JPH104000A - 超電導線形加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加速器全体の長さを短縮して省スペース化を図
ることにある。 【解決手段】荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にして
加速する超電導線形加速器において、真空容器１の内側
に設けられた熱シールド及び磁気シールド１９と、その
内側に冷媒容器６を設けてなる１台のクライオスタット
２３内に液体ヘリウム１６を収容すると共に、この液体
ヘリウム１６に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の
超電導高周波加速空胴２と、ビームを収束させるための
複数個の超電導四極電磁石２１とを交互に配設すると共
に、これらの間をビームパイプ３１を介してそれぞれ接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子を加速する
超電導線形加速器に関する。

【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ＧｅＶ）程
度の高エネルギ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】加速器には荷電粒子を加速するため、その
ビームラインに高周波加速空胴が設けられている。この
高周波加速空胴は共振によって内部に電磁エネルギを蓄
え、高電磁界を発生させてビームにエネルギを与えて加
速する装置である。

【０００４】ところで、高周波加速空胴内が高電界にな
ると、高周波加速空胴の内表面に循環電流が流れるが、
この電流は高周波電流であるため、高周波加速空胴の内
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】通常、銅やアルミニウム等で作られた常電
導高周波加速空胴で、荷電粒子ビームの加速に必要な高
電界を得るには、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が必要となるが、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
加速空胴の冷却面でも問題があり、常電導高周波加速空
胴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を構
成することが考えられている。

【０００７】この超電導高周波加速空胴の使用分野は多
方面に渡るが、特に最近では放射性廃棄物の消滅処理用
加速器において、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を持った粒子を得るために、超
電導材で高周波加速空胴を構成した超電導線形加速器が
注目されている。

【０００８】図１０は、この種の従来の超電導線形加速
器の構成例の要部を破断して示す斜視図で、日本原子力
研究所のタンデム加速器に設置した超電導線形加速器の
一部を示したものである。

【０００９】図１０に示すように、１台の真空容器１内
に４台の同軸形の超電導高周波加速空胴２が設置されて
いる。また、真空容器１の上面部には超電導高周波加速
空胴２内を真空引きするためのターボ分子ポンプ３、ゲ
ートバルブ４、超電導高周波加速空胴２を冷却するため
の液体ヘリウム入口５、ヘリウムガス入口７、ヘリウム
ガス出口８、超電導高周波加速空胴２に高周波電力を入
力するための端子１０、超電導高周波加速空胴２の周波
数を調整するための制御モータ１１がそれぞれ設けら
れ、さらに真空容器１内の超電導高周波加速空胴２の上
部に冷媒（液体ヘリウム）容器６が設けられている。さ
らに、真空容器１内面には熱シールド９が施されてい
る。

【００１０】このような構成の真空容器１をビーム軸１
２に沿って直線上に並べて配置すると共に、各真空容器
１相互間にビムを収束させるための四極電磁石１３を設
置して超電導線形加速器を構成する。

【００１１】図１１は、図１０に示す同軸形超電導高周
波加速空胴２を縦に切断して示す斜視図である。図１１
に示すように、超電導高周波加速空胴２は超電導体であ
るニオブ（Ｎｂ）で作成したドリフトチューブ１４と、
内面がニオブで外面が銅で作成された外導体１５から構
成されている。この場合、外導体１５は内面のニオブと
外面の銅とが爆着により接合されている。

【００１２】このような超電導高周波加速空胴２におい
て、ドリフトチューブ１４内に液体ヘリウム１６を満た
してドリフトチューブを直接４．２［Ｋ］に冷却し、熱
伝導により外導体も冷却する。

【００１３】また、超電導高周波加速空胴２の底部に有
する高周波電力入力用アンテナ１７から約４［Ｗ］の高
周波電力を入力することにより、ドリフトチューブ１４
の周囲に約６［ＭＶ／ｍ］以上の強い電界を発生させる
ことができる。

【００１４】このドリフトチューブ１４前後の電界は１
３０［ＭＨｚ］の周期で反転しており、この電界に同期
して重イオンが加速される。また、同期した重イオンは
ドリフトチューブ１４手前のギャップを通過するとき進
行方向の電界で加速され、ドリフトチューブ１４の中を
通過している間に電界の方向が反転し、ドリフトチュー
ブ１４を出てからのギャップでも再び進行方向に加速さ
れる。

【００１５】また、図１１に示すように外導体１５のビ
ーム軸１２に対して直角な位置に周波数調整器１８が設
置され、これを図示しない周波数調整器駆動モータで図
の矢印の方向に動かしてビーム軸方向のギャップを伸縮
させることにより、加速空胴２の共振周波数を微調整す
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超電導線形加速器においては、ビームを収束
させる機能を持つ四極電磁石１３を真空容器１の外側に
設置する構成となっているため、線形加速器全体が長尺
化し、省スペース化を図る上で問題がある。本発明は上
記のような問題点を解消し、加速器全体の長さを短縮し
て省スペース化を図ることができる超電導線形加速器を
提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため次のような手段により超電導線形加速器を構
成するものである。請求項１に対応する発明は、荷電粒
子を電磁力で高エネルギ状態にして加速する超電導線形
加速器において、真空容器の内側に設けられた熱シール
ド及び磁気シールドと、その内側に冷媒容器を設けてな
る１台のクライオスタット内に低温冷媒を収容すると共
に、この低温冷媒に浸漬させて荷電粒子を加速する複数
個の超電導高周波加速空胴とビームを収束させる複数個
の超電導四極電磁石とを交互に配設する。

【００１８】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、複数個の超電導高周波加速空胴と複数個の超電導
四極電磁石とを１台のクライオスタット内に設けている
ので、線形加速器を構成するクライオスタットの台数を
減らすことができ、引いてはクライオスタットによるド
リフトスペースを減らすことができるため、加速器全体
の長さを短縮して省スペース化を図ることが可能とな
る。

【００１９】請求項２に対応する発明にあっては、請求
項１に対応する発明の構成に加えて超電導高周波加速空
胴と超電導四極電磁石との間に磁気シールドを設ける。
このような構成の超電導線形加速器にあっては、超電導
四極電磁石のコイルに高電流を流し、高磁場を発生させ
て加速粒子を積極的に収束させて運転するような場合に
おいては超電導四極電磁石から漏れ出る磁場を磁気シー
ルドで完全に遮蔽することができるため、加速空胴が超
電導状態から常電導状態に転移することがなく、加速空
胴を安定に運転することができる。また、磁気シールド
を設置することにより、加速空胴と四極電磁石の間隔を
短縮することが可能となり、加速器全体の長さを短縮し
て省スペース化を図ることができる。

【００２０】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明において、クライオスタットを構成する冷媒
容器を磁気遮蔽効果を持つ材料で構成して冷媒容器自体
に磁気遮蔽機能を持たせる。

【００２１】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、冷媒容器自体に地磁気遮蔽機能をもたせてあるの
で、冷媒容器の外側に磁気シールドを設置することが不
要となり、クライオスタットが小形化され、引いては加
速器全体の長さを短縮して省ペース化を図ることができ
る。

【００２２】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明において、常温部に設けられた超電導四極電
磁石用電源と超電導四極電磁石との間を電流リードによ
り接続すると共に、この電流リードに極低温冷媒中で永
久電流モードで運転するための永久電流通電手段を設け
る。

【００２３】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、超電導四極電磁石を永久電流モードで運転するこ
とにより、常温部からの侵入熱を減らすことができ、引
いては加速器の運転コストを安価になし得る。

【００２４】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明において、クライオスタットを構成する冷媒
容器内の低温冷媒収容スペースの一部に冷媒節約部材を
設けて低温冷媒の使用量を冷媒節約部材の体積分だけ削
減させる。

【００２５】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、超電導高周波加速空胴と超電導四極電磁石を冷却
するための低温冷媒の使用量を減らすことができ、引い
ては加速器の運転コストを下げることができる。

【００２６】請求項６に対応する発明は、荷電粒子を電
磁力で高エネルギ状態にして加速し、且つ加速する粒子
の速度が変化する超電導線形加速器において、真空容器
の内側に設けられた熱シールド及び磁気シールドと、そ
の内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオスタット
内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒に浸漬さ
せて荷電粒子を加速する複数個の超電導高周波加速空胴
と、ビームを収束させる複数個の超電導四極電磁石とを
交互に配設し、前記各超電導高周波加速空胴は低エネル
ギから高エネルギまでの広いエネルギ領域に対して、中
間のエネルギで最適化した一種類の超電導高周波加速空
胴で構成する。

【００２７】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、請求項１に対応する発明と同様の作用効果が得ら
れることに加えて、加速空胴に互換性を持たせることに
より、従来よりも安価に超電導線形加速器を製作でき、
また一部の加速空胴が故障した場合においても加速空胴
の交換が容易であり、その間線形加速器を長期間に渡っ
て停止させることなく運転することが可能である。

【００２８】請求項７に対応する発明は、荷電粒子を電
磁力で高エネルギ状態にして加速し、且つ加速する粒子
の速度が変化する超電導線形加速器において、真空容器
の内側に設けられた熱シールド及び磁気シールドと、そ
の内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオスタット
内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒に浸漬さ
せて荷電粒子を加速する複数個の超電導高周波加速空胴
とビームを収束させる複数個の超電導四極電磁石とを交
互に配設してユニット化し、これと同一構成のユニット
を必要個数だけビームラインに沿って並べて線形加速器
を構成する。

【００２９】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、請求項１に対応する発明と同様の作用効果が得ら
れることに加えて、クライオスタットに互換性を持たせ
ることができるので、従来よりも安価に超電導線形加速
器を製作することが可能となる。また、クライオスタッ
ト内の一部のパーツが故障した場合においても、クライ
オスタットそのものを交換すればよいので容易であり、
その間線形加速器を長期間に渡って停止させることなく
運転することが可能である。

【００３０】請求項８に対応する発明は、荷電粒子を電
磁力で高エネルギ状態にして加速する超電導線形加速器
において、真空容器の内側に設けられた熱シールド及び
磁気シールドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台
のクライオスタット内に低温冷媒を収容すると共に、こ
の低温冷媒に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の同
軸型超電導高周波加速空胴と、ビームを収束させる複数
個の超電導四極電磁石とを交互にそれぞれ配設し、且つ
前記同軸型超電導高周波加速空胴の上端部に有するアン
テナ挿入口より挿入された高周波電力入力用アンテナを
前記超電導高周波加速空胴に伸縮部材を介して接続する
と共に、前記クライオスタットの外側に存する前記高周
波電力入力用アンテナに前記伸縮部材を伸縮させて超電
導高周波加速空胴の体積を変化させる周波数調整器を設
ける。

【００３１】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、請求項１に対応する発明と同様の作用効果が得ら
れることに加えて、加速空胴の上端部に設けられた周波
数調整器により伸縮部材を伸縮させて超電導高周波加速
空胴の体積を変化させて加速空胴の共振周波数を調整す
ることが可能なので、従来の周波数調整器と比べて駆動
機構が簡単であり、容易に共振周波数の調整を行うこと
ができる。

【００３２】請求項９に対応する発明は、荷電粒子を電
磁力で高エネルギ状態にして加速する超電導線形加速器
において、真空容器の内側に設けられた熱シールド及び
磁気シールドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台
のクライオスタット内に低温冷媒を収容すると共に、こ
の低温冷媒に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の同
軸型超電導高周波加速空胴と、ビームを収束させる複数
個の超電導四極電磁石とを交互にそれぞれ配設し、且つ
前記各超電導高周波加速空胴に対し、１個の加速空胴に
電圧を入力する高周波電源、この高周波電源の電圧と加
速空胴にビームが入射する際に変化する電圧との位相を
検出する位相検出器及びこの位相検出器の出力信号を前
記高周波電源にフィドバックするフィードバック回路か
ら構成される位相制御システムを備える。

【００３３】このような構成の超電導線形加速器にあっ
ては、請求項１に対応する発明と同様の作用効果が得ら
れることに加えて、位相制御システムにより個々の加速
空胴においてビームの位相に合せて高周波電力を入力す
ることができるため、粒子を効率良く加速することがで
きる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は、本発明による超電導線形加
速器の第１の実施の形態を示す断面図である。図１にお
いて、２３はクライオスタットで、このクライオスタッ
ト２３は真空容器１の内側に熱シールド及び磁気シール
ド１９を設け、さらにその内側に冷媒容器６を設けた多
重構成となっている。

【００３５】また、このクライオスタット２３は、その
上部中央にサービスポット２０を有し、このサービスポ
ット２０を挟んでその両側にそれぞれ複数個のアンテナ
挿入口が設けられている。

【００３６】このような構成のクライオスタット２３内
に複数個の例えば同軸型の超電導高周波加速空胴２とビ
ームを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１
とを交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ
３１を介してそれぞれ接続するものである。

【００３７】これら各超電導高周波加速空胴２及び超電
導四極電磁石２１は、冷媒容器６に収容された液体ヘリ
ウム１６中に浸漬されている。また、クライオスタット
２３の上部に有する複数個のアンテナ挿入口に超電導高
周波加速空胴２のドリフトチューブに高周波電力を入力
する高周波電力入力用アンテナ１７をそれぞれ取付け
る。

【００３８】このような構成の超電導線形加速器におい
て、冷媒容器６内に設置された複数個の超電導高周波加
速空胴２及び超電導四極電磁石２１は液体ヘリウム１６
により冷却されて超電導状態となる。また、ビームが超
電導高周波加速空胴２を通過する際ビーム径が大きくな
って発散するが、各超電導高周波加速空胴２相互間に配
設された超電導四極電磁石２１によりビームを収束させ
ることができる。

【００３９】この場合、従来のように真空容器１の外側
に超電導四極電磁石を設置する構成では、超電導高周波
加速空胴と超電導四極電磁石との間の距離が大きくな
り、ビーム径が発散し易いため、１台のクライオスタッ
ト２３内に設置できる超電導高周波加速空胴２の個数に
は限界があったが、本実施の形態では超電導高周波加速
空胴２と超電導四極電磁石２１を１台のクライオスタッ
ト２３内に設置する構成としているので、超電導高周波
加速空胴２を通過する際に広がったビーム径は、直ぐに
超電導四極電磁石２１で収束されるため、１台のクライ
オスタット２３内に多数の超電導高周波加速空胴２を設
置することが可能になる。

【００４０】従って、超電導線形加速器を構成するクラ
イオスタットの台数を減らすことができるため、加速器
全体の長さを短縮することが可能となり、省スペース化
を図ることができる。また、ビームを発散させることな
く、超電導高周波加速空胴２を安定に運転することがで
きる。

【００４１】図２は本発明による超電導線形加速器の第
２の実施の形態を示す断面図で、図１と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
について述べる。

【００４２】第２の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２とビー
ムを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１と
を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ３
１を介してそれぞれ接続するようにした超電導線形加速
器において、図２に示すように超電導高周波加速空胴２
と超電導四極電磁石２１との間に磁気シールド２２を設
ける構成としたものである。

【００４３】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、超電導四極電磁石２１のコイルに高電流を流し、高
磁場を発生させて加速粒子を積極的に収束させて運転す
るような場合には超電導四極電磁石２１から漏れ出る磁
場を磁気シールド２２で完全に遮蔽することができるた
め、超電導高周波加速空胴２が超電導状態から常電導状
態に転移することがなく、超電導高周波加速空胴２を安
定に運転することができる。また、超電導四極電磁石２
１から漏れる磁場がほぼゼロに減衰するにはかなりの距
離を必要とするが、ここで設けられる磁気シールド２２
の厚さは１mm程度の薄いものでよいため、磁気シールド
２２を設けることにより、超電導高周波加速空胴２と超
電導四極電磁石２１の間隔を短縮することができ、加速
器全体の長さを短縮して省スペース化を図ることができ
る。

【００４４】図３は本発明による超電導線形加速器の第
３の実施の形態を示す断面図で、図１と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
について述べる。

【００４５】第３の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２とビー
ムを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１と
を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ３
１を介してそれぞれ接続するようにした超電導線形加速
器において、図３に示すようにクライオスタット２３の
最内側に地磁気遮蔽機能を持たせた冷媒容器６Ａを設け
る構成としたものである。この場合、冷媒容器６Ａは例
えば極低温領域においても十分な磁気遮蔽効果が保証さ
れているμメタル等を用いて製作する。

【００４６】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、冷媒容器６Ａ自体に磁気遮蔽機能を持たせることが
できるため、冷媒容器６Ａの外側に磁気シールドを設置
することが不要となる。従って、クライオスタット２３
が小形化され、引いては加速器全体の長さを短縮して省
スペース化を図ることができる。

【００４７】図４は本発明の第４の実施の形態として超
電導線形加速器における超電導四極電磁石部分を示す断
面図で、図１と同一部分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述べる。

【００４８】第４の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２とビー
ムを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１と
を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ３
１を介して接続するようにした超電導線形加速器におい
て、図４に示すように超電導四極電磁石２１を永久電流
モードで運転するため、例えば永久電流スイッチ２４と
着脱式の電流リード２５を設け、永久電流スイッチ２４
は冷媒容器６内に設置し、着脱式の電流リード２５は冷
媒容器６内に設けられている超電導四極電磁石２１のコ
イル部と常温部に設けられている超電導四極電磁石用電
源２６とを切離し可能に接続する構成とする。

【００４９】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、超電導四極電磁石２１を立ち上げる時のみ超電導四
極電磁石用電源２６を用いて運転し、その後は永久電流
スイッチ２４を作動させることにより、超電導四極電磁
石用電源２６と永久電流スイッチ２４とを常温部で切離
して、永久電流モードで超電導四極電磁石２１を運転す
ることがる。従って、常温部からの侵入熱を減らすこと
ができるため、超電導線形加速器の運転コストを下げる
ことができる。

【００５０】図５は本発明による超電導線形加速器の第
５の実施の形態を示す断面図で、図１と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
について述べる。

【００５１】第５の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２とビー
ムを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１と
を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ３
１を介して接続するようにした超電導線形加速器におい
て、図５に示すように液体ヘリウム節約台２７を超電導
四極電磁石２１が設置されている箇所に対応する冷媒容
器６の底面と冷媒容器６の上部両側部に取付け、冷媒容
器６内の液体ヘリウム収容スペースを縮小化する構成と
するものである。この場合、液体ヘリウム節約用台２７
としては、例えばステンレスやアルミニウム等で作られ
る。

【００５２】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、冷媒容器６内に溜める液体ヘリウム１６の量を液体
ヘリウム節約用台２７の体積分のみ減らすことができ
る。従って、超電導高周波加速空胴２及び超電導四極電
磁石２１を冷却するための液体ヘリウム１６の使用量を
減らすことができ、超電導線形加速器の運転コストを安
価にすることができる。

【００５３】図６は本発明による超電導線形加速器の第
６の実施の形態を示す断面図で、図２と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
について述べる。

【００５４】第６の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２Ａとビ
ームを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１
とを交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ
３１を介して接続する構成とし、且つ加速する粒子の速
度が変化していく超電導線形加速器において、図６に示
すように低エネルギから高エネルギまでの広いエネルギ
領域に対して、中間のエネルギで最適化した一種類の超
電導高周波加速空胴２Ａで線形加速器を構成するもので
ある。

【００５５】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、従来では粒子の速度によって変化する粒子のエネル
ギに合せて加速空胴の形状を変えていたが、同一形状の
加速空胴のみで線形加速器を構成することにより、加速
空胴に互換性を持たせることができ、従来よりも安価に
超電導線形加速器を構成することができる。また、一部
の加速空胴が故障した場合において、加速空胴の交換が
容易であり、その間線形加速器を長期間に渡って停止さ
せることなく運転することができる。

【００５６】図７は本発明による超電導線形加速器の第
７の実施の形態を示す断面図で、図２と同一部分には同
一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分
について述べる。

【００５７】第７の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の超電導高周波加速空胴２とビー
ムを収束させるための複数個の超電導四極電磁石２１と
を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイプ３
１を介して接続する構成とし、且つ加速する粒子の速度
が変化していく超電導線形加速器において、図７に示す
ように１台のクライオスタット２３内に４個の同一形状
の同軸型超電導高周波加速空胴２とビームを収束させる
ための４個の同一形状の超電導四極電磁石２１とを交互
に配列し、同軸型超電導高周波加速空胴２と超電導四極
電磁石２１との間を磁気シールド２２を介してビームパ
イプ３１によりそれぞれ接続してユニット化し、これを
必要な台数だけビームラインに沿って並設して超電導線
形加速器を構成するものである。

【００５８】このようにユニット化されたクライオユニ
ット２８を必要な台数だけ並べて超電導線形加速器を構
成することにより、クライオユニット２８に互換性を持
たせることができ、従来よりも安価に製作することがで
きる。また、クライオスタット２３の一部のパーツが故
障した場合においては、クライオスタット２３そのもの
を交換すればよいので、その交換作業が容易であり、そ
の間線形加速器を長期間に渡って停止させることなく運
転することができる。

【００５９】図８は本発明の第８の実施の形態として超
電導線形加速器における超電導高周波加速空胴を示す断
面図で、図１と同一部分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述べる。

【００６０】第８の実施の形態では、１台のクライオス
タット２３内に複数個の同軸型超電導高周波加速空胴２
とビームを収束させるための複数個の超電導四極電磁石
２１を交互に配設すると共に、これらの間をビームパイ
プ３１を介してそれぞれ接続するようにした超電導線形
加速器において、図８に示すようにクライオスタット２
３の上部に超電導高周波加速空胴２の共振周波数を調整
するための周波数調整器３０を設ける構成とするもので
ある。

【００６１】即ち、図８に示すように同軸型超電導高周
波加速空胴２の外導体１５及び内導体２９の上端部を伸
縮部材であるベローズで構成し、それぞれ外導体ベロー
ズ３２、内導体ベローズ３３とする。この場合、外導体
ベローズ３２と内導体ベローズ３３は、加速空胴２の上
端部において接している。

【００６２】また、クライオスタット２３に設けられた
アンテナ挿入口より高周波電力入力用アンテナ１７を挿
入し、その挿入端を加速空胴２の上端部に有する外導体
ベローズ３２に接続すると共に、クライオスタット２３
の外側に存する高周波電力入力用アンテナ１７のフラン
ジ部とアンテナ挿入口の開口端部との間に周波数調整器
３０を取付ける。

【００６３】このような構成の超電導線形加速器におい
て、周波数調整器３０を用いて高周波電力入力用アンテ
ナ１７を加速空胴２に押付けたり、引いたりすることに
より加速空胴２の上端部の外導体ベローズ３２及び内導
体ベローズ３３が共に伸縮し、加速空胴２の体積が微妙
に変化するので、加速空胴２の共振周波数を調整するこ
とができる。従って、従来の周波数調整器と比べて駆動
機構を簡単にして容易に周波数調整を行うことができ
る。

【００６４】図９は本発明による超電導線形加速器の第
９の実施の形態を示す加速空胴の入出力系統構成図であ
り、図１の構成部品に該当する部分には同一符号を付し
て説明する。

【００６５】第９の実施の形態では、図９に示すように
１台のクライオスタット２３内に設置されている複数個
の超電導高周波加速空胴２に対し、１台の加速空胴２が
高周波電源３４と位相検出器３５とフィードバック回路
３６から位相制御システムを構成するものである。

【００６６】即ち、図９において、１台のクライオスタ
ット２３内に４個の超電導高周波加速空胴２を設置し、
１個の加速空胴２に対して図示しない高周波電力入力用
アンテナを１個ずつ取付け、１個のアンテナに対して１
個の高周波電源３４を接続する。また、高周波電源３４
から加速空胴２に入力される電圧とビームが加速空胴２
に入射する際に加速空胴２において変化する電圧を位相
検出器３６に入力し、この位相検出器３６の出力信号を
フィドバック回路３６を介して高周波電源３４に入力す
る構成とするものである。

【００６７】このような構成の超電導線形加速器とすれ
ば、超電導高周波加速空胴２において、ビームの位相に
合せて高周波電力を入力することができるので、粒子を
効率良く加速することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、加速
器全体の長さを短縮して省スペース化を図ることができ
る超電導線形加速器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導線形加速器の第１の実施の
形態を示す断面図。

【図２】本発明による超電導線形加速器の第２の実施の
形態を示す断面図。

【図３】本発明による超電導線形加速器の第３の実施の
形態を示す断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態として超電導線形加
速器における超電導四極電磁石部分を示す断面図。

【図５】本発明による超電導線形加速器の第５の実施の
形態を示す断面図。

【図６】本発明による超電導線形加速器の第６の実施の
形態を示す断面図。

【図７】本発明による超電導線形加速器の第７の実施の
形態を示す断面図。

【図８】本発明の第８の実施の形態として超電導線形加
速器における超電導高周波加速空胴を示す断面図。

【図９】本発明による超電導線形加速器の第９の実施の
形態を示す加速空胴の入出力系統構成図。

【図１０】従来の超電導線形加速器の構成例の要部を破
断して示す斜視図。

【図１１】図１０に示す同軸形超電導高周波加速空胴を
縦に切断して示す斜視図。

【符号の説明】

１……真空容器 ２……同軸型超電導高周波加速空胴 ３……ターボ分子ポンプ ４……ゲートバルブ ５……液体ヘリウム入口 ６……冷媒容器 ７……ヘリウムガス入口 ８……ヘリウムガス出口 ９……熱シールド １０……高周波電力入力端子 １１……周波数調整器制御ポンプ １２……ビーム軸 １３……四極電磁石 １４……ドリフトチューブ １５……外導体 １６……液体ヘリウム １７……高周波電力入力用アンテナ １８……周波数調整器 １９……熱シールド及び磁気シールド ２０……サービスポット ２１……超電導四極電磁石 ２２……磁気シールド ２３……クライオスタット ２４……永久電流スイッチ ２５……着脱式電流リード ２６……超電導四極電磁石用電源 ２７……液体ヘリウム節約用台 ２８……クライオユニット ２９……内導体 ３０……周波数調整器 ３１……ビームパイプ ３２……外導体ベローズ ３３……内導体ベローズ ３４……高周波電源 ３５……位相検出器 ３６……フィードバック回路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にし
   て加速する超電導線形加速器において、 真空容器の内側に設けられた熱シールド及び磁気シール
   ドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオ
   スタット内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒
   に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の超電導高周波
   加速空胴と、ビームを収束させる複数個の超電導四極電
   磁石とを交互にそれぞれ配設したことを特徴とする超電
   導線形加速器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超電導線形加速器におい
   て、超電導高周波加速空胴と超電導四極電磁石との間に
   磁気シールドを設けたことを特徴とする超電導線形加速
   器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の超電導線形加速器におい
   て、冷媒容器を磁気遮蔽効果を持つ材料で構成して冷媒
   容器自体に磁気遮蔽機能を持たせたことを特徴とする超
   電導線形加速器。
4. 【請求項４】 請求項１記載の超電導線形加速器におい
   て、常温部に設けられた超電導四極電磁石用電源と超電
   導四極電磁石との間を電流リードにより接続すると共
   に、この電流リードに極低温冷媒中で永久電流モードで
   運転するための永久電流通電手段を設けたことを特徴と
   する超電導線形加速器。
5. 【請求項５】 請求項１記載の超電導線形加速器におい
   て、冷媒容器内の低温冷媒収容スペースの一部に冷媒節
   約部材を設けて低温冷媒の使用量を冷媒節約部材の体積
   分だけ削減するようにしたことを特徴とする超電導線形
   加速器。
6. 【請求項６】 荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にし
   て加速し、且つ加速する粒子の速度が変化する超電導線
   形加速器において、 真空容器の内側に設けられた熱シールド及び磁気シール
   ドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオ
   スタット内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒
   に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の超電導高周波
   加速空胴と、ビームを収束させる複数個の超電導四極電
   磁石とを交互にそれぞれ配設し、前記各超電導高周波加
   速空胴は低エネルギから高エネルギまでの広いエネルギ
   領域に対して、中間のエネルギで最適化した一種類の超
   電導高周波加速空胴で構成したことを特徴とする超電導
   線形加速器。
7. 【請求項７】 荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にし
   て加速し、且つ加速する粒子の速度が変化する超電導線
   形加速器において、 真空容器の内側に設けられた熱シールド及び磁気シール
   ドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオ
   スタット内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒
   に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の超電導高周波
   加速空胴と、ビームを収束させる複数個の超電導四極電
   磁石とを交互にそれぞれ配設してユニット化し、これと
   同一構成のユニットを必要個数だけビームラインに沿っ
   て並べて線形加速器を構成することを特徴とする超電導
   線形加速器。
8. 【請求項８】 荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にし
   て加速する超電導線形加速器において、 真空容器の内側に設けられた熱シールド及び磁気シール
   ドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオ
   スタット内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒
   に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の同軸型超電導
   高周波加速空胴と、ビームを収束させる超電導四極電磁
   石とを交互にそれぞれ配設し、且つ前記同軸型超電導高
   周波加速空胴の上端部に有するアンテナ挿入口より挿入
   された高周波電力入力用アンテナを前記超電導高周波加
   速空胴に伸縮部材を介して接続すると共に、前記クライ
   オスタットの外側に存する前記高周波電力入力用アンテ
   ナに前記伸縮部材を伸縮させて超電導高周波加速空胴の
   体積を変化させる周波数調整器を設けたことを特徴とす
   る超電導線形加速器。
9. 【請求項９】 荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態にし
   て加速する超電導線形加速器において、 真空容器の内側に設けられた熱シールド及び磁気シール
   ドと、その内側に冷媒容器を設けてなる１台のクライオ
   スタット内に低温冷媒を収容すると共に、この低温冷媒
   に浸漬させて荷電粒子を加速する複数個の同軸型超電導
   高周波加速空胴と、ビームを収束させる超電導四極電磁
   石とを交互にそれぞれ配設し、且つ前記各超電導高周波
   加速空胴に対し、１個の加速空胴に電圧を入力する高周
   波電源、この高周波電源の電圧と加速空胴にビームが入
   射する際に変化する電圧との位相を検出する位相検出器
   及びこの位相検出器の出力信号を前記高周波電源にフィ
   ドバックするフィードバック回路から構成される位相制
   御システムを備えたことを特徴とする超電導線形加速
   器。