JPH076897A - 高次モード共振抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波加速空洞に装着して空洞内に発生する
高次モード共振を有効に減衰させる高次モード共振抑制
装置を提供する。 【構成】 空洞１０内に発生した高次モード共振波をロ
ッドアンテナ５に結合させ，該ロッドアンテナ５を開放
端の中心導体３とする同軸導波管路４に導き，該同軸導
波管路４を伝送させて終端部に接続された整合負荷７に
供給して熱エネルギーとして消費させる。同軸導波管路
４には分岐構造等がなく適切な長さに構成されているの
で，高次モード共振波は効率的に整合負荷７に伝送され
て消費される。又，中心導体３の冷却は，同軸導波管路
４の中間部に接続された給排水通路１３が中空構造に形
成された中心導体３内を循環するように構成されるの
で，冷却水通路を確保するための同軸導波管路４の分岐
構造が必要でなく，同軸導波管路４の長さに影響を与え
ることなく構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，荷電粒子ビームを加速
する高周波加速空洞に装着され，高周波加速空洞内に発
生する高次モード共振を減衰させて安定したビーム加速
を行わせるための高次モード共振抑制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波加速空洞（以下空洞と略記する）
により加速する荷電粒子ビームを不安定にさせる原因と
して，荷電粒子ビームが加速空洞内を通過することによ
り誘起される高次モード共振があり，この高次モード共
振を減衰させるために高次モード共振抑制装置を空洞に
装着することがなされる。高次モード共振抑制装置は高
次モード共振の電磁場と結合し，その共振エネルギーを
減衰させるための装置で，空洞内の高次モード共振の高
周波電磁場と結合するアンテナと，該アンテナによって
捕らえた電磁波を空洞外に導く導波管路と，取り出され
た電磁波のエネルギーを消費するための整合負荷とによ
って主構成される。また，空洞は大電力で運転されるた
め，高次モード共振抑制装置における発熱も大きく，発
熱部分に冷却構造が採用される。図３は従来技術になる
高次モード共振抑制装置３０が装着された高周波加速空
洞３５の断面図である。同図に示すように，高次モード
共振抑制装置３０は空洞３５の胴部に設けられた取付け
ポート３１に，真空フランジ３２により空洞３５内の真
空気密状態が保たれるようにして装着されている。この
高次モード共振抑制装置３０は，ロッドアンテナ３４を
高次モード共振の電磁場と結合させることにより取り出
し，この高次モード共振波を円筒導体３３と中心導体３
７とにより構成される同軸導波管路から分岐同軸導波管
路３８に伝送して整合負荷に導き，熱損失として減衰さ
せることにより，空洞３５内の高次モード共振を抑制す
る。図４は，図３に示す高次モード共振抑制装置３０を
拡大図示したものである。図示するように，中空状に形
成された円筒導体３３の中心軸位置に中心導体３７が配
設され，この中心導体３７の空洞３５側先端部にロッド
アンテナ３４が形成されている。又，この中心導体３７
と上記円筒導体３３とによって同軸導波管路が形成され
ており，該同軸導波管路の中間部はＴ字型分岐構造によ
り分岐され，分岐同軸導波管路３８が形成されている。
この分岐同軸導波管路３８の終端部には図示しない整合
負荷が接続される。上記中心導体３７及びその先端部の
ロッドアンテナ３４は中空構造に形成されており，その
中空構造内に給水管３６が配設され，給水口４０から給
水される冷却水が給水管３６を通じてロッドアンテナ３
４から中心導体３７内を循環して排水口４１から排水さ
れるよう冷却水管路が形成されている。尚，円筒導体３
３など他の発熱部分にも冷却手段が設けられるが，ここ
では省略する。上記円筒導体３３の空洞３５側端部に
は，取付けポート３１内に挿入される装着部材３９が形
成され，この装着部材３９に溶接により接合された真空
フランジ３２によって取付けポート３１に取り付けられ
ることにより，高次モード共振抑制装置３０が空洞３５
に装着される。上記構成によって，空洞３５内に発生し
た高次モード共振波は，空洞３５内に突出するロッドア
ンテナ３４に結合して同軸導波管路に導かれ，Ｔ字型分
岐から分岐同軸導波管路３８内のセラミック窓４２を透
過して図外の整合負荷に達し，熱損失として消費され
る。従って，空洞３５内に発生する高次モード共振のエ
ネルギーは減衰するので，空洞３５内の高次モード共振
が抑制される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来技術になる高次モード共振抑制装置３０では，高次モ
ード共振波を整合負荷に導くための同軸導波管路にＴ字
型分岐構造が構成されていること，及び，取付けポート
への装着構造に係る以下に示すような問題点があった。 （１）同軸導波管路の中心導体を円筒導体の中心軸上に
支持すると共に，中心導体への冷却水路を確保するため
に，同軸導波管路にＴ字型分岐構造が構成されているた
め，円筒導体の中間部に，分岐同軸導波管路及びその端
部に接続される整合負荷が側方に大きく突出することに
なり，高次モード共振抑制装置が取付けポート上に占め
る体積が大きく，空洞への取り付け時の作業性が悪くな
ると同時に，空洞まわりの空間を広く確保することが必
要となる。 （２）Ｔ字型分岐構造部分で高次モード共振の電磁場の
乱れが生じて整合負荷への伝送効率が低下する。 （３）同軸導波管路が空洞の加速モードであるＴＭ０１
０モードの半波長と同程度の長さに形成されているの
で，同軸導波管路の長さを半波長とする周波数の整数倍
付近の高次モード共振を整合負荷に導入することができ
ず，高次モード共振の抑制可能な周波数帯に制限があ
る。 （４）取付けポート内に挿入される装着部材と真空フラ
ンジとは溶接により接合されているので，ロッドアンテ
ナの空洞内突出による加速モード周波数の変化を補償す
るための装着部材の取付けポート内への挿入量を調整す
ることが困難である。 本発明は，同軸導波管路に伝送効率を低下させる分岐構
造を設けることなく構成すると共に冷却水路を有効に配
設し，取付けポートに挿入される装着部材を交換可能に
構成して，上記従来装置の問題点を解決する高次モード
共振抑制装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する第１の手段は，高周波加速空洞の胴
部に開口された取付けポートに装着される中空状の円筒
導体と，上記円筒導体の上記中空部内に上記円筒導体に
対して電気的に絶縁されると共に上記円筒導体と同軸に
配設され，上記高周波加速空洞内側先端部にロッドアン
テナが形成された中心導体と，上記中心導体及びロッド
アンテナ内に形成された冷却水路と，上記中心導体と上
記円筒導体とにより構成される同軸導波管路に接続され
た整合負荷とを具備し，上記空洞内に発生する高次モー
ドの共振波を上記ロッドアンテナと上記同軸導波管路か
ら上記整合負荷に導き減衰させる高次モード共振抑制装
置において，上記整合負荷が上記同軸導波管路の上記高
周波加速空洞外側端部に接続され，且つ上記中心導体及
びロッドアンテナに形成された冷却水路への給排水通路
が上記同軸導波管路の中間部に接続されてなることを特
徴とする高次モード共振抑制装置として構成される。
又，本発明の第２の手段は，高周波加速空洞の胴部に開
口された取付けポートに装着される中空状の円筒導体
と，上記円筒導体の上記中空部内に上記円筒導体に対し
て電気的に絶縁されると共に上記円筒導体と同軸に配設
され，上記高周波加速空洞内側先端部にロッドアンテナ
が形成された中心導体と，上記中心導体及びロッドアン
テナ内に形成された冷却水路と，上記中心導体と上記円
筒導体とにより構成される同軸導波管路に接続された整
合負荷とを具備し，上記空洞内に発生する高次モードの
共振波を上記ロッドアンテナと上記同軸導波管路から上
記整合負荷に導き減衰させる高次モード共振抑制装置に
おいて，上記円筒導体の高周波加速空洞への装着端部
に，上記取付けポートへの装着部材を着脱自在に取り付
けてなることを特徴とする高次モード共振抑制装置とし
て構成される。

【０００５】

【作用】本発明の第１の手段によれば，空洞内に発生し
た高次モード共振波をロッドアンテナに結合させ，該ロ
ッドアンテナが中心導体に連結された同軸導波管路に導
き，該同軸導波管路を伝送させて、その空洞外側端部に
接続された整合負荷に供給して熱エネルギーとして消費
させる。同軸導波管路には従来構成のごとく分岐構造を
設けることなく構成されているので，高次モード共振波
は効率的に整合負荷に伝送されて消費される。又，中心
導体の冷却は，同軸導波管路の中間部に接続された給排
水通路から供給される冷却水が中空構造に形成された中
心導体内を循環するように構成されるので，冷却水通路
を確保するための同軸導波管路の分岐構造が必要でな
く，同軸導波管路の長さに影響を与えることなく構成す
ることができる。又，第２の手段によれば，ロッドアン
テナを空洞内に突出させることによる加速モード周波数
に対する影響を効果的に補償するために，空洞の取付け
ポート内に挿入される装着部材を円筒導体の装着端部と
着脱自在に構成する。この構成により，装着部材を交換
可能にできるので，この装着部材の取付けポート内への
挿入長さを変化させて加速モード周波数を調整すること
ができる。

【０００６】

【実施例】以下，添付図面を参照して，本発明を具体化
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１
は本発明の第１実施例に係る高次モード共振抑制装置の
構成を示す断面図，図２は本発明の第２実施例に係る高
次モード共振抑制装置の構成を示す断面図である。図１
において，高次モード共振抑制装置１は，空洞１０（仮
想線で示す）の胴部に形成された取付けポート１１に装
着できるよう構成されている。この高次モード共振抑制
装置１の構成を図１を参照して説明する。中空状に形成
された円筒導体２の中心軸位置に，先端部がロッドアン
テナ５を形成する中心導体３が配設されて同軸導波管路
４が構成され，該同軸導波管路４の空洞外側端部付近に
円環状に形成されたセラミック窓６によって中心導体３
が円筒導体２の中心軸上に電気的に絶縁された状態に支
持される。このセラミック窓６は真空状態に保持される
空洞１０内と連通する円筒導体２の中空部を外部と気密
構造に遮蔽すると共に，同軸導波管路４内を伝送されて
くる電磁波を透過させ，同軸導波管路４の終端部に接続
される整合負荷７に供給する。上記円筒導体２の空洞側
には，空洞１０に形成された取付けポート１１に装着す
るための鍔状の装着端部８が形成され，該装着端部８に
着脱自在に装着部材９が取り付けられる。この装着部材
９のフランジ部９ａと装着端部８とを取付けポート１１
にボルト締めによって固定することにより，当該高次モ
ード共振抑制装置１が空洞１０に装着される。この装着
時に空洞１０内の気密を保つために，図示するように要
所にガスケット１２が装填される。又，装着部材９の内
筒部は円筒導体２の内壁と同径に形成され，円筒導体２
の延長部として中心導体３を中心軸に配した同軸導波管
路４の一部分を構成している。

【０００７】この高次モード共振抑制装置１が装着され
る空洞１０は大電力で運転されるため，その発熱は大き
く水冷構造が適用されるが，同時に高次モード共振抑制
装置１の発熱も大きいため冷却構造が要所に採用され
る。図示するように，ロッドアンテナ５及び中心導体３
を中空構造にして，その中空部に冷却水を循環させる給
排水通路１３を設ける他，円筒導体２を冷却する冷却管
１４，装着部材９を冷却する冷却水路１５が構成されて
いる。上記給排水通路１３は，同軸導波管路４の中間部
位置から中心導体３の中空部内に連通する管路内に給水
管１３ａが配置され，中空部内のロッドアンテナ５部分
から冷却水を供給してロッドアンテナ５及び中心導体３
内に循環させて有効に冷却できるよう構成されている。
又，この給排水通路１３は，上記セラミック窓６と共に
中心導体３を円筒導体２の中心軸上に支持する役割を兼
ねている。尚，各冷却水管路の端部に図示する出入り矢
印は，冷却水の給水及び排水の方向を示している。上記
構成になる高次モード共振抑制装置１の高次モード共振
抑制の動作を次に説明する。空洞１０により例えば電子
を加速モードのＴＭ０１０モードで加速すると，電子が
空洞１０内を通過することにより空洞１０内に高次モー
ド共振が発生する。この高次モード共振は，電子ビーム
の軌道方向あるいは軌道と直交方向に加速力を及ぼし，
電子ビームの軌道を乱したり減速を与え，電子の運動を
不安定にする原因となる。そこで，電子の不安定性に関
与するＴＭ０１１モードやＴＭ１１１モードなどの高次
モード共振の電磁波を取り出すべく，空洞１０内に露出
させたロッドアンテナ５に高次モード共振波に結合させ
る。該ロッドアンテナ５は，円筒導体２と中心導体３と
によって構成される同軸導波管路４の開放端に形成され
ており，取り出された高次モード共振波は，この同軸導
波管路４内に導かれて伝送され，同軸導波管路４の端部
付近に設けられたセラミック窓６を透過して終端部に接
続された整合負荷７に供給される。整合負荷７は同軸導
波管路４とインピーダンス整合させた負荷回路によって
構成され，伝送されてきた高次モード共振波を熱エネル
ギーとして消費する。図示するように整合負荷７には冷
却フィンが形成されており，強制空冷により熱エネルギ
ーの消費が助成される。

【０００８】上記のように空洞１０内に発生する高次モ
ード共振波は，高次モード共振抑制装置１内に取り出さ
れて熱エネルギーとして消費されるので，空洞１０内は
加速モードによる電子の加速が有効に行われる。この高
次モード共振波の取り出しを効率的に行うためには，ロ
ッドアンテナ５及び同軸導波管路４から高次モード共振
波を効率よく整合負荷７に導く必要があり，本実施例で
は上記構成に示したごとく同軸導波管路４の構造及び長
さが適正に構成されているので，高次モード共振波の伝
送効率に優れている。即ち，従来装置に示したようなＴ
字型分岐がないので電磁波の乱れがなく，効率よく高次
モード共振波が整合負荷７に伝送される。又，給排水通
路１３が円筒導体２と中心導体３を電気的に短絡してい
る部分の長さは導波管路の周波数特性を決定するので，
減衰させる高次モード共振の周波数に対応する長さで構
成することが肝要である。本実施例の構成によれば，従
来装置に比べて短く構成することができるので，減衰が
不可能となる周波数をより高く設定でき，使用可能な周
波数帯を広げることができる。ここで，高次モード共振
抑制装置を空洞に装着する際の注意点について考察す
る。従来装置の問題点としても指摘したが，ロッドアン
テナを空洞内に突出させたときに，加速モードであるＴ
Ｍ０１０モードの周波数に変化を及ぼす。これを補償し
て加速モード共振周波数を調整するために，取付けポー
ト内に挿入される装着部材の挿入量（装着部材の長さ）
を調整することが有効である。従来装置では装着部材３
９と真空フランジ３２とが溶接により接合されているた
め，装着部材３９を交換することは容易でなかった。本
実施例では，装着部材９と装着端部８（従来装置の真空
フランジ３２に相当する）とが着脱自在に構成されてい
るので，円筒部材９をその長さが異なるものと交換する
ことは容易に実施できる。次に，本発明の第２実施例に
ついて説明する。上記第１実施例における中心導体３の
冷却効率を改善させた構成で，他の構成については第１
実施例と同様であるので，その説明は省略する。図２に
示すように，中心導体３ａの中空部内に冷却水を供給す
る給水管１８が同軸導波管路４ａの中間部から中心導体
３ａの先端部のロッドアンテナ５内に至る長さで形成さ
れている。給水口１６から供給される冷却水は給水管１
８の先端からロッドアンテナ５及び中心導体３ａの中空
内部を巡って，中心導体３ａの終端部側に取り付けられ
た排水口１７から排水される。本実施例では中心導体３
ａ内に中空部が長く形成されているので，広範囲に冷却
作用が及び中心導体３ａの冷却効率を向上させることが
できる。

【０００９】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，高次
モード共振抑制装置の目的である高次モード共振波を効
率的に整合負荷に導いて減衰させるために，整合負荷と
空洞内とが高次モード共振の周波数に対して優れた伝送
特性に構成された同軸導波管路で連結される。従って，
高次モード共振波は効率よく整合負荷に伝送されて消費
される結果，高次モード共振の抑制がなされる。又，大
電力で運転される空洞に接続される高次モード共振抑制
装置の具備すべき要件である発熱対策を実施するに対し
ても，同軸導波管路から整合負荷への高次モード共振波
の効率的な伝送を損なうことなく効果的な冷却構造が構
成される。更に，高次モード共振抑制装置の要部である
アンテナを空洞内に突出させることによる加速モード周
波数への影響を補償すべく，取付けポートに挿入される
装着部材の交換を容易に構成して，加速モード周波数を
円筒部材の取付けポートへの挿入長さにより調整するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る高次モード共振抑
制装置の構成を示す断面図。

【図２】 本発明の第２実施例に係る高次モード共振抑
制装置の構成を示す断面図。

【図３】 従来例に係る高次モード共振抑制装置の空洞
への装着状態を示す断面図。

【図４】 従来例に係る高次モード共振抑制装置の構成
を示す断面図。

【符号の説明】

１…高次モード共振抑制装置 ２…円筒導体 ３…中心導体 ４…同軸導波管路 ５…ロッドアンテナ ７…整合負荷 ８…装着端部 ９…装着部材 １０…高周波加速空洞 １１…取付けポート １３…給排水通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 行人 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 横山 和司 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波加速空洞の胴部に開口された取付
   けポートに装着される中空状の円筒導体と， 上記円筒導体の上記中空部内に上記円筒導体に対して電
   気的に絶縁されると共に上記円筒導体と同軸に配設さ
   れ，上記高周波加速空洞内側先端部にロッドアンテナが
   形成された中心導体と， 上記中心導体及びロッドアンテナ内に形成された冷却水
   路と， 上記中心導体と上記円筒導体とにより構成される同軸導
   波管路に接続される整合負荷とを具備し， 上記空洞内に発生する高次モードの共振波を上記ロッド
   アンテナと上記同軸導波管路から上記整合負荷に導き減
   衰させる高次モード共振抑制装置において， 上記整合負荷が上記同軸導波管路の上記高周波加速空洞
   外側端部に接続され，且つ上記中心導体及びロッドアン
   テナに形成された冷却水路への給排水通路が上記同軸導
   波管路の中間部に接続されてなることを特徴とする高次
   モード共振抑制装置。
2. 【請求項２】 高周波加速空洞の胴部に開口された取付
   けポートに装着される中空状の円筒導体と， 上記円筒導体の上記中空部内に上記円筒導体に対して電
   気的に絶縁されると共に上記円筒導体と同軸に配設さ
   れ，上記高周波加速空洞内側先端部にロッドアンテナが
   形成された中心導体と， 上記中心導体及びロッドアンテナ内に形成された冷却水
   路と， 上記中心導体と上記円筒導体とにより構成される同軸導
   波管路に接続された整合負荷とを具備し， 上記空洞内に発生する高次モードの共振波を上記ロッド
   アンテナと上記同軸導波管路から上記整合負荷に導き減
   衰させる高次モード共振抑制装置において， 上記円筒導体の高周波加速空洞への装着端部に，上記取
   付けポートへの装着金具を着脱自在に取り付けてなるこ
   とを特徴とする高次モード共振抑制装置。