(57)【要約】【課題】高透磁率磁性体コアを本体内に装荷した高周波加速空胴において、冷却効率を向上させた構造を備えた高周波加速空胴を提供する。【解決手段】電子やイオン等の荷電粒子を加速蓄積する加速器に用いられ、該荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コア１６と該高透磁率磁性体コア１６を冷却する金属冷却板１８とを本体１２内に装荷した高周波加速空胴１０において、高透磁率磁性体コア１６の一方の側面に、金属冷却板１８を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした高透磁率磁性体コア１６の冷却構造を備えた構成とした。【選択図】  図１
2004296362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記高透磁率磁性体コアの表面の一部に、前記金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項２】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記高透磁率磁性体コアの表面の一部と、前記金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項３】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記高透磁率磁性体コアの一方の側面に、前記金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項４】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記高透磁率磁性体コアの一方の側面と、前記金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項５】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、複数の高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記金属冷却板の両側面のそれぞれに、前記高透磁率磁性体コアを直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項６】
電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、複数の高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、
前記金属冷却板の両側面のそれぞれに電気伝導材を装着して、前記高透磁率磁性体コアをそれぞれ取り付け、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項７】
請求項３又は４に記載の高周波加速空胴において、
前記金属冷却板を取り付けた前記高透磁率磁性体コアの一方の側面に対向する他方の側面に、絶縁材を介して金属冷却板を取り付け、前記高透磁率磁性体コアを両面から冷却する冷却構造を備えたことを特徴とする高周波加速空胴。
【請求項８】
前記高周波加速空胴に、ループ状結合環を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の高周波加速空胴。
【請求項９】
前記金属冷却板の素材に、銅を用いるようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の高周波加速空胴。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン等の円形加速器、或いは、線形加速器等の加速器一般に用いられ、電子やイオン等の荷電粒子を高周波電場により加速する高周波加速空胴に係り、特に、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴の冷却構造の改良に関するものである。
なお、本発明の一部は、文部科学省委託事業の「小型加速器実証制作・普及事業」により支援された研究によるものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子やイオン等の荷電粒子を高エネルギーに加速するサイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン等の円形加速器、或いは、線形加速器等の加速器が、医療用、又は産業用等の実用に供されている。
このような、加速器のビームパイプ途中には、荷電粒子を加速するために必要な高周波電場を発生させる高周波加速空胴が配置されている。
この高周波加速空胴は、荷電粒子が周回中にロスしたエネルギーを補完したり、或いは、より高エネルギーに加速する役割を担う（特許文献１参照）。
【０００３】
高周波加速空胴とは、その原理を簡単に説明すると、高周波電力を投入し、荷電粒子がが高周波加速空胴の加速ギャップに差し掛かった際に、丁度加速されるように高周波加速空胴に発生する高周波電圧の位相と荷電粒子の位置とをうまく同期させて、荷電粒子にエネルギーを供給するようにした装置である。
また、高周波加速空胴は、高透磁率磁性体コアを空胴内に装着することで高加速勾配を得ることができ、空胴全体の長さも小型化している。
【０００４】
この従来の高周波加速空胴の構成について、図１５及び図１６を用い、図１７を参照して具体的に説明する。
図１５は、従来の高周波加速空胴の構成を示す縦断側面図である。
図１６は、従来の高周波加速空胴の構成を示す縦断正面図である。
図１７は、従来の高周波加速空胴の高透磁率磁性体コア近辺の一部を拡大して示した縦断側面図である。
【０００５】
従来の高周波加速空胴１００の主要構成は、図１５及び図１６に示すように、高周波加速空胴本体１０２、荷電粒子を蓄積するとともに内部が高真空に保たれているビームパイプ１０４、高透磁率磁性体コア１０６、この高透磁率磁性体コア１０６を冷却する金属冷却板１０８、高透磁率磁性体コア１０６と金属冷却板１０８を電気的に絶縁する絶縁材１１８、加速電極も兼ねるビームパイプ１０４に高周波電力を供給する高周波直結フィーダ１１０である。
また、１１２は、加速電極も兼ねるビームパイプ１０４同士を絶縁するとともに、ビームパイプ１０４内部を高真空に保つための絶縁パイプである。
【０００６】
次に、図１５を用いて、従来の高周波加速空胴１００の基本動作を説明する。
図示しない電源から、高周波電力が高周波直結フィーダ１１０を介して、ビームパイプ１０４に供給されると、絶縁パイプ１１２により絶縁されている、ビームパイプ１０４間の加速ギャップ１１４に高周波電場が発生する。
【０００７】
上述した通り、荷電粒子がが高周波加速空胴１００の加速ギャップ１１４に差し掛かった際に、丁度加速されるように高周波加速空胴１００に発生する高周波電圧の位相と荷電粒子の位置とをうまく同期させることにより、荷電粒子にエネルギーを供給して加速することができる。
【０００８】
高周波加速空胴１００は、高透磁率磁性体コア１０６を空胴本体１０２内に装荷することで高加速勾配を得ることは上記したが、最近の高透磁率磁性体コア１０６は、透磁率を高くし、コア損失を低減するために、図１７に示すように薄膜テープ状のリボン合金１２０を絶縁層を挟んで半径方向に多数回巻き回した構造を採用しており、その外形は中空円盤状をしている。
【０００９】
このリボン合金１２０の材質はファインメット（基本成分Ｆｅ（−Ｓｉ）−Ｂに微量のＣｕとＮｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ等の元素を添加した合金を、熱処理などによって製造されたナノ結晶組織）が代表的である。
【００１０】
このような高透磁率磁性体コア１０６は、高周波加速空胴１００内で発熱するため、高透磁率磁性体コア１０６の表面積の大部分を占めるその両側の側面を冷却流体で、直接又は間接冷却することが従来から行われていた。
その冷却流体には、設備が容易で比熱の高い点で水等が使用されている。
【００１１】
なお、図１５では、高透磁率磁性体コア１０６に対して、絶縁材１１８を介してこの高透磁率磁性体コア１０６を金属冷却板１０８により両側から冷却する構造のものが４つ図示されているが、特性を落とさないために、金属冷却板−絶縁材−高透磁率磁性体コア−絶縁材−金属冷却板−絶縁材−高透磁率磁性体コア−絶縁材−・・・のように多層挟み込む構造になっているものもある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２８６０９６
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高周波加速空胴１００は高透磁率磁性体コアの高電力密度化に伴い、小型化、或いは、高加速勾配化が可能になることから、より効率のよい冷却方法の開発が課題であった。
ここで、高透磁率磁性体コア１０６の冷却構造について、図１７を用いて説明する。
【００１４】
高透磁率磁性体コア１０６は、前記のごとくリボン合金１２０間に絶縁層を挟んで形成されており、該高透磁率磁性体コア１０６を、水のような誘電率の高い冷却流体で直接冷却を行う場合は、高周波加速空胴１００の周波数特性の低下を招くという問題がある。
【００１５】
また、鉄分を主成分とするファインメットのような高透磁率磁性体コア１０６を、水のような冷却流体で直接冷却することは腐食を招くため、好ましくない。
そこで、従来の高透磁率磁性体コア１０６の冷却は、上述したように、高透磁率磁性体コア１０６の両側面に、厚い絶縁材１１８を挿入して金属冷却板１０８を取り付け、この厚い絶縁材１１８を介して冷却する構造となっていた（図１７参照）。
【００１６】
ここで、高透磁率磁性体コア１０６と金属冷却板１０８との間に、厚い絶縁材１１８を挿入するのは、高透磁率磁性体コア１０６と金属冷却板１０８とを電気伝導材で接触させると、高透磁率磁性体コア特性が劣化して、高周波加速空胴１００のインピーダンスが小さくなり、加速ギャップ１１４における加速電圧が低下するためとすると考えられていたからである。
【００１７】
しかし、絶縁材は、一般に主要な熱の伝導媒体である自由電子が乏しく、熱伝導率が悪いため、この方法では厚い絶縁層を介して冷却されるために冷却効率が低下するという問題を備えていた。
また、従来の絶縁層を設ける接触構造では、高透磁率磁性体コア１０６と金属冷却板１０８の接触又は接着構造も複雑で、冷却効率も一層悪くなるという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記課題（問題点）を解決し、高透磁率磁性体コアを本体内に装荷した高周波加速空胴において、冷却効率を向上させた構造を備えた高周波加速空胴を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波加速空胴は、請求項１に記載のものでは、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記高透磁率磁性体コアの表面の一部に、前記金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とした。
【００２０】
このように構成すると、高透磁率磁性体コアと金属冷却板とが、絶縁材を介さずに、直接接触させ、或いは、近接して取り付けられ、従来のものに比較して、冷却効率を向上させることが可能である。
【００２１】
請求項２に記載の高周波加速空胴は、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記高透磁率磁性体コアの表面の一部と、前記金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とした。
【００２２】
このように構成すると、高透磁率磁性体コアと金属冷却板とが、電気伝導材を介して取り付けられ、従来のものに比較して、冷却効率を向上させることが可能である。
【００２３】
請求項３に記載の高周波加速空胴は、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記高透磁率磁性体コアの一方の側面に、前記金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とした。
【００２４】
このように構成すると、従来のものに比較して、周波数特性の低下を最小限に抑えながら、冷却効率を向上させることが可能である。
また、冷却効率が向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
更に、冷却効率が良くなるために、金属冷却板は、高透磁率磁性体コアの一方の側面にのみ設けるだけで済むので、高透磁率磁性体コアと金属冷却板との配置スペースが少なくできるので、高周波加速空胴そのものを小型化することができる。
【００２５】
請求項４に記載の高周波加速空胴は、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記高透磁率磁性体コアの一方の側面と、前記金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とした。
【００２６】
このように構成すると、従来のものに比較して、周波数特性の低下を最小限に抑えながら、冷却効率を向上させることが可能である。
また、冷却効率が向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
更に、冷却効率が良くなるために、金属冷却板は、高透磁率磁性体コアの一方の側面にのみ設けるだけで済むので、高透磁率磁性体コアと金属冷却板との配置スペースが少なくできるので、高周波加速空胴そのものを小型化することができる。
【００２７】
請求項５に記載の高周波加速空胴は、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、複数の高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記金属冷却板の両側面のそれぞれに、前記高透磁率磁性体コアを直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした前記高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とした。
【００２８】
このように構成すると、金属冷却板の設置数を減らせるので、高周波加速空胴の小型化及び高加速勾配化ができる。
【００２９】
請求項６に記載の高周波加速空胴は、電子やイオン等の荷電粒子を加速し、或いは蓄積する加速器に用いられ、前記荷電粒子を高周波電場により加速するとともに、複数の高透磁率磁性体コアと該高透磁率磁性体コアを冷却する金属冷却板とを本体内に装荷した高周波加速空胴において、前記金属冷却板の両側面のそれぞれに電気伝導材を装着して、前記高透磁率磁性体コアをそれぞれ取り付け、この電気伝導材を介して前記高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とした。
【００３０】
このように構成すると、金属冷却板の設置数を減らせるので、高周波加速空胴の小型化及び高加速勾配化ができる。
【００３１】
請求項７に記載の高周波加速空胴は、請求項３又は４に記載の高周波加速空胴において、前記金属冷却板を取り付けた前記高透磁率磁性体コアの一方の側面に対向する他方の側面に、絶縁材を介して金属冷却板を取り付け、前記高透磁率磁性体コアを両面から冷却する冷却構造を備えた構成とした。
【００３２】
このように構成すると、冷却効率が更に向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
また、冷却効率が良くなるために、高周波加速空胴を更に小型化することができる。
【００３３】
請求項８に記載の高周波加速空胴は、前記高周波加速空胴に、ループ状結合環を取り付けるように構成した。
【００３４】
このように構成すると、ループ状結合環により高周波電力を供給するタイプの高周波加速空胴の冷却効率を向上させることができ、小型化、高加速勾配化が可能である。
【００３５】
請求項９に記載の高周波加速空胴は、前記金属冷却板の素材に、銅を用いるように構成した。
【００３６】
このように構成すると、熱伝導率が高く、好適な素材を備えた金属冷却板となり、高周波加速空胴の冷却効率が更に高くなり、電力損も少なくすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波加速空胴の第１乃至第８の各実施の形態について、図１乃至図１４を用いて順次説明する。
【００３８】
第１の実施の形態：
先ず、本発明の高周波加速空胴の第１の実施の形態について、図１乃至図６を用いて説明する。
図１は、本発明の高周波加速空胴１０の第１の実施の形態を示す縦断側面図である。
図２は、本発明の高周波加速空胴１０の第１の実施の形態において、高透磁率磁性体コア近辺の一部拡大裁断側面図である。
【００３９】
図３は、高透磁率磁性体コアを単体で高周波加速空胴内に装着した場合、及び金属冷却板を一側面に取り付けた場合におけるインピーダンスと高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数との関係を示す特性図である。
図４は、高透磁率磁性体コアを複数、高周波加速空胴内に装着した場合、及び金属冷却板を一側面に取り付けた場合におけるインピーダンスと高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数との関係を示す特性図である。
図５、図６は、図４の条件を説明するための高周波加速空胴１０の側面図である。
【００４０】
本発明の高周波加速空胴１０の基本構成について、図１及び図２を用いて説明する。
先ず、本実施の形態の高周波加速空胴１０の主要構成は、従来の高周波加速空胴１００（図１５参照）と同様に、高周波加速空胴本体１２、荷電粒子を蓄積するとともに内部が高真空に保たれているビームパイプ１４、高透磁率磁性体コア１６、この高透磁率磁性体コア１６を冷却する金属冷却板１８、加速電極も兼ねるビームパイプ１４に高周波電力を供給する高周波直結フィーダ１１である。
【００４１】
なお、金属冷却板１８の材質は、熱伝導率の高いものほど好ましく、好適な一例は銅である。
従って、以下、金属冷却板１８を「銅板」という場合もある。
また、本発明の高周波加速空胴の基本構成は、従来のものと同様なので、縦断正面図は省略して説明するものとする。
【００４２】
一方、本実施の形態の高周波加速空胴１０は、図２に示すように、従来のものとは異なり、高透磁率磁性体コア１６の一方の側面１６ａと金属冷却板１８とを、絶縁材を介さずに、直接接触させるようにしたことに特徴を有している。
【００４３】
上述したように、従来の高周波加速空胴１００では、本体１０２内に配置される高透磁率磁性体コア１０６の両面に金属冷却板１０８を近接又は接触させると、一方の側面に配置した金属冷却板１０８から高透磁率磁性体コア１０６、他方の側面に配置した金属冷却板１０８、高透磁率磁性体コア１０６から再度一方の側面に配置した金属冷却板１０８に循環する渦電流が発生し、この電力損により、高透磁率磁性体コア１０６のコア特性の劣化を招くのが通説であった（図１７参照）。
【００４４】
しかし、本発明の高周波加速空胴１０では、研究の結果、高透磁率磁性体コア１６の一方の側面のみに金属冷却板１８を近接又は接触させる場合には、上記渦電流の経路が断絶しているので、渦電流が発生せずコア特性をほぼ維持することができることが判明した。
【００４５】
そこで、以下、その研究データを示し、本発明の高周波加速空胴１０の有用性を、図３乃至図６を用いて説明すものとする。
なお、当該説明において、高周波加速空胴と高透磁率磁性体コアについては、本実施の形態の高周波加速空胴におけるものと従来の高周波加速空胴におけるものと混在するために、説明の便宜上、符号は省略するものとする。
【００４６】
先ず、第１の検証として、図３に、高周波加速空胴に、
（１）高透磁率磁性体コアを単体で配置した場合の高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数とインピーダンスの関係
（２）高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、金属冷却板を直接接触させたものを配置した場合の高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数とインピーダンスの関係
（３）高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コアの両面に、金属冷却板を直接接触させたものを配置した場合の高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数とインピーダンスの関係
の特性曲線を示す。
【００４７】
なお、高透磁率磁性体コアを単体で配置したものは、高透磁率磁性体コアの両面に、厚い絶縁材を介して金属冷却板を取り付けたものと等価のモデルである。
【００４８】
また、図３では、インピーダンスＺをＺ＝Ｒ＋ｊＸとして、別々の特性曲線を用いてプロットしている。
ここで使用した高透磁率磁性体コアは、丸型ファインメットコア（外径φ６５０ｍｍ、内径２９０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）である。
【００４９】
図３において、四角でプロットされた曲線は、高透磁率磁性体コアを単体で配置した場合、三角でプロットされた曲線は、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、厚さ１ｍｍの同形の銅板を接触させた場合、菱形でプロットされた曲線は、高透磁率磁性体コアの両面に厚さ１ｍｍの同形の銅板を接触させた場合の周波数特性である。
【００５０】
図３により明らかな通り、高透磁率磁性体コアを単体で配置した場合のインピーダンスの実数部及び虚数部と、高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、金属冷却板を直接接触させたものを配置した場合のインピーダンスの実数部及び虚数部とは、それぞれ、近似しているのが認められる。
【００５１】
即ち、高透磁率磁性体コアの一方の側面側のみに金属冷却板を接触させただけの場合では、両面に金属冷却板を接触した場合に比べて、周波数特性はほぼ維持されている。
これは、上述した通り、高透磁率磁性体コアの一方の側面のみに金属冷却板を直接接触させた場合は、高透磁率磁性体コアに渦電流が発生せず、電力損が生じないためである。
【００５２】
次に、第２の検証として、図４において、高周波加速空胴に、
（１）図５に示すように、高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、金属冷却板を直接接触させたものを複数（図示のものは８）配置した場合（図５中「片側銅板付き」）の高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数とインピーダンスの関係の予想値及び実測値
（２）図６に示すように、高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コア単体を複数（図示のものは８）配置した場合（図５中「銅板無し」）の高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数とインピーダンスの関係の予想値及び実測値
のそれぞれの特性曲線を示す。
【００５３】
なお、図３同様、高透磁率磁性体コアを単体で配置したものは、高透磁率磁性体コアの両面に、厚い絶縁材を介して金属冷却板を取り付けたものと等価のモデルである。
【００５４】
図４により明らかな通り、高透磁率磁性体コアを単体で配置した場合のインピーダンスの実数部及び虚数部と、高周波加速空胴に、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、金属冷却板を直接接触させたものを配置した場合のインピーダンスの実数部及び虚数部とは、それぞれ、近似しているのが理解される。
【００５５】
以上の第１の検証、第２の検証により明らかにされたように、従来では、高透磁率磁性体コアの両側を、厚い絶縁材を介して金属冷却板を取り付けていたが、高透磁率磁性体コアの一方の側面のみに金属冷却板を接触させただけの場合では、周波数特性はほぼ維持され、悪影響を最小限に抑えながら、熱伝導率の悪い絶縁材を介さずに、直接、金属冷却板による冷却が可能であることが理解される。
【００５６】
従って、本実施の形態の高周波加速空胴１０のように、高透磁率磁性体コア１６の一方の側面１６ａと金属冷却板１８とを、絶縁材を介さずに、直接接触させるようにすると、従来のものに比較して、周波数特性の低下を最小限に抑えながら、冷却効率を向上させることが可能であることが分かる。
【００５７】
また、冷却効率が向上するために、高周波加速空胴１０の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
更に、冷却効率が良くなるために、金属冷却板１８は、高透磁率磁性体コア１６の一方の側面１６ａにのみ設けるだけで済むので、高透磁率磁性体コア１６と金属冷却板１８との配置スペースが少なくでき、高周波加速空胴１０そのものを小型化することができる。
【００５８】
第２の実施の形態：
次に、本発明の高周波加速空胴２０の第２の実施の形態について、図７及び図８を用いて説明する。
図７は、本発明の高周波加速空胴の第２の実施の形態を示す縦断側面図である。
図８は、本発明の高周波加速空胴２０の第２の実施の形態において、高透磁率磁性体コア近辺の一部拡大裁断側面図である。
【００５９】
本実施の形態の高周波加速空胴２０の基本構成は、図１に示す第１の実施の形態のものと同様に、高周波加速空胴本体２２、荷電粒子を蓄積するとともに内部が高真空に保たれているビームパイプ２４、高透磁率磁性体コア２６、この高透磁率磁性体コア２６を冷却する金属冷却板２８、加速電極も兼ねるビームパイプ２４に高周波電力を供給する高周波直結フィーダ２１であるが、本実施の形態の特徴は、図８に示すように、高透磁率磁性体コア２６の一方の側面２６ａと金属冷却板２８とを、電気伝導材２３を介して接触させるようにしたものである。
【００６０】
このようにすると、すると、第１の実施の形態同様に、絶縁層を排除して、熱伝導が良好な電気伝導材２３を介して冷却できるので、冷却効率の向上、高周波加速空胴２０の一層の高効率化、高周波加速空胴２０の小型化が可能になる。
【００６１】
第３の実施の形態：
次に、本発明の高周波加速空胴３０の第３の実施の形態について、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の高周波加速空胴の第３の実施の形態を示す縦断側面図である。
【００６２】
本実施の形態の高周波加速空胴３０の基本構成は、図１に示す第１の実施の形態のものと同様に、高周波加速空胴本体３２、ビームパイプ３４、金属冷却板３８、ビームパイプ３４に高周波電力を供給する高周波直結フィーダ３１であるが、本実施の形態の特徴は、図９に示すように、金属冷却板３８の両側３８ａ、３８ｂに、２つの高透磁率磁性体コア３６Ａ、３６Ｂを直接接触するように取り付けている点である。
【００６３】
このように構成すると、図９からも明らかな通り、２つの高透磁率磁性体コア３６Ａ、３６Ｂに対して、１つの金属冷却板３８で両方の高透磁率磁性体コア３６Ａ、３６Ｂを冷却できるために、大幅な省スペース化が可能で、高周波加速空胴３０の一層の小型化が可能になる。
【００６４】
第４の実施の形態：
次に、本発明の高周波加速空胴４０の第４の実施の形態について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の高周波加速空胴の第４の実施の形態を示す縦断側面図である。
【００６５】
本実施の形態の高周波加速空胴４０の基本構成は、図９に示す第３の実施の形態のものと同様に、高周波加速空胴本体４２、ビームパイプ４４、金属冷却板４８、ビームパイプ４４に高周波電力を供給する高周波直結フィーダ４１で金属冷却板４８の両側４８ａ、４８ｂに、２つの高透磁率磁性体コア４６Ａ、４６Ｂを取り付けている点で共通するが、図１０に示すように、高透磁率磁性体コア４６Ａ、４６Ｂと金属冷却板４８とを、電気伝導材４３を介して接触させるようにしたものである。
【００６６】
このようにすると、すると、第３の実施の形態同様に、冷却効率の向上、高周波加速空胴４０の一層の高効率化、高周波加速空胴４０の小型化が可能になる。
【００６７】
第５乃至第８の実施の形態：
次に、第５乃至第８の実施の形態について、図１１乃至図１４を用いて簡単に説明する。
図１１は、本発明の高周波加速空胴の第５の実施の形態を示す縦断側面図である。
図１２は、本発明の高周波加速空胴の第６の実施の形態を示す縦断側面図である。
図１３は、本発明の高周波加速空胴の第７の実施の形態を示す縦断側面図である。
図１４は、本発明の高周波加速空胴の第８の実施の形態を示す縦断側面図である。
【００６８】
本発明の高周波加速空胴の第５の実施の形態は、第１の実施の形態において、高周波加速空胴５０に高周波電力を供給する手段として、高周波直結フィーダの代わりに、図１１に示すように、空胴本体５２側面近傍から、高透磁率磁性体コア５６中心近傍を通るループ状結合環５１を用いたものである。
【００６９】
以下同じく、本発明の高周波加速空胴の第６乃至８の実施の形態は、第２乃至第４の実施の形態において、高周波加速空胴６０〜８０に高周波電力を供給する手段として、高周波直結フィーダの代わりに、図１２乃至図１４に示すように、ループ状結合環６１〜８１を用いたものである。
【００７０】
ここで、ループ状結合環５１〜８１は、高周波信号を外部発信器からアンプを使って増幅した場合、その増幅された高周波信号を高周波加速空胴５０〜８０に送るループで、高透磁率磁性体コア５６〜８６の周りにループ電流が流れることで、高透磁率磁性体コア５６〜８６内に交流磁場が発生し、その結果、空胴本体５２〜８２に交流電流が発生し、加速ギャップに交流電場が発生する仕組みになっている。
【００７１】
即ち、本発明の高周波加速空胴は、高周波直結フィーダの代わりに、図１２乃至図１４に示すように、ループ状結合環５１〜８１を用いた場合にも対応が可能で、第１乃至第４の実施の形態の高周波加速空胴１０〜４０と同様の効果を有する。
【００７２】
本発明の高周波加速空胴は、上記各実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
先ず、上記第１、第２、第５、第６の各実施の形態では、高透磁率磁性体コアの一方の側面にのみ金属冷却板を用いた例で説明したが、高透磁率磁性体コアの他方の側面に、従来の絶縁層を介する冷却構造を採用することで、両面冷却とすることもできる。
【００７３】
また、本発明の高透磁率磁性体コアの一方の側面に設ける金属冷却板は、高透磁率磁性体コアの周面部まで延設されたものも含むことができるものである。
【００７４】
本発明の高周波加速空胴の構造は、磁性体コアにファインメットを使用したもの以外にも、コア損失を低減するために薄膜テープ状の合金を巻いた構造のコアであれば、同様な効果を得ることができる。
【００７５】
また、上記各実施の形態では、高透磁率磁性体コアの一方の側面に金属冷却板を直接、又は、電気伝導材を介して取り付ける例で説明したが、高透磁率磁性体コアの表面の一部に金属冷却板を直接、又は、電気伝導材を介して取り付けた場合も、冷却効率の向上が図れる効果があるのは自明であるから、かかるケースも、本発明に含まれるのは勿論のことである。
【００７６】
具体的には、例えば、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、高透磁率磁性体コアの上半分のみを冷却する金属冷却板を取り付け、高透磁率磁性体コアの他方の側面に高透磁率磁性体コアの下半分のみを冷却する金属冷却板を取り付けた場合、或いは、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、高透磁率磁性体コアの上半分部分には電気伝導材を、下半分には絶縁材を介して金属冷却板を取り付け、高透磁率磁性体コアの他方の側面に、下半分部分には電気伝導材を、上半分には絶縁材を介して金属冷却板を取り付けたような場合でも、本発明に含まれるのは勿論のことである。
【００７７】
更に、上記各実施の形態では、高透磁率磁性体コアの一方の側面側に金属冷却板を直接接触させる例で説明したが、高透磁率磁性体コアは、図２及び図１７に示すように、薄膜テープ状のリボン合金を絶縁層を挟んで半径方向に多数回巻き回した構造を採用しており、その側面は凹凸があり、直接接触させるのは困難な場合がある。
従って、高透磁率磁性体コアと金属冷却板との接触面には間隙が生じ、金属冷却板が、高透磁率磁性体コアの近接して配置される場合もあるが、このような場合も、本発明の範囲内に含まれるのは、当然のことである。
【００７８】
また、上記各実施の形態では、中空円盤状の高透磁率磁性体コアの例を用いて説明したが、例えば、側面形状が正方形状、或いは、長方形状の高透磁率磁性体コアを用いた場合でも、本発明に含まれる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の高周波加速空胴は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように、高透磁率磁性体コアの表面の一部に、金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とすると、高透磁率磁性体コアと金属冷却板とが、絶縁材を介さずに、直接接触させ、或いは、近接して取り付けられ、従来のものに比較して、冷却効率を向上させることが可能である。
【００８０】
（２）請求項２に記載したように、高透磁率磁性体コアの表面の一部と、金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とすると、高透磁率磁性体コアと金属冷却板とが、電気伝導材を介して取り付けられ、従来のものに比較して、冷却効率を向上させることが可能である。
【００８１】
（３）請求項３に記載したように、高透磁率磁性体コアの一方の側面に、金属冷却板を直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とすると、従来のものに比較して、周波数特性の低下を最小限に抑えながら、冷却効率を向上させることが可能である。
（４）また、冷却効率が向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
（５）更に、冷却効率が良くなるために、金属冷却板は、高透磁率磁性体コアの一方の側面にのみ設けるだけで済むので、高透磁率磁性体コアと金属冷却板との配置スペースが少なくできるので、高周波加速空胴そのものを小型化することができる。
【００８２】
（６）請求項４に記載したように、高透磁率磁性体コアの一方の側面と、金属冷却板との間に電気伝導材を装着し、この電気伝導材を介して高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とすると、従来のものに比較して、周波数特性の低下を最小限に抑えながら、冷却効率を向上させることが可能である。
（７）また、冷却効率が向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
（８）更に、冷却効率が良くなるために、金属冷却板は、高透磁率磁性体コアの一方の側面にのみ設けるだけで済むので、高透磁率磁性体コアと金属冷却板との配置スペースが少なくできるので、高周波加速空胴そのものを小型化することができる。
【００８３】
（９）請求項５に記載したように、金属冷却板の両側面のそれぞれに、高透磁率磁性体コアを直接接触させ、或いは、近接して取り付けるようにした高透磁率磁性体コアの冷却構造を備えた構成とすると、金属冷却板の設置数を減らせるので、高周波加速空胴の小型化及び高加速勾配化ができる。
【００８４】
（１０）請求項６に記載したように、金属冷却板の両側面のそれぞれに電気伝導材を装着して、高透磁率磁性体コアをそれぞれ取り付け、この電気伝導材を介して高透磁率磁性体コアを冷却する冷却構造を備えた構成とすると、金属冷却板の設置数を減らせるので、高周波加速空胴の小型化及び高加速勾配化ができる。
【００８５】
（１１）請求項７に記載したように、金属冷却板を取り付けた高透磁率磁性体コアの一方の側面に対向する他方の側面に、絶縁材を介して金属冷却板を取り付け、高透磁率磁性体コアを両面から冷却する冷却構造を備えた構成とすると、冷却効率が更に向上するために、高周波加速空胴の一層の高効率化及び高加速勾配化が可能である。
（１２）また、冷却効率が良くなるために、高周波加速空胴を更に小型化することができる。
【００８６】
（１３）請求項８に記載したように、高周波加速空胴に、ループ状結合環を取り付けるように構成すると、ループ状結合環により高周波電力を供給するタイプの高周波加速空胴の冷却効率を向上させることができ、小型化、高加速勾配化が可能である。
【００８７】
（１４）請求項９に記載したように、金属冷却板の素材に、銅を用いるように構成すると、熱伝導率が高く、好適な素材を備えた金属冷却板となり、高周波加速空胴の冷却効率が更に高くなり、電力損も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波加速空胴の第１の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の高周波加速空胴の第１の実施の形態において、高透磁率磁性体コア近辺の一部拡大裁断側面図である。
【図３】高透磁率磁性体コアを単体で高周波加速空胴内に装着した場合、及び金属冷却板を一側面に取り付けた場合におけるインピーダンスと高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数との関係を示す特性図である。
【図４】高透磁率磁性体コアを複数、高周波加速空胴内に装着した場合、及び金属冷却板を一側面に取り付けた場合におけるインピーダンスと高周波加速空胴に供給する高周波電力の周波数との関係を示す特性図である。
【図５】図４の条件を説明するための高周波加速空胴の側面図である。
【図６】図４の条件を説明するための高周波加速空胴の側面図である。
【図７】本発明の高周波加速空胴の第２の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の高周波加速空胴の第２の実施の形態において、高透磁率磁性体コア近辺の一部拡大裁断側面図である。
【図９】本発明の高周波加速空胴の第３の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の高周波加速空胴の第４の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１１】本発明の高周波加速空胴の第５の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１２】本発明の高周波加速空胴の第６の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１３】本発明の高周波加速空胴の第７の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１４】本発明の高周波加速空胴の第８の実施の形態を示す縦断側面図である。
【図１５】従来の高周波加速空胴の構成を示す縦断側面図である。
【図１６】従来の高周波加速空胴の構成を示す縦断正面図である。
【図１７】従来の高周波加速空胴の高透磁率磁性体コア近辺の一部を拡大して示した縦断側面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０：高周波加速空胴
５０、６０、７０、８０：高周波加速空胴
１２、２２、３２、４２：高周波加速空胴本体
５２、６２、７２、８２：高周波加速空胴本体
１６、２６：高透磁率磁性体コア
３６Ａ、３６Ｂ、４６Ａ、４６Ｂ：高透磁率磁性体コア
５６、６６、７６、８６：高透磁率磁性体コア
１８、２８、３８、４８：金属冷却板
２３、４３：電気伝導材
３８ａ、３８ｂ、４８ａ、４８ｂ：金属冷却板の両側面
５１、６１、７１、８１：ループ状結合環
【図１】
2004296362.tif 000003
【図２】
2004296362.tif 000004
【図３】
2004296362.tif 000005
【図４】
2004296362.tif 000006
【図５】
2004296362.tif 000007
【図６】
2004296362.tif 000008
【図７】
2004296362.tif 000009
【図８】
2004296362.tif 000010
【図９】
2004296362.tif 000011
【図１０】
2004296362.tif 000012
【図１１】
2004296362.tif 000013
【図１２】
2004296362.tif 000014
【図１３】
2004296362.tif 000015
【図１４】
2004296362.tif 000016
【図１５】
2004296362.tif 000017
【図１６】
2004296362.tif 000018
【図１７】
2004296362.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月10日(2004.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004296362.tif 000020