(57)【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空洞本体と、
該空洞本体の周囲に設置され、該空洞本体の外周面との間に形成される空間に外部から供給口を介して供給される冷媒を貯蔵する冷媒槽とを備え、
前記空洞本体の外周面が、前記超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されおり、
前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、
前記大径部における前記金属材料の被膜厚が、前記小径部における前記金属材料の被膜厚よりも厚い超伝導加速空洞。
【請求項２】
前記軸方向における前記供給口の位置が、前記軸方向における前記大径部の位置と一致した請求項１に記載の超伝導加速空洞。
【請求項３】
前記大径部の前記中心軸に対する距離と前記小径部の前記中心軸に対する距離の比率と、前記大径部における前記被膜厚と前記小径部における前記被膜厚の比率とが略一致している請求項１に記載の超伝導加速空洞。
【請求項４】
超伝導材料によって筒状に形成された空洞本体と、該空洞本体の周囲に設置され、該空洞本体の外周面との間に形成される空間に外部から供給口を介して供給される冷媒を貯蔵する冷媒槽とを備え、前記空洞本体の外周面が、前記超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されている超伝導加速空洞の電解研磨方法であって、
電源の正極に接続された陽極部を前記供給口から挿入して前記空洞本体の前記外周面に接触させる陽極設置工程と、
前記電源の負極に接続された陰極部を前記空洞本体の内部に挿入する陰極設置工程と、
前記空洞本体の内部に電解液を供給する供給工程と、
前記電源による通電を開始して前記空洞本体の内面を電解研磨する電解研磨工程とを備えた超伝導加速空洞の電解研磨方法。
【請求項５】
前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、
前記軸方向における前記供給口の位置が、前記軸方向における前記大径部の位置と一致した請求項４に記載の超伝導加速空洞の電解研磨方法。
【請求項６】
前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、
前記大径部における前記金属材料の被膜厚が、前記小径部における前記金属材料の被膜厚よりも厚い請求項４に記載の超伝導加速空洞の電解研磨方法。
【請求項７】
前記大径部の前記中心軸に対する距離と前記小径部の前記中心軸に対する距離の比率と、前記大径部における前記被膜厚と前記小径部における前記被膜厚の比率とが略一致している請求項６に記載の超伝導加速空洞の電解研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導加速空洞、および超伝導加速空洞の電解研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導加速空洞は、高周波電力の投入により内部に発生する加速電界により、電子、陽電子、陽子等の荷電粒子を加速する装置である。超伝導加速空洞は、その本体内面が平滑となっていない場合や、その本体内面に不純物が存在する場合、発熱や放電を誘発し、荷電粒子を加速する性能が低下してしまう。
【０００３】
そこで、超伝導加速空洞本体の内面を平滑とし、不純物を除去するために、電解研磨を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。超伝導加速空洞の電解研磨は、空洞本体の内側と空洞本体の外面にそれぞれ電極を設置し、空洞本体内を電解液で満たした状態で行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２３９９８号公報
【特許文献２】特許第３４１６２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電解研磨が行われた後、超伝導加速空洞本体の周囲には、超伝導加速空洞を冷却するための液体ヘリウム等の冷媒を貯蔵する冷媒槽が設置される。この冷媒槽は、冷媒の漏れ等を防止するために、超伝導加速空洞の周囲を覆うように配置される複数の部材を溶接等により強固に接合することにより設置される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
電解研磨が行われた超伝導加速空洞本体の内面は平滑で不純物が除去された状態となるが、外部からの荷電粒子が導かれる入口管と、外部へ荷電粒子を導く出口管を超伝導加速空洞本体に取り付ける際に、ゴミ等の異物が超伝導加速空洞本体の内部に侵入する可能性がある。ゴミ等の異物が超伝導加速空洞本体の内部に侵入すると、発熱や放電等を誘発することとなり、超伝導加速空洞の性能が低下してしまう。この性能の低下を解消するためには、再び電解研磨を行って超伝導加速空洞本体の内面を平滑にすればよい。
【０００７】
しかしながら、冷媒槽を超伝導加速空洞本体の周囲に設置した後は、空洞本体の外面の任意の位置に電極を設置することが困難であるため、電極の接触の有無（接触状態）によって電解研磨の研磨度が不均一となる問題があった。したがって、冷媒槽を超伝導加速空洞本体の周囲に設置した後に、冷媒槽を取り外すことなく再び超伝導加速空洞本体の電解研磨を均一に行うことは、容易ではなかった。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、冷媒槽を設置した後でも再び電解研磨を行うことが容易な超伝導加速空洞、および超伝導加速空洞の電解研磨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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る超伝導加速空洞は、超伝導材料によって筒状に形成された空洞本体と、該空洞本体の周囲に設置され、該空洞本体の外周面との間に形成される空間に外部から供給口を介して供給される冷媒を貯蔵する冷媒槽とを備え、前記空洞本体の外周面が、前記超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されている。
【００１０】
本発明に係る超伝導加速空洞には、超伝導材料によって筒状に形成された空洞本体の周囲に冷媒槽が設置されている。この冷媒槽には、外部から冷媒が供給される供給口が設けられており、この供給口を介して電源の正極に接続された陽極部を冷媒槽の内部に挿入することが可能である。空洞本体の外周面は、超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されているため、冷媒槽の内部に挿入された陽極部を空洞本体の外周面に接触させることにより、空洞本体を均一に電解研磨の陽極とすることができる。
【００１１】
そして、空洞本体の内側に電源の負極に接続された陰極部を挿入し、空洞本体の内部に電解液を供給することにより、空洞本体の内面を電解研磨することができる。
このように、本発明に係る超伝導加速空洞によれば、冷媒槽を設置した後でも再び電解研磨を行うことが容易な超伝導加速空洞を提供することができる。
【００１２】
本発明の第１態様の超伝導加速空洞は、前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、前記軸方向における前記供給口の位置が、前記軸方向における前記大径部の位置と一致している。
このようにすることで、冷媒槽の供給口に近接した位置に配置された空洞本体の大径部に対して、供給口から挿入される陽極部を容易に接触させることができる。
【００１３】
本発明の第２態様の超伝導加速空洞は、前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、前記大径部における前記金属材料の被膜厚が、前記小径部における前記金属材料の被膜厚よりも厚くなっている。
【００１４】
このようにすることで、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体の中心軸に近い小径部よりも、中心軸から遠い大径部で、より電流を流れやすくすることができる。これにより、空洞本体の内面において電解研磨による研磨度が不均一になる不具合を抑制することができる。
【００１５】
本発明の第２態様の超伝導加速空洞においては、前記大径部の前記中心軸に対する距離と前記小径部の前記中心軸に対する距離の比率と、前記大径部における前記被膜厚と前記小径部における前記被膜厚の比率とが略一致しているようにしてもよい。
このようにすることで、空洞本体の大径部における被膜厚と小径部における被膜厚とを、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体の中心軸からの距離に応じた適切な被膜厚とすることができる。
【００１６】
本発明の超伝導加速空洞の電解研磨方法は、超伝導材料によって筒状に形成された空洞本体と、該空洞本体の周囲に設置され、該空洞本体の外周面との間に形成される空間に外部から供給口を介して供給される冷媒を貯蔵する冷媒槽とを備え、前記空洞本体の外周面が、前記超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されている超伝導加速空洞の電解研磨方法であって、電源の正極に接続された陽極部を前記供給口から挿入して前記空洞本体の前記外周面に接触させる陽極設置工程と、前記電源の負極に接続された陰極部を前記空洞本体の内部に挿入する陰極設置工程と、前記空洞本体の内部に電解液を供給する供給工程と、前記電源による通電を開始して前記空洞本体の内面を電解研磨する電解研磨工程とを備える。
【００１７】
本発明の電解研磨方法によれば、空洞本体の外周面が、超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されているため、陽極設置工程により陽極部を空洞本体の外周面に接触させることにより、空洞本体を均一に電解研磨の陽極とすることができる。
そして、陰極設置工程により空洞本体の内側に電源の負極に接続された陰極部を挿入し、供給工程により空洞本体の内部に電解液を供給することにより、空洞本体の内面を電解研磨することができる。
このように、本発明に係る超伝導加速空洞の電解研磨方法によれば、冷媒槽を設置した後でも再び電解研磨を行うことが容易な超伝導加速空洞の電解研磨方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の第１態様の超伝導加速空洞の電解研磨方法は、前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、前記軸方向における前記供給口の位置が、前記軸方向における前記大径部の位置と一致している。
このようにすることで、冷媒槽の供給口に近接した位置に配置された空洞本体の大径部に対して、供給口から挿入される陽極部を容易に接触させることができる。
【００１９】
本発明の第２態様の超伝導加速空洞の電解研磨方法は、前記空洞本体が、大径部と、該大径部よりも該空洞本体の中心軸に対する距離が短い小径部とが該空洞本体の軸方向に沿って交互に形成された形状となっており、前記大径部における前記金属材料の被膜厚が、前記小径部における前記金属材料の被膜厚よりも厚くなっている。
【００２０】
このようにすることで、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体の中心軸に近い小径部よりも、中心軸から遠い大径部でより電流が流れやすくすることができる。これにより、空洞本体の内面において電解研磨による研磨度が不均一になる不具合を抑制することができる。
【００２１】
本発明の第３態様の超伝導加速空洞の電解研磨方法においては、前記大径部の前記中心軸に対する距離と前記小径部の前記中心軸に対する距離の比率と、前記大径部における前記被膜厚と前記小径部における前記被膜厚の比率とが略一致しているようにしてもよい。
このようにすることで、空洞本体の大径部における被膜厚と小径部における被膜厚とを、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体の中心軸からの距離に応じた適切な被膜厚とすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、冷媒槽を設置した後でも再び電解研磨を行うことが容易な超伝導加速空洞、および超伝導加速空洞の電解研磨方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の超伝導加速器の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の超伝導加速空洞および電解研磨装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の超伝導加速空洞の電解研磨方法を示すフローチャートである。
【図４】冷媒槽に設置される陽極部の変形例を示す図である。
【図５】冷媒槽に設置される陽極部の他の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の超伝導加速空洞の空洞本体を示す図である。
【図７】図２に示す超伝導加速空洞および電解研磨装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の超伝導加速器１００について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の超伝導加速器の構成を示す縦断面図である。
【００２５】
図１において、超伝導加速器１００は、超伝導加速空洞３０と、超伝導加速空洞３０を収容する真空容器９０とを備えている。超伝導加速空洞３０は、ニオブ（Ｎｂ）等の超伝導材料によって筒状に形成された空洞本体１０と、空洞本体１０の周囲に設置される冷媒槽２０とを備えている。冷媒槽２０は、空洞本体１０の外周面との間に形成される空間に外部から供給口２０ａを介して供給される冷媒を貯蔵するものである。冷媒としては、例えば、液体ヘリウムが用いられる。
【００２６】
空洞本体１０の外周面は、超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されている。この被膜された部分が金属被膜層１０ａとなっている。導電性の高い金属材料としては、例えば、銅、金、銀、アルミニウム等が用いられる。空洞本体１０の外周面を導電性の高い金属材料により被膜しているのは、後述するように、電解研磨を行う際に空洞本体１０を陽極として機能させるためである。本実施形態において、金属被膜層１０ａの膜厚は、空洞本体１０の中心軸方向の位置に関わらず略一定であるものとする。金属被膜層１０ａの膜厚を一定とすることで、空洞本体１０の全体に略一定の電位を与えることができる。
【００２７】
空洞本体１０は、中心軸Ａからの距離がＲ１となる赤道部（大径部）１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇを備えている。また、空洞本体１０は、中心軸Ａからの距離がＲ２となるアイリス部（小径部）１０ｈ，１０ｉ，１０ｊを備えている。図１に示すように、赤道部１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇの中心軸Ａに対する距離Ｒ１よりも、アイリス部１０ｈ，１０ｉ，１０ｊの中心軸Ａに対する距離Ｒ２の方が短い。図１に示すように、空洞本体１０は、赤道部１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇと、アイリス部１０ｈ，１０ｉ，１０ｊとは、中心軸Ａ方向に沿って交互に形成された形状となっている。
【００２８】
冷媒槽２０には冷媒が貯蔵されるため、冷媒槽２０と空洞本体１０とは、互いに接触する箇所が溶接等によって強固に接合されている。そのため、冷媒槽２０を空洞本体１０に接合した後は、再び冷媒槽２０を空洞本体１０から除去することが困難な構造となっている。
【００２９】
供給口２０ａは冷媒を供給する供給管４０に接続されている。供給管４０は、外部の冷媒タンク（不図示）から供給される冷媒を供給口２０ａに供給するための管である。供給管４０から供給されて冷媒槽２０に貯蔵された液体ヘリウムは、空洞本体１０を極低温に冷却して超伝導状態に保つために用いられる。
【００３０】
冷媒槽２０に貯蔵された液体ヘリウムの一部は、空洞本体１０で発生した熱を吸収することによってガス化してヘリウムガスとなる。ヘリウムガスは、排出口２０ｂから超伝導加速空洞３０の外部に排出され、排出管５０を介して超伝導加速器１００の外部に排出される。外部に排出されたヘリウムガスは、圧縮器（不図示）によって圧縮することで再び液化し、冷媒タンクへ戻される。
【００３１】
冷媒槽２０の供給口２０ａの中心軸Ａ方向の位置は、赤道部１０ｄと一致している。また、冷媒槽２０の排出口２０ｂの位置は、赤道部１０ｇと一致している。このようにしているのは、後述するように、電解研磨を行う際に空洞本体１０を陽極として機能させる際に、供給口２０ａおよび排出口２０ｂから挿入される陽極部２３０，２４０を、空洞本体１０の外周面に形成された金属被膜層１０ａに接触させるのを容易にするためである。
【００３２】
空洞本体１０は、中心軸方向の両端部に開口部である入口部１０ｃおよび出口部１０ｂが設けられている。入口部１０ｃは外部からの荷電粒子が導かれる入口管７０に接続されており、入口管７０から導かれる荷電粒子を空洞本体１０に導く。また、出口部１０ｂは外部へ荷電粒子を導く出口管８０に接続されており、空洞本体１０で加速された荷電粒子を出口管８０に導く。
【００３３】
導波管６０は、空洞本体１０の出口部１０ｂに接続するように設けられており、クライストロン等の高周波源（不図示）が発生する高周波電力を空洞本体１０の内部に導入するための管である。導波管６０を介して外部から高周波電力が投入されると、空洞本体１０の内表面に正電極と負電極とが生成され、荷電粒子を加速させる加速電界が発生する。
【００３４】
超伝導加速空洞３０は、真空容器９０の内部に配置されている。真空容器９０は、真空装置（不図示）により内部を略真空の状態に保ち、真空容器９０外部の熱が超伝導加速空洞３０に伝わるのを防ぐ。
【００３５】
次に、図２を用いて本実施形態の電解研磨装置２００について説明する。図２は、本実施形態の超伝導加速空洞３０および電解研磨装置２００を示す縦断面図である。電解研磨装置２００は、図２に示す構成のうち、超伝導加速空洞３０を除く他の部分から構成されている。なお、図２では、後述する図７で示す一対の回転保持具３００の図示が省略されている。
【００３６】
電解研磨装置２００は、電解液を空洞本体１０の内部で循環させる電解液供給装置２１０と、空洞本体１０の内部に配置された陰極部２２０と、冷媒槽２０の供給口２０ａに挿入された陽極部２３０と、冷媒槽２０の排出口２０ｂに挿入された陽極部２４０とを備える。陰極部２２０は電源２５０の負極に接続されており、陽極部２３０，２４０は電源２５０の正極に接続されている。電源２５０から各電極への電流の供給の有無は、スイッチ２６０により切り換えることが可能となっている。
【００３７】
空洞本体１０の両端部には、電解液の漏洩を防ぐキャップ２７０，２７１がそれぞれ取り付けられている。また、中空の筒状部材である陰極部２２０は、キャップ２７０およびキャップ２７１により両端が支持されることにより、空洞本体１０の中心軸と同軸に配置されている。ポンプ２８０を作動させることによりタンク２９０内の電解液がキャップ２７０を介して陰極部２２０の内部に供給される。電解液としては、種々のものを用いることが可能であるが、例えば、フッ化水素，硫酸等が用いられる。
【００３８】
中空の筒状部材である陰極部２２０には、複数の開口部２２０ａが設けられている。陰極部２２０の内部を流れる電解液は、複数の開口部２２０ａから空洞本体１０の内部に流出し、空洞本体１０の内部に電解液が供給される。開口部２２０ａから流出せずに陰極部２２０の内部を流れる電解液は、キャップ２７１を経由して再びタンク２９０に戻される。
【００３９】
陽極部２３０は、ケーブル接続部２３１と、ロッド部２３２と、接触部２３３と、キャップ２３４により構成されている。陽極部２３０を構成する各部材は、銅等の導電性の高い金属により構成されている。陽極部２３０を構成する各部材は、電源２５０の正極と略同電位となる。
【００４０】
ケーブル接続部２３１には電源２５０の正極と連結されたケーブルが接続される。ケーブル接続部２３１はロッド部２３２と連結されており、ロッド部２３２は接触部２３３と連結されている。ロッド部２３２は外周面に雄ねじが形成された棒状の部材であり、キャップ２３４の中心部に設けられた穴の内周面に形成された雌ねじと係合している。キャップ２３４は冷媒槽２０の供給口２０ａに設けられたフランジに対してボルトで締結されている。
【００４１】
ロッド部２３２に連結されたケーブル接続部２３１を回転させることにより、ロッド部２３２はキャップ２３４に対してロッド部２３２の軸方向に移動する。この移動に伴ってロッド部２３２の先端部に連結された接触部２３３が空洞本体１０の赤道部１０ｄの外周面に設けられた金属被膜層１０ａに近接または離間する。
【００４２】
冷媒槽２０の供給口２０ａに設けられたフランジにキャップ２３４をボルトで締結し、ケーブル接続部２３１を回転させることにより、接触部２３３を徐々に金属被膜層１０ａに近づけることができる。そして、接触部２３３は、空洞本体１０の赤道部１０ｄの外周面に設けられた金属被膜層１０ａに接触するように調整される。このようにすることで、電源２５０の正極と金属被膜層１０ａとが電気的に接続された状態となり、金属被膜層１０ａが電解研磨の陽極として機能するようになる。
【００４３】
陽極部２４０は、ケーブル接続部２４１と、ロッド部２４２と、接触部２４３と、キャップ２４４により構成されている。陽極部２４０を構成する各部材は、銅等の導電性の高い金属により構成されている。陽極部２４０を構成する各部材は、電源２５０の正極と略同電位となる。
【００４４】
ケーブル接続部２４１には電源２５０の正極と連結されたケーブルが接続される。ケーブル接続部２４１はロッド部２４２と連結されており、ロッド部２４２は接触部２４３と連結されている。ロッド部２４２は外周面に雄ねじが形成された棒状の部材であり、キャップ２４４の中心部に設けられた穴の内周面に形成された雌ねじと係合している。キャップ２４４は冷媒槽２０の排出口２０ｂに設けられたフランジに対してボルトで締結されている。
【００４５】
ロッド部２４２に連結されたケーブル接続部２４１を回転させることにより、ロッド部２４２はキャップ２４４に対してロッド部２４２の軸方向に移動する。この移動に伴ってロッド部２４２の先端部に連結された接触部２４３が空洞本体１０の赤道部１０ｇの外周面に設けられた金属被膜層１０ａに近接または離間する。
【００４６】
冷媒槽２０の排出口２０ｂに設けられたフランジにキャップ２４４をボルトで締結し、ケーブル接続部２４１を回転させることにより、接触部２４３を徐々に金属被膜層１０ａに近づけることができる。そして、接触部２４３は、空洞本体１０の赤道部１０ｇの外周面に設けられた金属被膜層１０ａに接触するように調整される。このようにすることで、電源２５０の正極と金属被膜層１０ａとが電気的に接続された状態となり、金属被膜層１０ａが電解研磨の陽極として機能するようになる。
【００４７】
電解研磨装置２００には、図７に示すように超伝導加速空洞３０を中心軸Ａ回りに回転可能に保持する一対の回転保持具３００と、回転保持具３００に保持された超伝導加速空洞３０を中心軸Ａ回りに回転させる回転装置（不図示）とが備えられている。図７は、図２に示す超伝導加速空洞３０および電解研磨装置２００のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００４８】
回転保持具３００は、中心軸Ａに直交する平面内に配置された円環状のレール部３１０と、レール部３１０を接地面Ｇに対して支持する支持部３２０，３３０を備えている。支持部３２０，３３０は、接地面Ｇに対してレール部３１０を固定している。図７には陽極部２３０の位置に存在する回転保持具３００が示されているが、陽極部２４０の位置にも他の回転保持具３００が存在する。
【００４９】
従って、中心軸Ａに沿って陽極部２３０の位置と陽極部２４０の位置に配置された一対の回転保持具３００により、超伝導加速空洞３０は接地面Ｇに対して保持される。一対の回転保持具３００により保持される超伝導加速空洞３０は、回転装置（不図示）により、中心軸Ａ回りに回転する。
【００５０】
回転装置には、超伝導加速空洞３０の外周面に設けられた歯車（不図示）と連結される他の歯車を回転させるモータ（不図示）が備えられている。モータを回転させることにより超伝導加速空洞３０が中心軸Ａ回りに回転する。
陽極部２３０のケーブル接続部２３１は、レール部３１０と係合しながら回転する回転部材となっている。また、ケーブル接続部２３１は、導電性のあるレール部３１０を介し、レール部３１０の外周面に接続された電源２５０の正極と電気的に接続されている。
したがって、超伝導加速空洞３０を回転させることにより、空洞本体１０の内面の全体に電解液が行き渡り、内面が均一に電解研磨される。
【００５１】
次に、図３を用いて本実施形態の電解研磨方法について説明する。図３は、本実施形態の超伝導加速空洞３０の電解研磨方法を示すフローチャートである。本実施形態の電解研磨方法は、図１に示す超伝導加速器１００に超伝導加速空洞３０を組み込んで超伝導加速器１００として動作させた後、超伝導加速空洞３０の内部に異物が混入していることが疑われる測定結果が出た場合等に実行される。
【００５２】
本実施形態の電解研磨方法を実行するにあたっては、図１に示す超伝導加速器１００から、超伝導加速空洞３０の部分を予め真空容器９０の外部に取り外しておくものとする。
【００５３】
ステップＳ３０１は、冷媒槽２０の供給口２０ａに陽極部２３０を設置し、冷媒槽２０の排出口２０ｂに陽極部２４０を設置する陽極設置工程である。供給口２０ａに陽極部２３０を設置し、ケーブル接続部２３１を回転させて接触部２３３の位置を調整し、接触部２３３を空洞本体１０の金属被膜層１０ａに接触させる。同様に、排出口２０ｂに陽極部２４０を設置し、ケーブル接続部２４１を回転させて接触部２４３の位置を調整し、接触部２４３を空洞本体１０の金属被膜層１０ａに接触させる。
【００５４】
このように、陽極設置工程Ｓ３０１は、電源２５０の正極に接続された陽極部２３０を供給口２０ａから挿入して空洞本体１０の外周面の金属被膜層１０ａに接触させる工程である。また、陽極設置工程Ｓ３０１は、電源２５０の正極に接続された陽極部２４０を排出口２０ｂから挿入して空洞本体１０の外周面の金属被膜層１０ａに接触させる工程である。陽極設置工程Ｓ３０１を実行することにより、電源２５０の正極と金属被膜層１０ａとが電気的に接続された状態となり、金属被膜層１０ａが電解研磨の陽極として機能するようになる。
【００５５】
ステップＳ３０２は、空洞本体１０の中心軸と同軸に陰極部２２０を設置する陰極設置工程である。陰極部２２０を空洞本体１０の内部に挿入し、キャップ２７０を空洞本体１０の出口部１０ｂに設置し、キャップ２７１を空洞本体１０の入口部１０ｃに設置することにより、空洞本体１０の中心軸と同軸に陰極部２２０が設置される。陰極部２２０が設置された後、電解液供給装置２１０による電解液の供給が可能となるように、キャップ２７０，２７１が電解液供給装置２１０の配管と接続される。また、陰極部２２０が電解研磨の陰極として機能するように、電源２５０の負極と陰極部２２０が電気的に接続される。
【００５６】
ステップＳ３０３は、空洞本体１０の内部に電解液を供給する電解液供給工程である。電解液供給装置２１０のポンプ２８０を駆動させ、タンク２９０内の電解液を陰極部２２０に供給することにより、開口部２２０ａを介して空洞本体１０の内部に電解液が供給される。空洞本体１０への電解液の供給量が予め設定された所定量に達すると、ポンプ２８０の駆動を停止させて空洞本体１０への電解液の供給を停止させる。
【００５７】
ステップＳ３０４は、陽極部２３０，２４０と陰極部２２０が設置され、内部に電解液が供給された空洞本体１０を電解研磨する電解研磨工程である。ステップＳ３０４で、スイッチ２６０がオフ状態からオン状態に切り替えられる。スイッチ２６０がオン状態となることにより、陽極部２３０，２４０が電源２５０の正極と同電位となり、陰極部２２０が電源２５０の負極と同電位となって陰極となる。
【００５８】
陽極部２３０，２４０は、空洞本体１０の外周面の金属被膜層１０ａに接触しているので、金属被膜層１０ａの全体が陽極として機能する。陰極部２２０は軸方向の全長に渡って導電性の金属部材により構成されているので、軸方向の全長に渡って陰極として機能する。したがって、陰極部２２０の軸方向の全長に渡って、陰極部２２０と空洞本体１０の内周面の間に電解液を介して電流が流れ、電解液の電気分解が起こる。この電気分解によって、空洞本体１０の内周面が研磨される。
【００５９】
電解研磨工程Ｓ３０４の実行中において、超伝導加速空洞３０は、回転装置によって軸線回りに回転した状態となっている。超伝導加速空洞３０を回転させることにより、空洞本体１０の内面の全体に電解液が行き渡り、内面が均一に電解研磨される。電解研磨工程Ｓ３０４において研磨される研磨量は、電源２５０の出力電圧や電解研磨を行う時間等により調整可能であるが、例えば１００μｍ程度の研磨量に設定される。
【００６０】
ステップＳ３０５は、電解研磨工程Ｓ３０４の後に実行される後処理工程である。後処理工程には、空洞本体１０の内部に滞留する電解液を外部に排出する処理や、空洞本体１０の内周面を過酸化水素水や超純水で洗浄する洗浄処理が含まれている。また、後処理工程Ｓ３０５には、陽極部２３０，２４０と陰極部２２０を超伝導加速空洞３０から取り外す処理が含まれている。
後処理工程Ｓ３０５の後、電解研磨が行われた超伝導加速空洞３０を再び真空容器９０の内部に設置することにより、超伝導加速器１００が再び利用可能となる。
【００６１】
次に、図４を用いて陽極部２３０，２４０の変形例について説明する。図４は、冷媒槽２０に設置される陽極部の変形例を示す図であり、超伝導加速空洞３０を正面から見たときの断面図を拡大した図である。陽極部２３０，２４０は、ロッド部２３２，２４２の外周面に設けられた雄ねじにより接触部２３３，２４３の位置を調整するものであった。それに対して、図４に示す陽極部４００は、コイルバネ４０４の弾性力により接触部４０３の位置を調整するものである。
【００６２】
図４に示すように、変形例の陽極部４００は、ケーブル接続部４０１と、キャップ４０２と、接触部４０３と、コイルバネ４０４と、金属バネ４０５により構成されている。陽極部４００を構成する各部材は、銅等の導電性の高い金属により構成されている。陽極部４００を構成する各部材は、電源２５０の正極と略同電位となる。
【００６３】
ケーブル接続部４０１には電源２５０の正極と連結されたケーブルが接続される。ケーブル接続部４０１はキャップ４０２と連結されている。キャップ４０２は冷媒槽２０の供給口２０ａまたは排出口２０ｂに設けられたフランジに対してボルトで締結されている。キャップ４０２には筒部が設けられており、この筒部の内周径と略同径のコイルバネ４０４が筒部の内部に挿入されている。
【００６４】
キャップ４０２の筒部の周囲には筒部の外径よりも内径の大きい筒状の接触部４０３が配置されている。接触部４０３には、キャップ４０２の筒部に挿入されたコイルバネ４０４により、空洞本体１０の金属被膜層１０ａに接触する方向の付勢力が与えられている。
【００６５】
キャップ４０２の筒部の外周面と接触部４０３の内周面との間には、金属バネ４０５が設けられている。金属バネ４０５により、キャップ４０２の筒部の外周面と接触部４０３の内周面とが電気的に接触した状態となり確実に通電するようになっている。コイルバネ４０４の付勢力によって、接触部４０３は空洞本体１０の金属被膜層１０ａに接触した状態で配置される。このようにして、電源２５０の正極と金属被膜層１０ａとが電気的に接続された状態となり、金属被膜層１０ａが電解研磨の陽極として機能するようになる。
【００６６】
次に、図５を用いて陽極部２３０，２４０の他の変形例について説明する。図５は、冷媒槽２０に設置される陽極部の変形例を示す図であり、超伝導加速空洞３０を側面（中心軸方向）から見たときの断面図を拡大した図である。図５中に示す陽極部２３０は図２で説明した陽極部２３０と同様であるので説明を省略する。図５は、接点部材２３５が追加されている点が図２と異なっている。
【００６７】
接点部材２３５は、接触部２３３の先端に設けられるものであり、接触部２３３と金属被膜層１０ａとの電気的な接触をよくするための部材である。接点部材２３５としては、平編銅線や銅製の板バネ等、電気的な接触を高めることが可能な各種の素材を用いることができる。接点部材２３５を設けることにより、接触部２３３と金属被膜層１０ａとの電気的な接触をより良くし、金属被膜層１０ａを電解研磨の陽極としてより確実に機能させることができる。
なお、前述した変形例の陽極部４００の接触部４０３の先端にも接点部材２３５を設けるようにしてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態の超伝導加速空洞３０は、空洞本体１０の外周面が、超伝導材料よりも導電性の高い金属被膜層１０ａにより被膜されている。そのため、本実施形態の超伝導加速空洞３０の電解研磨方法によれば、陽極設置工程Ｓ３０１により陽極部２３０，２４０を空洞本体１０の外周面に接触させることにより、空洞本体１０を均一に電解研磨の陽極とすることができる。
【００６９】
そして、陰極設置工程Ｓ３０１により空洞本体１０の内側に電源２５０の負極に接続された陰極部２２０を挿入し、電解液供給工程Ｓ３０３により空洞本体１０の内部に電解液を供給することにより、空洞本体１０の内周面を電解研磨することができる。
このように、本実施形態の超伝導加速空洞３０の電解研磨方法によれば、冷媒槽２０を設置した後でも再び電解研磨を行うことが容易な超伝導加速空洞の電解研磨方法を提供することができる。
【００７０】
本実施形態の超伝導加速空洞３０は、空洞本体１０が、赤道部（大径部）１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇと、赤道部１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇよりも中心軸Ａに対する距離が短いアイリス部（小径部）１０ｈ，１０ｉ，１０ｊとが軸方向に沿って交互に形成された形状となっている。また、冷媒の供給口２０ａの軸方向の位置が、赤道部１０ｄの軸方向の位置と一致している。更に、冷媒の排出口２０ｂの軸方向の位置が、赤道部１０ｇの軸方向の位置と一致している。
【００７１】
このようにすることで、冷媒槽２０の供給口２０ａに近接した位置に配置された空洞本体１０の赤道部１０ｄに対して、供給口２０ａから挿入される陽極部２３０を容易に接触させることができる。また、冷媒槽２０の排出口２０ｂに近接した位置に配置された空洞本体１０の赤道部１０ｇに対して、排出口２０ｂから挿入される陽極部２４０を容易に接触させることができる。
【００７２】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態の超伝導加速器の空洞本体６００について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第２実施形態の超伝導加速空洞の空洞本体６００を示す図である。空洞本体６００の周囲には冷媒槽が設けられるが、図６では冷媒槽の図示を省略してある。
第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、説明を省略する。
【００７３】
第１実施形態の金属被膜層１０ａの膜厚は、空洞本体１０の中心軸方向の位置に関わらず略一定であった。それに対して第２実施形態の金属被膜層６００ａの膜厚は、空洞本体６００の中心軸Ａ方向の位置によって異なっている。
【００７４】
図６に示す空洞本体６００は、中心軸Ａからの距離がＲ３となる赤道部（大径部）６００ｄ，６００ｅ，６００ｆ，６００ｇを備えている。また、空洞本体６００は、中心軸Ａからの距離がＲ４となるアイリス部（小径部）６００ｈ，６００ｉ，６００ｊを備えている。図６に示すように、赤道部６００ｄ，６００ｅ，６００ｆ，６００ｇの中心軸Ａに対する距離Ｒ３よりも、アイリス部６００ｈ，６００ｉ，６００ｊの中心軸Ａに対する距離Ｒ４の方が短い。図６に示すように、空洞本体６００は、赤道部６００ｄ，６００ｅ，６００ｆ，６００ｇと、アイリス部６００ｈ，６００ｉ，６００ｊとは、中心軸Ａ方向に沿って交互に形成された形状となっている。
【００７５】
空洞本体６００の外周面は、超伝導材料よりも導電性の高い金属材料により被膜されている。この被膜された部分が金属被膜層６００ａとなっている。導電性の高い金属材料としては、例えば、銅、金、銀、アルミニウム等が用いられる。空洞本体６００の外周面を導電性の高い金属材料により被膜しているのは、電解研磨を行う際に空洞本体６００を陽極として機能させるためである。
【００７６】
図６に示すように、金属被膜層６００ａの膜厚は、空洞本体６００の中心軸Ａ方向の位置によって異なっている。具体的には、赤道部（大径部）６００ｄ，６００ｅ，６００ｆ，６００ｇの金属被膜層６００ａの膜厚がＴ２となっている。また、アイリス部（小径部）６００ｈ，６００ｉ，６００ｊの金属被膜層６００ａの膜厚がＴ１となっている。膜厚Ｔ１よりも膜厚Ｔ２の方が、膜厚が厚くなっている。赤道部と隣接するアイリス部との間の金属被膜層６００ａの膜厚は、赤道部からアイリス部に向かうにしたがって徐々に膜厚が薄くなる形状となっている。
【００７７】
空洞本体６００の出口部６００ｂおよび入口部６００ｃは、円筒形状の開口部となっている。図６に示すように、出口部６００ｂおよび入口部６００ｃの内周面の直径は、アイリス部６００ｈ，６００ｉ，６００ｊの内周面の直径と一致しており、それぞれＤ１となっている。一方、赤道部６００ｄ，６００ｅ，６００ｆ，６００ｇの内周面の直径はＤ２となっている。
そして、赤道部の内周面の中心軸Ａに対する距離Ｒ３とアイリス部の内周面の中心軸Ａに対する距離Ｒ４の比率と、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ２とアイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ１の比率とが、以下の式（１）で示すように一致しているか、略一致したものとなっている。
Ｒ４／Ｒ３＝Ｔ１／Ｔ２      （１）
【００７８】
このように、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚を厚くし、アイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚を薄くしているのは、電解研磨による空洞本体６００の内周面の研磨量をアイリス部と赤道部とで略一致させるためである。図２に示すように電解研磨を行う際に、陰極は空洞本体の内側に設置される。そのため、金属被膜層６００ａの膜厚が中心軸Ａに沿って一定である場合、陰極に近いアイリス部では電解研磨の研磨量が多く、陰極に通り赤道部では電解研磨の研磨量が少なくなる。本実施形態では、このようなアイリス部と赤道部とでの研磨量の違いを少なくするために、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚を厚くし、アイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚を薄くしている。
【００７９】
赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚を厚くすることにより、赤道部に電流が流れやすくなる。一方、アイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚を薄くすることにより、アイリス部に相対的に電流が流れにくくなる。例えば、式（１）のように、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚とアイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚を設定することにより、アイリス部と赤道部とでの研磨量の違いを少なくすることができる。赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚とアイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚とは、例えば式（１）のように設定すればよいが、アイリス部と赤道部とでの研磨量が一致するように、各種の条件に応じて適宜設定すればよい。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の超伝導加速空洞は、空洞本体６００が、赤道部（大径部）と、赤道部よりも中心軸Ａに対する距離が短いアイリス部（小径部）とが中心軸Ａ方向に沿って交互に形成された形状となっている。また、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ２が、アイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ１よりも厚くなっている。
【００８１】
このようにすることで、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体６００の中心軸に近いアイリス部よりも、中心軸から遠い赤道部で、より電流を流れやすくすることができる。これにより、空洞本体６００の内面において電解研磨による研磨度が不均一になる不具合を抑制することができる。
【００８２】
本実施形態の超伝導加速空洞においては、赤道部の中心軸Ａに対する距離Ｒ３とアイリス部の中心軸Ａに対する距離Ｒ４の比率と、赤道部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ２とアイリス部における金属被膜層６００ａの膜厚Ｔ１の比率とが一致しているか、略一致している。
このようにすることで、空洞本体６００の赤道部における膜厚Ｔ２とアイリス部における膜厚Ｔ１とを、電解研磨が行われる際に陰極が配置される空洞本体６００の中心軸からの距離に応じた適切な被膜厚とすることができる。
【００８３】
〔他の実施形態〕
第１実施形態において、陽極部２３０が供給口２０ａに挿入され、陽極部２４０が排出口２０ｂに挿入されるものであったが、他の態様であってもよい。例えば、供給口２０ａと排出口２０ｂのいずれか一方のみに陽極部を挿入する態様であってもよい。空洞本体１０の外周面には金属被膜層１０ａが一様に形成されているので、供給口２０ａと排出口２０ｂのいずれか一方のみに陽極部を挿入しても、空洞本体１０の外周面の全体を電源２５０の正極と同電位にすることができる。
【００８４】
第１実施形態の図１に示す空洞本体１０は、中心軸Ａに沿って４つの赤道部（大径部）と３つのアイリス部（小径部）が交互に形成されるものであったが、他の態様であってもよい。例えば、Ｎ個の赤道部と、Ｎ−１個のアイリス部が交互に形成されるものであってもよい（ここで、Ｎは２以上の整数である。）。
【符号の説明】
【００８５】
１０，６００  空洞本体
１０ａ，６００ａ  金属被膜層
１０ｂ  出口部
１０ｃ  入口部
１０ｄ  赤道部（大径部）
１０ｈ  アイリス部（小径部）
２０    冷媒槽
２０ａ  供給口
３０    超伝導加速空洞
４０    供給管
１００  超伝導加速器
２００  電解研磨装置
２１０  電解液供給装置
２２０  陰極部
２３０，２４０  陽極部
【図１】
0006049601.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0006049601.tif 000005
【図５】
0006049601.tif 000006
【図６】
0006049601.tif 000007
【図７】
0006049601.tif 000008