KR20180127438A - 가속 공동, 가속기 및 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법 - Google Patents

Abstract

인접하여 배치되는 가속 공동간의 스페이스를 점유하지 않고, 가속 공동이 갖는 고유의 공진 주파수를 변경시키는 것이 가능한 가속 공동, 가속기 및 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 1/4 파장형 공진기는, 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부와, 몸통체부의 상부에 마련되며, 판형 부재인 상면부(6)와, 상면부(6)에 대하여 압박력을 부여하여, 상면부(6)를 변형시키는 변형 조정부(20)를 구비한다.

Description

가속 공동, 가속기 및 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법

본 발명은, 가속 공동, 가속기 및 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법에 관한 것이다.

양자 또는 중입자(중이온)를 가속하는 초전도 선형 가속기에 있어서, 1/4 파장형 공진기(QWR: Quarter Wave Resonator) 또는 1/2 파장형 공진기(HWR: Half Wave Resonator)를 사용하여 가속 공동을 형성하는 경우가 있다. 가속 공동에는 마이크로파를 투입하여, 양자 또는 중입자를 가속하는 가속 전기장을 발생시킨다. 이때, 가속 공동이 갖는 고유의 공진 주파수를 가속 전기장의 주파수에 동기시킴으로써, 입자를 효율적으로 가속시킬 수 있다. 따라서, 가속 공동이 갖는 공진 주파수를 조정하기 위해, 가속 공동을 튜닝할 필요가 있다.

하기의 특허문헌 1 및 2에는, 가속 공동의 튜닝에 관한 발명이 개시되어 있다.

미국 특허 제6445267호 명세서 미국 특허 제6657515호 명세서

가속 공동의 튜닝은 가속기의 운전 전에 실시되는 것과, 운전 중에 실시되는 것이 있다. 운전 전에 실시되는 튜닝(이하 「프리 튜닝」이라 한다.)으로서는, 공동 내부에 내장되는 일부의 부품의 길이를 조정하는 것, 공동 자체를 소성 변형시켜 공동 형상을 바꾸는 것, 및 공동의 내표면을 연마하는 것 등이 있다. 운전 전의 프리 튜닝은, 공진 주파수가 큰 범위에서 조정된다.

운전 중에 실시되는 튜닝으로서는, 공동 자체를 탄성 변형시켜 공동 형상을 가역적으로 조정하거나, 공동 내부에 부품을 삽입하는 경우가 있다. 운전 중의 튜닝은, 운전 조건 등에 따라 약간 바뀌어버리는 공진 주파수를 원래대로 되돌리거나 하기 위해 행해진다.

가속 공동을 변형시켜 튜닝하는 경우, 가속 공동에 대하여 빔축 방향이며, 가속 공동의 내측으로 오목형으로 변형시키는 방법이 행해지고 있다. 가속 공동이 복수대 직렬로 배치되는 경우, 공동간의 간격을 짧게 함으로써, 가속기의 전체 길이에 대한 가속 공동의 비율이 커져, 가속기 전체를 콤팩트하게 할 수 있다. 한편, 1/4 파장형 공진기 또는 1/2 파장형 공진기는 강성이 높은 구조를 갖는다는 점에서, 공진기를 변형시키는 기능을 갖는 튜너는 높은 변형력을 부여할 수 있는 규모가 큰 구성으로 할 필요가 있다. 튜너는, 예를 들어 세로로 긴 원통 형상의 공진기를 외주면으로부터 끼워 넣는 구조를 갖는다. 이때, 튜너가 부여하는 압박력은, 몇십kN 단위이다. 그 때문에, 가속 공동간에 튜너를 배치하는 경우, 일정한 공간을 확보할 필요가 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 가속기의 운전 중에 실시하는 튜닝 또는 운전 전에 실시하는 프리 튜닝에 있어서, 인접하여 배치되는 가속 공동간의 스페이스를 점유하지 않고, 가속 공동이 갖는 고유의 공진 주파수를 변경시키는 것이 가능한 가속 공동, 가속기 및 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 관하는 가속 공동은, 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부와, 상기 몸통체부의 상부에 마련되며, 판형 부재인 상면부와, 상기 상면부에 대하여 압박력을 부여하여, 상기 상면부를 변형시키는 변형 조정부를 구비한다.

이 구성에 의하면, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부는, 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 판형 부재인 상면부가 몸통체부의 상부에 마련된다. 이때, 변형 조정부가 상면부에 대하여 압박력을 부여하여 상면부를 변형시킨다. 이에 의해, 몸통체부의 상부에 마련된 상면부가 변형된다는 점에서, 가속 공동이 갖는 공진 주파수가 변경된다.

상기 제1 양태에 있어서, 복수의 상기 변형 조정부가 마련되어도 되고, 각각의 상기 변형 조정부가 상기 상면부의 상이한 위치에 대하여 압박력을 부여해도 된다.

이 구성에 의하면, 복수의 변형 조정부에 의해 상면부의 복수의 위치에 대하여 압박력을 부여할 수 있다. 그 결과, 하나의 위치에 대하여 압박력을 부여하는 경우에 비해 상면부의 변형 형상을 상이하게 할 수 있기 때문에, 가속 공동의 공진 주파수를 미세하게 변경하기 쉬워진다. 예를 들어, 상면부가 원환 형상일 때, 복수의 변형 조정부는 상면부의 주위 방향을 따라, 각각의 변형 조정부가 간격을 두고 마련된다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 상면부의 면 상에 상방으로 돌출된 리브가 마련되어도 되고, 상기 변형 조정부는 상기 리브에 접촉하여 압박력을 부여해도 된다.

이 구성에 의하면, 변형 조정부가 상면부에 마련된 리브에 접촉하고 있으며, 리브에 대하여 압박력을 부여하여 상면부를 변형시킨다. 이때, 리브를 통해 압박력이 상면부의 면 내에 넓게 전달되기 때문에, 리브의 길이 방향을 따라 변형 부분을 증가시킬 수 있다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 상면부는, 상기 변형 조정부가 접촉하는 부분의 판 두께가 다른 부분보다도 얇아도 된다.

이 구성에 의하면, 변형 조정부가 접촉하여 압박력이 부여되는 부분의 판 두께가 다른 부분보다도 얇기 때문에, 적은 압박력으로 상면부를 변형시킬 수 있다.

상기 제1 양태에 있어서, 상기 상면부는, 상기 변형 조정부가 접촉하는 부분이 평면상으로 형성되어도 된다.

이 구성에 의하면, 변형 조정부가 접촉하여 압박력이 부여되는 부분이 단면이 직선인 평면상으로 형성되기 때문에, 단면이 원호 형상 등의 곡면으로 형성되는 경우에 비해 적은 압박력으로 상면부를 변형시킬 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 관한 가속기는, 상기 제1 양태의 가속 공동을 구비한다.

본 발명의 제3 형태에 관한 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법은, 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부와, 상기 몸통체부의 상부에 마련되며, 판형 부재인 상면부를 구비하는 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법이며, 변형 조정부가 상기 상면부에 대하여 압박력을 부여하여, 상기 상면부를 변형시키는 스텝을 갖는다.

상기 제3 양태에 있어서의 상기 상면부를 변형시키는 스텝에 있어서, 상기 상면부를 소성 변형 또는 탄성 변형시킨다.

상기 제3 양태에 있어서, 복수의 상기 변형 조정부가 마련될 때, 전부 또는 일부의 상기 변형 조정부에 의해 상기 상면부를 변형시킨다.

본 발명에 따르면, 가속 공동의 몸통체부의 상부에 마련된 상면부를 변형시킨다는 점에서, 변형 조정부가 인접하여 배치되는 가속 공동간의 스페이스를 점유하지 않고, 가속 공동이 갖는 고유의 공진 주파수를 변경시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기 및 용기를 도시하는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 상부를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 변형 조정부를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 상부를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기를 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 상부를 도시하는 단면도이며, 상면부의 변형 후의 형상을 파선으로 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 변형예의 상부를 도시하는 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 1/4 파장형 공진기의 변형 조정부를 도시하는 종단면도이다.

이하에, 본 발명에 관한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

[제1 실시 형태]

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 초전도 선형 가속기에 대하여, 도 1 내지 도 8을 사용하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 초전도 선형 가속기는, 양자 또는 중입자(중이온)를 가속한다. 초전도 선형 가속기는, 1/4 파장형 공진기(QWR: Quarter Wave Resonator)(1)를 사용하여 가속 공동이 형성된다. 1/4 파장형 공진기(1)는 1대로 사용되는 경우와, 복수대가 직렬로 접속되어 사용되는 경우가 있다. 1/4 파장형 공진기(1)에는 마이크로파가 투입되어, 1/4 파장형 공진기(1) 내에는 양자 또는 중입자를 가속하는 가속 전기장이 발생한다. 또한, 이하에서는, 1/4 파장형 공진기(1)에 대하여 도면을 사용하여 설명했지만, 본 발명은 초전도 선형 가속기에 사용되는 1/2 파장형 공진기(HWR: Half Wave Resonator)에도 적용할 수 있다.

1/4 파장형 공진기(1)는 니오븀제이며, 측면이 원통 형상인 몸통체부(2)와, 몸통체부(2)의 내부에 마련되는 중심 도체(3) 등을 구비한다.

몸통체부(2)는, 외주면이 원통 형상인 측면부(4)와, 측면부(4)에 접속된 하면부(5) 및 상면부(6)를 갖는다. 측면부(4), 하면부(5) 및 상면부(6)는, 예를 들어 판 두께 3mm 내지 4mm의 판형 부재로 구성된다. 몸통체부(2)의 내부는, 몸통체부(2)의 측면부(4), 하면부(5) 및 상면부(6)와, 중심 도체(3)에 의해 폐쇄된 공간으로 되어 있다.

하면부(5)는 평면시가 원 형상이며, 예를 들어 공기 형상 또는 평판 형상이다. 상면부(6)는 평면시가 원환 형상이며, 종단면 형상은 상측으로 볼록형인 곡면을 갖는다. 또한, 상면부(6)는 곡면 뿐만 아니라 평면부를 가져도 된다.

상면부(6)의 외주연(6a)은 측면부(4)의 상부와 접속되며, 상면부(6)의 내주연(6b)은 중심 도체(3)의 상부와 접속된다.

몸통체부(2)의 하부에는, 양자 또는 중입자가 통과하는 개구부(8)가 형성된, 한 쌍의 빔 포트(7)가 마련된다. 각 빔 포트(7)는 단부에 플랜지(9)가 형성되어 있으며, 다른 1/4 파장형 공진기의 빔 포트(7)에 대하여 접속 부품(도시하지 않음)을 통해 접속 가능하다.

빔 포트(7)는 몸통체부(2)의 측면부(4)로부터 돌출되어, 몸통체부(2)의 축 방향에 대하여 수직 방향으로 마련된다. 2개의 빔 포트(7)는 동축 상에 마련되어 있으며, 내부에 형성되는 개구부(8)도 동축에 배치된다.

중심 도체(3)는 테이퍼 형상의 접속부(10)와, 내부에 개구부(12)를 갖는 원환 형상의 빔 통과부(11)를 갖는다. 접속부(10)는 상방의 직경이 크고, 하방의 직경이 작은 테이퍼 형상이다. 접속부(10)의 하부와 빔 통과부(11)의 상부는 연속하여 접속되어 있으며, 접속부(10)의 내부와 빔 통과부(11)의 내부에는 연속된 하나의 공간이 형성되고, 가속기의 운전시에 있어서, 예를 들어 액체 헬륨이 충전된다. 또한, 접속부(10)는, 상방의 직경과 하방의 직경이 동일한 원통 형상이어도 된다.

빔 통과부(11)는 2개의 공기형 부재가 합쳐진 형상을 갖고, 빔 포트(7)측을 향해 볼록형의 곡면을 갖는다. 빔 통과부(11)의 중심부에는 원통형의 개구부(12)가 형성되어 있으며, 개구부(12)의 양단은, 빔 통과부(11)의 빔 포트(7)측의 면과 접속되어 있다. 빔 통과부(11)의 개구부(12)는, 빔 포트(7)의 개구부(8)와 동축 상에 마련된다. 빔 통과부(11)의 개구부(12)의 내부는, 양자 또는 중입자가 통과한다.

빔 통과부(11)의 빔축 방향의 두께나, 개구부(12)의 빔축 방향의 길이는 접속부(10)의 최하단의 직경보다도 길고, 접속부(10)와 빔 통과부(11)의 접속 부분은 굴곡된 형상을 갖고 있다. 또한, 접속부(10)와 빔 통과부(11)의 접속 부분의 형상은, 굴곡 형상을 갖는 경우로 한정되지 않는다. 빔 통과부(11)의 빔축 방향의 두께나, 개구부(12)의 빔축 방향의 길이가 원통 형상의 접속부(10)의 직경과 동일한 경우도 있다. 또한, 빔 통과부(11)는 원환 형상인 경우로 한정되지 않으며, 원통 형상의 접속부(10)와 동일 직경의 원통 형상이며, 원통 외주면을 관통하도록 개구부(12)가 형성되는 것이어도 된다.

몸통체부(2)의 측면부(4)와 중심 도체(3)의 측면 사이나, 몸통체부(2)의 하면부(5)와 중심 도체(3)의 최하단 사이에는 공간이 마련된다. 1/4 파장형 공진기(1)의 횡단면 형상은, 몸통체부(2)의 측면부(4)와 중심 도체(3)의 측면 사이의 공간은 원환 형상으로 되어 있다.

1/4 파장형 공진기(1)의 외측에는 금속제의 용기(재킷)(30)가 마련되며, 용기(30) 내부와 몸통체부(2)의 외주부 사이에, 예를 들어 액체 헬륨이 충전된다.

몸통체부(2)의 상면부(6)에는, 한 쌍의 포트(13)가 몸통체부(2)의 축 방향에 대하여 평행 방향으로 마련된다. 포트(13)는, 1/4 파장형 공진기(1)의 제조시에 있어서의 내부 공간의 세정이나 연마에 사용된다.

또한, 몸통체부(2)의 상면부(6)에 있어서, 2개의 포트(13)의 사이에는 주위 방향을 따라 원호형으로 리브(14)가 형성된다. 리브(14)는, 상면부(6)의 면으로부터 상방으로 돌출된 형상을 갖는다. 리브(14)가 마련됨으로써, 변형 조정부(20)의 볼트(22)에 의한 압박력이 리브(14)를 통해 상면부(6)의 면 내에 넓게 전달되기 때문에, 리브(14)의 길이 방향을 따라 변형 부분을 증가시킬 수 있다.

또한, 2개의 포트(13)의 사이에는, 상면부(6)의 직경 방향을 따라 판형의 지지부(15)가 마련된다. 지지부(15)는, 하단부가 상면부(6)와 접속되어 있다. 도 3에 도시하는 예에서는, 지지부(15)가 주위 방향으로 6개소 마련되어 있다. 또한, 지지부(15)의 위치나 설치수는 이 예로 한정되지 않는다. 또한, 지지부(15)의 하부에는, 리브(14)와 간섭하지 않도록 노치(17)가 형성되어 있다.

복수의 지지부(15)의 내측에는, 원환 형상의 보강재(16)가 더 설치된다. 보강재(16)는, 외주연이 지지부(15)와 접속되어 있다.

이어서, 도 3 내지 도 8을 사용하여, 본 실시 형태에 관한 변형 조정부(20)에 대하여 설명한다.

변형 조정부(20)는 상면부(6)에 접촉하여 압박력을 부여하여, 상면부(6)의 판형 부재를 변형시킨다. 이에 의해, 1/4 파장형 공진기(1)가 갖는 고유의 공진 주파수가 변경된다.

변형 조정부(20)는, 도 4에 도시한 바와 같이 2개의 지지부(15) 사이에 마련된다. 도 4는, 상면부(6)의 리브(14)를 따라, 상면부(6)의 주위 방향으로 절단한 종단면도이다. 변형 조정부(20)는, 상면부(6)에 있어서 하나 이상 설치된다. 복수의 변형 조정부(20)가 설치되는 경우에는, 2개의 지지부(15) 사이 각각에 하나씩 설치된다. 변형 조정부(20)는, 바람직하게는 점대칭이 되는 위치에 한 쌍 이상, 복수 설치된다. 대칭이 되는 위치에 설치됨으로써, 공진 주파수의 변화가 안정되고, 조정을 행하기 쉽다. 또한, 상면부(6)의 판형 부재나 리브(14)의 판형 부재의 두께나 형상을 적절히 선정함으로써도 공진 주파수의 변화를 안정시키고, 조정을 행하기 쉽게 할 수 있다.

변형 조정부(20)는 다이부(21)와, 볼트(22)를 갖는다. 다이부(21)는, 판형 또는 블록형의 부재이며, 하면이 지지부(15)의 상면과 접속된다. 다이부(21)의 중심부에는 관통 구멍(23)이 상하 방향으로 형성되어 있으며, 관통 구멍(23)의 내부에는 볼트(22)와 나사 결합 가능한 암나사가 마련된다. 볼트(22)의 상부에는 헤드(22A)가 마련되며, 로드부(22B)에는 수나사가 마련된다. 헤드부(22A)를 회전시킴으로써, 볼트(22)는 축 방향으로 이동하고, 다이부(21)에 대하여 하측 방향 또는 상측 방향으로 이동 가능하다.

볼트(22)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 볼트(22)의 로드부(22B)의 하단부가 상면부(6)의 리브(14)에 맞닿는다. 또한 볼트(22)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 다이부(21) 및 지지부(15)에 고정된 볼트(22)는 리브(14) 및 상면부(6)에 대하여 압박력을 부여한다. 그 결과, 도 7에 도시한 바와 같이, 볼트(22)에 의해 리브(14) 및 상면부(6)가 변형된다. 볼트(22)의 이동량에 따라, 리브(14) 및 상면부(6)의 변형량을 변화시킬 수 있다.

또한, 변형 조정부(20)는 다이부(21)를 갖는 경우로 한정되지 않으며, 도 8에 도시한 바와 같이, 다이부(21)를 마련하지 않고, 볼트(22)가 지지부(15)에 설치되도록 해도 된다. 이 경우, 지지부(15)는 판 두께를 두껍게 하여, 판형의 지지부(15)의 단부면으로부터 상하 방향으로 관통 구멍(23)이 형성된다. 관통 구멍(23)의 내부에는, 볼트(22)와 나사 결합 가능한 암나사가 마련된다. 볼트(22)의 로드부(22B)의 하단부는 노치(17)로 돌출되어, 상면부(6)의 리브(14)에 맞닿는다. 이 경우에도, 볼트(22)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 지지부(15)에 고정된 볼트(22)는 리브(14) 및 상면부(6)에 대하여 압박력을 부여할 수 있으며, 리브(14) 및 상면부(6)를 변형시킬 수 있다. 상면부(6)의 판형 부재나 리브(14)의 판형 부재의 두께나 형상을 적절히 선정함으로써, 리브(14) 및 상면부(6)에 대하여 미리 상정해 둔 변형을 달성할 수 있다.

변형 조정부(20)는, 리브(14) 및 상면부(6)를 강제적으로 변형시켜 소성 변형시켜도 되고, 리브(14) 및 상면부(6)를 탄성 변형 영역에서 탄성 변형시켜도 된다.

예를 들어, 운전 전에 1/4 파장형 공진기(1)의 고유의 공진 주파수를 조정(프리 튜닝)하는 경우, 소성 변형과 탄성 변형의 양쪽을 생각할 수 있다.

소성 변형의 경우에는 리브(14) 및 상면부(6)를 크게 변형시켜, 소성 변형시킨다. 소성 변형 후에는 변형 조정부(20)의 볼트(22)를 다시 상방으로 이동시켜, 볼트(22)의 로드부(22B)의 하단부를 리브(14)로부터 이격한 후에도 리브(14) 및 상면부(6)의 변형은 유지된다. 따라서, 1/4 파장형 공진기(1)가 갖는 공진 주파수가 변형 전과 상이한 값으로 설정된다.

탄성 변형의 경우에는 변형 조정부(20)의 볼트(22)를 하향으로 이동시키고, 공진 주파수를 조정한 후, 그 위치에서 볼트(22)를 고정함으로써 1/4 파장형 공진기(1)의 변형이 유지된다.

또한, 운전 중에 1/4 파장형 공진기(1)의 고유의 공진 주파수를 조정(튜닝)하는 경우, 리브(14) 및 상면부(6)를 탄성 변형 영역에서 탄성 변형시킨다. 변형 조정부(20)의 볼트(22)는, 리브(14) 및 상면부(6)의 탄성 변형 영역에서 상하 방향으로 이동된다. 이 경우, 볼트(22)의 상하 방향의 이동에 따라 리브(14) 및 상면부(6)의 휨량이 변화된다.

복수의 변형 조정부(20)가 설치되는 경우, 모든 변형 조정부(20)에 대하여 볼트(22)를 균등하게 이동시켜도 되고, 공진 주파수의 변화 특성을 측정하면서, 일부의 변형 조정부(20)의 볼트(22)를 이동시키거나, 각각의 볼트(22)의 이동량을 상이하게 해도 된다. 복수의 변형 조정부(20)에 의해 리브(14) 및 상면부(6)를 변형시키는 경우, 하나의 위치에 대하여 압박력을 부여하는 경우에 비해 리브(14) 및 상면부(6)의 변형 형상을 상이하게 할 수 있기 때문에, 1/4 파장형 공진기(1)가 갖는 공진 주파수를 미세하게 변경하기 쉬워진다. 도 6의 음영 부분은, 상면부(6)에 대하여 4개의 변형 조정부(20)를 설치하고, 모든 변형 조정부(20)를 사용하여 상면부(6)를 변형시킨 경우의 변형 범위를 나타낸다. 또한, 하나의 변형 조정부(20)가 변형 가능한 범위는, 2개의 지지부(15) 사이의 범위가 된다.

또한, 운전 중에 튜닝을 행하지 않는 경우에는, 운전 전의 튜닝 완료 후, 변형 조정부(20)의 다이부(21) 및 볼트(22)를 지지부(15)로부터 떼어내도 된다.

이상, 본 실시 형태에 따르면, 1/4 파장형 공진기(1)의 상면부(6)를 변형함으로써, 1/4 파장형 공진기(1)가 갖는 고유의 공진 주파수를 변경할 수 있다. 변형 조정부(20)는 1/4 파장형 공진기(1)의 상면부(6)에 대응하여, 1/4 파장형 공진기(1)의 상방에 설치된다는 점에서, 인접하는 1/4 파장형 공진기(1)와 간섭하는 경우가 없다. 따라서, 복수의 1/4 파장형 공진기(1)의 사이의 거리가 짧고, 인접하는 1/4 파장형 공진기(1)의 사이의 공간이 좁은 경우에도, 변형 조정부(20)를 사용하여 공진 주파수를 변경할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는, 종래와 같이 1/4 파장형 공진기의 빔 포트를 내측으로 이동시켜, 측면부(4)를 빔축 방향이며 내측으로 오목형으로 변형시키는 경우와 달리, 빔 포트(7)의 위치를 변경하지 않는다. 따라서, 1/4 파장형 공진기(1)의 내부에 발생하는 가속 전기장에 큰 영향을 주지 않고, 1/4 파장형 공진기(1)가 갖는 고유의 공진 주파수를 변경할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 1/4 파장형 공진기(1)에 있어서 상면부(6)의 면 상에 리브(14)가 마련되는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이 예로 한정되지 않는다. 즉, 리브(14)가 마련되지 않고 볼트(22)가 상면부(6)에 맞닿아, 볼트(22)에 의해 상면부(6)가 직접 변형되어도 된다.

또한, 볼트(22)가 맞닿는 상면부(6)의 판 두께가, 상면부(6)의 다른 부분이나 측면부(4) 등보다도 얇게 형성되어도 된다. 이에 의해, 변형 조정부(20)의 볼트(22)가 접촉하여, 볼트(22)가 상면부(6)를 변형시키는 부분의 판 두께가 다른 부분보다도 얇다는 점에서, 적은 압박력으로 상면부(6)를 변형시킬 수 있다.

[제2 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 초전도 선형 가속기에 대하여 설명한다.

본 실시 형태는, 운전 중에 1/4 파장형 공진기(1)의 고유의 공진 주파수를 조정(튜닝)하는 경우에 주로 사용된다.

본 실시 형태에 관한 초전도 선형 가속기의 1/4 파장형 공진기(1)는, 제1 실시 형태에 비해 변형 조정부(20)의 구성이 상이하다. 이하에서는, 1/4 파장형 공진기(1)의 변형 조정부(20)에 대하여 설명하고, 제1 실시 형태와 중복된 구성 요소 및 작용 효과에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하에서는, 1/4 파장형 공진기(1)에 대하여 도면을 사용하여 설명했지만, 본 발명은 초전도 선형 가속기에 사용되는 1/2 파장형 공진기(HWR: Half Wave Resonator)에도 적용할 수 있다.

변형 조정부(20)는, 도 9에 도시한 바와 같이 용기(30)보다도 외측에 배치된다. 용기(30)에는, 예를 들어 액체 헬륨이 충전된다.

변형 조정부(20)는, 지지부(31)와, 로드부(32)와, 로드 위치 조정부(33) 등을 갖는다. 변형 조정부(20)는, 로드 위치 조정부(33)가 로드부(32)의 상하 방향의 위치를 변경하고, 로드부(32)의 하단부(32B)를 상면부(6)에 맞닿게 하여, 리브(14) 및 상면부(6)를 변형시킨다.

용기(30)의 상면에는, 예를 들어 원형의 개구부(30A)가 형성되며, 개구부(30A)에는 로드부(32)가 삽입 관통된다. 지지부(31)는, 예를 들어 원통형 부재이며, 하단부가 개구부(30A)를 따라 용기(30)의 상면측에 설치된다. 지지부(31)의 상단부에는 플랜지(34)가 마련되고, 플랜지(34)는 로드부(32)의 수용부(36)의 하면과 접촉하고 있다. 지지부(31)의 중간 부분에는 벨로우즈(35)가 마련되고, 벨로우즈(35)는, 플랜지(34)의 상하 방향의 이동을 가능하게 한다.

로드부(32)는, 지지부(31)에 지지되는 수용부(36)와, 하방에 연장 설치되는 봉상의 로드(37)와, 암나사 구멍(39)이 형성된 암나사부(38)를 갖는다.

수용부(36)는, 예를 들어 원판형 부재이며, 로드(37)보다도 직경이 크고, 하면측이 지지부(31)의 플랜지(34)의 상면과 접촉한다. 또한, 수용부(36)의 중심에는 로드(37)가 접속된다. 로드(37)의 하단은, 로드부(32)의 하단부(32B)를 상면부(6)에 맞닿게 한다. 암나사부(38)의 중심에는, 로드부(32)의 축 방향과 동일 방향으로 암나사 구멍(39)이 마련되어 있으며, 내부에는 암나사가 형성된다. 암나사부(38)는, 로드 위치 조정부(33)의 수나사부(40)와 나사 결합된다.

로드 위치 조정부(33)는, 예를 들어 수나사부(40)와, 제1 기어(41)와, 제2 기어(42)와, 모터(43) 등을 갖는다. 모터(43)는, 정회전 및 역회전이 가능하다.

제1 기어(41)는 수나사부(40)와 접속되고, 제2 기어(42)는 모터(43)와 접속된다. 제1 기어(41)와 제2 기어(42)는, 서로 맞물려 있다. 모터(43)가 구동함으로써 제2 기어(42)가 회전하고, 제2 기어(42)의 회전력이 제1 기어(41)에 전달된다. 그리고, 제1 기어(41)가 회전함으로써, 수나사부(40)가 회전한다. 그 결과, 수나사부(40)와 나사 결합되어 있는 로드부(32)는 축심 주위로 회전하지 않고, 축 방향으로 이동하여, 용기(30)에 대하여 하측 방향 또는 상측 방향으로 이동 가능하다. 즉, 로드부(32)는, 축심 주위의 회전이 억제되어, 축 방향, 즉 상하 방향으로 이동 가능한 구성을 갖고 있다.

로드부(32)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 로드부(32)의 하단부(32B)가 상면부(6)에 맞닿고, 또한 로드부(32)를 하측 방향으로 이동시킴으로써, 상면부(6)를 변형시킨다. 로드부(32)의 이동량에 따라, 상면부(6)의 변형량을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 로드부(32)가 상면부(6)를 변형시키는 경우에 대하여 설명했지만, 제1 실시 형태와 마찬가지로 상면부(6)의 면 상에 리브(14)가 마련되어, 로드부(32)에 의해 상면부(6) 및 리브(14)가 변형되어도 된다.

본 실시 형태에 따르면, 변형 조정부(20)가 용기(30)의 외부에 마련되고, 용기(30)의 외부측으로부터, 변형 조정부(20)를 사용하여 1/4 파장형 공진기(1)의 상면부(6)를 변형할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태와 같이 볼트(22)를 직접 조작하는 것이 아니라, 모터(43)를 구동함으로써 로드부(32)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 그 때문에, 운전 중, 용기(30)에 액체 헬륨이 충전되고, 1/4 파장형 공진기(1)에 액세스하기 어려운 경우에 있어서도, 원격 조작에 의해 1/4 파장형 공진기(1)의 상면부(6)를 변형할 수 있다.

1: 1/4 파장형 공진기
2: 몸통체부
3: 중심 도체
4: 측면부
5: 하면부
6: 상면부
7: 빔 포트
8, 12: 개구부
9: 플랜지
10: 접속부
11: 빔 통과부
13: 포트
14: 리브
15: 지지부
20: 변형 조정부
21: 다이부
22: 볼트
30: 용기
31: 지지부
32: 로드부
33: 로드 위치 조정부
34: 플랜지
35: 벨로우즈
36: 수용부
37: 로드
38: 암나사부
39: 암나사 구멍
40: 수나사부
41: 제1 기어
42: 제2 기어
43: 모터

Claims (9)

1. 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부와,
   상기 몸통체부의 상부에 마련되며, 판형 부재인 상면부와,
   상기 상면부에 대하여 압박력을 부여하여, 상기 상면부를 변형시키는 변형 조정부를
   구비하는, 가속 공동.
2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 변형 조정부가 마련되고, 각각의 상기 변형 조정부가 상기 상면부의 상이한 위치에 대하여 압박력을 부여하는, 가속 공동.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면부의 면 상에 상방으로 돌출된 리브가 마련되고,
   상기 변형 조정부는, 상기 리브에 접촉하여 압박력을 부여하는, 가속 공동.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상면부는, 상기 변형 조정부가 접촉하는 부분의 판 두께가 다른 부분보다도 얇은, 가속 공동.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상면부는, 상기 변형 조정부가 접촉하는 부분이 평면상으로 형성되는, 가속 공동.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 가속 공동을 구비하는, 가속기.
7. 축 방향이 연직 방향에 대하여 평행하게 배치되며, 측면부가 원통 형상을 갖는 몸통체부와, 상기 몸통체부의 상부에 마련되며, 판형 부재인 상면부를 구비하는 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법이며,
   변형 조정부가 상기 상면부에 대하여 압박력을 부여하여, 상기 상면부를 변형시키는 스텝을 갖는, 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 상면부를 변형시키는 스텝에 있어서, 상기 상면부를 소성 변형, 또는 탄성 변형시키는, 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 복수의 상기 변형 조정부가 마련될 때, 전부 또는 일부의 상기 변형 조정부에 의해 상기 상면부를 변형시키는, 가속 공동의 공진 주파수 조정 방법.

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