(57)【要約】【課題】注入された高周波の進行波を、本体の動径方向に排出することなく吸収し、反射させない高周波加速管及びその製造方法を提供する。【解決手段】高周波加速管１０は、荷電粒子１１が入射する入射孔１２と、高周波１３を注入する注入ポート１４と、この高周波１３により誘起された電界により入射した荷電粒子１１を加速させる加速部１５と、加速した荷電粒子１１を通過させて出射する内筒体１６と、この内筒体１６を収容する外筒体１７の内部空間１８を荷電粒子１１の進行方向に沿って狭め、加速部１５を通過した高周波１３を吸収する吸収体１９と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子が入射する入射孔と、
高周波を注入する注入ポートと、
前記高周波により誘起された電界により前記入射した荷電粒子を加速させる加速部と、
前記加速した荷電粒子を通過させて出射する内筒体と、
前記内筒体を収容する外筒体の内部空間を前記荷電粒子の進行方向に沿って狭め、前記加速部を通過した前記高周波を吸収する吸収体と、を備えることを特徴とする高周波加速管。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波加速管において、
前記吸収体は、テーパ形状を有し前記内筒体が挿入されていることを特徴とする高周波加速管。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の高周波加速管において、
前記内筒体は、内側管と外側管を同軸に配置させ、先端の隙間に封止部材を設けたことを特徴とする高周波加速管。
【請求項４】
請求項３に記載の高周波加速管において、
前記内側管と前記外側管の隙間に冷媒を流動させることを特徴とする高周波加速管。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高周波加速管において、
前記加速部は、前記荷電粒子が通過するボアが形成されたディスクが複数積層されて構成されることを特徴とする高周波加速管。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の高周波加速管において、
前記吸収体は材質がセラミックであり、前記内筒体及び外筒体は材質がチタンであることを特徴とする高周波加速管。
【請求項７】
荷電粒子が入射する入射孔及び高周波を注入する注入ポートが設けられたカプラ、前記高周波により誘起された電界により前記荷電粒子を加速して通過させるボアが形成された複数のディスク、外筒体を積層してろう付けするステップと、
前記加速した荷電粒子を通過させて出射する内筒体の内周面を構成する内側管及び前記内筒体の外周面を構成する外側管を同軸に挿入し先端の隙間に封止部材を接合するステップと、
前記外側管の基端に第１固定板を接合し内側管の基端に第２固定板を接合するステップと、
前記内筒体を収容した前記外筒体の内部空間を前記荷電粒子の進行方向に沿って狭め前記加速部を通過した前記高周波を吸収する吸収体を前記内筒体に挿入させるステップと、
前記外筒体及び前記第１固定板をろう付けするステップと、を含むことを特徴とする高周波加速管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行波により荷電粒子を加速する高周波加速管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
進行波により荷電粒子を加速する高周波加速管は、一般的に、円筒形の本体の動径方向に張り出した高周波の注入ポートと排出ポートとを各１個ずつ備えている。
この注入ポートには、導波管を介してクライストロンなどの高周波アンプが接続され、高周波の進行波を高周波加速管の一端から注入する。
そして、排出ポートには、終端器が接続され、高周波加速管を通過した高周波の進行波を、本体の動径方向に排出してから吸収し、本体内部における反射を抑制する（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３５２９９号公報（図１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高周波加速管の外周には、荷電粒子ビームを軌道修正するステアリング磁石、荷電粒子ビームを集束するソレノイド電磁石や四極電磁石が、配置されることがある。
これら磁石は、荷電粒子ビームを調整するために、この荷電粒子ビームの進行方向に対して最適位置に配置されることが望ましい。
しかし、これら磁石は、特に、本体の動径方向に張り出した高周波の排出ポートに、空間的に干渉し最適位置への配置が妨げられる場合がある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、注入された高周波の進行波を、本体の動径方向に排出することなく吸収し、反射させない高周波加速管及びその製造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】
本発明の実施形態に係る高周波加速管は、荷電粒子が入射する入射孔と、高周波を注入する注入ポートと、前記高周波により誘起された電界により前記入射した荷電粒子を加速させる加速部と、前記加速した荷電粒子を通過させて出射する内筒体と、前記内筒体を収容する外筒体の内部空間を前記荷電粒子の進行方向に沿って狭め、前記加速部を通過した前記高周波を吸収する吸収体と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、注入された高周波の進行波を、本体の動径方向に排出することなく吸収し、反射させない高周波加速管及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（Ａ）本発明に係る高周波加速管の実施形態を示す断面図、（Ｂ）端面図。
【図２】実施形態に係る高周波加速管の分解図。
【図３】本発明に係る高周波加速管の製造方法の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、実施形態に係る高周波加速管１０は、荷電粒子１１が入射する入射孔１２と、高周波１３を注入する注入ポート１４と、この高周波１３により誘起された電界により入射した荷電粒子１１を加速させる加速部１５と、加速した荷電粒子１１を通過させて出射する内筒体１６と、この内筒体１６を収容する外筒体１７の内部空間１８を荷電粒子１１の進行方向に沿って狭め加速部１５を通過した高周波１３を吸収する吸収体１９と、を備えている。
このように構成される高周波加速管１０の内部は、真空状態に保持することができる。
【００１０】
加速部１５は、荷電粒子１１が通過するボア２４が形成されたディスク２５が複数積層されて構成される。
それぞれのディスク２５は、無酸素銅を機械加工で削り出して作成される。
図２に示すようにディスク２５は、扁平な円柱体を、外枠３３が残るように内側をくりぬいて、薄肉に形成し、この薄肉の同心円板３２の中心を貫通してボア２４を形成する。
積層される複数のディスク２５は、外枠３３の端面が相互にろう付けされ、対向する同心円板３２によりセル空間３１（図１）が形成され、ボア２４が直線状に配列する。
【００１１】
図１に戻って説明を続ける。
この加速部１５の一端には、荷電粒子１１が入射する入射孔１２と高周波１３を注入する注入ポート１４とが設けられたカプラ２６が接続される。
入射孔１２は、直線状に配列するボア２４の延長線上に位置し、この延長線にそって外部から荷電粒子１１が入射する。
注入ポート１４は、導波管を介してクライストロンなどの高周波アンプが接続され（図示略）、荷電粒子１１のビーム方向に対し直交方向に高周波１３の進行波を注入する。
【００１２】
この高周波１３の進行波が伝搬して加速部１５の同心円板３２の間に誘起された電界により、入射孔１２から入射した荷電粒子１１は加速される。
なお、加速に用いる電磁波のモードは一般に用いられるＴＭ０１モードとする。
【００１３】
加速部１５のカプラ２６が設けられる一端とは反対側の他端には、無酸素銅からなる円筒形の外筒体１７が接続される。
外筒体１７の内径は、高周波１３の反射を防止するために、同軸に形成されるセル空間３１の直径と同じにすることができる。
最後段のセル空間３１´は、内筒体１６等を収容するため、他のセル空間３１と異なる直径とする場合もある。
この外筒体１７の内部空間１８には、内筒体１６及び吸収体１９が収容される。
【００１４】
内筒体１６は、内側管２１と外側管２２を荷電粒子１１のビームと同軸に配置させ、先端の隙間に封止部材２３が設けられている。
なお、内筒体１６の先端部は、強い電場により放電発生を防止するために、封止部材２３の表面を曲面に仕上げることが望まれる。
また、この内側管２１と外側管２２の隙間には、高周波１３を吸収して発熱する内筒体１６を冷却するために、冷媒が流動する配管（図示略）が配置されている。
さらに、吸収体１９も内筒体１６によって間接冷却される。
【００１５】
この内筒体１６を構成する内側管２１、外側管２２及び封止部材２３は、無酸素銅から構成されるが、後述する製造上の観点から、セラミックからなる吸収体１９の膨張率をあわせるために低膨張率の導電性金属、例えばチタンで構成されてもよい。
【００１６】
また、内筒体１６の内径（内側管２１の内径）は、高周波１３の波長と同程度かそれ以下に設定される。
これにより、加速部１５により加速された荷電粒子１１は、内筒体１６の内側を通過して出射孔２９から出射するとともに、加速部１５を伝播してきた高周波１３の進行波は、内筒体１６の外側を伝搬する。
【００１７】
このように、運転周波数よりも遮断周波数が大きくなるように内筒体１６の内径を適切に調整することにより、高周波１３の進行波は、内筒体１６の内側に進入しない。
これにより、荷電粒子１１のビームを内筒体１６の内側を通過させ、高周波１３の進行波をその外側に導くことによって、高周波１３と荷電粒子１１のビームとの無用な相互作用を防止することができる。
【００１８】
吸収体１９は、炭化珪素からなる円錐体に回転対称軸に沿う貫通孔を設け、この貫通孔に内筒体１６が挿入され、高周波１３の進行方向に向かってテーパ形状を形成している、
これにより外筒体１７の内部空間１８を荷電粒子１１の進行方向に沿って狭め、加速部１５を通過した高周波１３が吸収される。
【００１９】
実施形態において吸収体１９は、円錐状の一体化物であるものを例示しているが、形状に限定はなく、また板状体を積層させて構成してもよい。
また実施形態において吸収体１９は、内筒体１６に固定されているが、この固定方法も特に限定はなく、外筒体１７に固定されてもよい。
【００２０】
加速部１５を通過した高周波１３は、進行方向に向かってテーパ形状となる内部空間１８を伝搬する過程において、反射することなく吸収されて熱に変換される。
高周波１３の反射抑制効果は、テーパ角度が緩やかである程、即ち吸収体１９が長い程、高いために、吸収体１９の長さは電磁波の管内波長λｇ以上であることが望まれる。
【００２１】
インピーダンス整合を念頭におけば、高周波１３の周波数が決まれば、内筒体１６の内径及び長さが決まり、これにより外筒体１７の内径及び長さ、ディスク２５のセル空間３１の直径も一意的に決まる。
【００２２】
以上説明した高周波加速管１０によれば、内部に注入した高周波１３を排出するための排出ポートを本体の動径方向に張り出して設ける必要がなくなる。
これにより、荷電粒子１１のビーム調整のための磁石やその他架台、配管、ケーブル類を、空間内の最適な位置に配置することができる。
【００２３】
図２及び図３に基づいて高周波加速管の製造方法の実施形態を説明する。
荷電粒子の入射孔１２及び高周波の注入ポート１４が設けられるカプラ２６、複数のディスク２５，２５…及び外筒体１７を積層して真空ろう付けする（Ｓ１１）。
【００２４】
これらカプラ２６、複数のディスク２５，２５…及び外筒体１７のいずれか一方の接触面には、溝が設けられて、ろう金属のワイヤが配置されている。
このろう金属のワイヤを挟んだ状態で、カプラ２６、複数のディスク２５，２５…及び外筒体１７を積層させて、真空チャンバに設置し、ろう金属の融点以上に温度設定する。ここで、真空ろう付けを選択するのは、無酸素銅の酸化を防止するためである。
【００２５】
次に、内側管２１及び外側管２２を同軸に挿入し先端の隙間に封止部材２３を接合する（Ｓ１２）。この内側管２１及び外側管２２の先端と封止部材２３との接合は、電子ビーム溶接による。溶接線のビードは、機械加工により滑らかに仕上げる。
ここで、電子ビーム溶接を選択するのは、この接合部が電場の強い空間に位置するため、不純物の巻き込みを防止するためである。
【００２６】
次に、外側管２２の基端に第１固定板２７を接合し、内側管２１の基端に第２固定板２８を接合する（Ｓ１３）。なお第２固定板２８の反対面には、出射孔２９が接合される。
これら内側管２１及び外側管２２の基端と固定板２７，２８との接合はＴＩＧ溶接による。
ここで、ＴＩＧ溶接を選択するのは、これらの接合部は、高周波には曝されないが、冷却水あるいは真空の境界になるため、不純物巻きこみが少なく、高い寸法精度が要求されるからである。
【００２７】
次に、吸収体１９を内筒体１６に挿入し、真空ろう付けを行い接合する（Ｓ１４）。
ここで、真空ろう付けを選択するのは、無酸素銅の酸化を防止するためである。
【００２８】
次に、カプラ２６、複数のディスク２５，２５…及び外筒体１７の一体化物と、内筒体１６、吸収体１９及び固定板２７，２８の一体化物と、を仮合せして、高周波特性を測定する（Ｓ１５）。
そして、必要に応じて外筒体１７の長さ、又は内筒体１６の先端の封止部材２３の寸法を機械加工で微調整する（Ｓ１６）。
【００２９】
最後に、外筒体１７及び第１固定板２７の接触面をろう付けする（Ｓ１７，ＥＮＤ）。
なお、このろう付け工程（Ｓ１７）に用いるろう金属は、（Ｓ１１）（Ｓ１４）で用いたろう金属よりも低融点のものを利用する。
真空チャンバの設定温度を、低融点ろう金属の融点よりも高く、高融点ろう金属の融点よりも低く設定して、すでに接合されている部分が分離することを防止するためである。
【００３０】
以上述べた実施形態の高周波加速管によれば、荷電粒子の進行方向の末端に高周波の吸収体を設けることにより、本体の動径方向に排出ポートを設けることなく高周波の反射を防止することができる。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１０…高周波加速管、１１…荷電粒子、１２…入射孔、１３…高周波、１４…注入ポート、１５…加速部、１６…内筒体、１７…外筒体、１８…内部空間、１９…吸収体、２１…内側管、２２…外側管、２３…封止部材、２４…ボア、２５…ディスク、２６…カプラ、２７…第１固定板、２８…第２固定板、２９…出射孔、３１，３１´…セル空間、３２…同心円板、３３…外枠。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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