JP3462628B2 - 超伝導加速空洞 - Google Patents
超伝導加速空洞Info
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- JP3462628B2 JP3462628B2 JP15760695A JP15760695A JP3462628B2 JP 3462628 B2 JP3462628 B2 JP 3462628B2 JP 15760695 A JP15760695 A JP 15760695A JP 15760695 A JP15760695 A JP 15760695A JP 3462628 B2 JP3462628 B2 JP 3462628B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を加速する超
伝導加速空洞に利用される空洞本体と極低温液溜槽の構
造に関する。
伝導加速空洞に利用される空洞本体と極低温液溜槽の構
造に関する。
【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１３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。従
来の超伝導加速空洞を図５〜図８に示す。
の研究において、電子や陽電子などの荷電粒子１３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。従
来の超伝導加速空洞を図５〜図８に示す。
【０００３】図５において、１は超伝導材（例えば純Ｎ
ｂ材）で製造された空洞本体である。空洞本体１は、超
伝導状態を維持する為、−２６９℃付近の極低温状態に
する必要がある。
ｂ材）で製造された空洞本体である。空洞本体１は、超
伝導状態を維持する為、−２６９℃付近の極低温状態に
する必要がある。
【０００４】その為、空洞本体１を極低温液溜槽２の内
側に装着し、その極低温液溜槽２の中に極低温の冷媒
３、例えば液体ヘリウム等を充填している。極低温の冷
媒３は一般に沸点が非常に低く、例えば液体ヘリウムの
場合では、−２６９℃であり、冷媒の蒸発量を抑制する
為に、周囲から極低温液溜槽２への侵入熱量を極力低減
する必要がある。その為、極低温液溜槽２は真空断熱容
器４に内装して、真空断熱を行ない、侵入熱量の低減を
計っている。
側に装着し、その極低温液溜槽２の中に極低温の冷媒
３、例えば液体ヘリウム等を充填している。極低温の冷
媒３は一般に沸点が非常に低く、例えば液体ヘリウムの
場合では、−２６９℃であり、冷媒の蒸発量を抑制する
為に、周囲から極低温液溜槽２への侵入熱量を極力低減
する必要がある。その為、極低温液溜槽２は真空断熱容
器４に内装して、真空断熱を行ない、侵入熱量の低減を
計っている。
【０００５】一方、空洞本体１の両端には、荷電粒子１
３の通路となるビームパイプ５を接続する。図６は、従
来のビームパイプの接続部の詳細を示したものである。
３の通路となるビームパイプ５を接続する。図６は、従
来のビームパイプの接続部の詳細を示したものである。
【０００６】超伝導材料、例えばニオブ材で製造された
空洞フランジ７とステンレスで製造されたビームパイプ
フランジ８は、締め付けフランジ６を介して、ボルト１
０で締結されている。
空洞フランジ７とステンレスで製造されたビームパイプ
フランジ８は、締め付けフランジ６を介して、ボルト１
０で締結されている。
【０００７】またこの部分のシール材としては、インジ
ウム９を使用している。空洞１とビームパイプ５の内側
には、超高真空が要求されており、冷媒３と超高真空の
気密性をこのインジウム９で達成している。
ウム９を使用している。空洞１とビームパイプ５の内側
には、超高真空が要求されており、冷媒３と超高真空の
気密性をこのインジウム９で達成している。
【０００８】前述のような極低温液溜槽２のシールの場
合、通常のゴムや合成樹脂材料のパッキンでは、低温で
もろくなり、ほとんど使用に耐えられない。その為、純
金属で、かつ極低温で特性が変化せず、非常に柔らか
い、インジウム９が一般によく使用されている。
合、通常のゴムや合成樹脂材料のパッキンでは、低温で
もろくなり、ほとんど使用に耐えられない。その為、純
金属で、かつ極低温で特性が変化せず、非常に柔らか
い、インジウム９が一般によく使用されている。
【０００９】インジウム９は、弾性限界内で変形させ気
密性を確保する通常のパッキンと異なり、塑性変形によ
る歪によってシール効果を得ているが、経年劣化により
インジウム表面が脆くなり、気密性が低下する。
密性を確保する通常のパッキンと異なり、塑性変形によ
る歪によってシール効果を得ているが、経年劣化により
インジウム表面が脆くなり、気密性が低下する。
【００１０】そのため、極低温冷媒３が、ビームパイプ
５の内側へ漏洩し、ビームパイプ５内部の真空度が悪化
し、超伝導加速空洞の運転を停止せざるを得ない不具合
が発生している。
５の内側へ漏洩し、ビームパイプ５内部の真空度が悪化
し、超伝導加速空洞の運転を停止せざるを得ない不具合
が発生している。
【００１１】従来の技術では、運転停止後、同継手箇所
を分解して、インジウム９を新しいものと交換し、気密
性を得ているが、分解、再組立時に、旧インジウム９を
フランジ面から除去する作業は、多大な時間と配慮を要
し、実験効率の低下をきたしている。
を分解して、インジウム９を新しいものと交換し、気密
性を得ているが、分解、再組立時に、旧インジウム９を
フランジ面から除去する作業は、多大な時間と配慮を要
し、実験効率の低下をきたしている。
【００１２】また、図７〜図８に示すように、インプッ
トカプラフランジ１４と空洞フランジ７の間のシール
材、及び１５Ｄポートフランジ１５と空洞フランジ７の
間のシール材としても、インジウムシール９を採用して
いるため、これらの接合部にも同様の問題がある。
トカプラフランジ１４と空洞フランジ７の間のシール
材、及び１５Ｄポートフランジ１５と空洞フランジ７の
間のシール材としても、インジウムシール９を採用して
いるため、これらの接合部にも同様の問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によると、空
洞本体１の両端に設けられたビームパイプ５において、
空洞本体１側のニオブ材で製造された空洞フランジ７と
ステンレスで製造されたビームパイプフランジ８の締結
部に用いているインジウムのシール性が経年劣化により
低下するため、極低温冷媒３がビームパイプ５の内側へ
漏洩する。
洞本体１の両端に設けられたビームパイプ５において、
空洞本体１側のニオブ材で製造された空洞フランジ７と
ステンレスで製造されたビームパイプフランジ８の締結
部に用いているインジウムのシール性が経年劣化により
低下するため、極低温冷媒３がビームパイプ５の内側へ
漏洩する。
【００１４】そのため、空洞本体１及びビームパイプ５
内側の真空度が悪化し、超伝導加速空洞の運転を停止せ
ざるを得ない不具合が発生するという問題がある。同様
の不具合は、インプットカプラフランジ接合部及び１５
Ｄポート接合部のインジウムシール９においても発生し
ている。本発明は、これらの問題を解決することができ
る超伝導加速空洞を提供することを目的とする。
内側の真空度が悪化し、超伝導加速空洞の運転を停止せ
ざるを得ない不具合が発生するという問題がある。同様
の不具合は、インプットカプラフランジ接合部及び１５
Ｄポート接合部のインジウムシール９においても発生し
ている。本発明は、これらの問題を解決することができ
る超伝導加速空洞を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決する為
に、本発明は、空洞本体（１）と極低温液溜槽（２）と
が、空洞本体（１）のうち該空洞本体（１）外に開口す
る開口部分とそれに対応する極低温液溜槽（２）の部分
とがロー付されることによって一体型に構成され、この
一体型となった極低温液溜槽（２）に、空洞本体（１）
の開口部分に配置される部材が、金属Ｏリング（１１）
を挟んだフランジ（６）のボルト止め（１０）で固定さ
れるようにしたことを特徴とする。
に、本発明は、空洞本体（１）と極低温液溜槽（２）と
が、空洞本体（１）のうち該空洞本体（１）外に開口す
る開口部分とそれに対応する極低温液溜槽（２）の部分
とがロー付されることによって一体型に構成され、この
一体型となった極低温液溜槽（２）に、空洞本体（１）
の開口部分に配置される部材が、金属Ｏリング（１１）
を挟んだフランジ（６）のボルト止め（１０）で固定さ
れるようにしたことを特徴とする。
【００１６】また、本発明は、開口部分に配置される部
材が、ビームパイプと、インプットカプラのフランジ
と、１５Ｄポートのフランジとであることを特徴とす
る。
材が、ビームパイプと、インプットカプラのフランジ
と、１５Ｄポートのフランジとであることを特徴とす
る。
【００１７】
【作用】本発明によれば、一体型により、従来のインジ
ウムシール９よりもシールの信頼性が向上でき、冷媒３
が空洞本体１の内部へ漏洩するのを防ぐ事ができる。ビ
ームパイプ、インプットカプラ、１５Ｄポートの各箇所
をロー付けよって一体化すると、従来のインジウム９よ
りもシールの信頼性を向上することができる。
ウムシール９よりもシールの信頼性が向上でき、冷媒３
が空洞本体１の内部へ漏洩するのを防ぐ事ができる。ビ
ームパイプ、インプットカプラ、１５Ｄポートの各箇所
をロー付けよって一体化すると、従来のインジウム９よ
りもシールの信頼性を向上することができる。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例を図１〜図４に示す。図１は
本発明の第１実施例の外形を示し、図２〜図４は第１実
施例の接続部分の詳細を示す。
本発明の第１実施例の外形を示し、図２〜図４は第１実
施例の接続部分の詳細を示す。
【００１９】超伝導加速空洞本体１は、超伝導材料であ
るニオブ材で成形加工と、電子ビーム溶接等により図１
に示すような形状に製作する。そして、空洞本体１の両
端に位置する空洞ビームパイプフランジ７の外周と適合
するようにステンレス製の（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）極
低温液溜槽２の鏡板の部分を加工する。
るニオブ材で成形加工と、電子ビーム溶接等により図１
に示すような形状に製作する。そして、空洞本体１の両
端に位置する空洞ビームパイプフランジ７の外周と適合
するようにステンレス製の（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）極
低温液溜槽２の鏡板の部分を加工する。
【００２０】その上で、その隙間の部分にロー材（例え
ば金ロー）を置き、真空炉に入れ、加熱溶融し、ロー付
け接合を行なう。ここでは、極低温液溜槽２はステンレ
スを例に挙げたが、アルミ（例えばＡ５０８３やＡ５０
５２）でも良い。
ば金ロー）を置き、真空炉に入れ、加熱溶融し、ロー付
け接合を行なう。ここでは、極低温液溜槽２はステンレ
スを例に挙げたが、アルミ（例えばＡ５０８３やＡ５０
５２）でも良い。
【００２１】但し、空洞本体１にニオブ材を採用する
と、空洞本体１と極低温液溜槽２を溶接接合できるメリ
ットがあるが、ステンレスやアルミに比較して、材料費
が非常に高価になり経済的でない事と、ニオブ材は機械
的強度が低い（引張強度約１２ｋｇ／ｍｍ2 、０．２％
耐力約９ｋｇ／ｍｍ2 ）割に、比重が８．５６と高い
為、非常に容器が厚板で大重量となり、装置組立、裾付
をする際、ハンドリングしにくいという欠点がある。
と、空洞本体１と極低温液溜槽２を溶接接合できるメリ
ットがあるが、ステンレスやアルミに比較して、材料費
が非常に高価になり経済的でない事と、ニオブ材は機械
的強度が低い（引張強度約１２ｋｇ／ｍｍ2 、０．２％
耐力約９ｋｇ／ｍｍ2 ）割に、比重が８．５６と高い
為、非常に容器が厚板で大重量となり、装置組立、裾付
をする際、ハンドリングしにくいという欠点がある。
【００２２】そして、ロー付けにより接合された空洞ビ
ームパイプ７と極低温液溜槽２の鏡板の部分は、ビーム
パイプフランジ８を接続するが、その部分の構造は鏡板
の部部を機械加工してシール面をつくり、また、フラン
ジを取り付ける為のボルトタップ穴を施工する。
ームパイプ７と極低温液溜槽２の鏡板の部分は、ビーム
パイプフランジ８を接続するが、その部分の構造は鏡板
の部部を機械加工してシール面をつくり、また、フラン
ジを取り付ける為のボルトタップ穴を施工する。
【００２３】一方、ビームパイプフランジ８側にはガス
ケット溝を加工しておく。それらを組み合わせた状態を
図２に示す。極低温液溜槽２の内部にも充填された冷媒
３（一般的には、液体ヘリウムを使用している）と荷電
粒子１３が通過するビームパイプ５の内部との間のシー
ルは、前述したロー付１２によって気密性が得られてい
る。
ケット溝を加工しておく。それらを組み合わせた状態を
図２に示す。極低温液溜槽２の内部にも充填された冷媒
３（一般的には、液体ヘリウムを使用している）と荷電
粒子１３が通過するビームパイプ５の内部との間のシー
ルは、前述したロー付１２によって気密性が得られてい
る。
【００２４】このビームパイプ５の内部の真空度は、荷
電粒子１３の寿命を極力長く保つ為に、１０-9〜１０
-11 Torr台の超高真空が要求されている。また、真空断
熱容器４の内部は１０-5〜１０-6Torrの真空度であり、
この間も気密性を確保する必要がある。
電粒子１３の寿命を極力長く保つ為に、１０-9〜１０
-11 Torr台の超高真空が要求されている。また、真空断
熱容器４の内部は１０-5〜１０-6Torrの真空度であり、
この間も気密性を確保する必要がある。
【００２５】その為、図２に表したように、極低温液溜
槽２とビームパイプフランジ８の間には、金属Ｏリンク
１１を設けている。ここで、金属Ｏリンク１１を使用す
る理由は、同接合箇所が極低温雰囲気となるからであ
る。
槽２とビームパイプフランジ８の間には、金属Ｏリンク
１１を設けている。ここで、金属Ｏリンク１１を使用す
る理由は、同接合箇所が極低温雰囲気となるからであ
る。
【００２６】次にインプットカプラ接続部及び１５Ｄポ
ート接続部についてであるが、まずインプットカプラの
部分（図３）を例に挙げて説明を行なう。この箇所は空
洞本体１から鉛直上方に設けられたノズル（材質はニオ
ブ材）と極低温液溜槽インプットカプラフランジ１７
（材質はステンレス又はアルミ）の間をロー付１２す
る。
ート接続部についてであるが、まずインプットカプラの
部分（図３）を例に挙げて説明を行なう。この箇所は空
洞本体１から鉛直上方に設けられたノズル（材質はニオ
ブ材）と極低温液溜槽インプットカプラフランジ１７
（材質はステンレス又はアルミ）の間をロー付１２す
る。
【００２７】インプットカプラの内部は、空洞本体１の
内部と同様の雰囲気で１０-9〜１０-11 Torr台の超高真
空であり、前述のロー付１２によって冷媒３の気密性を
保っている。
内部と同様の雰囲気で１０-9〜１０-11 Torr台の超高真
空であり、前述のロー付１２によって冷媒３の気密性を
保っている。
【００２８】また、真空断熱容器４（真空度は１０-5〜
１０-6Torr）とインプットカプラ内部との間のシール
は、ビームパイプ５の箇所と同様に、金属Ｏリンク１１
で気密性を保っている。
１０-6Torr）とインプットカプラ内部との間のシール
は、ビームパイプ５の箇所と同様に、金属Ｏリンク１１
で気密性を保っている。
【００２９】１５Ｄポート接続部の構造も同様である。
前述の各ポートやノズル部（図２〜図４）のニオブとス
テンレス／アルミの異材をロー付けする事により、空洞
本体１と極低温液溜槽２を一体化する事ができる。
前述の各ポートやノズル部（図２〜図４）のニオブとス
テンレス／アルミの異材をロー付けする事により、空洞
本体１と極低温液溜槽２を一体化する事ができる。
【００３０】この時、両者は常温から−２６９℃付近の
極低温に冷却されるが、異種の材料を一体化している事
により、線膨張係数の差による熱応力が発生する。その
ため、各接合部近傍には、ベローズ１６を設けて、この
熱応力の緩和を行なっている。
極低温に冷却されるが、異種の材料を一体化している事
により、線膨張係数の差による熱応力が発生する。その
ため、各接合部近傍には、ベローズ１６を設けて、この
熱応力の緩和を行なっている。
【００３１】以上の構造、機能を備える事により、従来
使用していたインジウムシール９を排除し、ロー付１２
を採用する事ができ、装置の気密信頼性向上が計ること
ができる。それと共に、ビームパイプ箇所の大きなフラ
ンジをなくすことができ、コンパクトで軽量な超伝導加
速空洞を実現することができる。
使用していたインジウムシール９を排除し、ロー付１２
を採用する事ができ、装置の気密信頼性向上が計ること
ができる。それと共に、ビームパイプ箇所の大きなフラ
ンジをなくすことができ、コンパクトで軽量な超伝導加
速空洞を実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明によれば、超伝導加速空洞において、従来
のインジウム９よりもシールの信頼性を向上することが
できる。 （２）そのため超伝導加速空洞を長時間運転（２〜３年
以上）しても接合部からの漏洩を防止でき安定した物理
実験を行うことができる。 （３）また、ロー付け接合する為、インジウムシール９
の使用時に必要となる厚板のフランジが不要となり、極
低温液溜槽２自体を非常に軽量、かつコンパクトにでき
る。そのため低コストにつながると共に、装置組立のハ
ンドリングや据付も容易になる。
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）本発明によれば、超伝導加速空洞において、従来
のインジウム９よりもシールの信頼性を向上することが
できる。 （２）そのため超伝導加速空洞を長時間運転（２〜３年
以上）しても接合部からの漏洩を防止でき安定した物理
実験を行うことができる。 （３）また、ロー付け接合する為、インジウムシール９
の使用時に必要となる厚板のフランジが不要となり、極
低温液溜槽２自体を非常に軽量、かつコンパクトにでき
る。そのため低コストにつながると共に、装置組立のハ
ンドリングや据付も容易になる。
【図１】本発明の第１実施例に係る超伝導加速空洞の外
形図。
形図。
【図２】図１のＡ部（ビームパイプ接続部）の詳細図。
【図３】図１のＢ部（インプットカプラ接続部）の詳細
図。
図。
【図４】図１のＣ部（１５Ｄポート接続部）の詳細図。
【図５】従来の超伝導加速空洞の外形図。
【図６】図５のＡ部（ビームパイプ接続部）の詳細図。
【図７】図５のＢ部（インプットカプラ接続部）の詳細
図。
図。
【図８】図５のＣ部（１５Ｄポート接続部）の詳細図。
１…空洞本体、
２…極低温液溜槽、
３…冷媒、
４…真空断熱容器、
５…ビームパイプ、
６…締め付けフランジ、
７…空洞ビームパイプフランジ、
８…ビームパイプフランジ、
９…インジウムシール、
１０…締め付けボルト、
１１…金属Ｏリンク、
１２…ロー付、
１３…荷電粒子、
１４…空洞インプットカプラフランジ、
１５…空洞１５Ｄポートフランジ、
１６…ベローズ、
１７…極低温液溜槽インプットカプラフランジ、
１８…極低温液溜槽１５Ｄポートフランジ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−266996（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−22199（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−111197（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245199（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−330098（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−83698（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−246600（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−208300（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−78175（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245198（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05H 7/20
Claims (2)
- 【請求項１】 空洞本体（１）と、前記空洞本体が内側
に装着され該空洞本体を極低温状態にするための極低温
液溜槽（２）と、冷媒（３）と、真空断熱容器（４）と
を有してなる超伝導加速空洞において、 前記空洞本体（１）と前記極低温液溜槽（２）とが、前
記空洞本体（１）のうち該空洞本体（１）外に開口する
開口部分とそれに対応する前記極低温液溜槽（２）の部
分とがロー付されることによって一体型に構成され、こ
の一体型となった極低温液溜槽（２）に、前記空洞本体
（１）の開口部分に配置される部材が、金属Ｏリング
（１１）を挟んだフランジ（６）のボルト止め（１０）
で固定されることを特徴とする超伝導加速空洞。 - 【請求項２】 前記開口部分に配置される部材は、 （Ａ）ビームパイプと、 （Ｂ）インプットカプラのフランジと、 （Ｃ）１５Ｄポートのフランジとであることを特徴とす
る請求項１に記載の超伝導加速空洞。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15760695A JP3462628B2 (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 超伝導加速空洞 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15760695A JP3462628B2 (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 超伝導加速空洞 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH097796A JPH097796A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3462628B2 true JP3462628B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=15653408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15760695A Expired - Lifetime JP3462628B2 (ja) | 1995-06-23 | 1995-06-23 | 超伝導加速空洞 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3462628B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102477688B (zh) * | 2010-11-29 | 2013-10-30 | 佛山市顺德区盛熙电器制造有限公司 | 挂烫机 |
| KR101569521B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2015-11-17 | 기초과학연구원 | 초전도 가속관용 극저온 유지용기 |
-
1995
- 1995-06-23 JP JP15760695A patent/JP3462628B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH097796A (ja) | 1997-01-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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