(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の加速空間を真空状態に保持するための真空容器を備える粒子加速器に使用され、セプタム電極と、前記セプタム電極に対向して配置されて高電圧が印加される高圧電極とを有する、荷電粒子線のデフレクタであって、
前記真空容器の外部から前記高圧電極に高電圧を導入するための高圧導入部と、
中空部に前記高圧導入部を挿通させ前記高圧導入部を記高圧導入部の外部から絶縁するための筒状の高圧絶縁部と、
を備え、
前記高圧絶縁部の前記中空部には、前記高圧導入部を挿通させるとともに前記真空容器の内部と連通する隔室が形成されており、
前記高圧絶縁部が樹脂で形成されることを特徴とするデフレクタ。
【請求項２】
前記樹脂は、ナイロン、エポキシ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチルエーテルケトンおよびポリエチレンテレフタレートのいずれかである、請求項１に記載のデフレクタ。
【請求項３】
前記樹脂は、ポリエチレンテレフタレートである、請求項２に記載のデフレクタ。
【請求項４】
前記高圧絶縁部は、外径５０〜１００ｍｍ、肉厚１０〜２０ｍｍの筒状に形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデフレクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子加速器において荷電粒子線を引き出すためのデフレクタ（静電偏向器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１に記載されるように、サイクロトロンなどの粒子加速器において周回軌道を周回する荷電粒子線を偏向させて、その軌道から引き出すためのデフレクタが知られている。
【０００３】
例えばサイクロトロンのデフレクタは、荷電粒子線の引出軌道に沿って半径方向外側に配置されるセプタム電極と、セプタム電極に対向して引出軌道に沿って半径方向内側に配置される高圧電極とを有する。デフレクタでは、高圧電極に高電圧を印加すると、セプタム電極との間の電位差により両電極の間に電場が生じる。これにより、周回軌道を周回する荷電粒子線は、電場の力を受けて両電極の間に偏向されて、その軌道から引き出される。ここで、高圧電極には、高圧絶縁部により外部から絶縁された高圧導入部を通じて高電圧が印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７９０８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のデフレクタでは、高電圧の印加に起因する放電（貫通放電、沿面放電など）によって、高圧絶縁部にひび割れが生じたり、高圧絶縁部が破損したりすることが確認されている。このため、定格電圧未満の電圧でサイクロトンを運転したり、運転自体を停止したりすることを余儀なくされる場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、高圧絶縁部の耐久性を向上したデフレクタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るデフレクタは、荷電粒子の加速空間を真空状態に保持するための真空容器を備える粒子加速器に使用され、セプタム電極と、セプタム電極に対向して配置されて高電圧が印加される高圧電極とを有する、荷電粒子線のデフレクタであって、真空容器の外部から高圧電極に高電圧を導入するための高圧導入部と、中空部に高圧導入部を挿通させ高圧導入部を記高圧導入部の外部から絶縁するための筒状の高圧絶縁部と、を備え、高圧絶縁部の中空部には、高圧導入部を挿通させるとともに真空容器の内部と連通する隔室が形成されており、高圧絶縁部が樹脂で形成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るデフレクタによれば、高圧導入部を外部から絶縁するための高圧絶縁部を樹脂で形成することで、高圧絶縁部の耐電圧が高まり、放電の発生が抑制される。これにより、高圧絶縁部の耐久性を向上することができる。ここで、樹脂は、例えば、ナイロン、エポキシ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチルエーテルケトンおよびポリエチレンテレフタレートのいずれか、特にポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
【０００９】
また、高圧絶縁部は、外径５０〜１００ｍｍ、肉厚１０〜２０ｍｍの筒状に形成されてもよい。これにより、高圧導入部を外部から確実に絶縁しつつ、デフレクタ、ひいては粒子加速器を小型化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高圧絶縁部の耐久性を向上したデフレクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】荷電粒子線の引き出し機能を要部としてサイクロトロンの概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデフレクタを荷電粒子線の軌道に直交する断面で示す図である。
【図３】図２に示すデフレクタを荷電粒子線の軌道に沿う断面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
なお、以下では、本発明の実施形態に係るデフレクタ（静電偏向器）１０を粒子加速器の一例であるサイクロトロン１に適用する場合について説明するが、サイクロトロン１以外の粒子加速器にも同様に適用することができる。
【００１４】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０を含むサイクロトロン１の構成について説明する。図１は、荷電粒子線の引き出し機能を要部としてサイクロトロン１の概要を示す図である。
【００１５】
サイクロトロン１は、真空容器２、ディー電極３、デフレクタ１０（静電偏向器）、およびグラディエントコレクタ４（磁気チャンネル）を有する。
【００１６】
真空容器２は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。真空容器２の上下（紙面に対して垂直な方向の上下）には、粒子加速に必要な磁場を形成するための一対の電磁石が設けられる。
【００１７】
ディー電極３は、真空容器２の内部で荷電粒子を加速するための電極である。ディー電極３は、互いに対向して配置され、それぞれが三角形状をなす一対の電極３ａ、３ｂからなる。ディー電極３の中心部には、真空容器２の内部に荷電粒子を供給する供給源５が配置される。
【００１８】
デフレクタ１０は、磁場中で周回軌道Ｏ１を周回する荷電粒子線を偏向させて、引出軌道Ｏ２に引き出すための装置である。デフレクタ１０は、可変的に電場を与えうる導入ギャップ１０ａを有し、導入ギャップ１０ａに荷電粒子線を導いて偏向させる。
【００１９】
グラディエントコレクタ４は、荷電粒子線の磁場勾配（引出軌道Ｏ２に直交する断面での半径方向の磁場勾配）を補正して粒子線を水平方向に収束するための装置である。グラディエントコレクタ４は、固定的に磁場勾配を与えうる導入ギャップ４ａを有し、導入ギャップ４ａに荷電粒子線を導いて粒子線を水平方向に収束する。
【００２０】
サイクロトロン１では、真空容器２の内部においてディー電極３により加速された荷電粒子線がデフレクタ１０の導入ギャップ１０ａおよびグラディエントコレクタ４の導入ギャップ４ａ、ならびにビーム引出ダクト６を通じて引き出される。
【００２１】
つぎに、図２および図３を参照して、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０について説明する。図２は、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０を荷電粒子線の軌道に直交する断面で示す図である。図３は、図２に示すデフレクタ１０を荷電粒子線の軌道に沿う断面で示す図である。
【００２２】
デフレクタ１０は、高圧絶縁部１４を樹脂で形成することで、高圧絶縁部１４の耐久性を向上したデフレクタ１０である。デフレクタ１０は、セプタム電極１１、高圧電極１２、高圧導入部１３、および高圧絶縁部１４を有する。
【００２３】
セプタム電極１１は、荷電粒子線の周回軌道Ｏ１に沿って半径方向外側に、もしくは引出軌道Ｏ２に沿って半径方向内側に配置される。なお、セプタム電極１１は、その両端部１１ｔ、１１ｂが支持部材１５を介して真空容器２の外壁７に支持される。セプタム電極１１は、銅、アルミニウム、ステンレスなどで形成される。
【００２４】
セプタム電極１１は、周回軌道Ｏ１に直交する断面が周回軌道Ｏ１の半径方向内側に開口する略コの字状を呈する。つまり、セプタム電極１１は、その中心部１１ｃが薄く、両端部１１ｔ、１１ｂが厚く形成される。中心部１１ｃは、高圧電極１２と対向する。中心部１１ｃの導入端１１ｉは、周回軌道Ｏ１と引出軌道Ｏ２との境界をなすために例えば０．１ｍｍ程度と薄く、導出端１１ｏは、例えば３ｍｍ程度と厚く形成される。そして、中心部１１ｃは、導入端１１ｉから導出端１１ｏへ向けて次第に厚く形成される。また、セプタム電極１１には、周回軌道Ｏ１に沿って半径方向内側に冷却管１６が取り付けられる。
【００２５】
高圧電極１２は、セプタム電極１１に対向して引出軌道Ｏ２に沿って半径方向外側に配置される。なお、高圧電極１２は、その両端部１２ｉ、１２ｏが支持部材１７を介して、図示しない支持構造に支持される。高圧電極１２は、銅などで形成される。高圧電極１２は、引出軌道Ｏ２に直交する断面が略矩形状を呈する。高圧電極１２は、サイクロトロン１の半径方向において、例えば厚さ３０ｍｍ程度とセプタム電極１１に比して厚く形成される。
【００２６】
高圧導入部１３は、高圧電極１２に例えばＤＣ（直流）−６０ｋＶ程度の高電圧を導入する。高圧導入部１３は、真空容器２の外部に配置された高圧電源１８に接続され、高圧電極１２の位置吸収のためにコイル状に巻回された高電圧導体からなる。
【００２７】
高圧絶縁部１４は、高圧導入部１３をその外部から絶縁する。高圧絶縁部１４は、高圧導入部１３を取り囲み、真空容器２の外壁７からほぼ半径方向に外側に延びる筒状、特に円筒状を呈する。高圧絶縁部１４は、例えば、外径５０〜１００ｍｍ程度、肉厚１０〜２０ｍｍ程度の寸法を有する。
【００２８】
高圧絶縁部１４は、その延長方向において、真空容器２から離間した第１の隔室１４ａと、真空容器２に隣接した第２の隔室１４ｂとに区分される。第２の隔室１４ｂは、真空容器２の内部と連通し、高真空状態に保持される。高圧導入部１３は、高圧電源１８から第１の隔室１４ａを通じて第２の隔室１４ｂに引き込まれ、第２の隔室１４ｂ内で巻回される。高圧導入部１３は、その端部が第２の隔室１４ｂから引き出されてコネクタ１９を介して高圧電極１２に接続される。
【００２９】
デフレクタ１０では、高圧導入部１３を通じて高圧電極１２に高電圧を印加すると、接地されたセプタム電極１１との間の電位差により両電極１１、１２の間に電場が生じる。
【００３０】
ところで、デフレクタ１０では、高電圧の印加に起因して高圧絶縁部１４、特に高真空状態にある第２の隔室１４ｂの周囲で放電が生じ易くなる。具体的には、高圧絶縁部１４の内周面と外周面の間を貫通する貫通放電と、高圧絶縁部１４の表面に沿う沿面放電とが生じ易くなる。このため、従来のデフレクタでは、放電によって高圧絶縁部１４にひび割れが生じたり、高圧絶縁部１４が破損したりすることが確認されている。このため、定格電圧未満の電圧でサイクロトロン１を運転したり、運転自体を停止したりすることを余儀なくされる場合があった。
【００３１】
しかし、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０では、高圧絶縁部１４は、樹脂で形成され、特にナイロン（登録商標）、エポキシ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のいずれかで形成される。そして、樹脂、特に前述した樹脂材料は、耐電圧が高いので放電が生じ難く（つまり、絶縁性に優れる）、また放射性耐性にも優れているので、高圧絶縁部１４の耐久性を向上することができる。
【００３２】
ここで、放射線耐性とは、放射性への曝露に際して材料の機械的強度が著しく低下しないことを意味する。前述した樹脂材料のうちナイロン、エポキシ、ポリテトラフルオロエチレンは、特に耐電圧が高いので放電の発生を抑制し、ポリイミド、ポリエチルエーテルケトンは、特に放射線耐性に優れている。さらに、ポリエチレンテレフタレートは、吸湿性が非常に低く、ノンポーラスな汎用材料であり、耐電圧が高いので放電の発生を抑制し、放射線耐性にも優れている。
【００３３】
このため、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０では、高電圧の印加に起因する放電によって、高圧絶縁部１４にひび割れが生じたり、高圧絶縁部１４が破損したりすることが抑制される。よって、定格電圧未満の電圧でサイクロトロン１を運転したり、運転自体を停止したりする、といったトラブルを未然に防止することができる。
【００３４】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るデフレクタ１０によれば、高圧導入部１３を外部から絶縁するための高圧絶縁部１４を樹脂で形成することで、高圧絶縁部１４の耐電圧が高まり、放電の発生が抑制される。これにより、高圧絶縁部１４の耐久性を向上することができる。ここで、樹脂は、例えば、ナイロン、エポキシ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチルエーテルケトンおよびポリエチレンテレフタレートのいずれか、特にポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
【００３５】
また、高圧絶縁部１４を外径５０〜１００ｍｍ、肉厚１０〜２０ｍｍの筒状に形成することで、高圧導入部１３を外部から確実に絶縁しつつ、デフレクタ１０、ひいてはサイクロトロン１を小型化することができる。
【００３６】
なお、前述した実施形態は、本発明に係るデフレクタ１０の最良な実施形態を説明したものであり、本発明に係るデフレクタ１０は、本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係るデフレクタ１０は、各請求項に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で本実施形態に係るデフレクタ１０を変形し、または他のものに適用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…サイクロトロン、１０…デフレクタ、１１…セプタム電極、１２…高圧電極、１３…高圧導入部、１４…高圧絶縁部。
【図１】
0005722254.tif 000002
【図２】
0005722254.tif 000003
【図３】
0005722254.tif 000004