(57)【要約】【課題】製造コストが比較的廉価であって入手が容易な高純度銅（６ＮＣｕ）をベースとして、残留抵抗比（ＲＲＲ）が大きく、極低温環境下で安定して使用することが可能な粒子加速器用銅材料、この粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管及びこの粒子加速器用銅管の製造方法、並びに、粒子加速器を提供する。【解決手段】粒子加速器において使用される粒子加速器用銅材料であって、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされ、Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満とされており、残留抵抗比が３０００以上とされていることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子加速器において使用される粒子加速器用銅材料であって、
ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされ、
Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満とされており、
残留抵抗比が３０００以上とされていることを特徴とする粒子加速器用銅材料。
【請求項２】
Ｆｅの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．０５ｐｐｍ未満とされており、
残留抵抗比が５０００以上とされていることを特徴とする請求項１に記載の粒子加速器用銅材料。
【請求項３】
粒子加速器の粒子加速管あるいは粒子減速管として使用される粒子加速器用銅管であって、
請求項１または請求項２に記載の粒子加速器用銅材料によって構成されたことを特徴とする粒子加速器用銅管。
【請求項４】
請求項３に記載された粒子加速器用銅管を製造する粒子加速器用銅管の製造方法であって、
製品形状に加工する加工工程と、この加工工程の後に４００℃以上融点未満で１時間以上の熱処理を行う熱処理工程と、を備えていることを特徴とする粒子加速器用銅管の製造方法。
【請求項５】
粒子ビームを加速する粒子加速管と、加速された粒子ビームを用いて電磁波を発生させる電磁波発生器と、この電磁波発生器を通過した粒子ビームを減速する粒子減速管と、この粒子減速管を通過した粒子ビームを吸収するビームダンプと、前記粒子加速管及び前記粒子減速管を冷却する冷却器と、を備えた粒子加速器であって、
請求項３に記載された粒子加速器用銅管を、前記粒子加速管及び前記粒子減速管として使用することを特徴とする粒子加速器。
【請求項６】
前記粒子加速管と前記粒子減速管とを接続する導波管を備え、前記粒子減速管で回収された高周波電力を前記粒子加速管に供給する構成とされており、
この導波管が、請求項１または請求項２に記載された粒子加速器用銅材料で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の粒子加速器。
【請求項７】
前記粒子加速管、前記粒子減速管および前記導波管を収納する断熱真空容器を備えることを特徴とする請求項６に記載の粒子加速器。
【請求項８】
前記粒子加速管の長さと前記粒子減速管の長さが同一とされていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の粒子加速器。
【請求項９】
前記粒子加速管及び前記粒子減速管は、接続部材を介して前記冷却器に接続されており、この接続部材が、請求項１または請求項２に記載された粒子加速器用銅材料で構成されていることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の粒子加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、実験設備や医療設備として利用されている粒子加速器において使用される粒子加速器用銅材料、この粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管及び粒子加速器用銅管の製造方法、並びに、粒子加速器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前述の粒子加速器においては、筒状に形成された粒子加速管に高周波高電界を付加し、粒子加速管内を通過する粒子（例えば電子）を加速し、加速した粒子を、例えばＳｉ単結晶等に照射することによって電磁波（例えばＸ線）を発生させ、この電磁波を利用して、診断・治療を行う構成とされている。
特に、電子ビームを１００ＭｅＶ程度まで加速し、シリコン単結晶またはダイヤモンド単結晶に衝突させることによって得られる空間干渉Ｘ線は、単色光でＸ線の位相が揃っていることから、内臓などの軟組織の内部構造の鮮明な画像を撮像することが可能となり、医療用の診断に有益である。また、空間干渉Ｘ線は、集束が可能であることから、照射する物体の内部にエネルギーピークを位置させることが可能となるため、がん治療等に利用することができる。
【０００３】
ここで、上述の粒子加速器においては、粒子加速管には高周波高電界を付加することから、高周波電流が流れることになり、電気抵抗の高い素材で構成されていた場合には、ジュール熱による温度上昇が発生してしまうことになる。
【０００４】
従来では、例えば特許文献１、２に示すように、超伝導材料で構成された粒子加速管が提供されていた。しかしながら、超伝導材料で構成された粒子加速管を用いる場合には、例えば２Ｋといった絶対零度近くに冷却する必要があることから、粒子加速器の設備構成が大きくなってしまうといった問題があった。
また、超伝導材料で構成された粒子加速管を用いた場合には、例えば５ＧＨｚといった高周波電力を付加した際には電力損失が発生することになるため、付加する高周波電力を３ＧＨｚ以下とする必要があった。また、上述のように、例えば空間干渉Ｘ線を発生させるために、電子ビームを１００ＭｅＶ程度まで加速させるためには、粒子加速管を長くする必要があり、やはり、粒子加速器の設備構成が大きくなってしまうといった問題があった。
【０００５】
そこで、例えば特許文献３、４に示すように、常伝導材料である銅によって構成された粒子加速管が提供されている。
ここで、低温状態での電気抵抗を評価する指標として、残留抵抗比（ＲＲＲ）が用いられる。この残留抵抗比（ＲＲＲ）は、室温（３００Ｋ）での電気比抵抗をρ３００とし、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）での電気比抵抗をρ４．２とした場合に、下記式で定義されるものである。
ＲＲＲ＝ρ３００／ρ４．２
この残留抵抗比（ＲＲＲ）が大きいほど、極低温環境下での電気抵抗が低くなることから、粒子加速管として特に適していることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−００７５００号公報
【特許文献２】特開平０３−２０８３００号公報
【特許文献３】特開２００４−１５６０９０号公報
【特許文献４】特開平０９―３１６５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、純度が９９．９９質量％以上９９．９９９質量％未満の一般的な純銅（４ＮＣｕ）においては、残留抵抗比（ＲＲＲ）は１０００以下であった。
純銅系材料において残留抵抗比（ＲＲＲ）が１０００以下の場合、例えば２０Ｋ以下の極低温環境下での電気抵抗が十分に低くなっていないため、粒子加速管に高周波高電界を付加した際に、ジュール熱が発生して粒子加速管の温度が上昇し、極低温状態が維持されなくなってしまう。すると、さらに粒子加速管の電気抵抗が大きくなってジュール熱が発生して、さらに粒子加速管の温度が上昇することになり、安定して粒子を加速することができなくなってしまう。
特に、がん治療用の粒子加速器においては、さらに高い電圧が粒子加速管に付加されるため、残留抵抗比（ＲＲＲ）が１０００以下である４ＮＣｕからなる粒子加速管を用いることができなかった。
【０００８】
また、４ＮＣｕからなる粒子加速管においては、無負荷利得係数Ｑが低いために高周波電力損失が大きく、粒子を効率良く加速させることができなかった。
さらに、４ＮＣｕによって粒子ビームを減速させる粒子減速管を構成しても、やはり高周波電力の損失が大きいことから、粒子ビームを十分に減速することができず、ビームダンプに粒子ビームを吸収させる際に、中性子等の２次粒子が発生することになる。よって、この２次粒子を遮蔽するための設備が必要となり、粒子加速器の設備構成が大きくなってしまうといった問題があった。
【０００９】
また、純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満の高純度銅（６ＮＣｕ）を用いることが考えられるが、単に不純物を１ｐｐｍ以下とした６ＮＣｕでは、残留抵抗比（ＲＲＲ）が２５００程度であり、十分とはいえなかった。
ここで、純度が９９．９９９９９質量％以上９９．９９９９９９質量％未満の超高純度銅（７ＮＣｕ）であれば、残留抵抗比（ＲＲＲ）が５０００を超えることから、粒子加速管及び粒子減速管を構成する材料として非常に適している。しかしながら、７ＮＣｕは、製造プロセスが複雑であるため、コストが非常に高く一般的に使用することは困難であった。
【００１０】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、製造コストが比較的廉価であって入手が容易な高純度銅（６ＮＣｕ）であっても、残留抵抗比（ＲＲＲ）が比較的大きく、極低温環境下で高周波高電界を付加しても安定して使用することが可能な粒子加速器用銅材料、この粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管及びこの粒子加速器用銅管の製造方法、並びに、粒子加速器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】
【００１１】
この課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を行った結果、高純度銅（６ＮＣｕ）であっても、特定の元素の含有量を制御することによって、残留抵抗比（ＲＲＲ）を大きくすること、すなわち、低温環境下での電気抵抗を小さくすることが可能であるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、かかる知見に基いてなされたものであって、本発明に係る粒子加速器用銅材料は、粒子加速器において使用される粒子加速器用銅材料であって、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされ、Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満とされており、残留抵抗比が３０００以上とされていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成とされた本発明の粒子加速器用銅材料においては、Ｃｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされた６ＮＣｕにおいて、Ｆｅの含有量を０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量を０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量を０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量を０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量を０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量を０．１ｐｐｍ未満と、Ｆｅ，Ｐ，Ａｌ，Ａｓ，Ｓｎ，Ｓの含有量をそれぞれ規定することにより、残留抵抗比（ＲＲＲ）を３０００以上とすることが可能となる。
よって、例えば２０Ｋ以下の極低温環境下において電気抵抗が十分に低くなるため、この粒子加速器用銅材料に対して高周波高電界を付加した場合でも、ジュール熱の発生を抑制することが可能となる。また、無負荷利得係数Ｑが高く高周波電力損失が抑えられるため、粒子を効率良く加速、減速させることができ、粒子加速器自体を小型化することが可能となる。
【００１４】
ここで、Ｆｅの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．０５ｐｐｍ未満とされており、残留抵抗比が５０００以上とされていることが好ましい。
この場合、Ｆｅの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量を０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量を０．０５ｐｐｍ未満とそれぞれ規定することによって、残留抵抗比を５０００以上とすることが可能となる。すなわち、６ＮＣｕであっても、７ＮＣｕと同等の残留抵抗比を得ることができるのである。
よって、例えば２０Ｋ以下の極低温環境下において電気抵抗がさらに低くなるため、この粒子加速器用銅材料に対して高周波高電界を付加した場合でも、ジュール熱の発生を確実に抑制することが可能となる。また、無負荷利得係数Ｑが高く高周波電力損失が抑えられるため、粒子をさらに効率良く加速、減速させることができ、粒子加速器自体を小型化することが可能となる。さらに、製造が困難な７ＮＣｕに比べて、製造コストを大幅に削減することができる。
【００１５】
本発明に係る粒子加速器用銅管は、粒子加速器の粒子加速管あるいは粒子減速管として使用される粒子加速器用銅管であって、前述の粒子加速器用銅材料によって構成されたことを特徴としている。
この構成の粒子加速器用銅管においては、粒子加速器の粒子加速管あるいは粒子減速管として使用されるものであり、例えば２０Ｋ以下の極低温環境下で高周波高電界を付加しても、ジュール熱がほとんど発生せず温度上昇が抑制されるため、安定して粒子を加速させることが可能となる。また、無負荷利得係数Ｑが高く高周波電力損失が抑えられるため、粒子を効率的に加速、減速させることができる。
【００１６】
本発明に係る粒子加速器用銅管の製造方法は、前述の粒子加速器用銅管を製造する粒子加速器用銅管の製造方法であって、製品形状に加工する加工工程と、この加工工程の後に４００℃以上融点未満で１時間以上の熱処理を行う熱処理工程と、を備えていることを特徴としている。
この構成の粒子加速器用銅管の製造方法においては、製品形状に加工した後に、４００℃以上融点未満、望ましくは材料の変形の少ない１０００℃以下、で１時間以上の熱処理を行うことから、加工により粒子加速器用銅材料に蓄積された歪みを、熱処理工程によって解放することができ、残留抵抗比（ＲＲＲ）を大きくすることが可能となる。
【００１７】
本発明に係る粒子加速器は、粒子ビームを加速する粒子加速管と、加速された粒子ビームを用いて電磁波を発生させる電磁波発生器と、この電磁波発生器を通過した粒子ビームを減速する粒子減速管と、この粒子減速管を通過した粒子ビームを吸収するビームダンプと、前記粒子加速管及び前記粒子減速管を冷却する冷却器と、を備えた粒子加速器であって、前述の粒子加速器用銅管を、前記粒子加速管及び前記粒子減速管として使用することを特徴としている。
【００１８】
この構成の粒子加速器によれば、粒子ビームを加速する粒子加速管と粒子ビームを減速する粒子減速管とが、前述の粒子加速器用銅管で構成されていることから、粒子ビームの加速及び減速を効率的に行うことができ、粒子加速器自体を小型化することが可能となる。また、粒子減速管において、粒子ビームが十分に減速されていることから、粒子減速管を通過した粒子ビームをビームダンプに吸収させた際に、中性子等の２次粒子の発生が抑制されることになり、遮蔽設備を簡素化することができる。さらに、粒子加速管及び粒子減速管を構成する６ＮＣｕからなる粒子加速器用銅材料は、内部からのガス放出が抑制されるため、粒子加速管及び粒子減速管の周囲を、比較的容易に真空雰囲気とすることが可能となる。
【００１９】
ここで、前記粒子加速管と前記粒子減速管とを接続する導波管を備え、前記粒子減速管で回収された高周波電力を前記粒子加速管に供給する構成とされており、この導波管が、前述の粒子加速器用銅材料で構成されていることが好ましい。
この場合、前記粒子加速管と前記粒子減速管とを接続する導波管が、残留抵抗比が３０００以上とされた６ＮＣｕからなる粒子加速器用銅材料で構成されているので、前記粒子減速管で回収された高周波電力を前記粒子加速管に供給する際の損失を抑制することができ、回収された高周波電力を確実に再利用することができ、エネルギー使用量を大幅に低減することができる。
【００２０】
また、前記粒子加速管、前記粒子減速管および前記導波管を収納する断熱真空容器を備えることが好ましい。
粒子加速管、粒子減速管および導波管を同一の断熱真空容器に収納し、極低温に冷却することで高周波電力損失を減らし、高周波電力を確実に再利用できる。同時に、断熱真空容器を一体化することで小型化でき、効率的に冷却できる。
【００２１】
また、前記粒子加速管の長さと前記粒子減速管の長さが同一とされていることが好ましい。
この場合、粒子減速管で回収した高周波電力を、効率的に粒子加速管に供給することができ、エネルギーロスを抑制することができる。
【００２２】
さらに、前記粒子加速管及び前記粒子減速管は、接続部材を介して前記冷却器に接続されており、この接続部材が、前述の粒子加速器用銅材料で構成されていることが好ましい。
この場合、冷却器と前記粒子加速管及び前記粒子減速管を接続する接続部材は、残留抵抗比が３０００以上とされた６ＮＣｕからなる粒子加速器用銅材料で構成されていることから、熱伝導性に優れている。よって、前記粒子加速管及び前記粒子減速管を効率的に冷却することが可能となり、冷却器の構成を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、製造コストが比較的廉価であって入手が容易な高純度銅（６ＮＣｕ）であっても、残留抵抗比（ＲＲＲ）が比較的大きく、極低温環境下で高周波高電界を付加しても安定して使用することが可能な粒子加速器用銅材料、この粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管及びこの粒子加速器用銅管の製造方法、並びに、粒子加速器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態である粒子加速器の概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態である粒子加速器用銅管からなる粒子加速管（粒子減速管）の使用状態を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態である粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管の製造方法を示すフロー図である。
【図４】図３に示す拡散接合工程において接合される構成部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施形態である粒子加速器用銅材料、粒子加速器用銅管及び粒子加速器用銅管の製造方法、並びに、粒子加速器について説明する。
まず、図１を用いて、本実施形態である粒子加速器１０について説明する。
この粒子加速器１０は、電子ビーム１８を発射する電子銃１１と、電子ビーム１８を加速する粒子加速管２０と、加速された電子ビーム１８を用いて空間干渉Ｘ線１９を発生させるＸ線発生器１２と、このＸ線発生器１２を通過した電子ビーム１８を減速する粒子減速管３０と、粒子減速管３０を通過した電子ビーム１８を吸収するビームダンプ１３と、粒子加速管２０と粒子減速管３０とを接続する導波管１４と、粒子加速管２０及び粒子減速管３０に向けて高周波電力を供給する高周波電源１５と、導波管１４と高周波電源１５とを接続する方向性結合器１６と、を備えている。
【００２６】
この粒子加速器１０においては、粒子加速管２０に対して約５．７ＧＨｚの高周波電力が付加されており、電子銃１１から発射された電子ビーム１８を、粒子加速管２０によって、例えば１００ＭｅＶにまで加速されることになる。加速された電子ビーム１８は、Ｘ線発生器１２へと導入され、シリコンやカーボンの単結晶に衝突させられる。すると、Ｘ線発生器１２からは、空間干渉Ｘ線１９が発生することになる。そして、Ｘ線発生器１２を通過した電子ビーム１８は、粒子減速管３０によって減速された後、ビームダンプ１３に衝突されて吸収される。
ここで、粒子加速管２０と粒子減速管３０には、高周波電源１５から方向性結合器１６を通じて高周波が供給される。粒子加速管２０によって、電子ビーム１８に高周波電力が供給され、粒子減速管３０によって、電子ビーム１８から高周波電力が回収される。粒子減速管３０で回収された高周波電力は、導波管１４を通じて粒子加速管２０に供給されることになる。
【００２７】
なお、Ｘ線発生器１２から発生した空間干渉Ｘ線１９は、単色光でＸ線の位相が揃っていることから、内臓などの軟組織の内部構造の鮮明な画像を撮像することが可能であるため、医療診断等に利用できる。また、空間干渉Ｘ線１９は、集束が可能であることから、物体内部にエネルギーピークを位置させることが可能となるため、がん治療等に利用できる。
【００２８】
ここで、粒子加速管２０及び粒子減速管３０は、同一のサイズ（長さ、径）の粒子加速器用銅管で構成されており、この粒子加速器用銅管に付加される高周波電力と入射される電子ビーム１８との位相により、電子ビーム１８を加速、あるいは、減速させるものである。
粒子加速管２０及び粒子減速管３０は、図２に示すように、接続部材２１、３１を介して冷却器２５、３５に接続されており、例えば２０Ｋ以下といった極低温環境下で使用される構成とされている。
【００２９】
そして、粒子加速管２０及び粒子減速管３０は、本実施形態である粒子加速器用銅材料によって構成されている。
この粒子加速管用銅材料は、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされた高純度銅（６ＮＣｕ）であり、不純物のうち、Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満に、規定されたものである。
【００３０】
このようにして、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされた高純度銅（６ＮＣｕ）であっても、特定の元素（Ｆｅ，Ｐ，Ａｌ，Ａｓ，Ｓｎ，Ｓ）の含有量を規定することによって、その残留抵抗比（ＲＲＲ）が３０００以上に設定することが可能となる。
【００３１】
ここで、本実施形態では、前述の不純物のうち、Ｆｅの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量を０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量を０．０５ｐｐｍ未満に、規定している。これにより、その残留抵抗比（ＲＲＲ）は５０００以上に設定することが可能となる。
【００３２】
なお、図１に示す粒子加速器１０において、粒子加速管２０と粒子減速管３０とを接続する導波管１４についても、本実施形態である粒子加速器用銅材料で構成されている。
さらに、冷却器２５と粒子加速管２０を接続する接続部材２１、及び、冷却器３５と粒子減速管３０を接続する接続部材３１についても、本実施形態である粒子加速器用銅材料で構成されている。
また、粒子加速管２０、粒子減速管３０および導波管１４は、同一の断熱真空容器１７に収納されている。
【００３３】
以下に、粒子加速管２０及び粒子減速管３０を構成する粒子加速器用銅管の製造方法について、図３のフロー図を参照して説明する。
この粒子加速器用銅管の製造方法は、銅原料からガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされた高純度銅（６ＮＣｕ）のインゴットを製造するインゴット製造工程Ｓ１０と、このインゴットを機械加工によって最終形状品に成形する加工工程Ｓ２０と、最終形状品に熱処理を行う熱処理工程Ｓ３０と、を備えている。
【００３４】
（インゴット製造工程Ｓ１０）
まず、銅原料として、純度が９９．９９質量％以上９９．９９９質量％未満の純銅（４ＮＣｕ）のカソードを準備する。この４ＮＣｕカソードを、電解液に溶解して電解処理を行う（電解工程Ｓ１１）。この電解工程Ｓ１１によって、純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満の高純度銅（６ＮＣｕ）のカソードを製出する。
次に、この６ＮＣｕカソードを溶解して銅溶湯を生成し、脱ガス処理等を行い、脱ガス処理が施された銅溶湯を鋳型に注湯して、所定形状のインゴットを製出する（溶解・鋳造工程Ｓ１２）。
これら電解工程Ｓ１１及び溶解・鋳造工程Ｓ１２によって、不純物のうち、Ｆｅの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量を０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量を０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量を０．０５ｐｐｍ未満に調整する。
【００３５】
（加工工程Ｓ２０）
得られたインゴットに対して、鍛造、圧延及び押出等の塑性加工を行う（１次加工工程Ｓ２１）。
その後、機械加工によって構成部材を製作する（２次加工工程Ｓ２２）。このとき、本実施形態では、図４に示すように、第一円筒状部材４１と、第二円筒状部材４２と、円板状部材４３と、ブロック部材４４と、が構成部材として製作されることになる。
そして、これらの構成部材（第一円筒状部材４１、第二円筒状部材４２、円板状部材４３、ブロック部材４４）を拡散接合することで、粒子加速管２０及び粒子減速管３０を構成する粒子加速器用銅管の形状をなす最終形状品を製出する（拡散接合工程Ｓ２３）。
【００３６】
（熱処理工程Ｓ３０）
そして、製出された最終形状品に対して熱処理を行う。ここで、熱処理条件としては、温度を４００℃以上融点未満、望ましくは材料の変形の少ない１０００℃以下、時間を１時間以上に設定している。この熱処理工程Ｓ３０によって、前述の加工工程Ｓ２０の際に最終形状品に蓄積された歪みを解放する構成とされているのである。
【００３７】
（仕上工程Ｓ４０）
最後に、必要に応じて、熱処理工程Ｓ３０によって最終形状品の表面に形成された酸化膜等を除去するために酸洗等を行う。
以上により、本実施形態である粒子加速器用銅材料で構成された粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）が製出されることになる。
【００３８】
このような構成とされた本実施形態である粒子加速器用銅材料、粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）によれば、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされ、Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満、さらに本実施形態では、Ｆｅの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．０５ｐｐｍ未満とされていて、その残留抵抗比が５０００以上とされている。
【００３９】
したがって、２０Ｋ以下の極低温環境下において電気抵抗が十分に低くなるため、この粒子加速器用銅材料からなる粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）に対して高周波高電界を付加した場合でも、ジュール熱の発生を抑制することが可能となる。よって、粒子加速管２０及び粒子減速管３０の温度上昇が抑制されるため、粒子加速器１０を良好に稼動させることが可能となる。
また、従来以上に、粒子加速管２０及び粒子減速管３０に対して、高い電圧を付加することが可能となり、粒子加速器１０の性能をさらに向上させることができる。
さらに、６ＮＣｕであるにもかかわらず、通常の７ＮＣｕと同等の残留抵抗比（５０００以上）を得ることができるので、製造が困難な７ＮＣｕを使用する場合に比べて、粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）の製造コストを大幅に削減することができる。
なお、Ｆｅ、Ｐ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｎ及びＳの含有量を抑えた本発明の粒子加速器用銅材料は、例えば、６Ｎカソードを、Ｆｅ、Ｐ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｎ及びＳの含有量が１ｐｐｍ未満の坩堝を用い、脱酸素および脱硫処理を施した非酸化雰囲気中において溶解、凝固させることで得ることができる。
【００４０】
また、無負荷利得係数Ｑが高く高周波電力損失が抑えられるため、粒子を効率良く加速及び減速させることができ、粒子加速器１０自体を小型化することが可能となる。
詳述すると、Ｃｕの純度が９９．９９質量％以上９９．９９９質量％未満とされた４ＮＣｕからなる従来の粒子加速管及び粒子減速管においては、室温で使用した場合に無負荷利得係数Ｑが約１／１００００であった。これに対して、本実施形態である粒子加速管２０及び粒子減速管３０においては、無負荷利得係数Ｑが約１／４０００００であって、高周波損失が１／４０に低減されているのである。
【００４１】
本実施形態に係る粒子加速器１０によれば、粒子加速管２０と粒子減速管３０とが、残留抵抗比が５０００以上とされた６ＮＣｕで構成されているので、電子ビーム１８の加速及び減速を効率的に行うことができ、粒子加速器１０自体を小型化することが可能となる。
また、粒子減速管３０において、電子ビーム１８が十分に減速されていることから、粒子減速管３０を通過した電子ビーム１８をビームダンプ１３に吸収させた際に、中性子等の２次粒子の発生が抑制されることになり、この粒子加速器１０を遮蔽する設備を簡略化することが可能となる。具体的には、医療用レントゲン装置と同程度のＸ線が発生するのみであるため、通常の医療用レントゲン装置と同様に使用することが可能となる。詳述すると、粒子加速管２０において１００ＭｅＶ程度まで加速された電子ビーム１８を、粒子減速管３０において１ＭｅＶ程度まで減速することが可能となり、中性子等の２次粒子の発生を抑制することが可能となるのである。
さらに、粒子加速管２０と粒子減速管３０が、６ＮＣｕからなる粒子加速器用銅材料で構成されており、内部からのガス放出が抑制されるため、比較的容易に、粒子加速管２０及び粒子減速管３０の周囲を、比較的容易に真空雰囲気とすることが可能となる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、粒子加速管２０と粒子減速管３０とを接続する導波管１４が、本実施形態である粒子加速器用銅材料で構成されているので、粒子減速管３０で回収された高周波電力を粒子加速管２０に供給する際の損失を抑制することができる。
また、加速管２０および減速管３０は、同一のサイズ（長さ、径）の粒子加速器用銅管で構成されているので、減速管３０で回収した高周波電力を、効率的に加速管２０に供給することができ、エネルギーロスを抑制することができる。
また、本実施形態では、粒子加速管２０、粒子減速管３０および導波管１４は、同一の断熱真空容器１７に収納されているので、極低温に冷却することで高周波電力損失を減らし、高周波電力を確実に再利用できる。同時に、断熱真空容器１７を一体化することで小型化でき、効率的に冷却することができる。
【００４３】
さらに、粒子加速管２０及び粒子減速管３０は、接続部材２１、３１を介して冷却器２５、３５に接続され、例えば２０Ｋ以下といった極低温環境下で使用される構成とされており、この接続部材２１、３１が、熱伝導性に優れた本実施形態である粒子加速器用銅材料で構成されているので、粒子加速管２０及び粒子減速管３０を効率的に冷却することが可能となり、冷却器２５、３５の構成を簡略化することができる。
【００４４】
本実施形態に係る粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）の製造方法によれば、加工工程Ｓ２０によって最終形状品を製出した後に、この最終形状品に対して４００℃以上で１時間以上の熱処理を行うことから、加工工程Ｓ２０によって最終形状品に蓄積された歪みを、確実に解放することができ、粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）における残留抵抗比（ＲＲＲ）を大きくすることができる。
【００４５】
また、加工工程Ｓ２０においては、構成部材（第一円筒状部材４１、第二円筒状部材４２、円板状部材４３、ブロック部材４４）を拡散接合することで、粒子加速管２０及び粒子減速管３０を構成する粒子加速器用銅管の形状をなす最終形状品を製出する拡散接合工程Ｓ２３を備えているので、粒子加速器用銅管のサイズ、構造を比較的自由に設計することが可能となる。また、本実施形態である粒子加速器用銅材料を用いているので、構成部材（第一円筒状部材４１、第二円筒状部材４２、円板状部材４３、ブロック部材４４）同士を拡散接合によって強固に接合できるとともに、不純物の混入を確実に防止することができ、残留抵抗比（ＲＲＲ）を大きくすることが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、加工工程Ｓ２０の後に、４００℃以上で１時間以上保持する熱処理工程Ｓ３０を備えたものとして説明したが、これに限定されることはなく、熱処理条件が異なっていてもよいし、熱処理を加工工程Ｓ２０後に行わなくてもよい。
【００４７】
また、粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）の形状や使用形態は、図２に示すものに限定されることはなく、粒子加速器に使用される粒子加速器用銅管（粒子加速管２０及び粒子減速管３０）であればよい。
さらに、４ＮＣｕのカソードを電解処理することによって６ＮＣｕのカソードを製出する構成として説明したが、これに限定されることはなく、他の方法によって、Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満とされ、ガス成分を除いたＣｕの純度が９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満とされた６ＮＣｕからなるインゴットを製出してもよい。
【実施例】
【００４８】
本発明の作用効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
＜本発明例＞
４ＮＣｕカソードを原料として、電解処理を行うことによって、純度９９．９９９９質量％以上９９．９９９９９質量％未満の超高純度（６ＮＣｕ）のカソードを製出した。Ｆｅ、Ｐ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｎ及びＳの含有量が１ｐｐｍ未満のカーボン坩堝を用い、脱酸素および脱硫処理を施したＡｒ雰囲気中において、６ＮＣｕカソードを溶解し、インゴット（直径１００ｍｍのビレット）を製出した。
得られたインゴットを、直径１．０ｍｍ、長さ１００ｍｍの線に成形した後に、熱処理を施すことによって、表１に示す本発明例１〜１０の試料を作製した。
【００４９】
＜比較例＞
４ＮＣｕカソードを原料として、電解処理を行うことによって、純度９９．９９９９９質量％以上９９．９９９９９９質量％未満の超高純度（７ＮＣｕ）のカソードを製出した。
そして、本発明例と同様の条件で７ＮＣｕのカソードを溶解して得られた銅溶湯に、元素を添加することによって、不純物の含有量を調整した各種のインゴット（直径１００ｍｍのビレット）を製出した。
得られたインゴットを、直径１．０ｍｍ、長さ１００ｍｍの線に成形した後に、熱処理を施すことによって、表１に示す比較例１〜１２の試料を作製した。
【００５０】
前述のようにして得られた試料について、それぞれ各元素の含有量および残留抵抗比（ＲＲＲ）を測定した。測定結果を表１に示す。なお、各元素の含有量は、グロー放電質量分析により測定した。
【００５１】
【表１】
2011236484.tif 000002
【００５２】
Ｆｅの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．１ｐｐｍ未満とされた６ＮＣｕである本発明例１−１０においては、残留抵抗比（ＲＲＲ）がすべて３０００を超えていた。
【００５３】
特に、Ｆｅの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｐの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｌの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ａｓの含有量が０．０１ｐｐｍ未満、Ｓｎの含有量が０．０１ｐｐｍ未満及びＳの含有量が０．０５ｐｐｍ未満とされた６ＮＣｕである本発明例１、２においては、残留抵抗比（ＲＲＲ）が６０００を超えており、７ＮＣｕである比較例１２と同等であった。
【００５４】
一方、Ｆｅ，Ｐ，Ａｌ，Ａｓ，Ｓｎ及びＳのいずれかが、本発明の範囲から逸脱している比較例１−８においては、残留抵抗比ＲＲＲがすべて３０００未満であって、低温環境下における電気抵抗が十分に低下していないことが確認された。
【００５５】
また、本発明例２、本発明例３及び比較例９は、同一の組成のインゴットを加工し、加工後の熱処理条件（温度、時間）を変更したものである。これらを比較すると、加工後の熱処理時間を長くすることによって、残留抵抗比（ＲＲＲ）が大きく向上することが確認される。また、熱処理温度を３００℃とした比較例９では、残留抵抗比（ＲＲＲ）が１５００と低いままであった。
【００５６】
さらに、本発明例４、比較例１０及び比較例１１は、同一の組成のインゴットを加工し、加工後の熱処理条件（温度、時間）を変更したものである。熱処理時間を０．５時間として比較例１０では残留抵抗比（ＲＲＲ）が２１００、熱処理温度を３００℃とした比較例１１では、残留抵抗比（ＲＲＲ）が１２００であった。
【００５７】
これらの結果から、熱処理時間を長くする、あるいは、熱処理温度を高くすることによって、加工の際に蓄積された歪みを確実に解放することができ、残留抵抗比（ＲＲＲ）を大きくすることが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００５８】
１０  粒子加速器
１２  Ｘ線発生器（電磁波発生器）
１３  ビームダンプ
１４  導波管
１７  断熱真空容器
１８  電子ビーム（粒子ビーム）
２０  加速管（粒子加速器用銅管）
３０  減速管（粒子加速器用銅管）
２１、３１  接続部材
２５、３５  冷却器
Ｓ２０  加工工程
Ｓ２３  拡散接合工程
Ｓ３０  熱処理工程
【図１】
2011236484.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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