(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームにエネルギを与える高周波加速空胴であって、銅またはアルミニウムを基材とする外側空胴の前記ビームを臨む内面が超電導材からなる内側空胴で形成された超電導高周波加速空胴において、外側空胴を鍛造または機械加工によって製作する工程と、超電導材のシートで円筒を形成する工程と、前記円筒を前記外側空胴の内部に挿入し、該外側空胴の内面に円筒を膨らませて内側空胴として固着させる工程とを備えたことを特徴とする超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項２】
荷電粒子ビームにエネルギを与える高周波加速空胴であって、銅またはアルミニウムを基材とする外側空胴の前記ビームを臨む内面が超電導材からなる内側空胴で形成された超電導高周波加速空胴において、ビーム加速軸方向の外側空胴のほぼ中央に分割部を有するように二分割された外側半割空胴を鍛造または機械加工によって形成する工程と、前記２個の半割空胴を対向配置し、分割部を溶接して一体化して外側空胴とする工程と、超電導材のシートで円筒を成形する工程と、前記円筒を前記外側空胴の内部に挿入し、この外側空胴の内面に前記円筒を膨らませて内側空胴として固着する工程とを備えたことを特徴とする超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項３】
良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒をＨＩＰ（熱間等方加圧）接合法により膨らませて固着させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項４】
良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒を爆着接合法により膨らませて固着させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【請求項５】
良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒を液圧成形接合法により膨らませて密着させ、その後加熱すると共に加圧して固着させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超電導高周波加速空胴の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビームの加速器に使用される超電導高周波加速空胴の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加速器は、電子、陽子、イオン等の荷電粒子を電磁力で数十億電子ボルト（数ＧｅＶ）程度の高エネルギ状態に加速するための装置であり、もともとは原子核や素粒子の研究のために開発されてきた。
【０００３】
しかし、近年では、真空中をほぼ光速で伝搬する電子が偏向磁場によりその軌道が曲げられたときにその軌道の接線方向に発生する放射光（ＳＯＲ光と呼ばれる）を利用して、超ＬＳＩ微細加工（リソグラフィ）や物質研究等、生命科学等の広範な科学技術分野まで適用範囲を広げている。
【０００４】
加速器には荷電粒子の加速や、ＳＯＲ光として失われたエネルギを補給するため、そのビームラインに高周波加速空胴が設けられている。
図１１は従来の高周波加速装置の一例を示すもので、荷電粒子を加速、蓄積する円形加速器のビームダクト１に高周波加速空胴２が介挿されている。この高周波加速空胴２には高周波発振器３で発振した高周波が導波管４を通してアンテナ５を介して供給される。
【０００５】
高周波加速空胴２内に供給された高周波は、共振によってビームダクト１の両端部１ａ間に高電界Ｅを発生させ、荷電粒子ビーム６を加速する。この場合、高電界Ｅが発生すると高周波加速空胴２の内表面に循環電流が流れ、この電流は高周波電流であるため、高周波加速空胴２の内面の材質に応じた表皮深さを流れ、ジュール損失を生じる。
【０００６】
ところで、銅やアルミニウム等で作られた常電導高周波加速空胴で荷電粒子ビーム６の加速に必要な高電界を得るには、上述したジュール損失が極めて大きくなり、このジュール損失を補うために大きな高周波電力を供給できる大出力の高周波発振器３が必要となる。
【０００７】
しかし、かかる高周波電力を賄えるだけの高周波発振器は現存していない。さらに、高周波加速空胴２の冷却上でも問題になり、常電導高周波加速空胴の適用には限界がある。
【０００８】
そこで、高周波加速空胴２の内面に電流が流れてもジュール損失が生じないように、電気抵抗がほぼ０Ωである超電導材で高周波加速空胴を形成することが考えられる。
【０００９】
超電導高周波加速空胴の使用分野は多方面にわたるが、特に荷電粒子ビーム加速器に関しては近年になって世界各地で計画、建設が進められている大型電子蓄積リング用として、限られた電力、限られた空間の範囲でできるだけ高いエネルギを持った電子を得るために超電導高周波加速空胴の実現が切望されている。
【００１０】
従来、超電導高周波加速空胴の製造方法としては、例えば特開平１−２３１３００号公報に示されるようなものが知られている。
この製造方法は、図１２に示すようにアルミニウム合金を母材とした加速空胴７を成形し、次にスパッタリングでこの加速空胴７の内側にＮｂ膜８を形成して超電導高周波加速空胴を製造するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の超電導高周波加速空胴の製造方法においては、アルミニウム合金で成形した加速空胴７の内側にスパッタリングでＮｂ膜８を形成するため、Ｎｂ膜８の厚さが均一にならない、Ｎｂ膜８の純度が低い等の問題があり、超電導性を劣化させる恐れがある。
【００１２】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、超電導特性の劣化を防止し、製造が簡単でかつ製造コストの低減化に寄与できる高性能で経済的な超電導高周波加速空胴の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような工程により超電導高周波加速空胴を製造するものである。
請求項１に対応する発明は、荷電粒子ビームにエネルギを与える高周波加速空胴であって、銅またはアルミニウムを基材とする外側空胴の前記ビームを臨む内面が超電導材からなる内側空胴で形成された超電導高周波加速空胴において、外側空胴を鍛造または機械加工によって製作する工程と、超電導材のシートで円筒を形成する工程と、前記円筒を前記外側空胴の内部に挿入し、該外側空胴の内面に円筒を膨らませて内側空胴として固着させる工程とを備える。
【００１４】
請求項２に対応する発明は、荷電粒子ビームにエネルギを与える高周波加速空胴であって、銅またはアルミニウムを基材とする外側空胴の前記ビームを臨む内面が超電導材からなる内側空胴で形成された超電導高周波加速空胴において、ビーム加速軸方向の外側空胴のほぼ中央に分割部を有するように二分割された外側半割空胴を鍛造または機械加工によって形成する工程と、前記２個の半割空胴を対向配置し、分割部を溶接して一体化して外側空胴とする工程と、超電導材のシートで円筒を成形する工程と、前記円筒を前記外側空胴の内部に挿入し、この外側空胴の内面に前記円筒を膨らませて内側空胴として固着する工程とを備える。
【００１５】
請求項３に対応する発明は、請求項１又は２に対応する発明において、良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒をＨＩＰ（熱間等方加圧）接合法により膨らませて固着させる。
【００１６】
請求項４に対応する発明は、請求項１又は２に対応する発明において、良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒を爆着接合法により膨らませて固着させる。
【００１７】
請求項５に対応する発明は、請求項１又は２に対応する発明において、良熱伝導材で成形した前記外側空胴の内面に超電導材で成形した円筒を液圧成形接合法により膨らませて密着させ、その後加熱すると共に加圧して固着させる。
【００２１】
従って、請求項１乃至請求項５に対応する発明によれば、銅やアルミニウム等の伸び率は約４０％であり、型を用いた成形や機械加工で半割空胴を容易に成形できる。また、スパッタリング等と違って電極の製作や電極を設置するための治具の製作、外側空胴の内表面の鏡面仕上げの必要がないので、製造コストの低減化に寄与できる。また、外側空胴の内面の超電導材は高純度でかつ厚さが均一であるため、超電導特性の劣化を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示すもので、（ａ）は半割空胴の成形工程、（ｂ）は溶接一体化行程、（ｃ）は円筒挿入工程、（ｄ）は内表面への密着工程をそれぞれ示すものである。
【００２４】
最初に工程（ａ）で鍛造品からなる素材を機械加工により外側半割空胴９を成形する。この場合、外側半割空胴９の基材としては良熱伝導材でかつ加工性に優れた銅やアルミニウム等が用いられる。
【００２５】
次に工程（ｂ）で２個の外側半割空胴９を対向配置して分割部をアーク溶接、電子ビーム溶接、あるいはろう付等で接合して一体化し、外側空胴１０を形成する。その後、工程（ｃ）でＮｂやＰｂ等の超電導材からなる高純度のシートを円筒状に成形し、分割部を例えば電子ビーム溶接等で接合した円筒１１を前述した外側空胴１０の内部に挿入する。
【００２６】
そして、最後に工程（ｄ）で前記円筒１１に外力を加え、膨らませながら前記外側空胴１０の内面に内側空胴として密着させると共に接合させる。
ここで、工程（ｃ）及び工程（ｄ）を図２により具体的に説明する。
【００２７】
図２（ａ）は、円筒１１を外側空胴１０の内部に挿入し、その後円筒１１と外側空胴１０との空間１２を真空脱気し、両端部をシール溶接する。この方法は真空脱気が可能な電子ビーム溶接等で行う。図中、１３はシール溶接部を示す。
【００２８】
シール溶接後、ＨＩＰ装置１４を用いて円筒１１と外側空胴１０とを接合させる。図２（ｂ）に示すＨＩＰ装置１４内で高温高圧の等方圧、例えば８００℃、１０００ｋｇ／  ｃｍ２  の雰囲気では円筒１１及び外側空胴１０には矢印１５に示す方向の等方圧が加わり、時間経過と共に円筒１１は変形して、最終的には図１（ｄ）に示すように円筒１１は内側空胴として外側空胴１０の内表面に均一に拡散接合により接合して一体化し、超電導高周波加速空胴を製造する。
【００２９】
次に上記のような第１の実施の形態の作用効果について述べる。
銅やアルミニウム等は熱伝導率が大きく、またＮｂに比較して伸び率が約４０％と高く、機械加工性も良好である。従って、外側半割空胴９を鍛造や機械加工で容易に精度良く成形加工できる。
【００３０】
成形加工後、外側半割空胴９を溶接等の接合方法で一体化し、外側空胴１０を製作する。別途ＮｂやＰｂ等の超電導材からなる高純度のシートを円筒状に成形し、分割部を例えば電子ビーム溶接等で接合した円筒１１を製作し、これらをＨＩＰ接合の高温高圧のガス雰囲気中で加熱、加圧することで、銅やアルミニウム等からなる外側空胴１０にＮｂとＰｂ等の原子が接合界面を介して相互拡散することで接合し、一体化する。
【００３１】
従って、銅やアルミニウム等の外側空胴１０の内表面にＮｂやＰｂ等の超電導物質からなる円筒１１が内側空胴として固着された超電導高周波加速空胴が得られる。また、この方法ではスパッタリング等と違って電極の製作や電極を設置する治具の製作、外側空胴１０の内表面の鏡面仕上げの必要がないので、製造コストの低減に寄与できる。さらに、外側空胴１０の内面のＮｂは高純度でかつ厚さが均一な内側空胴が固着されているため、超電導特性の劣化を防止することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、外側空胴１０を２個の外側半割空胴９の分割部を接合して一体化するようにしたが、これに代えて液圧成形や電鋳により外側空胴１０を一体物として製作したものでもよい。
【００３３】
また、内側空胴となる円筒１１も分割部を接合したが、これに代えて引抜きや機械加工で一体物として製作したものでもよい。また、外側空胴１０と内側空胴を拡散接合する際に、チタン等の活性金属を介在させてもよい。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態について図３により説明する。
第２の実施の形態では、図３に示すように外側空胴１０の外側に頑強な拘束治具１６を取付け、円筒１１の内側には当板１７を配置し、その中央部には爆発接合するための火薬１８を設ける。この火薬１８を爆発させることで、円筒１１と外側空胴１０の接合面はメタルジェットを介して強固な接合が得られる。
【００３５】
なお、接合面である外側空胴１０の内表面及び円筒１１の外表面は、先ず爆発接合が可能な状態に仕上げ加工が行われている。爆発接合後、当板１７を取除き、また拘束治具１６を取外すことで、図１（ｄ）に示すような所定の形状の超電導高周波加速空胴が得られる。
【００３６】
次に上記のような第２の実施の形態の作用効果について述べる。
第１の実施の形態と同様に、外側半割空胴９を溶接等の接合方法で一体化した外側空胴１０と、別途ＮｂやＰｂ等の超電導材からなる高純度のシートを円筒状に成形して接合した円筒１１とを構成し、円筒１１内部に配置した爆薬を爆発させることで、頑強な拘束治具１６に保護された外側空胴１０を変形させずに、外側空胴１０の内面にＮｂやＰｂ等の超電導材からなる円筒１１のみが衝突する。
【００３７】
この外側空胴１０の内面と円筒１１との衝突点では双方の金属が非常に大きな変形速度と高圧によって粘性流体的な挙動を示し、衝突点から前方に金属のジェットが発生する。このジェットによって金属表面の酸化被膜やガスの吸着層が除去されるために、現れた清浄表面が高圧によって密着し、銅やアルミニウム等の外側空胴１０とＮｂやＰｂ等の超電導材からなる円筒１１は、強固に接合して一体化する。特に、本方法ではメタルジェットにより、大気中での接合にも関わらず、健全な接合が得られる。
【００３８】
本実施の形態の爆着接合では、外側空胴１０及び円筒１１を加熱することなく接合できるので、外側空胴１０及び円筒１１の軟化による材質劣化を避けることができる。従って、銅やアルミニウム等の外側空胴１０の内表面にＮｂやＰｂ等の超電導物質が構成された構造強度の高い超電導高周波加速空胴が得られる。
【００３９】
また、この方法ではスパッタリング等と違って電極の製作や電極を設置する治具の製作、外側空胴の内表面の鏡面仕上げの必要がないので、製造コストの低減に寄与できる。さらに、外側空胴の内面のＮｂは高純度でかつ厚さが均一であるため、超電導特性の劣化を防止することができる。
【００４０】
本発明の第３の実施の形態について図４により説明する。
第３の実施の形態では、外側空胴１０の内側に円筒１１を配置し、さらにそれらの中心軸の両端にシール治具１９を配置して、その内部に液体２０を挿入して加圧する。円筒１１は、円筒内部の液体圧力を高めることで徐々に変形し、最終的には外側空胴１０の内側に密着される。また、液体の温度を１００℃に保つことで、外側空胴１０と円筒１１の相互拡散による接合を行うことができる。さらに、液体の温度及び圧力の条件で接合が得られにくい場合は、図示していないが、外側空胴１０の外部に加熱ヒータを配置して予熱し、接合が可能な温度まで加熱することもある。
【００４１】
なお、接合面である外側空胴１０の内表面及び円筒１１の外表面は、先ず相互拡散による接合が可能な状態に仕上げ加工が行われている。
次に上記のような第３の実施の形態の作用効果について述べる。
【００４２】
第１及び第２の実施の形態と同様に、外側半割空胴９を溶接等の接合方法で一体化した外側空胴１０と、別途ＮｂやＰｂ等の超電導材からなる高純度のシートを円筒状に成形して接合した円筒１１とを構成し、円筒１１内部に高温高圧の液体を充填させることで、円筒１１は外側空胴１０の内表面の形状に倣いながら銅やアルミニウム等及びＮｂやＰｂ等の原子が接合界面を介して拡散接合することで接合して一体化し、超電導高周波加速空胴が得られる。
【００４３】
また、本方法では第１の実施の形態に示すような大型で高価な設備で、かつ保安上、設置条件が厳しいＨＩＰ装置を用いることなく、特に高圧ガス取締りの認可を必要とせず、法的に制約のない高温高圧の拡散接合装置を用いることができる。
【００４４】
さらには、接合装置の導入及び取扱が容易であること、さらには大型接合装置の製作も容易であることから、大型の加速空胴機器への対応も可能である。その他、第１及び第２の実施の形態と同様の効果もある。
【００４５】
本発明の第４の実施の形態について図５により説明する。
図５（ａ）は内側半割空胴の成形工程、（ｂ）は溶接一体化工程、（ｃ）は加速空胴の二重化工程、（ｄ）は外側空胴と内側空胴の固着工程である。
【００４６】
最初に工程（ａ）で内側空胴２１の素材である板材を絞り加工やスピン加工等でラッパ状に成形する。この場合、内側空胴２１の基材としては超電導材のＮｂやＰｂが用いられる。
【００４７】
次に工程（ｂ）で２個の内側半割空胴２１ａ，２１ｂを対向配置して分割部をアーク溶接、電子ビーム溶接あるいはろう付等で接合して一体化し、内側空胴２１を製作する。
【００４８】
その後、工程（ｃ）で前記内側空胴２１の外側に外側半割空胴２２ａ，２２ｂを重合わせる。この場合、外側半割空胴２２ａ，２２ｂの基材しては良熱伝導材でかつ加工性に優れた銅やアルミニウム等が用いられる。この外側半割空胴２２ａ，２２ｂの接合部を例えばアーク溶接、電子ビーム溶接あるいはろう付等で接合して一体化することにより、内側が超電導材、外側が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴２３を製作する。
【００４９】
最後に工程（ｄ）で前記加速空胴において、内側の超電導材と外側の良熱伝導材を固着させる。
次に上記のような第４の実施の形態の作用効果について述べる。
【００５０】
本実施の形態の製造方法によれば、ＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１の加工が前述した実施の形態のような円筒からの加工ではなく、板材を絞り加工やスピン加工等でラッパ状に成形し、その後このラッパ状の内側半割空胴２１ａ，２１ｂを突合わせて溶接することで所定の内側空胴２１が製作できる。さらに、一体化された内側空胴２１に外側半割空胴２２ａ，２２ｂを取付け、外側半割空胴２２ａ，２２ｂ同志を突合わせて溶接を行い、外側空胴２２を一体化させる。このようにして、内側空胴２１の超電導材と外側空胴２２の良熱伝導材を固着させて超電導高周波加速空胴が得られる。
【００５１】
本実施の形態ではＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側半割空胴２１ａ，２１ｂの加工が前述した実施の形態のような円筒からの加工ではなく、予め空胴の形状に加工した超電導材を良熱伝導材に固着させるので、アスペクト比が大きい超電導高周波加速空胴を製作することが可能である。また、加工率が小さいため、成形加工後の歪み取りの熱処理等も必要としない。
【００５２】
従って、高精度の加速空胴が製作でき、また工程が少ないために製作日数も短縮できる。その他、第１、第２及び第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
本発明の第５の実施の形態について図６により説明する。
第５の実施の形態では、第４の実施の形態で用いられた超電導材からなる内側空胴２１の外側に良熱伝導材からなる外側半割空胴２２ａ，２２ｂを重ね、その後外側半割空胴２２ａ，２２ｂの接合面を例えば電子ビーム溶接等で接合して外側空胴２２とした二重の超電導高周波加速空胴２３を図６に示すように高温高圧の等方圧加圧装置であるＨＩＰ装置１４に入れ、内側空胴２１の超電導材と外側空胴２２の良熱伝導材を高温高圧のガス雰囲気中で拡散接合して一体化する。
【００５４】
その接合条件として良熱伝導材の融点以下、例えば銅であれば１０００℃以下、アルミニウムであれば５００℃以下の接合温度で、圧力は１００ｋｇｆ／ｍｍ２  以上、保持時間は３０分以上の条件であればＮｂあるいはＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材と銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材は強固に拡散接合される。
【００５５】
なお、本実施の形態のようにＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合では、第１の実施の形態及び図２に示した内側空胴２１の超電導材及び外側空胴２２の良熱伝導材の接合面は、先ず真空雰囲気になるように真空脱気等の処理が事前に行われている。
【００５６】
次に上記のような第５の実施の形態の作用効果について述べる。
本実施の形態の製造方法によれば、内側空胴２１のＮｂやＰｂ等の超電導材と銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材は、例えば銅であれば１０００℃以下、アルミニウムであれば５００℃以下の接合温度で、圧力は１００ｋｇｆ／ｍｍ２  以上、保持時間は３０分以上の接合条件で強固に拡散接合される。特にＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材の板厚が、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材の板厚に比較して数分の１の薄板であることから、ＨＩＰ装置を用いた拡散接合では等方加圧により、ＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材は銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材の内側の形状に倣う。
【００５７】
特に本方法では、予め超電導材からなる内側空胴２１は板材を絞り加工やスピン加工等でラッパ状に成形して溶接で所定の形状に仕上げられている。同様に外側半割空胴の内面形状も内側空胴の外面形状に倣った形状に仕上げられている。
【００５８】
従って、これらを真空シール後にＨＩＰ装置を用いて拡散接合することは、従来技術からも容易とされている。また、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材が比較的厚い板から構成され、かつその加工精度が所定の形状に仕上げられていることから、加速空胴として精度が要求されるＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１の寸法精度は、設計通りの高精度なものが得られる。また、アスペクト比が大きい超電導高周波加速空胴を製作することが可能である。
【００５９】
本発明の第６の実施の形態について図７により説明する。
図７（ａ）は、第４の実施の形態で示した内側空胴の超電導材と外側空胴の良熱伝導材を固着させる前に、図５（ｂ）に示す２個の内側半割空胴２１ａ，２１ｂを対向配置して分割部をアーク溶接、電子ビーム溶接等で接合して一体化した内側空胴２１の外表面にペースト状のろう材２４を塗布し、その後外側半割空胴２２ａ，２２ｂを重ね、これらの接合部を例えば電子ビーム溶接等で接合して外側空胴２２とした二重の超電導高周波空胴２３を真空炉２５に入れ、真空ろう付を行い内側空胴２１と外側空胴２２を固着して一体化することにより、内側が超電導材、外側が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴２３を成形する。
【００６０】
この二重の超電導高周波加速空胴２３の真空ろう付としては、良熱伝導材の融点以下、例えば銅であれば１０００℃前後、アルミニウムであれば５００℃前後の温度及びろう付できるろう材を用いて真空ろう付を行うことで、ＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材と銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材は強固に真空ろう付される。
【００６１】
本実施の形態の真空ろう付は、ペースト状のろう材を塗布した方法であるが、本実施の形態ではペースト状のろう材を塗布する方法に限定することなく、シート状のろう材を内側空胴２１の外表面に配置する、あるいは線状のろう材を内側空胴２１の外表面に設けたろう材溝に挿入して真空ろう付を行うこともできる。本実施の形態では真空ろう付で行っているが、大気中のろう付法でも同様の加速空胴は製作できる。
【００６２】
次に上記のような第６の実施の形態の作用効果について述べる。
第６の実施の形態の製造方法によれば、ＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材と銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材は、良熱伝導材の融点以下、例えば銅であれば１０００℃前後、アルミニウムであれば５００℃前後の温度及びろう付できるろう材を用いて真空ろう付を行うことで、ろう材を介して真空ろう付される。
【００６３】
特に本製造方法では、予め超電導材からなる内側空胴２１は板材を絞り加工やスピン加工などでラッパ状に成形して溶接により所定の形状に仕上げられている。同様に良熱伝導材からなる外側半割空胴２２ａ，２２ｂの内面形状も内側空胴２１の外周面形状に倣った形状に仕上げられている。この場合、これらをろう材を介して真空ろう付することは従来技術からも容易とされている。
【００６４】
従って、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材が比較的厚い板から構成され、かつその加工精度が所定の形状に仕上げられることから、加速空胴として精度が要求されるＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１の寸法精度は、設計通りの高精度なものが得られる。また、アクペスト比が大きい超電導高周波加速空胴を製作することが可能である。
【００６５】
本発明の第７の実施の形態について図８により説明する。
図８（ａ）に示すように第４の実施の形態で示した内側空胴２１の超電導材と外側空胴２２の良熱伝導材を固着させる前に、図５（ｂ）に示す２個の内側半割空胴２１ａ，２１ｂを対向配置して分割部をアーク溶接、電子ビーム溶接等で接合して一体化した内側空胴２１の外表面にペースト状の半田２６を塗布し、その後図８（ｂ）に示すように外側半割空胴２２ａ，２２ｂを重ね、これらの接合部を例えば電子ビーム溶接等で接合して外側空胴２２とした二重の超電導高周波加速空胴２３を大気炉２７あるいはガス雰囲気炉に入れ、ペースト状の半田が溶ける温度まで加熱して半田付を行って一体化することにより、内側空胴２１が超電導材、外側空胴２２が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴２３を製作する。
【００６６】
次に上記のような第７の実施の形態の作用効果について述べる。
第７の実施の形態の製造方法によれば、例えば半田付に錫−鉛半田を用い、一方そのフラックスには塩化亜鉛あるいは塩化アンモン系等を用いることで、温度約２００℃前後の比較的低い温度で接合でき、銅やアルミニウム等からなる良熱伝導材の外側空胴材料の熱による材料強度の劣化もなく、またガス雰囲気炉等を用いることで均熱加熱が可能となり、接合面全面をムラなく接合することができるので、健全な接合が得られる。
【００６７】
この場合、ＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材と銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材は強固に半田付される。特に本製造方法では、予め超電導材からなる内側空胴２１は板材を絞り加工やスピン加工等でラッパ状に成形して溶接で所定の形状に仕上げられている。また、これらを半田付することは従来技術からも容易とされている。
【００６８】
従って、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材が比較的厚い板から構成され、かつその加工精度が所定の形状に仕上げられることから、加速空胴として精度が要求される内側のＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１の寸法精度は、設計通りの高精度なものが得られる。また、アスペクト比が大きい超電導高周波加速空胴２３を製作することが可能である。
【００６９】
本発明の第８の実施の形態について図９により説明する。
図９（ａ）に示すように第４の実施の形態で示した内側空胴２１の超電導材と外側空胴２２の良熱伝導材を密着させる前に図５に示す２個の内側半割空胴２１ａ，２１ｂを対向配置して分割部をアーク溶接、電子ビーム溶接等で接合して一体化した内側空胴２１の外表面に熱硬化性の接着剤２８を塗布し、その後図９（ｂ）に示すように外側半割空胴２２ａ，２２ｂを重ね、これらの接合部を例えば電子ビーム溶接等で接合して外側空胴とした二重の超電導高周波加速空胴２３を高温炉２９に入れて接着剤が硬化する温度まで加熱し、接着して一体化することにより、内側空胴２１が超電導材、外側空胴２２が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴２３を製作する。
【００７０】
次に上記のような第８の実施の形態の作用効果について述べる。
第８の実施の形態の製造方法によれば、例えば熱硬化性の接着剤を用いれば、比較的低温で接着でき、銅やアルミニウム等からなる良熱伝導材の外側空胴の熱による材料強度の劣化もなく、接合することができる。特に本製造方法では、予め超電導材からなる内側空胴２１は板材を絞り加工やスピン加工等でラッパ状に成形して溶接により所定の形状に仕上げられている。同様に外側半割空胴２２ａ，２２ｂの内面形状も内側空胴２１の外周面形状に倣った形状に仕上げられている。この場合、これらを溶接剤を介して接合することは従来技術からも容易とされている。
【００７１】
従って、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材が比較的厚い板から構成され、かつその加工精度が所定の形状に仕上げられることから、加速空胴として精度が要求される内側空胴２１のＮｂやＰｂ等の超電導材の寸法精度は、設計通りの高精度なものが得られる。また、アスペクト比が大きい超電導高周波加速空胴２３を製作することが可能である。
【００７２】
本発明の第９の実施の形態について図１０により説明する。
図１０（ａ）は内側半割空胴の成形工程、（ｂ）は外側半割空胴の成形工程、（ｃ）は内側及び外側半割空胴の二重化工程、（ｄ）は内側及び外側半割空胴の合体工程である。さらに、（ｅ）は内側及び外側半割空胴を合体後に同様にして製作したもう一方の内側及び外側半割空胴とを合体する工程である。ここで、内側半割空胴の基材としては超電導材のＮｂやＰｂ等が用いられ、外側半割空胴の基材としては良熱伝導材でかつ加工性に優れた銅やアルミニウム等が用いられる。以下工程順に製作手順を説明する。
【００７３】
最初に工程（ａ）で内側半割空胴２１ａをプレス加工やスピン加工等で成形する。同様に工程（ｂ）では外側半割空胴２２ａをプレス加工やスピン加工等で成形する。
【００７４】
次に工程（ｃ）で、これらの内側半割空胴２１ａ及び外側半割空胴２２ａを重合せて接合面を脱気後、真空状態を保つためにシール溶接１３を行う。その後、工程（ｄ）でこれらをＨＩＰ装置１４を用いて拡散接合で接合して半割加速空胴３０ａを製作する。
【００７５】
さらに、前記工程（ｄ）で接合した二重の半割加速空胴３０ａと、同様に製作した二重の半割加速空胴３０ｂを対向配置してその分割部を突合わせ、工程（ｅ）でＨＩＰ装置１４を用いて拡散接合で接合して合体し、内側空胴が超電導材、外側空胴が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴３１を製作する。
【００７６】
例えば、ＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合では接合面を真空雰囲気にする必要がある。そこで、その具体的な方法としては、接合面の表面の凹凸をなくし、かつ洗浄した後に内面をＹＡＧレーザ等でシール溶接し、その後外周部の接合面を電子ビーム溶接等で真空シール溶接する。真空シールする目的は、ＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合時の高温高圧のガスが接合面に侵入しないようにするためである。
【００７７】
この場合、その溶接の溶け込みは数ミリ程度の深さで良い。また、内面のシール溶接にＹＡＧレーザを用いることは、半割加速空胴３０ａ，３０ｂ同士を対向配置しても、数箇所あるポートからＹＡＧレーザのビームを導くファイバが挿入可能であることも大きな要因である。さらに、接合条件は内側空胴が超導電材、外側空胴が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴３１であるが、特に融点が低い外側空胴２２の良熱伝導材の融点以下の温度範囲で、また圧力を前後させることにより、その接合の適正範囲を選択することは可能である。
【００７８】
なお、上記第９の実施の形態では、ＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合であるが、内側半割空胴２１ａ，２１ｂ及び外側半割空胴２２ａ，２２ｂの接合方法としてはＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合に限定されるものではなく、ＨＩＰ装置１４を用いないホットプレスによる拡散接合やろう付、半田付けあるいは接着等による接合方法でも同様の内側空胴が超電導材で外側空胴が良熱伝導材から構成される二重の超電導高周波加速空胴３１を製造することができる。
【００７９】
次に上記のような第９の実施の形態の作用効果について述べる。
第９の実施の形態の製造方法によれば、ＮｂやＰｂ等からなる超電導材の内側空胴２１と銅やアルミニウム等からなる良熱伝導材の外側空胴２２はそれぞれ半割空胴の状態で接合するために、接合前の加工精度及び寸法精度が高く、また組立ての容易さなどからもＨＩＰ装置１４を用いた拡散接合やホットプレスによる拡散接合、ろう付、半田付あるいは接着等による接合方法において、内側半割空胴及び外側半割空胴の接合体である半割加速空胴３０ａ，３０ｂが得られる。この高精度に接合された半割加速空胴同士をさらに同様の接合方法で接合して合体することで、所定の形状のＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１と銅とアルミニウム等からなる良熱伝導材の外側空胴２２からなる二重の超電導高周波加速空胴３１が得られる。
【００８０】
従って、銅やアルミニウム等からなる外側空胴２２の良熱伝導材が比較的厚い板及びＮｂやＰｂ等からなる内側空胴２１の超電導材が比較的薄い板から構成された二重の超電導高周波加速空胴は、特に加速空胴として精度が要求されるＮｂやＰｂ等の超電導材からなる内側空胴２１の寸法精度が設計通りの高精度なものが得られる。また、アスペクト比が大きい超電導高周波加速空胴を製作することが可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外側空胴が銅またはアルミニウムで成形されているので、伸び率が高く機械加工が良好であり、鍛造または機械加工によって容易に精度良く成形加工を行うことができ、また外側空胴の内面に超電導物質からなる内側空胴で形成されているので、超電導特性の劣化を防止でき、且つ内表面の鏡面仕上げの必要がないことから、製造を容易にして製造コストの低減化を図ることができる超電導高周波加速空胴の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第１の実施の形態を示す説明図。
【図２】（ａ），（ｂ）は同実施の形態を具体的に示す説明図。
【図３】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第２の実施の形態を示す説明図。
【図４】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第３の実施の形態を示す説明図。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第４の実施の形態を示す説明図。
【図６】本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第５の実施の形態を示す説明図。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第６の実施の形態を示す説明図。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第７の実施の形態を示す説明図。
【図９】（ａ），（ｂ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第８の実施の形態を示す説明図。
【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は本発明による超電導高周波加速空胴の製造方法の第９の実施の形態を示す説明図。
【図１１】従来の高周波加速装置の構成例を示す説明図。
【図１２】（ａ），（ｂ）は従来の超電導高周波加速空胴の製造方法の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１……ビームダクト、２……高周波加速空胴、３……高周波発振器、４……導波管、５……アンテナ、６……荷電粒子ビーム、７……アルミ合金製加速空胴、８……Ｎｂ膜、９，２２ａ，２２ｂ……外側半割空胴、１０，２２……外側空胴、１１……円筒、１２……空間、１３……シール溶接部、１４……ＨＩＰ装置、１５……等方圧、１６……拘束治具、１７……当板、１８……火薬、１９……シール治具、２０……液体、２１……内側空胴、２１ａ，２１ｂ……内側半割空胴、２３……超電導高周波加速空胴、２４……ろう材、２５……真空炉、２６……半田、２７……大気炉、２８……接着剤、２９……高温炉、３０ａ……半割加速空胴、３０ｂ……半割加速空胴、３１……超電導高周波加速空胴、３２……シール溶接、３３……ＨＩＰ装置、３４……半割加速空胴、３５……加速空胴。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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