱応
力の発生が抑制される。アブソーバ壁の局所的な温度上
昇及び過大な熱応力の発生が抑制されるので、材料の軟
化及び亀裂の発生・進展が防止され、アブソーバから真
空チェンバへの冷媒のリークを防ぎ、真空チェンバ内の
超高真空状態を確実に維持できる。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例のアブソーバを
含む真空チェンバの断面の一部を示した斜視図である。
本実施例のアブソーバ１は、稜線の一つをななめに切り
落した六面体の中空容器１Ａと、その一つの面（放射光
受光面）１０に所定の間隔をおいて互いに平行に埋め込
まれた高融点金属の線材３０とを含んで構成され、この
中空容器１Ａには、中空部１Ｂに冷媒を循環させる冷却
管４が接続されている。

【００２１】図１には示していないが、真空チェンバ２
の両端には、他の真空チェンバと接続するためのフラン
ジが設けられ、ベローズ管、ゲートバルブ、セラミック
チェンバなどの冷却困難な部材が結合されている。アブ
ソーバ１は、真空チェンバ２の下流のこれら冷却困難な
部材（以下特定個所という）への放射光６の照射を遮る
ように、中空容器１Ａの一つの面、放射光受光面１０を
リングの中心線に向けて、真空チェンバ２の外周側側面
に配置されている。アブソーバ壁２０の放射光受光面１
０には、複数個の高融点材料の線材３０が、該線材３０
の長手方向軸線を放射光受光面１０に平行にかつ放射光
の光軸に対してほぼ直角にして埋め込まれている。ま
た、線材３０は、その一部がアブソーバ壁の表面から突
出するようにしてアブソーバ壁に埋め込まれ、放射光の
光軸方向に互いに所定の間隔をおいて配置され、突出量
と前記間隔はアブソーバ壁２０が放射光に対して線材３
０で形成される影の部分になるように設定されている。

【００２２】本実施例においては、中空容器１Ａは銅で
作られ、線材３０の材質はタングステンである。線材３
０の材質は、融点がすくなくとも２５００℃のもの、例
えばタングステンの他にタンタルが適当である。

【００２３】荷電粒子加速リングでは、真空チェンバ２
の中心にある荷電粒子ビームの軌道５に沿って、荷電粒
子例えば電子又は陽電子が周回している。荷電粒子加速
リングは、荷電粒子ビームの軌道５が水平面内を通るよ
うに配置されている。リングの偏向部においては、真空
チェンバ２の外部に設けた磁石（図示せず）によって、
荷電粒子の進行方向が曲げられる。このとき荷電粒子ビ
ームの軌道５の接線方向に放射光６が発生する。アブソ
ーバ１は、発生した放射光６の光軸上に、かつ前記特定
個所の上流側（荷電粒子の進行方向の上流側）に設けら
れており、放射光６はアブソーバ１の放射光受光面１０
を照射する。

【００２４】図２は図１の中心水平面における断面図で
ある。本実施例のアブソーバ１は、六面体の中空容器１
Ａを真空チェンバ２の外周側側面に溶接されている。ア
ブソーバ壁２０の素材には、高熱伝導性が求められるの
で、例えば銅材とくに無酸素銅が用いられる。また、そ
の真空チェンバ内のアブソーバ壁２０は、放射光６を広
い面積に均一に受けるように、また荷電粒子ビームに対
するウエーク場の影響が少なくなるように、下流に向か
って高くなるように（真空チェンバ中心軸線に近づくよ
うに）なだらかな傾斜をなしている。このような傾斜面
をもつアブソーバ１により放射光６が遮られるので、真
空チェンバ２の下流には影１２が生じて、フランジ接合
部及びベローズ等の特定個所３への放射光照射を防いで
いる。アブソーバ１には、大気側（真空チェンバ外）か
ら冷媒を導入・排出するための冷却管４が接続されてい
る。

【００２５】図３は、図２の放射光受光面の拡大図であ
る。アブソーバ壁２０の放射光受光面１０には、断面が
円弧をなす溝が、軸線をアブソーバ壁２０の面に平行に
かつ放射光６の光軸にほぼ垂直にして、所定の間隔をお
いて複数個、互いに平行に設けられていて、そこに高融
点材料、本実施例においてはタングステンの線材３０が
埋め込まれている。溝の深さは、線材３０の径よりも小
さく、線材３０の一部は前記アブソーバ壁２０から突出
している。放射光６はアブソーバ１の放射光受光面１０
に対し斜めに入射するので、線材３０の後背部には線材
３０の影１１が生じる。アブソーバ壁２０の素材である
銅は、タングステンと比べて熱により軟化しやすいの
で、該アブソーバ壁２０に直接放射光が照射されないよ
うにするために、線材３０を埋め込む間隔を、影１１の
長さより短くしてある。さらに、アブソーバ壁２０に設
ける溝の深さＨを、線材３０の直径Ｄに対して、Ｄ/２
＜Ｈ＜Ｄの条件を満たすようにすることで、前記溝の側
面が線材３０を押さえ込む形とし、該線材の固定を容易
としてある。本実施例においては、アブソーバ壁２０の
厚みＴは５mm、線材３０の径Ｄは４mm、溝の深さＨは
２．３mm、線材の中心間の間隔は７mmである 高融点材料の線材３０は、パワー密度の高い放射光を受
けて高温になっても、銅に比較して高強度を維持できる
ので、放射光照射部の亀裂の発生・進展を防止できる。
また、線材３０の円周面で放射光を受光するので、放射
光受光に伴う熱発生が集中する個所がなく、かつ線材３
０の放射光受光部からアブソーバ壁２０への距離が大き
くなる角部がないので熱の拡散が平均的に行われる。さ
らに、線材３０に入射した放射光により発生した熱エネ
ルギーは、該線材内で拡散し、広い面積で熱が伝達され
るので、アブソーバ壁２０との境界では、伝達されるエ
ネルギー密度が低下する。このため、放射光６が直接ア
ブソーバ２０を照射する場合に比較して、該アブソーバ
壁の局所的な温度上昇及び熱応力を低く抑えることがで
きる。アブソーバ壁２０に伝達された熱は、放射光照射
面１０の裏面で、冷却管４を通る冷媒により外部に排出
される。

【００２６】本実施例によれば、高融点材料の線材で放
射光を受け止め、該線材内で熱を拡散させ、エネルギー
密度が小さくなった段階で、アブソーバ壁に熱を伝達す
ることにより局所的な温度上昇及び過大な熱応力の発生
を抑制するので、材料の軟化及び亀裂の発生・進展が防
止され、アブソーバから真空チェンバへの冷媒のリーク
を防ぎ、真空チェンバ内の超高真空状態を確実に維持で
きる。

【００２７】上記第１の実施例においては、放射光受光
面１０に埋め込んで影を作る部材として、断面が円形で
ある線材が用いられているが、断面円形の線材以外の、
断面が角形の棒材、断面が直線と曲線の組合せである棒
材、あるいは帯板材などを用いてもよい。また、上記第
１の実施例においては、放射光受光面１０に埋め込んで
放射光を受光する線材３０として高融点のタングステン
が用いられているが、必ずしもタングステンのような高
融点の材料でなくてもよい。高融点の材料でない場合
は、タングステンに比べ、局所的な温度上昇による熱応
力で亀裂などの損傷の可能性はあるものの、該線材３０
がアブソーバを構成する中空容器１Ａと別体であるの
で、亀裂が中空容器１Ａにまで進展する恐れはなく、真
空チェンバ２の真空度は確保される。この場合も、放射
光６による熱は線材３０内で拡散したのちアブソーバ壁
２０に伝わり、中空容器１Ａのアブソーバ壁２０に直接
放射光６が照射されるのは避けられるから、アブソーバ
壁２０が局所的な温度上昇や過大な熱応力にさらされる
恐れはない。

【００２８】図４は、本発明による荷電粒子加速リング
のアブソーバの、第２の実施例を示す中心水平面におけ
る断面図である。六面体の中空容器１Ａの形状は前記第
１の実施例とほぼ同じであり、相違点は放射光受光部の
構成だけであるので、図２と同じ部分は同符号を使用し
ている。本実施例では、アブソーバ壁２０の放射光受光
面１０は、高融点材料であるタングステンの薄板３１と
高熱伝導材料である銅の薄板２１を交互に積み重ねたも
のを、薄板面をアブソーバ壁２０に垂直にしてかつ積み
重ね方向をほぼ軌道５の方向に合わせて、アブソーバ壁
２０に固着した構造になっている。高融点材料の薄板３
１は、高熱伝導材料の薄板２１に対して軌道５側に所定
の寸法だけ突出させてある。

【００２９】図５は、図４の放射光受光面の拡大図であ
る。放射光６は、アブソーバに対して斜めに入射するの
で、高融点材料の薄板３１の後背部には影１１が生じ
る。薄板２１の素材である銅は、タングステンと比べて
熱により軟化しやすいので、薄板２１に、直接放射光が
照射されないようにするため、影１１の長さＬが前記薄
板の厚さｔより長くなるように、高融点材料の薄板３１
の突出部Ａの値を設定してある。本実施例においては、
薄板の厚さｔを、２．７mm、薄板３１の高さＡを５．５
mm、薄板２１の高さＢを２．３mm、薄板３１の突出部Ａ
を３．２mm、に、それぞれ設定してある。薄板２１、３
１の紙面垂直方向の長さは１５mmである。なお、放射光
６の紙面垂直方向の幅は、約１mmである。

【００３０】高融点材料の薄板３１は、パワー密度の高
い放射光を受けて高温になっても、銅に比較して高強度
を維持できるので、放射光照射部の亀裂の発生・進展を
防止できる。さらに、薄板３１に入射した放射光により
発生した熱エネルギーは、該薄板３１内で拡散し、広い
面積で薄板２１及びアブソーバ壁２０に熱が伝達される
ので、高熱伝導材料の薄板２１及びアブソーバ壁２０と
の境界では、伝達されるエネルギー密度が低下する。こ
のため、放射光６が直接アブソーバ２０を照射する場合
に比較して、該アブソーバ壁の局所的な温度上昇及び熱
応力を低く抑えることができる。アブソーバ壁２０に伝
達された熱は、放射光受光面１０の裏面で、冷却管４を
通る冷媒により外部に排出される。

【００３１】本実施例によれば、高融点材料の薄板３１
で放射光を受け止め、該薄板３１内で熱を拡散させ、エ
ネルギー密度が小さくなった段階で、アブソーバ壁２０
に熱を伝達することにより局所的な温度上昇及び過大な
熱応力の発生を抑制するので、材料の軟化及び亀裂の発
生・進展を防止して、アブソーバから真空チェンバへの
冷媒のリークを防ぎ、真空チェンバ内の超高真空状態を
確実に維持できる。

【００３２】図６は、本発明による荷電粒子加速リング
のアブソーバの、第３の実施例を示す真空チェンバの断
面の一部を示した斜視図である。また図７は、図６のア
ブソーバを含む垂直面での断面図である。本実施例にお
いても、六面体の中空容器１Ａの形状は前記第１の実施
例とほぼ同じであり、相違点は放射光受光面の構成だけ
であるので、相違点についてのみ説明し、図２と同じ部
分は同符号を使用して説明は省略してある。本実施例で
は、アブソーバ壁２０の放射光受光面１０は、高融点材
料であるタングステンの帯板３３を、高熱伝導材料であ
る銅材から成るアブソーバ壁２０の幅方向中央部に長手
方向中心線に沿って埋め込んだ構造になっている。図８
に示すように、帯板３３の断面は、台形になっていて、
放射光受光面の幅Ｗ１をアブソーバ壁２０と接する側の
幅Ｗ２より短い形状にしてある。このため、アブソーバ
壁２０の溝の側面が、帯板３３を押さえ込む形となり、
該帯板の固定が容易となっている。

【００３３】加速リング内の荷電粒子は細く絞られたビ
ームになっているので、そこから放射される放射光６も
上下方向（図７の図上上下方向）には幅が狭い（幅約１
mm）。したがって、高融点材料の帯板３３も、細長い領
域に照射される放射光６を受け止められるだけの幅があ
れば充分である。

【００３４】高融点材料の帯板３３は、パワー密度の高
い放射光を受けて高温になっても、銅に比較して高強度
を維持できるので、放射光照射部の亀裂の発生・進展を
防止できる。さらに、帯板３３に入射した放射光により
発生した熱エネルギーは、該帯板内で拡散し、放射光を
受光した面積より広い面積でアブソーバ壁２０に熱が伝
達されるので、アブソーバ壁２０との境界では、伝達さ
れるエネルギー密度が低下する。このため、放射光６が
直接アブソーバ壁２０を照射する場合に比較して、該ア
ブソーバ壁の局所的な温度上昇及び熱応力を低く抑える
ことができる。アブソーバ壁２０に伝達された熱は、放
射光受光面１０の裏面で、冷却管４を通る冷媒により外
部に排出される。

【００３５】本実施例によれば、高融点材料の帯板で放
射光を受け止め、該帯板内で熱を拡散させ、エネルギー
密度が小さくなった段階で、アブソーバ壁に熱を伝達す
ることにより局所的な温度上昇及び過大な熱応力の発生
を抑制するので、材料の軟化及び亀裂の発生・進展を防
止して、アブソーバから真空チェンバへの冷媒のリーク
を防ぎ、真空チェンバ内の超高真空状態を確実に維持で
きる。

【００３６】図９は、本発明による荷電粒子加速リング
のアブソーバの、第４の実施例を示す中心水平面におけ
る断面図である。本実施例においても、六面体の中空容
器１Ａの形状は前記第１の実施例とほぼ同じであり、相
違点は放射光受光面の構成だけであるので、相違点につ
いてのみ説明し、図２と同じ部分は同符号を使用して説
明は省略してある。

【００３７】本実施例では、アブソーバ壁２０の放射光
受光面１０は、元素の質量数の小さな材料を主成分とす
る厚さ０．５mmの低質量数材料薄膜４０と厚さ５μmの
高熱伝導材料薄膜２２を交互に積層した複合金属板４１
をアブソーバ壁２０に埋め込んだ構造になっている。埋
め込まれた複合金属板４１の最上層、つまり真空チェン
バ２の内部に面する層は高熱伝導材料薄膜２２としてあ
る。そして、複合金属板４１は、最上層の高熱伝導材料
薄膜２２の面がアブソーバ壁２０の傾斜面に平行になる
ように、アブソーバ壁２０に埋め込まれている。

【００３８】本実施例においては、元素の質量数の小さ
い材料としてベリリウムを、高熱伝導材料として銅を、
それぞれ用いたが、高熱伝導材料としては中空容器１Ａ
を構成する材料の熱伝導率と同じか、それよりも熱伝導
率のよい材料を用いるのが望ましい。また、低質量数材
料薄膜４０の厚みは０．１〜０．５mm、高熱伝導材料薄
膜２２の厚みは３〜１０μmの範囲とするのが望まし
い。なお、複合金属板４１の紙面垂直方向の幅は１５mm
としてあり、約１mm幅の放射光６が複合金属板４１の長
手方向中心線に沿って入射するようにしてある。

【００３９】図１０に、４層の複合金属板を例にとり、
放射光６が本実施例のアブソーバで吸収される様子を示
す。放射光６はまず最上層の高熱伝導材料薄膜（銅の薄
膜）２２に入射する。銅は質量数が大きいため、放射光
６が高熱伝導材料薄膜（銅の薄膜）２２を通過するうち
にエネルギーの一部が熱に変換される。前記薄膜には低
質量数材料薄膜（ベリリウムの薄膜）４０が接してい
る。ベリリウムは質量数が小さいため、放射光６のエネ
ルギーのほとんどは透過して、更に隣に接する高熱伝導
材料薄膜（銅の薄膜）２２に入射する。

【００４０】図１１は、複合金属板４１によって、放射
光が吸収される様子を示す模式図である。図の縦軸は放
射光のパワーを、横軸は、複合金属板４１の表面からの
深さを、それぞれ示している。高熱伝導材料薄膜２２内
では、放射光のエネルギーは、銅原子との相互作用によ
り熱エネルギーに変換されるので、図の曲線部５０のよ
うに減衰する。低質量数材料薄膜４０内では、放射光の
エネルギーは、ベリリウム原子との相互作用が小さいの
で、図の曲線部５１のようにあまり減衰せずに透過す
る。３層目の高熱伝導材料薄膜２２及び４層目の低質量
数材料薄膜４０では、それぞれ曲線部５２及び５３に示
すように、放射光のエネルギーは吸収そして透過され
る。複合金属板４１を透過した放射光はアブソーバ壁２
０に入射し、曲線部５４に示すように、残ったエネルギ
はアブソーバ壁２０で吸収される。

【００４１】本実施例によれば、放射光を高熱伝導材料
及び低質量数材料の薄膜を交互に通過させて、放射光の
吸収と透過を繰り返すことにより、放射光のエネルギを
分散して吸収して熱に変換する。このため、複合金属板
４１とアブソーバ壁２０との境界では、伝達される熱エ
ネルギーの総量は変わらないが、熱エネルギが伝達され
る境界面積の増加によってエネルギー密度が低下するの
で、アブソーバ壁２０での局所的な温度上昇及び熱応力
を低く抑えることができる。これにより、アブソーバ壁
２０の材料の軟化及び亀裂の発生・進展を防止して、ア
ブソーバから真空チェンバへの冷媒のリークを防ぎ、真
空チェンバ内の超高真空状態を確実に維持できる。さら
に、複合金属板４１の最上層を無酸素銅の薄膜にするこ
とにより、放射光照射に伴う、前記複合金属板４１から
のガス放出を低減し、真空チェンバの真空性能を向上す
ることができる。

【００４２】図９、１０、１１に示した実施例では、複
合金属４１は４層の積層の例を示しているが、他の積層
数においても放射光のエネルギーを分散して吸収できる
ことは明らかである。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、放射
光照射の狭い領域に集中する熱エネルギーを拡散させ、
放射光照射領域での局所的な温度・熱応力の増大によ
る、材料の軟化及び亀裂の発生・進展を防止すること
で、アブソーバから真空チェンバへの冷媒のリークを防
ぎ、真空チェンバ内の超高真空状態を確実に維持し、高
信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子加速リングのアブソーバ
の第１の実施例を示す斜視図である。

【図２】図１の中心水平面における断面図である。

【図３】図２の放射光受光面の拡大図である。

【図４】本発明による荷電粒子加速リングのアブソーバ
の第２の実施例を示す、中心水平面における断面図であ
る。

【図５】図４の放射光受光面の拡大図である。

【図６】本発明による荷電粒子加速リングのアブソーバ
の第３の実施例を示す斜視図である。

【図７】図６のアブソーバを含む垂直面での断面図であ
る。

【図８】図７の放射光受光面の拡大図である。

【図９】本発明による荷電粒子加速リングのアブソーバ
の第４の実施例を示す、中心水平面における断面図であ
る。

【図１０】図９に示すアブソーバが放射光を段階的に吸
収することを説明する図である。

【図１１】図９の複合金属板４１によって放射光が吸収
される様子を示す模式図である。

【符号の説明】

１ アブソーバ １Ａ 六面体の中
空容器 １Ｂ 中空部 ２ 真空チェンバ ３ フランジ ４ 冷却管 ５ 荷電粒子ビームの軌道 ６ 放射光 １０ 放射光受光面 １１，１２ 放射
光の影 ２０ アブソーバ壁 ２１ 高熱伝導材
料の薄板 ２２ 高熱伝導材料薄膜 ３０ 高融点材料
の線材 ３１ 高融点材料の薄板 ３３ 高融点材料
の帯板 ４０ 低質量数材料薄膜 ４１ 複合金属板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 満 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 片根 守 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平６−302400（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6796（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5399（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306202（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160599（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160598（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−96899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 13/04

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒
   子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前記
   荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防止
   するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前記
   シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにお
   いて、アブソーバ壁の放射光受光面を下流に向かって高
   くなるように配置するとともに、アブソーバを構成する
   中空の容器とは別種の金属を、アブソーバ壁の放射光受
   光面に、間隔をおいて、該受光面から突出させて複数個
   配置したことを特徴とする荷電粒子加速リングのアブソ
   ーバ。
2. 【請求項２】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒
   子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前記
   荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防止
   するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前記
   シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにお
   いて、アブソーバ壁の放射光受光面を下流に向かって高
   くなるように配置するとともに、アブソーバを構成する
   中空の容器とは別種の金属を、アブソーバ壁の放射光受
   光面に、間隔をおいて、該受光面から突出させて複数個
   配置し、前記金属のアブソーバ壁面からの突出高さと前
   記金属間の間隔を、前記金属間のアブソーバ壁面がシン
   クロトロン放射光に対して前記金属による影の部分にな
   るように設定したことを特徴とする荷電粒子加速リング
   のアブソーバ。
3. 【請求項３】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒
   子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前記
   荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防止
   するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前記
   シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにお
   いて、アブソーバ壁の放射光受光面を下流に向かって高
   くなるように配置するとともに、タングステンもしくは
   タンタルを主成分とする金属を、アブソーバ壁の放射光
   受光面に、シンクロトロン放射光の方向に間隔をおい
   て、該受光面から突出させて複数個配置し、前記金属の
   アブソーバ壁面からの突出高さと前記金属間の間隔を、
   前記金属間のアブソーバ壁面がシンクロトロン放射光に
   対して前記金属による影の部分になるように設定したこ
   とを特徴とする荷電粒子加速リングのアブソーバ。
4. 【請求項４】 タングステンもしくはタンタルを主成分
   とする金属が線材であって、その長手方向をシンクロト
   ロン放射光の光軸方向にほぼ直角に交差させてアブソー
   バ壁の放射光受光面に配置されることを特徴とする請求
   項３に記載の荷電粒子加速リングのアブソーバ。
5. 【請求項５】 タングステンもしくはタンタルを主成分
   とする金属が棒材であって、その長手方向をシンクロト
   ロン放射光の光軸方向にほぼ直角に交差させてアブソー
   バ壁の放射光受光面に配置されることを特徴とする請求
   項３に記載の荷電粒子加速リングのアブソーバ。
6. 【請求項６】 タングステンもしくはタンタルを主成分
   とする金属が帯板であって、その板厚方向をシンクロト
   ロン放射光の光軸方向にほぼ平行させてアブソーバ壁の
   放射光受光面に配置されることを特徴とする請求項３に
   記載の荷電粒子加速リングのアブソーバ。
7. 【請求項７】 断面が円の一部を成し、かつタングステ
   ンもしくはタンタルを主成分とする線材の直径Ｄに対し
   て、Ｄ/２＜Ｈ＜Ｄの条件を満たすような深さＨを有す
   る溝を、アブソーバ壁の放射光受光面に設け、前記線材
   が該溝にはめこまれていることを特徴とする請求項４記
   載の荷電粒子加速リングのアブソーバ。
8. 【請求項８】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒
   子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前記
   荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防止
   するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前記
   シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにお
   いて、タングステンもしくはタンタルを主成分とする薄
   板と無酸素銅もしくは中空容器を構成する材料の熱伝導
   率以上の熱伝導率の材料を主成分とする薄板とを、前記
   タングステンもしくはタンタルの薄板が無酸素銅もしく
   は中空容器を構成する材料の熱伝導率以上の熱伝導率の
   材料の薄板に対して突出するように、交互に積み重ねた
   ものを、積み重ね方向がシンクロトロン放射光の光軸と
   ほぼ平行するように、それら薄板の板厚面をアブソーバ
   壁の放射光受光面に接合したことを特徴とする粒子加速
   リングのアブソーバ。
9. 【請求項９】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電粒
   子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前記
   荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防止
   するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前記
   シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバにお
   いて、アブソーバ壁の放射光受光面を下流に向かって高
   くなるように配置するとともに、少なくともアブソーバ
   壁のシンクロトロン放射光受光面と同一の長さを有し、
   かつシンクロトロン放射光の照射幅より広い幅を持つタ
   ングステンもしくはタンタルを主成分とする帯状の板
   が、アブソーバ壁の放射光受光面に埋め込まれているこ
   とを特徴とする粒子加速リングのアブソーバ。
10. 【請求項１０】 帯状板の横断面が台形であり、かつ放
    射光受光面の幅Ｗ１がアブソーバ壁と接する側の幅Ｗ２
    より小さいことを特徴とする請求項９記載の荷電粒子加
    速リングのアブソーバ。
11. 【請求項１１】 荷電粒子加速リング内を周回する荷電
    粒子ビームから放射されるシンクロトロン放射光が、前
    記荷電粒子加速リングの特定の部分を照射することを防
    止するために、前記特定の部分の上流に設置されて、前
    記シンクロトロン放射光を遮蔽・吸収するアブソーバに
    おいて、無酸素銅もしくは中空容器を構成する材料の熱
    伝導率以上の熱伝導率の材料を主成分とする薄膜とベリ
    リウムを主成分とする薄膜とを交互に積層した帯状の複
    合金属板が、無酸素銅もしくは中空容器を構成する材料
    の熱伝導率以上の熱伝導率の材料を主成分とする薄膜を
    シンクロトロン放射光が照射される面にし、該薄膜面を
    アブソーバ壁の放射光受光面にほぼ平行させて埋め込ま
    れていることを特徴とする荷電粒子加速リングのアブソ
    ーバ。