JP6523047B2 - シールド体、及び超伝導加速器 - Google Patents
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Description
本発明の第一の態様に係るシールド体は、磁性体によって形成された板状をなす磁気シールド部と、前記磁気シールド部における内外表面のうちの少なくとも一方に成膜されて、前記磁性体よりも熱伝導率の大きい材料によって形成された輻射シールド部と、を備え、前記磁気シールド部及び該磁気シールドに成膜された前記輻射シールド部は、前記内外表面に沿う一方向に複数の組に分離して設けられ、かつ、隣接する前記組同士は、地磁気の方向から見て一部が重なり合うように設けられている。
さらに、仮に材料の異なる磁気シールド部と輻射シールド部とが別個に製造されて張り合わされることでシールド体が形成されている場合には、シールド体が冷却されると、熱収縮量の違いによって、磁気シールド部及び輻射シールド部に熱応力が生じる。この結果、シールド体が反り返ってしまう等の問題が生じる。この点、本発明では輻射シールド部が成膜されて膜状をなすため、磁気シールド部と輻射シールド部とで熱変形量が異なっても、輻射シールド部が変形し易くなり、磁気シールド部の変形に輻射シールド部が容易に追従できる。また、磁気シールド部の内外表面に同じ材料の輻射シールド部を形成すれば、磁気シールドの内外表面の熱収縮の均衡がとれ、シールド体の反り返り等の変形を抑制する効果をさらに高めることができる。
さらに、輻射シールド部を成膜することで、磁気シールド部と輻射シールド部とを貼り合わせる手間を低減できることや、貼り合わせの際に必要となる締結具等が不要となってシールド体の部品点数を減らすことができる。また、輻射シールド部を成膜することで、輻射シールド部と磁気シールド部との密着性が向上し、シールド体を効率よく均一に冷却することができる。さらに、輻射シールド部を成膜することで、磁気シールド部の内外表面上の任意の範囲に容易に輻射シールド部を設けることができる。
また、このように磁気シールド部と輻射シールドとを複数組に分離して設けることで、シールド体が熱変形した際には、分離された組同士の重なり量が変化する。即ち、各組同士がスライドするようにして移動することで熱変形分を吸収できる。従って、シールド体が熱変形した際のシールド体の反り返り等の変形をさらに抑制することができる。
また、本発明の第二の態様に係るシールド体は、磁性体によって形成された板状をなす磁気シールド部と、前記磁気シールド部における内外表面のうちの少なくとも一方に成膜されて、前記磁性体よりも熱伝導率の大きい材料によって形成された輻射シールド部と、を備え、前記輻射シールド部は、複数の層をなすように前記内外表面のうちの少なくとも一方に成膜され、かつ、前記内外表面から離間するにつれて、前記層と前記磁気シールド部との熱変形量の差が段階的に大きくなっていく。
輻射シールド部の層が磁気シールド部の内外表面から離間するにつれて、磁気シールド部との熱変形量の差が大きくなっていくことで、磁気シールド部と最も磁気シールド部から離れた輻射シールド部の層との熱変形量の差が大きくとも、磁気シールド部と最も磁気シールド部に近い輻射シールド部の層(磁気シールド部の内外表面に接する輻射シールド部の層)との熱変形量の差を小さくすることができる。従って、輻射シールド部と磁気シールド部での熱応力を抑えることができ、シールド体の反り返り等の変形をさらに抑制することができる。
以下、本発明の第一参考例における超伝導加速器1について説明する。
図1に示すように、超伝導加速器1は、荷電粒子ビームBを加速する超伝導加速空洞2と、超伝導加速空洞2を覆う冷媒槽3と、超伝導加速空洞2及び冷媒槽3を覆うシールド体4と、これら超伝導加速空洞2、冷媒槽3、及びシールド体4を収容する真空容器5とを備えている。
ここで、冷媒RFの種類は液体ヘリウムに限定されず、超伝導加速空洞2の材料に応じて適宜選択可能である。
シールド体4は、軸線Oを中心とした筒状をなし、冷媒槽3の外面と真空容器5の内面との間に配置されている。また、このシールド体4を超伝導加速空洞2から延びる入力結合器7が貫通している。
また、シールド体4は、磁性体(いわゆる強磁性体)によって形成された板状をなす磁気シールド部11と、磁気シールド部11の内外の表面11aに成膜された輻射シールド部15とを備えている。
この計算では、下記のようにパラメータを設定した。
ΔT〔℃〕:磁気シールド部11及び輻射シールド部15の温度変化
(図3に示す結果を算出した際には、ΔT=295〔℃〕とした。)
w〔mm〕:磁気シールド部11及び輻射シールド部15の幅寸法(軸線Oに交差する方向の長さ寸法)
t1〔mm〕:磁気シールド部11の厚さ寸法
A1〔mm〕:磁気シールド部11の断面積(A1=w×t1)
E1〔N/mm2〕:磁気シールド部11の材料の縦弾性係数
α1〔1/℃〕:磁気シールド部11の材料の線膨張係数
t2〔mm〕:輻射シールド部15の厚さ寸法
A2〔mm〕:輻射シールド部15の断面積(A2=w×t2)
E2〔N/mm2〕:輻射シールド部15の材料の縦弾性係数
α2〔1/℃〕:輻射シールド部15の材料の線膨張係数
次に、図4を参照して、本発明の第二参考例における超伝導加速器21について説明する。
第一参考例と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本参考例の超伝導加速器21では、シールド体24が第一参考例とは異なっている。
次に、図6を参照して、本発明の第一実施形態における超伝導加速器31について説明する。
第一参考例及び第二参考例と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態の超伝導加速器31では、シールド体34が第一参考例及び第二参考例とは異なっている。
次に、図7を参照して、本発明の第二実施形態における超伝導加速器41について説明する。
上記実施形態及び参考例と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態の超伝導加速器41では、シールド体44が上記実施形態及び参考例とは異なっている。
2…超伝導加速空洞
3…冷媒槽
4、24、34、44…シールド体
5…真空容器
6…ビームパイプ
7…入力結合器
11、36…磁気シールド部
11a、36a…表面
12…筒状部
13…フランジ状部
15、25、25A、37、47…輻射シールド部
38…組
48…層
RF…冷媒
RS…冷媒空間
O…軸線
S…空間
B…荷電粒子ビーム
M…地磁気
Claims (6)
- 磁性体によって形成された板状をなす磁気シールド部と、
前記磁気シールド部における内外表面のうちの少なくとも一方に成膜されて、前記磁性体よりも熱伝導率の大きい材料によって形成された輻射シールド部と、
を備え、
前記磁気シールド部及び該磁気シールドに成膜された前記輻射シールド部は、前記内外表面に沿う一方向に複数の組に分離して設けられ、かつ、隣接する前記組同士は、地磁気の方向から見て一部が重なり合うように設けられているシールド体。 - 磁性体によって形成された板状をなす磁気シールド部と、
前記磁気シールド部における内外表面のうちの少なくとも一方に成膜されて、前記磁性体よりも熱伝導率の大きい材料によって形成された輻射シールド部と、
を備え、
前記輻射シールド部は、複数の層をなすように前記内外表面のうちの少なくとも一方に成膜され、かつ、前記内外表面から離間するにつれて、前記層と前記磁気シールド部との熱変形量の差が段階的に大きくなっていくシールド体。 - 前記磁気シールド部は、前記輻射シールド部よりも厚さ寸法が大きくなっている請求項2に記載のシールド体。
- 前記磁気シールド部は、前記輻射シールド部に対して3倍以上の厚さ寸法で形成されている請求項3に記載のシールド体。
- 前記輻射シールド部は、前記磁気シールド部における前記内外表面に沿う一方向に間隔をあけて複数に分離されて成膜されている請求項2に記載のシールド体。
- 荷電粒子ビームを加速する空間を形成する超伝導加速空洞と、
前記超伝導加速空洞の外周側に配置されて前記超伝導加速空洞との間に該超伝導加速空洞を冷却する冷媒が充填される冷媒空間を形成する冷媒槽と、
前記冷媒槽の外周側に配置され、前記冷媒槽及び前記超伝導加速空洞を覆う請求項1から5のいずれか一項に記載のシールド体と、
を備える超伝導加速器。
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