WO2020218245A1

WO2020218245A1 - 荷電粒子加速装置及びその調整方法

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Publication number: WO2020218245A1
Application number: PCT/JP2020/017066
Authority: WO
Inventors: 邦彦衣笠; 寛昌伊藤; 竹内　猛; 芳治金井
Original assignee: 東芝エネルギーシステムズ株式会社; 東芝プラントシステム株式会社
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-10-29
Also published as: JP2020181759A; US11937362B2; CN113711699A; US20210410267A1; KR20210109617A; KR102616004B1; CN113711699B; JP7278859B2

Abstract

制御機器の据え付けを繰り返し実施する場合であっても、アライメント調整を繰り返す必要がない荷電粒子加速装置及びその調整方法を提供する。　荷電粒子加速装置（１０Ａ）は、荷電粒子が通過するダクト（１１）を貫通させるとともに荷電粒子のビーム軌道（１２）を制御する制御機器（１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ））と、基礎に固定される架台（１６）に支持されるとともに制御機器（１５）をビーム軌道（１２）に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージ（２０）と、を備えている。

Description

荷電粒子加速装置及びその調整方法

　本発明の実施形態は、荷電粒子加速装置及びその調整方法に関する。

　加速器では、荷電粒子のビーム軌道を制御するために、偏向電磁石、四極電磁石、スクリーンモニターといった複数の制御機器が、このビーム軌道に沿って設置される。そしてこれら制御機器は、ビーム軌道に対し、高精度で据え付けられることが要求される。このため、これら制御機器の据え付けに際し、建屋の固定点を基準とし位置決めするアライメント調整が行われる。一方において加速器には、入射器の調整にのみ使用されるエミッタンスモニタのように、調整時のみ設置され通常運転時には取り外される機器が存在する。

特開２００７―１４９４０５

　このように加速器を施工するに際し、調整段階から通常状態に切り替える度に、制御機器の精密アライメントを繰り返し実施する必要があり、多くの時間が割かれていた。

　本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、制御機器の据え付けを繰り返し実施する場合であっても、アライメント調整を繰り返す必要がない荷電粒子加速装置及びその調整方法を提供することを目的とする。

（Ａ）第１実施形態に係る荷電粒子加速装置の、通常状態における上面図、（Ｂ）Ｂ－Ｂ部分断面図、（Ｃ）Ｃ－Ｃ部分断面図。（Ａ）第１実施形態に係る荷電粒子加速装置の、調整段階における上面図、（Ｂ）Ｂ－Ｂ部分断面図、（Ｃ）Ｃ－Ｃ部分断面図。第２実施形態に係る荷電粒子加速装置の部分上面図。図３に示される荷電粒子加速装置の規制部材のＢ－Ｂ断面図。（Ａ）第３実施形態に係る荷電粒子加速装置の、設置時における上面図、（Ｂ）調整段階における上面図、（Ｃ）通常状態における上面図。各実施形態に係る荷電粒子加速装置の調整方法のフローチャート。

（第１実施形態）
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は第１実施形態に係る荷電粒子加速装置１０Ａの通常状態における上面図であり、図１（Ｂ）はそのＢ－Ｂ部分断面図であり、図１（Ｃ）はそのＣ－Ｃ部分断面図である。

　このように荷電粒子加速装置１０Ａ（１０）は、荷電粒子が通過するダクト１１を貫通させるとともに荷電粒子のビーム軌道１２を制御する制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、基礎（図示略）に固定される架台１６に支持されるとともに制御機器１５をビーム軌道１２に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージ２０と、を備えている。

　荷電粒子加速装置１０Ａ（１０）は、複数のダクト１１の両端の継手部分で相互接続してビーム軌道１２が形成される。互いに隣接するダクト１１の対向する継手部分（フランジ板）を突合せ、ネジ等で締結し、複数のダクト１１を繋ぐことにより、運動する荷電粒子のビーム軌道１２が形成される。

　そして、このビーム軌道１２に沿って偏向電磁石、四極電磁石、スクリーンモニターといった複数の制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が設置され、ダクト１１の内部空間を運動する荷電粒子の軌道が制御される。なお、制御機器１５は、これらに限定されるものではない。

　架台１６は、重量物である荷電粒子加速器１０Ａ（１０）を、ビーム軌道１２に沿って支持する構造物であり、コンクリート打設された基礎（図示略）の上に構築されている。なお図示においてこの架台１６は、長手方向を水平に配位したＨ型鋼を例示しているが、その態様は特に限定はなく、制御機器１５の設置位置に応じて、垂直または斜めに配位することも可能である。

　ステージ２０は、架台１６に固定される固定板２２と、制御機器１５が固定されるとともに固定板２２に対して相対的に移動する移動板２１と、を有している。さらにこのステージ２０は、軸回転することにより固定板２２に対し移動板２１を移動させる直動機構部２３を有している。

　移動板２１の下面は、固定板２２の上面に当接し摺動する。そして移動板２１は、ビーム軌道１２に沿う方向の移動は規制されつつ、ビーム軌道１２と交差する方向に、制御機器１５がビーム軌道１２に干渉しない程度のストローク幅を持って移動することができる。なお図示を省略しているが、固定板２２の上面に位置決めされた移動板２１は、その位置において締結部材等で、固定板２２に対し動かないように固定することができる。

　移動板２１には、偏向電磁石、四極電磁石、スクリーンモニター等の制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が、ダクト１１とともに、荷電粒子を通過させる軌道中心を貫くように設置される。さらにこれら制御機器１５を設置した移動板２１は、固定板２２の上面に位置決めされて締結部材等で固定される。これら制御機器１５、ダクト１１及びステージ２０の組み立ては、荷電粒子加速器１０Ａ（１０）の据え付け場所とは異なる場所で行われ、一体的に組み立てられた後に据え付け場所に輸送される。

　荷電粒子加速器１０Ａ（１０）の据え付け場所において、制御機器１５及びダクト１１が一体的に組み立てられたステージ２０は、高さ調整が可能な結合部材２８により架台１６の上部に結合される。結合部材２８として、広く用いられているネジとナットの組み合わせたものを採用することができるが、高重力物を安定して固定し高さ調整が可能なものであれば適宜採用することができる。

　これら制御機器１５は、ビーム軌道１２に対し、高精度で据え付けられることが要求される。このため、これら制御機器１５が設置されたステージ２０を架台１６に据え付けることに際し、建屋の固定点を基準とし、結合部材２８の高さ調整をしながら位置決めするアライメント調整が行われる。

　図１（Ｃ）に示すように直動機構部２３は、移動板２１に固定されるナット部２７と、このナット部２７に螺入し両端が固定板２２に回転自在に支持されるネジロッド２５と、このネジロッド２５に回転トルクを付与する回転駆動部２６と、から構成されている。

　このように構成される直動機構部２３により、制御機器１５、ダクト１１及び移動板２１の一体化物を、位置決めされた位置からビーム軌道１２の側方に退避させることができ、さらに元の位置決めされた位置に再現性良く復帰させることができる。

　なお直動機構部２３の収容スペースは、図示において、固定板２２の上面に溝状に設けられているが、移動板２１の主面に対し平行に肉厚部を穿孔した貫通孔としてもよい。また直動機構部２３は必須の構成要素ではなく、制御機器１５、ダクト１１及び移動板２１の一体化物は、他の方法、例えば人力で移動させてもよい。

　図２（Ａ）は第１実施形態に係る荷電粒子加速装置１０Ａの調整段階における上面図であり、図２（Ｂ）はそのＢ－Ｂ部分断面図であり、図２（Ｃ）はそのＣ－Ｃ部分断面図である。荷電粒子加速装置１０Ａ（１０）の調整段階においては、ステージ２０の移動板２１を、制御機器１５がビーム軌道１２に干渉しない程度に側方または直動機構部２３による移動方向に移動する。

　そして、制御機器１５を退避させた後のビーム軌道１２に、エミッタンス測定装置等の調整機器１７を配置する。この調整機器１７は、その両端に調整用ダクト１８を伴ってビーム軌道１２に配置される。図２（Ｃ）に示すように、この調整機器１７は、支持部材１９及び結合部材２８を介して、架台１６に対し、アライメント調整を伴って、ビーム軌道１２に対し、高精度で据え付けられる。

　そして荷電粒子加速装置１０Ａ（１０）の調整段階が終了したところで、架台１６から調整機器１７を除去し、退避させていた制御機器１５をビーム軌道１２に戻す。この制御機器１５は、元のビーム軌道１２の位置に高い再現性で戻るために、アライメント調整を再実施する必要がない。

（第２実施形態）
　次に図３及び図４を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る荷電粒子加速装置１０Ｂの部分上面図である。図４は、図３に示される規制部材３０のＢ－Ｂ断面図である。なお、図３及び図４において図１又は図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

　第２実施形態の荷電粒子加速装置１０Ｂにおいて、ステージ２０は、固定板２２に対する移動板２１の移動を規制する規制部材３０を有している。図４に示すように規制部材３０は、移動板２１の一部に当接する当接部３１と、この当接部３１及び固定板２２を固定する締結部材３２と、から構成されている。なお当接部３１には、移動板２１との当接面の位置を微調整するための調整代３３が設けられている。なおこの調整代３３は、当接部３１の側ではなく固定板２２の側に設けられていてもよい。また規制部材３０の設けられる位置は、図示される固定板２２の主面ではなく縁端側であってもよい。

　この規制部材３０は、架台１６に制御機器１５及びステージ２０を取り付けた後、アライメント調整を終了するまでに、当接部３１を移動板２１に当接させた状態で固定板２２に固定されている必要がある。このように規制部材３０が設けられていることにより、調整段階で退避させた制御機器１５をビーム軌道１２に戻す際に、移動板２１を規制部材３０に当接させるだけで正確に元の位置に戻すことができる。

（第３実施形態）
　次に図５を参照して本発明における第３実施形態について説明する。図５（Ａ）は第３実施形態に係る荷電粒子加速装置１０Ｃの設置時における上面図であり、図３（Ｂ）は調整段階における上面図であり、図５（Ｃ）は通常状態における上面図である。なお、図５において図１又は図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

　第３実施形態の荷電粒子加速装置１０Ｃにおいては、制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が設置されるステージ２０ａとは別個に、調整段階で稼働させる調整機器１７をビーム軌道１２に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージ２０ｂを備えている。これにより調整段階において、制御機器１５及び調整機器１７を交互に入れ替えてビーム軌道１２に位置付けるという作業を、再アライメント調整を必要とせずに実施することができる。さらに、調整機器１７を設置したステージ２０ｂは、調整段階が終了した後に、図５（Ｃ）に示すように取り外すことができる。

　さらに図５（Ｃ）に示すように、各実施形態の荷電粒子加速装置１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）において、固定板２２及び移動板２１は、通常運転時において制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が占有する領域を除く領域の一部が分断可能である。

　固定板２２は、ビーム軌道１２を中心とする対称の位置に、一対の分断境界３５ａが設けられている。そして、この固定板２２は、一対の分断境界３５ａで三分割される構成をとり、少なくとも調整段階においては、この三分割が一体化する構成を有している。同様に、移動板２１にも、ビーム軌道１２を中心とする対称の位置に、一対の分断境界３５ｂが設けられている。そして、この移動板２１は、一対の分断境界３５ｂで三分割される構成をとり、少なくとも調整段階においては、この三分割が一体化する構成を有している。このように構成されることで、調整段階が終了した後は、固定板２２及び移動板２１の不要な領域を除去することができ、荷電粒子加速装置１０の周辺スペースを確保することができる。

　図６のフローチャートに基づいて、各実施形態に係る荷電粒子加速装置の調整方法を説明する（適宜、図１～図２参照）。まず図１に示すように、ダクト１１、制御機器１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）及びステージ２０を一体化させたものを架台１６に対し取り付ける（Ｓ１１）。そして、ビーム軌道１２に対するアライメント調整を行う（Ｓ１２）。

　次に、ビームの調整工程に入り、図２に示すように、ビーム軌道１２から制御機器１５が退避するようにステージ２０を移動させる（Ｓ１３）。そして、ビーム軌道１２に調整機器１７を配置する（Ｓ１４）。このような状態にしてから、入射器（図示略）から荷電粒子を出射させ、荷電粒子の入射条件を調整する（Ｓ１５）。

　荷電粒子の入射条件の調整が終了したところで、ビーム軌道１２から調整機器１７を退避させ（Ｓ１６）、ステージ２０を移動させて制御機器１５をビーム軌道１２に復帰させる（Ｓ１７）。そして、ビームの調整工程が終了するまで（Ｓ１３）～（Ｓ１７）の工程を繰り返す（Ｓ１８ＮｏＹｅｓ，ＥＮＤ）。

　以上述べた少なくともひとつの実施形態の荷電粒子加速装置によれば、制御機器を前記ビーム軌道に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージを持つことにより、制御機器の据え付けを繰り返し実施する場合であっても、アライメント調整を繰り返す必要がなくなる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims

　荷電粒子が通過するダクトを貫通させるとともに、前記荷電粒子のビーム軌道を制御する制御機器と、
　基礎に固定される架台に支持されるとともに、前記制御機器を前記ビーム軌道に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージと、を備える荷電粒子加速装置。
　請求項１に記載の荷電粒子加速装置において、
　前記ステージは、
　前記架台に固定される固定板と、
　前記制御機器が固定されるとともに前記固定板に対して相対的に移動する移動板と、を有する荷電粒子加速装置。
　請求項２に記載の荷電粒子加速装置において、
　前記ステージは、さらに、
　軸回転することにより、前記固定板に対し前記移動板を移動させる直動機構部を有する荷電粒子加速装置。
　請求項２又は請求項３に記載の荷電粒子加速装置において、
　前記ステージは、さらに、
　前記固定板に対する前記移動板の移動を規制する規制部材を有する荷電粒子加速装置。
　請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子加速装置において、
　前記制御機器が設置される前記ステージとは別個に、調整段階で稼働させる調整機器を前記ビーム軌道に対し交差する方向に可逆的に移動させるステージを備える荷電粒子加速装置。
　請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の荷電粒子加速装置において、
　前記固定板及び前記移動板の少なくとも一方は、通常運転時において前記制御機器が占有する領域を除く領域の一部が分断可能である荷電粒子加速装置。
　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の荷電粒子加速装置の調整方法であって、
　前記ダクト、前記制御機器及び前記ステージを一体化させたものを前記架台に対し取り付けて、前記ビーム軌道に対するアライメント調整をする工程と、
　前記ビーム軌道から前記制御機器が退避するように前記ステージを移動させる工程と、
　前記ビーム軌道に調整機器を配置して、前記荷電粒子の入射条件を調整する工程と、
　前記ビーム軌道から前記調整機器を退避させる工程と、
　前記ビーム軌道に前記制御機器が復帰するように前記ステージを移動させる工程と、を含む荷電粒子加速装置の調整方法。