JPH08138893A - 超伝導高周波加速空胴の製造方法 - Google Patents

超伝導高周波加速空胴の製造方法

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JPH08138893A
JPH08138893A JP26845094A JP26845094A JPH08138893A JP H08138893 A JPH08138893 A JP H08138893A JP 26845094 A JP26845094 A JP 26845094A JP 26845094 A JP26845094 A JP 26845094A JP H08138893 A JPH08138893 A JP H08138893A
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JP
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cavity
superconducting
divided
coating
welding
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JP26845094A
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Tomoko Ota
智子 太田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良熱伝導材を基材とする空胴の内面に超電導
被膜を形成した超伝導高周波加速空胴の製造に際し、超
伝導特性の劣化を防止し、製造が容易でかつ製造コスト
の低減化に寄与できる製造方法を提供する。 【構成】 空胴のほぼ中央に分割部を有するように2分
割された半割空胴11を成形する工程と、成形した半割空
胴11の内面11bに超伝導被膜13を電界鍍金で形成する工
程と、2個の前記半割空胴11を対向配置し、分割部11a
を溶接して一体化する工程とからなる製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームの加速
器に使用される超伝導高周波加速空胴の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】加速器は、電子、陽子、イオン等の荷電
粒子を電磁力で数十億電子ボルト(数Gev)程度の高エ
ネルギー状態に加速するための装置であり、もともとは
原子核や素粒子の研究のために開発されてきた。
【0003】しかし、近年では、真空中をほぼ光速で伝
播する電子が偏向磁場によりその軌道が曲げられた時に
その軌道の接線方向に発生する放射光(SOR光と呼ば
れる)を利用して、超LSI微細加工(リソグラフィ)
や物質材料等、生命科学等の広範な科学技術分野まで適
用範囲を広げている。加速器には荷電粒子の加速や、S
OR光として失われたエネルギーを補給するためそのビ
ームラインに高周波加速空胴が設けられている。
【0004】図3は従来の高周波加速装置の一例で、荷
電粒子を加速、蓄積する円形加速器のビームダクト1に
高周波加速空胴2が介装されている。高周波発振器3で
発振した高周波は導波管4を通り高周波加速空胴2にア
ンテナ5を介して供給される。供給された高周波は高周
波加速空胴2内で共振によってビームダクト1の両端部
1a間に高電界Eを発生させ、荷電粒子ビーム6を加速
する。高電界Eを立てると高周波加速空胴2の内表面に
循環電流が流れる。この電流は高周波電流であるため、
高周波加速空胴2の内面の材質に応じた表皮深さを流
れ、ジュール損失を生じる。銅やアルミニウム等で作ら
れた常伝導高周波加速空胴で荷電粒子ビーム6の加速に
必要な高電界を得るには、このジュール損失が極めて大
きくなり、このジュール損失を補うために大きな高周波
電力を供給できる大出力の高周波発振器3が必要にな
る。しかし、それを賄えるだけの高周波発振器は現存し
ない。さらに高周波加速空胴2の冷却上でも問題にな
り、常電導高周波加速空胴の適用には限界がある。
【0005】そこで、高周波加速空胴2の内面に電流が
流れてもジュール損失が生じないように、電気抵抗がほ
ぼ0Ωである超伝導材で高周波加速空胴を形成すること
が考えられる。
【0006】超伝導高周波加速空胴の使用分野は多方面
にわたるが、特に荷電粒子ビーム加速器に関しては近年
になって世界各地で計画、建設が進められている大型電
子蓄積リング用として、限られた電力、限られた空間の
範囲でできるだけ高いエネルギーを持った電子を得るた
めに超伝導高周波加速空胴の実現が切望されている。超
伝導高周波加速空胴の製造方法としては例えば特開昭60
-261203 号公報が知られている。
【0007】これは、図4(a),(b)に示すように
アルミニウムの芯金7の外表面にNb膜8を形成し、次
に工程(c)でこの外側に銅被覆層9を電鋳で形成す
る。その後の工程(d)では芯金7を溶解して超伝導高
周波加速空胴を製造するものである。また他の例として
は例えば特開平2-220399号公報が知られている。これは
図5に示すように工程(a)でNb等の薄肉超伝導材を
成形して超伝導体の空胴10を製作し、その後工程(b)
でその外側に数mmの銅被覆層9を電鋳で形成して超伝導
高周波加速空胴を製造するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超伝導高周
波加速空胴の製造方法のうち、第1の方法においては、
芯金7に順次電鋳で層を形成し、さらに芯金7を溶解す
るので比較的多くの工数がかかりコストの増加要因にな
っている。また銅被覆層9は数mmの厚さに電鋳するので
長時間を要すのみならず、電鋳時に発生する水素がNb
膜8に深く入り込んで超伝導特性を劣化させる恐れがあ
る。
【0009】一方、上記第2の方法においては、板厚数
mmのNb管を絞り加工等をして超伝導体の空胴10を成形
するが、Nbの伸び率は約25%程度と低く、絞り比が大
きいと表面に皹割れが発生して放電が起りやすくなる。
また、上記第1の方法と同様に銅被覆層9と電鋳で形成
するので超電導特性を悪化させる恐れがある。さらにN
b材は高価であり、Nb材を多量に使用する本方法はコ
ストが増加する。
【0010】本発明は上記した問題点を解決するために
なされたもので、超伝導特性の劣化を防止し、製造が容
易でかつ製造コストの低減化に寄与できる高性能で経済
的な超伝導高周波加速空胴を得るための製造方法を提供
することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に対応する発明の超伝導高周波加速空胴の
製造方法は、銅やアルミニウム等の良熱伝導材料を機械
加工や型を用いて成型して半割空胴を成形し、半割空胴
の内表面を鏡面仕上げした後に、この内表面に超伝導被
膜を電界鍍金で形成し、その後で2個の前記半割空胴を
対向配置し、分割部を溶接して一体化する方法である。
【0012】請求項2に対応する発明は半割空胴の内表
面に超伝導被膜を電界鍍金する方法で、超伝導被膜と同
材質の電極板を半割空胴の内面に沿って一定の空隙を有
して対向配置して鍍金する方法である。
【0013】請求項3に対応する発明は、半割空胴の分
割部に溶接可能な厚さに超伝導被膜を被着したものであ
る。請求項4に対応する発明の超伝導高周波加速空胴の
製造方法は、銅やアルミニウム等の良熱伝導材料を機械
加工や型を用いて成型して半割空胴を成形し、次に2個
の前記半割空胴を対向配置して分割部を溶接し一体化
し、その後で内面をバレル研磨し、最後に内表面に超伝
導被膜を電解鍍金で形成する方法である。
【0014】
【作用】請求項1および請求項2に対応する発明によれ
ば、銅やアルミニウム等の伸び率は約40%であり型を用
いた成型や機械加工で半割空胴を容易に成形できる。ま
た内表面の鏡面仕上げも一端が開口しているので容易に
行う事ができるとともに、電極板を半割空胴の内面に沿
うように対向配置して電界鍍金できるので局部的な電界
集中を抑止して均一な超伝導被膜を形成できる。また超
伝導被膜は1μm程度の厚さに鍍金するだけであり、高
価なNb等の超伝導材の使用量は少量でよく、製造コス
トの低減化に寄与できる。
【0015】請求項3に対応する発明によれば、半割空
胴の分割部に溶接可能な厚さの超伝導被膜を被着したの
で、分割部を溶接する際に銅やアルミニウム等が超伝導
被膜に混入する恐れを回避できる。請求項4に対応する
発明によれば、半割空胴を溶接後にその内面に超伝導被
膜を鍍着するので、溶接による超伝導被膜の特性劣化を
防止できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の超伝導高周波加速空胴の製造
方法の一実施例について、図1を参照して説明する。図
1(a)は半割空胴の成形工程、(b)は研磨工程、
(c)は内表面への電界鍍金工程、(d)は溶接一体化
工程である。半割空胴11の基材としては良熱伝導材でか
つ加工性に優れた銅やアルミニウムが用いられる。半割
空胴11はこれら材料のブロックを機械加工して製作して
もよいが、ここでは実施例として型を用いての絞り成型
で説明する。
【0017】最初に工程(a)で板材を型12を用いた絞
り加工で半割空胴11を成形する。次に工程(b)で分割
部11a等を規定寸法に機械仕上げし、内表面に鍍金仕上
げする。その後、工程(c)でその内面11bおよび分割
部11bにNbやPb等の超伝導被膜13を電極板14を用い
て1μm程度の厚さの電界鍍金する。さらに内面11bを
マスキングして電界鍍金を継続し、分割部11aに約3mm
の超伝導被膜13を肉厚鍍金をする。最後に工程(d)で
2個の前記半割空胴を対向配置してレーザー溶接あるい
はEB溶接で溶接して一体化する。
【0018】なお、Nbの超伝導体としての高周波電流
の表皮深さは30nm程度であるので、半割空胴11の内表
面11bに電界鍍金するNbの超伝導被膜13の厚さは1μ
m程度で十分である。
【0019】以上の様な製造方法の実施例の作用効果に
ついて説明する。銅やアルミニウムはNbに比較して伸
び率が高く約40%であり、かつ熱伝導率も大きいので機
械加工性も良好である。したがって半割空胴11を絞り加
工や機械加工で容易に精度良く成形できる。また半割空
胴11の一端は完全に開口しているので内表面の鏡面仕上
も容易に行う事ができるとともに、電極板14を半割空胴
11の内面に沿うように対向配置して電界鍍金できるので
局部的な電界集中を抑止して均一な超伝導被膜13を短時
間で形成できる。したがって電界鍍金時に発生する水素
の超伝導特性への悪影響を低減でき、従来の電鋳による
銅被覆層9を形成する方法に比べて大幅な工数低減が可
能であるばかりでなく、高価なNb等の超伝導材の使用
量も少なく製造コストの低減に寄与できる。
【0020】また、半割空胴11の分割部11aには超伝導
被膜13が厚く鍍金されているので、2個の半割空胴11を
対向配置して溶接する際に、基材である銅やアルミニウ
ムが超伝導被膜13に混入する恐れを回避できるので、溶
接部の超伝導特性の劣化を防止できる。
【0021】なお本実施例では半割空胴11の分割部11a
に超伝導被膜13を厚く鍍着したが、プラズマ溶射で固着
しても同一の機能を有する。次に本発明の他の実施例に
ついて図2を参照して説明する。
【0022】図1の実施例と(a)の半割空胴の成形工
程、(b)の研磨工程は同様で、電界鍍金工程および溶
接一体化工程の順番が異なる。すなわち、工程(a)お
よび工程(b)によって内表面が鏡面仕上げされた半割
空胴11を、工程(c)で2個対向配置してレーザー溶接
あるいはEB溶接で溶接して一体化する。
【0023】次に必要に応じてバレル研磨等で内面を研
磨し、最後に、内表面に1μm程度の厚さの超伝導被膜
13を電界鍍金をする。この様な製造方法によれば、分割
部11aも確実に超伝導被膜13で被覆され、かつ溶接によ
る超伝導被膜13の特性劣化を防止できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
伝導特性の劣化を防止し、製造が容易でかつ製造コスト
の低減化に寄与できる高性能で経済的な超伝導高周波加
速空胴を得るたるの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a),(b),(c),(d)とも本発明に
よる超伝導高周波加速空胴の製造方法および工程の一実
施例を示す説明図。
【図2】(a),(b),(c),(d)とも本発明に
よる超伝導高周波加速空胴の製造方法および工程の他の
実施例を示す説明図。
【図3】従来の高周波加速装置の一実施例を示す構成
図。
【図4】(a),(b),(c),(d)とも従来の超
伝導高周波加速空胴の製造方法および工程の一実施例を
示す説明図。
【図5】(a),(b)とも従来の超伝導高周波加速空
胴の製造方法の他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
2…高周波加速空胴、 6…荷電粒子ビー
ム、7…芯金、 8…Nb膜、9
…銅被覆層、 10…超伝導体の空胴 11…半割空胴、 11a…分割部 11b…内面、 12…型、13…超伝導
被膜、 14…電極板。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームにエネルギーを与える高
    周波加速空胴であって、良熱伝導材を基材とする空胴の
    前記ビームを臨む内面に超電導被膜を形成した超伝導高
    周波加速空胴において、 ビーム加速軸方向の空胴のほぼ中央に分割部を有するよ
    うに2分割された半割空胴を成形する工程、 成形した半割空胴の少なくとも内面に超電導被膜を電界
    鍍金で形成する工程、 2個の前記半割空胴を対向配置し、分割部を溶接して一
    体化する工程、とを備え事を特徴とする超伝導高周波加
    速空胴の製造方法。
  2. 【請求項2】 超電導被膜と同材質の電極板を半割空胴
    の内面に沿って対向配置し、前記半割空胴の内面に超電
    導被膜を電界鍍金で形成した事を特徴とする請求項1記
    載の超伝導高周波加速空胴の製造方法。
  3. 【請求項3】 半割空胴の分割部に溶接可能な厚さに超
    伝導被膜を被着した事を特徴とする請求項1記載の超伝
    導高周波加速空胴の製造方法。
  4. 【請求項4】 良熱伝導材を基材とする空胴の内面に超
    伝導被膜を形成した超伝導高周波加速空胴において、 ビーム加速軸方向の空胴のほぼ中央に分割部を有するよ
    うに2分割された半割空胴を成形する工程、 2個の前記半割空胴を対向配置し、分割部を溶接して一
    体化する工程、 一体化された空胴の少なくとも内面に超電導被膜を電界
    鍍金で形成する工程、とを備えた事を特徴とする超伝導
    高周波加速空胴の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011222303A (ja) * 2010-04-09 2011-11-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 外導体製造方法
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