(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンクロサイクロトロンにおいて荷電粒子を加速させるための電圧を発生させることができるＲＦ装置（１）であって、共振空洞（２）を含み、前記共振空洞（２）が、
前記粒子を加速させるように適合された加速電極（４）に連結された第１の端部を有する伝導性ピラー（３）と、
前記伝導性ピラー（３）を取り囲む伝導筺体（５）と、
前記伝導筺体（５）内に装着された回転式可変コンデンサ（１０）であって、一方にて、前記第１の端部とは反対の、前記伝導性ピラーの第２の端部に直流的に連結された少なくとも１つの固定式電極（１１）を備え、他方にて少なくとも１つの可動式電極（１２）を備えるロータ（１３）を備え、前記少なくとも１つの固定式電極と前記少なくとも１つの可動式電極が一緒になって、前記空洞の共振周波数を経時的に変化させることができる可変静電容量（Ｃｖ）を形成し、前記ロータ（１３）が前記伝導筺体（５）および前記伝導性ピラーから直流的に絶縁され、前記伝導筺体（５）に前記ロータ（１３）が静電容量的に結合される、回転式可変コンデンサ（１０）と、
前記ロータ（１３）のシャフト（１４）を支持して回転式にガイドするための少なくとも１つの軸受（２０）であって、前記軸受（２０）の各々が、第１のレース（２１）を備え、前記ロータの前記シャフトに固定された第２のレース（２２）を備える、軸受（２０）と、
を備え、
前記軸受（２０）の各々が直流絶縁軸受であることを特徴とするＲＦ装置。
【請求項２】
前記軸受（２０）が磁気軸受であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ装置。
【請求項３】
前記軸受（２０）の各々が、その第１のレース（２１）とその第２のレース（２２）との間に転がり要素（２３）を備え、その第１のレース、その第２のレース、およびその転がり要素のセットからの前記軸受の各々の部分の少なくとも１つが、電気絶縁材料から作製されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ装置。
【請求項４】
各々の転がり要素（２３）が前記電気絶縁材料から作製されることを特徴とする請求項３に記載のＲＦ装置。
【請求項５】
前記電気絶縁材料がセラミック材料であることを特徴とする請求項３から４のいずれか一項に記載のＲＦ装置。
【請求項６】
前記第１のレース（２１）が前記伝導筺体（５）または前記ピラー（３）に直接的に固定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＲＦ装置。
【請求項７】
シンクロサイクロトロンにおいて荷電粒子を加速させるための電圧を発生させることができるＲＦ装置（１）であって、共振空洞（２）を含み、前記共振空洞（２）が、
前記粒子を加速させるために加速電極（４）に連結された第１の端部を有する伝導性ピラー（３）と、
前記伝導性ピラー（３）を取り囲む伝導筺体（５）と、
前記伝導筺体（５）内に装着された回転式可変コンデンサ（１０）であって、一方にて前記伝導筺体（５）に直流的に連結された少なくとも１つの固定式電極（１１）を備え、他方にて少なくとも１つの可動式電極（１２）を備えるロータ（１３）を備え、前記少なくとも１つの固定式電極と前記少なくとも１つの可動式電極が一緒になって、前記空洞（２）の共振周波数を経時的に変化させることができる可変静電容量（Ｃｖ）を形成し、前記ロータ（１３）が前記伝導筺体（５）および前記伝導性ピラーから直流的に絶縁され、前記第１の端部とは反対の、前記伝導ピラー（３）の第２の端部に前記ロータ（１３）が静電容量的に結合される、回転式可変コンデンサ（１０）と、
前記ロータ（１３）のシャフト（１４）を支持して回転式にガイドするための少なくとも１つの軸受（２０）であって、前記軸受（２０）の各々が、第１のレース（２１）を備え、前記ロータの前記シャフトに固定された第２のレース（２２）を備える、軸受（２０）と、
を備え、
前記軸受（２０）の各々が直流絶縁軸受であることを特徴とするＲＦ装置。
【請求項８】
前記軸受（２０）が磁気軸受であることを特徴とする請求項７に記載のＲＦ装置。
【請求項９】
前記軸受（２０）の各々が、前記第１のレース（２１）と前記第２のレース（２２）の間に転がり要素（２３）を備え、前記第１のレース、前記第２のレース、および前記転がり要素のセットの中からの前記軸受の部分の少なくとも１つが電気絶縁材料から作製されることを特徴とする請求項７に記載のＲＦ装置。
【請求項１０】
各々の転がり要素（２３）が電気絶縁材料から作製されることを特徴とする請求項９に記載のＲＦ装置。
【請求項１１】
前記電気絶縁材料がセラミック材料であることを特徴とする請求項９から１０のいずれか一項に記載のＲＦ装置。
【請求項１２】
前記第１のレース（２１）が前記伝導筺体（５）または前記ピラー（３）に直接的に固定されることを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載のＲＦ装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のＲＦ装置を備えるシンクロサイクロトロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンクロサイクロトロン用の無線周波（ＲＦ）共振器の分野に関し、より詳細には、シンクロサイクロトロンにおいて荷電粒子を加速させるための電圧を発生させることができるＲＦ装置であって、共振空洞を含み、その共振空洞が、
−前記粒子を加速させるように適合された加速電極に連結された第１の端部を有する伝導性ピラーと、
−伝導性ピラーを取り囲む伝導筺体と、
−伝導筺体内に装着された回転式可変コンデンサであって、一方では、第１の端部とは反対の、伝導性ピラーの第２の端部に直流的に連結された少なくとも１つの固定式電極を備え、他方では少なくとも１つの可動式電極を備えるロータを備え、少なくとも１つの固定式電極と少なくとも１つの可動式電極が一緒になって、共振空洞の共振周波数を経時的に変化させることができる可変静電容量を形成し、ロータが伝導筺体および伝導性ピラーから直流的に絶縁されて伝導筺体に静電容量的に結合される、回転式可変コンデンサと、
−ロータのシャフトを支持して回転式にガイドするための少なくとも１つの軸受であって、前記軸受の各々が、第１のレースを備え、ロータのシャフトに固定された第２のレースを備える、軸受と、
を備える、ＲＦ装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、そのようなＲＦ装置を備えるシンクロサイクロトロンに関する。
【背景技術】
【０００３】
高エネルギー粒子の加速を可能にする加速器の１つのタイプが、サイクロトロンである。サイクロトロンは、真空チャンバ内に含まれた１つまたは複数の加速電極（時に「ディー電極」とも呼ばれる）に無線周波交流電圧（ＲＦ電圧とも呼ばれる）をかけることによって、軸方向の磁場内でらせん軌道に沿って移動する荷電粒子、例えばプロトンを加速させる。このＲＦ電圧は、ディー電極を分離する空間内に加速電場を生み出し、それによって荷電粒子を加速させることを可能にする。
【０００４】
粒子が加速にするにつれて、その質量は相対論的効果によって増大する。したがって、一様な磁場内で加速されると、粒子は無線周波加速電場に対して位相外に徐々にシフトする。
【０００５】
実際、この位相シフトを補償するために、２つの技術、すなわち等時性サイクロトロンおよびシンクロサイクロトロンが使用される。シンクロサイクロトロンでは、磁場の強度が、ビームの正しい集束を確実にするために半径に伴って僅かに低下し、ＲＦ電圧の周波数は、加速された粒子の半径軌道が増大するときのその粒子の質量における相対論的上昇を補償するために徐々に低下する。したがって、この場合、ＲＦ電圧の周波数は、経時的に周期的に変調されなければならず、これは、粒子のパケットの捕捉と引き出しの間の加速段階中、一定の形で減少しなければならず、次いで、次のパケットを加速できるように迅速に増大しなければならず、こうして粒子の各パケットに対して周期的な形で続く。
【０００６】
したがって、シンクロサイクロトロンのＲＦ装置は、通常、伝達ラインによって可変コンデンサ（時に「ＲｏｔＣｏ」とも呼ばれる）に連結された加速電極を備える。この組立体は共振ＲＬＣ回路を形成し、その共振周波数は可変コンデンサの値の関数として変化する。このタイプの可変コンデンサは、通常、可動式電極を有するロータと、固定式電極を有するステータとを備える。ロータが回転しているとき、可動式電極は、それ自体、周期的な形で固定式電極に面するように位置し、それによって時間の関数としての静電容量の周期的変動を生み出す。
【０００７】
そのようなＲＦ装置は、例えば、Ｒｏｔｃｏを極めて簡潔に開示する英国特許第６５５２７１号明細書や国際公開第２００９０７３４８０号から知られている。
【０００８】
ＤｕｂｎａのＪｏｉｎｔ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｎｕｃｌｅａｒ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＫ．Ａ．Ｂａｊｃｈｅｒらは、Ｒｏｔｃｏのこの公知の設計に関するさまざまな問題について熟考している（Ｋ．Ａ．Ｂａｊｃｈｅｒ、Ｖ．Ｉ．Ｄａｎｉｌｏｖ、Ｉ．Ｂ．Ｅｎｃｈｅｖｉｃｈ、Ｂ．Ｎ．Ｍａｒｃｈｅｎｋｏ、Ｉ．Ｋｈ．Ｎｏｚｄｒｉｎ  ａｎｄ  Ｇ．Ｉ．Ｓｅｌｉｖａｎｏｖ：Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ６８０  ＭｅＶ  ｓｙｎｃｈｒｏ−ｃｙｃｌｏｒｔｏｎ  ａｓ  ａ  ｒｅｓｕｌｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｏｄｅｒｎｉｓａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｔｓ  ＲＦ  ｓｙｓｔｅｍ、Ｒｅｐｏｒｔ  ９−６２１８、Ｄｕｂｎａ、１９７２年）。
【０００９】
記載されている問題の１つは、場合によっては不適切な作動または実際にはＲＦ装置の完全な機能停止を招く、ロータと伝導筺体の間の摺動電気接点の劣化である。実際にこれらの接点の劣化の結果の１つである別の問題は、ロータのシャフトを支持し回転式にガイドする軸受の電気腐食による劣化である。
【００１０】
Ｍｉｎｔｓらは、「Ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ６８０  ＭＥＶ  ｐｒｏｔｏｎ  ｓｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ」（Ｉｎｓｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ＵＳＳＲ、４２３頁、図４および５）において、追加の同軸のコンデンサ（参照番号５）が、軸受を通り抜けるＲＦ電流を低減するために前記軸受と平行に電気的に置かれた、ＲＦ装置を提案している。各々の軸受は、さらに軸受の固定部と可動部の間のブロンズ摺動接点によって保護される。それにも関わらず、これらの軸受は高いＲＦ電流によって横断され続けるため、これは上述の問題を首尾よく解決するものではない。
【００１１】
開発途中のシンクロサイクロトロン用のＲＦ装置は、より高い出力のものであり、そのＲｏｔｃｏｓは、場合によっては例えば１８０００Ｖまでの電圧下で、場合によっては例えば１０００ＡまでのＲＦ電流を伝導できる必要があるという事実によって、これらの問題が特徴付けられる。ロータは、また場合によっては、例えば１分あたり７０００回転までのより高速度で回転する。
【００１２】
これらの問題は依然として今日的な関心事であり、つい最近でも、Ｇａｒｏｎｎａによって自身の記事「Ｓｙｎｃｈｒｏｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ａ  ｄｕａｌ  ｈａｒｄｏｎｔｈｅｒａｐｙ  ｃｅｎｔｅｒ」（ＭＯＰＥＣ  ０４２、ＩＰＡＣ’１０会議、２０１０年５月、日本国、京都、５５４頁「ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」−第２段落）で明らかにされている。ここでは、ＲＦ周波数の電子変調を利用することによって、上述の問題を改善することが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、公知の装置の問題を少なくとも部分的に解決するＲＦ装置を提供することである。特に、本発明の目的は、公知の装置より信頼高くおよび／またはより耐久性のあるＲＦ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的のために、本発明に係るＲＦ装置は、前記軸受の各々が直流絶縁軸受であることを特徴とする。
【００１５】
表現「直流絶縁軸受」または「絶縁された軸受」は：
−磁気軸受、すなわち互いに物理的接触しないように磁場によって分かれて保持された第１および第２のレースを有する軸受、
−または、第１のレース、第２のレース、および第１のレースと第２のレースの間に位置する転がり要素のセットからの部分の少なくとも１つが、電気絶縁材料から作製される軸受、を意味すると理解されるべきである。
【００１６】
実際、一方におけるロータと筺体およびピラーとの静電容量結合と、他方における軸受によりもたらされた直流絶縁との組み合わせが、ロータと筺体またはピラーとの間の、これらを電気的に連結する摺動式電気接点を無しですますことを可能にし、一方では可変コンデンサがその機能を実行する、すなわち経時的に空洞の共振周波を変化させることを可能にする。これを提供する組立体の信頼性および／または耐久性の増大に加えて、この解決策は、コストを低減することに寄与し、任意選択的に、摺動接点を無しですますことを可能にすることにより装置の大きさを低減することに寄与する。装置の維持管理もまた低減される。
【００１７】
好ましくは、軸受が磁気軸受である。好ましい代替策によれば、軸受の各々は、その第１のレースとその第２のレースの間に転がり要素を備え、その第１のレース、その第２のレース、およびその転がり要素のセットからの各々の軸受の部分の少なくとも１つが、電気絶縁材料、好ましくはセラミック材料、より好ましくは窒化ケイ素から作製される。
【００１８】
本発明に係る装置のこれらの２つの好ましいバージョンの各々において、望ましい直流絶縁は、（ロータの高速の回転速度、例えば１分あたり５０００回転を上回る速度などの）装置の作動によって課された機械的制約に対処できる機械的解決策を提供しながら、こうして得られる。
【００１９】
本発明のこれらの態様ならびに他の態様は、本発明の特定の実施形態の詳細な説明において明確化され、以下の図に対して参照がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】シンクロサイクロトロンのＲＦ装置の概略図である。
【図２】図１のＲＦ装置の共振周波数の経時的な変動の例を示す図である。
【図３ａ】本発明に係るＲＦ装置の例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【図３ｂ】図３ａのＲＦ装置の平面ＡＡ上の横断面図である。
【図３ｃ】実行変形形態によるＲＦ装置の横断面図である。
【図４】図３ａのＲＦ装置の部分的等価回路を示す図である。
【図５】本発明に係るＲＦ装置の好ましい例示的な実施形態の概略的な部分手方向断面図である。
【図６】本発明に係るＲＦ装置の代替策による好ましい例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【図７】本発明に係るＲＦ装置のより好ましい例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【図８ａ】本発明に係るＲＦ装置の代替的な例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【図８ｂ】図８ａのＲＦ装置の部分的等価回路を示す図である。
【図８ｃ】本発明に係るＲＦ装置の代替的な例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【図９】本発明に係るＲＦ装置のさらにより好ましい例示的な実施形態の概略的な部分長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面は原寸通りではなく、比例してもいない。全般的に、類似の要素は、図面内の類似の参照番号によって示されている。
【００２２】
図１は、本発明が存在する公知の設備を最初に簡潔に示すために、シンクロサイクロトロンのＲＦ装置を概略的な形で表している。このＲＦ装置（１）は共振空洞（２）を含み、共振空洞（２）が、
−第１の端部が加速電極（４）に連結され、その加速電極（４）が、作動する際に、図面に点線で示されたシンクロサイクロトロン内の軌道（４２）を有する荷電粒子を加速させるために電場を発生させる伝導性ピラー（３）と、
−ピラー（３）を取り囲む伝導筺体（５）と、
−伝導筺体内に装着された（ここではその電気記号によって表される）回転式可変コンデンサ（１０）であって、一方では、第１の端部とは反対の、伝導性ピラーの第２の端部に直流的に連結された（例えば溶接された、またはねじ込まれた）少なくとも１つの固定式電極を備え、他方では伝導筺体に電気的に連結された少なくとも１つの可動式電極を備えるロータを備え、少なくとも１つの固定式電極と少なくとも１つの可動式電極が一緒になって、空洞の共振周波を経時的に変化させることができる可変静電容量を形成する、回転式可変コンデンサ（１０）とを備える。本発明の枠組み内において、用語「ＲＦ」は、無線周波数、すなわち３ＫＨｚから３００ＧＨｚの間にある周波数を意味すると理解されるべきである。シンクロサイクロトロンにおいて、ＲＦ周波数は、通常、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの間、例えば５９ＭＨｚから８８ＭＨｚの間で、経時的に周期的に変化する。
空洞（２）にエネルギー供給するために、例えばピラー（３）に静電容量的に結合され得るＲＦ発生器（５０）が使用される。図示の場合では、伝導筺体とともに発生器のポールが電気的に接地される。図２は、図１のＲＦ装置の共振周波数の、ＲＦ装置が励起されるとき、および可変コンデンサが回転するときの経時的な変動の例を示している。
【００２３】
このような装置は知られているため、ここではこれ以上詳細には説明されない。引き続き、本発明がより具体的に含まれるＲＦ装置の部分、つまりは図１に示す装置の左部分、すなわちＲｏｔｃｏを備える部分がより詳細に説明される。
【００２４】
図３ａおよび３ｂは、本発明に係るＲＦ装置の例示的な実施形態の部分長手方向断面およびその平面ＡＡに沿った断面のそれぞれを概略的な形で示している。ここで示すのは、伝導筺体（５）内に装着された回転式可変コンデンサ（１０）であって、一方にて伝導性ピラー（３）の第２の端部に直流的に連結された（例えば溶接された、またはねじ込まれた）少なくとも１つの固定式電極（１１）を備え、他方にて少なくとも１つの可動式電極（１２）を備えるロータ（１３）を備えた、回転式可変コンデンサ（１０）である。
【００２５】
ロータ（１３）には、そのロータを回転させるためにモータ（Ｍ）によって駆動され得る軸（Ｚ）を備えたシャフト（１４）が装備される。図３ｂは、少なくとも１つの固定式電極（１１）と少なくとも１つの可動式電極（１２）が一緒になって、ロータ（１３）がその軸（Ｚ）周りで回転しているときに経時的に周期的に変化する静電容量（Ｃｖ）を形成することを説明している。
ロータ（１３）は、伝導筺体（５）および伝導性ピラー（３）から直流的に絶縁され、したがって、一方におけるロータ（したがって少なくとも１つの可動式電極）と他方における伝導筺体および／またはピラーとの間には直流連結が存在しない。この直流絶縁を達成するための手段は、以降で詳述される。
【００２６】
この例示的な実施形態では、ロータ（１３）の伝導外部表面（１５）が、軸Ｚを有する軸対称の円筒形状のものであり、ロータの前記外部表面のレベルに位置する筺体（５）の少なくとも１つの長手方向断面の内部表面（６）もまた、軸Ｚを有する軸対称の円筒形状のものである。図３ｂにより良好に見られるように、これら２つの同軸の円筒状表面（６、１５）は一緒になって一定の静電容量（Ｃｆ）、すなわち、ロータが回転しているときを含んで、経時的にほぼ一定なままの値を有する静電容量を生み出す。これらの２つの円筒状表面（６、１５）は、静電容量（Ｃｆ）が、例えば、０．１ナノファラッドから１０ナノファラッドの間、好ましくは１ナノファラッドから４ナノファラッドの間にある値を有し、これは、可変静電容量（Ｃｖ）が、例えば６５ピコファラッドの最小値から２７０ピコファラッドの最大値の間で周期的に可変であるときにもそうであるように、互いに対して寸法設定され配置される。これらの好ましい値の選択は、実際、（ＣｖおよびＣｆの直列配置から生じる）総静電容量を得ることを可能にし、この総静電容量は、シンクロサイクロトロンを満たす最大値と最小値の間で変化し得る。実際、ロータの外部表面を筺体の内部表面から分離できる距離に事実上の限界が存在する事実を考慮しながらも、特に、その端子間の電圧を低減するべくＣｆの値を最大限にしつつ、この総静電容量の最小値に対する最大値の比を最大限にすることが求められる。また、大きさや重量のためにロータのサイズを限定することも求められる。
【００２７】
ＣｆおよびＣｖのこれらの値では、装置が作動しているとき、比較的高い電圧がロータのシャフトと伝導筺体の間に発生し得ることに留意されたい（例えばピラーと筺体の間で１８０００Ｖの最大電圧に対して１５００Ｖまで）。
【００２８】
ロータの１つまたは複数の可動式電極（１２）は、当然ながら、一緒に且つロータの前記伝導性外部表面（１５）に直流的に連結される。この目的のため、（可動式電極を備える）ロータは、例えば、１つまたは複数の導電性材料から全体的に作製される。１つのまたは複数の固定式電極（１１）は、当然ながら、一緒に且つピラー（３）の第２の端部に直流的に連結される。
ロータ（１３）と伝導筺体（５）の間の静電容量結合は、こうして得られる。
【００２９】
静電容量Ｃｆは経時的に一定の値を必ずしも示す必要がなく、この静電容量Ｃｆが経時的に変化する値、例えば経時的に周期的に変化する値を有するようにしてｒｏｔｃｏを設計することも可能であることに留意されるべきである。この目的のためには、例えば筺体の内部表面上の突起部、ならびにロータの外部表面上の対応する突起部を設けるだけで十分である。しかし、Ｃｆの値は経時的に一定であることが好ましい。
【００３０】
さらに、前記静電容量Ｃｆを達成するためには、多くの他の形状が可能であることが明らかである。図３ｃは、例えば、ロータ（１３）の外部表面（１５）が部分的円筒を形成しながら、筺体の内部表面（６）と共に、経時的に一定の値の静電容量（Ｃｆ）を形成する、可能な変形の実施形態に係るＲＦ装置の横断面を示している。但し、静電容量（Ｃｆ）の機械的な均衡と最大化のためには、図３ｂの形状が好ましい。
【００３１】
静電容量Ｃｖおよび静電容量Ｃｆを直列に配置することにより、周期的に時間変化する静電容量が、こうしてピラー（３）の第２の端部と伝導筺体（５）の間に全体的に達成され、これは、ＲＦ装置の部分的等価回路を表す図４で示されており、図中、「Ｌ」はピラーのインダクタンスを表し、「Ｃｆ」はロータ（したがって１つまたは複数の可動式電極）と伝導筺体との間の静電容量を表し、「Ｃｖ」は１つまたは複数の固定式電極（１１）と１つまたは複数の可動式電極（１２）との間の可変静電容量を表している。
【００３２】
伝導筺体（５）および伝導性ピラー（３）からロータ（１３）を直流的に絶縁するために、さまざまな手段が使用され得る。
【００３３】
第１の手段は、例えばセラミックもしくは炭素繊維、または絶縁繊維から作製された任意の他の材料から作製されたシャフトなど、ロータシャフト（１４）を絶縁材料から作製することと、筺体またはピラーに固定された軸受上にこのシャフトを装着することにある。これらの解決策は適切であるが、これらは、セラミックが比較的脆く、繊維材料は、ロータが（例えば１分あたり５０００回転を上回る）高速で回転するときに十分な機械的強度を有さないことがあるという欠点を有する。
【００３４】
前記直流絶縁を達成する好ましい方法が以降で説明される。
【００３５】
図５は、本発明に係るＲＦ装置の好ましい例示的な実施形態の部分長手方向断面を概略的な形で示している。ロータのシャフト（１４）は、市場に幾つかのモデルが存在する、２つの磁気軸受（２０）上に装着される。各々の磁気軸受（２０）は、固定された第１のレース（２１）と、第１のレースに対して移動できる第２のレースとを備える。ロータのシャフト（１４）は、第１のレース（２１）に対して磁気懸架式に径方向に保持された第２のレース（２２）によって装着される。
【００３６】
直流絶縁は、こうして、ロータと伝導筺体（５）との間、ならびにロータとピラー（３）との間に得られる。
【００３７】
これらのような磁気軸受は、現在、比較的高価であるため、図６に示されるような代替策が提案される。
【００３８】
ここで、軸受（２０）の各々は、固定的に装着された第１のレース（２１）と、第１のレースに対して移動可能であり、ロータ（１３）のシャフト（１４）に固定された第２のレース（２２）と、第１のレースと第２のレースとの間に転がり装着された転がり要素（２３）とを備える。その第１のレース（２１）、その第２のレース（２２）、およびその転がり要素（２３）のセットからの軸受の各々の部分の少なくとも１つは、電気絶縁材料から作製される。直流絶縁が、こうして、ロータと伝導筺体（５）との間、ならびにロータとピラー（３）との間に得られる。
好ましくは前記電気絶縁材料がセラミック材料であり、その理由は、セラミックが、良好な直流絶縁と良好な機械的強度の両方を提供するためである。より好ましい方法において、電気絶縁材料は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）である。
好ましくは、各々の転がり要素が電気絶縁材料から作製される。したがって、少なくともすべての転がり要素（例えばボールおよび／またはローラおよび／または針）がセラミック、好ましくは窒化ケイ素から作製された軸受を使用することが提案される。
【００３９】
各々の軸受の第１のレース（２１）は、好ましくは、図７の例で概略的に示すように、伝導筺体に直接的に固定される。このため、特に、一方での軸受と他方での伝導筺体との間の個別の支持体を無しですますことが可能になる。代替的には、各々の軸受の第１のレースがピラー（３）に直接的に固定される（図示せず）。
代替的には、少なくとも１つの軸受の第１のレースがピラー（３）に直接的に固定され、少なくとも１つの他の軸受の第１のレースが伝導筺体に直接的に固定される（図示せず）。
【００４０】
本発明はまた、上記で説明したものに対して反転された装置、すなわち上記の説明したようなＲＦ装置であるが、少なくとも１つの固定式電極（１１）が伝導筺体（５）に直流的に連結され、ロータ（１３）がピラー（３）の第２の端部に静電容量的に結合された装置に関する。
【００４１】
図８ａは、このような反転されたＲＦ装置の例示的な実施形態の部分長手方向断面を概略的な形で示している。図８ａに見られるように、ロータ（１３）は、これもまた軸（Ｚ）を備えたピラーの第２の円筒状端部を少なくとも部分的に取り囲む、軸（Ｚ）を備えた円筒状部分を備える。ロータのこの円筒状部分の内部面（７）およびピラーのこの第２の円筒状部分の外部面（１６）が、こうして、この場所に、一定の値（Ｃｆ）の静電容量を示す２つの同軸の円筒を形成し、したがってピラーの第２の端部とロータとの間に静電容量結合を達成する。可変静電容量（Ｃｖ）は、ロータの少なくとも１つの可動式電極（１２）によって、および伝導筺体（５）に直流的に連結された少なくとも１つの固定式電極（１１）によって、ここに形成される。
代替的には、当然ながら、例えばピラーがその第２の端部において中空である場合に、ロータの前記円筒状部分をピラーの前記第２の円筒状端部によって取り囲むことも実現され得る。
静電容量Ｃｖおよび静電容量Ｃｆを直列に配置することにより、経時的に周期的に変化する静電容量は、こうしてピラー（３）の第２の端部と伝導筺体（５）との間に全体的に達成され、これは図８ａのＲＦ装置の部分的等価回路を示す図８ｂ内に示され、図中の「Ｌ」はピラーのインダクタンスを表す。
【００４２】
この反転された変形形態においては、明らかに、ロータがまた、例えば直流絶縁軸受（２０）を含む上記で説明したような手段によって、伝導筺体（５）およびピラー（３）から絶縁される。図８ａでは、直流絶縁が、例えば図７を併用して説明したものと同じ手段により得られる。図８ｃは、例えば、図８ａの場合と同一であるが、ロータのシャフト（１４）が、ピラーの内側に直接的に装着された絶縁された軸受によって支持され回転式にガイドされる場合を示している。
【００４３】
好ましくは、ＲＦ装置が、国際公開第２０１２／１０１１４３号の文献に記載され且つ参照により本明細書に組み込まれるような回転式可変コンデンサを備える。このような回転式可変コンデンサが図９に概略的に示される。回転式可変コンデンサは、Ｗ字形状である長手方向断面を有するロータ（１３）と、ロータの中央部をモータ（Ｍ）に連結するシャフト（１４）と、上記で説明したものなどの少なくとも１つの絶縁された軸受（２０）であって、第１のレース（２１）と、第２のレース（２２）と、第１のレースと第２のレースの間の転がり要素（２３）とを備える、絶縁された軸受（２０）とを備える。管状部分（１７）は、伝導筺体（５）の横壁（１８）から伝導筺体（５）の内部に向かって延びて、Ｗ字形状のロータの中央中空部分内に入り込む。第１のレース（２１）は管状部分（１７）の内部壁に固定され、第２のレース（２２）はシャフト（１４）上に固定される。この外形は、軸受（２０）をロータ（１３）の質量中心の近位に配置することを可能にし、ロータ（１３）が軸受に対して片持ちされることを防ぐという利点を有する。ロータ（１３）の位置は、こうして安定化され、ロータの回転は、シャフト（１４）の変形、ならびにロータ（１３）と固定式電極（１１）および／または伝導筺体（５）との間の衝突のリスクを減らして遥かに高速で実行され得る。この結果、固定式電極（１１）とロータ（１３）の可動式電極（１２）との間の距離を低減する可能性を生じさせ、それにより固定された静電容量および／または可変静電容量を増大させることを可能にする。例えば、固定式電極（１１）とロータの可動式電極（１２）との間の距離、ならびにロータ（１３）の遠位壁と伝導筺体の内部壁との間の距離は、０．８ｍｍから５ｍｍの間、好ましくは０．８ｍｍから１．５ｍｍの間となり得る。好ましくは、管状部分の外部壁とＷ字形状のロータの中央の中空部分の内部壁との間の空間もまた、０．８ｍｍから５ｍｍの間、好ましくは０．８ｍｍから１．５ｍｍの間にあるため、これもまた、ロータと伝導筺体との間の固定された静電容量を増大させることを可能にする。モータは、管状部分（１７）の内側、またはこの管状部分の外側に配置され得る。好ましくは、伝導筺体（５）内で且つ伝導筺体の横壁（１８）の近位にモータが位置する。
【００４４】
本発明は、単に例示的な値を有し、限定するものと考えられてはならない特有の実施形態を併用して説明されてきた。全体的に、本発明は、上記で例示され且つ／または説明された例に限定されないことが当業者にはっきりと明確になるであろう。
図面内の参照番号の存在は、これらの番号が特許請求の範囲に示される場合も含めて、限定するものと考えることはできない。動詞の「備える」や「含む」、または任意の他の変形、ならびにそれらの活用形の使用は、述べたもの以外の要素の存在をいかなる方法においても排除することができない。要素を導入するための不定冠詞「１つの」、または定冠詞「その」の使用は、複数のこれらの要素の存在を排除するものではない。
【００４５】
本発明はまた、以下の通りに説明され得る：シンクロサイクロトロンにおいて荷電粒子を加速させるために時間に伴って周期的に変化する周波数を有するＲＦ加速電圧を発生させることができるＲＦ装置（１）。その装置は、接地された伝導筺体（５）によって形成され、且つ加速電極（４）が連結された第１の端部を有する伝導性ピラー（３）を覆う共振空洞（２）を備える。回転式可変コンデンサ（１０）は、第１の端部とは反対の、ピラーの第２の端部のレベルにおいて伝導筺体内に装着され、少なくとも１つの固定式電極（１１）、ならびに直流絶縁軸受（２０）によって支持され回転式にガイドされる回転シャフト（１４）を有するロータ（１３）を備え、前記ロータ（１３）には、場合によっては少なくとも１つの固定式電極（１１）に面し得る少なくとも１つの可動式電極（１２）が装備される。シャフト（１４）が回転しているとき、少なくとも１つの固定式電極と少なくとも１つの可動式電極が一緒になって可変静電容量を形成し、その値は時間に伴って周期的に変化する。ロータ（１３）は、伝導筺体（５）およびピラー（３）から直流的に絶縁される。固定式電極（１１）は、ピラー（３）の第２の端部または伝導筺体（５）に接続される。ロータは、伝導筺体またはピラー（３）に、静電容量（Ｃｆ）によって静電容量的にそれぞれ結合され、静電容量（Ｃｆ）の第１の電極は、好ましくはロータの外部表面（１５）であり、その第２の電極は、好ましくは伝導筺体の内部表面（６）またはピラーの内部もしくは外部の表面それぞれである。このため、ロータと伝導筺体またはピラーそれぞれとの間の摺動式電気接点を無しですますことが可能になる。
【００４６】
本発明はまた、上記で説明したものなどのＲＦ装置を備えるシンクロサイクロトロンに関する。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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