JPH09199297A - 超電導高周波加速空胴装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却設備を小型化して省スペース化を図ると共
に、使用する冷却剤を少なくして運転費のコストダウン
を図ること。 【解決手段】冷却流路１０が設けられた超電導高周波加
速空胴１と、超電導高周波加速空胴１に接続されるビー
ムポート２と、超電導高周波加速空胴１の冷却流路１０
に液体ヘリウム等の冷却剤を供給する冷却剤供給装置１
１と、冷却剤供給装置１１から超電導高周波加速空胴１
の冷却流路１０に冷却剤を輸送する冷却剤輸送路１２
と、超電導高周波加速空胴１の外側に配設された磁気シ
ールド７と、磁気シールド７の外側に配設された真空容
器８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームの
加速器に使用される超電導高周波加速空胴装置に係り、
特に冷却設備を小型化して省スペース化を図ると共に、
使用する冷却剤を少なくして運転費のコストダウンを図
るようにした超電導高周波加速空胴装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、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Ｇｅ
Ｖ）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
れてきたものである。

【０００３】しかしながら、近年では、真空中をほぼ光
速で伝播する電子が、偏向磁場によってその軌道が曲げ
られた時に、その軌道の接線方向に発生する放射光（Ｓ
ＯＲ光と称される）を利用して、超ＬＳＩ微細加工（リ
ソグラフィ）や物質材料等、生命化学等の広範な科学技
術分野まで適用範囲を広げてきている。また、加速器に
は、荷電粒子の加速や、ＳＯＲ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
胴装置が設けられている。

【０００４】この高周波加速空胴装置は、共振によって
その内部に電磁エネルギーを蓄え、高電界を発生させて
ビームにエネルギーを与えて加速する装置である。高電
界を立てると、高周波加速空胴装置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
加速空胴装置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。

【０００５】銅やアルミニウム等で作られた常電導高周
波加速空胴装置で、荷電粒子ビーム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なうために、大きな高周波電力を
供給できる大出力の高周波発振器が必要になる。しかし
ながら、それを賄えるだけの高周波発振器は現存しな
い。さらに、高周波加速空胴装置の冷却上でも問題にな
り、常電導高周波加速空胴装置の適用には限界がある。

【０００６】そこで、最近では、高周波加速空胴装置の
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である超電導材で、超電導高周波加
速空胴装置を形成することが考えられてきている。

【０００７】この超電導高周波加速空胴装置の使用分野
は、多方面にわたるが、特に粒子加速器に関しては、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
電子蓄積リングにおいて、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、超電導高周波加速空胴装置が切望されてきてい
る。

【０００８】図９は、この種の従来の超電導高周波加速
空胴装置の構成例を示す断面図である。図９に示すよう
に、超電導高周波加速空胴装置は、超電導高周波加速空
胴１と、荷電粒子の輸送路を形成するビームポート２
と、液体ヘリウム容器３と、この液体ヘリウム容器３に
貯液された冷却剤である液体ヘリウム４と、液体ヘリウ
ム注入ポート５と、気化ヘリウム回収ポート６と、磁気
シールド７と、真空容器８とから成っている。

【０００９】すなわち、超電導材で成形された超電導高
周波加速空胴１およびビームポート２を、液体ヘリウム
容器３の内部に設置する。液体ヘリウム容器３は、液体
ヘリウム注入ポート５と気化ヘリウム回収ポート６を有
し、液体ヘリウム注入ポート５から液体ヘリウム４を供
給して、液体ヘリウム容器３の内部を液体ヘリウム４で
満たして、超電導高周波加速空胴１を浸漬冷却する。さ
らに、液体ヘリウム容器３の外周側には、輻射シールド
を兼ねた磁気シールド７、および真空容器８を順次設置
して、断熱させる。

【００１０】しかしながら、このような従来の超電導高
周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴１
を液体ヘリウム４で浸漬冷却するために液体ヘリウム容
器３を必要とし、この液体ヘリウム容器３の外周側に磁
気シールド７および真空容器８を順次配置することか
ら、冷却設備がかなり大型なものになる。また、高価な
液体ヘリウム４を大量に必要とするため、運転費が非常
に高額になると共に、液体ヘリウム４の取扱いやメイン
テナンスに多大な労力を要する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
超電導高周波加速空胴装置においては、冷却設備が大型
なものになり省スペース化上問題があるばかりでなく、
高価な液体ヘリウムを大量に必要とし運転費が高額にな
るという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、冷却設備を小型化して省
スペース化を図ると共に、使用する冷却剤を少なくして
運転費のコストダウンを図ることが可能な超電導高周波
加速空胴装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明の超電導高周波加
速空胴装置は、冷却流路が設けられた超電導高周波加速
空胴と、超電導高周波加速空胴に接続されるビームポー
トと、超電導高周波加速空胴の冷却流路に液体ヘリウム
等の冷却剤を供給する冷却剤供給装置と、冷却剤供給装
置から超電導高周波加速空胴の冷却流路に冷却剤を輸送
する冷却剤輸送路と、超電導高周波加速空胴の外側に配
設された磁気シールドと、磁気シールドの外側に配設さ
れた真空容器とを備えて成る。

【００１４】従って、請求項１に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、従来のような液体ヘリ
ウムによる浸漬冷却ではないため、大型の液体ヘリウム
容器が不要となり、冷却設備を小型化して、加速器設置
建屋の省スペース化を図ることができる。

【００１５】また、液体ヘリウム等の冷却剤を循環して
使用することにより、高額な液体ヘリウム等の冷却剤の
使用量を少なくして、運転費のコストダウンを図ること
ができる。

【００１６】また、請求項２に対応する発明の超電導高
周波加速空胴装置は、上記請求項１に対応する発明の超
電導高周波加速空胴装置において、冷却流路が設けられ
たアンテナポートを超電導高周波加速空胴に配設し、か
つ当該超電導高周波加速空胴の冷却流路とアンテナポー
トの冷却流路とを接続するようにしている。

【００１７】従って、請求項２に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
に配設されたアンテナポートを冷却することにより、上
記請求項１に対応する発明の超電導高周波加速空胴装置
の作用効果に加えて、アンテナポートにおける高周波損
失を減らすことができる。

【００１８】さらに、請求項３に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置は、上記請求項１に対応する発明の
超電導高周波加速空胴装置において、冷却流路が設けら
れた高次モードカプラーを超電導高周波加速空胴に配設
し、かつ当該超電導高周波加速空胴の冷却流路と高次モ
ードカプラーの冷却流路とを接続するようにしている。

【００１９】従って、請求項３に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
に配設された高次モードカプラーを冷却することによ
り、上記請求項１および請求項２に対応する発明の超電
導高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、高次モード
カプラーにおける高周波損失を減らし、超電導高周波加
速空胴で発生しビーム加速にとっては有害な高次モード
を効率よくカップリングすることができる。

【００２０】さらにまた、請求項４に対応する発明で
は、上記請求項１に対応する発明の超電導高周波加速空
胴装置において、真空容器内において、超電導高周波加
速空胴とビームポートとの間に断熱部材を接続するよう
にしている。

【００２１】ここで、特に上記断熱部材としては、例え
ば請求項５に記載したように、ステンレス鋼からなるベ
ローズで、かつ当該ベローズの内面に銅を被覆して構成
することが好ましい。

【００２２】従って、請求項４および請求項５に対応す
る発明の超電導高周波加速空胴装置においては、超電導
高周波加速空胴とビームポートとの間に断熱部材を接続
することにより、上記請求項１に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波
加速空胴の電気的特性を維持しつつ、真空容器の内部と
大気との間の断熱効果を高めて、超電導高周波加速空胴
を効率よく冷却することができる。

【００２３】一方、請求項６に対応する発明の超電導高
周波加速空胴装置は、超電導材からなる超電導高周波加
速空胴およびビームポートと、超電導高周波加速空胴の
外側に配設された磁気シールドと、磁気シールドの外側
に配設された輻射シールドと、輻射シールドの外側に配
設された真空容器とを備えて成り、真空容器に冷凍機を
設置して、超電導高周波加速空胴および輻射シールドを
直接または間接的に伝導冷却するようにしている。

【００２４】従って、請求項６に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、真空容器に冷凍機を配
置することにより、液体ヘリウムで冷却する場合と同様
に、超電導高周波加速空胴を伝導冷却することができ
る。

【００２５】これにより、高額な液体ヘリウム等の冷却
剤を使用しないで冷却するため、運転費のコストダウン
を図ることができる。また、冷却設備を小型化して、加
速器設置建屋の省スペース化を図ることができる。

【００２６】また、請求項７に対応する発明では、上記
請求項６に対応する発明の超電導高周波加速空胴装置に
おいて、超電導高周波加速空胴の軸方向の少なくとも一
部に接続部材を固着し、当該接続部材と冷凍機とを均熱
板を介して接続するようにしている。

【００２７】従って、請求項７に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
の軸方向の少なくとも一部に接続部材を固着し、当該接
続部材と冷凍機とを均熱板を介して接続することによ
り、上記請求項６に対応する発明の超電導高周波加速空
胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波加速空胴全体
を効率良く均一に伝導冷却することができる。

【００２８】ここで、特に上記超電導高周波加速空胴と
しては、例えば請求項８に記載したように、超電導材か
らなる加速空胴の外側を良熱伝導材のブロックで覆った
超電導高周波加速空胴とすることが好ましい。

【００２９】従って、請求項８に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導材からなる超電
導高周波加速空洞の外側を良熱伝導材のブロックで覆っ
た構造とすることにより、上記請求項６に対応する発明
の超電導高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、熱容
量が増大し、温度変化を抑制できるため、効率よく超電
導高周波加速空胴を冷却することができる。

【００３０】一方、請求項９に対応する発明の超電導高
周波加速空胴装置は、冷却流路が設けられた超電導高周
波加速空胴と、超流動ヘリウムを発生して超電導高周波
加速空胴の冷却流路に当該超流動ヘリウムを供給する超
流動ヘリウム供給装置と、超流動ヘリウム供給装置から
超電導高周波加速空胴の冷却流路に超流動ヘリウムを輸
送する超流動ヘリウム輸送路とを備えて成る。

【００３１】従って、請求項９に対応する発明の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
に設けられた冷却流路に加圧超流動ヘリウムを供給する
ことにより、上記請求項１に対応する発明の超電導高周
波加速空胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波加速
空胴を液体ヘリウムで冷却する場合よりもさらに低温ま
で冷却することが可能となるため、超電導高周波加速空
胴の高周波特性をより一層向上させることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本実施形態による超電導高
周波加速空胴装置の構成例を示す断面図であり、図９と
同一要素には同一符号を付して示している。

【００３３】すなわち、図１に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、冷却流路１０が設けら
れた超電導高周波加速空胴１と、超電導高周波加速空胴
１に接続されるビームポート２と、超電導高周波加速空
胴１の冷却流路１０に、冷却剤である液体ヘリウムを供
給する液体ヘリウム供給装置１１と、液体ヘリウム供給
装置１１から超電導高周波加速空胴１の冷却流路１０に
液体ヘリウムを輸送する液体ヘリウム輸送路１２と、超
電導高周波加速空胴１の外側に配設された輻射シールド
を兼ねた磁気シールド７と、磁気シールド７の外側に配
設された真空容器８とから構成している。

【００３４】ここで、超電導高周波加速空胴１は、例え
ばNb等の高純度な超電導材のシートを、絞り加工やスピ
ン加工で内側空胴９に成形し、銅やアルミニウム等の良
熱電導材を、機械加工や型を用いて成型して半割の外側
空胴２４を成形し、この半割の外側空胴２４の内表面に
溝を加工して、２個の半割の外側空胴２４を超電導材の
上記内側空胴９の外側に重ね、接合部を、例えばアーク
溶接、電子ビーム溶接、あるいはろう付け等で接合・一
体化することにより、内側が超電導材、外側が良熱電導
材から構成される二重の加速空胴を成形し、最後に内側
の超電導材と外側の良熱伝導材とを、ろう付け、はんだ
付け、あるいは接着により密着させて製作する。

【００３５】また、上記超電導高周波加速空胴１とビー
ムポート２とは、断熱部材１７で接続している。さら
に、上記超電導高周波加速空胴１に設けた冷却流路１０
に液体ヘリウム輸送路１２を接続し、別途配置した液体
ヘリウム供給装置１１から液体ヘリウム輸送路１２を通
して液体ヘリウムを冷却流路１０に供給することによ
り、超電導高周波加速空胴１を冷却するようにしてい
る。

【００３６】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、従来のような液体ヘリ
ウムによる浸漬冷却ではないため、大型の液体ヘリウム
容器が不要となり、冷却設備を小型化して、加速器設置
建屋の省スペース化を図ることができる。

【００３７】また、冷却剤として液体ヘリウムを循環し
て使用することにより、高額な液体ヘリウムの使用量を
少なくして、運転費のコストダウンを図ることができ
る。上述したように、本実施形態の超電導高周波加速空
胴装置では、従来の超電導高周波加速空胴装置のように
液体ヘリウム容器が不要となるため、冷却設備を小型化
して省スペース化を図ることが可能となると共に、使用
する液体ヘリウムの量を少なくして運転費のコストダウ
ンを図ることが可能となる。

【００３８】（第２の実施形態）図２は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図１と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００３９】すなわち、図２に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、前記冷却流路１０が設
けられた超電導高周波加速空胴１に、冷却流路が設けら
れたアンテナポート１５を取り付け、さらに超電導高周
波加速空胴１の冷却流路１０とアンテナポート１５の冷
却流路とを接続し、これに液体ヘリウム輸送路１２を接
続して、別途配置した液体ヘリウム供給装置１１から液
体ヘリウム輸送路１２を介して液体ヘリウムを冷却流路
１０に供給することにより、超電導高周波加速空胴１お
よびアンテナポート１５を冷却する構成としている。

【００４０】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
１に配設されたアンテナポート１５を冷却することによ
り、前記第１の実施形態における超電導高周波加速空胴
装置の作用効果に加えて、アンテナポート１５における
高周波損失を減らすことが可能となる。

【００４１】（第３の実施形態）図３は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図１および図２と同一要素には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。

【００４２】すなわち、図３に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、前記冷却流路１０が設
けられた超電導高周波加速空胴１に、冷却流路が設けら
れたアンテナポート１５および高次モードカプラー１６
を取り付け、さらに超電導高周波加速空胴１の冷却流路
１０とアンテナポート１５および高次モードカプラー１
６の冷却流路とを接続し、これに液体ヘリウム輸送路１
２を接続して、別途配置した液体ヘリウム供給装置１１
から液体ヘリウム輸送路１２を介して液体ヘリウムを冷
却流路１０に供給することにより、超電導高周波加速空
胴１、アンテナポート１５、および高次モードカプラー
１６を冷却する構成としている。

【００４３】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
１に配設された高次モードカプラー１６を冷却すること
により、前記第１および第２の各実施形態における超電
導高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、高次モード
カプラー１６における高周波損失を減らし、超電導高周
波加速空胴１で発生しビーム加速にとっては有害な高次
モードを効率よくカップリングすることが可能となる。

【００４４】（第４の実施形態）図４は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図１と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００４５】すなわち、図４に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、前記冷却流路１０が設
けられた超電導高周波加速空胴１の外側に磁気シールド
７を配置し、超電導高周波加速空胴１を磁気シールド７
の外側の断熱部材１７と接続する構成としている。

【００４６】ここで、断熱部材１７は、例えばステンレ
ス等の熱伝導率が小さな材料からなっており、内面に銅
メッキ、または銅の薄板を貼り付けてある。また、ビー
ムに面する内側は銅で構成することにより、超電導高周
波加速空胴１の電気的特性を維持することができる。

【００４７】さらに、全体を熱伝導率が小さな材料で構
成することにより、熱伝導率が大きい銅の厚さは薄く、
かつ形状がベローズになっているため、熱伝導長が長く
なるため断熱効果が高くなり、真空容器８外からの侵入
熱を防いで、超電導高周波加速空胴１を効率よく冷却す
ることができる。

【００４８】一方、上記磁気シールド７、および断熱部
材１７の外側には、真空容器８を配置し、断熱部材１７
を真空容器８の外側のビームポート２と接続する。ま
た、超電導高周波加速空胴１に設けられた冷却流路１０
に、液体ヘリウム輸送路１２を接続し、別途配置した液
体ヘリウム供給装置１１から液体ヘリウム輸送路１２を
介して液体ヘリウムを冷却流路１０に供給することによ
り、超電導高周波加速空胴１を冷却する構成としてい
る。

【００４９】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
１とビームポート２との間に断熱部材１７を接続するこ
とにより、前記第１の実施形態における超電導高周波加
速空胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波加速空胴
１の電気的特性を維持しつつ、真空容器８の内部と大気
との間の断熱効果を高めて超電導高周波加速空胴１を効
率よく冷却することが可能となる。

【００５０】（第５の実施形態）図５は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図１および図９と同一要素には同一符号を付して
示している。

【００５１】すなわち、図５に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、Nb等の高純度な超電導
材のシートで成形した超電導高周波加速空胴１およびビ
ームポート２と、超電導高周波加速空胴１の外側に配設
された磁気シールド７と、磁気シールド７の外側に配設
された輻射シールド１８と、輻射シールド１８の外側に
配設された真空容器８とから成り、真空容器８に冷凍機
１９を設置して、超電導高周波加速空胴１および輻射シ
ールド１８を、直接または間接的に伝導冷却する構成と
している。

【００５２】また、真空容器８の外側に冷凍機１９を設
置し、１stステージ２０によって輻射シールド１８を例
えば８０Ｋに伝導冷却し、２ndステージ２１によって均
熱板２２および接続部材２３を介して超電導高周波加速
空胴１を例えば４Ｋに伝導冷却する。

【００５３】さらに、接続部材２３を超電導高周波加速
空胴１のフランジに取り付け、これらを均熱板２２に取
り付けることにより、超電導高周波加速空胴１を均一に
冷却するようにしている。

【００５４】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、真空容器８に冷凍機１
９を配置することにより、液体ヘリウムで冷却する場合
と同様に超電導高周波加速空胴を伝導冷却することがで
きる。

【００５５】これにより、高額な液体ヘリウムを使用し
ないで冷却するため、運転費のコストダウンを図ること
が可能となる。また、冷却設備を小型化して、加速器設
置建屋の省スペース化を図ることが可能となる。

【００５６】（第６の実施形態）図６は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図５と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００５７】すなわち、図６に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、内側が超電導材からな
る内側空洞９に、良熱伝導材からなる外側空洞２４を固
着した二重構成の超電導高周波加速空胴１の外側に、磁
気シールド７を配置し、その外側に輻射シールド１８を
配置し、さらにその外側に真空容器８を配置する構成と
している。

【００５８】また、真空容器８の外側に冷凍機１９を設
置し、１stステージ２０によってふく射シールド１８を
例えば８０Ｋに伝導冷却し、２ndステージ２１によって
均熱板２２および接続部材２３を介して超電導高周波加
速空胴１を例えば４Ｋに伝導冷却する。

【００５９】超電導材からなる超電導高周波加速空胴１
を良熱伝導材で覆った二重構造にすることにより、超電
導高周波加速空胴１全体を効率良く均一に冷却すること
ができる。

【００６０】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、冷凍機１９を配置した
システムにおいて、内側が均熱板からなり、外側が接続
部材からなる二重構成の超電導高周波加速空胴１を配置
することにより、前記第５の実施形態における超電導高
周波加速空胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波加
速空胴１全体を効率良く均一に伝導冷却することが可能
となる。

【００６１】（第７の実施形態）図７は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図５と同一要素には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００６２】すなわち、図７に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、超電導材からなる内側
空胴９の外側を良熱伝導材のブロック２５で覆ったブロ
ック型の超電導高周波加速空胴１の外側に、磁気シール
ド７を配置し、その外側に輻射シールド１８を配置し、
さらにその外側に真空容器８を配置する構成としてい
る。

【００６３】ここで、ブロック型の超電導高周波加速空
胴１は、例えば銅やアルミニウム等の良熱伝導材のブロ
ックから加速空胴の半分の大きさをくりぬき、くりぬい
た部分にNb等の高純度な超電導材のシートを当てて、Ｈ
ＩＰ（熱間等方加圧）によりブロックとシートとを密着
させる。このような内側に超電導材のシートを密着させ
たブロックを２個製作し、これらを対向配置して接合部
を、例えばアーク溶接、電子ビーム溶接、あるいはろう
付け等で接合・一体化して製作する。

【００６４】また、真空容器８の外側に冷凍機１９を設
置し、１stステージ２０によってふく射シールド１８を
伝導冷却し、２ndステージ２１によって均熱板２２を介
して超電導高周波加速空胴１を伝導冷却する。

【００６５】超電導材からなる超電導高周波加速空胴１
を覆っている良熱伝導材のブロック２５と均熱板２２と
の接触面積を大きくすることにより、超電導高周波加速
空胴１を効率よく冷却することができる。

【００６６】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導材からなる内側
空胴９の外側を良熱伝導材のブロック２５で覆った構造
とすることにより、前記第５の実施形態における超電導
高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、熱容量が増大
し、温度変化を抑制できるため、効率よく高周波加速空
胴２５を冷却することが可能となる。

【００６７】（第８の実施形態）図８は、本実施形態に
よる超電導高周波加速空胴装置の構成例を示す断面図で
あり、図１と同一要素には同一符号を付して示してい
る。

【００６８】すなわち、図８に示すように、本実施形態
の超電導高周波加速空胴装置は、冷却流路１０が設けら
れた超電導高周波加速空胴１と、超流動ヘリウムを発生
して超電導高周波加速空胴１の冷却流路１０に超流動ヘ
リウムを供給する超流動ヘリウム供給装置２７と、超流
動ヘリウム供給装置２７から超電導高周波加速空胴１の
冷却流路１０に超流動ヘリウムを輸送する超流動ヘリウ
ム輸送路２８とから構成している。

【００６９】すなわち、超電導高周波加速空胴１に設け
られた冷却流路１０に超流動ヘリウム輸送路２８を接続
し、別途配置した超流動ヘリウム供給装置２７から、超
流動ヘリウム輸送路２８を介して加圧超流動ヘリウムを
冷却流路１０に供給することにより、超電導高周波加速
空胴１を冷却する構成としている。

【００７０】以上のように構成した本実施形態の超電導
高周波加速空胴装置においては、超電導高周波加速空胴
１に設けられた冷却流路１０に加圧超流動ヘリウムを供
給することにより、前記第１の実施形態における超電導
高周波加速空胴装置の作用効果に加えて、超電導高周波
加速空胴１を液体ヘリウムで冷却する場合よりもさらに
低温まで冷却することが可能となるため、超電導高周波
加速空胴１の高周波特性をより一層向上させることがで
きる。

【００７１】上述したように、本実施形態の超電導高周
波加速空胴装置では、超電導高周波加速空胴１に設けら
れた冷却流路１０に加圧超流動ヘリウムを供給すること
により、超電導高周波加速空胴１を液体ヘリウムで冷却
する場合よりもさらに低温まで冷却することが可能とな
り、超電導高周波加速空胴１の高周波特性をより一層向
上させることが可能となる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、冷却流路が設けられた超電導高周波加
速空胴と、超電導高周波加速空胴に接続されるビームポ
ートと、超電導高周波加速空胴の冷却流路に液体ヘリウ
ム等の冷却剤を供給する冷却剤供給装置と、冷却剤供給
装置から超電導高周波加速空胴の冷却流路に冷却剤を輸
送する冷却剤輸送路と、超電導高周波加速空胴の外側に
配設された磁気シールドと、磁気シールドの外側に配設
された真空容器とを備えるようにしたので、冷却設備を
小型化して省スペース化を図ると共に、使用する冷却剤
を少なくして運転費のコストダウンを図ることが可能な
超電導高周波加速空胴装置が提供できる。

【００７３】また、請求項２に対応する発明によれば、
上記請求項１に対応する発明の超電導高周波加速空胴装
置において、冷却流路が設けられたアンテナポートを超
電導高周波加速空胴に配設し、かつ当該超電導高周波加
速空胴の冷却流路とアンテナポートの冷却流路とを接続
するようにしたので、アンテナポートにおける高周波損
失を減らすことが可能な超電導高周波加速空胴装置が提
供できる。

【００７４】さらに、請求項３に対応する発明によれ
ば、上記請求項１に対応する発明の超電導高周波加速空
胴装置において、冷却流路が設けられた高次モードカプ
ラーを超電導高周波加速空胴に配設し、かつ当該超電導
高周波加速空胴の冷却流路と高次モードカプラーの冷却
流路とを接続するようにしたので、高次モードカプラー
における高周波損失を減らし、超電導高周波加速空胴で
発生しビーム加速にとっては有害な高次モードを効率よ
くカップリングすることが可能な超電導高周波加速空胴
装置が提供できる。

【００７５】さらにまた、請求項４および請求項５に対
応する発明によれば、上記請求項１に対応する発明の超
電導高周波加速空胴装置において、真空容器内におい
て、超電導高周波加速空胴とビームポートとの間に断熱
部材（ステンレス鋼からなるベローズで、かつ当該ベロ
ーズの内面に銅を被覆して構成する）を接続するように
したので、超電導高周波加速空胴の電気的特性を維持し
つつ、真空容器の内部と大気との間の断熱効果を高め
て、超電導高周波加速空胴を効率よく冷却することが可
能な超電導高周波加速空胴装置が提供できる。

【００７６】一方、請求項６に対応する発明によれば、
超電導材からなる超電導高周波加速空胴およびビームポ
ートと、超電導高周波加速空胴の外側に配設された磁気
シールドと、磁気シールドの外側に配設された輻射シー
ルドと、輻射シールドの外側に配設された真空容器とを
備えて成り、真空容器に冷凍機を設置して、超電導高周
波加速空胴および輻射シールドを直接または間接的に伝
導冷却するようにしたので、液体ヘリウムで冷却する場
合と同様に、超電導高周波加速空胴を伝導冷却すること
ができ、もって冷却設備を小型化して省スペース化を図
ると共に、使用する冷却剤を少なくして運転費のコスト
ダウンを図ることが可能な超電導高周波加速空胴装置が
提供できる。

【００７７】また、請求項７に対応する発明によれば、
上記請求項６に対応する発明の超電導高周波加速空胴装
置において、超電導高周波加速空胴の軸方向の少なくと
も一部に接続部材を固着し、当該接続部材と冷凍機とを
均熱板を介して接続するようにしたので、超電導高周波
加速空胴全体を効率良く均一に伝導冷却することが可能
な超電導高周波加速空胴装置が提供できる。

【００７８】さらに、請求項８に対応する発明によれ
ば、上記請求項６に対応する発明の超電導高周波加速空
胴装置において、超電導材からなる加速空胴の外側を良
熱伝導材のブロックで覆った超電導高周波加速空胴とす
るようにしたので、熱容量が増大し、温度変化を抑制で
き、効率よく超電導高周波加速空胴を冷却することが可
能な超電導高周波加速空胴装置が提供できる。

【００７９】一方、請求項９に対応する発明によれば、
冷却流路が設けられた超電導高周波加速空胴と、超流動
ヘリウムを発生して超電導高周波加速空胴の冷却流路に
当該超流動ヘリウムを供給する超流動ヘリウム供給装置
と、超流動ヘリウム供給装置から超電導高周波加速空胴
の冷却流路に超流動ヘリウムを輸送する超流動ヘリウム
輸送路とを備えるようにしたので、超電導高周波加速空
胴を液体ヘリウムで冷却する場合よりもさらに低温まで
冷却することができ、超電導高周波加速空胴の高周波特
性をより一層向上させることが可能な超電導高周波加速
空胴装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第１
の実施形態を示す断面図。

【図２】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第２
の実施形態を示す断面図。

【図３】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第３
の実施形態を示す断面図。

【図４】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第４
の実施形態を示す断面図。

【図５】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第５
の実施形態を示す断面図。

【図６】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第６
の実施形態を示す断面図。

【図７】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第７
の実施形態を示す断面図。

【図８】本発明による超電導高周波加速空胴装置の第８
の実施形態を示す断面図。

【図９】従来の超電導高周波加速空胴装置の構成例を示
す断面図。

【符号の説明】

１…超電導高周波加速空胴、 ２…ビームポート、 ３…液体ヘリウム容器、 ４…液体ヘリウム、 ５…液体ヘリウム注入ポート、 ６…気化ヘリウム回収ポート、 ７…磁気シールド、 ８…真空容器、 ９…内側空胴、 １０…冷却流路、 １１…液体ヘリウム供給装置、 １２…液体ヘリウム輸送路、 １３…アンテナ、 １４…真空窓、 １５…アンテナポート、 １６…高次モードカプラー、 １７…断熱部材、 １８…輻射シールド、 １９…冷凍機、 ２０…１stステージ、 ２１…２ndステージ、 ２２…均熱板、 ２３…接続部材、 ２４…外側空胴、 ２５…ブロック、 ２７…超流動ヘリウム供給装置、 ２８…超流動ヘリウム輸送路。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却流路が設けられた超電導高周波加速
   空胴と、 前記超電導高周波加速空胴に接続されるビームポート
   と、 前記超電導高周波加速空胴の冷却流路に液体ヘリウム等
   の冷却剤を供給する冷却剤供給装置と、 前記冷却剤供給装置から前記超電導高周波加速空胴の冷
   却流路に冷却剤を輸送する冷却剤輸送路と、 前記超電導高周波加速空胴の外側に配設された磁気シー
   ルドと、 前記磁気シールドの外側に配設された真空容器と、 を備えて成ることを特徴とする超電導高周波加速空胴装
   置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の超電導高周波加速
   空胴装置において、 冷却流路が設けられたアンテナポートを前記超電導高周
   波加速空胴に配設し、かつ当該超電導高周波加速空胴の
   冷却流路と前記アンテナポートの冷却流路とを接続する
   ようにしたことを特徴とする超電導高周波加速空胴装
   置。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の超電導高周波加速
   空胴装置において、 冷却流路が設けられた高次モードカプラーを前記超電導
   高周波加速空胴に配設し、かつ当該超電導高周波加速空
   胴の冷却流路と前記高次モードカプラーの冷却流路とを
   接続するようにしたことを特徴とする超電導高周波加速
   空胴装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１に記載の超電導高周波加速
   空胴装置において、 前記真空容器内において、超電導高周波加速空胴とビー
   ムポートとの間に断熱部材を接続するようにしたことを
   特徴とする超電導高周波加速空胴装置。
5. 【請求項５】 前記断熱部材としては、ステンレス鋼か
   らなるベローズで、かつ当該ベローズの内面に銅を被覆
   して構成するようにしたことを特徴とする請求項４に記
   載の超電導高周波加速空胴装置。
6. 【請求項６】 超電導材からなる超電導高周波加速空胴
   およびビームポートと、 前記超電導高周波加速空胴の外側に配設された磁気シー
   ルドと、 前記磁気シールドの外側に配設された輻射シールドと、 前記輻射シールドの外側に配設された真空容器とを備え
   て成り、 前記真空容器に冷凍機を設置して、前記超電導高周波加
   速空胴および輻射シールドを直接または間接的に伝導冷
   却するようにしたことを特徴とする超電導高周波加速空
   胴装置。
7. 【請求項７】 前記請求項６に記載の超電導高周波加速
   空胴装置において、 前記超電導高周波加速空胴の軸方向の少なくとも一部に
   接続部材を固着し、当該接続部材と冷凍機とを均熱板を
   介して接続するようにしたことを特徴とする超電導高周
   波加速空胴装置。
8. 【請求項８】 前記超電導高周波加速空胴としては、超
   電導材からなる加速空胴の外側を良熱伝導材のブロック
   で覆った超電導高周波加速空胴とするようにしたことを
   特徴とする請求項６に記載の超電導高周波加速空胴装
   置。
9. 【請求項９】 冷却流路が設けられた超電導高周波加速
   空胴と、 超流動ヘリウムを発生して前記超電導高周波加速空胴の
   冷却流路に当該超流動ヘリウムを供給する超流動ヘリウ
   ム供給装置と、 前記超流動ヘリウム供給装置から前記超電導高周波加速
   空胴の冷却流路に超流動ヘリウムを輸送する超流動ヘリ
   ウム輸送路と、 を備えて成ることを特徴とする超電導高周波加速空胴装
   置。