(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞を有していて前記荷電粒子源から供給される荷電粒子を当該超伝導加速空洞における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器と、この超伝導加速器内の超伝導加速空洞に加速用の高周波電力を供給する高周波発振器と、前記超伝導加速器にその内部の超伝導加速空洞を超伝導状態に保つ液体冷媒を供給する冷凍機とを備える荷電粒子加速装置において、
前記超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよびその平均電流を目的とする値に保ちつつ、前記高周波発振器から高周波電力を前記超伝導加速器にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると共に当該高周波電力を間欠的に供給することに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力して、前記超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行うことを特徴とする荷電粒子加速装置の運転方法。
【請求項２】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞を有していて前記荷電粒子源から供給される荷電粒子を当該超伝導加速空洞における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器と、この超伝導加速器内の超伝導加速空洞に加速用の高周波電力を供給する高周波発振器と、前記超伝導加速器にその内部の超伝導加速空洞を超伝導状態に保つ液体冷媒を供給する冷凍機とを備える荷電粒子加速装置において、
前記高周波発振器から高周波電力を前記超伝導加速器にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると共に当該高周波電力を間欠的に供給することに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力して、前記超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行い、
かつ、前記超伝導加速器で加速された後の荷電粒子の目的とする平均電流ＩM に対して、前記荷電粒子源から出力しかつ前記超伝導加速器で加速する荷電粒子のパルス持続時間幅内の電流ＩP をＩP ＝ＩM ／Ｄなる関係を実質的に満たす値にし、
更に、前記高周波発振器から出力する高周波電力のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、同高周波電力の目的とする平均電力ＰM に対してＰP ＝ＰM ／Ｄなる関係を実質的に満たす値にすることを特徴とする荷電粒子加速装置の運転方法。
【請求項３】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞を有していて前記荷電粒子源から供給される荷電粒子を当該超伝導加速空洞における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器と、この超伝導加速器内の超伝導加速空洞に加速用の高周波電力を供給する高周波発振器と、前記超伝導加速器にその内部の超伝導加速空洞を超伝導状態に保つ液体冷媒を供給する冷凍機とを備える荷電粒子加速装置において、
前記超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよびその平均電流を目的とする値に保ちつつ、前記高周波発振器から高周波電力を前記超伝導加速器にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると共に当該高周波電力を間欠的に供給することに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力して、前記超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行わせる制御を行う制御装置を備えていることを特徴とする荷電粒子加速装置。
【請求項４】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞を有していて前記荷電粒子源から供給される荷電粒子を当該超伝導加速空洞における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器と、この超伝導加速器内の超伝導加速空洞に加速用の高周波電力を供給する高周波発振器と、前記超伝導加速器にその内部の超伝導加速空洞を超伝導状態に保つ液体冷媒を供給する冷凍機とを備える荷電粒子加速装置において、
前記高周波発振器から高周波電力を設定されたデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に出力させると共に当該高周波電力を間欠的に出力させることに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力させる制御機能と、前記高周波発振器から出力する高周波電力のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、同高周波電力の設定された平均電力ＰM に対してＰP ＝ＰM ／Ｄなる関係を実質的に満たす値に制御する制御機能と、前記荷電粒子源から出力する荷電粒子のパルス持続時間幅内の電流ＩP を、同荷電粒子の設定された平均電流ＩM に対してＩP ＝ＩM ／Ｄなる関係を実質的に満たす値に制御する制御機能とを有する制御装置を備えていることを特徴とする荷電粒子加速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高周波形の線形加速器（Ｌｉｎａｃ：ライナック。リニアックとも呼ばれる。）の一種である超伝導加速器を用いて電子、イオン等の荷電粒子を加速して、電子線照射による架橋、改質、殺菌、減菌、殺虫等、あるいはイオン照射によるイオン注入、改質等に用いられる荷電粒子加速装置およびその運転方法に関し、より具体的には、加速された荷電粒子による目的とする処理能力を確保しつつ、超伝導加速器に液体ヘリウム等の液体冷媒を供給する冷凍機に必要とされる冷凍能力を低減させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被照射物に電子線を照射する電子線照射装置は、有害ガス使用の課題や放射線源（ラジオアイソトープ）管理の課題が存在しないことから、プラスチック材料の改質、食品の滅菌・殺菌、発芽防止、医療器具の滅菌・殺菌等の多くの処理分野において利用したいという要望（ニーズ）がある。
【０００３】
このような電子線照射装置の一つに、電子を加速空洞における高周波電界によって加速する線形加速器を用いた電子線照射装置がある。
【０００４】
しかし、従来の線形加速器は常伝導タイプの加速空洞を用いるものであり、このタイプでは、これまでの技術では、エネルギーが１０ＭｅＶ程度、パワーが２５ｋＷ程度の電子ビームを得るのがほぼ上限である。これは、常伝導タイプの加速空洞では、加速電界を発生させるだけで膨大なジュール熱が発生し、この熱によって加速空洞に不均一でしかも大きな歪みが発生して、容易に動作不安定が発生し、大出力になるとこの不安定発生を抑えて安定性を確保するのが極めて困難になるからである。
【０００５】
これに対して、超伝導加速空洞を有する超伝導加速器を用いた荷電粒子加速装置が既に提案されている。例えば、特許第３０９４２９９号参照。
【０００６】
この荷電粒子加速装置は、電子等の荷電粒子を発生する荷電粒子源と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞を有していて荷電粒子源から供給される荷電粒子を当該超伝導加速空洞における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器と、この超伝導加速器内の超伝導加速空洞に加速用の高周波電力を供給する高周波発振器と、超伝導加速器にその内部の超伝導加速空洞を超伝導状態に保つ液体ヘリウム等の液体冷媒を供給する冷凍機とを備えて成る。
【０００７】
上記超伝導加速空洞では、超伝導であるが故に、ジュール熱損は常伝導に比べれば遙かに小さく、殆ど無視できるので、加速空洞における熱歪み発生に伴う動作不安定の問題は起こらない。
【０００８】
その結果、このような超伝導加速器を用いた荷電粒子加速装置では、従来の常伝導タイプの線形加速器を用いた装置よりも、大出力を容易に実現することができる。例えば、エネルギーが１０ＭｅＶ程度、パワーが従来の４倍の１００ｋＷ程度の荷電粒子ビーム（例えば電子ビーム）を得ることも十分に可能である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、超伝導加速器を用いた荷電粒子加速装置では、上記のような冷凍機が必要であり、この冷凍機のコストが嵩むという課題がある。
【００１０】
これを、エネルギーが１０ＭｅＶでパワーが１００ｋＷの荷電粒子を出力する超伝導加速器を例に詳述する。このときの荷電粒子の電流は連続１０ｍＡである。
【００１１】
超伝導加速空洞が例えばニオブ（Ｎb ）から成る場合、これを超伝導状態に保つために、例えば液体ヘリウムによって４．２Ｋに冷却することになるが、この温度状態を保つには、熱シールド、支持体等を通して流入して来る合計で３Ｗ程度の流入熱を除去しなければならない。これだけのためであれば、例えば１０Ｗの冷凍能力を持つ冷凍機を１台準備すれば良い。
【００１２】
しかし、超伝導加速空洞においては、荷電粒子を加速するために、その加速エネルギー（ここでは１０ＭｅＶ）に相当する高周波高電界を発生させなければならない。この高周波の周波数は、例えば５００ＭＨｚである。
【００１３】
超伝導加速空洞は、直流抵抗は完全に零であるけれども、高周波に対しては僅かながら「表面抵抗」と呼ばれる抵抗が残り、これが発熱の原因となる。この抵抗値は、使い方にも依るが１０ｎΩのオーダーであり、高周波高電界発生時にこの抵抗によるジュール熱損によって、ここで例にしている超伝導加速器では、その超伝導加速空洞において２０〜３０Ｗ程度の発熱が起こる。この発熱量は、加速用の高周波高電界の大きさ、即ち加速エネルギーに依存する。
【００１４】
その結果、最大定格運転時の必要総廃熱量は２３〜３３Ｗ程度となり、これに余裕を持たせた大きさの冷凍能力が冷凍機に要求される。例えば、冷凍能力が１０Ｗの冷凍機を用いるのであればそれが４台必要になる。
【００１５】
超伝導加速空洞を超伝導に保つような極低温の液体冷媒を供給する冷凍機は非常に高価であり、必要とする冷凍能力が大きくなるほどますます高価になる。また、そのような冷凍機が消費する電力も比較的大きく（例えば４．２Ｋのヘリウム冷凍機４台で約８０ｋＷ）、必要とする冷凍能力が大きくなるほど電力代も嵩む。小さい冷凍能力の冷凍機を複数台用いる場合も問題は同じである。
【００１６】
そこでこの発明は、超伝導加速器およびそれ用の冷凍機を備える前述したような荷電粒子加速装置において、加速された荷電粒子による目的とする処理能力を確保しつつ、冷凍機に必要とされる冷凍能力を低減させ、総効率を増加させることを主たる目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る荷電粒子加速装置の運転方法の一つは、前記超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよびその平均電流を目的とする値に保ちつつ、前記高周波発振器から高周波電力を前記超伝導加速器にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると共に当該高周波電力を間欠的に供給することに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力して、前記超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行うことを特徴としている（請求項１）。
【００１８】
この発明に係る荷電粒子加速装置の一つは、前記超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよびその平均電流を目的とする値に保ちつつ、前記高周波発振器から高周波電力を前記超伝導加速器にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると共に当該高周波電力を間欠的に供給することに同期させて前記荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力して、前記超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行わせる制御を行う制御装置を備えていることを特徴としている（請求項３）。
【００１９】
超伝導加速空洞においては、加速用の高周波高電界を発生させることによって前述したジュール熱が発生し、このジュール熱の発生量は荷電粒子の加速エネルギーに依存するのであって、加速する荷電粒子の電流値の大小は関係しない。従って、荷電粒子の加速エネルギーを目的とする値に保ちつつ、超伝導加速器に高周波電力をデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に供給すると、超伝導加速空洞における高周波高電界も同じデューティ比Ｄで間欠的に発生するため、連続運転（即ちＤ＝１）に比べて、超伝導加速空洞におけるジュール熱の発生量はＤ倍に減少する。その結果、冷凍機に必要とされる冷凍能力も約Ｄ倍に低減させることができる。
【００２０】
一方、超伝導加速器における荷電粒子の加速を間欠的に行っても、超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよび平均電流を目的とする値に保てば、この両者によって荷電粒子による処理能力は定まるので、目的とする処理能力を確保することができる。
【００２１】
その結果、この発明によれば、加速された荷電粒子による目的とする処理能力を確保しつつ、冷凍機に必要とされる処理能力を低減させることができる。
【００２２】
超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよび平均電流を目的とする値に保つことを実現するためには、より具体的には、荷電粒子源から出力する荷電粒子のパルス持続時間幅内の電流ＩP および高周波発振器から出力する高周波電力のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、デューティ比Ｄに応じて大きくすれば良い。より具体的には、それらをそれぞれ、荷電粒子の目的とする平均電流ＩM および高周波電力の目的とする平均電力ＰM の実質的に１／Ｄ倍にすれば良い（請求項２および４）。この平均電流および平均電力は、それぞれ、連続運転時の荷電粒子電流および高周波電力に相当している。
【００２３】
なお、デューティ比Ｄの下限を０．０１としたのは、それ以下にすると、超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよび平均電流を目的とする値に保つために、上記のように、荷電粒子源から出力する荷電粒子のパルス持続時間幅内の電流および高周波発振器から出力する高周波電力のパルス持続時間幅内の電力を非常に大きくしなければならなくなり、実用的あるいは経済的でなくなるからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る運転方法を実施する荷電粒子加速装置の一例を示す概略図である。図２は、図１中の超伝導加速器周りの一例を示す概略断面図である。
【００２５】
この荷電粒子加速装置は、荷電粒子４を発生（出力）する荷電粒子源２と、超伝導状態に保たれる超伝導加速空洞１４（図２参照）を有していて荷電粒子源２から供給される荷電粒子４を当該超伝導加速空洞１４における高周波電界によって加速して出力する超伝導加速器６と、この超伝導加速器６に（より具体的にはその内部の超伝導加速空洞１４に）加速用の高周波電力１９を供給する高周波発振器１８と、超伝導加速器６にその内部の超伝導加速空洞１４を超伝導状態に保つ液体冷媒１２（図２参照）を供給する冷凍機１６とを備えている。
【００２６】
荷電粒子４は、例えば、電子またはイオン等である。
【００２７】
荷電粒子４が電子の場合は、荷電粒子源２は例えば電子銃である。荷電粒子４がイオンの場合は、荷電粒子源２は例えばイオン源である。
【００２８】
高周波発振器１８から出力された高周波電力１９は、この例では同軸管２０およびそれに接続されたアンテナ２２を経由して、超伝導加速器６内の超伝導加速空洞１４に供給される。但し、この同軸管２０等の代わりに、導波管等を用いても良い。なお、この明細書において「高周波」は、マイクロ波を含む広い概念で用いている。
【００２９】
超伝導加速器６は、高周波形の線形加速器の一種であり、この例では、図２に示すような構造をしている。
【００３０】
即ち、この超伝導加速器６は、冷凍機１６から供給された液体冷媒１２が満たされる液体冷媒容器１０内に、複数個（この例では５個）直列に接続された超伝導加速空洞１４を収納し、更にこの液体冷媒容器１０を真空容器８内に収納した構造をしている。即ちこの超伝導加速空洞１４は、５セル構造をしている。液体冷媒容器１０と真空容器８との間には、通常は、熱シールドやその支持体等が設けられているが、ここではその図示を省略している。
【００３１】
この例では、各超伝導加速空洞１４をニオブ（Ｎb ）で形成し、液体冷媒１２として液体ヘリウムを用い、冷凍機１６としてヘリウム冷凍機を備えている。従って各超伝導加速空洞１４は、液体ヘリウムの温度４．２Ｋで超伝導状態に保たれる。但し、この超伝導加速空洞１４には、ニオブ以外の超伝導材料を用いても良く、またその材料に応じて、それを超伝導状態に保つ液体冷媒１２の種類を定めれば良い。
【００３２】
超伝導加速空洞１４の数（セル数）および高周波電力１９の周波数等によって、荷電粒子４の最大の加速エネルギーは概ね定まる。例えば、電子を加速する場合、５００ＭＨｚで５セルとすれば、最大で１０ＭｅＶ程度のエネルギーを得ることができる。
【００３３】
このような荷電粒子加速装置において、荷電粒子４の加速を連続的に行う（連続運転する）のではなく、間欠的に行う（間欠運転する）。即ち、高周波発振器１８から高周波電力１９を超伝導加速器６にデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で矩形波状に間欠的に繰り返して供給して、超伝導加速器６における荷電粒子４の加速をデューティ比Ｄで間欠的に行う。
【００３４】
かつ、超伝導加速器６で加速された後の荷電粒子４の目的とする（必要な）平均電流ＩM に対して、荷電粒子源２から出力しかつ超伝導加速器６で加速する荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP を、次の数１を実質的に満たす値に制御する。この明細書で「実質的に」とは、厳密に等しくなくても良く、多少のずれは許容するという意味である。多少のずれは、実際上起こり得るし、また実用上も差し支えないからである。
【００３５】
【数１】
ＩP ＝ＩM ／Ｄ
【００３６】
更に、高周波発振器１８から出力する高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、同高周波電力１９の目的とする（必要な）平均電力ＰM に対して、次の数２を実質的に満たす値に制御する。
【００３７】
【数２】
ＰP ＝ＰM ／Ｄ
【００３８】
上記のような間欠運転を行ったときに超伝導加速器６から出力される荷電粒子４の電流波形の例を図３および図４にそれぞれ示す。荷電粒子電流の周期をＴ、出力幅（期間）をτとすると、上記デューティ比Ｄは次式で表される。
【００３９】
【数３】
Ｄ＝τ／Ｔ
【００４０】
図３は、デューティ比Ｄ＝０．５の場合の例であり、荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP は、目的とする平均電流ＩM の２倍にする。また、図示していないけれども、高周波発振器１８から出力する高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP も、目的とする平均電力ＰM の２倍にする。この運転モードは、デューティ比Ｄにちなんで１／２運転と呼ぶことができる。
【００４１】
図４は、デューティ比Ｄ＝０．２５の場合の例であり、荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP は、目的とする平均電流ＩM の４倍にする。また、図示していないけれども、高周波発振器１８から出力する高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP も、目的とする平均電力ＰM の４倍にする。この運転モードは、デューティ比Ｄにちなんで１／４運転と呼ぶことができる。
【００４２】
但し、デューティ比Ｄは、上記例の０．５または０．２５に限られるものではなく、それ以外でも良い。但し、Ｄは、前述したように０．０１＜Ｄ＜１の範囲内とする。
【００４３】
なお、従来の常伝導タイプの線形加速器は、前述したような加速空洞の発熱の問題から、パルス運転しか行うことはできない。このパルス運転のデューティ比は、幾ら大きく見ても０．００１以下であり、このようなパルス運転と、本願発明で採用している間欠運転とは、デューティ比が１０〜１００倍程度も異なり、別の思想のものであると言うことができる。
【００４４】
荷電粒子源２は、上記のようなパルス持続時間幅内の電流ＩP の荷電粒子４を出力することのできる容量（能力）のものにしておく。例えば、荷電粒子４の目的とする平均電流ＩM を１０ｍＡとする場合、デューティ比Ｄを０．５にするならば２０ｍＡ、デューティ比Ｄを０．２５にするならば４０ｍＡのパルス持続時間幅内の電流ＩP で荷電粒子４を出力することのできるものにしておく。
【００４５】
高周波発振器１８も、上記のようなパルス持続時間幅内の電力ＰP の高周波電力１９を出力することのできる容量（能力）のものにしておく。例えば、高周波電力１９の目的とする平均電力ＰM を１００ｋＷとする場合、デューティ比Ｄを０．５にするならば２００ｋＷ、デューティ比Ｄを０．２５にするならば４００ｋＷのパルス持続時間幅内の電力ＰP で高周波電力１９を出力することのできるものにしておく。
【００４６】
上記のような間欠運転を行う場合、高周波発振器１８から高周波電力１９を間欠的に出力することに同期させて、荷電粒子源２から荷電粒子４を間欠的に出力させるのが好ましい。これは、荷電粒子源２から荷電粒子４を連続して出力しておいて、高周波電力１９を間欠的に出力するだけでも、超伝導加速器６における荷電粒子４の加速を間欠的に行うことは可能であるけれども、超伝導加速器６で加速を行わない期間（図３および図４中のＴ−τの期間）中に、荷電粒子源２から出力された荷電粒子４が超伝導加速器６内の構造物に当たって発熱が生じ、これが冷凍機１６の負荷となることを避ける観点から、荷電粒子４を同期させて出力する方が好ましいからである。
【００４７】
この荷電粒子加速装置は、更に、上記のような間欠運転を行うための制御装置２４を備えている。
【００４８】
この制御装置２４は、（ａ）高周波発振器１８を制御して、それから高周波電力１９を設定されたデューティ比Ｄで間欠的に出力させる制御機能と、（ｂ）同じく高周波発振器１８を制御して、それから出力する高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、設定された平均電力ＰM に対して上記数２の関係を実質的に満たす値に制御する制御機能と、（ｃ）荷電粒子源２を制御して、それから出力する荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP （これは、荷電粒子源２から荷電粒子４を連続して出力する場合は、その連続した電流値のことである）を、設定された平均電流ＩM に対して上記数１の関係を実質的に満たす値に制御する制御機能とを有している。上記デューティ比Ｄ、平均電力ＰM および平均電流ＩM は、この制御装置２４に設定値として与えられる。
【００４９】
前述したように、超伝導加速器６内の超伝導加速空洞１４においては、高周波電力１９を供給して加速用の高周波高電界を発生させることによって、当該超伝導加速空洞１４の前述した表面抵抗によるジュール熱が発生し、このジュール熱の発生量は、加速用の高周波高電界の大きさ、即ち荷電粒子４の加速エネルギーに依存するのであって、超伝導加速空洞１４で加速する荷電粒子４の電流値の大小は関係しない。即ち、図３および図４を参照して、高周波高電界を発生させて荷電粒子４を加速している期間τ中にのみジュール熱は発生し、残りの期間（Ｔ−τ）中はジュール熱は発生しない。しかもジュール熱の発生量は、加速エネルギーを一定とするならば、この期間τの長さに比例するのであって、加速する荷電粒子電流を大きくしても変わらない。先の例で言えば２０ｍＡまたは４０ｍＡにしても、１０ｍＡのときと変わらない。
【００５０】
従って、荷電粒子４の加速エネルギーを目的とする値に保ちつつ、超伝導加速器６に高周波電力１９をデューティ比Ｄで間欠的に供給すると、超伝導加速空洞１４における高周波高電界も同じデューティ比Ｄで間欠的に発生するため、連続運転に比べて、超伝導加速空洞１４におけるジュール熱の発生量はＤ倍に減少する。その結果、冷凍機１６に必要とされる冷凍能力も約Ｄ倍に低減させることができる。
【００５１】
例えば、超伝導加速器６で加速後の荷電粒子４のエネルギーを１０ＭｅＶ、平均パワーを１００ｋＷとして前述した条件と同条件にした場合、連続運転であれば前述したように１０Ｗの冷凍能力を持つ冷凍機１６が４台必要であるけれども、デューティ比Ｄが０．５の１／２運転モードを採用すれば、最大定格運転時の必要総廃熱量は１３〜１８Ｗ程度になり、上記能力の冷凍機１６は２台で済む。デューティ比Ｄが０．２５の１／４運転モードを採用すれば、最大定格運転時の必要総廃熱量は５〜１０Ｗ程度になり、上記能力の冷凍機１６は１台で済む。
【００５２】
その結果、連続運転の場合に比べて、冷凍機１６に要するコストを大幅に低減することができる。冷凍機１６の運転に要する電力代も安くなる。また、冷凍機１６の専有スペースが小さくなるので、荷電粒子加速装置全体を小型化することができる。冷凍機１６の数が減ればそのぶんメンテナンスも楽になる。
【００５３】
一方、超伝導加速器６における荷電粒子４の加速を間欠的に行っても、荷電粒子源２から出力しかつ超伝導加速器６で加速する荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP を、上記数１の関係を実質的に満たすように制御するので、目的とする平均電流ＩM を確保することができる。
【００５４】
更に、高周波発振器１８から出力する高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP を、上記数２の関係を実質的に満たすように制御するので、目的とする平均電力ＰM を確保することができる。
【００５５】
加速する荷電粒子４のパルス持続時間幅内の電流ＩP を数１のように変えても、高周波電力１９のパルス持続時間幅内の電力ＰP を数２のように変えることによって、加速後の荷電粒子４のエネルギーＥを目的とする値に実質的に保つことができる。
【００５６】
これを詳述すると、超伝導加速空洞１４では、前述したようにジュール熱損は常伝導に比べれば極めて小さく、ここでは（即ち、冷凍機の冷凍能力を問題とする場面以外では）、超伝導加速空洞１４からの反射を実質的に零に調節すれば、供給された高周波電力１９はほぼ全て荷電粒子４の加速に使用されて荷電粒子４のパワーに変換されると考えることができる。従って、高周波発振器１８から出力される高周波電力１９の出力Ｐと、超伝導加速器６で加速される荷電粒子４のパワーＷとの間には、次式の関係が成立する。
【００５７】
【数４】
Ｐ≒Ｗ
【００５８】
一方、加速後の荷電粒子４のパワーＷは、荷電粒子４のエネルギーＥと当該荷電粒子４の電流値Ｉとの積であり、次式で表される。
【００５９】
【数５】
Ｗ＝Ｅ・Ｉ
【００６０】
上記数４および数５より、次式の関係が得られる。
【００６１】
【数６】
Ｐ≒Ｗ＝Ｅ・Ｉ
【００６２】
この数６から分かるように、加速する荷電粒子４の電流値Ｉを変化させても、それと同じ比率で高周波電力１９の出力Ｐを変化させることによって、加速後の荷電粒子４のエネルギーＥを一定に保つことができる。
【００６３】
加速された荷電粒子４による処理能力は、当該荷電粒子４のエネルギーＥと平均電流ＩM とで決まり、これらはこの発明では上記のようにデューティ比Ｄを変えても目的とする値に実質的に保つことができるので、目的とする処理能力を確保することができる。しかも、前述したように、冷凍機１６に必要とされる冷凍能力を低減させることができる。
【００６４】
なお、間欠運転の周期Ｔ（または周波数Ｆ＝１／Ｔ）は、加速後の荷電粒子４をどのように使うか等の目的に応じて決めれば良い。例えば、次に述べる電子線照射装置に使用し、コンベア等で被照射物を流すような状況で使用する場合は、周期Ｔが１秒では長すぎて、処理むらが発生する虞れがある。一般的に言って、間欠運転の周波数Ｆを例えば数十サイクル毎秒程度にすれば、処理むらは実用上問題にならない程度になる。この程度の周波数Ｆであれば、高周波発振器１８から高周波電力１９を間欠的に出力させることは、あるいはそれに同期させて荷電粒子源２から荷電粒子４を間欠的に出力させることも、特に支障はない。
【００６５】
この荷電粒子加速装置は、図１に示す例のように、超伝導加速器６の下流側に、超伝導加速器６から出力された荷電粒子４を走査する走査器（図示例では走査コイル）２８および末広がりの走査管３０を設けて、走査管３０の先端部に設けた窓箔３２を透過させて、走査された荷電粒子４を照射雰囲気中（例えば大気中）へ取り出して被照射物３４に照射するように構成しても良い。この場合、荷電粒子４を電子とすれば、この装置は走査形の電子線照射装置となる。これによって、被照射物３４に、例えば、架橋、改質、殺菌、滅菌、殺虫等の処理を施すことができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、超伝導加速器における荷電粒子の加速をデューティ比Ｄ（０．０１＜Ｄ＜１）で間欠的に行うことによって、超伝導加速空洞におけるジュール熱の発生量が、連続運転に比べてＤ倍に減少するので、冷凍機に必要とされる冷凍能力も約Ｄ倍に低減させることができる。
更に、上記間欠運転を行う場合に、高周波発振器から高周波電力を間欠的に出力することに同期させて、荷電粒子源から荷電粒子を間欠的に出力させるので、超伝導加速器で加速を行わない期間（周期Ｔ−出力幅τの期間）中に、荷電粒子源から出力された荷電粒子が超伝導加速器内の構造物に当たって発熱が生じ、これが冷凍機の負荷となることを避けることができる。
【００６７】
しかも、超伝導加速器における荷電粒子の加速を間欠的に行っても、超伝導加速器から出力する荷電粒子のエネルギーおよび平均電流を目的とする値に保つことによって、この両者によって荷電粒子による処理能力は定まるので、目的とする処理能力を確保することができる。
【００６８】
従って、加速された荷電粒子による目的とする処理能力を確保しつつ、冷凍機に必要とされる処理能力を低減させ、総効率を増加させることができる。
【００６９】
その結果、冷凍機のコストを低減させることができる。また、冷凍機の運転電力代、専有スペース、メンテナンス等も削減することができると共に、荷電粒子加速装置全体を小型化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る運転方法を実施する荷電粒子加速装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１中の超伝導加速器周りの一例を示す概略断面図である。
【図３】間欠運転時に超伝導加速器から出力される荷電粒子の電流波形の一例を示すものであり、デューティ比は０．５である。
【図４】間欠運転時に超伝導加速器から出力される荷電粒子の電流波形の他の例を示すものであり、デューティ比は０．２５である。
【符号の説明】
２  荷電粒子源
４  荷電粒子
６  超伝導加速器
１２  液体冷媒
１４  超伝導加速空洞
１６  冷凍機
１８  高周波発振器
１９  高周波電力
２４  制御装置
【図１】
0003968463.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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