JP4018997B2 - 粒子加速器用真空チャンバ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波またはパルス状の電磁場によって電子、重粒子等の荷電粒子を加速および偏向させるための粒子加速器用真空チャンバに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の粒子加速器用真空チャンバを図2に示す。図2は粒子加速器用真空チャンバの断面図である。図2で、11は電気絶縁性でありかつ非磁性材料から成る筒状のセラミック部材であり、その内部は高周波またはパルス状電磁場により電子、重粒子等の荷電粒子を加速あるいは偏向させる際の荷電粒子の軌道となる真空空間として作用する。
【0003】
また、16はセラミック部材11の両端面にロウ付けされた筒状の金属部材であり、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金や鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金等からなり、その内部は真空空間を形成し、セラミック部材11との接合面と反対側の端部が他の真空容器や真空部品に接続されることにより真空空間を連続的に形成する。
【0004】
17はセラミック部材11の端面に予め被着されたモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)メタライズ層の表面にNiメッキ層を被着させた導体層であり、このセラミック部材11の端面の導体層17と金属部材16とがロウ材18を介して接合される。
【0005】
また、15はセラミック部材11および金属部材16の内周面に形成された非磁性導体層であり、チタン(Ti)や窒化チタン(TiN)等の導電性の非磁性材料から成る。
【0006】
このような非磁性導体層15は、セラミック部材11と金属部材16とをロウ付けした後、これらの内周面に真空蒸着法により被着させることにより形成される。
【0007】
そして、粒子加速器でこのような真空チャンバを使用する場合、セラミック部材11の中心付近を荷電粒子が通過する。この時に発生する電場分布が荷電粒子軌道方向において常に一定であることが求められるため、非磁性導体層15は局所的な欠陥が無いように連続して粒子加速器用真空チャンバの内周面に被着形成されている必要がある(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開平5−275131号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の粒子加速器用真空チャンバにおいて、セラミック部材11と金属部材16をロウ付けする際、ロウ材18が導体層17の端部より、セラミック部材11の内側に突出してはみ出し易く、このロウ材18のはみ出し部がセラミック部材11の内周面の開口端を全周にわたって覆ってしまい、ロウ材18のはみ出し部においてセラミック部材11の内周面に非磁性導体層15が全周にわたって形成されないという問題があった。
【0010】
そのため、非磁性導体層15と導体層17とが電気的に非接触となっている部分が全周にわたって発生し、これにより粒子加速器中で使用した場合、荷電粒子により発生する電場やセラミック部材11の外部に設けられるマグネットによる変動磁場により、非磁性導体層15と導体層17との間で放電が発生し、荷電粒子の制御に悪影響をおよぼすという問題があった。
【0011】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、粒子加速器用真空チャンバの内部の非磁性導体層に局所的な欠陥が生じるのを防止して荷電粒子の制御が良好な粒子加速器用真空チャンバを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の粒子加速器用真空チャンバは、両端面から内周面にかけて、この内周面の部位の幅が4乃至10mmである導体層がそれぞれ形成された筒状のセラミック部材と、該セラミック部材の前記両端面の前記導体層にそれぞれ前記セラミック部材と同軸状にロウ付けされた筒状の金属部材と、前記セラミック部材および前記金属部材の内周面の全面に被着された非磁性導体層とを具備していることを特徴とする。
【0013】
本発明の粒子加速用真空チャンバは、両端面から内周面にかけて導体層がそれぞれ形成された筒状のセラミック部材と、このセラミック部材の両端面の導体層にそれぞれセラミック部材と同軸状にロウ付けされた筒状の金属部材と、セラミック部材および金属部材の内周面の全面に被着された非磁性導体層とを具備していることにより、セラミック部材と金属部材とを接合するロウ材をセラミック部材の内周面に形成した導体層の表面に濡れ広がらせることができ、ロウ材がセラミック部材の内側に部分的に突出することなく全周にわたってなだらかな表面となるように被着させることができる。その結果、局所的に非磁性導体層と導体層とが電気的に非接触となっている部分が発生することを抑制することができるため、荷電粒子により発生する電場やセラミック部材の外部に設けられるマグネットによる変動磁場により局部的に放電が発生し、荷電粒子の制御に悪影響をおよぼすようなことが無くなり、また、マグネットにより発生した磁場に悪影響をおよぼすこともなくなるため、より信頼性の高い粒子加速器用真空チャンバとすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の粒子加速器用真空チャンバを以下に詳細に説明する。図1は本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、1はセラミック部材、5は非磁性導体層で、6は金属部材、7は導体層、8はロウ材である。
【0015】
本発明のセラミック部材1は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化ケイ素(SiN)質焼結体,窒化アルミ(AlN)質焼結体等のセラミックスから成り、電気的に絶縁性の非磁性材料から成る筒状体である。また、セラミック部材1は、その軸方向に垂直な断面形状が円形、楕円形および一対の対向する直線部の両端同士を円弧状の曲線で結んだ長円形状等であり、その内部空間は電子等の荷電粒子を加速させるためのものである。
【0016】
金属部材6はセラミック部材1の両端面にロウ付けされた筒状のものであり、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属からなる。そして、その内部は真空空間となっており、セラミック部材1との接合面と反対側の端部が他の真空容器や真空部品に接続されることにより、セラミック部材1、金属部材6、真空容器および真空部品による連続した真空空間が形成される。
【0017】
また、セラミック部材1の両端面から内周面にかけて導体層7が被着形成されている。この導体層7はMo−Mn等のメタライズ層から成り、その表面にはロウ材8の濡れ性をよくしてロウ材8との密着性を向上させるためにNiメッキ層などが被着されているのがよい。
【0018】
非磁性導体層5は、セラミック部材1および金属部材6の内周面に形成されており、TiまたはTiN等の導電性の非磁性材料から成る。このような非磁性導体層5は、セラミック部材1と金属部材6とをロウ材8で接合した後、これらの内周面に真空蒸着法により被着されることにより形成される。
【0019】
導体層7は、セラミック部材1の内周面の部位の幅が4乃至10mmであるのがよい。これにより、セラミック部材1と金属部材6とを接合するロウ材8をセラミック部材1の内周面に形成した導体層7の表面に濡れ広がらせることができ、ロウ材8がセラミック部材1の内側に部分的に突出することなく全周にわたってなだらかな表面となるように被着させることができる。その結果、局所的に非磁性導体層5と導体層7とが電気的に非接触となっている部分が発生することを抑制することができるため、荷電粒子により発生する電場やセラミック部材1の外部に設けられるマグネットによる変動磁場により局部的に放電が発生し、荷電粒子の制御に悪影響をおよぼすようなことが無くなり、また、マグネットにより発生した磁場に悪影響をおよぼすこともなくなるため、より信頼性の高い粒子加速器用真空チャンバとすることができる。
【0020】
導体層7の幅が4mmより小さい場合、セラミック部材1と金属部材6とをロウ付けした際、流れ出したロウ材8が導体層7の端部に溜まり、セラミック部材1の内側に突出してはみ出し易くなり、その結果、このロウ材8のはみ出し部がセラミック部材1の開口の一部を覆ってセラミック部材1の内面に非磁性導体層5が形成され難くなる。また、導体層7の幅が10mmを超え場合、Niメッキ層の磁性が大きくなって無視できなくなり、粒子加速器中で使用した場合、マグネットにより発生する磁場に対してNiメッキ層の磁性が悪影響をおよぼし易くなる。
【0021】
【実施例】
本発明の粒子加速器用真空チャンバの実施例について以下に説明する。
【0022】
図1の構成の粒子加速器用真空チャンバを以下のようにして製作した。純度約99重量%のアルミナ質焼結体からなり、電気的に絶縁性の非磁性材料からなる筒状体のセラミック部材1を用意した。このセラミック部材1は、内径72.7mm、外径78.5mm、全長300mmであった。
【0023】
そして、セラミック部材1の両端面および両端面から内周面にかけて4mmの範囲にMo粉末、Mn粉末および酸化ケイ素(SiO2)粉末に有機バインダや溶剤を混合してなる金属ペーストを、約10μmの厚さとなるように印刷塗布し、乾燥後加湿したフォーミングガス中で約1400℃の温度で焼成して、セラミック部材1にMo−Mn合金からなるメタライズ層を被着した。
【0024】
その後、メタライズ層上にNiメッキ層を電解メッキ法により約2μmの厚さで被着して導体層7を形成した。
【0025】
しかる後、セラミック部材1の両端面に筒状の金属部材6をロウ付けした。金属部材6はFe−Ni−Co合金からなり、内径73mm、外径74.5mmの円筒形状で軸方向の長さは15mmであった。
【0026】
そして、ロウ材8としてのAg−Cu合金からなる箔をセラミック部材1と金属部材6との接合部に設置し粒子加速器用真空チャンバ全体を820℃に加熱してロウ付けした。
【0027】
最後に、セラミック部材1および金属部材6の内面に真空蒸着法によりTiの非磁性導体層5を膜厚5μm形成した。
【0028】
このようにして製作したサンプルを粒子加速器中で使用したが、問題なく目的の性能を発揮し、加速器の構成部品として機能した。
【0029】
次にセラミック部材1の内周面の導体層7の幅を10mmとすること以外は同様にして粒子加速器用真空チャンバを製作し、加速器中で使用したが、問題なく目的の性能を発揮し、加速器の構成部品として機能した。
【0030】
次にセラミック部材1の内周面の導体層7の幅を3mmとすること以外は同様にして粒子加速器用真空チャンバを製作し、加速器中で使用したが、荷電粒子により発生する電場やセラミック部材1の外部に設けられたマグネットによる変動磁場により局所的に放電が発生し、荷電粒子の安定的な制御に問題が起きた。
【0031】
次にセラミック部材1の内周面の導体層7の幅を11mmとすること以外は同様にして粒子加速器用真空チャンバを製作し、加速器中で使用したが、セラミック部材1の外部に設けられるマグネットのよる変動磁場が導体層7の磁性により、正しく荷電粒子に作用せず、荷電粒子の安定的な制御が困難になった。
【0032】
以上のことから、本発明の粒子加速器用真空チャンバは局所的に非磁性導体層5と導体層7とが電気的に非接触となっている部分が発生せず、特にセラミック部材1の内周面の導体層7が4〜10mmであるときに優れた効果を有するものであることがわかった。
【0033】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。
【0034】
【発明の効果】
本発明の粒子加速用真空チャンバは、両端面から内周面にかけて導体層がそれぞれ形成された筒状のセラミック部材と、このセラミック部材の両端面の導体層にそれぞれセラミック部材と同軸状にロウ付けされた筒状の金属部材と、セラミック部材および金属部材の内周面の全面に被着された非磁性導体層とを具備していることにより、セラミック部材と金属部材とを接合するロウ材をセラミック部材の内周面に形成した導体層の表面に濡れ広がらせることができ、ロウ材がセラミック部材の内側に部分的に突出することなく全周にわたってなだらかな表面となるように被着させることができる。その結果、局所的に非磁性導体層と導体層とが電気的に非接触となっている部分が発生することを抑制することができるため、荷電粒子により発生する電場やセラミック部材の外部に設けられるマグネットによる変動磁場により局部的に放電が発生し、荷電粒子の制御に悪影響をおよぼすようなことが無くなり、また、マグネットにより発生した磁場に悪影響をおよぼすこともなくなるため、より信頼性の高い粒子加速器用真空チャンバとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】従来の粒子加速器用真空チャンバを示す断面図である。
【符号の説明】
1:セラミック部材
5:非磁性導体層
6:金属部材
7:導体層
Claims (1)
- 両端面から内周面にかけて、該内周面の部位の幅が4乃至10mmである導体層がそれぞれ形成された筒状のセラミック部材と、該セラミック部材の前記両端面の前記導体層にそれぞれ前記セラミック部材と同軸状にロウ付けされた筒状の金属部材と、前記セラミック部材および前記金属部材の内周面の全面に被着された非磁性導体層とを具備していることを特徴とする粒子加速器用真空チャンバ。
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