JP4452102B2 - 荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子や陽子やイオン等の荷電粒子を高エネルギ状態に加速する荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法に関する。

荷電粒子加速器は、内部を高真空とした環状の真空チェンバ内で電子や陽子やイオン等の荷電粒子を磁場により周回移動させて光速近くまで加速することにより、当該荷電粒子に高エネルギを付与する装置である。

このような荷電粒子加速器においては、高エネルギ状態の荷電粒子が磁場中を通過するときに、当該荷電粒子の移動軌跡の接線方向に放射光を生じ、当該放射光が真空チェンバの径方向外側の内壁面に衝突して、当該内壁面が加熱されて真空チェンバに多大な熱負荷が加わることや、放射光の衝突に伴って当該内壁面から光電子が放出されて、周回する荷電粒子の障害となる等の問題があった。

このため、例えば、図５に示すように、真空チェンバ１００の荷電粒子の周回するビームチャンネル１の当該真空チェンバ１００の径方向外側（図５中、右側）を荷電粒子の周回軌道（ビームチャンネル１の軸心周辺）から離反させるように当該ビームチャンネル１に放射光チャンネル（ＳＲチャンネル）２を形成すると共に、当該放射光チャンネル２の放射光の衝突する当該真空チェンバ１００の径方向外側に冷却水を流通させる冷却チャンネル３を形成することにより、放射光の衝突に伴って真空チェンバ１００に加わる熱負荷を抑制すると共に、放射光の衝突に伴って放出される光電子がビームチャンネル１の荷電粒子の周回軌道にまで容易に到達できないようにしている。

このような形状をなす真空チェンバ１００は、例えば、図６に示すように、銅を基材とした一対のスラブ形をなす金属材料２１０を切削加工し、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）で互いに接合して（２箇所）ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を形成した後、銅を基材とした溝形部材２２０を上記金属材料１１０の放射光チャンネル２側の端部に電子ビーム溶接（ＥＢＷ）接合して（２箇所）冷却チャンネル３を形成し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造される。

また、例えば、図７に示すように、銅を基材とした一対の板状の金属材料３１０をプレス加工し、冷却チャンネル３となる銅を基材とした角筒部材３２０と共に電子ビーム溶接（ＥＢＷ）接合して（３箇所）ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を形成し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造される。

特開平９−１４８１００号公報 特開平９−２０４９９２号公報

前述したような真空チェンバの従来の製造方法においては、スラブ形をなす金属材料２１０を切削加工したり、板状をなす金属材料３１０をプレス加工するため、同一の形状を精密に複数形成するのに非常に手間がかかってしまっていた。また、ＥＢＷ接合する箇所が多く（少なくとも３箇所）、加工コストが高くついてしまっていた。

このようなことから、本発明は、低コストで簡単に製造することができる荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、荷電粒子を周回させるビームチャンネルと、前記ビームチャンネルと連通するように当該ビームチャンネルに一体的に形成された放射光チャンネルと、前記放射光チャンネルの外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネルとを備えた荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法であって、銅を基材とした管材をダイスで引き抜き加工することにより前記ビームチャンネル及び前記放射光チャンネルを有する本体部材を形成する一方、銅を基材とした棒材又は管材をダイスで引き抜き加工して角筒部材を形成した後、前記角筒部材と前記本体部材とをダイス内で引き抜き加工することにより当該本体部材の前記放射光チャンネルの外面に当該角筒部材を圧接接合して前記冷却チャンネルを形成することを特徴とする。

第一番目の発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法によれば、管材をダイスで引き抜き加工することによりビームチャンネル及び放射光チャンネルを有する本体部材を形成するようにしたことから、同一の形状を有するビームチャンネル及び放射光チャンネルを精密に複数形成することが容易にできると共に、接合箇所を減らすことができ、加工コストを削減することができるので、真空チェンバを低コストで簡単に製造することができる。また、棒材又は管材をダイスで引き抜き加工した後に、本体部材の放射光チャンネルの外面に接合することにより冷却チャンネルを形成するようにしたことから、同一の形状を有する冷却チャンネルを精密に複数形成することが容易にできる。さらに、棒材又は管材を引き抜き加工して角筒部材を形成した後、角筒部材と本体部材とをダイス内で引き抜き加工することにより本体部材の放射光チャンネルの外面に角筒部材を圧接接合するようにしたことから、本体部材と角筒部材との位置決めが不要となると共に、形成と接合とを同じ機器を利用して行うことができるので、真空チェンバをさらに低コストで簡単に製造することができる。

本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

［第一番目の実施形態］
本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の説明図である。

本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、図１に示すように、荷電粒子を周回させるビームチャンネル１と、このビームチャンネル１と連通するように当該ビームチャンネル１に一体的に形成された放射光チャンネル２と、この放射光チャンネル２の外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネル３とを備えた荷電粒子加速器の真空チェンバ（chamber）１００の製造方法であって、銅を基材とした管材１０をダイスで引き抜き加工することによりビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を有する本体部材１１を形成すると共に、銅を基材とした棒材２０をダイスで引き抜き加工することにより溝形部材２１を形成した後、この溝形部材２１を本体部材１１の放射光チャンネル２の外面に摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）して冷却チャンネル３を形成し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造するようにしたものである。

このような本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法においては、管材１０を引き抜き加工することにより、ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を有する本体部材１１を形成すると共に、棒材２０を引き抜き加工することにより、冷却チャンネル３となる溝形部材２１を形成するので、同一の形状を精密に複数形成することが容易にできる。

また、ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を有する本体部材１１を接合することなく形成すると共に、本体部材１１と溝形部材２１とを摩擦撹拌接合で接合するようにしたことから、接合箇所を減らすことができると共に、ＥＢＷのように真空環境中で高精度に接合する必要がなくなり、大気中で比較的簡単に接合することができるので、加工コストを大幅に低減することができる。

したがって、本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法によれば、真空チェンバ１００を低コストで簡単に製造することができる。

なお、銅を基材とする材料としては、無酸素銅等のような銅単体を始めとして、クロムやジルコニウムや銀等を含有する銅合金等のように高耐熱性を有するものが好ましい。

［第二番目の実施形態］
本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第二番目の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の説明図である。ただし、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態と重複する説明を省略する。

本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、図２に示すように、荷電粒子を周回させるビームチャンネル１と、このビームチャンネル１と連通するように当該ビームチャンネル１に一体的に形成された放射光チャンネル２と、この放射光チャンネル２の外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネル３とを備えた荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法であって、銅を基材とした管材１０をダイスで引き抜き加工することによりビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を有すると共に当該放射光チャンネル２の外面に段部１２ａを有する本体部材１２を形成し、銅を基材とした棒材２０をダイスで引き抜き加工することにより溝形部材２１を形成した後、本体部材１２の段部１２ａに溝形部材２１の開口２１ａを差し込んで溝形部材２１を本体部材１２に位置決め保持しながら放射光チャンネル２の外面に摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）することにより冷却チャンネル３を形成し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造するようにしたものである。

このような本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法においては、本体部材１２に形成した段部１２ａに溝形部材２１の開口２１ａを差し込んで当該溝形部材２１を本体部材１２に位置決め保持しながら摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）するようにしたので、溝形部材２１を本体部材１２に位置決め保持する治具等を使用する必要がなくなり、本体部材１２と溝形部材２１との接合を容易に行うことができる。

また、ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２の引き抜き形成と併せて段部１２ａも引き抜き形成するようにしたので、本体部材１２への段部１２ａの形成を容易に行うことができる。

したがって、本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果に加えて、さらに、真空チェンバ１００を低コストで簡単に製造することができる。

［第三番目の実施形態］
本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第三番目の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の説明図である。ただし、前述した第一，二番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一，二番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一，二番目の実施形態と重複する説明を省略する。

本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、図３に示すように、荷電粒子を周回させるビームチャンネル１と、このビームチャンネル１と連通するように当該ビームチャンネル１に一体的に形成された放射光チャンネル２と、この放射光チャンネル２の外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネル３とを備えた荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法であって、銅を基材とした管材１０をダイスで引き抜き加工することによりビームチャンネル１及び放射光チャンネル２を有する本体部材１１を形成すると共に、銅を基材とした管材３０をダイスで引き抜き加工することにより冷却チャンネル３を有する角筒部材３１を形成した後、本体部材１１と角筒部材３１とをダイス内で引き抜き加工することにより本体部材１１の放射光チャンネル２の外面に角筒部材３１を圧接接合し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造するようにしたものである。

このような本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法においては、引き抜き加工により形成した本体部材１１と角筒部材３１とを引き抜き加工により圧接接合するようにしたので、本体部材１１と角筒部材３１との位置決めが不要となると共に、形成と接合とを同じ機器を利用して行うことができる。

したがって、本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法によれば、前述した第一，二番目の実施形態の場合と同様な効果に加えて、さらに、真空チェンバ１００を低コストで簡単に製造することができる。

［第四番目の実施形態］
本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第四番目の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の説明図である。ただし、前述した第一〜三番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施形態と重複する説明を省略する。

本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、図４に示すように、荷電粒子を周回させるビームチャンネル１と、このビームチャンネル１と連通するように当該ビームチャンネル１に一体的に形成された放射光チャンネル２と、この放射光チャンネル２の外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネル３とを備えた荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法であって、銅を基材とした管材４０をダイスで引き抜き加工することによりビームチャンネル１及び放射光チャンネル２と共に冷却チャンネル３を併せて有する本体部材４１を形成し、環状をなすようにこれを複数連続接合することにより製造するようにしたものである。

このような本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法においては、ビームチャンネル１と放射光チャンネル２と冷却チャンネル３とを引き抜き加工により本体部材４１に同時に形成するようにしたので、本体部材４１に冷却チャンネル３を設けるに際して接合をせずに済ますことができる。

したがって、本実施形態に係る荷電粒子加速器の真空チェンバ１００の製造方法によれば、前述した第一〜三番目の実施形態の場合と同様な効果に加えて、さらに、真空チェンバ１００を低コストで簡単に製造することができる。

［他の実施形態］
なお、前述した第一，二番目の実施形態では、本体部材１１，１２と溝形部材２１とを摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）により接合するようにしたが、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）により接合することも可能である。しかしながら、電子ビーム溶接（ＥＢＷ）により接合する場合には、接合部分を機械加工等で高精度に仕上げる必要があると共に、高真空環境下で実施する必要があり、さらに、第一番目の実施形態の場合では高精度に位置決め保持できる治具が必要になるため、従来よりは接合箇所が少なくて済む分だけ低コスト化を図ることができるものの、前述した第一，二番目の実施形態の場合よりは高コストになってしまう。

また、前述した第二番目の実施形態では、ビームチャンネル１及び放射光チャンネル２の形成と同時に段部１２ａも併せて引き抜き加工により形成するようにしたが、第一番目の実施形態の場合と同様にして形成した本体部材１１に対して、切削加工等で段部を形成することも可能である。しかしながら、切削加工等により段部を形成する場合には、引き抜き加工した後に切削加工等を行う必要があるため、第二番目の実施形態の場合よりも手間がかかる分だけコストが高くなってしまう。

また、前述した第三番目の実施形態では、本体部材１１と角筒部材３１とを引き抜き加工により圧接接合するようにしたが、本体部材１１と角筒部材３１とを摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）や電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等により接合することも可能である。しかしながら、本体部材１１と角筒部材３１とを摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）や電子ビーム溶接（ＥＢＷ）等により接合する場合には、溝形部材２１ではなく角筒部材３１を用いることにより引き抜き加工で圧接接合できるようにした第三番目の実施形態の特徴を十分に生かすことができないため、あまり好ましくはない。

また、前述した第三番目の実施形態では、管材３０を用いて角筒部材３１を形成するようにしたが、第一，二番目の実施形態で用いた棒材２０を用いて角筒部材を形成することも可能である。

また、前述した第一〜四番目の実施形態では、角穴状の冷却チャンネル３としたが、丸穴状の冷却チャンネル３とすることも可能である。

本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法は、荷電粒子加速器の製造コストを削減することができるため、産業上、極めて有益に利用することができる。

本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第一番目の実施形態の説明図である。 本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第二番目の実施形態の説明図である。 本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第三番目の実施形態の説明図である。 本発明に係る荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法の第四番目の実施形態の説明図である。 荷電粒子加速器の真空チェンバの概略構成図である。 荷電粒子加速器の真空チェンバの従来の製造方法の一例の説明図である。 荷電粒子加速器の真空チェンバの従来の製造方法の他の例の説明図である。

符号の説明

１ ビームチャンネル
２ 放射光チャンネル
３ 冷却チャンネル
１０ 管材
１１，１２ 本体部材
１２ａ 段部
２０ 棒材
２１ 溝形部材
２１ａ 開口
３０ 管材
３１ 角筒部材
４０ 管材
４１ 本体部材
１００ 真空チェンバ

Claims (1)

1. 荷電粒子を周回させるビームチャンネルと、
   前記ビームチャンネルと連通するように当該ビームチャンネルに一体的に形成された放射光チャンネルと、
   前記放射光チャンネルの外側に設けられて冷却水を流通させる冷却チャンネルと
   を備えた荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法であって、
   銅を基材とした管材をダイスで引き抜き加工することにより前記ビームチャンネル及び前記放射光チャンネルを有する本体部材を形成する一方、
   銅を基材とした棒材又は管材をダイスで引き抜き加工して角筒部材を形成した後、
   前記角筒部材と前記本体部材とをダイス内で引き抜き加工することにより当該本体部材の前記放射光チャンネルの外面に当該角筒部材を圧接接合して前記冷却チャンネルを形成する
   ことを特徴とする荷電粒子加速器の真空チェンバの製造方法。

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