JP3426828B2 - 超伝導加速空洞 - Google Patents

超伝導加速空洞

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JP3426828B2 JP34070595A JP34070595A JP3426828B2 JP 3426828 B2 JP3426828 B2 JP 3426828B2 JP 34070595 A JP34070595 A JP 34070595A JP 34070595 A JP34070595 A JP 34070595A JP 3426828 B2 JP3426828 B2 JP 3426828B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームを
加速するための超伝導加速空洞に関する。 【0002】 【従来の技術】超伝導加速空洞は、例えば素粒子物理学
の研究において、電子や陽電子などの荷電粒子ビームを
光速近くまで加速する実験装置として使用されている。 【0003】上記素粒子物理学研究における電子・陽電
子衝突実験の模様を図4に示す。 【0004】超伝導加速空洞と同用クライオスタット1
4は、約20kmに渡って相対して、総数2万台程度据え
られる。図4(a)に示す例では、左側より電子ビーム
12を、また、右側より陽電子ビーム13をそれぞれ走
行させ、光速近くまで加速し、中央のビーム衝突点15
で電子ビーム12と陽電子ビーム13を衝突させてお
り、これにより素粒子物理学の実験及び研究が行なわれ
る。 【0005】上記加速する電子ビーム12や陽電子ビー
ム13の直径は約0.1mm程度であり、この極細のビー
ム同志を効率よく正面衝突させるために、超伝導加速空
洞と同用クライオスタット14をある基準軸に対して±
0.2mm以下の誤差で据え付け、ビーム加速軸7を極力
同一軸上で一致させる必要がある。さらに、ビーム衝突
点15では、強力な磁石を用いてビームの位置の微調整
を行い、約0.1mm同志のビームを衝突させている。 【0006】従来の超伝導加速空洞において、ビーム加
速軸7は、図5に示すように、超伝導加速空洞1両端の
ビームパイプフランジ4の外周からフランジ中心を求
め、それぞれの中心を結んだ線として設定している。 【0007】しかしながら、この超伝導加速空洞1の製
造は、図2に示すように、各空洞ハーフセル3を電子ビ
ーム溶接等によってつなぎ合わせる製造方法により行っ
ているため、ビームパイプフランジ4から設定している
ビーム加速軸7と真のビーム加速軸7’の間には、溶接
の工程能力の限界によりずれが生じている。 【0008】上記超伝導加速空洞1の内部で電子ビーム
12や陽電子ビーム13を加速する場合、真のビーム加
速軸7’方向に電界が発生するため、ビーム加速軸7と
真のビーム加速軸7’の位置がずれていると、電子ビー
ム12や陽電子ビーム13は、実験者が期待するビーム
加速軸7方向に加速されないことになる。 【0009】この場合、電子ビーム12と陽電子ビーム
13は、数十kmも先の衝突点15で互いのビームを衝突
させることができず、期待した素粒子物理学の実験がで
きなかったり、実験効率が非常に悪くなる。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】従来の素粒子物理学の
研究に使用される超伝導加速空洞を用いる大型加速器に
おいて、図5に示す超伝導加速空洞1の据え付け時に
は、前記のように空洞両端のビームパイプフランジ4の
外形を基準に空洞本体を据え付けている。 【0011】一方、超伝導加速空洞1の製造時には、各
空洞ハーフセル3の溶接接合の際に合わせ誤差を生じ、
空洞アイリス部内径の中心位置ずれや角度ずれを生み出
し、空洞内の電界の中心、言いかえれば真のビーム加速
軸7’と据え付け基準としているビーム加速軸7の不一
致が発生している。 【0012】しかしながら、その据え付け時において、
超伝導加速空洞1には基準となるべきものが、空洞両端
のビームパイプフランジ4しかなく、軸ずれがあるにも
関わらず、ビームパイプフランジ4の外周を基準に据え
付けなければならず、据え付け後の電子ビームと陽電子
ビームの衝突実験は、軸ずれにより生じるビーム軌道の
ずれにより、その制御や衝突動作に多大な時間と労力を
要するという課題があった。 【0013】本発明は、上記課題を解決するため、超伝
導加速空洞1製造時に発生する電界の中心、すなわち、
真のビーム加速軸7’の位置ずれを把握し、その位置ず
れと、据え付け時のビーム加速軸7との差が極力最少と
なる据え付けが可能な超伝導加速空洞を提供するもので
ある。 【0014】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係る超伝導加速空洞は、椀状の2個の空洞ハーフセルの
底面が接合されてアイリス部を有する1個の部品が形成
され、同部品が複数個順次接合された後、両端にビーム
パイプフランジが設けられて形成された超伝導加速空洞
において、上記部品のアイリス部の外側に設けられその
外周にアイリス部内径を基準とした基準面が形成された
強め輪、および上記ビームパイプフランジの中心に対し
てその中心が所定の水平基準距離と鉛直基準距離を有し
て上記フランジの外周面に配設されその中心部が超伝導
加速空洞の軸方向に透視可能に形成されたターゲットを
備えたことを特徴としている。 【0015】上記において、強め輪は、空洞ハーフセル
と空洞ハーフセルを互いに接合してて部品を形成した
後、そのアイリス部の外側に取付けられるものであり、
その外周にはアイリス部内径を基準とした機械加工によ
り、基準面が形成されている。 【0016】そのため、超伝導加速空洞の中心(同空洞
内に形成される電界の中心でもある)、すなわち、真の
ビーム加速軸は空洞外部の強め輪の外周の基準面により
モニタすることができる。 【0017】上記部品は複数個が順次接続され、両端に
ビームパイプフランジが設けられて1個の超伝導加速空
洞の製造を完了するが、この製造完了後は、強め輪の外
周の基準面とビームパイプフランジ外周の位置計測を行
うことにより、互いの空洞ハーフセル中心すなわち真の
ビーム加速軸とビームパイプフランジの位置関係を把握
する。 【0018】そのため、複数の超伝導加速空洞を順次接
合して実験装置を組立てる場合、上記位置関係を考慮し
ながら、ターゲットの見透しを行い、それぞれの超伝導
加速空洞を据え付けることにより、ビーム加速軸の誤差
を最少とすることができ、超伝導加速空洞の据え付け完
了後に電子ビームや陽電子ビームを精度よく、かつ円滑
に加速することが可能となる。 【0019】 【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る超伝
導加速空洞を図1により説明する。図1に示す本実施形
態では、椀状の2個の空洞ハーフセル3のそれぞれの底
面が接合されてアイリス部5を有する1個の部品1aが
形成され、同部品1aが7個順次その上面で接合された
後、両端にビームパイプフランジ4が設けられて形成さ
れた超伝導加速空洞1において、上記部品1aのアイリ
ス部5の外側に設けられその外周の一部にアイリス部内
径D1 を基準とした基準径D2 の面が形成された強め輪
2、および上記ビームパイプフランジ4の外周面にター
ゲットサポート9を介し同フランジ4の中心に対して所
定の水平基準距離16と鉛直基準距離16’を有して配
設されその中心が超伝導加速空洞1の軸方向に透視可能
に形成されたターゲット8を備えている。 【0020】上記において、超伝導加速空洞1製造時に
は、まず、空洞ハーフセル3同志を電子ビーム溶接等に
より接合した後、強め輪2を空洞ハーフセル3の外側に
電子ビーム溶接等により接合する。 【0021】次に、アイリス部内径D1 を基準にとり、
強め輪2の外周の一部を機械加工し、基準径D2 を作
る。8山の超伝導加速空洞1の場合、図1(b)に示す
ように空洞ハーフセル3同志を接合した部品1aを7個
製作し、それぞれの中心軸を合わせながら電子ビーム溶
接等で接合し、最後にビームパイプフランジ4を溶接接
合し、それぞれの超伝導加速空洞1を製作する。 【0022】次に、製作完了した超伝導加速空洞1につ
いて、3次元計測器等を用いて各空洞ハーフセル3間の
強め輪2における基準径D2 の外周とビームパイプフラ
ンジ4の外周の位置関係を寸法計測する。 【0023】この計測データによって、各部品1a毎の
基準径D2 (これはアイリス部内径D1 の中心に置き換
えられるものである)とビームパイプフランジ4の外周
との位置関係が把握できるため、両端のビームパイプフ
ランジ4同志の中心を結んだ仮想の直線、すなわち、ビ
ーム加速軸7と各部品1a毎のアイリス部内径D1 の中
心の位置ずれが最少となる軸が設定できる。 【0024】ここで、アイリス部内径D1 の中心は、電
界の中心すなわち真のビーム加速軸7’の位置を表わし
ているため、ビーム加速軸7と真のビーム加速軸7’の
位置ずれの方向と距離をビームパイプフランジ4により
モニタすることができる。 【0025】すなわち、真のビーム加速軸7’が、ビー
ムパイプフランジ4の中心からどちらの方向へどれ丈ず
れた所に存在するかを、各強め輪2における基準径D2
の外周とビームパイプフランジ4の外周の位置関係を寸
法計測することによって判断することができる。 【0026】上記ビームパイプフランジ4には、ターゲ
ットサポート9が設けられ、それに芯出し用ターゲット
8が装着されており、予め、ビームパイプフランジ4の
中心に対して、水平基準距離16と鉛直基準距離16’
を設定しておく。そのため、真のビーム加速軸7’の位
置は、ターゲット8の中心から割り出すことができる。 【0027】上記ターゲット8には、0.05mm間隔で
精度よく目盛りをいれ、十文字の印を記した透明の円盤
(材質としてはガラスやアクリルを採用)が使用されて
おり、それを軸方向から光学望遠鏡等で覗くことによ
り、その望遠鏡による光軸に対するターゲット8の位
置、すなわち、真のビーム加速軸7’の位置がわかるも
のとしている。 【0028】そのため、特定の光軸(望遠鏡に基づく)
をまず設定し、それぞれの超伝導加速空洞1に装着され
たターゲット8の目盛りを目印しに、各超伝導加速空洞
1の真のビーム加速軸7’が同一となるように各空洞1
を据え付けていくことにより、〜数km以上に渡って、そ
の超伝導加速空洞1の真のビーム加速軸7’を精度よく
そろえることができる。 【0029】 【発明の効果】本発明の超伝導加速空洞は、アイリス部
外側に設けられその外周面にアイリス部内径を基準とす
る基準面を有する強め輪と、ビームパイプフランジの中
心から所定の寸法を有してその外周面に設けられたター
ゲットにより形成されたことによって、超伝導加速空洞
の製造時に発生する真のビーム加速軸の位置ずれを空洞
外部の強め輪でモニタすることにより、ビーム加速軸の
誤差を最少とすることが可能となり、精度の高い超伝導
加速空洞の据え付けができ、素粒子物理学研究における
電子ビームと陽電子ビームを衝突させるに必要なビーム
軌道の制御及び調整が容易となり、実験に要する時間と
労力の大幅な低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の一形態に係る超伝導加速空洞の
説明図で、(a)は全体図、(b)は(a)のA部の拡
大図である。 【図2】上記一実施形態に係る超伝導加速空洞の製造工
程の説明図である。 【図3】上記一実施形態に係る超伝導加速空洞と同用ク
ライオスタットの断面図で、(a)は側断面図、(b)
は(a)のB−B矢視図である。 【図4】素粒子物理学研究における電子・陽電子衝突実
験の説明図で、(a)は側面図、(b)は(a)のC部
の拡大図である。 【図5】従来の超伝導加速空洞の説明図である。 【符号の説明】 1 超伝導加速空洞 1a 部品 2 強め輪 3 空洞ハーフセル 4 ビームパイプフランジ 5 アイリス部 7 ビーム加速軸 7’ 真のビーム加速軸 8 芯出し用ターゲット 9 ターゲットサポート 10 液体ヘリウム槽 11 真空槽 12 電子ビーム 13 陽電子ビーム 14 超伝導加速空洞と同用クライオスタット 15 ビーム衝突点 16 水平基準距離 16’ 鉛直基準距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 雅則 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 平4−218300(JP,A) 特開 平1−221900(JP,A) 特開 平9−148099(JP,A) 特開 平2−165600(JP,A) 特開 平6−47567(JP,A) 特開 平6−310300(JP,A) 特開 平2−306600(JP,A) 特開 昭60−106625(JP,A) 特開 昭58−155700(JP,A) 特開 平9−138299(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 7/18 ZAA

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 椀状の2個の空洞ハーフセルの底面が接
    合されてアイリス部を有する1個の部品が形成され、同
    部品が複数個順次接合された後、両端にビームパイプフ
    ランジが設けられて形成された超伝導加速空洞におい
    て、上記部品のアイリス部の外側に設けられその外周に
    アイリス部内径を基準とした基準面が形成された強め
    輪、および上記ビームパイプフランジの中心に対してそ
    の中心が所定の水平基準距離と鉛直基準距離を有して上
    記フランジの外周面に配設されその中心部が超伝導加速
    空洞の軸方向に透視可能に形成されたターゲットを備え
    たことを特徴とする超伝導加速空
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JP5595114B2 (ja) 2010-05-12 2014-09-24 三菱重工業株式会社 超伝導加速空洞の製造方法
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