JP6523047B2

JP6523047B2 - シールド体、及び超伝導加速器

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Publication number: JP6523047B2
Application number: JP2015110877A
Authority: JP
Inventors: 博史原; 仙入　克也; 克也仙入
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Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2019-05-29
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Description

本発明は、輻射熱及び地磁気をシールドするシールド体、及びこれを備える超伝導加速器に関する。

従来から超伝導加速空洞を用いて電子や陽子等の荷電粒子を加速する超伝導加速器が知られている。

このような超伝導加速器は例えば特許文献１に開示されている。超伝導加速器では、超伝導材料で形成された超伝導加速空洞を液体ヘリウム等の冷媒によって冷却し、超伝導化することで電気抵抗がほぼゼロとなり、小さな電力で効率的に荷電粒子の加速が行われる。

ところで超伝導加速器には、超伝導加速空洞内の超伝導特性に悪影響を及ぼす地磁気を遮蔽するための磁気シールドと、外部からの輻射熱が超伝導加速空洞に入射することを抑制するための輻射シールドとが超伝導加速空洞を覆うように設けられる。磁気シールドは通常、磁性体で構成されており、シールド空間内の磁気を迂回、吸収することでシールドを行う機能を持っている。輻射シールドは冷媒（液体ヘリウム、液体窒素等）で冷却され、超伝導加速器の手前で輻射熱を吸収するものである。

特開平７−２４５４２６号公報

現在、超伝導加速器の利用拡大、製造費用及び建設費用の観点から、真空容器さらには加速器の小型化が望まれている。しかしながら、真空容器を小型化すると非常に狭いスペース（もしくは限られたスペース）に磁気シールド及び輻射シールドを設置しなければならない。この際、磁気シールドに負荷がかかって変形が生じると、シールド特性が変化してしまうことがある。このため、磁気シールド及び輻射シールドを設置する際には、取扱いに十分な注意が必要となり、簡便に設置できることが望ましい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、省スペース化及び取扱いの簡便化を図りつつ、十分なシールド特性を得ることのできるシールド体、及びシールド体を備えた超伝導加速器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
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。

このようなシールド体によって物体を覆うことで、磁気シールド部によってこの物体への地磁気の影響の低減が可能となる。さらに、この磁気シールド部の表面に輻射シールド部を設けることで、シールド体で覆われた物体への外部からの輻射熱の入射を抑制することができる。そして、輻射シールド部が磁気シールド部に成膜されていることで、この輻射シールド部を非常に薄く、容易に設けることができる。従って、仮に磁気シールド部と輻射シールド部とを別体で設ける場合に比べて、シールド体全体の厚さ寸法を抑えることができ、取扱いも容易となる。
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。

また、本発明の第三の態様に係るシールド体では、上記第二の態様における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てもよい。

このように磁気シールド部の方が輻射シールド部よりも厚くなるように、即ち、輻射シールド部を薄く形成することで、輻射シールド部が磁気シールド部の熱変形に十分に追従でき、シールド体の反り返り等の変形を抑制することができる。

また、本発明の第四の態様に係るシールド体では、上記第三の態様における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てもよい。

このような厚さ寸法に磁気シールド部を形成することで、即ち、十分に薄く、輻射シールド部を形成することで、仮に輻射シールド部にアルミニウム、銀、金、銅を使用する場合には、輻射シールド部が磁気シールド部の熱変形に十分に追従でき、シールド体の反り返り等の変形を抑制することができる。

また、本発明の第五の態様に係るシールド体では、上記第二の態様における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てもよい。

このように輻射シールド部を磁気シールド部の内外表面に間隔をあけて形成することで、輻射シールド部が磁気シールドの内外表面全体に形成されている場合に比べて、輻射シールド部が変形し易くなり、磁気シールド部の熱変形に追従し易くなる。よって、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。

本発明の第六の態様に係る超伝導加速器は、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上記第一から第五のいずれかの態様におけるシールド体と、を備えている。

このような超伝導加速器によれば、上記のシールド体を備えていることで、磁気シールド部によって超伝導加速空洞への地磁気の影響を低減することができる。また、輻射シールド部によって、外部からの輻射熱による超伝導加速空洞及び冷媒槽の昇温を抑制でき、超伝導加速空洞が冷却された状態を維持できる。そして、輻射シールド部が磁気シールド部に成膜されていることで、この輻射シールド部を非常に薄く、容易に設けることができ、シールド体全体の厚さ寸法を抑えることができる。さらに、本発明では輻射シールド部が膜状をなすため、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、輻射シールド部が磁気シールド部の変形に容易に追従できる。また、磁気シールド部の内外表面両方に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さらに抑制できる。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、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。

上記のシールド体によれば、磁気シールド部に輻射シールド部を成膜することで、省スペース化及び取扱いの簡便化を図りつつ、十分なシールド特性を得ることが可能である。

本発明の第一参考例における超伝導加速器の概略全体図である。本発明の第一参考例における超伝導加速器におけるシールド体の要部拡大図である。本発明の第一参考例における超伝導加速器における輻射シールド部に対する磁気シールド部の厚さ寸法比と、磁気シールド部に生じる熱応力の関係を示すグラフである。要部拡大図である。本発明の第二参考例における超伝導加速器におけるシールド体の全体斜視図である。本発明の第二参考例の変形例における超伝導加速器におけるシールド体の全体斜視図である。本発明の第一実施形態における超伝導加速器におけるシールド体の要部拡大図である。本発明の第二実施形態における超伝導加速器におけるシールド体の要部拡大図である。

〔第一参考例〕
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。

超伝導加速空洞２は軸線Ｏを中心とした略筒状をなすとともに、外面が拡径と縮径を繰り返すような形状をなして軸線Ｏの方向に延びている。内部には、超伝導加速空洞２の外面の形状に対応するように拡径と縮径とを繰り返す空間Ｓが形成されている。この空間Ｓを荷電粒子ビームＢが通過する。

さらに、この超伝導加速空洞２は超伝導材料によって形成されている。超伝導材料の一例としては、ニオブが挙げられる。超伝導加速空洞２には、その他の超伝導材料を用いることも可能であり、例えば高温超電導体等を用いてもよい。

超伝導加速空洞２には、軸線Ｏの両端で、荷電粒子ビームＢが上記空間Ｓを通過可能とするように、ビームパイプ６が接続されている。このビームパイプ６は、超伝導加速空洞２と同様にニオブ等の超伝導材料によって形成されている。

冷媒槽３は、軸線Ｏを中心とした筒状をなし、超伝導加速空洞２の外周側に配置されて超伝導加速空洞２の外面との間に冷媒ＲＦが充填される冷媒空間ＲＳを形成している。冷媒ＲＦは、例えば液体ヘリウム等であって、超伝導加速空洞２を極低温に冷却可能となっている。冷媒槽３には、冷媒ＲＦを冷媒空間ＲＳ内に供給可能とし、冷媒ＲＦを冷媒空間ＲＳから排出可能とする開口部（不図示）が設けられている。
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。

そして、冷媒槽３の内部で超伝導加速空洞２の軸線Ｏの方向の一方（図１の紙面に向かって左側）の端部で、冷媒槽３の外部で入力結合器７が取付けられている。この入力結合器７から超伝導加速空洞２に電力が供給される。入力結合器７からの電力によって超伝導加速空洞２内の空間Ｓには、荷電粒子ビームＢを加速する電界が発生する。

真空容器５は、軸線Ｏを中心とした筒状をなしている。この真空容器５は軸線Ｏの方向の両端でビームパイプ６を軸線Ｏの方向に貫通させるとともに、超伝導加速空洞２及び冷媒槽３の断熱を行うよう、真空容器５の内部が真空状態に保たれている。

次に、シールド体４について詳細を説明する。
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。

磁気シールド部１１は、例えばパーマロイ（登録商標）等の材料によって形成されている。そして、磁気シールド部１１は、軸線Ｏを中心とした筒状をなす筒状部１２と、筒状部１２における軸線Ｏの方向の両端で径方向内側に突出するフランジ状部１３とを有している。磁気シールド部１１は、フランジ状部１３によって冷媒槽３の一部を軸線Ｏの方向からも囲んでいる。

磁気シールド部１１は、超伝導加速器１の外部から超伝導加速空洞２へ及ぼされる地磁気Ｍの影響を低減するために設けられている。そして地磁気Ｍのシールド効果を十分に得るため、本参考例では図２に示すように磁気シールド部１１の厚さ寸法ｄ１は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度となっている。

輻射シールド部１５は、磁気シールド部１１を形成する磁性体よりも熱伝導率の大きい材料によって形成されている。そして、輻射シールド部１５は、磁気シールド部１１の筒状部１２及びフランジ状部１３の全体を覆うように、内外の表面１１ａ上にスパッタリング等によって銅、金、銀、アルミニウム等の金属材料が成膜されることで、磁気シールド部１１と一体に被膜として設けられている。本参考例では内外の表面１１ａに同じ材料の輻射シールド部１５が設けられているが、内外の表面１１ａ同士で異なる材料の輻射シールド部１５を設けてもよい。

ここで、パーマロイ（登録商標）の熱伝導率は約３０〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕であるのに対して、銅（純銅）は３３２〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕、金は２５４〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕、銀（純銀）は３６０〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕、アルミニウムは１７５〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕となっている。即ち、磁気シールド部１１に対して輻射シールド部１５は１０倍程度、熱伝導率が大きくなっている。上記の熱伝導率の値は、温度が２０〔℃〕での値となっているが、本参考例の超伝導加速器１が運転される−２６９℃〜−１９６℃程度の条件においても同様に、上記の輻射シールド部１５の方が磁気シールド部１１に対し熱伝導率が大きくなっている。

輻射シールド部１５は、超伝導加速空洞２及び冷媒槽３に対する超伝導加速器１の外部からの輻射熱の入射を抑制するために設けられている。遮熱を十分に行うため、本参考例では図２に示すように輻射シールド部１５の厚さ寸法ｄ２は、１００μｍ以上２００μｍ以下程度となっている。

以上説明した本参考例の超伝導加速器１によると、シールド体４によって超伝導加速空洞２及び冷媒槽３を覆うことで、磁気シールド部１１によって超伝導加速空洞２に及ぼされる地磁気Ｍの影響を低減することができる。また、輻射シールド部１５によって超伝導加速空洞２及び冷媒槽３の昇温を抑制でき、超伝導加速空洞２を十分に冷却することができ、超伝導加速空洞２が所定の温度で冷却された状態を維持できる。

そして、輻射シールド部１５が磁気シールド部１１に成膜されていることで、この輻射シールド部１５を非常に薄く、かつ、容易に設けることができる。従って、仮に磁気シールド部１１と輻射シールド部１５とを別体で設ける場合に比べて、シールド体４全体の厚さ寸法を抑えることができ、取扱いも容易となる。

よって、シールド体４の省スペース化及び取扱いの簡便化を図ることができる。よって、真空容器５内にシールド体４を設ける際に、狭い設置スペースにシールド体４を設置する際の変形を抑制することができる。よって、超伝導加速器１の運転時に、シールド体４でのシールド特性を十分に得ることができる。

ここで、超伝導加速器１の運転開始時に、冷媒ＲＦが冷媒槽３に充填されて超伝導加速空洞２の冷却が開始される際や、超伝導加速器１の運転終了時に、冷媒ＲＦが冷媒槽３から排出されて超伝導加速空洞２の冷却が終了する際に、シールド体４の温度が変化することになる。この際、磁気シールド部１１と輻射シールド部１５との材料が異なることで、磁気シールド部１１と輻射シールド部１５とで熱変形量（熱膨張量、又は熱収縮量）が異なってしまう。

このような場合に、仮に磁気シールド部１１と輻射シールド部１５とを別個に製造して、例えばボルト等を用いて積層するように張り合わせてシールド体４を形成すると、磁気シールド部１１及び輻射シールド部１５に熱応力が生じてしまう。この結果、シールド体４が反り返ってしまう等の問題が生じる。この点、本参考例の超伝導加速器１では、輻射シールド部１５が成膜されることで薄い膜状をなしているため輻射シールド部１５は変形し易い。よって磁気シールド部１１と輻射シールド部１５とで熱変形量が異なっても、輻射シールド部１５が磁気シールド部１１の変形に容易に追従できる。この結果、シールド体４の温度変化に伴って、シールド体４が反り返る等の変形をしにくくなり、シールド体４での十分なシールド特性を維持することができる。

また、本参考例では、磁気シールド部１１の内外の表面１１ａに同じ材料の輻射シールド部１５を形成しているので、シールド体４の温度変化時に、磁気シールド部１１の内外の表面１１ａが輻射シールド部１５から受ける力（熱応力を生じさせる力）が均等になる。即ち、磁気シールド部１１の一方の表面１１ａに作用する力によって生じる熱応力と、磁気シールド部１１の他方の表面１１ａに作用する力によって生じる熱応力との均衡がとれる。この結果、磁気シールド部１１と輻射シールド部１５との熱変形量の差によるシールド体４の反り返り等をさらに抑制できる。

ここで、図３には、輻射シールド部１５の厚さ寸法に対する磁気シールド部１１の厚さ寸法の比と、磁気シールド部１１に生じる熱応力との関係を輻射シールド部１５の材料毎に算出した結果を示している。
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）
ｔ_１〔ｍｍ〕：磁気シールド部１１の厚さ寸法
Ａ_１〔ｍｍ〕：磁気シールド部１１の断面積（Ａ_１＝ｗ×ｔ_１）
Ｅ_１〔Ｎ／ｍｍ^２〕：磁気シールド部１１の材料の縦弾性係数
α_１〔１／℃〕：磁気シールド部１１の材料の線膨張係数
ｔ_２〔ｍｍ〕：輻射シールド部１５の厚さ寸法
Ａ_２〔ｍｍ〕：輻射シールド部１５の断面積（Ａ_２＝ｗ×ｔ_２）
Ｅ_２〔Ｎ／ｍｍ^２〕：輻射シールド部１５の材料の縦弾性係数
α_２〔１／℃〕：輻射シールド部１５の材料の線膨張係数

このようなパラメータを用いて、磁気シールド部１１に生じる熱応力：σ〔ＭＰａ〕を以下の数式（１）によって算出した。輻射シールド部１５は磁気シールド部１１の表面１１ａ全体に成膜されていることを前提としている。

この結果、図３に示すように輻射シールド部１５の厚さ寸法に対する磁気シールド部１１の厚さ寸法の比：ｔ_１/ｔ_２が３倍以上となる範囲で、金を除くいずれの材料を輻射シールド部１５に用いた場合であっても、磁気シールド部１１に生じる熱応力σが急激に低くなっていることが確認できる。具体的には、ｔ_１/ｔ_２が３倍以上となる範囲で６０〔ＭＰａ〕より低くなっており、厚さ寸法の比：ｔ_１/ｔ_２が５倍以上となる範囲で磁気シールド部１１に生じる熱応力σは４０〔ＭＰａ〕より低くなっている。また、輻射シールド部１５に金を用いた場合は、ｔ_１/ｔ_２の数値によらず、磁気シールド部１１に生じる熱応力σは１０〔ＭＰａ〕より低くなっている。

従って、本参考例では、上述したように、磁気シールド部１１の厚さ寸法ｄ１が１ｍｍ以上２ｍｍ以下であって、輻射シールド部１５の厚さ寸法ｄ２が１００μｍ以上２００μｍ以下である場合に限定されず、少なくとも厚さ寸法の比ｔ_１/ｔ_２が少なくとも３倍以上となる範囲で、より好ましくは５倍以上となる範囲で、磁気シールド部１１及び輻射シールド部１５の厚さ寸法を設定すれば、シールド体４の熱変形を十分に抑制することが可能となる。なお、これら数値に限定されることなく、熱変形性を考慮して、磁気シールド部１１が輻射シールド部１５よりも厚さ寸法が大きくなっている、即ち、輻射シールド部１５の方が薄くなっているとよい。

さらに、輻射シールド部１５を成膜することで、磁気シールド部１１と輻射シールド部１５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（ボルト等）が不要となって、シールド体４の部品点数を減らすことができる。

また、輻射シールド部１５を成膜することで、輻射シールド部１５と磁気シールド部１１との密着性が向上し、シールド体４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１５を成膜することで、磁気シールド部１１の表面１１ａ上の任意の範囲に容易に輻射シールド部１５を設けることができ、設計の自由度が高まる。

〔第二参考例〕
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。

即ち、シールド体２４における輻射シールド部２５は、磁気シールド部１１における表面１１ａ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。具体的には本参考例では、軸線Ｏの方向に間隔をあけて、軸線Ｏを中心とした環状をなして複数の輻射シールド部２５が設けられている。

以上説明した本参考例の超伝導加速器２１によれば、輻射シールド部２５を、間隔をあけて複数に分離して形成することで、シールド体２４が温度変化した際に、輻射シールド部２５が磁気シールド部１１の表面１１ａの全体に形成されている場合に比べて、磁気シールド部１１の変形に輻射シールド部２５が追従して変形し易くなる。よって、輻射シールド部２５と磁気シールド部１１との材料が異なっていることでこれらの熱変形量が異なっていても、シールド体２４の反り返り等の変形を抑制することができる。

ここで、本参考例では、図５に示すように、輻射シールド部２５Ａは磁気シールド部１１の周方向に間隔をあけて複数に分離して成膜されていてもよい。この場合であっても、磁気シールド部１１に輻射シールド部２５Ａが追従して変形し易くなり、シールド体２４の反り返り等の変形を抑制することができる。

〔第一実施形態〕
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。

即ち、シールド体３４は、磁気シールド部３６、及び磁気シールド部３６に成膜された輻射シールド部３７は、磁気シールド部３６の表面３６ａに沿う方向、即ち軸線Ｏの方向に複数の組３８に分離して設けられている。そして、軸線Ｏの方向に隣接する組３８同士は、一部が径方向に重なるようにして設けられている。本実施形態では地磁気Ｍの方向は、径方向に沿っている。

以上説明した本実施形態の超伝導加速器３１では、磁気シールド部３６と輻射シールド部３７とを有するシールド体３４を複数の組３８に分離して設けることで、シールド体３４が温度変化した際に、組３８同士の重なり量が変化する。即ち、各組３８同士がスライドするようにして軸線Ｏの方向に移動する（図６の矢印を参照）ことで、シールド体３４の熱変形分を吸収できる。従って、シールド体３４が熱変形した際のシールド体３４の反り返り等の変形をさらに抑制することができる。

〔第二実施形態〕
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。

即ち、シールド体４４の輻射シールド部４７は、複数の層４８をなすように磁気シールド部１１の表面１１ａに成膜され、かつ、表面１１ａから離間する層４８に向かって磁気シールド部１１と層４８との熱変形量の差が段階的に大きくなるように、各層４８の材料が決定されている。具体的には例えば、輻射シールド部４７の各層４８は、磁気シールド部１１から離間側に向かって金、銅、アルミニウムの順に、材料が選択される。

以上説明した本実施形態の超伝導加速器４１によれば、輻射シールド部４７の各層４８が、磁気シールド部１１の表面１１ａから離間する層４８である程、磁気シールド部１１との熱変形量の差が大きくなっていることで、磁気シールド部１１と、最も磁気シールド部１１から離れた輻射シールド部４７の層４８との熱変形量の差が大きくとも、磁気シールド部１１と、最も磁気シールド部１１に近い輻射シールド部４７の層４８（磁気シールド部１１の表面１１ａに接する層４８）との熱変形量の差を小さくすることができる。従って、シールド体４４が温度変形した際のシールド体４４の反り返り等をさらに抑制することができる。

以上、本発明の参考例及び実施形態について図面を参照して詳述したが、各参考例及び実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、上述の参考例及び実施形態では、輻射シールド部１５（２５、２５Ａ、３７、４７）は、磁気シールド部１１（３６）の内外の表面１１ａ（３６ａ）に成膜されていたが、いずれか一方の表面１１ａ（３６ａ）のみに成膜されていてもよい。

また、シールド体４（２４、３４、４４）は、真空容器５の内面に張り付けて設けてもよいし、真空容器５と冷媒槽３との間で、これら真空容器５と冷媒槽３と離間して設けてもよい。

さらに、シールド体４（２４、３４、４４）の形状は、円筒形状であってもよいし、複数の板状部材を貼り合わせて角筒状にしたものであってもよい。複数の板状部材を貼り合わせる場合には、シールド体４（２４、３４、４４）をより容易に形成できる。

１、２１、３１、４１…超伝導加速器
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

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。