(57)【要約】【解決手段】いくつかの実施形態によれば、静電粒子加速器は、モータ及び支持板を備える組立体と、加速チューブと、それぞれが、共通の駆動シャフトに連結する交流発電機、複数の電極の１つに連結する電源及び加速チューブの一部を受け入れる開口部を有する１つ以上の段階組立体と、支持板に固定されているときに、加速チューブを囲むように構成される圧力容器と、高圧ガスを圧力容器に吸い出すように構成されるサーキュレータと、を備えることができる。加速チューブは、イオン源、抽出組立体、及びそれぞれが複数の電極及び電極の１つに取り付けられる１つ以上の電力コネクタを有する複数のチューブセグメントを含むことができる。【選択図】図６
2021522651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ及び支持板を備える組立体と、
イオン源、抽出組立体及び複数のチューブセグメントを含む加速チューブと、
それぞれが、共通の駆動シャフトに連結する交流発電機、複数の電極の１つに連結する電源及び前記加速チューブの一部を受け入れる開口部を含む１つ以上の段階組立体と、
前記支持板に固定されているときに、前記加速チューブを囲むように構成される圧力容器と、
高圧ガスを前記圧力容器に吸い出すように構成されるサーキュレータと、
を備える静電粒子加速器であり、
前記複数のチューブセグメントのそれぞれが、前記複数の電極、及び前記電極の１つに取り付けられる１つ以上の電力コネクタを含み、
前記モータが、前記圧力容器に対する外部に存在し、前記共通の駆動シャフトに磁気的に連結する、静電粒子加速器。
【請求項２】
前記チューブセグメントの少なくとも１つが、少なくともN個の電極とN個未満の段階組立体とを含む、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項３】
前記チューブセグメントの少なくとも１つが、少なくとも１０個の電極と２個以下の段階組立体とを含む、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項４】
前記段階組立体の少なくとも１つが、巻付炭素繊維ブラシ接地と一体化されたフレックスカップリングを含む軸方向磁束交流発電機を備える、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項５】
前記加速チューブが、前記共通の駆動シャフトによって動力が供給される抽出組立体を含む、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項６】
前記サーキュレータは前記共通の駆動シャフトによって動力が供給される、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項７】
前記サーキュレータが、六フッ化硫黄（ＳＦ６）サーキュレータを含む、請求項６に記載の静電粒子加速器。
【請求項８】
前記段階組立体の少なくとも１つが、前記段階組立体内に摺動できるとともに前記段階組立体にワイヤを使用することなく電気的に接続できる電源を備える、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項９】
前記段階組立体の少なくとも１つが、ケーブルを使用することなく一緒に電気的に接続できる交流発電機及び電源を備える、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項１０】
複数の前記段階組立体のうちの隣接する段階組立体が、一緒に接続され、絶縁体によって離隔される、請求項１に記載の静電粒子加速器。
【請求項１１】
イオン源と、
抽出組立体と、
それぞれ複数の電極、及び前記電極の１つに取り付けられる１つ以上の電力コネクタを含む複数のチューブセグメントと、を備える、高電流イオン加速チューブであり、
前記複数の電極は、接着剤を用いて一緒に固着され、
前記複数のチューブセグメントはバンドクランプを用いて一緒に取り外し可能に取り付けられ、
前記電極の少なくとも１つが、開口板と、複数の永久磁石を含む磁石組立体と、前記開口板内で前記磁石組立体を囲むように構成される磁石カバーとを備える、高電流イオン加速チューブ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
静電粒子加速器は、癌治療のための粒子線治療を含む様々な用途を有する。病院やその他の環境では、比較的高いエネルギー、高い電流、および良好な安定性を有するイオンビームを生成しながら、加速器を小型にすることが好ましい場合がある。粒子加速器は、ガスおよび固体中で電気的破壊を受けることがある。このような破壊を防止するために、六フッ化硫黄(SF6)のようなポンプ輸送される絶縁ガスで満たされる圧力容器内で粒子加速器を作動させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
一態様によれば、本開示は、モータ及び支持板を備える組立体と、加速チューブとを備える静電粒子加速器に関するものである。加速チューブは、イオン源、抽出組立体及び複数のチューブセグメントを含むことができ、複数のチューブセグメントのそれぞれが、複数の電極、及び電極の１つに取り付けられる１つ以上の電力コネクタを含む。粒子加速器は、それぞれが、共通の駆動シャフトに連結する交流発電機、複数の電極の１つに連結する電源及び加速チューブの一部を受け入れる開口部を含む１つ以上の段階組立体と、支持板に固定されているときに、加速チューブを囲むように構成される圧力容器と、高圧ガスを圧力容器に吸い出すように構成されるサーキュレータと、を更に含み得る。モータは、圧力容器に対する外部に存在し、共通の駆動シャフトに磁気的に連結することができる。
【０００３】
ある実施形態では、チューブセグメントの少なくとも１つが、少なくともN個の電極とN個未満の段階組立体とを含むことができる。ある実施形態では、チューブセグメントの少なくとも１つが、少なくとも１０個の電極と２個以下の段階組立体とを含むことができる。ある実施形態では、段階組立体の少なくとも１つが、巻付炭素繊維ブラシ接地と一体化されたフレックスカップリングを含む軸方向磁束交流発電機を備えることができる。ある実施形態では、加速チューブが、共通の駆動シャフトによって動力が供給される抽出組立体を有することができる。ある実施形態では、サーキュレータは共通の駆動シャフトによって動力が供給される。ある実施形態では、サーキュレータが、六フッ化硫黄（ＳＦ６）サーキュレータを含むことができる。ある実施形態では、段階組立体の少なくとも１つが、段階組立体内に摺動できるとともに段階組立体にワイヤを使用することなく電気的に接続できる電源を有することができる。ある実施形態では、段階組立体の少なくとも１つが、ケーブルを使用することなく一緒に電気的に接続できる交流発電機及び電源を備えることができる。ある実施形態では、複数の段階組立体のうちの隣接する段階組立体が、一緒に接続され、絶縁体によって離隔され得る。
【０００４】
一態様によれば、本開示は、イオン源と、抽出組立体と、それぞれ複数の電極、及び電極の１つに取り付けられる１つ以上の電力コネクタを含む複数のチューブセグメントと、を備える、高電流イオン加速チューブに関するものである。複数の電極は、接着剤を用いて一緒に固着され得る。複数のチューブセグメントはバンドクランプを用いて一緒に取り外し可能に取り付けられ得る。電極の少なくとも１つが、開口板と、複数の永久磁石を含む磁石組立体と、開口板内で磁石組立体を囲むように構成される磁石カバーとを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本開示のいくつかの実施形態による加速チューブの斜視図である。
【図１Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図1の加速チューブの分解図である。
【図２】本開示のいくつかの実施形態による、加速チューブセグメントの一部を形成し得るチューブセグメントの斜視図である。
【図２Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図2のチューブセグメントの一部を形成することができる水ラインアセンブリの斜視図である。
【図２Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、図2のチューブセグメントの一部を形成することができる抵抗器アセンブリの分解図である。
【図２Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による、図2のチューブセグメントの一部を形成することができる電力コネクタ(または「タップ」)の分解図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態による、加速チューブの一部を形成することができる電極の分解図である。
【図３Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図3の電極の一部を形成し得る電極板の凸面(または「背面」)側を示す斜視図である。
【図４Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、「上」構成を有する電極の正面図である。
【図４Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、「下」構成を有する電極の正面図である。
【図４Ｃ】本開示のいくつかの実施形態による、「左」構成を有する電極の正面図である。
【図４Ｄ】本開示のいくつかの実施形態による、「右」構成を有する電極の正面図である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態による、様々な電極構成を有する加速チューブセグメントの正面図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態による、小型絶縁静電粒子加速器の斜視図である。
【図７】本開示のいくつかの実施形態による、図6の粒子加速器の一部を形成し得る段階組立体の分解図である。
【図７Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図7の段階組立体の側面図である。
【図７Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、図7の段階組立体の正面図である。
【図８】本開示のいくつかの実施形態による、図7の段階組立体の一部を形成し得る電子機器アセンブリの側面図である。
【図８Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図8の段階電子機器アセンブリの斜視図である。
【図９】本開示のいくつかの実施形態による、粒子加速器の一部を形成し得るモータおよび支持アセンブリの端面図である。
【図９Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、図9のモータおよび支持アセンブリの断面図である。
【図９Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、図9のモータおよび支持アセンブリの分解図である。
【図１０Ａ】本開示のいくつかの実施形態による、粒子加速器の一部を形成し得るスラム弁の第1の(または「低圧」)側を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】本開示のいくつかの実施形態による、図10Aのスラム弁の第2の(または「高圧」)側を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
開示された主題の様々な目的、構成、および利点は同様の参照番号が同様の要素を識別する以下の図面に関連して考慮されるとき、開示された主題の以下の詳細な説明を参照することによって、より完全に理解されることができる。
【０００７】
図面は必ずしも縮尺通りではなく、またはシステムのすべての要素を含むものではなく、代わりに、本明細書で保護されることが求められる概念、構造、および技術を示すことに一般に重点が置かれている。
【０００８】
本開示の実施形態は、高いビーム電流で良好な安定性を維持しながら比較的高いエネルギーで作動することができる電動機駆動の絶縁静電粒子加速器に関する。加速器はコンパクトな設計を有することができ、病院および他の臨床環境内での設置および操作を容易にする。加速器は製造、組立、及び維持を容易にするために、モジュール式の設計を有することができる。加速器のチューブは二次電子を抑制するために、比較的大きな開口を有し、永久磁石の様々な構成を有する複数の電極を含んでもよい。電極は、モータ駆動シャフトに連結された軸方向にコンパクトな交流発電機によって、間隔をおいて給電されてもよい。比較的低圧のガスは、質量流量コントローラを通してイオン源に供給されてもよい。チューブの接地端では、ガスが物理的チューブ構造の破壊を防止するためにポンプアウトされてもよい。加速チューブは、ポンプ輸送される六フッ化硫黄(SF6)などの絶縁ガスで満たされた圧力容器または室の内部に配置され、操作されてもよい。モータは、圧力容器の外部であってもよく、駆動シャフトに磁気的に連結されてもよい。粒子加速器は、過圧安全解放システムなどの各種安全機構を含むことができる。いくつかの実施形態では、粒子加速器が1〜5MeVの範囲のエネルギーを有するイオンビームを生成しながら、コンパクトな設計を有することができる。いくつかの実施形態では、加速器の多くの又は全ての部品を、加速器の分解を行わずに(又は最小限に)保守点検することができる。
【０００９】
図1および図1Aは、本開示のいくつかの実施形態による、小型粒子加速器内で使用することができる加速チューブ100を示す。チューブ100はエネルギー源アセンブリ(例えば、マイクロ波アセンブリ)102、抽出組立体104、複数のチューブセグメント106、接地アセンブリ108、および水流路110を含んでもよい。
【００１０】
図1Aに見られるように、エネルギー源アセンブリ102及び抽出組立体104は、ソースチューブ112によって接続され、これに接続されてもよい。ソースチューブ112は、(例えば、図2のチューブセグメント200に関連して以下に説明する接合技術を用いて)互いに接合された1つ以上のリングを含むことができる。いくつかの実施形態では、ソースチューブ112が複数の打ち抜きチタンリングを含む。
【００１１】
チューブセグメント106は、チューブアセンブリの一端が抽出組立体104に結合され、両端部が接地アセンブリ108に結合された状態で、一緒に結合されてもよい。Oリング114およびバンドクランプ116を使用して、エネルギー源アセンブリ102、ソースチューブ112、抽出組立体104、チューブセグメント106、および接地アセンブリ108を結合し、種々のチューブ構成要素の製造、組立、およびメンテナンスを容易にすることができる。チューブセグメントの一例が図2に示されており、当該例に関連して以下に説明する。
【００１２】
チューブセグメント106は、例えばバンドクランプを使用して、取り外し可能に一緒に取り付けることができる。このモジュール設計は、いくつかの利点を提供することができる。各セグメント106は別々に製造することができ、一方、チューブ100全体のサイズは、セグメントの数に基づいてカスタマイズすることができる。モジュール設計は個々のチューブセグメント(および他の構成要素)を別々に取り外し、交換し、修理することができるので、加速器100の保守をより容易にすることもできる。
【００１３】
図1および図1Aの例では、加速チューブ100は7つのチューブセグメント106を有することができる。当業者であれば、特定の電力/サイズ/コスト要件または他の要因に従って、より多数またはより少ない数のチューブセグメントを有するチューブを構築することができる。加速チューブの長さは、所望の電圧勾配の関数とすることができる。いくつかの実施形態では、チューブの長さは0.8〜2MV/mの範囲の平均電圧勾配を達成するように選択されてもよい。
【００１４】
エネルギーソースアセンブリ102は、他の構成要素の中でもとりわけ、イオン源(例えば、マイクロ波イオン源)118と、イオン化されてビームを生成する比較的低圧のガス(例えば、水素)を受け取るためのガス取入口130とを含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン源118が約6気圧のガスを使用して動作する。ポンプはチューブの内側の電気的破壊を避けるために、低い真空圧力を維持するために使用されてもよい。抽出組立体104は、イオン源からイオンビームを「抽出」する。イオン源本体118は、主に一価の水素原子および電子からなる高密度プラズマを生成することができる。抽出電極104とソース118との間の負の電界勾配は、ビームを生成するために正イオン(H+)を引き出す。
【００１５】
接地アセンブリ108は、(チューブ全体にわたる永久磁石システムに加えて)二次イオンの静電抑制を提供することができる。また、接地アセンブリ108は圧力容器壁(図6の容器604など)への機械的接続として機能し、加速場を終了させてもよい。
【００１６】
水流路110は、チューブ100の長さにわたってほぼ平行に延びる供給ラインおよび戻りラインを含んでもよい。水流路110を使用して、加速チューブ100の長さに沿ってイオン交換水を循環させることができる。水流路110は、2つの目的を果たすことができる。第1に、循環水は、ソレノイド磁石、マグネトロン、ソース本体、抽出組立体などのイオン源内の要素を冷却することができる。第２に、水は、(水が高オーム抵抗器として作用するので)電極を電気的にグレード化して、チューブの長さにわたって電圧勾配を提供することができる。水ラインは1つ以上のコネクタ(例えば、コネクタ110a、110b、および110c)、1つ以上のカップリング(例えば、カップリング110d、110e、110f、および110g)、1つ以上のОリング(例えば、Оリング110h、110i、110j、および110k)、ならびにチューブセグメント106の各々およびソースチューブ112に取り付けられた水ラインアセンブリ120から形成され得る。水ラインアセンブリの一例は図2Aに示され、当該例に関連して以下説明する。
【００１７】
図2は、本開示のいくつかの実施形態による加速チューブセグメント200を示す。チューブセグメント200は、図1および図1Aの管セグメント106と同一または類似であってもよく、複数の電極202a、202bなど(全体で202)、水ラインアセンブリ204、1つまたは複数の電力コネクタ206a、206bなど(全体で206)、および抵抗器アセンブリ208を含むことができる。図2の例では、チューブセグメント200が17個の電極202a〜202aを含むことができる。当業者であれば、特定の電力/サイズ/コスト要件または他の要因に従って、電極の数がより多いまたはより少ない加速チューブセグメントを構築することができる。
【００１８】
電極200の各々は、中央開口を有する円形又は円盤形状を有していてもよい。電極開口は、線210によって図面に定められる中心軸に沿って整列させることができる。開口面の直径は、高い電荷密度を有する大電流ビームの輸送を可能にするように選択することができる。より大きな開口はより大径のビームをチューブを通して輸送することを可能にし、所与の電流のより大径のビームは、ビーム「ブローアップ」を妨げる空間電荷効果を減少させる。さらに、大きな開口は、イオン源領域への高コンダクタンス真空ポンピングを可能にすることができる。特定の開口寸法の例は、図3の文脈において後述される。
【００１９】
電極202は、二液型エポキシ又は他の接着剤のような接着剤を用いて一緒に接合されてもよい。粒子加速器の操作中に接着剤が破壊されるのを防止するために、接着剤は、熱プロセスを使用して硬化させることができる。接着接合線の厚さは、得られる接着接合が電極202の膨張係数と比較して同様の膨張係数を有するように選択することができる。ボンドラインの厚さは、動作中のチューブ内の高温に耐えるように選択することもできる(接着剤が厚すぎる場合、高温下で強度を失うことがある)。いくつかの実施形態では、ガラスビーズおよび/またはフュームドシリカを接着剤と混合して、接合線の厚さをより正確に達成することができる。
【００２０】
電力コネクタ(または「タップ」)206は、1つまたは複数の電極202に取り付けられ、電力供給(図示せず)に結合するように構成され得る。図2に示すように、約13個の電極202を有するチューブセグメント202は2つの電力コネクタ、すなわち、チューブセグメント200の一端部(またはその近く)に配置された電極202aに取り付けられた第1のコネクタ206aと、チューブセグメント200の中間(またはその近く)に配置された電極202iに取り付けられた第2のコネクタ206bとを有することができる。タップ206はチューブ電圧をある間隔で対応する電源電圧に接続し、水ライン(例えば、図1の水ライン110)は、タップ間で等級電圧を使用することができる。当業者であれば、特定の電力/サイズ/コスト要件または他の要因に従って、より大きなまたはより少ない数の電力コネクタを有する加速チューブセグメントを構築することができる。
【００２１】
図2Aを参照すると、水ラインアセンブリ204は、第1の(または「供給」)水ライン234および第2(または「戻り」)水ライン236が延びることができる複数のセグメント230を含むことができる。水ラインセグメント230の各々は、水が水ライン234、236を通って流れるときに熱を抽出するために、対応する電極202と接触するように構成されてもよい。水ラインアセンブリ204は、いくつかの実施形態ではチューブセグメントにクランプされてもよい。
【００２２】
図2Bを参照すると、抵抗器アセンブリ208は複数の抵抗器素子240a、240b、240c等(全体で240)を含むことができ、各抵抗器は、電極202a、202b、202c等のうちの対応する1つに結合される。抵抗器素子240aおよび240bで最も明確に示されるように、抵抗器素子240は、クランプ242およびねじ244を使用して、対応する電極202に取り付けられてもよい。抵抗器素子240及びクランプ242は、電極202の両側及びエッジに沿って配置され、抵抗器素子240を電極202に固定するために共にねじ止めされることができる。抵抗器素子240は2つの異なる構成、すなわち、素子240aによって示される第1の(または「左手」)構成と、素子240bによって示される第2(または「右手」)構成とに配置されてもよい。左/右の構成は図2Bに例示されているように、チューブセグメント電極にわたって交互になっていてもよい。抵抗器は過電圧を制限するために、スパークギャップシステムの一部を形成してもよい。絶縁体の両端の電圧が高すぎる場合、スパークギャップが発火し、絶縁体をトラッキング損傷から保護するように、抵抗器ギャップを正確に選択することができる。抵抗器は、ブレークダウン中のサージ電流を制限することができる。いくつかの実施形態では抵抗器がセラミックを含んでもよく、スパークギャップはステンレス鋼から形成されてもよく、収容部はアルミニウムから形成されてもよい。
【００２３】
図2Cは、本開示のいくつかの実施形態による、電力コネクタ(または「タップ」)206を加速チューブ電極202にどのように取り付けることができるかを示す。この例では第1の電力コネクタ206aがチューブセグメントの一端部(又はその近傍)に位置決めされた電極202aに取り付けられてもよく、第2のコネクタ206bは管セグメントの中間(又はその近傍)に位置決めされた電極202iに取り付けられてもよい。第1コネクタ206aで図示するように、クランプ250及びネジ252を用いて、電力コネクタ206を電極202に取り付けることができる。コネクタ206及びクランプ250は、電極202の反対側及びエッジに沿って配置され、コネクタ206を電極202に固定するように共にねじ止めすることができる。いくつかの実施形態において、電力コネクタ206は、チタンから機械加工されてもよい。
【００２４】
図3は本開示のいくつかの実施形態による、加速チューブ(例えば、図1の加速チューブ100)の一部を形成することができる電極300を示す。例示的な電極300は、開口板302、磁石組立体304、および磁石カバー306を含むことができる。
【００２５】
電極板302は、凹部(又は「前」)側面302aと、凸面(又は「背」)側面302bとを有することができる。板302は、板302の凹状側面302aから垂直に延在し、ネジを受け入れるように構成された複数のネジ付きポスト308(例えば、4つのポスト408)を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電極板302が約410mmの外径D1および約170mmの開口直径D2を有することができる。当業者は、これらの寸法が要件に応じて、より大きくても、より小さくてもよいことを理解するであろう。例えば、開口径D2は、25mm〜200mmの範囲又はそれ以上であってもよい。
【００２６】
磁石組立体304は、円形支持構造305の内側に沿って配置された複数の永久磁石を含んでもよい。例えば、磁石組立体304は、支持構造305の上側に沿って配置された第1の磁石列310aと、支持構造305の下側に沿って配置された第2の磁石列310bとを含むことができる。いくつかの実施形態では、第1の磁石列310aおよび/または第2の磁石列310bが6つの磁石を含むことができる。
【００２７】
いくつかの実施態様において、磁石組立体304内の各磁石は、約8x8x32mmの寸法を有する、実質的に平行六面体形状を有することができる。いくつかの実施形態では2つの隣接する磁石間の間隔(例えば、上列310a内または下列310b内の2つの隣接する磁石)は約5mmであってもよい。いくつかの実施形態では、磁石がサマリウムコバルトまたはネオジム鉄ボロンを含むことができる。磁石は、例えば熱プロセスを用いて磁石組立体304に接着することができる。
【００２８】
磁石組立体304は、板302の凹状部分の内側に適合するように寸法決めすることができ、成形することができ、各々が板ポスト308の対応する1つを受け入れるように構成された複数の穴314を含むことができる。いくつかの実施形態では、磁石組立体304が約244mmの外径D3および約224mmの内径D4を有することができる。いくつかの実施形態では、磁石カバー306が約260mmの外径D5および約186mmの内径D6を有することができる。
【００２９】
当業者であれば、二次電子を適切に抑制するために、磁石組立体の構成(例えば、磁石の数、磁石の寸法、磁石の間隔、磁石の材料、及び磁石組立体の寸法)を選択することができる。必要な磁場強度は他の要件の中でも特に、チューブの勾配、開口サイズに依存することができる。
【００３０】
磁石カバー306は、磁石組立体304の上および板302の凹状部分の内側に適合するような寸法および形状とすることができる。磁石カバー306は、磁石組立体穴314の対応する1つを貫通して嵌合するように構成され、ポスト308の対応する1つにねじ込まれ、磁石組立体314およびカバー306を所定の位置にしっかりと固定するように構成された複数のねじ312を含むことができる。いくつかの実施形態では、電極板302および磁石カバー306がチタンを含んでもよく、スタンピングプロセスを使用して形成されてもよい。
【００３１】
所与の電極300内の磁石の数、磁石の大きさ、磁石の位置、及び磁石の方位は、電極300が加速チューブの一部を形成する場合に、磁石が偏向ヨークとして機能するように選択することができる。いくつかの実施形態では、磁石は電極の開口面をわたる均一な場を提供するように配置することができる(場の均一性を高めることはビームのストライクおよびプラズマ放電を防止するのに役立つことができる)。いくつかの実施形態では加速チューブが本明細書では「空」、「上」、「下」、「左」、および「右」構成と呼ばれる5つの異なる構成を有する電極を含むことができる。これらの電極構成のそれぞれにおいて、同じまたは類似の板302および磁石カバー306を使用することができるが、磁石組立体304を変えることができる。「空」構成を有する電極については磁石組立体304を省略することができる。「上」、「下」、「左」、または「右」構成を有する電極については磁石組立体304を含めることができ、その中の磁石の配置および方位は、図4A〜4Dに示されそれと共に後述されるように、変えることができる。加速チューブ内では特定の電極磁石構成を使用して、90度の偏向または「キック」をもたらすことができる。チューブの長さにわたって電極構成を変化させることにより、永久磁石は二次電子を抑制することができ、ビームストライクおよびプラズマ放電を低減するのに役立つ。
【００３２】
図3Aは、本開示のいくつかの実施形態による、極板302の凸面(または「背面」)の側面302bを示す。いくつかの実施形態では、電極板302が0.5mm〜5mmの範囲の厚さD7を有することができる。
【００３３】
図4A、4B、4C、および4Dは、それぞれ、本開示のいくつかの実施形態による、「上」、「下」、「左」、および「右」構成を有する電極を示す。電極の各々は、円形または環構造の周囲に配置された複数の磁石を有する開口板402および磁石組立体404を含むことができる。磁石は、双極子を形成し、電極開口部にわたる均一な場を提供するために、磁石組立体404の周囲に対称的に配置することができる。図4A-4Dのこれらの例の各々において、電極は、ページ外に移動するイオンビームと共に使用するように構成することができる。また、電極磁石カバーは、図4A-4Dの明瞭性のために省略することができる。
【００３４】
図4Aを参照すると、「上」構成を有する電極400は、磁石組立体404の上側に沿って位置決めされた第1の磁石列406aと、磁石組立体404の下側に沿って位置決めされた第2の磁石列406bとを含むことができる。第1の列406aおよび第2の列406bの磁石の各々は、(ページに対して)上を向いたN極を有することができる。いくつかの実施形態では第1の列406aおよび第2の列406bはそれぞれ6つの磁石を有することができる。
【００３５】
図4Bを参照すると、「下」構成を有する電極420は、第1の列426aおよび第2の列426bの磁石の各々が(ページに対して)下向きのN極を有することができることを除いて、図4Aに示される電極と同様であってもよい。
【００３６】
図4Cを参照すると、「左」の構成を有する電極440は、磁石組立体404の左側に沿って位置決めされた第1の磁石列446aと、磁石組立体404の右側に沿って位置決めされた第2の磁石列446bとを含むことができる。第1の列420aおよび第2の列420bの磁石の各々は、(ページに対して)右に面するN極を有することができる。いくつかの実施形態では第1の列446aおよび第2の列446bはそれぞれ6つの磁石を有することができる。
【００３７】
図4Dを参照すると、「右」構成を有する電極460は、第1の列466aおよび第2の列466bの磁石の各々が(ページに対して)左に面するN極を有し得ることを除いて、図4Cの「左」構成と同様であり得る。
【００３８】
図5は、複数の電極502a〜502q(全体で502)を有する加速チューブセグメント500の正面図である。電極502は、チューブセグメント500が加速チューブ(例えば、図1のチューブ100)の一部を形成する場合に、逆方向への不要な電子の流れを抑制するのを助けながら、イオンビームがほとんど(またはまったく)ビームの衝突を伴わずにチューブを通過するように、電極502が様々な構成を有することがある。例えば、様々な電極構成を使用して、チューブ管内の二次電子を抑制することができる。図示の例では、第1の電極502aは「空」構成(例えば、磁石を有さない電極)を有することができ、電極502b〜502eは「上」構成を有することができ、電極502f〜502iは「下」構成を有することができ、電極502j〜502mは「左」構成を有することができ、電極502n〜502qは「右」構成を有することができる。
【００３９】
図6は、本開示のいくつかの実施形態による、小型絶縁静電粒子加速器600を示す。加速器600は、モータおよび支持アセンブリ602、圧力容器604、加速チューブおよび電源アセンブリ606、並びに末端シェル608を含むことができる。加速チューブおよび電源アセンブリ606は、ナットおよびボルト、または他の適切なタイプの機械的締結具を使用して、モータおよび支持アセンブリ602に締結され得る。支持アセンブリ602(および取り付けられた加速チューブアセンブリ606)は、例えば図示のようにレールシステム610を使用して、ソースチャンバ604内に摺動するように構成されてもよい。支持アセンブリ602およびソースチャンバ604は、ナットおよびボルト(例えば、ボルト612)または他の適切な機械的締結具を使用して、機械的に締結され得る。
【００４０】
加速チューブおよび電源アセンブリ606は加速チューブ(図6では見えない)および複数の段階組立体614を含むことができ、その中にチューブを配置して支持することができる。いくつかの実施形態では、加速器600が各チューブセグメントに対して2つの段階組立体614を含むことができる。例えば、加速器600は、7つのチューブセグメントおよび14の段階組立体614を有することができる。チューブセグメントは、図2に示されそれに関連して上述されたチューブセグメント200と同じであってもよく、または類似してもよい。加速チューブおよび電源アセンブリ606は、実質的にチューブの長さに沿って延在し、チューブ電極に電力を供給する複数の交流発電機に結合される駆動シャフトを含んでもよい。駆動シャフトは、アセンブリ602内の電動モータに連結されてもよい。いくつかの実施形態では、加速チューブ505、駆動シャフト、および交流発電機を冷却するために、高圧六フッ化硫黄(SF6)を圧力容器内にポンプで送ってもよい。いくつかの実施形態では、モータが高圧容器604の外部に留まることができるように、駆動シャフトをモータに磁気的に連結することができる。
【００４１】
図7、図7A、および図7Bは、本開示のいくつかの実施形態による段階組立体700を示す。図6に示す段階組立体614と同一または類似することができる例示的な段階組立体700は、フレームアセンブリ702、電子機器アセンブリまたは電源704、交流発電機および絶縁体アセンブリ706、等電位リングアセンブリ708、絶縁体アセンブリ710、接地コネクタプラグアセンブリ712(図7Bに示す)、並びにサージ抵抗器アセンブリ714を含んでもよい。
【００４２】
電子機器アセンブリ704は、矢印713によって示されるように、フレームアセンブリ702内に(および、外に)摺動するように構成することができる。交流発電機および絶縁体アセンブリ706は段階組立体の頂部付近の開口部715内に(および、開口部715から)摺動するように構成することができる。交流発電機および絶縁体アセンブリ706は、電源704のメスコネクタ709と結合するように構成されたオスコネクタ707を含んでもよい。したがって、段階組立体交流発電機および電子機器はケーブルを使用せずに電気的に接続することができ、サービス性が向上する。
【００４３】
段階組立体は加速チューブ(例えば、図1のチューブ100)の外径の周囲に受け入れ、または適合するように構成された段階組立体700の底部付近に開口716を含んでもよい。これにより、加速チューブを所定の位置に持ち上げたり、吊り上げたりしてから、等電位リングアセンブリ708によって固定することができる。
【００４４】
等電位リングアセンブリ708は例えば、留め金または他のタイプのクイックリリース機械的留め具を使用して一緒に取り付けられた複数のセグメント(この例では図示の4つのセグメントを有する)を含んでもよい。等電位リングアセンブリ708は電子機器アセンブリ704、交流発電機および絶縁体アセンブリ706、および加速チューブ開口部716の周囲に、連続的またはほぼ連続的なエンクロージャを生成することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、段階組立体700が直径D8を有する円筒形を有することができる。図7Aに示すように、絶縁体の厚さD10は、隣り合う段階間の電位を隔離するように選択することができる。いくつかの実施形態によれば、絶縁体アセンブリ710は、アルミナ絶縁体及びチタン端部フランジを含むことができる。図7Cに示すように、段階組立体700は複数の穴718a〜718dを含んでもよく、これらの穴を通してテンションロッド(例えば、プラスチックテンションロッド)を通過させて、セラミック部品を圧縮状態に保つことができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、段階組立体700および交流発電機706が、交流発電機が第1の開口部715の内外に容易に摺動することができるように構成され、改善されたサービス性およびメンテナンスを可能にする。いくつかの実施形態では、交流発電機706が一体化されたベアリングを含むことができ、「パンケーキ」または軸方向にコンパクトな幾何形状を有することができる。いくつかの実施形態では、交流発電機706は高圧SF6ガス環境での動作に耐えるように設計することができる。いくつかの実施形態では、交流発電機706が、巻付炭素繊維ブラシ接地と一体化されたフレックスカップリングを有する軸方向磁束交流発電機とすることができる。
【００４７】
交流発電機706は、モータに連結されている共通の駆動シャフト上に取り付けられてもよい。交流発電機、駆動シャフト、モータ、およびカップリングは2013年10月15日に発行された米国特許第8,558,486号に開示されている実施形態と同じまたは類似のものとすることができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４８】
図8および8Aは、本開示のいくつかの実施形態による、電子機器アセンブリまたは電源800を示す。図7および図7Bの電子機器アセンブリ704と同一または類似であり得る例示的な電子機器アセンブリ800は、エンクロージャ802、ヒートシンク構造804、インダクタアセンブリ806、高電圧変圧器およびファンアセンブリ808、スタックアセンブリ810、フロントパネル812、ドライバコネクタアセンブリ814、接地レール(または「DIN」レール)アセンブリ816、ドライバヒートシンクアセンブリ818、交流発電機感知プリント配線基板(PCB)アセンブリ820、コンバータ制御基板アセンブリ822、交流発電機感知フィードバックケーブルアセンブリ824、交流発電機感知ファイバケーブル826、コンバータ制御PCB電力ケーブル828、転炉制御ファイバケーブル830、汎用入出力(I/O)ケーブル832、交流発電機感知PCB温度ケーブル834、交流発電機感知PCB電力ケーブル836、ファンケーブル838、熱スナップスイッチケーブル840、制御ケーブル842、チョーク844、並びにフィルタ846を含むことができる。スタックアセンブリ810は、コッククロフト・ウォルトン（Cockcroft-Walton、CW)乗算器を含むことができる。ドライバコネクタアセンブリ814は、電力を受け取るために交流発電機に接続し、1つまたは複数の診断ピンを含んでもよい。
【００４９】
電子機器アセンブリ800は、アセンブリ800を加速チューブ段階アセンブリ(例えば、図7Bのアセンブリ704)内外に容易にスライドさせることができるように、フロントパネル812に取り付けられたハンドル848を含む「引き出し」スタイルの設計を有し得る。いくつかの実施形態では、フロントパネル812が、アセンブリ800内の電子機器を制御するためのスイッチ、および電子機器アセンブリ800のための1つ以上の光または他の診断インジケータも含み得る。
【００５０】
図9、9A、および9Bは、本開示のいくつかの実施形態による(図9Aは図9の一点鎖線「A」を横切って切ったアセンブリ900の断面を示す)、モータおよび支持アセンブリ900を示す。
【００５１】
図6のアセンブリ602と同一または類似であり得る例示的なアセンブリ900は、末端支持フレームアセンブリ901と、ソースチャンバ端部フランジアセンブリ902と、モータスライドプレートおよび磁気カップリングアセンブリ904と、熱交換器支持体906と、熱交換器、フィルタおよびドライヤアセンブリ908と、1つ以上のフランジ910と、モータケーブル支持アセンブリ912と、真空アセンブリ(例えば、粗引きポンプおよび/またはターボポンプを含むアセンブリ)914と、通信ポート916(図9)と、スラム弁920と、バーストディスク922と、四重極、ステアリングコイルおよびポンピングボックスアセンブリ924と、モータ支持フレームアセンブリ928と、モータ、スライドプレートおよび磁気カップリングアセンブリ930と、フィードスルーシャフトおよび内側磁気カップリングアセンブリ932と、主駆動シャフトに取り付けられた熱交換インペラ934と、ブロワインペラアセンブリ936と、インペラシュラドアセンブリ938と、動力伝達結合アダプタアセンブリ940と、結合要素およびカバー942と、1つ以上のOリング944と、安全弁946と、水フィードスルーアセンブリ948と、マフカップリングアセンブリ950と、ホットスティックアセンブリ952と、圧力容器接地プラグ954と、光ファイバ隔壁アセンブリ956と、光ファイバフィードスルーアセンブリ958と、チューブピストン960と、接地抑制供給アセンブリ962とを含むことができる。
【００５２】
磁気カップリングアセンブリ932は、加速チューブが配置されている高圧絶縁圧力容器の外部にモータを配置できる。高圧ガスは、アセンブリ924を介して圧力容器内にポンプで送り込むことができる。高圧ガスが圧力容器から飛び出して、モータおよび支持アセンブリ900内に戻る(安全上の問題を生じる)ことを防止するために、スラム弁920およびバーストディスク922を設けることができる。スラム弁の一例が図10Aおよび10Bに示され、それに関連して以下説明する。バーストディスク922は、ある方向の真空圧力(例えば、デルタ15psi)を維持するために、反転型座屈ラプチャーディスクを含み得るが、他方向では数psiの大きな直径の穴に開く。バーストディスク922は、真空系内部の過剰圧力を防止することができる。
【００５３】
SF6循環システムは、インペラ/ブロワアセンブリ934、936(図9B)および配管908のような種々の構成要素を含んでもよい。
【００５４】
図10Aおよび図10Bは、本開示のいくつかの実施形態によるスラム弁1000を示す。例示的なスラム弁1000は、図9Aおよび9Bのスラム弁920と同じであってもよくまたは類似していてもよい。スラム弁1000は図10Aに示すような第1の(または「低圧」)側1002と、スラム弁の第2の(または「高圧」)側1004と、ドア1006とを含むことができる。スラム弁1000は高圧ガスが逆方向に流れないようにしながら、一方向に流れることを可能にする安全機構としてもよい。例えば、高圧ガスが矢印1008で示される方向に流れるときに、ドア1006は、流れを許容し開いてもよい(または開いたままであってもよい)。しかしながら、高圧が矢印1010によって示される逆方向に流れる場合、ドア1006は閉じまたはスラムシャットし、流れを妨げることができる。いくつかの実施形態では、ドア1006が、通常の条件下でばね荷重を受けて開いたままであってもよい。絶縁粒子加速器では、スラム弁100を使用して、高圧ガスが管から飛び出すことを防止できる。
【００５５】
開示された主題は、その出願において、以下の説明に記載された、または図面に示された構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。開示された主題の他の実施形態が可能であり、開示された主題は様々な方法で実施され実行されることが可能である。また、本明細書で使用される語法および用語は、説明の目的のためのものであり、限定と考えるべきではないことを理解されたい。したがって、当業者は、本開示が基づく概念が、開示された主題のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムを設計するための基礎として容易に利用され得ることを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲は、開示された主題の精神および範囲から逸脱しない限り、そのような均等の構成を含むものと考えられることが重要である。
【００５６】
開示された主題が前記の例示的な実施形態において説明され、図示されたが、本開示は単なる例示であり、開示された主題事項の実施の詳細における多くの変更が、開示された主題事項の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ−１】
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【図９Ｂ−２】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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