(57)【要約】【課題】内部の気密信頼性が高くかつ冷却機能を損なうことのない粒子加速器用真空チャンバを提供すること。【解決手段】粒子加速用の真空空洞部２を形成する筒状体の内部に複数の冷却液用の貫通孔３が形成されたセラミック部材１と、筒体から成るとともに外周面の一方の端部に全周にわたって鍔部５ｂが形成され、鍔部５ｂに貫通孔３の少なくとも１つに対向する貫通穴５ａが形成された、鍔部５ｂが全周にわたってセラミック部材１の一方の端面に接合されるとともに真空空洞部２と同軸状に設けられた金属部材５と、金属部材５に貫通穴５ａと同軸状に接合された金属管６と、金属部材５の外周面に設けられ、その先端面が金属管６の外面に当接して接合された金属固定部材７とを具備しており、金属固定部材７は、長手方向が先端面に平行であるとともに金属管６の軸方向に直交する溝７ａが形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子加速用の真空空洞部を形成する筒状体から成るとともに、該筒状体の内部に複数の冷却液用の貫通孔が一方の端面から他方の端面にかけて形成されたセラミック部材と、筒体から成るとともに外周面の一方の端部に全周にわたって鍔部が形成され、該鍔部に前記貫通孔の少なくとも１つに対向する貫通穴が形成された、前記鍔部が全周にわたって前記セラミック部材の前記一方の端面に接合されるとともに前記真空空洞部と同軸状に設けられた金属部材と、該金属部材に前記貫通穴と同軸状に接合された金属管と、前記金属部材の外周面に設けられ、その先端面が前記金属管の外面に当接して接合された金属固定部材とを具備しており、該金属固定部材は、長手方向が前記先端面に平行であるとともに前記金属管の軸方向に直交する溝が形成されていることを特徴とする粒子加速器用真空チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波またはパルス状の電磁場によって、電子、重粒子等の粒子を加速したり偏向させるための粒子加速器用真空チャンバの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の粒子加速器用真空チャンバ（以下、単にチャンバともいう）の一例を図２に示す。図２（ａ）は従来のチャンバの軸方向に平行な面における断面図、図２（ｂ）は従来のチャンバの軸方向に垂直な面における断面図である。
【０００３】
チャンバは、高周波またはパルス状電磁場により電気絶縁性かつ非磁性材料からなる筒状のセラミック部材（シリンダ）２１の内部に電子、重粒子等の粒子を加速あるいは偏向させる際の粒子軌道用の真空空洞部２２が形成された構造である。また、真空空洞部２２の内壁面には、導電性非磁性材料からなる薄層２４が形成されている。
【０００４】
なお、セラミック部材２１の両端には通常、接続用の金属部材（フランジ）（図示せず）が真空空洞部２２と同軸状に取り付けられ、電磁場を発生させるための電磁石と組み合わせて使用される。
【０００５】
また、近年、チャンバには、セラミック部材２１の薄層２４によって引き起こされる誘導電流によって発生する熱をチャンバの外部へ漏らすことのないように、セラミック部材２１が冷却または断熱の機能を併せ持つことが要求されている。これは、粒子線の高エネルギー化に伴い、印加する電磁場もより強力なものとなっているため、導電性非磁性材の薄層２４より誘導電流が原因となって発生する熱の量も増大傾向にあり、この熱がチャンバのセラミック部材２１を伝わり、チャンバ外部に設置されている電磁石を構成するフェライト等のコア材料を加熱してその強磁性体としての特性が失われ、電磁石が本来の特性を発揮できなくなり易いという事情による。
【０００６】
そこで、従来より、セラミック部材２１をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体などのセラミックスによって形成し、セラミック部材２１自身に渦電流が励起されることを防ぐとともに、セラミック部材２１内面の薄層２４より発生する熱を外部へ漏らさぬよう、セラミック部材２１内に冷却機能を具備するものが提案されている。
【０００７】
例えば、下記の特許文献１では、図２（ａ）に示すように、セラミック部材２１の軸方向に冷却水を流すための複数の貫通孔２３を真空空洞部２２の周囲に形成し、形成した貫通孔２３のうち隣接する数個の貫通孔２３を端部で連結させて１つの水路として構成することにより、冷却水による冷却効果を均一化することが提案されている。この貫通孔２３は、金属管２６を介して、外部の冷却用配管に接続している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２８３７９５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属管２６に冷却水用配管を接続する際に、金属管２６には様々な方向に外力が加わることになり、その応力が直接セラミック部材２１の金属管２６との接合部へ作用し、セラミック部材２１にクラック等の破損が生じたり、金属管２６がセラミック部材２１から外れるという問題点があった。
【００１０】
その結果、セラミック部材２１内部を真空に保持できなくなったり、貫通孔２３に冷却水を送りこむことができなくなってセラミック部材２１の冷却機能を損なってしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部の気密信頼性が高くかつ冷却機能を損なうことのない粒子加速器用真空チャンバを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の粒子加速器用真空チャンバは、粒子加速用の真空空洞部を形成する筒状体から成るとともに、該筒状体の内部に複数の冷却液用の貫通孔が一方の端面から他方の端面にかけて形成されたセラミック部材と、筒体から成るとともに外周面の一方の端部に全周にわたって鍔部が形成され、該鍔部に前記貫通孔の少なくとも１つに対向する貫通穴が形成された、前記鍔部が全周にわたって前記セラミック部材の前記一方の端面に接合されるとともに前記真空空洞部と同軸状に設けられた金属部材と、該金属部材に前記貫通穴と同軸状に接合された金属管と、前記金属部材の外周面に設けられ、その先端面が前記金属管の外面に当接して接合された金属固定部材とを具備しており、該金属固定部材は、長手方向が前記先端面に平行であるとともに前記金属管の軸方向に直交する溝が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の粒子加速器用真空チャンバは、金属部材の外周面に設けられるとともにその先端面が金属管の外面に当接して接合された金属固定部材を具備しており、この金属固定部材は、長手方向が先端面に平行であるとともに金属管の軸方向に直交する溝が形成されていることにより、金属管に冷却液用配管を接続する際に金属管に応力が加わっても、その応力が金属固定部材の溝部によって吸収され、直接セラミック部材と金属管との接合部へ応力が作用することを有効に防止できる。従って、セラミック部材にクラック等の破損が生じるのを有効に防止してセラミック部材の内部を長期にわたってより確実に真空に保持することができるとともに、金属管がセラミック部材から外れるのを防止して長期にわたって冷却機能を維持させることができ、長期にわたって正常かつ安定に作動する信頼性の高いものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の粒子加速器用真空チャンバの一例を図面をもとに説明する。
【００１５】
図１は、本発明のチャンバの実施の形態の一例を示す図で、図１（ａ）はチャンバの軸方向に平行な面における断面図、図２（ｂ）はチャンバの軸方向に垂直な面における断面図である。
【００１６】
なお、同図において、１はセラミック部材、２は加速粒子が通過するための真空空洞部、３は軸方向に貫通し冷却液を通すための貫通孔、４は、導電性非磁性材からなる薄層、５は金属部材、６は貫通孔に接続される金属管、７は金属固定部材である。
【００１７】
本発明のチャンバは、粒子加速用の真空空洞部２を形成する筒状体から成るとともに、この筒状体の内部に複数の冷却液用の貫通孔３が一方の端面から他方の端面にかけて形成されたセラミック部材１と、筒体から成るとともに外周面の一方の端部に全周にわたって鍔部５ｂが形成され、この鍔部５ｂに貫通孔３の少なくとも１つに対向する貫通穴５ａが形成された、鍔部５ｂが全周にわたってセラミック部材１の一方の端面に接合されるとともに真空空洞部２と同軸状に設けられた金属部材５と、この金属部材５に貫通穴５ａと同軸状に接合された金属管６と、金属部材５の外周面に設けられ、その先端面が金属管６の外面に当接して接合された金属固定部材７とを具備しており、この金属固定部材７は、長手方向が先端面に平行であるとともに金属管６の軸方向に直交する溝７ａが形成されている。
【００１８】
このチャンバにおいて、セラミック部材１は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体などのセラミックスからなる肉厚の円筒状体から構成され、その内側には、粒子を通過させるための真空空洞部２が形成されている。そして、真空空洞部２の内壁面には、チタン（Ｔｉ）等の導電性非磁性材からなる薄層４が形成されている。導電性非磁性材の薄層４は、真空空洞部２を通過する粒子線により励起される誘導電流を流すための導電域をセラミック部材１の内壁面上に確保するためのものである。
【００１９】
セラミック部材１には、筒状体の内部の真空空洞部２の周囲に、セラミック部材１の一方の端面から他方の端面にかけて複数の貫通孔３が互いに平行に形成されている。
【００２０】
貫通孔３内には、水等の冷却液を流すことにより、その貫通孔３周囲の熱を冷却液に吸収させ、その熱を冷却液を媒体にして系外に放出させる役割を有する。
【００２１】
また、セラミック部材１の両端面において、金属部材５が銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ロウやＡｇロウ等のロウ材を介して接合されている。好ましくは、冷却液がセラミック部材１内部を効率よく循環するように、セラミック部材１の端面に隣接する貫通孔３同士を折り返すように連結するための溝が形成されているのがよく、各貫通孔３を流れる冷却液の流れをより完全に均一化できる。
【００２２】
金属部材５は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等からなり、中央部の空隙が真空空間を形成する。また、金属部材５は、セラミック部材１に接合される側の一方の端部に全周にわたって、平面視形状がセラミック部材１の端面と同一形状の鍔部５ｂが形成されている。そして、セラミック部材１と接合していない他方の端部を他の真空容器もしくは真空部品に接続することにより真空境界を連続的に形成できる。なお、金属部材５の鍔部５ｂには、貫通孔３の少なくとも１つに対向する貫通穴５ａが形成されている。
【００２３】
金属管６は、Ｃｕ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属からなる円筒状部材であり、冷却液を貫通孔３に導入、排出するためのもので、金属部材５の貫通穴５ａの開口の周囲にＡｇ−ＣｕロウやＡｇロウ等のロウ材によって接合されている。好ましくは、金属管６はＣｕからなるのがよく、この構成によって耐水性に優れたものとなり、また、Ｃｕは比較的軟らかいため、外力が加わった場合でも適度に変形することによってセラミック部材１に応力が伝わるのを有効に抑制することができる。
【００２４】
金属固定部材７はＣｕ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ＳＵＳ等の金属からなり、金属部材５に取り付けられた金属管６を固定するための部材である。また、金属固定部材７には、長手方向が金属管６の外面に当接して接合された先端面に平行であるとともに金属管６の軸方向に直交する溝７ａが形成されている。
【００２５】
この金属固定部材７の金属部材５への固定はＡｇ−ＣｕロウやＡｇロウ等のロウ材による接合法または溶接法によって、また、金属管６と金属固定部材７との接合はＡｇ−ＣｕロウやＡｇロウ等のロウ材による接合法または溶接法によって行われる。
【００２６】
この構成によって、金属管６に冷却液用配管を接続する際に金属管６に応力が加わっても、その応力が金属固定部材７の溝７ａ部によって吸収され、直接セラミック部材１と金属管６との接合部へ応力が作用することを有効に防止できる。従って、セラミック部材１にクラック等の破損が生じるのを有効に防止してセラミック部材１の内部を長期にわたってより確実に真空に保持することができるとともに、金属管６がセラミック部材１から外れるのを防止して長期にわたって冷却機能を維持させることができ、長期にわたって正常かつ安定に作動する信頼性の高いものとすることができる。
【００２７】
また、チャンバが完成した後に、チャンバ全体に３００℃程度に加熱しながらチャンバの内部の真空引きの作業を行なう。この作業により、チャンバ表面に付着した水分等を完全に除去することができ、チャンバの内部をより真空度の高いものとすることができる。しかしながら、チャンバ全体が熱膨張を起こし、セラミック部材１の金属管６との接合部に熱膨張差による応力が加わり易くなる。特に、金属部材５と金属管６とが異なる材質からなる場合、金属部材５，金属管６との熱膨張差がチャンバの軸方向で大きくなる。そこで、金属固定部材７には軸方向に直交するように溝７ａを形成することによって、金属固定部材７の溝７ａによって薄肉となった部分が適度に変形し、金属部材５と金属管６との熱膨張差を有効に吸収することができる。その結果、セラミック部材１にクラック等の破損が生じるのを防止できるとともに、金属管６がセラミック部材１から外れてしまうのを有効に防止できる。
【００２８】
より好ましくは、溝７ａは複数形成されているとともに、隣接するもの同士が金属固定部材７の一方の面とそれに対向する面とに互い違いに設けられているのがよい。これにより、金属固定部材７がより適度に変形し易くなり、金属管６の熱膨張や収縮に応じて追従するように変形することにより応力をより緩和することができる。
【００２９】
さらに、溝７ａが複数形成されているとともに、隣接するもの同士が金属固定部材７の一方の面とそれに対向する面とに互い違いに設けられている場合、金属固定部材７の溝７ａによって薄くなった部分の肉厚は、隣接する溝７ａ間の金属固定部材７の厚さよりも薄いのがよい。この構成によって、金属管６をより確実に支持固定できるとともに、金属部材５と金属管６との熱膨張差をより有効に吸収することができる。
【００３０】
また、金属管６は、図１（ａ）に示すように、金属部材５との接合部および金属固定部材７との接合部の間が屈曲しているのがよい。これにより、金属管６が熱膨張しても、この屈曲部が適度に変形することによって、金属管６の熱膨張により金属管６と金属部材５との接合部や金属管６と金属固定部材７との接合部に応力が生じるのを有効に抑制することができる。
【００３１】
以上の構成により、チャンバの本体をセラミック部材１で構成したことにより、セラミック部材１自身に渦電流が励起されることがないとともに、セラミック部材１内面の薄層４より発生する熱を外部へ漏らすことがない。また、セラミック部材１内に冷却機能を具備し、冷却用の金属管６を溝７ａを有する金属固定部材７で固定したことから、セラミック部材１にクラック等の破損が生じるのを防止できるとともに、金属管６がセラミック部材１から外れてしまうのを防止できる。その結果、内部を長期にわたって確実に真空に保持するとともに、長期にわたって冷却機能を維持させ、長期にわたって正常かつ安定に作動する信頼性の高いチャンバとすることができる。
【００３２】
なお、以上はあくまで本発明の実施の形態の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の粒子加速器用真空チャンバは、粒子加速用の真空空洞部を形成する筒状体から成るとともに、筒状体の内部に複数の冷却液用の貫通孔が一方の端面から他方の端面にかけて形成されたセラミック部材と、筒体から成るとともに外周面の一方の端部に全周にわたって鍔部が形成され、鍔部に貫通孔の少なくとも１つに対向する貫通穴が形成された、鍔部が全周にわたってセラミック部材の一方の端面に接合されるとともに真空空洞部と同軸状に設けられた金属部材と、金属部材に貫通穴と同軸状に接合された金属管と、金属部材の外周面に設けられ、その先端面が金属管の外面に当接して接合された金属固定部材とを具備しており、金属固定部材は、長手方向が先端面に平行であるとともに金属管の軸方向に直交する溝が形成されていることにより、金属管に冷却液用配管を接続する際に金属管に応力が加わっても、その応力が金属固定部材の溝部によって吸収され、直接セラミック部材と金属管との接合部へ応力が作用することを有効に防止できる。従って、セラミック部材にクラック等の破損が生じるのを有効に防止してセラミック部材の内部を長期にわたってより確実に真空に保持することができるとともに、金属管がセラミック部材から外れるのを防止して長期にわたって冷却機能を維持させることができ、長期にわたって正常かつ安定に作動する信頼性の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の一例を示す軸方向に平行な面における断面図、（ｂ）は（ａ）の軸方向に垂直な面における断面図である。
【図２】（ａ）は従来の粒子加速器用真空チャンバの軸方向に平行な面における断面図、（ｂ）は（ａ）の軸方向に垂直な面における断面図である。
【符号の説明】
１：セラミック部材
２：真空空洞部
３：貫通孔
５：金属部材
６：金属管
７：金属固定部材
７ａ：溝
【図１】
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【図２】
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