(57)【要約】      （修正有）【課題】専用の真空熱処理炉を用いることなく、超伝導加速空洞の内面に窒素を吸蔵させることができる超伝導加速空洞の内面処理方法、超伝導加速空洞の製造方法、及び超伝導材料の表面処理方法を提供すること。【解決手段】加速空洞１の内面２を洗浄する高圧超純水洗浄工程と、洗浄後密閉された加速空洞１の内部空間を真空吸引する吸引工程と、加速空洞１の外面に加熱ヒータ３３を配設して真空吸引された加速空洞１を加熱する加熱工程と、真空吸引及び加熱された加速空洞１の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程とを備える。【選択図】図２
2020187871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の内面を処理する超伝導加速空洞の内面処理方法であって、
前記超伝導加速空洞の内面を洗浄する洗浄工程と、
洗浄後密閉された前記超伝導加速空洞の内部空間を真空吸引する吸引工程と、
真空吸引された前記超伝導加速空洞を前記超伝導加速空洞の外面から加熱する加熱工程と、
真空吸引及び加熱された前記超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程と、
を備えることを特徴とする超伝導加速空洞の内面処理方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記超伝導加速空洞を１２０℃以上２５０℃以下に加熱することを特徴とする請求項１に記載の超伝導加速空洞の内面処理方法。
【請求項３】
超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の内面を処理する超伝導加速空洞の内面処理方法であって、
レーザ光を照射する照射ヘッドを前記超伝導加速空洞の内部空間に挿入した状態で該内部空間を真空吸引する吸引工程と、
前記照射ヘッドと前記超伝導加速空洞との少なくとも一方を移動させて、真空吸引された該超伝導加速空洞の内面に前記レーザ光を照射して該内面を洗浄するレーザクリーニング工程と、
前記レーザ光の照射と並行して前記超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程と、
を備えることを特徴とする超伝導加速空洞の内面処理方法。
【請求項４】
超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の組立と内面を処理する超伝導加速空洞の製造方法であって、
前記超伝導加速空洞を構成する部品の内部空間にレーザ光を照射する照射ヘッドを挿入した状態で、前記照射ヘッドと前記超伝導加速空洞との少なくとも一方を移動させて、該超伝導加速空洞の前記部品の接合部の内面に前記レーザ光を照射して該接合部を溶接するレーザ溶接工程と、
前記レーザ光の照射と並行して前記超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程と、
を備えることを特徴とする超伝導加速空洞の製造方法。
【請求項５】
筒状に形成されようとする超伝導材料の表面処理方法であって、
真空吸引された環境下で、前記超伝導材料を含む鉱石に電子ビームを照射して該超伝導材料を精製する精製工程と、
精製された前記超伝導材料を圧延した後に所定形状に切削する切削工程と、
切削された前記超伝導材料を真空吸引された環境下で熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記精製工程及び前記熱処理工程の少なくとも一方を実施する際に、前記真空吸引された環境に窒素を導入することを特徴とする超伝導材料の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導加速空洞の内面の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子や陽子などの荷電粒子を超伝導加速空洞により加速する超伝導加速器が知られている。この種の超伝導加速器では、超伝導材料（例えばニオブ）で形成された超伝導加速空洞内にマイクロ波を導入して内部を通過する荷電粒子を加速している。超伝導加速空洞が所定の性能を発揮するためには、超伝導加速空洞の内面（内表面）が非常に滑らかで、かつ清浄に保たれていなければならず、そのための処理法として、例えば電解研磨が挙げられる（特許文献１参照）。近年は、超伝導加速空洞の内面（内表面）の表層に微量の窒素を取り込ませることで超伝導特性を向上させる技術の開発が進められている。超伝導加速空洞の内面を化学研磨もしくは電解研磨した後、真空熱処理炉に収納して加熱し、加熱中もしくは加熱後に炉内温度を下げた状態で窒素を真空炉内部に導入することで、超伝導加速空洞の内面に窒素が吸蔵される。内面の最終仕上げとして、微量の電解研磨や高圧超純水洗浄等が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２９４７２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の超伝導加速空洞の内面に窒素を吸蔵させる手法では、窒素を導入する際に清浄な雰囲気が必要であるため、一般的な真空熱処理炉では清浄度が不十分であり、例えばオイルフリーの排気系を用いた専用設備が必要となる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、専用の真空熱処理炉を用いることなく、超伝導加速空洞の内面に窒素を吸蔵させることができる超伝導加速空洞の内面処理方法、超伝導加速空洞の製造方法、及び超伝導材料の表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の内面を処理する超伝導加速空洞の内面処理方法であって、超伝導加速空洞の内面を洗浄する洗浄工程と、洗浄後密閉された超伝導加速空洞の内部空間を真空吸引する吸引工程と、真空吸引された超伝導加速空洞を超伝導加速空洞の外面から加熱する加熱工程と、真空吸引及び加熱された超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成において、加熱工程は、超伝導加速空洞を１２０℃以上２５０℃以下に加熱してもよい。
【０００８】
また、本発明は、超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の内面を処理する超伝導加速空洞の内面処理方法であって、レーザ光を照射する照射ヘッドを超伝導加速空洞の内部空間に挿入した状態で該内部空間を真空吸引する吸引工程と、照射ヘッドと超伝導加速空洞との少なくとも一方を移動させて、真空吸引された該超伝導加速空洞の内面にレーザ光を照射して該内面を洗浄するレーザクリーニング工程と、レーザ光の照射と並行して超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、超伝導材料によって筒状に形成された超伝導加速空洞の組立と内面を処理する超伝導加速空洞の製造方法であって、超伝導加速空洞を構成する部品の内部空間にレーザ光を照射する照射ヘッドを挿入した状態で、照射ヘッドと超伝導加速空洞との少なくとも一方を移動させて、該超伝導加速空洞の部品の接合部の内面にレーザ光を照射して該接合部を溶接するレーザ溶接工程と、レーザ光の照射と並行して超伝導加速空洞の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程とを備えることを特徴とする。この構成において、レーザ溶接工程は超伝導加速空洞の外面から行ってもよい。
【００１０】
また、本発明は、筒状に形成されようとする超伝導材料の表面処理方法であって、真空吸引された環境下で、超伝導材料を含む鉱石に電子ビームを照射して該超伝導材料を精製する精製工程と、精製された超伝導材料を圧延した後に所定形状に切削する切削工程と、切削された超伝導材料を真空吸引された環境下で熱処理する熱処理工程とを備え、精製工程及び熱処理工程の少なくとも一方を実施する際に、真空吸引された環境に窒素を導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、専用の真空熱処理炉を用いることなく、超伝導加速空洞の内面に窒素を吸蔵させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図２は、超伝導加速空洞の内面処理方法の吸引工程、加熱工程及び窒素導入工程を示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、超伝導加速空洞の内面処理方法のレーザクリーニング工程を示す図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る超伝導加速空洞の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、超伝導加速空洞の製造方法のレーザ溶接工程を示す図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係る超伝導加速空洞を構成する超伝導材料の表面処理方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１４】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法について説明する。図１は、第１実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の手順を示すフローチャートである。図２は、超伝導加速空洞の内面処理方法の吸引工程、加熱工程及び窒素導入工程を示す図である。
【００１５】
第１実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法は、図１に示すように、加速空洞形成工程Ｓ１１と、電解研磨工程（研磨工程）Ｓ１２と、高圧超純水洗浄工程（洗浄工程）Ｓ１３と、吸引工程Ｓ１４と、加熱工程Ｓ１５と、窒素導入工程Ｓ１６とを備える。加速空洞（超伝導加速空洞）１は、図２に示すように、中央部が膨らんだ略円筒形状のセル３を軸線方向に複数（例えば９個）組み合わされた構造体である。加速空洞１は、例えば、超伝導材料であるニオブ（Ｎｂ）材を曲げ加工、プレス成型加工、電子ビーム溶接またはレーザ溶接などの溶接加工を行うことによって所定形状に形成される（ステップＳ１１：加速空洞形成工程）。
【００１６】
次いで、加速空洞１の内面２の処理として、まず、電解研磨工程が行われる（ステップＳ１２）。電解研磨工程Ｓ１２は、加速空洞１の材料の不純物を取り除くとともに加速空洞１の内面２の付着物を取り除くために行われ、例えば、特許第２９４７２７０号に示される装置または方法等を用いて実施される。
【００１７】
電解研磨工程Ｓ１２が終了すると、加速空洞１の内面２に付着した異物を除去するために、高圧超純水洗浄工程（洗浄工程）を行う（ステップＳ１３）。高圧超純水洗浄工程Ｓ１３は、例えば、特許第５５３５５７２号に示される装置または方法等を用いて実施される。
【００１８】
高圧超純水洗浄工程Ｓ１３が終了すると、続いて、吸引工程（ステップＳ１４）、加熱工程（ステップＳ１５）及び窒素導入工程（ステップＳ１６）を実施する。これら各工程は、図２に示すような熱処理装置３１により実施される。加速空洞１の両方の開口端１Ａ，１Ｂにはそれぞれ液体、気体等の流体の漏洩を防ぐ（密閉する）キャップ１７が取り付けられる。
【００１９】
熱処理装置３１は、加速空洞１の内部を真空吸引する真空吸引装置３２と、加速空洞１の外面に配設されて加速空洞１を加熱する加熱ヒータ３３と、加速空洞１の内部に窒素を導入する窒素導入装置３４とを備えている。真空吸引装置３２は、潤滑油を使用しないオイルフリーの真空ポンプであり、キャップ１７を通じて、加速空洞１の一方の開口端１Ｂに連通する吸引配管３５に接続されている。本実施形態では、排気空間が加速空洞１内部に限定されるため、クライオポンプのような大型の専用設備を必要とせず、クライオポンプよりも小型の真空ポンプによる吸引が可能となる。加熱ヒータ３３は、例えば電熱式のヒータが用いられ、加速空洞１の外面を覆うように巻き付けられている。なお、加熱する手段はヒータに限るものではなく、加速空洞１の外面から加速空洞１を加熱できるものであれば周知の加熱手段を用いることができる。窒素導入装置３４は、例えば、窒素ガスを保有する加圧容器（ボンベ）を有し、キャップ１７を通じて、加速空洞１の他方の開口端１Ａに連通する導入配管３６に接続されている。
【００２０】
吸引工程Ｓ１４において、真空吸引装置３２は、加速空洞１の内部空間を真空吸引し、該加速空洞１の内部を例えば、１×１０−２Ｐａ程度の圧力とする。この際、加速空洞１の外部空間は大気圧となっているため、加速空洞１の内部空間のみが真空吸引される。また、加熱工程Ｓ１５において、加熱ヒータ３３は、加速空洞１の温度が例えば、１２０℃以上２５０℃以下の範囲となるように調整される。
【００２１】
これら吸引工程Ｓ１４及び加熱工程Ｓ１５によって、加速空洞１の内面２（ニオブ材）に吸蔵されたガス（例えば水素）を内面２から離脱させて除去することができる。続いて、真空吸引及び加熱された加速空洞１の内部空間に窒素ガスを導入する窒素導入工程Ｓ１６を実施する。これら吸引工程Ｓ１４、加熱工程Ｓ１５及び窒素導入工程Ｓ１６は並行して実施される。この窒素導入工程Ｓ１６において、窒素導入装置３４は、真空吸引されている加速空洞１の内部空間の圧力が、例えば３Ｐａになるように、所定時間（例えば２分以上４８時間以下）に亘って、窒素を導入し続ける。これにより、加速空洞１の内面２（ニオブ材）に簡便に窒素ガスを吸蔵させることができる。窒素導入工程Ｓ１６が終了すると、吸引工程Ｓ１４及び加熱工程Ｓ１５を終了して、第１実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の動作を終了する。
【００２２】
第１実施形態によれば、加速空洞１の内面２を洗浄する高圧超純水洗浄工程Ｓ１３と、洗浄後密閉された加速空洞１の内部空間を真空吸引する吸引工程Ｓ１４と、真空吸引された加速空洞１の外面に加熱ヒータ３３を配設して加速空洞１を外面から加熱する加熱工程Ｓ１５と、真空吸引及び加熱された加速空洞１の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程Ｓ１６とを備えるため、高圧超純水洗浄工程Ｓ１３後の清浄な加速空洞１の内面２に、簡便に窒素を吸蔵させることができる。また、加熱工程Ｓ１５では、加速空洞１の外面に加熱ヒータ３３を配設して真空吸引された加速空洞を加熱できるため、専用の真空熱処理炉を用いる必要がなく、装置構成の小型化及び簡略化を実現できる。
【００２３】
また、第１実施形態によれば、加熱工程Ｓ１５は、加速空洞１を１２０℃以上２５０℃以下に加熱するため、加熱ヒータ３３を利用した簡素な構成で加速空洞１を所望の温度に加熱できる。
【００２４】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法について説明する。図３は、第２実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の手順を示すフローチャートである。図４は、超伝導加速空洞の内面処理方法のレーザクリーニング工程を示す図である。第２実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法は、図３に示すように、加速空洞形成工程Ｓ２１と、電解研磨工程（研磨工程）Ｓ２２と、吸引工程Ｓ２３と、レーザクリーニング工程Ｓ２４と、窒素導入工程Ｓ２５とを備える。加速空洞形成工程Ｓ２１と電解研磨工程Ｓ２２とは、上記した加速空洞形成工程Ｓ１と電解研磨工程Ｓ１２とそれぞれ同等であるため説明を省略する。
【００２５】
電解研磨工程Ｓ２２が終了すると、続いて、吸引工程（ステップＳ２３）、レーザクリーニング工程（ステップＳ２４）及び窒素導入工程（ステップＳ２５）を実施する。これら各工程は、図４に示すようなレーザクリーニング装置４０により実施される。レーザクリーニング装置４０は、加速空洞１を軸線回りに回転可能に保持する一対の回転保持具６と、回転保持具６を回転させる回転装置７とを備える。一対の回転保持具６はそれぞれ円板形状で、加速空洞１の軸線方向の端部を保持し、保持軸１２によって連結されている。一対の回転保持具６の対向する面には外周に歯が刻まれた歯車１３が設けられている。回転装置７は、各歯車１３と噛み合う一対の歯車１４と、歯車１４を連結する回転軸１５と、回転軸１５を回転させるモータ１６とを備える。
【００２６】
また、レーザクリーニング装置４０は、加速空洞１の内部を真空吸引する真空吸引装置３２と、加速空洞１の内部に窒素を導入する窒素導入装置３４と、レーザ光を発振するレーザ発振装置４１と、レーザ発振装置４１に接続される光ファイバケーブル４２と、光ファイバケーブル４２の先端に配設される照射ヘッド４３とを備える。真空吸引装置３２及び窒素導入装置３４の構成については、上記したものと同等であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２７】
照射ヘッド４３は、不図示のミラー及びレンズを備えており、ミラーは、光ファイバケーブル４２を通って入射されたレーザ光４３Ａを加速空洞１の内面２に向けて角度を変える。レンズは、レーザ光４３Ａを加速空洞１の内面２に焦点を合わせる。光ファイバケーブル４２は、キャップ１７を通じて加速空洞１の内部に挿入され、加速空洞１の軸線方向（矢印Ａ方向）に沿って照射ヘッド４３を移動自在に構成される。
【００２８】
レーザクリーニングは、レーザ光の照射による物質の蒸散を利用する加工プロセスである。レーザ光４３Ａを加速空洞１の内面２の最表面層に照射することにより、内面２にはマイクロプラズマが生成し、その衝撃波、熱膨張圧で内面２のコンタミ層（腐食層、汚染層など）やコーティング層などの異物を蒸発して除去する。除去された異物は、真空吸引装置３２によって吸引されて加速空洞１の外部に排出される。
【００２９】
吸引工程Ｓ２３において、真空吸引装置３２は、加速空洞１の内部空間を真空吸引し、該加速空洞１の内部を例えば、１×１０−２Ｐａ程度の圧力とする。この際、加速空洞１の外部空間は大気圧となっているため、加速空洞１の内部空間のみが真空吸引される。また、レーザクリーニング工程Ｓ２４において、照射ヘッド４３は、レーザ光４３Ａを加速空洞１の内面２に向けて照射する。この際、照射ヘッド４３を軸線方向に沿って移動させると共に加速空洞１を回転させることにより、加速空洞１の内面２全体に亘ってレーザ光４３Ａを照射することで内面２全体を洗浄することができる。なお、加速空洞１の内面２全体にレーザ光４３Ａを照射できるように、照射ヘッド４３と加速空洞１との両方を移動させてもよい。また、加速空洞１を固定して照射ヘッド４３を回転させる構成としてもよい。また、加速空洞１の内面２全体でなく、特定箇所をピンポイントに狙って内面２の異物を除去してもよい。
【００３０】
レーザ光４３Ａを加速空洞１の内面２に照射することにより、加速空洞１が加熱されるため、加速空洞１の内面２に吸蔵されたガス（例えば水素）を内面２から離脱させて除去することができる。続いて、真空吸引及びレーザクリーニングされた加速空洞１の内部空間に窒素ガスを導入する窒素導入工程Ｓ２５を実施する。これら吸引工程Ｓ２３、レーザクリーニング工程Ｓ２４及び窒素導入工程Ｓ２５は並行して実施される。この窒素導入工程Ｓ２５において、窒素導入装置３４は、真空吸引されている加速空洞１の内部空間の圧力が、例えば３Ｐａになるように、所定時間（例えば２分以上４８時間以下）に亘って、窒素を導入し続ける。これにより、加速空洞１の内面２（ニオブ材）に簡便に窒素ガスを吸蔵させることができる。窒素導入工程Ｓ２５が終了すると、吸引工程Ｓ２３及びレーザクリーニング工程Ｓ２４を終了して、第２実施形態に係る超伝導加速空洞の内面処理方法の動作を終了する。
【００３１】
第２実施形態によれば、レーザ光４３Ａを照射する照射ヘッド４３を加速空洞１の内部空間に挿入した状態で該内部空間を真空吸引する吸引工程Ｓ２３と、照射ヘッド４３と加速空洞１との少なくとも一方を移動させて、真空吸引された該加速空洞１の内面２にレーザ光４３Ａを照射して内面２を洗浄するレーザクリーニング工程Ｓ２４と、レーザ光４３Ａの照射と並行して加速空洞１の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程Ｓ２５とを備えるため、加速空洞１の内面２の洗浄と同時に該内面２に窒素を吸蔵させることができる。また、レーザクリーニング工程Ｓ２４で加速空洞１の内面２の洗浄を実施するため、例えば、超純水を使用した洗浄工程を省略することができ、作業工程の簡素化及び排水量の低減を実現できる。また、レーザクリーニング工程Ｓ２４でレーザ光４３Ａを照射することで、真空吸引された加速空洞１の表層のみを加熱できるため、専用の真空熱処理炉を用いること必要がなく、装置構成の小型化及び簡略化を実現できる。
【００３２】
なお、上記した第２実施形態では、レーザクリーニング工程Ｓ２４を実施することで高圧超純水洗浄工程（洗浄工程）を省略する構成を説明したが、この高圧超純水洗浄工程及び超音波洗浄（洗浄工程）を実施しても構わないことは勿論である。
【００３３】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る超伝導加速空洞の組立と内面を処理する超伝導加速空洞の製造方法について説明する。図５は、第３実施形態に係る超伝導加速空洞の製造方法の手順を示すフローチャートである。図６は、超伝導加速空洞の製造方法のレーザ溶接工程を示す図である。第３実施形態に係る超伝導加速空洞の製造方法は、図５に示すように、吸引工程Ｓ３１と、レーザ溶接工程Ｓ３２と、窒素導入工程Ｓ３３とを備える。上記した第２実施形態では、レーザクリーニング工程Ｓ２４におけるレーザ照射に伴う加速空洞１の加熱を利用して内面２への窒素の吸蔵を行ったが、この第３実施形態では、レーザ溶接工程Ｓ３２におけるレーザ照射に伴う加速空洞１の加熱を利用して内面２への窒素の吸蔵を行っている。
【００３４】
吸引工程Ｓ３１、レーザ溶接工程Ｓ３２及び窒素導入工程Ｓ３３の各工程は、図６に示すようなレーザ溶接装置５０により実施される。レーザ溶接装置５０は、上記した一対の回転保持具６と回転装置７とを備える。これら回転保持具６及び回転装置７の構成は、上記したものと同等であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
また、レーザ溶接装置５０は、加速空洞１の内部を真空吸引する真空吸引装置３２と、加速空洞１の内部に窒素を導入する窒素導入装置３４と、レーザ光を発振するレーザ発振装置５１と、レーザ発振装置５１に接続される光ファイバケーブル５２と、光ファイバケーブル５２の先端に配設される照射ヘッド５３とを備える。真空吸引装置３２及び窒素導入装置３４の構成についても、上記したものと同等であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
加速空洞１を構成する複数のセル３は、それぞれ２つの半セル（部品）６０、６０を組み合わせて形成される。半セル６０は、大径開口部と小径開口部とが備えた椀状の形状をしており、セル３は、２つの半セル６０の大径開口部同士を接合部６２で溶接される。また、加速空洞１は、複数のセル３の小径開口部同士を接合部６３でそれぞれ溶接され、両端のセル３の小径開口部と円筒状の開口筒（部品）６１とが接合部６４でそれぞれ溶接される。
【００３７】
照射ヘッド５３は、不図示のミラー及びレンズを備えており、ミラーは、光ファイバケーブル５２を通って入射されたレーザ光５３Ａを加速空洞１の各接合部６２，６３，６４に向けて角度を変える。レンズは、レーザ光５３Ａを加速空洞１の各接合部６２，６３，６４に焦点を合わせる。光ファイバケーブル５２は、キャップ１７を通じて加速空洞１の内部に挿入され、加速空洞１の軸線方向（矢印Ａ方向）に沿って照射ヘッド５３を移動自在に構成される。
【００３８】
本実施形態のレーザ溶接工程Ｓ３２では、加速空洞１の内側から各接合部６２，６３，６４を溶接する。このため、加速空洞１が回転保持具６に支持されて、吸引工程Ｓ３１を実施する前には、外側から半セル６０及び開口筒６１を接合して加速空洞１を形成しておく。
【００３９】
吸引工程Ｓ３１において、真空吸引装置３２は、加速空洞１の内部空間を真空吸引し、該加速空洞１の内部を例えば、１×１０−２Ｐａの圧力とする。この際、この際、加速空洞１の外部空間は大気圧となっているため、加速空洞１の内部空間のみが真空吸引される。また、レーザ溶接工程Ｓ３２において、照射ヘッド５３は、レーザ光５３Ａを加速空洞１の各接合部６２，６３，６４のいずれかに対向する位置に位置付けられ、対向する接合部に向けて照射する。この際、加速空洞１を回転させることにより、加速空洞１の周方向に亘って接合部にレーザ光５３Ａを照射することで接合部を溶接することができる。一の接合部の溶接が終了すると、隣に位置する接合部に対向する位置に照射ヘッド５３を移動させる。なお、加速空洞１の各接合部にレーザ光５３Ａを照射できるように、照射ヘッド５３と加速空洞１との両方を移動させてもよい。
【００４０】
レーザ光５３Ａを加速空洞１の各接合部６２，６３，６４にそれぞれ照射して溶接することにより、加速空洞１が加熱されるため、加速空洞１の内面２に吸蔵されたガス（例えば水素）を内面２から離脱させて除去することができる。続いて、真空吸引及びレーザ溶接された加速空洞１の内部空間に窒素ガスを導入する窒素導入工程Ｓ３３を実施する。これら吸引工程Ｓ３１、レーザ溶接工程Ｓ３２及び窒素導入工程Ｓ３３は並行して実施される。この窒素導入工程Ｓ３３において、窒素導入装置３４は、真空吸引されている加速空洞１の内部空間の圧力が、例えば３Ｐａになるように、所定時間（例えば２分以上４８時間以下）に亘って、窒素を導入し続ける。これにより、加速空洞１の内面２（ニオブ材）に簡便に窒素ガスを吸蔵させることができる。窒素導入工程Ｓ３３が終了すると、吸引工程Ｓ３１及びレーザ溶接工程Ｓ３２を終了する。この後、形成された加速空洞１の内面２を化学研磨もしくは電解研磨する研磨工程、研磨された内面２を超音波洗浄及び高圧超純水洗浄する洗浄工程、加速空洞１を所定温度に加熱して熱処理（アニール及びベーキング）する熱処理工程を実施してもよい。
【００４１】
第３実施形態によれば、加速空洞１を構成する半セル６０、開口筒６１を組み付けるとともに、レーザ光５３Ａを照射する照射ヘッド５３を加速空洞１の内部空間に挿入した状態で内部空間を真空吸引する吸引工程Ｓ３１と、照射ヘッド５３と加速空洞１との少なくとも一方を移動させて、真空吸引された加速空洞１の半セル６０同士及び半セル６０と開口筒６１との各接合部６２，６３，６４の内面にレーザ光５３Ａを照射して接合部６２，６３，６４を溶接するレーザ溶接工程Ｓ３２と、レーザ光５３Ａの照射と並行して加速空洞１の内部空間に窒素を導入する窒素導入工程Ｓ３３とを備えるため、加速空洞１の溶接加工と同時に加速空洞１の内面２に窒素を吸蔵させることができる。また、レーザ溶接工程Ｓ３２でレーザ光５３Ａを照射することで、真空吸引された加速空洞１を加熱できるため、専用の真空熱処理炉を用いること必要がなく、装置構成の小型化及び簡略化を実現できる。
【００４２】
また、本実施形態では、吸引工程Ｓ３１を実施する前には、外側から半セル６０及び開口筒６１を接合して加速空洞１を形成しておくことを説明したが、半セル６０及び開口筒６１を加速空洞１の形状に組み付けた状態で保持しつつ、このまま真空チャンバに投入して真空環境下でレーザ溶接工程Ｓ３２を実施してもよい。この時，レーザ溶接工程Ｓ３２は、加速空洞１の内側からだけでなく、加速空洞１の外側から各接合部にレーザ光５３Ａを照射して実施してもよい。
【００４３】
また、本実施形態で形成された加速空洞１に、上記した第１実施形態及び第２実施形態の各工程を組み合わせて実施してもよい。この際、加速空洞１の内面２には、窒素が吸蔵されているため、各実施形態での窒素導入工程の時間を短縮することができる。
【００４４】
［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係る超伝導加速空洞を構成する超伝導材料の表面処理方法の手順を示すフローチャートである。この第４実施形態では、加速空洞１を構成する超伝導材料（ニオブ）に事前に窒素を導入し、表面に窒素を吸蔵させるものである。
【００４５】
超伝導材料は、図７に示すように、超伝導材料を含む鉱石（粗材料）を圧縮するプレス工程Ｓ４１、鉱石を精製する精製工程Ｓ４２、精製した超伝導材料を鍛造する鍛造工程Ｓ４３、鍛造した超伝導材料を粉砕する粉砕工程Ｓ４４、粉砕した超伝導材料を圧延する圧延工程Ｓ４５、圧延した超伝導材料を所定の形状に切削する切削工程Ｓ４６、切削した超伝導材料を加熱して熱処理（アニール）する熱処理工程Ｓ４７及び熱処理した超伝導材料の表面を研磨する研磨工程Ｓ４８を備えて形成される。
【００４６】
この中で、精製工程Ｓ４２は、真空チャンバなどの真空環境下において、超伝導材料を含む鉱石に電子ビームを照射することにより鉱石を溶融させることで、鉱石に含まれる不純物（酸素や炭素など）を放出させて精製する。電子ビームを照射することで加熱されるため、真空チャンバ内に窒素を導入（添加）することにより、表面に窒素が吸蔵された超伝導材料を作ることができる。
【００４７】
また、熱処理工程Ｓ４７においても、真空チャンバなどの真空環境下において、所定温度（７３０℃程度）に加熱されるため、真空チャンバ内に窒素を導入することにより、表面に窒素が吸蔵された超伝導材料を作ることができる。本実施形態では、精製工程Ｓ４２及び熱処理工程Ｓ４７で窒素を導入しているが、いずれか一方で導入する構成でもよい。このように、窒素が吸蔵された超伝導材料を用いて加速空洞１を形成した後、形成された加速空洞１の内面２を化学研磨もしくは電解研磨する研磨工程、研磨された内面２を超音波洗浄及び高圧超純水洗浄する洗浄工程、加速空洞１を所定温度に加熱して熱処理（アニール及びベーキング）する熱処理工程を実施してもよい。
【００４８】
この第４実施形態によれば、真空環境下で、超伝導材料に電子ビームを照射して超伝導材料を含む鉱石を精製する精製工程Ｓ４２と、精製された超伝導材料を圧延した後に所定形状に切削する切削工程Ｓ４６と、切削された超伝導材料を真空環境下で熱処理する熱処理工程Ｓ４７とを備え、精製工程Ｓ４２及び熱処理工程Ｓ４７の少なくとも一方を実施する際に、真空環境下に窒素を導入するため、窒素が吸蔵された超伝導材料を作ることができる。このため、この超伝導材料を用いて加速空洞１を形成した場合、この加速空洞１に対して、上記した第１実施形態〜第３実施形態の各工程を組み合わせて実施してもよい。この構成によれば、超伝導材料に窒素が吸蔵されているため、第１実施形態〜第３実施形態を実施する際に、内面２に窒素を吸蔵させる処理が不要、もしくは、処理時間の短縮を実現できる。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記した実施形態の各工程を実施する装置構成は一例であり、他の装置を用いて実施してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  加速空洞（超伝導加速空洞）
２  内面
３  セル
１７  キャップ
３２  真空吸引装置
３３  加熱ヒータ（加熱手段）
３４  窒素導入装置
４０  レーザクリーニング装置
４３  照射ヘッド
４３Ａ  レーザ光
５０  レーザ溶接装置
５３  照射ヘッド
５３Ａ  レーザ光
６０  半セル（部品）
６１  開口筒（部品）
６２、６３、６４  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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