JP6698577B2 - 高周波加速空胴 - Google Patents

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Description

本発明は、高周波加速空胴に関する。
高周波加速空胴は、高周波が入力されることで内部に加速電界を発生させ、電子等の荷電粒子を加速させる。高周波加速空胴は、高周波のうち高調波が多く存在すると、荷電粒子を十分に加速できなくなる可能性がある。このため、高周波加速空胴には、高調波を吸収する高調波吸収体が配置される。
特開２０１５−７６３５８号公報
上記した高調波吸収体は、高調波を吸収することにより発熱する。このため、発熱した高調波吸収体を冷却するため、例えば金属等の熱伝導率の高い材料により形成された保持部材に固定して用いられる。
しかしながら、高調波吸収体をネジ止め等により機械的に接合した場合、保持部材との接触が十分ではない場合があり、所期の冷却効率が得られない可能性がある。また、高調波吸収体を保持部材に接着等により接合した場合、高調波吸収体と保持部材との間の熱膨張率の相違により剥離等の不具合が生じる可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、不具合を抑制可能であり、冷却効率に優れた高周波加速空胴を提供することを目的とする。
本発明に係る高調波吸収体は、高調波を吸収する吸収部材と、前記高調波を通過させる誘電体で形成され、前記吸収部材を覆い、かつ前記吸収部材との間に冷媒を流通可能な空間を設けた状態で配置される被覆部材と、高周波加速空胴の一部に装着され、前記被覆部材との間で前記吸収部材を封止する装着部材と、前記被覆部材及び前記装着部材の少なくとも一方に設けられ、前記被覆部材と前記吸収部材との間の前記空間に前記冷媒を供給し前記空間から前記冷媒を回収する冷媒流路と、を備える。
本発明によれば、吸収部材が被覆部材との間に冷媒を流通可能な空間を設けた状態で配置されるため、当該空間に冷媒を供給することにより、吸収部材を効率的に冷却することができる。また、被覆部材と装着部材との間で吸収部材を封止するため、保持部材に接合する必要が無く吸収部材の剥離等の不具合が生じることを抑制できると共に、吸収部材に欠損が生じた場合に高周波加速空胴に露出することを回避できる。
また、前記冷媒流路は、前記装着部材に配置されてもよい。
本発明によれば、装着部材の冷媒流路を介して、空間内に冷媒を循環させることができる。これにより、吸収部材の冷却効率を高めることができる。
本発明に係る高周波加速空胴は、円筒部と、前記円筒部の軸線方向の両端部にそれぞれ配置される端板とを有する本体部と、前記本体部に装着される上記の高調波吸収体とを備える。
本発明によれば、不具合を抑制可能であり、冷却効率に優れ、保持部材に接合する必要が無く、容易に形成可能な高調波吸収体を備えるため、高調波を安定的に吸収することができ、荷電粒子を十分に加速させることができる。
また、前記高調波吸収体は、前記端板に複数装着され、前記軸線周り方向に並んで配置されてもよい。
本発明によれば、軸線周り方向について高調波を均等に吸収可能となる。
また、前記円筒部は、前記軸線方向に複数並んで配置され、前記本体部は、前記軸線方向に隣り合う前記円筒部同士が、共通の前記端板である連結端板によって連結され、前記高調波吸収体は、前記連結端板に、前記軸線方向に直交する方向に装着されてもよい。
本発明によれば、高調波吸収体が連結端板に、軸線方向に直交する方向に装着可能であるため、複数の円筒部を軸線方向に並んで配置させる場合、隣り合う円筒部同士の間で端板及び高調波吸収体を共有することができる。これにより、高周波加速空胴全体のコンパクト化を図ることができる。
本発明によれば、不具合を抑制可能であり、冷却効率に優れた高周波加速空胴を提供することができる。
図１は、第１実施形態に係る高周波加速空胴の一例を示す断面図である。 図２は、図１におけるＡ方向から見た場合の構成を示す図である。 図３は、本実施形態に係る高調波吸収体の一例を示す断面図である。 図４は、第２実施形態に係る高周波加速空胴の一例を示す断面図である。 図５は、変形例に係る高周波加速空胴の一例を示す断面図である。 図６は、変形例に係る高周波加速空胴の一例を示す断面図である。
以下、本発明に係る高調波吸収体及び高周波加速空胴の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る高周波加速空胴１００の一例を示す断面図である。図１に示すように、高周波加速空胴１００は、高周波が入力されることで内部に加速電界Ｅを発生させ、線源３０から射出される電子等の荷電粒子Ｍを加速させる。高周波加速空胴１００は、本体部１０と、高調波吸収体２０とを備える。
本体部１０は、円筒部１１と、端板１２、１３とを有する。円筒部１１及び端板１２、１３は、例えば銅等の電気抵抗率が低い金属材料を用いて形成される。円筒部１１と端板１２、１３は、例えばボルト等の固定部材により一体的に設けられる。
円筒部１１は、導波管１４を有する。導波管１４は、高周波が入力される入力部である。端板１２、１３は、円筒部１１の中心軸ＡＸの軸線方向の両端にそれぞれ配置される。端板１２は、接続ポート１５を有する。接続ポート１５は、端板１２から中心軸ＡＸの軸線方向の外側に突出して配置される。接続ポート１５は、管部１５ａを有する。同様に、端板１３は、接続ポート１６を有する。接続ポート１６は、端板１３から中心軸ＡＸの軸線方向の外側に突出して配置される。接続ポート１６は、管部１６ａを有する。管部１６ａは、線源３０から射出される荷電粒子Ｍを高周波加速空胴１００の内部に導入する。管部１５ａは、高周波加速空胴１００の内部で加速される荷電粒子Ｍを外部に導出する。このように、線源３０及び高周波加速空胴１００により、荷電粒子Ｍを加速する加速装置が構成される。
また、端板１２、１３は、それぞれ高調波吸収体２０を装着する装着ポート１７を有する。装着ポート１７は、収容部１７ａと、突出フランジ部１７ｂとを有する。収容部１７ａは、後述の高調波吸収体２０を収容する。突出フランジ部１７ｂは、高調波吸収体２０を固定する。
端板１２、１３は、高周波加速空胴１００の内部と収容部１７ａとを連通する連通部１７ｃを有する。連通部１７ｃは、高周波（高調波ＲＦを含む）が通過可能である。連通部１７ｃは、中空状であってもよいし、高周波が通過可能なセラミックス、プラスチック、雲母等の誘電体で充填されてもよい。
図２は、図１におけるＡ方向から見た場合の構成を示す図である。図２に示すように、装着ポート１７は、端板１２、１３において、中心軸ＡＸの軸線周り方向に複数並んで配置される。複数の装着ポート１７は、高調波吸収体２０に応じた形状を有する。各装着ポート１７は、例えば同一の形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
図３は、高調波吸収体２０の一例を示す断面図である。図３に示すように、高調波吸収体２０は、吸収部材２１と、被覆部材２２と、装着部材２３とを備える。吸収部材２１は、高周波のうち高調波ＲＦ（図１参照）を吸収する。吸収部材２１は、例えば炭化ケイ素セラミックスやフェライトセラミックス等のセラミックス材料が用いられる。吸収部材２１は、例えば矩形のブロック状に形成されるが、これに限定されず、板状、球状、錘状、帯状、線状等、他の形状であってもよい。吸収部材２１は、不図示の支持部材により被覆部材２２又は装着部材２３に支持されてもよい。
被覆部材２２は、吸収部材２１を覆っている。被覆部材２２は、高調波を通過させる誘電体により形成される。このような誘電体としては、例えばアルミナセラミックス、プラスチック、雲母等の材料が挙げられる。なお、誘電体としては、これらの材料に限定されず、他の誘電体材料が用いられてもよい。被覆部材２２は、装着ポート１７の収容部１７ａに挿入されて収容される。
被覆部材２２は、吸収部材２１との間に空間２２Ｋを設けた状態で配置される。空間２２Ｋは、冷媒Ｃを流通可能な寸法を有する。空間２２Ｋは、例えば吸収部材２１が不図示の支持部材により支持される場合、一定の形状を保持する。また、空間２２Ｋは、吸収部材２１が支持されず、移動可能である場合には、吸収部材２１の移動に応じて変形する。被覆部材２２は、吸収部材２１の表面の少なくとも一部が空間２２Ｋに露出するように配置される。
装着部材２３は、被覆部材２２が収容部１７ａに挿入された状態で、本体部１０の突出フランジ部１７ｂに固定される。装着部材２３は、被覆部材２２との間で吸収部材２１を封止する。装着部材２３は、冷媒流路として、冷媒供給流路２３ａと、冷媒回収流路２３ｂとを有する。冷媒供給流路２３ａは、空間２２Ｋに供給される冷媒Ｃを流通させる。冷媒回収流路２３ｂは、空間２２Ｋからの冷媒Ｃを流通させる。冷媒供給流路２３ａ及び冷媒回収流路２３ｂが配置されることにより、空間２２Ｋに冷媒Ｃを流通させることが可能となる。冷媒供給流路２３ａには、不図示の冷媒供給部が接続される。冷媒回収流路２３ｂには、不図示の冷媒回収部が接続される。この場合、例えば冷媒回収部から冷媒供給部に冷媒Ｃを戻す循環機構が設けられてもよい。冷媒Ｃは、液体であってもよいし、気体であってもよい。
上記した高周波加速空胴１００は、導波管１４から高周波が入力されることで内部に加速電界Ｅを発生させ、電子等の荷電粒子Ｍを加速させる。このとき、高周波のうち高調波ＲＦが多く存在すると、荷電粒子Ｍを十分に加速できなくなる可能性がある。このため、高周波加速空胴１００には、高調波ＲＦを吸収する高調波吸収体２０が配置される。高調波吸収体２０は、高調波ＲＦを吸収することにより発熱するため、冷却が必要となる。
これに対して、本実施形態に係る高調波吸収体２０は、高調波ＲＦを吸収する吸収部材２１と、高調波ＲＦを通過させる誘電体で形成され、吸収部材２１を覆い、かつ吸収部材２１との間に冷媒Ｃを流通可能な空間２２Ｋを設けた状態で配置される被覆部材２２と、高周波加速空胴１００の一部に装着され、被覆部材２２との間で吸収部材２１を封止する装着部材２３と、被覆部材２２及び装着部材２３の少なくとも一方に設けられ、被覆部材２２と吸収部材２１との間の空間２２Ｋに冷媒Ｃを供給及び回収する冷媒供給流路２３ａ及び冷媒回収流路２３ｂと、を備える。
これにより、吸収部材２１が被覆部材２２との間に冷媒Ｃを流通可能な空間２２Ｋを設けた状態で配置されるため、当該空間２２Ｋに冷媒Ｃを供給することで吸収部材２１を効率的に冷却することができる。また、被覆部材２２と装着部材２３との間で吸収部材２１を封止するため、保持部材に接合する必要が無く吸収部材２１の剥離等の不具合が生じることを抑制できると共に、吸収部材２１に欠損が生じた場合に高周波加速空胴１００に露出することを回避できる。
また、本実施形態に係る高調波吸収体２０において、冷媒供給流路２３ａ及び冷媒回収流路２３ｂは、装着部材２３に配置される。これにより、装着部材２３の冷媒供給流路２３ａ及び冷媒回収流路２３ｂを介して、空間２２Ｋ内に冷媒Ｃを循環させることができる。これにより、吸収部材２１の冷却効率を高めることができる。
本実施形態に係る高周波加速空胴１００は、円筒部１１と、円筒部１１の中心軸ＡＸの軸線方向の両端部にそれぞれ配置される端板１２、１３とを有する本体部１０と、本体部１０に装着される高調波吸収体２０とを備える。これにより、高周波加速空胴１００の不具合を抑制可能であり、冷却効率に優れた高調波吸収体２０を備えるため、高調波を安定的に吸収することができ、荷電粒子を十分に加速させることができる。
また、高調波吸収体２０は、端板１２、１３に複数装着され、中心軸ＡＸの軸線周り方向に並んで配置されてもよい。これにより、中心軸ＡＸの軸線周り方向について高調波ＲＦを均等に吸収可能となる。
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態を説明する。図４は、第２実施形態に係る高周波加速空胴２００の一例を示す断面図である。図４に示すように、高周波加速空胴２００は、本体部１１０と、高調波吸収体１２０とを備える。本体部１１０は、複数の円筒部である第１円筒部１１１Ａ及び第２円筒部１１１Ｂと、端板１１２、１１３と、連結端板１１９とを有する。
第１円筒部１１１Ａ及び第２円筒部１１１Ｂは、中心軸ＡＸ２を共有し、当該中心軸ＡＸ２の軸線方向に並んで配置される。第１円筒部１１１Ａ及び第２円筒部１１１Ｂは、それぞれ導波管１１４を有する。第１円筒部１１１Ａ及び第２円筒部１１１Ｂは、例えば形状及び寸法が等しく形成されるが、これに限定されない。
端板１１２は、第１円筒部１１１Ａの中心軸ＡＸ２の軸線方向の外側の端部に配置される。端板１１２は、接続ポート１１５を有する。接続ポート１１５は、端板１１２から中心軸ＡＸの軸線方向の外側に突出して配置される管部１１５ａを有する。同様に、端板１１３は、第２円筒部１１１Ｂの中心軸ＡＸ２の軸線方向の外側の端部に配置される。端板１１３は、接続ポート１１６を有する。接続ポート１１６は、端板１１３から中心軸ＡＸ２の軸線方向の外側に突出して配置される管部１１６ａを有する。
連結端板１１９は、第１円筒部１１１Ａと第２円筒部１１１Ｂとを連結する。本体部１１０は、中心軸ＡＸ２の軸線方向に隣り合う第１円筒部１１１Ａと第２円筒部１１１Ｂとが、共通の端板である連結端板１１９によって連結される。例えば、１つの連結端板１１９のうち中心軸ＡＸ２の一方の端面（図４の右側の端面）には第１円筒部１１１Ａが連結され、他方の端面（図４の左側の端面）には第２円筒部１１１Ｂが連結される。図４では、連結端板１１９の厚さ（中心軸ＡＸ２の軸線方向の寸法）が端板１１２、１１３に比べて厚くなっている構成を例に挙げて示しているが、これに限定されない。例えば、連結端板１１９の厚さが端板１１２、１１３に比べて薄くてもよいし、同程度の厚さであってもよい。
連結端板１１９は、後述する高調波吸収体１２０を装着する装着ポート１１７を有する。本実施形態において、装着ポート１１７は、連結端板１１９に対して径方向に突出する。装着ポート１１７は、収容部１１７ａと、突出フランジ部１１７ｂとを有する。収容部１１７ａは、後述の高調波吸収体１２０を収容する。突出フランジ部１１７ｂは、高調波吸収体１２０を固定する。連結端板１１９には、高周波加速空胴２００の内部と収容部１１７ａとを連通する連通部１１７ｃを有する。連通部１１７ｃは、高周波（高調波ＲＦを含む）が通過可能である。連通部１１７ｃは、中空状であってもよいし、高周波が通過可能なセラミックス、プラスチック、雲母等の誘電体で充填されてもよい。
また、高調波吸収体１２０は、吸収部材１２１と、被覆部１２２と、装着部材１２３とを備える。なお、吸収部材１２１、被覆部１２２及び装着部材１２３の各構成は、第１実施形態に記載の吸収部材２１と、被覆部材２２と、装着部材２３とほぼ同一の構成を有しているため、説明を省略する。
本実施形態に係る高周波加速空胴２００において、装着ポート１１７が連結端板１１９に対して径方向に突出し、高調波吸収体１２０が装着ポート１１７に挿入されることで円筒部の径方向に装着される。このように、高調波吸収体１２０が連結端板１１９に、中心軸ＡＸ２の軸線方向に直交する方向に装着可能であるため、第１円筒部１１１Ａと第２円筒部１１１Ｂを軸線方向に並んで配置させる場合、第１円筒部１１１Ａと第２円筒部１１１Ｂと間で連結端板１１９及び高調波吸収体１２０を共有することができる。これにより、高周波加速空胴２００全体のコンパクト化を図ることができる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、第２実施形態に係る高周波加速空胴２００においては、高調波吸収体の被覆部が設けられなくてもよい。図５は、変形例に係る高周波加速空胴２０１の一例を示す断面図である。図５に示す高周波加速空胴２００Ａにおいて、高調波吸収体１３０は、吸収部材１３１と、中空部１３２と、装着部材１３３とを有している。高調波吸収体１３０は、被覆部が設けられず、吸収部材１３１が露出する構成である。このような構成の高調波吸収体１３０を連結端板１１９に対して径方向に挿入する構成であっても、複数の円筒部である第１円筒部１１１Ａ及び第２円筒部１１１Ｂにより連結端板１１９を共有することができる。これにより、高周波加速空胴２００Ａのコンパクト化を図ることができる。
また、上記各実施形態においては、高調波吸収体が端板に配置される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば円筒部に配置されてもよい。以下、第１実施形態に記載した高周波加速空胴１００の変形例を説明するが、第２実施形態に記載した高周波加速空胴２００においても同様の構成とすることができる。
図６は、変形例に係る高周波加速空胴１００Ａの一例を示す断面図である。図６に示す高周波加速空胴１００Ａは、円筒部１１に装着ポート１７が配置される。そして、装着ポート１７には、円筒部１１の径方向に高調波吸収体２０が装着される。なお、円筒部１１のうち高調波吸収体２０が装着される部分には、端板１２、１３との間に隙間１２ａ、１３ａがそれぞれ形成される。このような構成においても、高調波吸収体２０が高調波を確実に吸収することができ、吸収部材２１を効率的に冷却することができる。
また、上記実施形態においては、高調波吸収体の装着部材に冷媒供給流路及び冷媒回収流路が設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、冷媒供給流路及び冷媒回収流路の少なくとも一方が被覆部材に配置されてもよい。
１０，１１０ 本体部
１１ 円筒部
１２，１３，１１２，１１３ 端板
１２ａ，１３ａ 隙間
１４，１１４ 導波管
１５，１６，１１５，１１６ 接続ポート
１５ａ，１６ａ，１１５ａ，１１６ａ 管部
１７，１１７ 装着ポート
１７ａ，１１７ａ 収容部
１７ｂ，１１７ｂ 突出フランジ部
１７ｃ，１１７ｃ 連通部
２０，１２０，１３０ 高調波吸収体
２１，１２１，１３１ 吸収部材
２２ 被覆部材
２２Ｋ 空間
２３，１２３，１３３ 装着部材
２３ａ 冷媒供給流路
２３ｂ 冷媒回収流路
１００，１００Ａ，２００，２００Ａ 高周波加速空胴
１１１Ａ 第１円筒部
１１１Ｂ 第２円筒部
１１９ 連結端板
１２２ 被覆部
１３２ 中空部
Ｃ 冷媒
Ｅ 加速電界
Ｍ 荷電粒子
ＲＦ 高調波
ＡＸ，ＡＸ２ 中心軸

Claims (3)

  1. 円筒部と、前記円筒部の軸線方向の両端部にそれぞれ配置される端板とを有する本体部と、
    前記本体部に装着される高調波吸収体と
    を備え、
    前記高調波吸収体は、
    高調波を吸収する吸収部材と、
    前記高調波を通過させる誘電体で形成され、前記吸収部材を覆い、かつ前記吸収部材との間に冷媒を流通可能な空間を設けた状態で配置される被覆部材と、
    高周波加速空胴の一部に装着され、前記被覆部材との間で前記吸収部材を封止する装着部材と、
    前記被覆部材及び前記装着部材の少なくとも一方に設けられ、前記被覆部材と前記吸収部材との間の前記空間に前記冷媒を供給し前記空間から前記冷媒を回収する冷媒流路と、
    を有し、
    前記高調波吸収体は、前記端板に複数装着され、前記軸線周り方向に並んで配置される
    高周波加速空胴。
  2. 円筒部と、前記円筒部の軸線方向の両端部にそれぞれ配置される端板とを有する本体部と、
    前記本体部に装着される高調波吸収体と
    を備え、
    前記高調波吸収体は、
    高調波を吸収する吸収部材と、
    前記高調波を通過させる誘電体で形成され、前記吸収部材を覆い、かつ前記吸収部材との間に冷媒を流通可能な空間を設けた状態で配置される被覆部材と、
    高周波加速空胴の一部に装着され、前記被覆部材との間で前記吸収部材を封止する装着部材と、
    前記被覆部材及び前記装着部材の少なくとも一方に設けられ、前記被覆部材と前記吸収部材との間の前記空間に前記冷媒を供給し前記空間から前記冷媒を回収する冷媒流路と、
    を有し、
    前記円筒部は、前記軸線方向に複数並んで配置され、
    前記本体部は、前記軸線方向に隣り合う前記円筒部同士が、共通の前記端板である連結端板によって連結され、
    前記高調波吸収体は、前記連結端板に、前記軸線方向に直交する方向に装着される
    高周波加速空胴。
  3. 前記冷媒流路は、前記装着部材に配置される
    請求項１又は請求項２に記載の高周波加速空胴。
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