KR102055079B1 - 가속 공동용 입력 커플러 및 가속기 - Google Patents

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Abstract

가속 공동용 입력 커플러(1)는, 원통형의 외도체(2)와, 외도체(2)와 동축에 배치된, 내부를 열 매체가 유통하는 원통형의 내도체(3)와, 외도체(2)의 내면과 내도체(3)의 외면 사이에 설치되는 판부(4)와, 외도체(2)측으로부터 판부(4)를 물의 응고점 이하로 냉각하는 냉각부(9)와, 내도체(3)와 판부(4)의 접속 부분에 설치되며, 내도체(3)보다도 열전도율이 낮은 단열부(8)를 구비하고, 판부(4)는, 내도체(3)에 대하여 단열부(8)를 통해 접속된다.

Description

가속 공동용 입력 커플러 및 가속기
본 발명은, 가속 공동용 입력 커플러 및 가속기에 관한 것이다.
초전도 가속기 시스템에서는 하전 입자 빔이 가속 공동 내에 유도되어, 고주파의 전자파가 입력 커플러를 통해 도입된다. 공동 내의 하전 입자는, 공동 내에 발생한 고주파 전계에 의해 가속된다. 입력 커플러는, 고주파 발생기(예를 들어 클라이스트론)에서 발생하여 도파관에 의해 전반된 고주파를 공동 내에 도입한다.
입력 커플러에는, 동축형 커플러와 사각형 도파관형 커플러의 2종류가 있다. 하기의 특허문헌 1에서는, 인풋 커플러(입력 커플러)에 있어서 중공의 사각형부의 개구단으로부터 원통형의 플랜지부로 이어져 양자를 일체적으로 연결하는 중공의 연결부를 갖는 것이 기재되어 있다. 이에 의해, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 인풋 커플러의 플랜지부와 도파관의 플랜지부는 양자 모두 원형이 되기 때문에, 양 플랜지부에 끼워지는 시일 부재에 대하여 균일하게 하중이 가해져, 시일성이 향상된다.
일본 특허 제3073421호 공보
입력 커플러는 일단측에서 도파관과 접속되며, 타단측에서 가속 공동과 접속된다. 가속 공동은 주로 니오븀제이며, 운전시 진공으로 유지됨과 함께, 예를 들어 액체 헬륨에 의해 약 4K까지 냉각되어 초전도 상태가 된다. 이때, 가속 공동에 접속된 입력 커플러도 일부가 극저온으로 냉각된다.
동축 타입의 입력 커플러는 외도체와 내도체가 동축 상에 배치되고, 표면을 고주파가 전반한다. 클라이스트론에서 발생한 고주파는, 대기압하에서 도파관에 전해져, 입력 커플러에 도달한다. 입력 커플러의 타단부측은, 초고진공의 가속 공동과 접속된다는 점에서, 입력 커플러의 내부에는 진공 밀봉 및 고주파 투과를 위해 세라믹스제의 판상 부재인 창이 설치된다.
이 세라믹스제의 창은, 입력 커플러 내부에 1매만 설치되어도 진공을 밀봉할 수 있지만, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 입력 커플러(51) 내부에 창(52, 53)이 축 방향으로 2매 설치되어, 입력 커플러(51)가 이중창 구조를 갖는 경우도 있다. 또한, 입력 커플러(51)에 있어서, 창(52, 53)은 외도체(54)와 내도체(55)의 사이에 설치된다. 내도체(55)의 내부에는 유통관(56)이 설치되며, 유통관(56)의 내부를 열 매체가 흐른다. 열 매체는 유통관(56)의 개구부(57)를 통과하여, 내도체(55)의 내주면과 유통관(56)의 외주면 사이의 공간을 흘러, 내도체(55)를 냉각한다. 또한, 내도체(55)와 창(52, 53)의 접속 부분에는 보강 부재(58)가 설치된다. 보강 부재(58)에 형성된 관통 구멍(59)을 통해, 보강 부재(58)와 내도체(55) 사이의 공간을 유통관(56)을 흐르는 열 매체가 출입한다. 또한, 강도가 충분하면, 보강 부재(58)를 설치하지 않아도 된다.
이중창 구조로 함으로써, 조립시의 가속 공동측으로의 티끌의 혼입이나, 사용시의 창의 파손에 의한 진공 파괴를 방지할 수 있다. 이중창 구조의 입력 커플러(51)에서는, 가속 공동에 가까운 측의 창(52)이 저온(예를 들어 약 80K)으로 냉각되고(이하 「저온창(52)」이라고 함), 클라이스트론측의 창(53)이 상온으로 유지된다(이하 「고온창(53)」이라 함). 입력 커플러(51) 내부에 있어서, 저온창(52)으로부터 가속 공동측의 공간 및 저온창(52)과 고온창(53) 사이의 공간은 진공으로 유지되어 있으며, 고온창(53)으로부터 클라이스트론측의 공간은 대기압으로 되어 있다.
가속 공동은, 상술한 바와 같이 운전시에 있어서 극저온으로 할 필요가 있다는 점에서, 입력 커플러(51)로부터 가속 공동측으로 전달되는 열을 차단하기 위해, 입력 커플러(51)에 대하여 열부하 대책을 실시할 필요가 있다. 세라믹스제의 창이 1매만 설치되는 경우, 입력 커플러의 내도체 내부에 물을 흐르게 하여, 내도체에서 발생한 열을 수랭에 의해 냉각할 수 있다. 그러나, 이중창 구조의 입력 커플러(51)에서는, 저온창(52)이 액체 질소 등에 의해 약 80K로 극저온으로 유지된다는 점에서, 내도체(55) 내부에 흐르게 하는 열 매체를 물로 하면, 저온창(52)보다도 가속 공동측에 있어서 내도체(55) 내부에서 물이 응고될 우려가 있다. 그 결과, 내도체(55)에서 발생한 열이 냉각되지 않게 되고, 저온창(52)을 통해 외도체(54)측으로 전달되어, 열 손실이 발생한다.
그 때문에, 내도체(55)를 냉각하는 열 매체로서 통상 질소 가스 등이 사용된다. 그러나, 질소 가스는 열 용량이 작고 냉각 성능이 낮다. 그 때문에, 질소 가스에 의한 냉각은, 입력하는 고주파 전력이 작은 경우, 즉 펄스파인 경우나 비교적 전력이 작은 연속파인 경우로 한정된다. 한편, 연속파이며, 수십kW부터 약 100kW로 대전력인 경우에는, 질소 가스의 냉각으로는 불충분하다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 판부를 통한 열전도가 저감되어, 내도체가 물의 응고점 이하로 냉각되는 것을 방지하고, 또한 내도체에서 발생한 열을 외도체로 전도하는 것을 방지하는 것이 가능한 가속 공동용 입력 커플러 및 가속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 가속 공동용 입력 커플러 및 가속기는 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명에 관한 가속 공동용 입력 커플러는, 원통형의 외도체와, 상기 외도체와 동축에 배치된, 내부를 열 매체가 유통하는 원통형의 내도체와, 상기 외도체의 내면과 상기 내도체의 외면 사이에 설치되는 판부와, 상기 외도체측으로부터 상기 판부를 물의 응고점 이하로 냉각하는 냉각부와, 상기 내도체와 상기 판부의 접속 부분에 설치되며, 상기 내도체보다도 열전도율이 낮은 단열부를 구비하고, 상기 판부는, 상기 내도체에 대하여 상기 단열부를 통해 접속된다.
이 구성에 의하면, 고주파 발생기에서 발생한 고주파는 도파관에 전해져, 입력 커플러에 도달하고, 외도체와 내도체의 표면을 고주파가 전반함으로써, 고주파를 가속 공동 내에 도입한다. 외도체의 내면과 내도체의 외면 사이에는, 예를 들어 세라믹스제의 판부가 설치되며, 가속 공동측의 진공이 밀봉됨과 함께, 판부를 고주파가 투과한다. 판부는, 냉각부에 의해 물의 응고점 이하로 냉각되어 있다. 판부는, 내도체에 설치된 단열부를 통해 내도체에 접속되어 있다는 점에서, 판부를 통한 열전도가 저감되어, 내도체가 물의 응고점 이하로 냉각되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 내도체 내부에 유통하는 열 매체로서 물을 사용하여도, 내도체 내부에서 응고되는 물을 저감 또는 해소할 수 있다. 또한, 내도체에서 발생한 열을 외도체로 전도하는 것을 방지할 수 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 단열부는 내부가 진공인 진공 단열 구조를 갖는다.
이 구성에 의하면, 단열부 중 판부와의 접속 부분과, 내도체 내부에 유통하는 열 매체는, 단열부의 내부의 공간에 의해 열적으로 절연된다.
상기 발명에 있어서, 상기 단열부는 상기 판부와 상기 내도체 사이에 설치된 벨로스를 갖는다.
이 구성에 의하면, 운전시 접속 부분이 냉각될 때, 단열부에 있어서의 온도의 차이에 의한 열팽창차에 의해 내도체가 휘어버리는 것을 방지할 수 있다.
상기 발명에 있어서, 상기 외도체의 내면과 상기 내도체의 외면 사이에 설치되며, 상기 판부와는 다른 제2 판부를 더 구비하고, 상기 판부와 상기 제2 판부 사이의 공간은 진공으로 유지된다.
이 구성에 의하면, 입력 커플러 내부에 제1 판부 및 제2 판부가 축 방향으로 2매 설치되기 때문에, 조립시의 가속 공동측으로의 티끌의 혼입이나, 사용시에 제1 판부 또는 제2 판부가 파손되었다고 해도 진공 파괴를 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 가속기는, 상술한 가속 공동용 입력 커플러가 설치되는 가속 공동을 구비한다.
본 발명에 따르면, 판부를 통한 열전도가 저감되어, 내도체가 물의 응고점 이하로 냉각되는 것을 방지하고, 또한 내도체에서 발생한 열을 외도체로 전도하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 입력 커플러를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 입력 커플러를 도시하는 부분 확대 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 입력 커플러의 변형예를 도시하는 부분 확대 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 초전도 가속기 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 5는 종래의 입력 커플러를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 종래의 입력 커플러를 도시하는 부분 확대 종단면도이다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 초전도 가속기 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
초전도 가속기 시스템에서는, 도 4에 도시한 바와 같이 하전 입자 빔이 가속 공동(31) 내에 유도되어, 고주파의 전자파가 입력 커플러(1)를 통해 도입된다. 가속 공동(31) 내의 하전 입자는, 가속 공동(31) 내에 발생한 고주파 전계에 의해 가속된다. 커플러는 가속 공동(31)에 접속되어 있으며, 고주파 발생기(32)(예를 들어 클라이스트론)에서 발생하여 도파관(33)에 의해 전반된 고주파를 가속 공동(31) 내에 도입한다.
본 실시 형태에 관한 입력 커플러(1)는, 소위 동축형 커플러에 적용된다. 입력 커플러(1)는 일단부가 가속 공동(31)에 접속되며, 타단부가 도파관(33)에 접속된다. 입력 커플러(1)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 외도체(2)와, 내도체(3)와, 제1 판부(4)와, 제2 판부(5) 등을 구비한다.
외도체(2)는 원통 형상을 갖고, 일단부가 가속 공동(31)에 접속되며, 타단부가 도파관(33)에 접속된다. 외도체(2)의 일단부에는, 외도체(2)의 본체부(2A)의 외경보다도 큰 외경을 갖는 플랜지(6)가 설치된다. 외도체(2)의 플랜지(6)는, 가속 공동(31)에 설치된 플랜지(34)(도 4 참조)와 예를 들어 볼트 결합에 의해 접속된다. 초전도 가속기 시스템이 운전되고 있을 때, 가속 공동(31)은, 예를 들어 액체 헬륨에 의해 약 4K까지 냉각되어 초전도 상태가 되어 있으며, 플랜지(6)도 약 4K가 되어 있다.
외도체(2)는, 예를 들어 스테인리스제이며, 표면에는 구리 도금이 실시된다. 스테인리스는 저온에서도 고온에서도 사용할 수 있으며, 자성이 낮고, 자장이 발생하기 어렵다는 점에서 적용된다. 또한, 스테인리스는 구리 도금을 실시하기 쉽고, 경납땜도 용이하다. 스테인리스의 예로서는, SUS316L, SUS304를 들 수 있다.
내도체(3)는, 외도체(2)의 축심과 내도체(3)의 축심이 일치하도록 외도체(2)와 동축에 설치된다. 내도체(3)는, 일단부가 외도체(2)의 플랜지(6)가 설치된 일단부보다도 돌출된 위치가 되도록 연장 설치된다.
내도체(3)는, 후술하는 단열부(8) 이외의 부분에 있어서 무산소 구리이다. 단열부(8)는, 후술하는 바와 같이 스테인리스제이며, 외도체(2)에 면하는 표면에 있어서 구리 도금이 실시된다.
내도체(3)의 내부에서는, 열 매체가 유통한다. 열 매체는, 운전시에 내도체(3)에 있어서 발생한 열을 제거하고, 내도체(3)의 온도 상승을 저감한다. 내도체(3)의 내부에는, 축 방향을 따라 유통관(7)이 설치된다. 유통관(7)의 일단부는 내도체(3)의 일단부와 접속되며, 유통관(7)의 일단부 부근에 있어서 개구부(7a)가 형성되어 있다. 열 매체는, 도파관측으로부터 유통관(7)의 내부를 유통하고, 개구부(7a)를 통과하여, 내도체(3)의 내주면과 유통관(7)의 외주면 사이의 공간에 공급된다. 그 후, 열 매체는 내도체(3)의 내주면의 온도를 제거하면서, 도파관(33)측으로 배출된다. 또한, 유통관(7)의 일단부는 내도체(3)의 일단부와 접속되지 않아도 되고, 이 경우 유통관(7)의 일단부가, 열 매체가 통과하는 개구부가 된다.
열 매체는, 예를 들어 물이다. 본 실시 형태에 따르면, 단열부(8)가 설치된다는 점에서, 외도체(2)측으로부터 냉각된 제1 판부(4)에 의해 내도체(3)의 온도가 물의 응고점 이하가 되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 내도체(3) 내부에서 응고되는 물을 저감 또는 해소할 수 있다. 또한, 본 발명에서 적용되는 열 매체는 물로 한정되지 않으며, 예를 들어 융점 또는 유동점이 물의 융점보다도 낮은 물성을 갖는 재료를 열 매체로서 적용함으로써, 보다 내도체(3) 내부에서 응고되는 열 매체를 저감하거나 해소할 수 있다.
열 매체로서 사용할 수 있는 재료는, 물 이외에, 예를 들어 에틸렌글리콜(예를 들어, 비점 197℃ 이하, 융점 -13℃ 이하), 플루오리너트(상표)(예를 들어, 비점 90℃ 이하, 유동점 -110℃ 이하) 등의 플루오로카본을 주로 한 재료, 가든(등록 상표)(예를 들어, 비점 130℃ 이하, 유동점 -100℃ 이하) 등의 퍼플루오로폴리에테르(PFPE)가 있다. 이들 물질은, 융점 또는 유동점이 물의 융점보다도 낮은 물성을 갖고, 내도체(3) 내부에서 응고되기 어려울 뿐만 아니라, 비점이 비교적 높고, 내도체(3)에서 발생하고 있는 열에 의해서도 기화되기 어렵다.
제1 판부(4)와 제2 판부(5)는, 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹스제의 판상 부재이다. 제1 판부(4)와 제2 판부(5)에 의해 가속 공동(31)측의 진공이 밀봉됨과 함께, 제1 판부(4)와 제2 판부(5)는 고주파를 투과시킨다. 또한, 제1 판부(4)와 제2 판부(5)는 세라믹스제로 한정되지 않으며, 가속 공동(31)측의 진공을 밀봉하고, 고주파를 투과시킬 수 있으면, 다른 재질이어도 된다. 제1 판부(4)와 제2 판부(5)는, 판면이 입력 커플러(1)의 축 방향에 대하여 수직이 되도록 배치되며, 서로 이격하여 배치된다. 제1 판부(4)는, 가속 공동(31)에 접속되는 입력 커플러(1)의 일단부측에 가까운 쪽에 설치되며, 제2 판부(5)는, 도파관(33)에 접속되는 입력 커플러(1)의 타단부측에 가까운 쪽에 설치된다. 제1 판부(4)와 제2 판부(5)는 각각 원환 형상을 갖고 있으며, 외주 단부의 전체 둘레가 외도체(2)의 내면과 접속되고, 내주 단부의 전체 둘레가 내도체(3)의 외면과 접속된다.
입력 커플러(1)의 가속 공동(31)측은 개구되어 있으며, 외도체(2)와 내도체(3)의 사이에 있어서, 제1 판부(4)로부터 가속 공동(31)측의 공간은 가속 공동(31)이 진공으로 유지됨으로써, 마찬가지로 진공으로 유지된다. 제1 판부(4)와 제2 판부(5)의 사이는 외도체(2) 및 내도체(3)와 함께 폐공간이 형성되고, 외도체(2)에 설치된 관통 구멍을 통해 공기가 배출되어, 진공으로 유지된다. 입력 커플러(1)의 도파관(33)측은 개구되어 있으며, 외도체(2)와 내도체(3)의 사이에 있어서 제2 판부(5)로부터 도파관(33)측의 공간은, 대기압으로 되어 있다.
제1 판부(4) 또는 제2 판부(5)와, 외도체(2) 또는 내도체(3)는, 경납땜에 의해 접합된다. 또한, 납재는, 예를 들어 금이다. 초전도 가속기 시스템이 운전되고 있을 때, 제1 판부(4)는, 예를 들어 약 80K로 냉각되고, 제2 판부(5)는 상온(예를 들어 약 300K)으로 유지된다.
입력 커플러(1) 내부에, 제1 판부(4) 및 제2 판부(5)가 축 방향으로 2매 설치되어, 입력 커플러(1)가 이중창 구조를 갖는다. 이에 의해, 조립시의 가속 공동(31)측으로의 티끌의 혼입이나, 사용시에 제1 판부(4) 또는 제2 판부(5)가 파손 되었다고 해도, 진공 파괴를 방지할 수 있다.
외도체(2)와 제1 판부(4)의 접속 부분에 있어서 제1 판부(4)를 냉각하기 위해, 또한 제1 판부(4)의 외주에 접합되는 외도체(2)의 보강을 위해, 재킷부(9)가 설치된다. 재킷부(9)는, 액체 질소 등의 열 매체가 공급되는 구조를 갖고 있으며, 이에 의해 외도체(2)측으로부터 제1 판부(4)를 냉각할 수 있다. 재킷부(9)는, 예를 들어 외도체(2)를 둘러싸는 원통부(15)와, 원통부(15)의 양단부에 설치되는 원환부(16)를 갖는다. 원환부(16)는, 외도체(2)의 외주면으로부터 직경 방향으로 연장되어 설치되며, 외도체(2)의 외주면, 원통부(15) 및 원환부(16)로 둘러싸여 형성되는 공간(17)에 액체 질소가 공급된다. 재킷부(9)의 내부에 직접 액체 질소 등의 열 매체를 공급하지 않는 경우에도, 예를 들어 원환부(16)에 열 매체와 거의 동일한 온도의 서멀 앵커를 설치함으로써, 외도체(2)의 외측으로부터 제1 판부(4)를 냉각할 수 있다. 원통부(15)에는, 액체 질소가 유통하는 관통 구멍(18)이 형성되어 있다. 원통부(15)가 외도체(2)를 따라 설치되며, 원환부(16)가 외도체(2)의 외면과 접속됨으로써 제1 판부(4)와의 접속 부분이 보강된다.
내도체(3)에 있어서, 제1 판부(4)와의 접속 부분에는 단열부(8)가 설치된다.
내도체(3) 내부를 유통시키는 열 매체가 물이며, 제1 판부(4)가 물의 응고점보다도 낮은 온도까지 냉각되어 있다고 해도, 단열부(8)가 설치되어 있음으로써, 열전도에 의해 내도체(3)가 물의 응고점 이하로 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 내도체(3)에서 발생한 열이 전도되어 외도체(2)가 가열되는 것도 방지할 수 있다. 열 매체가 물 이외인 경우에도, 단열부(8)가 설치되어 있음으로써, 그 열 매체의 응고점 이하로 저하되는 것을 방지할 수 있다.
단열부(8)는, 제1 판부(4)와 내도체(3)의 접속 부분을 둘러싸도록 진공 공간을 형성한다.
단열부(8)는, 제1 판부(4)와 접속되는 접속부(10)와, 접속부(10)의 양단에 설치되는 저열전도부(11)와, 내도체(3)의 내주면보다도 작은 직경을 갖고, 접속부(10)의 주위에 설치되는 원통 형상의 원통부(12) 등을 갖는다. 단열부(8)를 구성하는 접속부(10), 저열전도부(11) 및 원통부(12)는, 스테인리스제이다. 또한, 내도체(3)의 외주면, 즉 접속부(10)와 저열전도부(11)의 외도체(2)측의 표면에는, 구리 도금이 실시된다.
접속부(10)는, 원통형 부재이다. 접속부(10)의 외면은, 제1 판부(4)의 내주 단부와 경납땜에 의해 접속된다.
저열전도부(11)는, 접속부(10)의 양단부에 각각 하나씩 설치된다. 저열전도부(11)는, 스테인리스제의 원통형 부재이다. 저열전도부(11) 중 접속부(10)와 접속되는 단부와는 반대측의 단부에 설치된 원환부(11A, 12A)는, 내도체(3)의 구리제인 다른 원통 부분과 접속된다. 이에 의해, 제1 판부(4)가 접속되어 있는 접속부(10)와, 다른 원통 부분은, 저열전도부(11)에 의해 열적으로 절연된다.
저열전도부(11)는, 도 2에 도시한 바와 같이 저열전도부(11)의 단부 부근이면서 저열전도부(11)의 내면에 있어서, 내도체(3)의 직경 방향으로 연장된 원환부(11A)가 형성된다. 또한, 원통부(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이 원통부(12)의 단부 부근이면서 원통부(12)의 외면에 있어서, 내도체(3)의 직경 방향으로 연장된 원환부(12A)가 형성된다.
원통부(12)는, 예를 들어 스테인리스제이며, 원환부(11A, 12A)를 통해 2개의 저열전도부(11)와 접속된다. 이에 의해, 접속부(10), 저열전도부(11) 및 원통부(12)에 의해 폐쇄된 공간(13)이 형성된다. 이 공간(13)은, 운전시 진공으로 유지된다. 공간(13)을 진공으로 유지하기 위해, 접속부(10) 중 제1 판부(4)와 제2 판부(5)의 사이에 있어서 관통 구멍(24)이 형성된다. 관통 구멍(24)이 이 위치에 설치됨으로써, 제1 판부(4)보다도 가속 공동(31)측으로 형성되는 경우에 비해 가속 공동(31) 내의 오염을 방지할 수 있다.
원통부(12)가 내도체(3)를 따라 설치되며, 원환부(11A, 12A)가 내도체(3)의 내면과 접속됨으로써, 제1 판부(4)와의 접속 부분이 보강된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 원환부(11A, 12A)는 한쪽의 저열전도부(11)와 원통부(12)의 일단부에 각각 설치되는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 원통부(12)에 원환부(12A)가 형성되지 않으며, 2개의 저열전도부(11)에 각각 원환부(11A)가 형성되어, 원통부(12)와 접속되어도 되고, 저열전도부(11)에 원환부(11A)가 형성되지 않고, 원통부(12)의 양단부에 원환부(12A)가 2개 설치되어도 된다.
공간(13)에는 열 매체가 유입되지 않고, 진공으로 유지된다는 점에서, 제1 판부(4)가 접속되어 있는 접속부(10)와, 내도체(3)의 내부의 열 매체는 공간(13)에 의해 열적으로 절연된다.
저열전도부(11)에는, 축 방향의 중간부에 있어서 벨로스(14)가 설치된다. 벨로스(14)는 저열전도부(11)의 다른 부분보다도 판 두께가 얇고, 복수의 굴곡 형상 부분을 갖는다. 벨로스(14)는 스테인리스제이며, 벨로스(14)의 외주면, 즉 벨로스(14)의 외도체(2)측의 표면에는 구리 도금이 실시된다. 벨로스(14)는, 운전시 접속부(10)가 냉각될 때, 원통부(12)와의 온도의 차이에 의한 열팽창차에 의해 내도체(3)가 휘어버리는 것을 방지할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 저열전도부(11)에 있어서 벨로스(14)가 형성되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 예로 한정되지 않는다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 저열전도부(11)는 벨로스(14)와 상이하여 복수의 굴곡 형상을 갖지 않고, 단순한 원통면이어도 된다.
외도체(2)와 제2 판부(5)의 접속 부분에는, 예를 들어 외도체(2)를 둘러싸는 원통부(19)와, 원통부(19)의 양단부에 설치되는 원환부(20)를 갖는다. 원환부(20)는, 외도체(2)의 외주면으로부터 직경 방향으로 연장되어 설치된다. 원통부(15)에는, 공기 또는 물이 유통하는 관통 구멍(22)이 형성되고, 외도체(2)의 외주면, 원통부(19) 및 원환부(20)로 둘러싸여 형성되는 공간(21)에는 공기가 채워진다. 원통부(19)가 외도체(2)를 따라 설치되며, 원환부(20)가 외도체(2)의 외면과 접속됨으로써, 제2 판부(5)와의 접속 부분이 보강된다.
내도체(3)와 제2 판부(5)의 접속 부분에는, 접속 부분을 둘러싸는 원통부(23)가 내도체(3)의 내면을 따라 설치된다. 원통부(23)는, 내도체(3)의 내면과 접속됨으로써 제2 판부(5)와의 접속 부분이 보강된다. 원통부(23)에는 관통 구멍(25)이 형성되어 있으며, 원통부(23)와 내도체(3)의 내주면에 둘러싸여 형성되는 공간(26)에는 열 매체가 유통 가능하다.
이상, 본 실시 형태에 따르면, 초전도 가속기 시스템의 운전시에 있어서 가속 공동(31)이나 제1 판부(4)가 냉각되며, 또한 입력 커플러(1)에 도파관(33)으로부터 고주파가 전반되어 내도체(3)가 발열하고 있을 때, 단열부(8)에 의해 제1 판부(4)와 내도체(3) 사이에서의 열전도가 저감되어, 제1 판부(4)와 내도체(3)가 열적으로 절연된다.
그 결과, 외도체(2)측으로부터 냉각된 제1 판부(4)에 의해, 내도체(3)의 온도가 물 등의 열 매체의 응고점 이하가 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 내도체(3) 내부에 유통하는 열 매체로서 물을 사용하여도, 내도체(3) 내부에서 응고되는 물을 저감 또는 해소할 수 있다.
내도체(3)에서 발생한 열이 단열부(8)에 의해 제1 판부(4)나 외도체(2)로 전도되는 것도 방지할 수 있으며, 가속 공동(31)이나 외도체(2)가 승온하기 어렵기 때문에, 열 손실이 발생하기 어렵고, 가속 공동(31)이나 외도체(2)의 냉각에 필요한 에너지를 저감할 수 있다.
이상으로부터, 연속파이며, 수십kW부터 약 100kW로 고주파 전력이 대전력인 경우에도 내도체(3)를 냉각할 수 있다.
1: 입력 커플러
2: 외도체
3: 내도체
4: 제1 판부
5: 제2 판부
6: 플랜지
7: 유통관
8: 단열부
9: 재킷부
10: 접속부
11: 저열전도부
12, 15, 19, 23: 원통부
13, 17, 21, 26: 공간
14: 벨로스
16, 20: 원환부
18, 22, 24, 25: 관통 구멍

Claims (5)

  1. 원통형의 외도체와,
    상기 외도체와 동축에 배치된, 내부를 열 매체가 유통하는 원통형의 내도체와,
    상기 외도체의 내면과 상기 내도체의 외면 사이에 설치되는 판부와,
    상기 외도체측으로부터 상기 판부를 물의 응고점 이하로 냉각하는 냉각부와,
    상기 내도체와 상기 판부의 접속 부분에 설치되며, 상기 내도체보다도 열전도율이 낮은 단열부를
    구비하고,
    상기 판부는, 상기 내도체에 대하여 상기 단열부를 통해 접속되는, 가속 공동용 입력 커플러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열부는 내부가 진공인 진공 단열 구조를 갖는, 가속 공동용 입력 커플러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단열부는 상기 판부와 상기 내도체 사이에 설치된 벨로스를 갖는, 가속 공동용 입력 커플러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외도체의 내면과 상기 내도체의 외면 사이에 설치되며, 상기 판부와는 다른 제2 판부를 더 구비하고,
    상기 판부와 상기 제2 판부 사이의 공간은 진공으로 유지되는, 가속 공동용 입력 커플러.
  5. 제1항에 기재된 가속 공동용 입력 커플러가 설치되는 가속 공동을 구비하는, 가속기.
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