KR20210145826A

KR20210145826A - 가속 공동

Info

Publication number: KR20210145826A
Application number: KR1020217037229A
Authority: KR
Inventors: 신고 모리; 미츠히로 요시다; 노부유키 시게오카
Original assignee: 미츠비시 쥬고 기카이 시스템 가부시키가이샤; 인터 유니버시티 리서치 인스티튜트 코포레이션 하이 에너지 엑셀레이터 리서치 오거나이제이션
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US12010789B2; KR102641230B1; EP3955708A4; CN113826448B; WO2020235507A1; EP3955708B1; EP3955708A1; JP7209293B2; US20220210904A1; CN113826448A; JP2020187986A

Abstract

가속 공동은, 도전성을 갖는 통 형상의 하우징과, 유전체로 형성되고, 중심부에 하전 입자를 통과 가능한 개구부를 갖고, 상기 하우징의 중심축의 축선 방향으로 복수 나열된 상태에서 당해 하우징의 내부에 배치되고, 각각이 상기 하우징에 의해 상기 중심축의 축선 방향으로 끼움 지지된 상태에서 고정된 복수의 셀을 구비하고, 상기 하우징은, 각각의 상기 셀을 보유 지지하는 부분에 마련되고, 상기 셀을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부를 갖는다.

Description

가속 공동

본 발명은, 가속 공동에 관한 것이다.

고주파 가속 공동은, 고주파가 입력됨으로써 내부에 가속 전계를 발생시켜, 전자 등의 하전 입자를 가속시킨다. 특허문헌 1에서는, 가속 에너지가 되는 고주파의 대부분을 고주파 손실이 작은 유전체 중에 보유 지지함으로써, 도전 손실을 저감하고, 전력 효율을 높이는 가속 공동에 대하여 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2017-117730호 공보

특허문헌 1에 기재된 가속 공동에서는, 도전체로 이루어지는 하우징의 내부에 유전체의 셀을 쌓아 올림으로써 배치하는 구성이다. 이 구성에서는, 셀의 치수 오차 등에 의해, 고주파의 공진 주파수 조정이 어려워질 가능성이 있다. 그 때문에, 도전 손실을 저감하여 전력 효율을 높이면서, 공진 주파수의 조정이 용이한 구성이 요구된다.

본 발명은, 상기에 감안하여 이루어진 것이고, 도전 손실을 저감하여 전력 효율을 높이면서, 공진 주파수의 조정이 용이한 가속 공동을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 가속 공동은, 도전성을 갖는 통 형상의 하우징과, 유전체로 형성되고, 중심부에 하전 입자를 통과 가능한 개구부를 갖고, 상기 하우징의 중심축의 축선 방향으로 복수 나열된 상태에서 당해 하우징의 내부에 배치되고, 각각이 상기 하우징에 의해 상기 중심축의 축선 방향으로 끼움 지지된 상태에서 고정된 복수의 셀을 구비하고, 상기 하우징은, 각각의 상기 셀을 보유 지지하는 부분에 마련되고, 상기 셀을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부를 갖는다.

따라서, 복수의 셀이 하우징에 의해 중심축의 축선 방향으로 끼움 지지된 상태에서 고정되기 때문에, 하우징 내에 있어서의 셀의 배치를 최적의 위치에서 안정시킬 수 있다. 이 때문에, 공진 주파수의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 하우징에 있어서, 각각의 셀을 보유 지지하는 부분에는, 셀을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부가 마련되기 때문에, 셀을 전파하여 외측을 향하는 가속 모드의 고주파는, 홈부에 있어서 반사된 고주파 사이에서 서로 상쇄하게 된다. 즉, 홈부는, 가속 모드의 주파수에 있어서의 고주파에 대하여 단락면으로서 행동하게 된다. 이 구성에 의해, 가속 공동에 있어서, 고주파가 하우징의 외측에 누출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 도전 손실을 저감하여 전력 효율을 높이면서, 공진 주파수의 조정이 용이한 가속 공동이 얻어진다.

또한, 상기 하우징은, 당해 하우징을 구성하는 복수의 하우징 부재가 상기 중심축의 축선 방향으로 접합되어서 형성되고, 인접하는 2개의 상기 하우징 부재에 의해 1개의 상기 셀이 끼움 지지되어도 된다.

따라서, 하우징에 있어서 중심축의 축선 방향으로 셀을 용이하면서도 확실하게 고정할 수 있다.

또한, 복수의 상기 하우징 부재는, 전자 빔 용접 또는 전주에 의해 접합된 상태여도 된다.

따라서, 적은 입열량에 의해, 치수 변화를 억제하면서, 하우징 부재끼리를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 하우징 부재끼리의 접합이 강고하게 되기 때문에, 열전도가 촉진되고, 하우징의 일부를 냉각함으로써, 전체의 온도 조정을 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 복수의 셀은, 각각의 상기 셀끼리가 상기 중심축의 축선 방향으로 간격을 두고 배치되어도 된다.

따라서, 하우징의 내부에 있어서 셀의 내외가 연통된 상태로 된다. 따라서, 셀의 내부의 배기를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 하우징 내부의 셀의 원통 부분이 다중 구조로 되는 경우에 있어서, 하우징의 내부에서 셀의 내외가 연통된 상태로 할 수 있기 때문에, 배기가 용이하게 된다.

또한, 상기 하우징은, 내부와 외부를 중심축에 직교하는 방사 방향에 대하여 연통하는 연통부를 가져도 된다.

따라서, 연통부를 통해 하우징의 내부 배기를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 연통부는, 상기 하우징의 외주 방향을 따라 슬릿 형상으로 형성되어도 된다.

따라서, 하우징의 외주 방향을 따른 범위에 걸쳐서 배기를 행할 수 있다.

또한, 상기 셀은, 일부가 상기 연통부를 통해 상기 하우징의 외부로 노출된 상태로 배치되고, 상기 셀 중 상기 연통부에 노출되는 부분의 표면을 덮는 커버부와, 상기 커버부에 접촉하여 배치되고, 내부에 냉각 매체를 유통시키는 유로 부재를 더 구비해도 된다.

따라서, 셀을 용이하게 냉각할 수 있다.

또한, 상기 중심축에 직교하는 방향의 내측을 향하여 상기 셀에 대하여 탄성력을 부여하는 탄성 변형부를 더 구비해도 된다.

따라서, 하우징과 셀 사이에 열팽창률의 차가 있는 경우에도, 열변형에 의한 하우징과 셀 사이의 상대적인 위치 어긋남을 흡수할 수 있다.

또한, 상기 탄성 변형부는, 상기 하우징의 일부여도 된다.

따라서, 별도 탄성 변형 부재를 사용하지 않고, 열변형에 의한 하우징과 셀 사이의 상대적인 위치 어긋남을 흡수할 수 있다.

또한, 상기 하우징의 내부에 마련되고, 상기 하우징의 내부 이물을 제거하는 게터재를 더 구비해도 된다.

따라서, 하우징의 내부의 이물을 용이하게 제거할 수 있다.

본 발명에 따르면, 도전 손실을 저감하여 전력 효율을 높이면서, 공진 주파수의 조정이 용이한 가속 공동을 제공할 수 있다.

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면 사시도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은, 동체 부재의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 동체 부재에 대하여 중심축(AX)을 통과하는 평면에 의한 단면 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는, 제2 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 6은, 제3 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 7은, 본 실시 형태에 따른 스프링부의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 8은, 제4 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 9는, 제5 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 10은, 제6 실시 형태에 따른 가속 공동의 일례를 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 가속 공동의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다.

[제1 실시 형태]

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 가속 공동(100)의 일례를 도시하는 사시 단면도이다. 도 1에서는, 중심축을 통과하는 평면에서 가속 공동(100)을 절단한 단면을 도시하고 있다. 도 1에 도시하는 가속 공동(100)은, 고주파가 입력됨으로써 내부에 가속 전계를 발생시켜, 선원(BS)으로부터 출사되는 전자 등의 하전 입자(M)를 가속시킨다. 가속 공동(100) 및 선원(BS)을 사용하여, 가속기(AC)가 구성된다. 가속기(AC)는, 예를 들어 고에너지 물리학 실험이나 방사광 시설 등의 학술 분야, 방사선 치료 또는 검사 등의 의료 분야, 비파괴 검사 등의 공업 분야 등의 각종 분야에 있어서 사용된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 가속 공동(100)에 있어서의 방향 중 중심축(AX)의 축선 방향을 설명하는 경우, 선원(BS)측(하전 입자(M)가 입사하는 측)을 입사측으로 표기하고, 입사측의 반대측(하전 입자가 출사하는 측)을 출사측으로 표기한다.

가속 공동(100)은, 하우징(10)과, 복수의 셀(20)을 구비한다. 하우징(10)은, 예를 들어 무산소구리 등의 순금속, 스테인리스에 은 도금 또는 구리 도금이 실시된 재료 등, 도전성을 갖는 재료를 사용하여 원통 형상으로 형성된다. 이렇게 형성함으로써, 하우징(10)의 표면은, 도전성이 확보된다.

하우징(10)은, 중심축(AX)의 축선 방향으로 나열되는 복수의 하우징 부재(11, 12, 13)가 접합된 구성이다. 하우징 부재는, 선원(BS)으로부터의 하전 입자(M)가 입사하는 입사측 부재(11)와, 하전 입자(M)가 출사되는 출사측 부재(12)와, 입사측 부재(11)와 출사측 부재(12) 사이에 배치되는 복수의 동체 부재(13)를 갖는다.

입사측 부재(11)는, 예를 들어 원통 형상이고, 하우징(10)의 중심축(AX)의 축선 방향 중 입사측(선원(BS)측)의 단부에 벽부(11w)가 마련된다. 입사측 부재(11)는, 벽부(11w) 중 하우징(10)의 중심축(AX)을 포함하는 부분에 원 형상의 개구부(11p)를 갖는다. 개구부(11p)는, 하우징(10)에 입사되는 하전 입자(M)가 통과한다. 입사측 부재(11)는, 내주면(11a) 및 외주면(11b)을 갖는다. 내주면(11a)은, 후술하는 출사측 부재(12)의 내주면(12a) 및 동체 부재(13)의 내주면(13a)과 동일 평면 상에 위치한 상태로 되도록 형성된다. 또한, 외주면(11b)은, 후술하는 출사측 부재(12)의 외주면(12b) 및 동체 부재(13)의 외주면(13b)과 동일 평면 상에 위치한 상태로 되도록 형성된다. 또한, 내주면(11a)과, 출사측 부재(12)의 내주면(12a) 및 동체 부재(13)의 내주면(13a) 사이는, 동일 평면 상에 위치한 상태가 아니어도 된다. 또한, 외주면(11b)과, 출사측 부재(12)의 외주면(12b) 및 동체 부재(13)의 외주면(13b) 사이는, 동일 평면 상에 위치한 상태가 아니어도 된다.

출사측 부재(12)는, 예를 들어 원통 형상이고, 하우징(10)의 중심축(AX)의 축선 방향 중 출사측의 단부에 벽부(12w)가 마련된다. 출사측 부재(12)는, 벽부(12w) 중 하우징(10)의 중심축(AX)을 포함하는 부분에 원 형상의 개구부(12p)를 갖는다. 개구부(12p)는, 하우징(10)으로부터 출사되는 하전 입자(M)가 통과한다. 출사측 부재(12)는, 내주면(12a) 및 외주면(12b)을 갖는다.

도 3은, 동체 부재(13)의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 4는, 도 3의 동체 부재(13)에 대하여 중심축(AX)을 통과하는 평면에 의한 단면 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 동체 부재(13)는, 내주면(13a)과, 외주면(13b)과, 입사측 단부면(13c)과, 출사측 단부면(13d)과, 입사측 돌출부(13e)와, 출사측 돌출부(13f)와, 홈부(13g)와, 볼록부(13h)를 갖는다.

내주면(13a) 및 외주면(13b)은, 예를 들어 원통면이고, 중심축이 하우징(10)의 중심축(AX)과 일치하도록 마련된다. 입사측 단부면(13c)은, 중심축(AX)의 축선 방향의 입사측의 단부면이다. 출사측 단부면(13d)은, 중심축(AX)의 축선 방향의 출사측의 단부면이다. 입사측 단부면(13c) 및 출사측 단부면(13d)은, 예를 들어 평면 형상이다.

입사측 돌출부(13e)는, 입사측 단부면(13c)의 외주 부분에 마련된다. 입사측 돌출부(13e)는, 주위 방향의 일주에 걸쳐서 형성된다. 입사측 돌출부(13e)는, 입사측 단부면(13c)에 대하여 단상에 마련되고, 내측면(13j)을 형성한다. 출사측 돌출부(13f)는, 출사측 단부면(13d)의 외주 부분에 마련된다. 출사측 돌출부(13f)는, 주위 방향에 대해서, 예를 들어 소정의 피치로 마련된다. 이 때문에, 축 대칭성을 유지하면서 출사측 돌출부(13f)를 배치 가능하게 된다. 출사측 돌출부(13f)는, 출사측 단부면(13d)에 대하여 단상으로 마련된다.

홈부(13g)는, 출사측 단부면(13d)에 원환 형상으로 마련된다. 홈부(13g)는, 출사측 단부면(13d)으로부터 입사측을 향하여 깊이 d(도 2 참조)가 되도록 형성된다. 이 깊이 d는, 가속 공동(100)에 입력되는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이가 되도록 설정된다. 따라서, 하우징(10)의 내부로부터 셀(20)을 전파하여 외측을 향하는 가속 모드의 고주파는, 홈부(13g)에 있어서 반사되고, 위상이 파장의 2분의 1만큼 어긋난 상태로 된다. 이 때문에, 셀(20)을 전파하여 외측을 향하는 가속 모드의 고주파는, 홈부(13g)에 있어서 반사된 고주파 사이에서 서로 상쇄하게 된다. 즉, 홈부(13g)는, 가속 모드의 주파수에 있어서의 고주파에 대하여 단락면으로서 행동하게 된다. 이 구성에 의해, 가속 공동(100)에 있어서, 고주파가 하우징(10)의 외측으로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 홈부(13g)는, 입사측 단부면(13c)에 마련되어도 된다. 또한, 홈부(13g)를 입사측 단부면(13c)에 마련할지, 출사측 단부면(13d)에 마련할지에 대해서서는, 동체 부재(13)마다 개별로 설정할 수 있다.

볼록부(13h)는, 출사측 단부면(13d)의 내주 부분에 마련된다. 볼록부(13h)는, 주위 방향에 대해서, 소정의 피치로 마련된다. 예를 들어, 중심축(AX)을 중심으로 한 회전 방향에 대해서, 출사측 돌출부(13f)의 위상과 대응하는 위상의 범위에 볼록부(13h)를 마련할 수 있다. 이 때문에, 축 대칭성을 유지하면서 볼록부(13h)를 배치 가능하게 된다.

동체 부재(13)끼리가 접합되는 경우, 출사측 돌출부(13f)는, 입사측 돌출부(13e)와 접촉한 상태로 된다. 이 상태에 있어서, 인접하는 동체 부재(13)의 입사측 단부면(13c), 입사측 돌출부(13e), 출사측 단부면(13d) 및 출사측 돌출부(13f)로 둘러싸인 부분에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)를 수용하기 위한 공간이 형성된다. 또한, 출사측 단부면(13d)의 외주 부분 중 주위 방향에 대하여 출사측 돌출부(13f) 사이의 부분에는, 슬릿부(13s)가 형성된다. 슬릿부(13s)는, 외주면(13b)의 주위 방향을 따라 형성된다. 또한, 볼록부(13h)는, 입사측 단부면(13c) 사이에 간격을 두고 대향한다. 볼록부(13h)와 입사측 단부면(13c) 사이에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)가 끼움 지지된다. 주위 방향에 대하여 볼록부(13h)끼리 사이의 부분에는, 오목부(13i)가 형성된다. 오목부(13i)는, 상기한 슬릿부(13s)와 연통된다. 따라서, 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)에 의해, 동체 부재(13)의 내주측과 외주측이 연통된다. 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)는, 동체 부재(13)의 내부와 외부를 중심축(AX)에 직교하는 방사 방향에 대하여 연통하는 연통부를 구성한다.

또한, 입사측 부재(11)에 있어서의 출사측 단부의 구성은, 동체 부재(13)의 출사측 단부의 구성과 마찬가지이다. 즉, 입사측 부재(11)는, 출사측 단부에 있어서, 출사측 단부면(11d)과, 출사측 돌출부(11f)와, 홈부(11g)와, 볼록부(11h)를 갖는다. 또한, 출사측 부재(12)에 있어서의 입사측 단부의 구성은, 동체 부재(13)의 입사측 단부의 구성과 마찬가지이다. 즉, 출사측 부재(12)는, 입사측 단부에 있어서, 입사측 단부면(12c)과, 입사측 돌출부(12e)를 갖는다. 입사측 부재(11)에 있어서의 출사측의 구성 및 출사측 부재(12)에 있어서의 입사측의 구성에 대해서는, 상기 동체 부재(13)의 설명이 원용 가능하다.

따라서, 홈부(11g)는, 출사측 단부면(11d)으로부터 입사측을 향하여 깊이 d(도 2 참조)가 되도록 형성된다. 홈부(11g)의 깊이 d는, 홈부(13g)의 깊이 d와 동일한 값으로 할 수 있다.

입사측 부재(11)와 동체 부재(13)가 접합되는 경우, 입사측 부재(11)의 출사측 돌출부(11f)는, 입사측 돌출부(13e)와 접촉한 상태로 된다. 이 상태에 있어서, 출사측 단부면(11d), 출사측 돌출부(11f)와, 입사측 단부면(13c), 입사측 돌출부(13e)로 둘러싸인 부분에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)를 수용하기 위한 공간이 형성된다. 또한, 출사측 단부면(11d)의 외주 부분 중 주위 방향에 대하여 출사측 돌출부(도시하지 않음) 사이의 부분에는, 슬릿부(도시하지 않음)가 형성된다. 슬릿부(13s)는, 외주면(13b)의 주위 방향을 따라 형성된다. 또한, 볼록부(11h)는, 입사측 단부면(13c) 사이에 간격을 두고 대향한다. 볼록부(11h)와 입사측 단부면(13c) 사이에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)가 끼움 지지된다. 주위 방향에 대하여 볼록부(11h)끼리 사이의 부분에는, 오목부(도시하지 않음)가 형성된다. 오목부(도시하지 않음)는, 상기한 슬릿부와 연통된다. 따라서, 오목부(11i) 및 슬릿부(13s)에 의해, 입사측 부재(11) 및 동체 부재(13)의 내주측과 외주측이 연통된다.

마찬가지로, 동체 부재(13)와 출사측 부재(12)가 접합되는 경우, 동체 부재(13)의 출사측 돌출부(13f)는, 출사측 부재(12)의 입사측 돌출부(12e)와 접촉한 상태로 된다. 이 상태에 있어서, 동체 부재(13)의 출사측 단부면(13d), 출사측 돌출부(13f)와, 출사측 부재(12)의 입사측 단부면(12c), 입사측 돌출부(12e)로 둘러싸인 부분에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)를 수용하기 위한 공간이 형성된다. 또한, 출사측 단부면(13d)의 외주 부분 중 주위 방향에 대하여 출사측 돌출부(13f) 사이의 부분에는, 슬릿부(13s)가 형성된다. 슬릿부(13s)는, 외주면(13b)의 주위 방향을 따라 형성된다. 또한, 볼록부(13h)는, 입사측 단부면(12c) 사이에 간격을 두고 대향한다. 볼록부(13h)와 입사측 단부면(12c) 사이에는, 후술하는 셀(20)의 원환부(23)가 끼움 지지된다. 주위 방향에 대하여 볼록부(13h)끼리 사이의 부분에는, 오목부(13i)가 형성된다. 오목부(13i)는, 상기한 슬릿부(13s)와 연통된다. 따라서, 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)에 의해, 동체 부재(13) 및 출사측 부재(12)의 내주측과 외주측이 연통된다. 또한, 볼록부(13h)는, 원환부(23) 사이에 간격을 둔 상태가 되도록 마련되어도 된다. 이 경우, 원환부(23)는, 입사측 단부면(12c)에 접합된다.

복수의 셀(20)은, 중심축(AX)의 축선 방향으로 나열되어 있다. 각각의 셀(20)은, 원통부(21)와, 원판부(22)와, 원환부(23)를 갖는다. 셀(20)은, 유전체로 형성되고, 표면에는 금속 코팅 등을 실시하지 않고 사용된다. 또한, 셀(20)은, 표면에 있어서 국소적인 금속 코팅 또는 유전체 코팅이 실시되어도 된다. 셀(20)에 사용되는 유전체는, 유전 손실이 낮은 유전체이고, 예를 들어 알루미나나 사파이어 등의 세라믹스이다.

원통부(21)는, 중심축이 하우징(10)의 중심축(AX)과 동축 상이 되도록 배치된다. 원통부(21)는, 동체 부재(13)의 내주면(13a)보다도 직경이 작다. 이 때문에, 원통부(21)는, 동체 부재(13)의 내측에 수용된다. 원통부(21)의 직경은, 모든 셀(20)에 있어서 동일해도 되고, 중심축(AX)의 축선 방향의 단부측의 셀(20)에 있어서의 원통부(21)의 직경이, 중앙측의 원통부(21)의 직경보다도 크게 설정되는 등, 셀(20)마다 달라도 된다. 중심축(AX)의 축선 방향에 인접하는 셀(20)의 원통부(21)끼리 사이에는, 간격(G)가 마련된다. 즉, 복수의 셀(20)은, 각각의 셀(20)이 중심축(AX)의 축선 방향으로 간격(G)을 두고 배치된다. 또한, 중심축(AX)의 축선 방향의 양단에 배치되는 셀(20)은, 각각 입사측 부재(11) 및 출사측 부재(12) 사이에 간격(G)을 두고 배치된다. 이 때문에, 하우징(10)의 내부에 있어서, 원통부(21)의 내측과 외측이 연통된 상태로 되어 있다.

원판부(22)는, 원통부(21)의 내측에 배치된다. 원판부(22)는, 중심축(AX)의 축선 방향에 대하여 원통부(21)의 중앙부에 배치된다. 원판부(22)는, 중심축(AX)을 포함하는 부분에 원 형상의 개구부(22a)를 갖는다. 개구부(22a)는, 하전 입자(M)가 통과한다. 개구부(22a)의 직경은, 원통부(21)의 직경보다도 작다. 원판부(22)의 면 상에 대하여 수직 방향으로 원통부(21)가 설치된다.

원환부(23)는, 원통부(21)의 외측에 배치된다. 원환부(23)는, 중심축(AX)의 축선 방향에 대하여 원통부(21)의 중앙부에 배치된다. 원환부(23)는, 중심축(AX)의 축선 방향의 두께가 원판부(22)와 마찬가지이다. 따라서, 원판부(22) 및 원환부(23)는, 원통부(21)를 개재시켜 평판 형상으로 형성된 구성이다.

원환부(23)는, 하우징(10) 중 중심축(AX)의 축선 방향에 인접하는 2개의 하우징 부재끼리 사이에 끼움 지지된다. 중심축(AX)의 축선 방향의 양단에 배치되는 셀(20)의 원환부(23)는, 입사측 부재(11)의 볼록부(11h)와 동체 부재(13)의 입사측 단부면(13d) 사이, 또는 동체 부재(13)의 볼록부(13h)와 출사측 부재(12)의 입사측 단부면(21d) 사이에 끼움 지지된다. 또한, 중심축(AX)의 축선 방향의 중앙측에 배치되는 셀(20)의 원환부(23)는, 동체 부재(13)끼리 사이, 즉 동체 부재(13)의 볼록부(13h)와 동체 부재(13)의 입사측 돌출부(13e) 사이에 끼움 지지된다. 이 구성에 의해, 하우징(10) 중 인접하는 하우징 부재에 의해 1개의 셀(20)이 끼움 지지된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 원환부(23)의 외주면(23a)은, 입사측 돌출부(13e)의 내측면(13j)에 지지되어 있다.

상기한 가속 공동(100)은, 통과하는 하전 입자(M)의 빔 축의 근방에 가속 방향의 전기장이 형성된다. 셀(20)의 원판부(22)의 판면이 빔 축에 대하여 수직 방향이 되도록, 당해 원판부(22)가 원통부(21)의 내측에 설치된다. 이에 의해, 원판부(22)의 개구부(22a)의 내측에서, 빔 축의 연장 방향으로 가속 전기장을 집중시키는 것이 가능하기 때문에, 션트 임피던스를 높일 수 있다.

상기와 같이 구성되는 가속 공동(100)은, 예를 들어 챔버(CB) 내에 수용되어, 펌프(P)에 의해 감압 가능하게 되어 있다. 펌프(P)에 의해 챔버(CB) 내를 감압함으로써, 가속 공동(100)의 내부가 감압된다. 본 실시 형태의 가속 공동(100)에서는, 예를 들어 셀(20)의 원통부(21)의 내부에 대해서는, 하우징(10)의 개구부(11p) 및 개구부(12p)를 통해 배기된다. 또한, 예를 들어 셀(20)의 원통부(21)의 외부에 대해서는, 하우징(10)의 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)를 통해 배기된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 인접하는 셀(20)의 원통부(21)끼리가 간격(G)을 두고 배치되기 때문에, 셀(20)의 원통부(21)의 내부에 대해서는, 당해 간격(G)으로부터 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)를 통해 배기할 수 있다. 이 때문에, 축 대칭성을 유지하면서, 배기를 행할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 가속 공동(100)은, 도전성을 갖는 통 형상의 하우징(10)과, 유전체로 형성되고, 중심부에 하전 입자(M)를 통과 가능한 개구부(22a)를 갖고, 하우징(10)의 중심축(AX)의 축선 방향으로 복수 나열된 상태에서 당해 하우징(10)의 내부에 배치되고, 각각이 하우징(10)에 의해 중심축(AX)의 축선 방향으로 끼움 지지된 상태에서 고정된 복수의 셀(20)을 구비하고, 하우징(10)은, 각각의 셀(20)을 보유 지지하는 부분에 마련되고, 셀(20)을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부(13g)를 갖는다.

따라서, 복수의 셀(20)이 하우징(10)에 의해 중심축(AX)의 축선 방향으로 끼움 지지된 상태에서 고정되기 때문에, 하우징(10) 내에 있어서의 셀(20)의 배치를 최적의 위치에서 안정시킬 수 있다. 이 때문에, 공진 주파수의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 하우징(10)에 있어서, 각각의 셀(20)을 보유 지지하는 부분에는, 셀(20)을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부(13g)가 마련되기 때문에, 셀(20)을 전파하여 외측을 향하는 가속 모드의 고주파는, 홈부(13g)에 있어서 반사된 고주파 사이에서 서로 상쇄하게 된다. 즉, 홈부(13g)는, 가속 모드의 주파수에 있어서의 고주파에 대하여 단락면으로서 행동하게 된다. 이 구성에 의해, 가속 공동(100)에 있어서, 고주파가 하우징(10)의 외측으로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 도전 손실을 저감하여 전력 효율을 높이면서, 공진 주파수의 조정이 용이한 가속 공동(100)이 얻어진다.

또한, 하우징(10)은, 당해 하우징(10)을 구성하는 복수의 하우징 부재(11, 12, 13)가 중심축(AX)의 축선 방향으로 접합되어서 형성되고, 인접하는 2개의 하우징 부재(11, 12, 13)에 의해 1개의 셀(20)이 끼움 지지되어도 된다. 따라서, 하우징(10)에 있어서 중심축(AX)의 축선 방향으로 셀(20)을 용이하면서도 확실하게 고정할 수 있다.

또한, 복수의 셀(20)은, 각각의 셀(20)끼리가 중심축(AX)의 축선 방향으로 간격(G)을 두고 배치되어도 된다. 따라서, 하우징(10)의 내부에 있어서 셀(20)의 내외가 연통된 상태로 된다. 따라서, 셀(20)의 내부 배기를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 하우징(10)의 내부가 다중 구조로 되는 경우에 있어서, 하우징(10)의 내부에서 셀(20)의 내외가 연통된 상태로 할 수 있기 때문에, 배기가 용이하게 된다.

또한, 하우징(10)은, 내부와 외부를 중심축(AX)에 직교하는 방사 방향에 대하여 연통하는 연통부를 가져도 된다. 따라서, 연통부를 통해 하우징(10)의 내부 배기를 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 연통부는, 하우징(10)의 외주 방향을 따라 슬릿 형상으로 형성되어도 된다. 따라서, 하우징(10)의 외주 방향을 따른 범위에 걸쳐서 배기를 행할 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 5는, 제2 실시 형태에 따른 가속 공동(200)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 5는, 가속 공동(200)의 단면 일부를 도시하고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 가속 공동(200)은, 하우징(110) 및 복수의 셀(20)을 갖는다. 하우징(110)은, 동체 부재(13)에 있어서, 내주측으로부터 외주측을 연통하는 연통부(13t)를 갖는다. 연통부(13t)는, 동체 부재(13)의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 마련된다.

복수의 셀(20)에 있어서는, 원환부(23)가 연통부(13t) 내에 배치된다. 원환부(23)의 외주면(23a)은, 연통부(13t)를 통해 하우징(10)의 외부로 노출된 상태로 배치된다. 외주면(23a) 상은, 커버부(30)가 배치된다. 커버부(30)는, 셀(20) 중 연통부(13t)를 통해 외부로 노출되는 부분의 표면인 외주면(23a)을 덮는 위치에 배치된다. 따라서, 외주면(23a)은, 연통부(13t)를 통해 하우징(10)의 외부로 노출되지만, 커버부(30)로 덮인 상태로 되어 있다. 커버부(30)는, 예를 들어 금속 재료 등, 열전도율이 높은 재료를 사용하여 형성된다. 커버부(30) 상에는, 유로 부재(40)가 배치된다. 유로 부재(40)는, 내부에 물 등의 냉각 매체(41)를 유통시킨다. 다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태의 가속 공동(100)과 마찬가지이다.

이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 가속 공동(200)은, 셀(20)의 일부를 하우징(10)의 외부로 노출시키는 위치에 배치되고, 셀(20) 중 연통부에 노출되는 부분의 표면을 덮는 커버부(30)와, 커버부(30)에 접촉하여 배치되고, 내부에 냉각 매체(41)를 유통시키는 유로 부재(40)를 더 구비한다. 유로 부재(40) 내를 유통하는 냉각 매체(41)에 의해, 커버부(30)를 통해 원환부(23)가 냉각된다. 따라서, 셀(20)을 용이하게 냉각할 수 있다.

[제3 실시 형태]

도 6은, 제3 실시 형태에 따른 가속 공동(300)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 가속 공동(300)은, 하우징(210) 및 복수의 셀(20)을 갖는다. 하우징(210)은, 출사측 부재(12)에 있어서의 입사측 돌출부(12e)의 내측면(12j)과 셀(20)에 있어서의 원환부(23)의 외주면(23a) 사이에 공간(12k)이 마련된다. 또한, 하우징(210)은, 동체 부재(13)에 있어서의 입사측 돌출부(13e)의 내측면(13j)과 셀(20)에 있어서의 원환부(23)의 외주면(23a) 사이에, 공간(13k)이 마련된다. 공간(12k) 및 공간(13k)에는, 스프링부(탄성 변형부)(50)가 배치된다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 스프링부(50)는, 원환상으로 형성되고, 기부(51)와, 내주부(52)와, 외주부(53)를 갖는다. 스프링부(50)는, 기부(51)가 출사측 부재(12)의 입사측 단부면(12c), 또는 동체 부재(13)의 입사측 단부면(13c)에 접촉하고, 내주부(52)가 셀(20)의 원환부(23)의 외주면(23a)에 접촉하고, 외주부(53)가 입사측 돌출부(13e)의 내측면(13j)에 접촉한 상태로 배치된다. 다른 구성에 대해서는, 제1 실시 형태의 가속 공동(100)과 마찬가지이다.

이와 같이, 제3 실시 형태에 따른 가속 공동(300)은, 중심축(AX)에 직교하는 방향의 내측을 향하여 셀(20)에 대하여 탄성력을 부여하는 탄성 변형부로서 스프링부(50)를 더 구비한다. 따라서, 하우징(10)과 셀(20) 사이에 열팽창률의 차가 있는 경우에서도, 열변형에 의한 하우징(10)과 셀(20) 사이의 상대적인 위치 어긋남을 흡수할 수 있다. 또한, 탄성 변형부로서는, 스프링부(50) 대신에, 다른 탄성 부재가 사용되어도 된다.

[제4 실시 형태]

도 8은, 제4 실시 형태에 따른 가속 공동(400)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 가속 공동(400)은, 하우징(100) 및 복수의 셀(20)을 갖는다. 하우징(100)은, 제3 실시 형태에 있어서 공간(12k, 13k)에 배치되는 스프링부(50) 대신에, 공간(12m, 13m)에 배치되는 원통 형상 편부(12n, 13n)를 탄성 변형부로서 갖는 구성이다. 즉, 탄성 변형부는 하우징(10)의 일부가 되고 있다. 다른 구성에 대해서는, 제3 실시 형태의 가속 공동(300)과 마찬가지이다.

이와 같이, 제4 실시 형태에 따른 가속 공동(300)에 있어서, 하우징(10)의 일부인 원통 형상 편부(12n, 13n)가 탄성 변형부여도 된다. 따라서, 별도 탄성 변형 부재를 사용하지 않고, 열변형에 의한 하우징(10)과 셀(20) 사이의 상대적인 위치 어긋남을 흡수할 수 있다.

[제5 실시 형태]

도 9는, 제5 실시 형태에 따른 가속 공동(500)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 가속 공동(500)은, 하우징(410) 및 복수의 셀(20)을 갖는다. 하우징(410)의 내부에 게터재(60)가 배치된다. 게터재(60)는, 예를 들어 하우징(410)의 내부 이물을 흡착하여 제거한다. 게터재(60)로서는, 예를 들어 가속 공동(500) 내를 배기하는 경우에 잔존하는 수소 성분 및 산소 성분(물 성분)을 흡착하여 제거 가능한 재료 등이 사용된다. 또한, 게터재(60)는, 예를 들어 티타늄 등의 금속을 포함해도 된다. 게터재(60)는, 홈부(13g)보다도 외측의 부분에 배치되어도 된다.

이와 같이, 제5 실시 형태에 따른 가속 공동(500)에 있어서, 하우징(410)의 내부에 게터재(60)를 배치함으로써, 게터재(60)에 의해 하우징의 내부 이물을 용이하게 제거할 수 있다.

[제6 실시 형태]

도 10은, 제6 실시 형태에 따른 가속 공동(600)의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 가속 공동(600)은, 하우징(510) 및 복수의 셀(20)을 갖는다. 하우징(510)은, 하우징 부재끼리의 접합 부분(14)이, 전자 빔 용접 또는 전주에 의해 접합된 상태이다.

이와 같이, 제6 실시 형태에 따른 가속 공동(600)에 있어서, 복수의 하우징 부재(11, 12, 13)가 용접 또는 전주에 의해 접합된 상태이다. 따라서, 적은 입열량에 의해, 치수 변화를 억제하면서, 하우징 부재(11, 12, 13)끼리를 확실하게 접합할 수 있다. 또한, 하우징 부재(11, 12, 13)끼리의 접합이 강고하게 되기 때문에, 열전도가 촉진되고, 하우징(10)의 일부를 냉각함으로써, 전체의 온도 조정을 행하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 기술 범위는 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경을 추가할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 하우징(10)에 있어서 볼록부(11h, 13h)와 입사측 단부면(13c, 12c)의 양쪽이 원환부(23)에 접촉한 상태에서 원환부(23)를 끼움 지지하는 구성을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 원환부(23)를 입사측 단부면(13c, 12c)에 접합시킴으로써, 원환부(23)와 볼록부(11h, 13h) 사이가 이격된 상태로 할 수 있다. 이 경우, 볼록부(11h, 13h)가 마련되지 않는 구성이어도 된다.

또한, 예를 들어 상기 실시 형태에서는, 하우징(10)의 동체 부재(13)에 있어서, 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)에 의한 연통부가 마련된 구성을 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 오목부(13i) 및 슬릿부(13s)는, 예를 들어 마련되지 않아도 된다. 이 경우, 개구부(11p) 및 개구부(12p)를 통해 하우징(10)의 내부를 배기할 수 있다. 또한, 오목부(13i), 슬릿부(13s)를 마련하는 구성으로 할지, 마련하지 않는 구성으로 할지에 대해서는, 동체 부재(13)마다 개별로 설정할 수 있다.

또한, 상기의 가속 공동의 일부를 냉각할 때, 유로 부재(30) 등의 외부의 설비 등을 사용하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 하우징(10, 110, 210, 310, 410, 510)의 내부에 유로를 형성하고, 당해 하우징 내부의 유로에 냉매를 유통시키는 구성이어도 된다.

또한, 상기 각 실시 형태의 구성에 대하여 예를 들어 동체 부재(13) 중 홈부(13g)보다도 외측의 부분에, 페라이트 또는 SiC 등의 전자파 흡수체를 마련해도 된다. 이 구성에 의해, 하전 입자(M)가 가속 공동 내를 통과할 때에 여기되는 전자파(항적장) 중, 가속 모드의 주파수와는 다른 주파수를 갖는 성분이 홈부(13g)보다도 외측으로 누출되고, 전자장 흡수체에 흡수되어서 감쇠하기 때문에, 하전 입자(M)를 가속하는 가속 전기장에 대한 영향이 억제된다. 따라서, 항적장의 영향에 의한 하전 입자(M)의 확대나 궤도 변화 등을 저감하고, 하전 입자(M)의 빔의 품질을 높게 유지할 수 있다.

AC: 가속기
AX: 중심축
BS: 선원
CB: 챔버
G: 간격
M: 하전 입자
P: 펌프
10, 110, 210, 310, 410, 510: 하우징
11: 입사측 부재
11a, 12a, 13a: 내주면
11b, 12b, 13b, 23a: 외주면
11d, 13d: 출사측 단부면
11f, 13f: 출사측 돌출부
11g, 13g: 홈부
11h, 13h: 볼록부
11i, 13i: 오목부
11p, 12p, 22a: 개구부
11w, 12w: 벽부
12: 출사측 부재
12c, 13c, 13d, 21d: 입사측 단부면
12e, 13e: 입사측 돌출부
12j, 13j: 내측면
12k, 12m, 13k, 13m: 공간
12n, 13n: 원통 형상 편부
13: 동체 부재
13s: 슬릿부
13t: 연통부
14: 접합 부분
20: 셀
21: 원통부
22: 원판부
23: 원환부
30: 커버부
40: 유로 부재
41: 냉각 매체
50: 스프링부
51: 기부
52: 내주부
53: 외주부
60: 게터재
100, 200, 300, 400, 500, 600: 가속 공동

Claims

도전성을 갖는 통 형상의 하우징과,
유전체로 형성되고, 중심부에 하전 입자를 통과 가능한 개구부를 갖고, 상기 하우징의 중심축의 축선 방향으로 복수 나열된 상태에서 당해 하우징의 내부에 배치되고, 각각이 상기 하우징에 의해 상기 중심축의 축선 방향으로 끼움 지지된 복수의 셀을
구비하고,
상기 하우징은, 각각의 상기 셀을 보유 지지하는 부분에 마련되고, 상기 셀을 전파하는 고주파의 가속 모드에서의 파장의 4분의 1의 깊이의 홈부를 갖는,
가속 공동.
제1항에 있어서, 상기 하우징은, 당해 하우징을 구성하는 복수의 하우징 부재가 상기 중심축의 축선 방향으로 접합되어서 형성되고, 인접하는 2개의 상기 하우징 부재에 의해 1개의 상기 셀이 끼움 지지되는,
가속 공동.
제2항에 있어서, 복수의 상기 하우징 부재는, 전자 빔 용접 또는 전주에 의해 접합된 상태인,
가속 공동.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 셀은, 각각의 상기 셀끼리가 상기 중심축의 축선 방향으로 간격을 두고 배치되는,
가속 공동.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징은, 내부와 외부를 중심축에 직교하는 방사 방향에 대하여 연통하는 연통부를 갖는,
가속 공동.
제5항에 있어서, 상기 연통부는, 상기 하우징의 외주 방향을 따라 슬릿 형상으로 형성되는,
가속 공동.
제5항에 있어서, 상기 셀은, 일부가 상기 연통부를 통해 상기 하우징의 외부로 노출된 상태로 배치되고,
상기 셀 중 상기 연통부에 노출되는 부분의 표면을 덮는 커버부와,
상기 커버부에 접촉하여 배치되고, 내부에 냉각 매체를 유통시키는 유로 부재를
더 구비하는, 가속 공동.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중심축에 직교하는 방향의 내측을 향하여 상기 셀에 대하여 탄성력을 부여하는 탄성 변형부를 더 구비하는,
가속 공동.
제8항에 있어서, 상기 탄성 변형부는, 상기 하우징의 일부인,
가속 공동.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징의 내부에 마련되고, 상기 하우징의 내부의 이물을 제거하는 게터재를 더 구비하는,
가속 공동.