JPH01183100A - 粒子加速器のマルチパクタリング防止構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、シンクロトロンなどの粒子加速器における
マルチパクタリングを防止する構造に関し、高周波加速
洞のカップラー部をＤＣカット状態で結合しバイアス電
圧を印加してマルチパクタリングを防止するようにした
ものである。

［従来の技術］ 素粒子の研究や原子核実験、あるいは放射性同位元素の
製造などのため粒子加速器か使用されることがある。

この粒子加速器の一つに例えは、シンクロトロンがあり
、その概略構造は、第４図に示すように、環状のビーム
ダクト１を備えており、周囲に電磁石２が配置され、入
射器３によって入射された電子を電磁石２によって形成
される磁場によって一定の周軌道をとらせながら電子の
回転周期に同期した高周波電界で加速するようになって
おり、加速された電子は射出部４より取り出されて所要
の目的に使用される。

このようなシンクロトロンでは、電子の軌道か曲げられ
ると、光を出してエネルギーを失うため外部からエネル
ギーを与えて加速するようにしなければならない。

、このためビームダクト１の途中に高周波加速洞５が設
置されており、第５図に示すように、電子の回転周期に
共鳴しうる空洞（共鳴筒）６がビームタフｉ〜１を構成
する管７の分断部に配置され、分断部に設けた内部導体
８及びその先端の加速ギャップ部９から形成されている
。そして、空洞６の底部にマイクロ波を導入するための
導波管１０が接続され、この導波管１０にカップラー部
１１を構成する内軸１２が中心部に挿通され、カップラ
ー部１１の上端か空洞６に電気的に接地されている。ま
た、この導波管１０の内軸１２と外管１３の間には、高
真空状態の空洞６内と空気とを仕切るためおよび電気絶
縁のためセラミックウィンド１４が取り付けである。

しなかって、導波管１０のカップラー部１１により空洞
６内に導かれた高周波による磁界と空洞６内の磁界か共
鳴することによりエネルギーが入っていき、空洞６内に
磁界かてき電荷かたってこれにより軸心に沿って走る電
子は加速ギャップ部９．９間を通過する際に加速される
。

［発明が解決しようとする課題］ このような高周波加速洞５に設けられた導波管１０では
、電界の周期によって同心状の２つの電極１２．１３に
衝突する電子により二次電子か発生し、この二次電子か
雪崩れ的に発生することによる電流が流れる現象である
マルチパクタリング゛放電が発生してしまう。

このマルチパクタリング放電が発生すると、導波管１０
から送り込まれるマイクロ波が反射されてしまい加速用
のエネルギーが有効に利用できなくなるとともに、真空
遮断用のセラミックウィンド１４が高温になり、微細な
りラックが発生ずるなどの問題かある。

また、粒子加速器において高真空状態が破壊されると、
そのままでは運転ができなくなってしまうという問題も
ある。

この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、マルチパクタリングによってセラミックウィン
ドなどにクラックが生じ真空破壊を起こすことがなく、
加速用のエネルギーを有効に利用でき、安全かつ安定し
た運転を行うことかできる粒子加速器のマルチパクタリ
ング防止構造を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためこの発明の粒子加速器のマル
チパクタリング防止構造は、粒子を加速する高周波加速
洞か設けられた粒子加速器において、高周波加速洞にマ
イクロ波導入用のカップラー部を直流分をカットするよ
うに結合する一方、このカップラー部に生ずる高周波電
界より強い直流電界を印加したことを特徴とするもので
ある。

［作用コ 粒子加速器の高周波加速洞にマイクロ波導入用のカップ
ラー部を直流分をカットするように結合しておき、この
カップラー部にマイクロ波による高周波電界よりも強い
直流電界を印加するようにしており、カップラー部で発
生する二次電子の移動を阻止するよう二次電子を直流電
界によって吸収することでマルチパクタリンクを防止す
るようにしている。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の粒子加速器のマルチパクタリング防
止構造の一実施例にかかる概略構成図である。

このマルチパクタリング防止構造では、マルチパクタリ
ングが二次電子の移動によって起ることから、この二次
電子を吸収するようにするか、マイクロ波導入用の導波
管１０に孔を開けるようにすると軸対象な磁場がくずれ
たり、この孔から挿入した電極を介してマイクロ波が外
部に洩れることとなり、エネルギーのロスが生じるとと
もに、装置周辺の実験者などが危険にさらされるという
ことがある。

そこで、導波管１０の途中を分岐し、この部分に導波管
１０と同様な同軸管１５を接続し、この同軸管１５にセ
ラミックウィンド１４か取り付けてあり、空洞６内と仕
切るようになっている。なお、セラミックウィンド１４
を導波管１０の先端部付近に設けるようにしても良い。

また、導波管１０の先端部に設けられるカップラー部１
１は、直流分をカットし、高周波分は導通ずるように容
量性の接続となっており、具体的には、第２図に示すよ
うに、導波管１０の先端部外周に絶縁性のセラミックで
作られた円筒体１６か嵌合され、その外側に導波管１０
の外管１３か接地されるとともに内軸１２と接続され、
カップラー部１１は、セラミックの円筒体１６を挾んな
形で接続され、コンデンサを介して接続されたのと同じ
状態になっている。

さらに、導波管１０の基端部に接続されるマイクロ波源
１７、例えはクライストロンや送信管との間も直流分を
カットした状態で接続するため導波管１０の途中の同軸
管１５よりも基端側にＤＣカットモジュール１８か介装
され、マイクロ波のみを送ることができるようになって
いる。なお、マイクロ波源１７自体にＤＣカットの機能
がある場合には、特にこのＤＣカットモジュール１８を
介装する必要はない。

このように高周波加速洞５め空洞６になして容量的に接
続された同軸管１５の基端部には、直流電源１つが接続
され、例えは内軸１２がプラス側とされ、外管１３がマ
イナス側となっている。この直流電源１９による電圧は
、粒子の加速のためマイクロ波源１７から供給される高
周波の電圧よりも高い電圧を印加できるようになってい
る。

このように構成された粒子加速器のマルチパクタリング
防止ＩＩ造によれば、粒子の加速のために必要なマイク
ロ波は、マイクロ波源１７がら導波管１０を介してカッ
プラー部１１に送られ、ＤＣカットモジュール１８やＤ
Ｃカット構造のカップラー部１１があっても、高周波で
あるので同等関係なく、高周波電界を誘導形成する。

一方、カップラー部１１に同軸管１５を介してマイクロ
波の高周波の電圧より高い直流電圧が直流電源１９を介
して印加しであるので、導波管１０のカップラー部１１
の内軸１２を常にプラス側に保持することができ、空間
中にある二次電子を全て吸収することができ、電子の流
れを阻止してマルチパクタリングを防止できる。

したがって、マルチパクタリング放電がなくなり、セラ
ミックで形成したセラミックウィンド１４か高温になっ
たり微細なりラックを生じることがなく、真空リークの
原因となることがない。

次に、第３図により直流分をカットして結合する場合の
他のカップラー部１１の構造について説明する。

このカップラー部１１では、マイクロ波の通過効果を上
げるなめには、ＤＣカット部分の静電容量を大きくする
ことが有効であることから、導波管１０の外管１３の外
側に嵌合したセラミック製の円筒体１６に変えてセラミ
ックを直接薄膜２０として形成するようにしている。

このセラミックの薄膜２０を形成する方法としては、例
えばＣＶＤ法や溶射法やその他の薄膜形成法を用いる。

こうしてセラミックを薄膜２０にすることで、内軸１２
と外管１３との極板間隔を小さくすることかでき、容量
性結合率を所定の値にすることができる。

なお、上記実施例では、導波管の内軸をプラス側にする
よう直流電圧を印加するようにしたか、逆に内軸をマイ
ナス側にするよう直流電圧を印加するようにしても良い
。

［発明の効果］ 以上、実施例とともに具体的に説明したようにこの発明
の粒子加速器のマルチパクタリング防止構造によれば、
粒子加速器の高周波加速洞にマイクロ波導入用のカップ
ラー部を直流分をカッ１〜するように結合しておき、こ
のカップラー部にマイクロ波による高周波電界よりも強
い直流電界を印加するようにしたので、カップラー部で
発生する二次電子の移動を阻止するよう二次電子を直流
電界によって吸収することができ、マルチパクタリング
の発生を防止することができる。

したがって、真空封じ用のセラミックウィンドにクラッ
クか生じたり、高温になることが防止される。

また、同軸の導波管に同軸管を分岐して取り付け、この
部分から直流電圧を印加するようにすれば、マイクロ波
がもれるようなことかなく、安全に粒子加速器を運転す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明の粒子加速器のマルチパクタ
リング防止構造にかかり、第１図は一実施例の概略構成
図、第２図は一実施例のカップラー部の拡大断面図、第
３図は他の実施例のカップラー部の拡大断面図、第４図
および第５図はこの発明の適用対象の一例にかかるシン
クロトロンの全体説明図および高周波加速洞の断面図で
ある。 １：ビームダクト、２：電磁石゛、３：入射器、４：射
出部、５：高周波加速洞、６：空洞、７：管、８：内部
導体、９：加速ギャップ部、１０：導波管、１１力ツプ
ラ一部、１２：内軸、１３：外管、１４：セラミックウ
ィンド、１５：同軸管、１６二円筒体、１７：マイクロ
波源、１８：ＤＣカットモジュール、１９：直流電源、
２０：セラミックの薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 粒子を加速する高周波加速洞が設けられた粒子加速器に
   おいて、高周波加速洞にマイクロ波導入用のカップラー
   部を直流分をカットするように結合する一方、このカッ
   プラー部にカップラー部に生ずる高周波電界より強い直
   流電界を印加したことを特徴とする粒子加速器のマルチ
   パクタリング防止構造。