JPH11102800A - Superconducting high-frequency accelerating cavity and particle accelerator - Google Patents

Superconducting high-frequency accelerating cavity and particle accelerator

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JPH11102800A
JPH11102800A JP26384197A JP26384197A JPH11102800A JP H11102800 A JPH11102800 A JP H11102800A JP 26384197 A JP26384197 A JP 26384197A JP 26384197 A JP26384197 A JP 26384197A JP H11102800 A JPH11102800 A JP H11102800A
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helium
cavity
heat
cavity body
refrigerator
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JP26384197A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Yoshiyuki
健 吉行
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a helium refrigerator for cooling a cavity body by providing a fitting port part of an input coupler with a helium supply port and a helium refrigerator, separate from the helium refrigerator for the cavity body, and separately constituting the cooling systems of the input coupler and cavity body.
SOLUTION: A connection part between an input coupler 6 and a beam pipe 7 is provided with a supply port of helium, fed from a helium refrigerator 12a separate from a helium refrigerator 19a for a cavity body 1, and cooling systems of the input coupler 6 and cavity body 1 are constituted separately. More than half of heat creeping into the cavity body 1 from ordinary temperature is therefore cooled, not by the helium refrigerator 10a for cooling the cavity body 1 but by the helium refrigerator 12a which is for exclusive use for cooling the connection part of the input coupler 6. Creeping heat from the ordinary temperature is therefore removed for suppressing the heat quantity entering the hollow body 1.
COPYRIGHT: (C)1999,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、クライオスタットに収納され、荷電粒子を加速する超電導高周波加速空胴およびそれを備えた線形加速器,シンクロトロンおよび蓄積リングなどの粒子加速器に関する。 The present invention relates is housed in the cryostat, the superconducting RF cavity for accelerating charged particles and a linear accelerator equipped with it, related to particle accelerators such as a synchrotron and storage ring.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来の超電導高周波加速空胴は、超電導材料にニオブを使用しており、空胴本体が横形のクライオスタットに収納されるとともに、そのクライオスタット内において多量の液体ヘリウムにより浸漬冷却されることで、空胴内面が超電導状態に保持されている。 Conventional superconducting RF cavity is using niobium in the superconducting material, with the cavity body is accommodated in the horizontal cryostat is immersed cooled by a large amount of liquid helium within the cryostat it is, cavity inner surface is maintained in the superconducting state. 例えば、共振周波数500MHz帯の超電導高周波加速空胴は、超電導材料である厚さ1.5mmの純ニオブ製で、 For example, superconducting RF cavity resonance frequency 500MHz band, pure niobium thickness 1.5mm is superconductive material,
多連の加速空胴が機械的に接続されている。 Accelerating cavity of the multiple-are mechanically connected.

【0003】図6は従来の超電導高周波加速空胴を示す構成図である。 [0003] FIG. 6 is a block diagram showing a conventional superconducting RF cavity. 図6に示すように超電導加速空胴本体(以下、単に空胴本体という。)1は、超電導材料であるニオブ材で成形加工され、電子ビーム溶接などにより図6に示す形状に製作される。 Superconducting accelerating cavity body (hereinafter, simply. That cavity body) as shown in FIG. 61 is molded with a niobium material is superconducting material is fabricated to the shape shown in FIG. 6 by electron beam welding. この空胴本体1の外側には、液体へリウムを収納するへリウム液溜槽2が設けられ、このへリウム液溜槽2により空胴本体1を液体へリウムに浸漬して超電導状態に保持している。 On the outside of the cavity body 1, the potassium solution reservoir tank 2 is provided to the housing the helium to a liquid, and held in a superconducting state by immersing the cavity body 1 by helium liquid reservoir tank 2 to this helium to a liquid there.

【0004】このヘリウム液溜槽2の外側の断熱真空槽には、液体窒素あるいはガスヘリウムで冷却された輻射熱シールド3が設けられ、この輻射熱シールド3によって大気からの熱侵入を抑えている。 [0004] adiabatic vacuum tank outside this liquid helium reservoir tank 2, the radiant heat shield 3, which is cooled with liquid nitrogen or a gas helium is provided, thereby suppressing heat invasion from the atmosphere by the radiant heat shield 3. また、ヘリウム液溜槽2の外側には、輻射熱シールド3とともに、クライオスタット全体を構成する真空容器4が設けられている。 Further, on the outside of the liquid helium reservoir tank 2, together with the radiant heat shield 3, the vacuum vessel 4 constituting the entire cryostat is provided.

【0005】一方、ビームの加速に必要な高周波電力は、高周波電力供給ポート(以下、入力ポートという。)5に取り付けられる入力カプラー6から空胴本体1の加速空胴に供給され、ビームの加速に使用される。 On the other hand, the high-frequency power required for acceleration of the beam, the high frequency power supply port is supplied (hereinafter, referred to as an input port.) From the input coupler 6 to be attached to the 5 to the acceleration cavity of the cavity body 1, a beam acceleration They are used to.
入力カプラー6から供給される高周波電力は、そのほとんどがビームの加速に費やされるため、入力ポート5はカップリング強度が弱くて済み、空胴本体1の両端に接続されたビームパイプ7に設けられる。 High frequency power supplied from the input coupler 6, since most of spent accelerating the beam, an input port 5 requires weak coupling strength is provided to the beam pipe 7 connected to both ends of the cavity body 1 .

【0006】入力カプラー6は、周波数に応じて同軸管または導波管で構成され、1.5GHz以下では一般的に上記同軸管が用いられる。 [0006] Input coupler 6 is composed of a coaxial waveguide or waveguide in accordance with the frequency, generally the coaxial tube is used in 1.5GHz or less. ここで、超電導用として留意しなければならないことは、高周波損失と常温側からの熱侵入である。 Here, it should be noted for the superconductivity is a heat intrusion from the high-frequency loss and the room temperature side. 通常、入力カプラー6は、ステンレス鋼に銅メッキを施して製作される。 Usually, the input coupler 6 is manufactured by applying copper plating to the stainless steel. また入力カプラー6 The input coupler 6
と空胴本体1側の入力ポート5との接続は、空胴本体1 Connecting the input port 5 of the cavity body 1 and the cavity body 1
から十分に離れた場所で行われ、接続部分をシールするとともに、そのシール材としてインジウムのワイヤーまたはリボンのいずれかが使用される。 Place at sufficiently away from, as well as seals the connecting portion, one of indium wire or ribbon is used as a sealing material.

【0007】空胴本体1において、ビームがロスの小さい空胴の中を通過すると、高調波(以下HOMという。)を励起し、高い電磁界を発生したり、ビームの不安定性を引き起こしたりする可能性がある。 [0007] In the cavity body 1, when the beam passes through the small cavity of loss to excite harmonics (hereinafter HOM called.), Or to generate a high electromagnetic field, or cause instability of the beam there is a possibility. そのため、 for that reason,
ΗOMを空胴外へ取り出す必要がある。 There is a need to take out to the cavity outside the ΗOM. ΗOΜカプラー8は、ビーム加速モードに影響を与えないで、ΗOMのみを取り出す結合器であり、入力カプラー6と同様にビームパイプ7部分に設けられる。 ΗOΜ couplers 8, without affecting the beam acceleration mode, a coupler for taking out the ΗOM only, provided likewise beam pipe 7 parts and the input coupler 6.

【0008】また、クライオスタット内の圧力変化や機械的振動などは、空胴本体1を変形させて空胴本体1の共振周波数を変化させ、この共振周波数の変化は空胴本体1の端部に取り付けられたピエゾ圧電素子チューナ9 Further, etc. pressure change or mechanical vibrations of the cryostat, to deform the cavity body 1 by changing the resonant frequency of the cavity body 1, the change of the resonance frequency at the end of the cavity body 1 mounted piezoelectric elements tuner 9
により空胴本体1の長さを微妙に調整することにより補正される。 It is corrected by finely adjusting the length of the cavity body 1 by. なお、へリウム液溜槽2にはヘリウム冷凍機10aからヘリウム供給ポート10を介して液体へリウムが供給され、この供給された液体へリウムにより空胴本体1が冷却される。 Incidentally, helium into liquid is supplied via a helium supply port 10 from the helium refrigerator 10a in helium liquid reservoir tank 2 to the, cavity body 1 is cooled by helium to the supplied liquid.

【0009】 [0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の共振周波数500MHz帯の超電導高周波加速空胴は、空胴本体1および入力ポート5を液体へリウム液溜槽2の中に収納し、これらを液体へリウムの中に浸漬することにより、空胴本体1のニオブ材を超電導状態に維持していた。 [SUMMARY OF THE INVENTION Superconducting RF cavity of a conventional resonant frequency 500MHz band as described above, accommodates the cavity body 1 and the input port 5 into the helium liquid reservoir tank 2 to the liquid, these by immersed in the helium to a liquid maintained a niobium material of the cavity body 1 in the superconducting state.

【0010】しかしながら、一台当りの空胴本体1への熱侵入量は30W程度であり、空胴本体1の高周波による発熱量と合わせて、100W以上の熱をヘリウム冷凍機10aにより冷却しなければならない。 [0010] However, heat penetration of the cavity body 1 per single is about 30 W, together with the amount of heat generated by the high frequency of the cavity body 1, unless the above heat 100W cooled by a helium refrigerator 10a shall. 空胴本体1の熱侵入のうち、約半分は入力カプラー6によるものであり、空胴運転時以外の超電導状態の保持期間を含めて、 Of cavity body 1 of the heat penetration, about half was due to the input coupler 6, including the retention of the superconducting state other than the cavity operating,
相当量の液体へリウムを外部からの熱侵入に対して消費せざるを得ない。 Consumption forced to helium to heat intrusion from the outside to the corresponding amount of liquid.

【0011】本発明は上記事情を考慮してなされたもので、入力カプラーから空胴本体への熱侵入量を減らし、 [0011] The present invention has been made in view of these circumstances, reduce the amount of inserted heat of the cavity body from the input coupler,
空胴本体から発生する熱量を抑えることで、空胴本体が消費する液体へリウム量を減らし、全体のヘリウム冷凍機系の構成を簡略化するとともに、クライオスタットの構造を簡素化した超電導高周波加速空胴および粒子加速器を提供することを目的とする。 By suppressing the amount of heat generated from the air cylinder body to reduce the helium amount to the liquid cavity body is consumed, as well as simplify the configuration of the entire helium refrigerator system, the superconducting RF acceleration sky simplified the structure of the cryostat and to provide a cylinder and particle accelerators.

【0012】 [0012]

【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記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、空胴本体と、この空胴本体を極低温状態にするためのヘリウム液溜槽と、このへリウム液溜槽に液体へリウムを供給するヘリウム冷凍機と、このヘリウム冷凍機から供給されるヘリウムをヘリウム液溜槽へ導くヘリウム供給ポートと、前記へリウム液溜槽の外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、前記入力カプラーの取付ポート部分に、 To achieve the above object, according to the Invention The superconducting radio-frequency acceleration cavity according to a first aspect of the present invention, the cavity body, helium for the cavity body cryogenic state a liquid reservoir tank, and the helium refrigerator supplying helium to the liquid helium liquid reservoir tank to this, and helium supply port for guiding the helium which is supplied from the helium refrigerator to liquid helium reservoir tank, located outside the helium liquid reservoir tank into the a radiant heat shield and the vacuum vessel that is, the air and the beam pipe connected to both ends of the cylinder body, the superconducting RF cavity having an input coupler for supplying high frequency power to the cavity body, said input coupler to the mounting port portion,
前記空胴本体と別系統のヘリウム冷凍機とヘリウム供給ポートとを設け、前記入力カプラーと前記空胴本体の冷却系を分離して構成したことを特徴とする。 Wherein the cavity body and a separate system of the helium refrigerator and the helium supply port provided, characterized by being configured to separate the cooling system of the cavity body and the input coupler.

【0013】請求項2記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、請求項1記載の超電導高周波加速空胴において、ヘリウム冷凍機とヘリウム供給ポートは、前記入力カプラー以外の熱侵入源である高調波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所のそれぞれに設けたことを特徴とする。 [0013] Superconducting RF cavity according to the second aspect of the present invention, in the superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 1, the helium refrigerator and the helium supply port is a heat penetration sources other than the input coupler harmonic characterized in that provided in each wave couplers and other identifiable heat penetration points.

【0014】請求項3記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、空胴本体と、この空胴本体を極低温状態にするためのヘリウム液溜槽と、このヘリウム液溜槽に液体ヘリウムを供給するヘリウム冷凍機と、このヘリウム冷凍機から供給されるヘリウムをヘリウム液溜槽に導くヘリウム供給ポートと、前記ヘリウム液溜槽の外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、前記入力カプラーの冷却もしくは前記入力カプラー以外の熱侵入源である高調波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所のそれぞれの冷却を行う冷凍機は、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機であることを [0014] Superconducting RF cavity according to the invention of claim 3, wherein supplies the cavity body, a liquid helium reservoir tank to the cavity body cryogenic state, the liquid helium to the liquid helium reservoir tank a helium refrigerator, and helium supply port for guiding the helium which is supplied from the helium refrigerator to liquid helium reservoir tank, and the radiant heat shield and vacuum vessel disposed outside of said liquid helium reservoir tank, connected to both ends of the cavity body a beam pipe is, the empty barrel body at a superconducting radio-frequency acceleration cavity having an input coupler for supplying a high frequency power, a cooling or heat leakage sources other than the input coupler of the input coupler harmonic couplers and other refrigerator performing respective cooling identifiable heat penetration point is that it is a universal cryogenic refrigerator having a heat stage two-stage 徴とする。 And butterflies.

【0015】請求項4記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、請求項3記載の超電導高周波加速空胴において、輻射熱シールドが前記汎用極低温冷凍機の高温側のヒートステージと同温度の第1の輻射熱シールドであって、この第1の輻射熱シールドと空胴本体を収納するへリウム液溜槽との間に、前記汎用極低温冷凍機の低温側のヒートステージと同温度の第2の輻射熱シールドを設け、この第2の輻射熱シールドで入力カプラー部分および前記空胴本体を覆ったことを特徴とする。 The superconducting RF cavity according to the invention of claim 4, wherein, in the superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 3, the radiant heat shield of the hot side of the heat stage and the same temperature of the generic cryocooler a first radiant heat shield, the second radiation heat of the first heat radiation to the housing the shield and cavity body between the helium liquid reservoir tank, the low temperature side of the heat stage and the same temperature of the generic cryocooler the shield is provided, characterized in that covering the input coupler moiety and the cavity body at the second radiation heat shield.

【0016】請求項5記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、請求項3または4記載の超電導高周波加速空胴において、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機を設け、へリウム液溜槽の外側に、前記汎用極低温冷凍機の高温側ステージと同温度の輻射熱シールドを設けたことを特徴とする。 The superconducting RF cavity according to the invention of claim 5, wherein, in the superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 3 or 4, provided with universal cryocooler having heat stage two stages, the helium liquid reservoir tank on the outside of, characterized in that a high temperature-side stage and the same temperature of the radiant heat shield of the universal cryogenic refrigerator.

【0017】請求項6記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、空胴本体と、この空胴本体外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機を複数個設け、これら複数個の汎用極低温冷凍機の低温側のヒートステージを伝熱パスにより空胴本体と入力カプラー及び入力カプラー以外の熱侵入源である高調波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所とを接続したことを特徴とする。 The superconducting RF cavity according to the invention of claim 6 wherein has a cavity body, a radiant heat shield and a vacuum container disposed in the cavity body outer, connected to said opposite ends of the cavity body beam and the pipe, the superconducting RF cavity having an input coupler for supplying high frequency power to the cavity body, provided a plurality of general purpose cryocooler having heat stage two stages, a plurality of general-purpose cryogenic refrigeration the cold side of the heat stage of the machine, characterized in that connecting the harmonic couplers and other identifiable heat penetration locations are empty cylinder body and the input coupler and heat penetration sources other than the input coupler by heat transfer path.

【0018】請求項7記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、請求項3または4記載の超電導高周波加速空胴において、高温側ヒートステージは80K、低温側ヒートステージは20Kである汎用極低温冷凍機であることを特徴とする。 The superconducting RF cavity according to the invention of claim 7, wherein the universal cryogenic A superconducting RF cavity according to claim 3 or 4, the high-temperature side heat stage is 80K, the low-temperature side heat stage is 20K characterized in that it is a refrigerator.

【0019】請求項8記載の発明に係る超電導高周波加速空胴は、請求項5または6記載の超電導高周波加速空胴において、高温側ヒートステージは40K、低温側ヒートステージは4Kである汎用極低温冷凍機であることを特徴とする。 The superconducting RF cavity according to the invention of claim 8, universal cryogenic A superconducting RF cavity according to claim 5 or 6, wherein the high-temperature side heat stage is 40K, the low-temperature side heat stage is 4K characterized in that it is a refrigerator.

【0020】請求項9記載の発明に係る粒子加速器は、 The particle accelerator according to the invention of claim 9, wherein the
請求項1ないし8のいずれかに記載の超電導高周波加速空胴を備えたことを特徴とする。 Claims 1, characterized in that it comprises a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to any one of 8.

【0021】 [0021]

【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説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be explained with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention.

【0022】[第1実施形態]図1は本発明に係る超電導高周波加速空胴の第1実施形態を示す構成図である。 [0022] [First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention.
なお、上記した従来技術と同一の構成部分については、 As for the prior art and like components of the above-described,
図6と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 A detailed description thereof is omitted the same reference numerals as FIG.

【0023】図1に示すように空胴本体1は、超電導材料であるニオブ材により図1に示す形状に製作され、空胴本体1の外側には、液体へリウムを収納し空胴本体1 The cavity body 1 as shown in FIG. 1, the niobium material which is superconducting material is fabricated into the shape shown in FIG. 1, on the outer side of the cavity body 1, the cavity body 1 houses the helium to a liquid
を極低温状態にするためのへリウム液溜槽2が設けられている。 It is helium liquid reservoir tank 2 to the extremely low temperature is provided to.

【0024】このへリウム液溜槽2は、軸方向の長さを空胴本体1とビームパイプ7との接続部分までとし、空胴本体1のみを液体ヘリウムに浸漬して超電導状態に保持している。 The helium liquid reservoir tank 2 to this, the axial length and to the connection portion between the cavity body 1 and the beam pipe 7, to hold the superconducting state by immersing only cavity body 1 in liquid helium there. また、へリウム液溜槽2の外側には、クライオスタット全体を構成する輻射熱シールド3および真空容器4が設けられている。 Further, on the outside of the helium liquid reservoir tank 2 to the radiant heat shield 3 and the vacuum vessel 4 constitute the entire cryostat is provided. そして、輻射熱シールド3 Then, radiant heat shield 3
にはへリウム供給ポート10が設置され、このへリウム供給ポート10からへリウム液溜槽2内に液体へリウムを供給することにより、空胴本体1が冷却される。 Potassium supply port 10 is installed to the, by supplying helium to the liquid helium liquid reservoir tank 2 to the helium supply port 10 to this, the cavity body 1 is cooled.

【0025】一方、ビームの加速に必要な高周波電力は、入力ポート5に取り付けられる入力カプラー6から空胴本体1の加速空胴に供給され、ビームの加速に使用される。 On the other hand, the high-frequency power required for acceleration of the beam is supplied from the input coupler 6 to be attached to input port 5 to the accelerating cavity of the cavity body 1, it is used to accelerate the beam. 入力ポート5は、電子用では空胴本体1の両端に接続されたビームパイプ7に設けられる。 Input port 5 is provided in the beam pipe 7 connected to both ends of the cavity body 1 is for electrons.

【0026】ここで、超電導用として留意しなければならないことは、高周波損失と常温側からの熱侵入であるため、入力カプラー6の外側には、空胴本体1用のヘリウム液溜槽2とは別のへリウム液溜槽11が設けられるとともに、空胴本体1を冷却するへリウム冷凍機10a [0026] Here, it should be noted as superconducting are the heat intrusion from the high-frequency loss and the room temperature side, on the outside of the input coupler 6, a liquid helium reservoir tank 2 for cavity body 1 with potassium liquid reservoir tank 11 another one to is provided, helium refrigerator 10a to cool the cavity body 1
とは別の入力カプラー6専用のへリウム冷凍機12aからのヘリウム供給ポート12が設けられている。 Helium supply port 12 from another input coupler 6 helium refrigerator 12a to Dedicated is provided with.

【0027】すなわち、入力カプラー6の外側に設けられたへリウム液溜槽11には、真空容器4に取り付けられたへリウム供給ポート12から液体へリウムが供給されることで、入力カプラー6から空胴本体1に侵入する熱を減少させている。 [0027] That is, the potassium solution reservoir tank 11 to that provided on the outside of the input coupler 6 is that the helium from the helium supply port 12 to the attached to the vacuum container 4 to the liquid supplied, air from the input coupler 6 and reducing the heat entering the cylinder body 1.

【0028】また、図1に示す実施形態では、ビームパイプ7を介して入力ポート5と相対する位置に設置されたモニター用ポート13およびモニタープローブ14のポート接続部も、同じへリウム冷凍機12aからへリウム液溜槽11に液体へリウムを供給することにより冷却される。 Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the port connection portion of the monitoring port 13 and the monitor probe 14 installed in a position opposite the input port 5 via the beam pipe 7 also helium refrigerator 12a to the same It is cooled by supplying helium to the liquid helium liquid reservoir tank 11 from to.

【0029】次に、第1実施形態の作用を説明する。 [0029] Next, operation of the first embodiment.

【0030】入力カプラー6の取付ポート部分、すなわち入力カプラー6とビームパイプ7との接続部に、空胴本体1用のへリウム冷凍機10aとは別のへリウム冷凍機12aから供給されるヘリウムの供給ポートを設け、 The attachment port portion of the input coupler 6, i.e. the connection between the input coupler 6 and the beam pipe 7, helium and helium refrigerator 10a to the air-fuel cylinder body 1 which is supplied from another of the helium refrigerator 12a the supply port disposed of,
入力カプラー6と空胴本体1の冷却系を分離して構成したことにより、常温から空胴本体1へ侵入する熱のうち半分以上を、空胴本体1を冷却するへリウム冷凍機10 With the arrangements by separating the input coupler 6 and the cooling system of the cavity body 1, more than half of the heat that penetrates from room temperature to the cavity body 1, helium refrigerator 10 to cool the cavity body 1
aではなく、入力カプラー6の接続部を冷却する専用のへリウム冷凍機12aで冷却している。 Rather than a, it is cooled by helium refrigerator 12a to Dedicated cooling the connecting portion of the input coupler 6. これにより、常温からの侵入熱を取り去り、空胴本体1への入熱量を抑えている。 Thus, removal of the heat entering from the normal temperature, thereby suppressing the amount of heat input to the cavity body 1.

【0031】このように本実施形態によれば、入力カプラー6と空胴本体1の冷却系を分離して構成したことにより、空胴本体1のへリウム液溜槽2を空胴本体1とビームパイプ7との接続部一端から接続部他端にまで限定することができるので、へリウム液溜槽2の大きさを小さくすることができ、その分、空胴本体1を冷却するために消費する液体ヘリウム量を減少することができ、空胴本体1のクライオスタットの構造を簡略化することが可能であり、さらに、空胴本体1を冷却するへリウム冷凍機10を小型化することができる。 According to this embodiment, by constructing separates the cooling system of the input coupler 6 and the cavity body 1, cavity body 1 a helium liquid reservoir tank 2 to the cavity body 1 of the beam can be limited from the connection end of the pipe 7 to the connection part the other end, to be able to reduce the size of the helium liquid reservoir tank 2, that amount is consumed to cool the cavity body 1 can reduce the liquid helium amount, it is possible to simplify the structure of the cryostat of the cavity body 1, furthermore, it is possible to reduce the size of the helium refrigerator 10 to cool the cavity body 1.

【0032】また、高周波特性の優れたへリウムの超流動温度まで冷却する超電導高周波加速空胴においては、 Further, in the superconducting radio-frequency acceleration cavity cooled to superfluid temperature helium to excellent high frequency characteristics,
空胴本体1のみを超流動温度まで冷却して、入力カプラー6の接続部分を従来の4K超電導または高温超電導状態とし、高価で複雑な超流動冷凍システムの適用範囲を減少するようにすれば、結果として、超流動温度による超電導高周波加速空胴のクライオスタットの構造を安価で簡素化することが可能となる。 Only cavity body 1 was cooled to superfluid temperature, and a connecting portion of the input coupler 6 and conventional 4K superconducting or HTS state, if to reduce the scope of the expensive and complicated superfluid refrigeration system, as a result, it is possible to simplify and inexpensive structure of the cryostat of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according superfluid temperature.

【0033】さらに、本実施形態の超電導高周波加速空胴を粒子加速器に適用することで、粒子加速器全体のヘリウム冷凍システムを小型化することができる。 Furthermore, a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to this embodiment by applying the particle accelerator, it is possible to reduce the size of the helium refrigeration system of the entire particle accelerator.

【0034】なお、前記第1実施形態の超電導高周波加速空胴においては、入力ポート5以外の熱侵入源となるΗOMカプラー8、このΗOMカプラー8が取り付けられるΗOMポート15や、図1に示すその他の特定可能な熱侵入箇所であるモニター用ポート13およびモニタープローブ(高周波信号用ピックアップモニタ)14 [0034] Incidentally, in the above superconducting RF cavity of the first embodiment, ItaOM coupler 8 as a heat penetration sources other than the input port 5, and ItaOM port 15 this ItaOM coupler 8 is attached, other shown in FIG. 1 identifiable heat penetration is a position monitoring port 13 and the monitor probe (high frequency signal pickup monitor) 14
を、空胴本体1のヘリウム冷凍機10aから切り離して、別の冷凍系で冷却して侵入熱を抑えるようにしてもよい。 And separately from the cavity body 1 of the helium refrigerator 10a, may be suppressed heat intrusion is cooled by another refrigeration system.

【0035】また、ΗOMカプラー8やモニタープローブ14は、入力カプラー6に比べて熱侵入量が極端に少ないので、図1に示すように入力カプラー6のへリウム冷凍機12aに含めて、共に冷却するようにしてもよい。 Further, ItaOM couplers 8 or monitor probe 14, since the amount of heat penetration is extremely small compared to the input coupler 6, including the helium refrigerator 12a to the input coupler 6 of, as shown in FIG. 1, both cooling it may be. したがって、1台のへリウム冷凍機12aから複数の伝熱パスを設けて冷却することで、ヘリウムを供給する冷凍機の台数を減らすことが可能となる。 Thus, by cooling provided one of the plurality of heat transfer paths from the helium refrigerator 12a to, it is possible to reduce the number of the refrigerator to supply helium.

【0036】[第2実施形態]図2は本発明に係る超電導高周波加速空胴の第2実施形態を示す構成図である。 [0036] [Second Embodiment] FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention.
なお、前記第1実施形態と同一または対応する部分には、同一の符号を付して説明する。 Incidentally, wherein the first embodiment and the same or corresponding parts, are denoted by the same reference numerals. 以下の各実施形態も同様である。 The following embodiments are also the same.

【0037】本実施形態では、空胴本体1のへリウム冷凍機10以外で入力カプラー6などを冷却する冷凍系において、へリウム循環ループを自身で有したヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機16を用い、入力カプラー6の冷却部に液体へリウムを使用しないで、伝熱作用により冷却する。 [0037] In the present embodiment, the general-purpose cryogenic refrigeration having a refrigeration system for cooling the like input coupler 6 except helium refrigerator 10 to the cavity body 1 of the heat stage having a helium circulation loop itself to 2-stage using machine 16, without using the helium to the liquid in the cooling unit of the input coupler 6, it is cooled by heat transfer effects.

【0038】すなわち、2段ステージに構成される汎用極低温冷凍機16は、真空容器4に取り付けられ、高温側のステージであるその1段目が空胴本体1のクライオスタットの輻射熱シールド3に接続されて伝熱により冷却する。 [0038] That is, the second stage to a general purpose cryocooler 16, attached to the vacuum container 4, connected the first stage is a high temperature side of the stage to the radiant heat shield 3 of the cryostat of the cavity body 1 It has been cooled by heat transfer. また、低温側のステージである2段目は直接入力カプラー6に接続されて冷却する。 The second stage is a low temperature side of the stage is cooled is connected to the input coupler 6 directly. この際、低温時の熱収縮を考慮して、汎用極低温冷凍機16の伝熱部分にはフレキシブル導体16aが設けられ、このフレキシブル導体16aにより機器の熱収縮,膨張を吸収するようにしている。 In this case, in consideration of heat shrinkage at low temperature, the heat transfer portion of the universal cryogenic refrigerator 16 is provided a flexible conductor 16a, so as to absorb thermal contraction of the equipment, the expansion by the flexible conductor 16a .

【0039】次に、第2実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the second embodiment.

【0040】入力カプラー6などを別系統で冷却する冷凍システムにおいて、へリウム循環ループを自身で有したヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機16を用い、入力カプラー6の冷却部に液体へリウムを使用しないで、伝熱により極低温に冷却する。 [0040] In a refrigeration system for cooling the like input coupler 6 which is independently, to a heat stage having a helium circulation loop by itself using a general purpose cryocooler 16 with two stages, to the liquid in the cooling unit of the input coupler 6 without using helium is cooled to a cryogenic temperature by the heat transfer. つまり、液体へリウムで直接冷却しない汎用極低温冷凍機16を用いて、外部から空胴本体1へ入る熱を途中の伝熱パスで取り去ることにより、空胴本体1における高周波以外の要因による入熱を極力抑えることができる。 That is, using a general-purpose cryogenic refrigerator 16 which is not directly cooled by the helium to a liquid, by removing in the middle of the heat transfer path of heat entering the cavity body 1 from the outside, input due to factors other than RF in the cavity body 1 heat can be a suppressed as much as possible. 加えて、液体へリウムを使用する範囲を減少させることができる。 In addition, it is possible to reduce the range to use the helium to a liquid.

【0041】ここで、汎用極低温冷凍機16は、冷凍機へッドと圧縮機との間をヘリウムが循環するタイプの冷凍機で、一度冷却管にへリウムを充填すると、かなりの期間(通常1年以上)へリウムを補給することなく運転可能である。 [0041] Here, the general-purpose cryogenic refrigerator 16, between the head to the refrigerator compressor type refrigerator helium is circulated and filled once helium into the cooling tube, a considerable period of time ( it can be operated without having to supply the helium to the usually more than one year). これにより、空胴本体1に対する侵入熱を減少することができ、その分空胴本体1で消費するへリウム量を減少させることができる。 Thus, it is possible to reduce the heat intrusion against the cavity body 1, it is possible to reduce the helium amount to be consumed by that amount cavity body 1.

【0042】このように本実施形態によれば、空胴本体1を冷却するへリウム冷凍機10の冷却範囲を、空胴本体1に限定することができるので、へリウム液溜槽2の大きさを極力小さくすることができる。 [0042] According to this embodiment, the cooling range of helium refrigerator 10 to cool the cavity body 1, it is possible to limit the cavity body 1, to the helium liquid reservoir tank 2 size the can be as small as possible. また、空胴本体1の高周波特性による発熱のみの冷却に汎用極低温冷凍機16を使用することで、液体へリウムの消費量を減少させることができる。 In addition, the use of general-purpose cryocooler 16 to cool only the heat generated by the high frequency characteristics of the cavity body 1, it is possible to reduce the consumption of helium to the liquid. さらに、クライオスタット内部の構造を簡略化することができ、それに応じて真空容器4 Furthermore, it is possible to simplify the internal structure cryostat vacuum vessel 4 accordingly
も小さくすることができる。 It can also be reduced.

【0043】[第3実施形態]図3は本発明に係る超電導高周波加速空胴の第3実施形態を示す構成図である。 [0043] [Third Embodiment] FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention.

【0044】本実施形態では、前記第2実施形態の構成に加え、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機16が輻射熱シールド3に2つ設置され、これらの汎用極低温冷凍機16により入力カプラー6の冷却以外に、 [0044] In this embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment, the general-purpose cryogenic refrigerator 16 having a heat stage two stages are installed two radiant heat shield 3, an input these generic cryogenic refrigerator 16 in addition to cooling of the coupler 6,
空胴本体1のへリウム液溜槽2の外側に設けられた輻射熱シールド3の冷却に使用される。 Cavity body 1 of the being used for cooling the radiant heat shield 3 which is provided outside the helium liquid reservoir tank 2.

【0045】また、本実施形態では、輻射熱シールド3 [0045] In addition, in the present embodiment, the radiant heat shield 3
とへリウム液溜槽2との間の輻射熱を抑えるために、汎用極低温冷凍機16の低温側のステージである2段目のステージを利用して、第2の輻射熱シールド17がへリウム液溜槽2の外側に新たに設けられている。 In order to suppress the radiant heat between the helium liquid reservoir tank 2 to the preparative, by utilizing the second stage of the stage is a low temperature side of the stage of the universal cryogenic refrigerator 16, helium liquid reservoir tank to the second radiation heat shield 17 It is additionally provided on the outside of two. すなわち、本実施形態では、空胴本体1を収納するへリウム液溜槽2と第1の輻射熱シールド3との間に、第2の輻射熱シールド17を設け、この第2の輻射熱シールド17 That is, in this embodiment, between the helium liquid reservoir tank 2 and the first radiation heat shield 3 to the housing a cavity body 1, provided the second radiation heat shield 17, the second radiation heat shield 17
で入力カプラー6部分および空胴本体1を覆っている。 In covering the input coupler 6 portions and the cavity body 1.

【0046】これら第1の輻射熱シールド3と第2の輻射熱シールド17は、従来通り銅で製作することも可能であるが、シールドを1層増加したことで、重量面およびコスト面を考慮してアルミニウムで製作して、重量およびコストの増加を抑えることができる。 [0046] These first radiant heat shield 3 and the second radiation heat shield 17, it is also possible to manufacture in a conventional copper, that increased shielding one layer, in consideration of the weight surface and cost and made of aluminum, it is possible to suppress an increase in weight and cost.

【0047】なお、本実施の形態では、たとえば低温側ステージの温度が20K、高温側ステージの温度が80 [0047] In the present embodiment, for example, the temperature of the low temperature-side stage is 20K, the temperature of the high temperature side stage 80
Kという温度が適している。 Temperature is suitable that K.

【0048】次に、第3実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the third embodiment.

【0049】空胴本体1のクライオスタットの断熱真空槽にある輻射熱シールド3を第1のシールドとするとともに、新たに第2の輻射熱シールド17を設け、汎用極低温冷凍機16を入力カプラー6だけでなく、高温側と低温側の2つステージを各々第1の輻射熱シールド3および第2の輻射熱シールド17に接続し、空胴本体1のクライオスタットの冷却に利用することで、空胴本体1 [0049] The radiant heat shield 3 on the heat insulating vacuum vessel of the cryostat of the cavity body 1 while the first shield, newly provided second radiation heat shield 17, only the input coupler 6 a generic cryogenic refrigerator 16 without, by connecting two stages of hot and cold sides in each first radiant heat shield 3 and the second radiation heat shield 17 is used to cool the cryostat cavity body 1, the cavity body 1
への熱侵入量を減少させることができる。 It is possible to reduce the amount of inserted heat of the. その結果、入力カプラー6からの入熱だけでなく、輻射などによる空胴本体1への熱侵入を汎用極低温冷凍機16だけで除熱することが可能となる。 As a result, not only the heat input from the input coupler 6, it is possible to heat removal heat penetration into the cavity body 1 due to radiation alone universal cryogenic refrigerator 16.

【0050】このように本実施形態によれば、従来、輻射熱シールド3を冷却していた液体窒素あるいはガスヘリウムを使用しないで、汎用極低温冷凍機16の伝熱だけで空胴本体1のクライオスタットの熱シールドの冷却が可能となる。 [0050] According to the present embodiment, conventionally, without using liquid nitrogen or a gas helium was cooled radiant heat shield 3, of the cavity body 1 only by heat transfer of generic cryogenic refrigerator 16 cryostat cooling of the heat shield is possible. したがって、空胴本体1を液体ヘリウムで浸漬したへリウム液溜槽2に対する大気側からの輻射および伝熱による熱侵入を減らすことができ、それに伴い空胴本体1で消費するへリウム量を減少させることができる。 Accordingly, the cavity body 1 can reduce the heat penetration due to radiation and heat transfer from the atmosphere side with respect to helium liquid reservoir tank 2 to that immersed in liquid helium, reduces the helium amount to be consumed by the cavity body 1 with it be able to.

【0051】また、第1と第2の2段の輻射熱シールドをアルミニウムなどで構成することにより、サポートなども簡素化することができ、結果として構造の簡略化したクライオスタットを製作することができる。 [0051] Further, by forming the first and second 2-stage radiant heat shield such as aluminum, supports, etc. can also be simplified, it is possible to manufacture a simplified cryostat as a result structure.

【0052】なお、本実施形態の場合では、たとえば低温側ステージは20K、高温側ステージは80Kという温度が最も適している。 [0052] In the case of the present embodiment, for example, the low temperature-side stage is 20K, the high temperature-side stage temperature of 80K is most suitable.

【0053】[第4実施形態]図4は本発明に係る超電導高周波加速空胴の第4実施形態を示す構成図である。 [0053] [Fourth Embodiment] FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention.

【0054】本実施形態では、前記第3実施形態におけるヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機16の代わりに、さらに低温のステージを2段有する汎用極低温冷凍機19を使用することにより、前記第1と第2の輻射熱シールドを一体化して輻射熱シールド20として、シールドの構造を前記第1および第2実施形態のように1段にする。 [0054] In this embodiment, instead of the general-purpose cryogenic refrigerator 16 having two stages of heat stage of the third embodiment, by using a general-purpose cryocooler 19 with two more stages of cold stage, as the radiation heat shield 20 by integrating the first and second radiant heat shield, the structure of the shield to one stage like the first and second embodiments. この輻射熱シールド20は、銅またはアルミニウムにより製作される。 The radiant heat shield 20 is fabricated of copper or aluminum.

【0055】また、本実施形態では、入力ポート5と入力カプラー6との接続部にも、前記低温のヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機19の低温側の2段目のステージが接続されている。 Further, in this embodiment, also connection of the input port 5 and the input coupler 6, the second-stage stage of the low temperature side of the universal cryocooler 19 with two stages of the low temperature heat stages connected It is. さらに、入力ポート5の低温側のステージは、伝熱パス21によりその他の熱侵入源であるΗOMカプラー8やモニタープローブ14の接続部分であるHOMポート15とモニター用ポート1 Further, the low temperature side of the stage input port 5, HOM port 15 and the monitor port 1 is a connecting portion of the ΗOM coupler 8 and the monitor probe 14 is other heat penetration sources by the heat transfer path 21
3と接続され冷却される。 3 is connected to be cooled.

【0056】この伝熱パス21は、純度の高いアルミニウムシートを積層した後に互いに接着して構成することにより、良好なフレキシブル性および熱伝導性を得ることができる。 [0056] The heat transfer path 21, by constituting adhere to one another after laminating the high aluminum sheet purity, it is possible to obtain a good flexibility and thermal conductivity.

【0057】なお、本実施形態では、たとえば低温側ステージの温度が4K、高温側ステージの温度が40Kという温度が適している。 [0057] In the present embodiment, for example, the temperature of the low temperature-side stage is 4K, the temperature of the high temperature-side stage is suitable temperature of 40K.

【0058】次に、第4実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the fourth embodiment.

【0059】汎用極低温冷凍機16の代わりに、さらに低温のヒートステージを有する汎用極低温冷凍機19を利用し、空胴のクライオスタットの真空槽にあって、液体窒素あるいはヘリウムガスで冷却している熱シールドを、汎用極低温冷凍機19の高温側のステージに接続して冷却する。 [0059] Instead of a general-purpose cryogenic refrigerator 16, further utilizing a generic cryocooler 19 with a low temperature heat stage, in the vacuum chamber of the cryostat of the cavity, and cooled with liquid nitrogen or helium gas the heat shield are cooled by connecting the hot side of the stage of the universal cryogenic refrigerator 19.

【0060】この汎用極低温冷凍機19の低温側のステージは、空胴本体1を収納しているへリウム液溜槽2に接続することで、空胴本体1の冷却の補助とする。 [0060] low-temperature side of the stage of the universal cryogenic refrigerator 19, by connecting to the helium liquid reservoir tank 2 to the housing the cavity body 1, to aid in the cooling cavity body 1. これにより、前記第2実施形態で設けた第1の輻射熱シールドを削除して、従来のへリウム液溜槽2と真空断熱層に設けた輻射熱シールド20の2段構造とすることができる。 Thus, it is possible to two-stage structure of the second to remove the first radiation heat shield provided in the embodiment, helium liquid reservoir tank 2 and the radiant heat shield 20 provided in the vacuum insulation layer to a conventional's.

【0061】また、へリウム液溜槽2の中に設けられた空胴本体1だけでなく、へリウム液溜槽2から外側のビームパイプ7、入力ポート5の部分、およびビームパイプ7からΗOMポート15とモニター用ポート13までの部分を液体ヘリウムで冷却しないで、超電導状態に冷却することができる。 [0061] Further, the cavity body 1 not only, to the helium liquid reservoir tank 2 from the outer beam pipe 7 provided in the helium liquid reservoir tank 2 to the portion of the input ports 5, and ΗOM port 15 from the beam pipe 7 the portion up to monitor port 13 without cooling with liquid helium can be cooled to a superconducting state.

【0062】このように本実施形態によれば、輻射熱シールドを従来通り1段にするとともに、この輻射シールドの温度をさらに下げることにより、空胴本体1への熱侵入量を減少させることができる。 [0062] According to this embodiment, while the one-stage conventional radiant heat shield, by further lowering the temperature of the radiation shield, it is possible to reduce the amount of inserted heat of the cavity body 1 . また、輻射熱シールド20をアルミニウムで構成することにより、クライオスタットの構造を軽量で簡略化することができる。 Furthermore, the radiant heat shield 20 by made of aluminum, it is possible to simplify a lightweight structure of the cryostat.

【0063】さらに、高周波特性の影響の大きい空胴本体1のみを1.8K超流動状態とし、高周波損失の少ない入力ポート6やビームパイプ7は、液体へリウムを使用せずに、2段の汎用極低温冷凍機19の低温側の2段目のステージを使用し、伝熱により従来の4K超電導状態と区別することができる。 [0063] Further, only the larger cavity body 1 of the effects of high-frequency characteristics and 1.8K superfluid state, the input port 6 and the beam pipe 7 small high-frequency loss, without the use of helium to the liquid, the two-stage using the second-stage stage of the low temperature side of the universal cryogenic refrigerator 19, it can be distinguished from conventional 4K superconducting state by heat transfer.

【0064】[第5実施形態]図5は本発明に係る超電導高周波加速空胴の第5実施形態を示す構成図である。 [0064] [Fifth Embodiment] FIG 5 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention.

【0065】本実施形態では、従来のように空胴本体1 [0065] In the present embodiment, the cavity as in the conventional body 1
を収納していたへリウム液溜槽2をなくし、第4実施形態のようにさらに低温のヒートステージを有する2段汎用極低温冷凍機19が複数個(本実施の形態では3個) Eliminating the helium liquid reservoir tank 2 to that used to house, two-stage universal cryogenic refrigerator 19 further has a cold heat stage as in the fourth embodiment a plurality (three in this embodiment)
取り付けられ、そのうちの2個の汎用極低温冷凍機19 Mounted, two universal cryocooler 19 of which
の低温側ステージが伝熱パス23により空胴本体1に接続されている。 Cold-side stage is connected to the cavity body 1 by the heat transfer path 23.

【0066】また、別の汎用極低温冷凍機19の低温側ステージは、別の伝熱パス21により前記第4実施形態と同様に入力ポート6やΗOMポート14などに接続され、それらを冷却する。 [0066] Also, the low temperature-side stage of another universal cryogenic refrigerator 19, by a separate heat transfer path 21 is connected such to the fourth embodiment similarly to the input port 6 and ΗOM port 14 to cool them . クライオスタットは、空胴本体1の外側に輻射熱シールド20が設けられ、この輻射熱シールド20の外側が真空容器4により囲まれている。 Cryostat, radiant heat shield 20 is provided on the outside of the cavity body 1, outside the radiant heat shield 20 is surrounded by a vacuum vessel 4.

【0067】したがって、本実施形態では、空胴におけるビームロスによる発熱量が比較的小さい空胴において、空胴用クライオスタットに液体ヘリウムを使用しないで、外部からの熱侵入および空胴自身の発熱の全てを汎用極低温冷凍機19の低温側ステージからの伝熱により冷却している。 [0067] Thus, in the present embodiment, in a relatively small cavity is the amount of heat generated by the beam loss in the cavity, without using liquid helium in the cavity cryostat, all heat penetration and cavity itself heating from the outside It is cooled by heat transfer from a low temperature-side stage of the universal cryogenic refrigerator 19.

【0068】なお、本実施形態では、たとえば低温側ヒートステージの温度は4K、高温側ヒートステージ温度が40Kが最も適する。 [0068] In the present embodiment, for example, the temperature of the low-temperature side heat stage is 4K, the high temperature-side heat stage temperature 40K is most suitable.

【0069】次に、第5実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the fifth embodiment.

【0070】電流量が小さく空胴本体1におけるビームロスの比較的小さい空胴においては、液体へリウムで直接冷却することなしに、さらに低温のヒートステージを有する2段汎用極低温冷凍機19の低温側冷却熱量だけで、空胴本体1を超電導状態に冷却する。 [0070] In the relatively small cavity of beam loss in the amount of current is small cavity body 1, without directly cooled by helium to liquid, lower temperatures of the two-stage universal cryogenic refrigerator 19 having the low temperature heat stages only side cooling heat, cooling the cavity body 1 in the superconducting state.

【0071】そして、空胴1台に対して冷却能力が足りない場合は、複数個の汎用極低温冷凍機19を並べて空胴本体1の冷却を行う。 [0071] Then, if the missing cooling capacity for a single cavity, to cool the cavity body 1 by arranging a plurality of general-purpose cryogenic refrigerator 19. これにより、空胴を直接冷却する液体へリウムを全て排除し、空胴のクライオスタットの構造を簡素化することができるとともに、従来、超電導高周波加速空胴には不可欠だった大規模なヘリウム冷凍系を排除することが可能となる。 Thus, eliminating all the helium to a liquid for cooling the cavity directly, it is possible to simplify the structure of the cryostat of the cavity, conventionally, a large helium refrigeration system was essential for the superconducting RF cavity it is possible to eliminate.

【0072】このように本実施形態によれば、ヘリウム液溜槽2を空胴のクライオスタットから排除することで、クライオスタットを従来より小さく簡素な構造にできるだけでなく、空胴の外にあって、液体へリウムを空胴に供給するとともに、空胴からの発熱により気化したへリウムを液体化して液体へリウムを循環させるような高価で複雑なヘリウム冷凍系を空胴に設置しなくても済む。 [0072] According to this embodiment, by eliminating liquid helium reservoir tank 2 from the cryostat of the cavity, not only a cryostat conventionally small simple structure, in the outside of the cavity, the liquid supplies helium to the cavity to, it is not necessary to install a complicated helium refrigeration system cavity of helium into vaporized by heat from the cavity in expensive as to circulate the helium and liquefied into liquid.

【0073】[適用例]なお、前記第1実施形態においては説明したが、これ以外に前記第2〜第5実施形態の超電導高周波加速空胴のいずれかを粒子加速器としての線型加速器,シンクロトロンまたは蓄積リングに適用することにより、線型加速器全体,リング全体のクライオスタットの構造を簡略化することができるとともに、線形加速器の全長,リングの全長を短くすることができる。 [0073] [Application Example] Note that, in the above first embodiment has been described, the second to either the linear accelerator as particle accelerator superconducting RF cavity of the fifth embodiment other than this, synchrotron or by applying to the storage ring, the entire linear accelerator, it is possible to simplify the structure of the entire ring cryostat, the total length of the linear accelerator, it is possible to shorten the overall length of the ring. また、へリウム消費量を減らすことができるため、 Further, it is possible to reduce the helium consumption to,
全体としてのヘリウム冷凍系を縮小することができる。 It can be reduced as a whole helium refrigeration system.

【0074】 [0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1 As described in the foregoing, the first aspect of the present invention
〜6に記載の超電導高周波加速空胴によれば、外部からの熱侵入で大きな要因を占める入力カプラー部分に、空胴本体とは別の冷凍系、例えばへリウムで直接冷却しない極低温冷凍機を用いることにより、従来のへリウム冷凍機を空胴本体に限定し、その分液体へリウムの消費量を減らすことができる。 According to the superconducting RF cavity according to 6, the input coupler moiety occupies a large factor in heat penetration from the outside, another refrigeration system and cavity body, a cryogenic refrigerator that does not directly cooled by helium to example by using the conventional of the helium refrigerator is limited to cavity body, it is possible to reduce the consumption of helium to that amount liquid. したがって、超電導高周波加速空胴のクライオスタットの構造を、従来より単純な構造で製作することができ、空胴本体を冷却するへリウム冷凍機を小型化することができる。 Therefore, the structure of the cryostat of a superconducting radio-frequency acceleration cavity, can be made conventionally with a simple structure, it is possible to reduce the size of the helium refrigerator to cool the air cylinder body.

【0075】また、請求項7のように、請求項1ないし6のいずれかに記載の超電導高周波加速空胴を、線形加速器,シンクロトロンまたは蓄積リングなどの粒子加速器に用いることにより、へリウム冷凍システムを含めた設備全体を簡素化することができるとともに、システム全体をコンパクトにすることができる。 [0075] Also, as in claim 7, a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to any one of claims 1 to 6, a linear accelerator, by using a particle accelerator such as a synchrotron or storage ring, the helium refrigeration it is possible to simplify the entire facility, including the system can be the entire system compact.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明に係る超電導高周波加速空胴の第1実施形態を示す構成図。 Diagram showing a first embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention; FIG.

【図2】本発明に係る超電導高周波加速空胴の第2実施形態を示す構成図。 Diagram showing a second embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention; FIG.

【図3】本発明に係る超電導高周波加速空胴の第3実施形態を示す構成図。 Diagram showing a third embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention; FIG.

【図4】本発明に係る超電導高周波加速空胴の第4実施形態を示す構成図。 Block diagram showing a fourth embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention; FIG.

【図5】本発明に係る超電導高周波加速空胴の第5実施形態を示す構成図。 Configuration view showing a fifth embodiment of a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to the present invention; FIG.

【図6】従来の超電導高周波加速空胴を示す構成図。 Figure 6 is a configuration diagram showing a conventional superconducting RF cavity.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 空胴本体 2 ヘリウム液溜槽 3 第1の輻射熱シールド 4 真空容器 5 高周波電力供給ポート(入力ポート) 6 入力カプラー 7 ビームパイプ 8 ΗOΜカプラー 9 ピエゾ圧電素子チューナ 10 へリウム供給ポート 10a ヘリウム冷凍機 11 入力カプラー用ヘリウム液溜槽 12 入力カプラー用ヘリウム供給ポート 12a ヘリウム冷凍機 13 モニター用ポート 14 モニタープローブ 15 ΗOMポート 16 汎用極低温冷凍機 16a フレキシブル導体 17 第2の輻射熱シールド 19 汎用極低温冷凍機 20 輻射熱シールド 21 伝熱パス 23 伝熱パス 1 cavity body 2 liquid helium reservoir tank 3 a first radiant heat shield 4 vacuum vessel 5 high frequency power supply port (input port) 6 input coupler 7 beam pipe 8 Itaomyu coupler 9 piezoelectric element helium to the tuner 10 feeding port 10a helium refrigerator 11 helium supply port 12a helium refrigerator 13 monitored port input coupler for liquid helium reservoir tank 12 input coupler 14 monitors the probe 15 ItaOM port 16 universal cryogenic refrigerator 16a flexible conductor 17 second radiant heat shield 19 universal cryogenic refrigerator 20 radiant heat shield 21 heat transfer path 23 heat transfer path

Claims (9)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 空胴本体と、この空胴本体を極低温状態にするためのヘリウム液溜槽と、このへリウム液溜槽に液体へリウムを供給するヘリウム冷凍機と、このヘリウム冷凍機から供給されるヘリウムをヘリウム液溜槽に導くヘリウム供給ポートと、前記へリウム液溜槽の外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、前記入力カプラーの取付ポート部分に、前記空胴本体と別系統のヘリウム冷凍機とヘリウム供給ポートとを設け、前記入力カプラーと前記空胴本体の冷却系を分離して構成したことを特徴とする超電導高周波加速空胴。 [1 claim: a cavity body, a liquid helium reservoir tank to the cavity body cryogenic state, and the helium refrigerator supplying helium to the liquid helium liquid reservoir tank to the supply from the helium refrigerator and helium supply port for guiding the helium is in liquid helium reservoir tank, and the radiant heat shield and vacuum vessel arranged outside of the helium liquid reservoir tank to said, a beam pipe connected to said opposite ends of the cavity body, said cavity body a superconducting RF cavity having an input coupler for supplying high-frequency power, to the mounting port portion of said input coupler, and the cavity body and a separate system of the helium refrigerator and the helium supply port provided in said input coupler superconducting RF cavity, characterized by being configured to separate the cooling system of the cavity body and.
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超電導高周波加速空胴において、ヘリウム冷凍機とヘリウム供給ポートは、入力カプラー以外の熱侵入源である高調波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所のそれぞれに設けたことを特徴とする超電導高周波加速空胴。 2. A superconducting RF cavity according to claim 1, the helium refrigerator and the helium supply port are each harmonic couplers and other identifiable heat penetration portion is heat penetration sources other than the input coupler superconducting RF cavity, characterized in that provided.
  3. 【請求項3】 空胴本体と、この空胴本体を極低温状態にするためのヘリウム液溜槽と、このヘリウム液溜槽に液体ヘリウムを供給するヘリウム冷凍機と、このヘリウム冷凍機から供給されるヘリウムをヘリウム液溜槽に導くヘリウム供給ポートと、前記ヘリウム液溜槽の外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、前記入力カプラーの冷却もしくは前記入力カプラー以外の熱侵入源である高調波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所のそれぞれの冷却を行う冷凍機は、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機であることを特徴とする超電導高周波加速空胴。 3. A cavity body, a liquid helium reservoir tank to the cavity body cryogenic state, and the helium refrigerator for supplying liquid helium to the liquid helium reservoir tank is supplied from the helium refrigerator and helium supply port for guiding the helium liquid helium reservoir tank, and the radiant heat shield and vacuum vessel disposed outside of said liquid helium reservoir tank, a beam pipe connected to both ends of the cavity body, a high frequency power to the cavity body a superconducting RF cavity having an input coupler for supplying, performing respective cooling harmonic couplers and other identifiable heat penetration portion is a cooling or heat leakage sources other than the input coupler of the input coupler refrigerator, superconducting RF cavity, which is a general-purpose cryogenic refrigerator having a heat stage two stages.
  4. 【請求項4】 請求項3記載の超電導高周波加速空胴において、輻射熱シールドが前記汎用極低温冷凍機の高温側のヒートステージと同温度の第1の輻射熱シールドであって、この第1の輻射熱シールドと空胴本体を収納するへリウム液溜槽との間に、前記汎用極低温冷凍機の低温側のヒートステージと同温度の第2の輻射熱シールドを設け、この第2の輻射熱シールドで入力カプラー部分および前記空胴本体を覆ったことを特徴とする超電導高周波加速空胴。 4. The superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 3, radiation heat shield a first radiant heat shield of the hot side of the heat stage and the same temperature of the generic cryogenic refrigerator, the first radiation heat between the helium liquid reservoir tank into the housing the shield and cavity body, providing the second radiation heat shield on the low temperature side of the heat stage and the same temperature of the generic cryocooler, entered in the second radiation heat shield coupler superconducting RF cavity, characterized in that covering the part and the cavity body.
  5. 【請求項5】 請求項3または4記載の超電導高周波加速空胴において、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機を設け、へリウム液溜槽の外側に、前記汎用極低温冷凍機の高温側のヒートステージと同温度の輻射熱シールドを設けたことを特徴とする超電導高周波加速空胴。 5. A superconducting RF cavity according to claim 3 or 4, provided with universal cryocooler having heat stage two stages, on the outside of the helium liquid reservoir tank to the high temperature side of the universal cryocooler superconducting RF cavity, characterized in that a heat stage and the same temperature of the radiation heat shield.
  6. 【請求項6】 空胴本体と、この空胴本体外側に配置された輻射熱シールドおよび真空容器と、前記空胴本体の両端に接続されたビームパイプと、前記空胴本体に高周波電力を供給する入力カプラーとを備えた超電導高周波加速空胴において、ヒートステージを2段有する汎用極低温冷凍機を複数個設け、これら複数個の汎用極低温冷凍機の低温側ヒートステージを伝熱パスにより空胴本体と入力カプラー及び入力カプラー以外の熱侵入源である高周波カプラーやその他の特定可能な熱侵入箇所とを接続したことを特徴とする超電導高周波加速空胴。 Supplies 6. A cavity body, a radiant heat shield and a vacuum container disposed in the cavity body outside the beam pipe connected to both ends of the cavity body, a high frequency power to the cavity body a superconducting RF cavity having an input coupler, is provided a plurality of general purpose cryocooler having heat stage 2 stage, the cavity a cold side heat stage of a plurality of general-purpose cryogenic refrigerator by heat transfer path superconducting RF cavity, characterized in that the connection between the high-frequency coupler and other identifiable heat penetration portion is an input coupler and heat penetration sources other than the input coupler and the body.
  7. 【請求項7】 請求項3または4記載の超電導高周波加速空胴において、高温側ヒートステージは80K、低温側ヒートステージは20Kである汎用極低温冷凍機であることを特徴とする超電導高周波加速空胴。 7. The superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 3 or 4, superconducting rf empty hot side heat stage is characterized 80K, the low-temperature side heat stage is a general purpose cryogenic refrigerator is a 20K body.
  8. 【請求項8】 請求項5または6記載の超電導高周波加速空胴において、高温側ヒートステージは40K、低温側ヒートステージは4Kである汎用極低温冷凍機であることを特徴とする超電導高周波加速空胴。 8. The superconducting radio-frequency acceleration cavity according to claim 5 or 6, wherein the superconducting rf empty hot side heat stage is 40K, the low-temperature side heat stage, which is a general-purpose cryogenic refrigerator is 4K body.
  9. 【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかに記載の超電導高周波加速空胴を備えたことを特徴とする粒子加速器。 9. particle accelerator characterized by comprising a superconducting radio-frequency acceleration cavity according to any one of claims 1 to 8.
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