JP5117969B2 - 真空ダクト - Google Patents

Description

この発明は、物理研究や癌などの悪性腫瘍の治療、診断等に用いられている荷電粒子加速器の真空ダクトに関するものである。

従来のシンクロトロンの真空容器として、薄肉金属管からなる容器本体の軸線方向に、補強フィンが所定間隔で配置されており、容器本体の一部を内面側からバルジ加工によって加圧したフィン固定部において、全周にわたって密着状態が保たれ、ろう付けによって容器本体に接合されるとともに、容器本体に第１の成形凸部と第２の成形凸部が設けられており、ひだ状の第１の成形凸部は、容器本体の全周にわたって連続し、容器本体の剛性を高め、第２の成形凸部は容器本体の断面の長軸に沿う平坦な部分に設けられ、この部分の剛性を高める技術が示されている（例えば、特許文献１）。

特開平０５−３２６１９１号公報

しかしながら、前記特許文献１に示された真空容器は、薄肉構造の容器本体の剛性を高めるために、フィン固定部や第１、第２の成形凸部がバルジ加工によって形成されている。このフィン固定部や第１、第２の凸部の成形加工に複数の専用金型と多大な加工時間を要し、結果として高コスト化するという問題点がある。
また、偏向電磁石のビーム軌道半径に応じた曲率で真空容器を湾曲させることが示されているが、その塑性変形加工のためには成型用の専用治具が新たに必要とするとともに、この塑性加工は形状、寸法精度を確保する上で、困難作業を伴うという問題点もある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、真空ダクト成型用の専用治具の数を減らしてユニット真空ダクトを作成し、このユニット真空ダクトを接合して所定の形状に成形する際に形状、寸法精度を確保しやすい構造の真空ダクトを提供することを目的とする。

この発明に係る真空ダクトは、加速器の荷電粒子ビームを輸送する非磁性薄肉金属材よりなり、複数の直管状のユニット真空ダクトを荷電粒子ビームを偏向して輸送する方向に弾性変形させて接合し、所定の偏向角度を備えるよう形成されているとともに、ユニット真空ダクトの外部には複数の補強リブが設けられ、かつ端部には、このユニット真空ダクトを複数個接合時の形状、寸法精度を弾性変形によって補正を可能とするようユニット真空ダクトの外側に向かって形成された円弧状端部が設けられているとともに、この円弧状端部が互いにつき合わされて接合されているものである。

この発明は前記のような構成を備えているので、非磁性薄肉金属材をユニット真空ダクトに成型加工が簡単化、低コスト化されるとともに、ユニット真空ダクト接合時に円弧状の端部が弾性変形することにより真空ダクトの形状、寸法精度を確保することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の真空ダクトを備えた粒子線照射医療システム５００を示す図である。粒子線照射医療システム５００は、図１に示すように、入射系５０、荷電粒子ビーム加速器２００、ビーム輸送系３００、照射系４００により構成されている。この実施の形態１による真空ダクトは荷電粒子ビーム加速器２００の偏向電磁石３４の間の直線部分に設けられた真空ダクト７０を例として説明し、後述する実施の形態２で、偏向電磁石３４内に設置された偏向角を有する偏向ダクト（真空ダクト）を説明する。
真空ダクト７０内部は真空に保持され、加速されるビームの通路を確保する。荷電粒子ビーム加速器２００の偏向電磁石３４内やその近辺に設置され、偏向電磁石３４の生成する時間的に変動する磁場によって、真空ダクト表面は誘起される渦電流により偏向電磁石３４による磁場が遮蔽されることがないようにするために、薄肉構造とする必要がある。
真空ダクト７０の断面形状は、通過するビームのサイズと、真空ダクト７０の外側に配置される電磁石のギャップの高さより、例えば扁平なレーストラック形状となり、
それを図２に示す。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図である。図２（ｃ）は接合部７３を拡大して示す図である。図２（ａ）において、真空ダクト７０は直管状のユニット真空ダクト７５を接合部７３で接合して所定の長さとなるよう形成されている。ユニット真空ダクト７５は筐体７１の外部に補強リブ７２を一体的に設けている。また長手軸方向両端面には円弧状端部７４が設けられ、図２（ｃ）に示すように相隣り合うユニット真空ダクト７５を接合部７３の溶接接合部７４ａでもって接合している。補強リブ７２は真空ダクト７０の内部を真空状態にした場合、外圧がかかり薄肉構造では大気圧に耐えられないため、機械強度を上げるために設けたものである。一方、変動磁場内では補強リブ７２にも渦電流が流れ誤差磁場が発生し、ビーム加速を不安定にする可能性があるため、その厚さと枚数材質については充分な検討が必要である。

真空ダクト７０の筐体７１は非磁性金属の例えばステンレス鋼とし、その厚さは０．３ｍｍ程度である。薄肉の筐体７１の強度を支えるため、筐体７１外に補強リブ７２を１０〜３０ｍｍの間隔で取り付ける。材質は非磁性金属とし、厚さは例えば筐体７１の１０倍程度としている。
筐体７１の断面はレーストラック形状に加工し、また補強リブ７２の中央部も同形状に穴加工する。薄肉の筐体７１を補強リブ７２の加工穴に挿入し、補強リブ７２を所定の間隔で取付け、ロウ付け加工を行う。筐体７１の端部は、例えばスピニングやプレス加工で弾性変形可能な円弧状端部７４を設ける。このようにしてユニット真空ダクト７５を製作した後、各々のユニット真空ダクト７５の円弧状端部７４を突合せて溶接接合部７４ａで溶接接合する。このように相隣り合うユニット真空ダクト７５の筐体７１の円弧状端部７４を接合部７３でビーム軸方向に接合し一連の真空ダクト７０を形成する。

このようにユニット真空ダクト７５の弾性変形可能な円弧状端部７４を溶接にすることで、製作精度の補正、真空ダクト７０の軸方向の寸法補正が可能となり、また強度確保が可能となる。
従って、真空ダクト７０の精度を確保するため、特別な成形を追加する必要がなく、製作が容易で作業時間、製作費用を低く抑えることができる。
なお、真空ダクト７０形状はレーストラック型に限る事はなく、円形、楕円形、角型であってもよい。筐体７１及び補強リブ７２の板厚及び取付間隔Ｐも、必要に応じて設定可能であり、材質もインコネルやアルミニウムなど非磁性材料の選定が可能である。
また、端部の成形加工した円弧状端部７４の加工も弾性変形可能な機能を持つ形状であればよく、筐体７１に別部品を溶接加工で取付けてもよい。
またさらに、図２（ｃ）に示すように、補強リブ７２の高さＨと円弧状端部高さｈを、Ｈ＞ｈとしたが、溶接接合部７４ａにおける接合作業性や、補強リブ７２との間隔とのかね合いで、円弧状端部高さｈと補強リブ高さＨはほぼ同じとするか、あるいは、ｈ＞Ｈとしてもよい。また、接合を溶接接合としたがろう付けであってもよい。

実施の形態２．
次に実施の形態２を図に基づいて説明する。
この実施の形態２による真空ダクト７０ａは図１に示した荷電粒子ビーム加速器２００の偏向電磁石３４の磁極ギャップ間に設置された偏向ダクトであり、その構造を図３に示す。図３（ａ）は、所定の偏向角θをビーム軌道半径Ｒにて形成された真空ダクト７０ａの上面図を示し、図３（ｂ）はその部分拡大図である。
前記実施の形態１による直管状のユニット真空ダクト７５を作成後に、治具を使用してビーム軌道半径Ｒに沿って湾曲するよう円弧状端部７４を弾性変形させた状態で、湾曲状ユニットダクト７５ａとし、相隣り合う湾曲状したユニット真空ダクト７５ａを接合部７３の溶接接合部７４ａにて接合する。
このような接合を複数の直管状のユニット真空ダクト７５を基にして施工することにより所定の偏向角θとビーム軌道半径Ｒを備えた真空ダクト７０ａが作成される。なお、各湾曲状したユニット真空ダクト７５ａの偏向角度は、ビーム軌道半径Ｒや補強リブ７２の取り付けピッチＰや、溶接接合部７４ａでの作業性等の兼ね合いで決定されるが、例えば約５度程度である。このような実施の形態２による真空ダクト７０ａも前記実施の形態１と同様の効果を奏する。

なお、実施の形態２の真空ダクト７０ａは、図１で示した粒子線照射医療システム５００の荷電粒子ビーム加速器２００の偏向電磁石３４に設ける例を示したが、時間的に磁場が変化する照射系の照射路偏向電磁石４３等、ビームを所定の角度偏向させる部位の真空ダクトに適用してもよい。
このような実施の形態２による真空ダクト７０ａが設置された荷電粒子加速器２００や粒子線照射医療システム５００は、より低コスト化がはかれるという効果がある。

この発明は、物理研究用の荷電粒子加速器や、癌などの悪性腫瘍の治療、診断に利用される粒子線照射医療システムの真空ダクトに利用可能である。

実施の形態１の粒子線照射医療システムを示す図である。 実施の形態１の真空ダクトを示す図である。 実施の形態２の真空ダクトを示す図である。

符号の説明

７０，７０ａ 真空ダクト、７２ 補強リブ、７３ 接合部、７４ 円弧状端部、
７５ ユニット真空ダクト、２００ 荷電粒子ビーム加速器。

Claims (1)

1. 加速器の荷電粒子ビームを輸送する非磁性薄肉金属材よりなる真空ダクトにおいて、前記真空ダクトは、複数の直管状のユニット真空ダクトを前記荷電粒子ビームを偏向して輸送する方向に弾性変形させて接合し、所定の偏向角度を備えるよう形成されているとともに、前記ユニット真空ダクトの外部には複数の補強リブが設けられ、かつ端部には、このユニット真空ダクトを複数個接合時の形状、寸法精度を弾性変形によって補正を可能とするようユニット真空ダクトの外側に向かって形成された円弧状端部が設けられているとともに、この円弧状端部が互いにつき合わされて接合されていることを特徴とする真空ダクト。

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