(57)【要約】【課題】高周波加速空洞の真空リークを抑制する。【解決手段】高周波加速空洞は、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体１と、空洞から本体１の外部に向かって延びる内導体６と、内導体６と同軸方向に内導体６を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓７が設けられた外導体５とを備える入力カプラー４と、内導体６の軸方向に沿った向きの磁場を発生させる垂直磁場発生用コイル１１と、有する。内導体６の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させる水平磁場発生用コイル１０を備えてもよい。また、高次モード減衰器３のロッドアンテナ２３および本体１の荷電粒子が通過する円孔２１の周りに形成されたノーズ２がセラミック窓７をのぞかないように配置する。セラミック窓７の両面にコーティングを施してもよい。【選択図】図１
2008171605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させる第１のコイルと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項２】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させる第２のコイルと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項３】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
前記セラミック窓をのぞかない位置に先端が配置されたロッドアンテナを備える高次モード減衰器と、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項４】
真空に維持可能な空洞が内部に形成されて、荷電粒子が通過する円孔の周りにノーズが形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み、前記ノーズからのぞかれない位置に配置されるセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項５】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びて、軸方向の一部にその前後よりも外径が大きいふくらみ部が形成された内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項６】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、
前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み外側にコーティングを施されたセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、
を有することを特徴とする高周波加速空洞装置。
【請求項７】
前記セラミック窓の内面にＴｉＮコーティングが施されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の高周波加速空洞装置。
【請求項８】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、
前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させることを特徴とする高周波加速空洞装置の運転方法。
【請求項９】
真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、
前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させることを特徴とする高周波加速空洞装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波加速空洞装置およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高周波加速空洞には、高い性能を得るためノーズがあり、また大電力を投入するための入力カプラーや、高次モードを減衰するための減衰器が付属している（特許文献１および特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１９０９９７号公報
【特許文献２】特開平７−６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高周波加速空洞においては、大電力を投入すると高電界を発生している高周波加速空洞のノーズ部や高次モード減衰器のロッドアンテナ先端部分から電界放出により電子が発生する。この電子は、加速電場にのって空洞内部に衝突し制動放射Ｘ線を発生する。発生したＸ線は、金属導体に入射して２次電子を放出させる。この２次電子は、セラミック窓近傍の高周波電場によりセラミックに吸着・帯電して、セラミックの帯電が進行してしまう。このため、絶縁破壊が発生し真空リークに至ってしまう場合がある。
【０００４】
そこで本発明は、高周波加速空洞の真空リークを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させる第１のコイルと、を有することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させる第２のコイルと、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、高周波加速空洞装置において真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、前記セラミック窓をのぞかない位置に先端が配置されたロッドアンテナを備える高次モード減衰器と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成されて、荷電粒子が通過する円孔の周りにノーズが形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み、前記ノーズからのぞかれない位置に配置されるセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びて、軸方向の一部にその前後よりも外径が大きいふくらみ部が形成された内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、高周波加速空洞装置において、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲み外側にコーティングを施されたセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、前記内導体の軸方向に沿った向きの磁場を発生させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、真空に維持可能な空洞が内部に形成された本体と、前記空洞から前記本体の外部に向かって延びる内導体と、前記内導体と同軸方向に前記内導体を囲むように延びて、その軸方向の一部を囲むセラミック窓が設けられた外導体とを備える入力カプラーと、を備える高周波加速空洞装置の運転方法において、前記内導体の軸方向に沿った向きに垂直な向きの磁場を発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高周波加速空洞の真空リークを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る高周波加速空洞の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係る高周波加速空洞の第１の実施の形態における縦断面図である。図２は、図１のII−II矢視縦断面図である。
【００１６】
本実施の形態における高周波加速空洞は、本体１、入力カプラー４、高次モード減衰器３、垂直磁場発生用コイル（第１のコイル）１１および水平磁場発生用コイル（第２のコイル）１０を有している。高周波加速空洞の本体１は、円筒状に形成されている。また、その円筒の両端面の中心部には円孔２１が形成されている。円孔２１の周囲の本体１の内側にはノーズ２が形成されている。
【００１７】
本体１の円孔２１は、たとえば他の高周波加速空洞の本体１の円孔２１と直接、または、ダクトなどを介して接続され、この高周波加速空洞は円孔２１を通過する荷電粒子を加速する。高周波加速空洞の運転時には、本体１の内部は真空に維持される。
【００１８】
入力カプラー４は、本体１の円筒面に取り付けられている。入力カプラー４は、円筒形の外導体５と、外導体５の内部に外導体５と同軸に延びる内導体６を有している。外導体５と内導体６はその軸方向の両端部で結合していて、両端部以外では、外導体５と内導体６の間には空隙が形成されている。
【００１９】
外導体５の軸方向の一部には、その軸を中心とする円筒面にセラミック窓７が形成されている。セラミック窓７には、ほぼ角筒状の金属製の導波管９が取り付けられている。セラミック窓７の外面、すなわち、導波管９に向かう面には、大気面コーティング８が施されている。セラミック窓７の内面、すなわち、内導体６に向かう面には、真空面コーティング１２が施されている。真空面コーティング１２は、厚さが２０ｎｍ以上のＴｉＮコーティングである。
【００２０】
外導体５の外側のセラミック窓７の両側には、垂直磁場発生用コイル１１が配設されている。この垂直磁場発生用コイル１１は、外導体５および内導体６の軸方向に沿った向きの磁場を生成する。さらに、外導体５の外側のセラミック窓７と高周波加速空洞の本体１との間には、水平磁場発生用コイル１０が配設されている。この水平磁場発生用コイル１０は、外導体５および内導体６の軸方向に垂直な向きの磁場を発生する。
【００２１】
なお、垂直磁場発生用コイル１１および水平磁場発生用コイル１０の垂直および水平という呼び方は、入力カプラー４を本体１の上部に取り付けた場合の磁場の向きを示すものである。垂直磁場発生用コイル１１および水平磁場発生用コイル１０は、入力カプラー４の取付け位置を変えた場合であっても、それぞれ外導体５および内導体６の軸方向に沿った向きの磁場、およびその軸方向に垂直な向きの磁場を発生するコイルであればよい。
【００２２】
内導体６のセラミック窓７に向かい合う位置と高周波加速空洞の本体１に近い端部との間には、その軸方向の前後よりも外径が大きいふくらみ部２２が形成されている。
【００２３】
また、高周波加速空洞の本体１の円筒面には、入力カプラー４を挟んで一対の高次モード減衰器３が配設されている。高次モード減衰器３は、本体１の内部に突出したロッドアンテナ２３を有している。高次モード減衰器３は、そのロッドアンテナ２３の先端がセラミック窓７をのぞかない位置に配置されている。
【００２４】
セラミック窓７をのぞかないとは、ロッドアンテナ２３の先端とセラミック窓７を結ぶ直線の間に、他の物体が存在しているという意味である。本実施の形態では、たとえば外導体５や内導体６、あるいはふくらみ部２２が、ロッドアンテナ２３の先端とセラミック窓７との間に存在している。
【００２５】
導波管９から伝達される高周波（マイクロ波）は、入力カプラー４のセラミック窓７を通じて空洞内に入力される。このようにして高周波加速空洞に大電力が投入されると、高電界が発生しているノーズ２やロッドアンテナ２３の先端部から電界放出により電子が発生する場合がある。発生した電子は高周波加速空洞の内部に衝突し、制動放射Ｘ線を発生させる場合がある。このようにして生じたＸ線が金属導体に入射すると、２次電子を放出する場合がある。
【００２６】
しかし、本実施の形態の高周波加速空洞では、垂直磁場発生用コイル１１によって外導体５および内導体６の軸方向に沿った向きの磁場が形成されており、内導体６からセラミック窓７に向かう電子の数を抑制することができる。これにより、セラミック窓７への帯電が抑制される。
【００２７】
また、水平磁場発生用コイル１０によって、外導体５および内導体６の軸方向に垂直な向きの磁場が形成されており、本体１からセラミック窓７に向かう電子の数を抑制することができる。これにより、セラミック窓７への帯電が抑制される。さらに、高次モード減衰器３のロッドアンテナ２３の先端がセラミック窓７をのぞかない位置に配設されているため、ロッドアンテナ２３の先端から発生したＸ線や電子のセラミック窓７の近傍の金属への衝突は抑制される。これにより、セラミック窓７への帯電が抑制される。
【００２８】
本体１のノーズ２もセラミック窓７をのぞかない位置に配設されているため、ノーズ２から発生したＸ線や電子のセラミック窓７の近傍の金属への衝突は抑制される。これにより、セラミック窓７への帯電が抑制される。入力カプラー４の軸方向の途中には、ふくらみ部２２を設けているため、Ｘ線のセラミック窓７の近傍の金属への入射が抑制され、セラミック窓７への帯電が抑制される。
【００２９】
また、真空面コーティング１２を施さない場合には、セラミック窓７の真空面側では、マルチパクタリングが生じることがある。
【００３０】
マルチパクタリングとは、高周波が印加された状態で特定の条件を満たすと、電極からたたき出された電子が電極間をキャッチボールのように往来して放電がおきる現象である。セラミックに電子が当ると２次電子が放出される。２次電子放出係数が大きいと、マルチパクタリングが生じたときに、放電が増大し、真空度が悪くなったり、セラミック窓７が破損する場合がある。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、セラミック窓７の真空面側に、ＴｉＮコーティングを施して、２次電子放出係数を小さくしている。これにより、セラミック窓７の２次電子放出および帯電を減少させることができる。
【００３２】
セラミック窓７の大気面側には、大気面コーティング８が施されているため、セラミック窓７そのものではなく、コーティングが大気との境界面となる。
【００３３】
このように本実施の形態の高周波加速空洞は、セラミック窓７への帯電が抑制され、また、セラミック窓７の大気側に境界層を形成しているため、セラミック窓７の真空リークを抑制することができる。このため、超高真空下で大電流を投入することが可能となり、大強度の電圧を発生する安定して長ビーム寿命の加速器の運転が可能な高効率の高周波加速空洞が得られる。
【００３４】
なお、上述の実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る高周波加速空洞の第１の実施の形態における縦断面図である。
【図２】図１のII−II矢視縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…本体、２…ノーズ、３…高次モード減衰器、４…入力カプラー、５…外導体、６…内導体、７…セラミック窓、８…大気面コーティング、９…導波管、１０…水平磁場発生用コイル（第２のコイル）、１１…垂直磁場発生用コイル（第１のコイル）、１２…真空面コーティング、２１…円孔、２２…ふくらみ部、２３…ロッドアンテナ
【図１】
2008171605.tif 000003
【図２】
2008171605.tif 000004