JPH08330098A - 超伝導加速空洞位相調整システムとその空洞セルの共振周波数の修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電粒子を超伝導空洞を用いて加速する場
合、空洞の共振周波数を所定の値に調整する必要があ
り、従来は空洞の一部に外力を加えて行っていたが、空
洞に歪が生じる問題があった。 【構成】 超伝導空洞１を冷却するための液体ヘリウム
槽２内のヘリウムガスの圧力を、空洞の高周波共振位相
に応じて調節し空洞セルを変形し共振周波数を変える。
空洞セル４０は圧力によって変形するが、圧力が全体に
均一にかかり、従来のように無理な力を一部に加えない
ので好ましくない歪が生じると言うことはなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、荷電粒子を加速する
超伝導加速空洞の共振周波数あるいは位相の制御方法及
び修正方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】第１４図は例えば“ＯＨＯ’９４”に示
された従来の超伝導加速空洞クライオスタットの断面図
であり、図において１は例えば純ニオビウム材で製作さ
れた超伝導加速空洞本体であり、高周波電力に共振する
空洞セル部４０を有している。２は、超伝導加速空洞本
体１を冷却するための液体ヘリウム（図示せず）をたく
わえる液体ヘリウム槽で、超伝導加速空洞本体１を、内
部に収納するように構成されている。

【０００３】３は、液体ヘリウム槽２内へ、外部から熱
が侵入しないように液体ヘリウム槽２を内部に収納した
上、内部を真空に保持する断熱真空槽である。４は、断
熱真空槽３の内側に設けられ、断熱真空槽３の内壁面か
らの輻射熱をしゃ断するとともに、地磁気が超伝導加速
空洞１内に及ぶことを防止する地磁気シールド材を外面
にとりつけた８０Ｋ輻射熱シールドである。

【０００４】５は、冷却のための液体ヘリウムを液体ヘ
リウム槽２内に入れるため、断熱真空槽３、８０Ｋ輻射
熱シールド４、液体ヘリウム槽２を貫通して設けられた
液体ヘリウムの流入口、６は同様にして設けられたヘリ
ウムガス出口であり、液体ヘリウム槽２内で気化したヘ
リウムガスを外部に排出するものである。

【０００５】７は液体ヘリウム槽内に取付けられた電気
ヒータであり、液体ヘリウムの気化の程度を制御するた
めに用いられる。８は超伝導加速空洞本体１に高周波電
力を供給するためのＲＦ入力カプラ、であり、超伝導加
速空洞１の空洞セル部４０の間近まで導波管路４１が接
続されている。９は超伝導加速空洞本体１内の電界をモ
ニタリングするピックアップモニタであり、これによっ
て、投入された高周波電力が空洞セル４０内で共振する
状況を把握することができる。

【０００６】１０は超伝導加速空洞本体１の共振周波数
を調整するためのチューナであって超伝導加速空洞本体
１に対して、図の左側から右側方向へ押圧力を可調整的
に加えることができる。１１は超伝導加速空洞本体を液
体ヘリウム槽２と伸縮可能で気密的に接続するベローズ
４２を取付けるためのフランジである。

【０００７】超伝導加速空洞本体１の両端に近い円筒状
の部分を以後の説明の都合上空洞ビームパイプ４３と呼
ぶ。

【０００８】次に動作について説明する。超伝導加速空
洞本体１は高周波により荷電粒子（ビーム）を加速する
装置である。加速する効果は空洞セル４０内に生じる高
周波電力の電界が強いほど大きくなるから。空洞セル４
０のＱを高めるとともに、空洞セル４０の共振周波数
を、投入する高周波電力の周波数に応じて調整すること
が必要である。

【０００９】上記の目的上、電気抵抗を減少させるため
に超伝導加速空洞本体１は、液体ヘリウム槽２の液体ヘ
リウムに浸し液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）まで冷却さ
れ超伝導状態に保持される。液体ヘリウム槽２は熱侵入
を小さくする為、８０Ｋ輻射熱シールド４を装備した断
熱真空槽３内に収納される。超伝導加速空洞本体１は、
高周波電源よりＲＦ入力カプラ８を通して高周波電力を
供給される。

【００１０】また、空洞セル４０の共振状況を、ピック
アップモニタ９により測定し、必要な共振周波数（位
相）に制御するため、チューナ１０により空洞へ軸方向
荷重を付加し空洞セル４０を軸方向に変形し調整する。
したがって液体ヘリウム槽２と空洞ビームパイプ４３の
接続部、及び真空槽３と空洞ビームパイプ４３の接続部
の内、チューナ１０が取付けられている側はベローズ４
２を有する構造とし、軸方向の力に対し超伝導空洞本体
１が容易に変形できるよう構成されている。

【００１１】一方、液体ヘリウム槽２内の液体ヘリウム
は超伝導加速空洞本体１からの発熱と外部からの熱侵入
等により気化し、液体ヘリウム槽２内圧力とヘリウム液
面が変動する。そこで、液体ヘリウム槽２内の空洞発熱
量や外部からの侵入熱量を算出し発熱量を一定にするよ
うに液体ヘリウム槽２内の電気ヒータ７の通電電流を図
示しない電流制御装置によって制御し過熱して総発熱量
を制御する。また、同時に、液体ヘリウム流入口５とヘ
リウムガス出口６の弁（図示しない）の絞り量を制御し
てヘリウム液面レベルを一定にする。

【００１２】又、空洞セルの共振周波数は、製造時にほ
ぼ所定の周波数に近い値に修正されている必要があるの
で、空洞セル４０の外部から力を加えて塑性変形させる
等の方法が用いられていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の超伝導加速空洞
は以上のように構成、運転されているので、液体ヘリウ
ム槽内の発熱量を時間的遅れなく制御することはむつか
しく、結果として、液体ヘリウム槽内の圧力がある程度
変動する。この圧力変動はそのまま超伝導加速空洞に伝
わって、わずかであっても空洞を変形させる。

【００１４】ヘリウム槽内圧力変動で生じる空洞変形に
よる共振周波数の変動は、チューナによる位相制御で抑
える必要があるので、運転中、常にチューナを制御して
いなければならないと言う問題がある。

【００１５】また、チューナはビームパイプ側から荷重
をかける方式であるため、空洞セル周方向に一様に荷重
がかからず空洞の歪みが大きくなる等の問題点があっ
た。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、チューナを使用する必要をなく
すとともに、空洞の共振周波数が自動的に調整され、運
転中常にチューナを制御している必要のない超伝導加速
空洞を得ることを目的とする。

【００１７】又、別の観点からは、ヘリウム槽内圧力の
変動が空洞セルの共振周波数に影響すること自体が問題
であるので、この圧力変動が空洞セルの共振周波数に影
響しないような超伝導加速空洞の構成を得ることを目的
とする。

【００１８】又、空洞セルの共振周波数の製作誤差を補
正する方法は以上のように実施されるので、空洞変形が
一様となる補正用治具が必要となる。また補正時に空洞
が座屈、破壊する危険があり、また微調整ができない等
の問題があった。この発明は上記のような問題点を解消
するためになされたもので、微調整が可能で、より安全
な超伝導加速空洞の空洞セルの共振周波数補正方法を提
供する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明による超伝導
加速空洞位相調整システムは、圧力調整手段を備えた液
体ヘリウム槽と、高周波電源と第１の位相検出器と第２
の位相検出器と、圧力制御手段とを有するものである。

【００２０】第２の発明による超伝導加速空洞位相調整
システムは、第１の発明の手段に加えて、圧力調整手段
としてヘリウムガス出口圧力調整弁を、又圧力制御手段
として位相差演算器を有するものである。

【００２１】第３の発明による超伝導加速空洞位相調整
システムは、第２の発明の手段に加え、液体ヘリウム槽
内圧を調整できる電気ヒータを有するものである。

【００２２】第４の発明による超伝導加速空洞位相調整
システムはヘリウムガス出口圧力調整弁と液体ヘリウム
流量調整弁と高周波電源と第１の位相検出器と第２の位
相検出器と位相差演算器とを有するものである。

【００２３】第５の発明は第４の発明の手段に加えて電
気ヒータを有するものである。

【００２４】第６の発明による超伝導加速空洞位相調整
システムは空洞を収納した液体ヘリウム槽と、差圧打消
しフランジとを有するものであり、この差圧打消しフラ
ンジの面積を空洞セルの有効受圧面積のほぼ１／２とし
たものである。

【００２５】第７の発明による空洞セルの共振周波数の
修正方法は空洞内面にマスキングを行う手順と空洞セル
内面に金属Ｎｂをスパッタリングする手順とを有する。

【００２６】第８の発明による空洞セルの共振周波数の
修正方法は空洞セルの回転手順と研磨液供給手順と陰極
を挿入する手順と陰極を変形させる手順とを有するもの
である。

【００２７】

【作用】第１の発明においては圧力制御手段が液体ヘリ
ウム槽内の圧力を制御することによって槽内の空洞セル
が変形し、よってその共振周波数が変ることで共振位相
が調整される。

【００２８】第２の発明においては、位相差演算器がヘ
リウムガス出口圧力調整弁を制御することで液体ヘリウ
ム槽内圧力が変り、空洞セルが変形して、共振位相が調
整される。

【００２９】第３の発明においては、電気ヒータが液体
ヘリウムを加熱して蒸発させることで液体ヘリウム槽内
圧力が変りこれによって空洞セルが変形し共振位相が調
整される。

【００３０】第４の発明においては、位相差演算器がヘ
リウムガス出口圧力調整弁と液体ヘリウム流量調整弁と
を制御することで液体ヘリウム槽内圧力が変り、空洞セ
ルが変形してより早く共振位相が調整される。

【００３１】第５の発明においては、位相差演算器がヘ
リウムガス出口圧力調整弁と液体ヘリウム流量調整弁
と、電気ヒータとを制御することでより幅広く共振位相
が調整される。

【００３２】第６の発明においては、差圧打消しフラン
ジが受ける液体ヘリウム槽内圧力変化による押力が空洞
セルが受けるそれとほぼ同大、逆向きとなり、空洞セル
にかかる力がほぼ打消されるので、槽内圧変化によって
空洞セルの共振周波数が狂うことがなくなる。

【００３３】第７の発明においてはスパッタリングによ
り空洞セル内に金属Ｎｂを肉盛りすることで空洞セルの
共振周波数を変えるので、空洞セルを加工時にこわすこ
とがなくなる。

【００３４】第８の発明においては、空洞の穴から挿入
した陰極が、空洞内部で変形して、空洞セル内面に陰極
が接近した状態で電解研磨が行われるので、空洞セル内
面のみを集中的に研磨することができる。

【００３５】

【実施例】 実施例１．第１ないし第３の発明の一実施例を図に基づ
いて説明する。図１は超伝導空洞位相調整フィードバッ
ク制御システムの構成概要図を示す。図において２２は
ヘリウム槽２内の圧力を油圧、電動もしくは空圧で駆動
されて調整するためのヘリウムガス出口圧力調整弁、２
３は液体ヘリウム入口流量調整弁、２４は液体ヘリウム
供給装置でありヘリウムガスを回収して液化し再度供給
するものである。２５はピックアップモニタ９の信号を
受けて空洞内電磁場の位相を検出する第１の位相検出
器、２６は高周波電源３０からＲＦ入力カプラ８への入
力波をピックアップするための方向性結合器、２７は方
向性結合器２６からのピックアップ波をもとに空洞への
入力波の位相を検出するための第２の位相検出器、２８
はヘリウムガス出口圧力調整弁２２の開閉度調整機構、
２９はヘリウム槽内に設置された電気ヒータ７のヒータ
電源、３０は空洞本体１に高周波電力を供給するための
高周波電源を示す。

【００３６】４５は、位相オフセット信号を出力するオ
フセット信号発信器であり、第２の位相検出器２７の出
力位相信号と、ＲＦ入力カプラ８、導波管路４１等を経
由してピックアップモニタ９の位置に達した入力高周波
電力との位相差に相当するオフセット信号が発信され
る。

【００３７】４６は第１の位相検出器２５と、第２の位
相検出器２７と、オフセット信号発信器４５の信号を加
減算して、その差に応じた信号を出力する位相差演算器
である。４７は電気ヒータ７のヒータ電源２９を制御す
るヒータ電流値設定装置である。

【００３８】図２はヒータ電流値設定装置４７の特性を
説明する特性図である。５６は演算器４６の出力に対す
る圧力調整弁２２の開度を示すものである。

【００３９】空洞セル４０を構成している板の厚みはう
すく、外側の圧力の変化によってわずかに変形するよう
に製作されている。次に動作について説明する。空洞セ
ル４０の共振周波数は空洞内電磁場の位相とカプラから
の入力波位相とが一致するよう調整されたとき、理想的
により共振状態になったとみなし得る。空洞内電磁場の
位相はピックアップモニタ９から第１の位相検出器２５
を通して検出され、入力波位相は高周波電源３０の入力
波を方向性結合器２６から第２の位相検出器２７を通し
たものにオフセット信号発信器４５の信号を加算して検
出される。

【００４０】それらの位相差を換算し、その位相差をな
くす方向に、空洞セル４０を変形させ共振周波数を変え
ることにより位相を一致させる制御を行う。空洞セル４
０を小さくする方向に調整する必要がある場合、ヘリウ
ムガス出口圧力調整弁２２を絞り、あるいはヒータ電源
２９の電流値を大きくする方向に制御することにより、
液体ヘリウム槽２内の圧力を上昇させ、空洞セル４０を
圧縮方向に変形させる。

【００４１】逆に、空洞セル４０を大きくする方向に調
整する必要がある場合、ヘリウムガス出口圧力調整弁２
２を開き、あるいはヒータ電源２９の電流値を小さくす
る方向に制御することにより、液体ヘリウム槽２内の圧
力を減少させ、空洞セル４０への圧縮力を緩和させ、空
洞を圧縮時よりも広げる方向に変形させる。この空洞の
変形により空洞内位相を変化させ、位相差をゼロに近づ
ける。

【００４２】ヘリウムガス圧力調整弁２２を閉じたこと
による液体ヘリウム槽２内の圧力上昇の時間に比して、
電気ヒータ７をオンしたことによる圧力上昇は遅く現れ
る。したがって電気ヒータ７の制御は図２の５５に示す
ようにヘリウムガス出口圧力調整弁２２の調整圧がある
値より大か小かによって切換えるオンオフ制御でも、さ
したる支障は生じない。

【００４３】ここでは、ヘリウム出口圧力調整弁２２
と、ヒータ電源２９の電流を共に制御するように説明し
たが、いずれか一方のみでも制御は可能である。又、液
体ヘリウム入口流量の手動調整弁２３の調整は、液体ヘ
リウム槽２内のヘリウム液面レベルをレベル計（図示し
ない）により監視しながら行う。

【００４４】位相差演算アンプ４６を使用せず、人が第
１及び第２の位相検出器の出力に応じてヘリウムガス出
口圧力調整弁２２を操作しても、位相の調整を行うこと
は可能である。

【００４５】ヘリウムガス出口圧力調整弁は圧力調整手
段である。位相差演算アンプは圧力制御手段である。

【００４６】実施例２．図３は第３の発明による超伝導
空洞位相調整フィードバック制御システムの概要図を示
す。図中４８は、弁開閉度調整機構２８の出力信号を受
けて電気ヒータ７の電流値を制御するヒータ電流制御装
置であり、図４は、このヒータ電流制御装置４８の特性
図である。５６はヘリウムガス圧力調整弁２２の開閉度
特性線である。

【００４７】図３のシステムの構成はヒータ電流制御装
置４８以外の点は図１と同じであるので、このシステム
の全体の動作説明は省略する。ヒータ電流制御装置４８
は、ヘリウムガス出口圧力調整弁２２の調整圧力に応じ
て、図４の５７に示すようにヒータ電流を制御する。

【００４８】ヒータ電流はアナログ的に制御され、実施
例１の場合のようにオンオフしないので系全体の制御が
より安定する。

【００４９】実施例３．以下第４ないし第５の発明の一
実施例を図に基づいて説明する。図５は超伝導空洞位相
調整フィードバック制御システム概要図を示す。図にお
いて、４９はヘリウムガス出口圧力調整弁２２と、液体
ヘリウム流量調整弁２３とを、位相差演算器４６の出力
信号によって制御する第２の弁開閉度調整装置である。
図６は第２の弁開閉度調整装置４９の特性図である。５
８は、液体ヘリウム流量調整弁２３の特性である。

【００５０】次に動作について説明する。空洞の位相調
整は空洞内電磁場の位相とカプラ８からの入力波位相と
が一致するよう調整される。空洞内電磁場の位相はピッ
クアップモニタ９から第１の位相検出器２５を通して検
出され、入力波位相は高周波電源３０の入力波を方向性
結合器２６から第２の位相検出器２７を通して検出され
る。それらの位相差を演算器４６で換算し、その位相差
をなくす方向に、空洞セル４０を変形させ位相をずらせ
る制御を行う。

【００５１】空洞セル４０を小さくする方向に調整する
必要がある場合、ヘリウムガス出口圧力調整弁２２を絞
り、かつ液体ヘリウム入口流量調整弁２３を開く方向に
制御することにより、液体ヘリウム槽２内の圧力を上昇
させ、空洞セル４０を圧縮方向に変形させる。逆に、空
洞セル４０を大きくする方向に調整する必要がある場
合、ヘリウムガス出口圧力調整弁２２を開き、かつ液体
ヘリウム入口流量調整弁２３を閉じる方向に制御するこ
とにより、液体ヘリウム槽２内の圧力を減少させ、空洞
セル４０の圧縮力を緩和させ、空洞セル４０を広げる方
向に変形させる。この空洞セル４０の変形により空洞内
位相を変化させ、常に所定の位相が得られているように
自動制御を行う。

【００５２】実施例４．実施例３の場合、ヘリウムガス
圧力調整弁２２が開くとき、液体ヘリウム流量調整弁２
３が閉じる。又、この逆のときは互に逆に働く。ヘリウ
ムガス圧力調整弁２２が開くときは当然ヘリウムの排出
量が増えるが、このとき液体ヘリウムの供給量は減るこ
とになるから、制御状態がほぼバランスしている場合以
外は、常に液体ヘリウムの供給過大又は供給不足のいず
れかになり、同じ状態が長く続くと液体ヘリウム槽２内
のヘリウム液面が高くあるいは低くなり過ぎる。

【００５３】この問題を解決した第５の発明の一実施例
を図７、８に示す。図８は演算器４６の制御特性図であ
る液体ヘリウム流量調整弁２３が大きく開き、ヘリウム
ガス出口圧力調整弁２２が閉じる方向にあればあるほ
ど、電気ヒータ電流が大きく流れ、圧力が上昇するの
で、液体ヘリウム流量調整弁２３は閉じる方向へ、又ヘ
リウムガス出口圧力調整弁２２は開く方向に動き液体ヘ
リウム槽２内のヘリウム量が調整される。

【００５４】実施例５．以下第６の発明の一実施例を図
に基づいて説明する。図９は超伝導空洞クライオスタッ
トの部分断面を示す。図において６１は口径の大きなヘ
リウム槽接続フランジ（以下差圧打消しフランジとい
う）を示す。図１０は液体ヘリウム槽内圧力バランスの
説明図である。次に動作について説明する。液体ヘリウ
ム槽内の圧力が変動した時、超伝導空洞本体の圧力変形
が、差圧打消しフランジにかかる圧力変動による荷重と
打ち消し合い、ヘリウム圧力変動による共振周波数の変
動を小さくするようにフランジ径を大きくする。

【００５５】空洞セル部の有効面積の１／２をＳ１、差
圧打消しフランジ面積をＳ２とすると、液体ヘリウム槽
内圧力がｄＰ変化した時、空洞セルを圧縮する方向の力
はＳ１・ｄＰ、引張り方向の力はＳ２・ｄＰとなり、Ｓ
１＝Ｓ２とすることにより、空洞セルを変形させる力を
抑える。以上のようにこの発明によれば、超伝導加速空
洞本体とヘリウム槽を接続する差圧打消しフランジを圧
力変動を打ち消すような径寸法にしたので、簡単に効率
的に液体ヘリウム槽内圧力変動による周波数変動を抑え
ることができる。

【００５６】実施例６．第１〜第５の発明の実施例（実
施例１〜４）においては、空洞セル４０を変形させるに
際して、図１４の従来のように空洞軸方向に対して外力
を加えるのではなく、空洞セルの外部全体から与圧又は
減圧させる。したがって空洞セル４０の変形の仕方（形
状）は従来の場合と本願発明の場合では異なっているの
である。

【００５７】たとえば図１４のものの場合、軸方向に押
力を加えると空洞セル４０の軸方向寸法は小さくなるの
に対して、空洞セルの直径方向には外部から力が加わら
ないので（わずかであるが）大きくなる方向に変形す
る。これに対し、図１の場合、液体ヘリウム槽２内の圧
力を高めると、空洞セル４０は軸方向に小さくなるが、
直径方向にも圧力が加わるので、直径方向の変形は図１
４の場合よりも小さく、場合によっては、直径が小さく
なるように変形する。

【００５８】図１〜図８に用いる空洞は従来の空洞を用
いることができるが、セル全体にかかる外圧の増減に対
して、空洞セルの共振周波数が変りやすい構造となって
いる空洞を用いた方が好ましい。第７及び第８の発明は
このような空洞の製造方法を提供するものである。

【００５９】第７の発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図１１は超伝導空洞本体製作誤差補正手順を示
す。図１２は空洞スパッタリング装置を示し、図におい
て３１は空洞表面にＮｂをスパッタリングするための円
筒形Ｎｂターゲット、３２は円筒形Ｎｂターゲット３１
内に設置された磁場生成用磁石を示す。３３は周波数調
整に必要な部分を肉盛りするためそれ以外の箇所を覆う
ためのマスキングを示す。

【００６０】次に動作について説明する。超伝導空洞本
体の製作誤差があり、周波数を小さくする方向に補正す
る必要がある場合、超伝導空洞本体内面にＮｂをスパッ
タリングし内面寸法を調整する。必要な周波数補正量か
ら必要な内面寸法補正量を換算し、Ｎｂスパッタリング
量を求める。スパッタリング量に応じ、スパッタ時間と
温度等を調整し補正する。特に空洞セルの間隙部は周波
数への影響が大きく、空洞セル間隙の変化ｄＬに対する
周波数の変化ｄｆは、概略 ｄｆ／ｆ＝−１／２・ｄＬ／Ｌ となる。したがって、空洞セルの間隙部以外をマスキン
グし間隙部の肉盛りを行う。

【００６１】以上のようにこの発明によれば、スパッタ
リングにより空洞セルの寸法補正を実施する方法にした
ので、ミクロンオーダーの寸法変更ができ、微調整が可
能である。また、従来の塑性変形させる方法と比較して
座屈や破壊がなく安全に補正が可能である。

【００６２】実施例７．以下第８の発明の一実施例を図
に基づいて説明する。図１３は空洞内面の電界研磨装置
を示し、図において１４ａは設定温度以上で変形する形
状記憶合金で製作された陰極を示す。陰極１４ａは形状
記憶合金製の真直なパイプであり、ところどころに研磨
液１５を通すための穴（図示していない）があけられて
いる。研磨液１５は研磨に適する温度に温められてい
る。超伝導加速空洞１は、空洞回転用モータ２１によっ
て例えば２０ｒｐｍ程度で回転する。

【００６３】研磨液槽１８には十分な量の研磨液が蓄え
られ、ポンプと配管によって研磨液が陰極１４ａの片端
から導入され、超伝導加速空洞１の内部を経て、研磨液
排出口１７から、研磨液槽へと循環する。超伝導加速空
洞１と陰極１４ａの間には、例えば直流の電圧が印加さ
れ、電流が流れて超伝導加速空洞１の内面が研磨され
る。

【００６４】運転開始前、まず陰極１４ａには適度な形
状が記憶させられているが、陰極１４ａそのものは真直
である。この真直な陰極１４ａが超伝導加速空洞１内へ
挿入され、加温された研磨液が流されると、この研磨液
の温度により陰極１４ａの記憶形状が再現される。

【００６５】研磨の進み具合は、陰極１４ａと被研磨金
属面との距離に大きく影響されるから、研磨したい部分
が陰極１４ａとの距離が小さくなるように陰極１４ａの
形状を定める。

【００６６】超伝導加速空洞本体１の性能は空洞内面の
表面状態に依存し、傷やゴミ等のＢａｄ ｓｐｏｔがあ
ると超伝導破壊や電子放出の原因となる。そこで空洞製
作の最終段階で内面の電界研磨を実施する。研磨液１５
は例えばＨ₂ ＳＯ₄ ：ＨＦ＝８５：１０の混合液を用
い、空洞本体１を陽極とする。空洞内面ができるだけ一
様に研磨されるように空洞支持及び通電用治具１９にと
りつけられた空洞本体１を空洞回転用モータ２１で回転
させながら研磨する。

【００６７】次に動作について説明する。室温で円筒パ
イプ状の形状記憶合金からなる陰極を空洞内に挿入し一
定温度に暖められた研磨液を導入する。温度が高い研磨
液中で形状記憶合金で製作された陰極パイプは空洞形状
に沿った形に変形する。ただし、形状記憶合金は研磨液
温度で変態領域に達する性質の材料を選び、必要な形に
変形するように設定しておく。超伝導空洞本体の製作誤
差があり、周波数を大きくする方向に補正する必要があ
る場合、空洞内面を研磨し内面寸法を調整する。必要な
周波数補正量から必要な内面寸法補正量を換算し、研磨
量を求める。研磨量に応じ、研磨時間や温度等を調整し
補正する。

【００６８】特に空洞セルの間隙部は周波数への影響が
大きく、空洞セル間隙の変化ｄ１に対する周波数の変化
ｄｆは、概略 ｄｆ／ｆ＝−１／２・ｄ１／１ となる。したがって、空洞セルの間隙部を大きく研磨で
きるように電極を空洞セル間隙部に接近した形状とす
る。以上のようにこの発明によれば、研磨により空洞セ
ルの寸法補正を実施する方法にしたので、ミクロンオー
ダーの寸法変更ができ、微調整が可能である。また、従
来の塑性変形させる方法と比較して座屈や破壊が少なく
安全に補正が可能である。また、空洞内面状態を良好に
する電界研磨の過程と兼ねることが可能であり、工程を
減らすことができる。

【００６９】

【発明の効果】以上のようにこの発明の第１の発明ない
し第５の発明によれば液体ヘリウム槽の圧力を調整し、
空洞セルにかかる圧力を変化させて空洞セルを弾力性を
失なわない範囲で変形させることで共振周波数を変える
ようにしているのでチューナを省略できる。

【００７０】第３の発明によれば液体ヘリウム槽内圧を
調整するのに電気ヒータを用いているので、制御系全体
の制御がより安定する。

【００７１】第４の発明によれば圧力調整をヘリウムガ
ス出口圧力調整弁と液体ヘリウム入口流量調整弁の両方
で行うので、制御範囲がより大きくなると言う効果が得
られる。

【００７２】第５の発明によれば第４の発明の効果に加
えて液体ヘリウム槽内のヘリウム液面がより安定する。

【００７３】第６の発明によれば液体ヘリウム槽内の圧
力変動によって空洞セルが受ける外力変動即ち、変形に
よる周波数変動を小さくすることができる。

【００７４】第７の発明によれば、スパッタリングによ
り空洞の寸法補正を実施する方法にしたので、ミクロン
オーダーの寸法変更ができ、微調整が可能である。ま
た、従来の塑性変形させる方法と比較して座屈や破壊が
なく安全に補正が可能である。

【００７５】第８の発明によれば、研磨により空洞の寸
法補正を実施する方法にしたので、ミクロンオーダーの
寸法変更ができ、微調整が可能である。また、従来の塑
性変形させる方法と比較して座屈や破壊が少なく安全に
補正が可能である。また、空洞内面状態を良好にする電
界研磨の過程と兼ねることが可能であり、工程を減らす
ことができる。陰極は、空洞セルの小さな入口から挿入
された後、変形して入口寸法よりも大きくなることがで
きる、研磨の必要なケ所のみに接近した形状となるので
研磨効率が大となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の発明の一実施例による超伝
導加速空洞位相調整フィードバック制御システムの構成
概要図である。

【図２】 図１のシステムのヒータ電流値設定装置の特
性図である。

【図３】 この発明の第３の発明の一実施例による超伝
導加速空洞位相調整フィードバック制御システムの構成
概要図である。

【図４】 ヒータ電流制御装置の特性図である。

【図５】 第４の発明の一実施例による超伝導加速空洞
位相調整フィードバック制御システムの構成概要図であ
る。

【図６】 第２の開閉度調整装置の特性図である。

【図７】 第５の発明の一実施例による超伝導加速空洞
位相調整フィードバック制御システムの構成概要図であ
る。

【図８】 演算器の制御特性図である。

【図９】 この発明の第６の発明の一実施例による超伝
導空洞クライオスタット断面図である。

【図１０】 図９のシステムによる液体ヘリウム槽内圧
力バランスの説明図である。

【図１１】 この発明の第７の発明の一実施例による超
伝導空洞本体製作誤差補正手順図である。

【図１２】 この発明の第７の発明の一実施例による超
伝導空洞本体スパッタリング装置図である。

【図１３】 この発明の第５の発明の一実施例による超
伝導空洞本体電界研磨装置図である。

【図１４】 従来の超伝導加速空洞クライオスタットの
断面図である。

【符号の説明】

１ 超伝導加速空洞本体 ２ 液体ヘリウ
ム槽 ３ 断熱真空槽 ４ ８０Ｋ輻射
熱シールド ５ 液体ヘリウムの流入口 ６ ヘリウムガ
ス出口 ７ 電気ヒータ ８ ＲＦ入力カ
ップラ ９ ピックアップモニタ １０ チューナ １１ フランジ １４ａ 陰極 １８ 研磨液槽 １９ 通電用治
具 ２２ ヘリウムガス出口圧力調整弁 ２３ 液体ヘリ
ウム入口流量調整弁 ２４ 液体ヘリウム供給装置 ２５ 第１の位
相検出器 ２６ 方向性結合器 ２７ 第２の位
相検出器 ２８ 開閉度調整機構 ２９ ヒータ電
源 ３０ 高周波電源 ４０ 空洞セル
部 ４１ 導波管路４１ ４２ ベローズ ４３ 空洞ビームパイプ ４５ オフセッ
ト信号発信器 ４６ 位相差演算器 ４７ ヒータ電
流値設定装置 ４８ ヒータ電流制御装置 ４９ ヒータ特
性線 ５５ 電気ヒータのＯＮ ＯＦＦ状態 ５７ ヒータ特
性線 ６１ 差圧打消しフランジ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子を加速する空洞であって、この
   空洞の外側の気圧の変化によって変形し共振周波数が変
   るように構成された超伝導加速空洞、 槽内圧力を調整可能な圧力調整手段を備え前記超伝導加
   速空洞を収納した液体ヘリウム槽、 前記超伝導加速空洞に高周波電力を投入する高周波電
   源、 この超伝導加速空洞の前記高周波電力による共振電界の
   位相を検出する第１の位相検出器、 この超伝導加速空洞に投入される前記高周波電力の投入
   位相を検出する第２の位相検出器、第１と第２の位相検
   出器の出力によって前記圧力調整手段を制御して前記液
   体ヘリウム槽内圧力を制御する圧力制御手段を有するこ
   とを特徴とする超伝導加速空洞位相調整システム。
2. 【請求項２】 圧力調整手段としてヘリウムガス出口圧
   力調整弁を備えるとともに、圧力制御手段として第１の
   位相検出器の検出位相と第２の位相検出器の検出位相と
   の差にもとづいて、前記ヘリウムガス出口圧力調整弁を
   調整する位相差演算器を有することを特徴とする請求項
   １記載の超伝導加速空洞位相調整システム。
3. 【請求項３】 液体ヘリウム槽内に設けられ、位相差演
   算器もしくは、弁開閉度調整機構の出力によって制御さ
   れ、液体ヘリウムを加熱して液体ヘリウム槽内圧を調整
   できる電気ヒータを有することを特徴とする請求項２記
   載の超伝導加速空洞位相調整システム。
4. 【請求項４】 液体ヘリウム槽は、槽内圧力を調整可能
   な液体ヘリウム流量調整弁を備え、 前記第１の位相検出器の検出位相と前記第２の位相検出
   器の検出位相との差にもとづいて、液体ヘリウム流量調
   整弁と、ヘリウムガス出口圧力調整弁を調整する位相差
   演算器を有することを特徴とする請求項１記載の超伝導
   加速空洞位相調整システム。
5. 【請求項５】 液体ヘリウム槽内に設けられ、液体ヘリ
   ウム流量調整弁が開くとき位相差演算器の出力によって
   通電され、液体ヘリウムを加熱して液体ヘリウム槽内圧
   を高める電気ヒータを有することを特徴とする請求項４
   記載の超伝導加速空洞位相調整システム。
6. 【請求項６】 投入された高周波電力に共振する空洞セ
   ル部を有し、荷電粒子を加速する超伝導加速空洞、 前記超伝導加速空洞を収納した液体ヘリウム槽、内周側
   が前記超伝導加速空洞に固着され外周側が前記液体ヘリ
   ウム槽にベローズを介して接続された差圧打消しフラン
   ジを有し、前記差圧打消しフランジの受圧面積が前記空
   洞セル部の有効受圧面積のほぼ１／２に等しく構成され
   前記ヘリウム槽内圧力変化によって前記空洞セル部が受
   ける力の変化が前記差圧打消しフランジの受ける力の変
   化によって打消されるように構成されたことを特徴とす
   る超伝導加速空洞位相調整システム。
7. 【請求項７】 投入された高周波電力に共振する空洞セ
   ル部を有し、荷電粒子を加速する超伝導加速空洞、 前記空洞セル以外の加速空洞内面にマスキングを行う手
   順と、前記空洞セル内面に金属Ｎｂをスパッタリングし
   て肉盛する手順とを有することを特徴とする超伝導加速
   空洞の空洞セルの共振周波数の修正方法。
8. 【請求項８】 高周波電力に共振する空洞セルを有する
   超伝導加速空洞の前記空洞セルの内面を電解研磨する空
   洞セルの共振周波数の修正方法であって、 前記超伝導加速空洞を、前記空洞セルの中心軸回りに回
   転させる手順と、 この回転する超伝導加速空洞内に加熱した研磨液を流入
   させる研磨液供給手順と、形状記憶合金で初期形状の最
   大幅が前記超伝導加速空洞の開口部の幅より小さく作ら
   れた陰極を前記加速空洞内に挿入する手順と、 この陰極が前記超伝導加速空洞内で前記研磨液の熱によ
   り、前記空洞セル内面に沿った形状に変形する手順とを
   有することを特徴とする超伝導加速空洞の空洞セルの共
   振周波数の修正方法。