(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導状態で荷電粒子を高周波電界によって加速する超伝導加速空洞と、この超伝導加速空洞を収納しており、かつ当該超伝導加速空洞を冷却して超伝導状態に保つ液体ヘリウムを溜める液体ヘリウム容器と、この液体ヘリウム容器を収納していて内部が真空に排気される常温の真空容器と、この真空容器と前記液体ヘリウム容器との間に設けられていてその間の輻射熱を遮蔽するものであって、複数層の熱遮蔽膜から成り、当該熱遮蔽膜の少なくとも一部が４．２Ｋより高く６０Ｋより低い温度に曝される熱遮蔽膜層とを備える超伝導加速装置において、真空状態にある前記真空容器内にベントガスを導入して当該真空容器内を大気圧状態に戻す際に、当該ベントガスとしてヘリウムガスを用いることを特徴とする超伝導加速装置のベント方法。
【請求項２】
超伝導状態で荷電粒子を高周波電界によって加速する超伝導加速空洞と、この超伝導加速空洞を収納しており、かつ当該超伝導加速空洞を冷却して超伝導状態に保つ液体ヘリウムを溜める液体ヘリウム容器と、この液体ヘリウム容器の外側を囲んでいて４．２Ｋより高く５０Ｋより低い温度に強制的に冷却される第１熱遮蔽体と、この第１熱遮蔽体の外側を囲んでいて５０Ｋより高く常温より低い温度に強制的に冷却される第２熱遮蔽体と、この第２熱遮蔽体と前記第１熱遮蔽体との間に設けられていて複数層の熱遮蔽膜から成る熱遮蔽膜層と、前記第２熱遮蔽体の外側を囲んでいて内部が真空に排気される常温の真空容器とを備える超伝導加速装置において、真空状態にある前記真空容器内にベントガスを導入して当該真空容器内を大気圧状態に戻す際に、当該ベントガスとしてヘリウムガスを用いることを特徴とする超伝導加速装置のベント方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導加速空洞によって電子、イオン等の荷電粒子を加速する超伝導加速装置を構成する真空容器内にベントガスを導入して当該真空容器内を大気圧状態に戻す（いわゆるベントする）ベント方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の超伝導加速装置の一例を図１および図２に示す。なお、これと同様の装置が、特許第３０９４２９９号に記載されている。
【０００３】
この超伝導加速装置は、超伝導状態で電子、イオン等の荷電粒子２を高周波電界によって加速する複数の超伝導加速空洞４を有しており、各超伝導加速空洞４は互いに直列に接続されている。各超伝導加速空洞４は、例えばニオブ（Ｎb ）から成る。
【０００４】
この超伝導加速空洞４には、この例では、同軸管２０およびアンテナ２２を経由して、荷電粒子２の加速用の高周波電力２４が供給される。超伝導加速空洞４の数（セル数）およびこの高周波電力２４のパワーの大きさによって、荷電粒子２の最大の加速エネルギーは概ね定まる。
【０００５】
超伝導加速空洞４は、図示しない冷凍機から液体ヘリウム８が供給され、それを溜める液体ヘリウム容器６内に収納されている。この液体ヘリウム８によって、より具体的には液体ヘリウム８に浸すことによって、超伝導加速空洞４を４．２Ｋ程度に冷却して、超伝導加速空洞４を超伝導状態に保つことができる。液体ヘリウム容器６も４．２Ｋ程度の温度になる。
【０００６】
この液体ヘリウム容器６は、内部が真空に排気される常温（約３００Ｋ）の真空容器１６内に収納されている。この真空容器１６と液体ヘリウム容器６との間の輻射熱を遮蔽するために、図２に示すような遮蔽構造が採用されている。
【０００７】
即ち、真空容器１６内には、液体ヘリウム容器６の外側を覆い包むように囲む第１熱遮蔽体１０と、この第１熱遮蔽体１０の外側を覆い包むように囲む第２熱遮蔽体１２とが設けられている。この第２熱遮蔽体１２の外側を真空容器１６が囲んでいる。
【０００８】
第１熱遮蔽体１０は、図示しない冷凍機によって、４．２Ｋより高く５０Ｋより低い温度に、例えば２０Ｋ程度の温度に強制的に冷却される。第２熱遮蔽体１２は、図示しない冷凍機によって、５０Ｋより高く常温より低い温度に、例えば８０Ｋ程度の温度に強制的に冷却される。
【０００９】
装置の運転時は、真空容器１６内は真空に排気され、中心部の超伝導加速空洞４から液体ヘリウム容器６、第１熱遮蔽体１０、第２熱遮蔽体１２および真空容器１６の間は、機械的に各々を支えることを除けば、真空断熱される。即ち、対流伝熱が防止される。
【００１０】
輻射熱に関しては、二つの物体間の輻射による熱移動量は、両物体間の温度差ΔＴの４乗に比例する。従って、両物体間に中間物を入れて中間温度段階を介せば、輻射熱移動量を大幅に低減することができる。そのために、この例では、液体ヘリウム容器６と真空容器１６との間に、上記のような第１熱遮蔽体１０および第２熱遮蔽体１２を設けている。
【００１１】
更に輻射熱移動量を低減させるために、この例では、第１熱遮蔽体１０と第２熱遮蔽体１２との間に第１熱遮蔽体１０を囲むように、複数層（例えば１００層程度）の熱遮蔽膜１４から成る熱遮蔽膜層１５を設けている。この熱遮蔽膜層１５は、スーパーインシュレータとも呼ばれる。熱遮蔽膜層１５を構成する各熱遮蔽膜１４は、例えば、厚さがμｍ単位の非常に薄いプラスチック膜の表面に、輻射熱の透過を抑えるアルミニウム等の金属膜を形成（例えば蒸着）したものである。この各熱遮蔽膜１４は、輻射熱（遠赤外光）の透過を抑えるけれども、通常は非常に薄くて弱いものである。
【００１２】
このような熱遮蔽膜層１５を設けると、それを構成する熱遮蔽膜１４の層数（枚数）をｎとすると、第１熱遮蔽体１０と第２熱遮蔽体１２との間の輻射熱移動量は、互いに独立な理想的なときはこの熱遮蔽膜層１５を設けない場合の１／（ｎ＋１）になるので、輻射熱絶縁の効果は大きく、この効果は層数ｎを大きくするほど大きくなる。このような熱遮蔽膜層１５を設けることによって、第１熱遮蔽体１０の温度を前述した２０Ｋ程度に容易に下げることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような超伝導加速装置では、メインテナンス等のために、真空状態にある真空容器１６内を大気圧状態に戻す場合がある。このとき、真空容器１６内にはベントガスと呼ばれるガス１８を導入して大気圧状態に戻す。即ちベントする。このベントガス１８には、従来から一般的に、乾燥した窒素ガスが用いられていた。
【００１４】
しかし、ベントガス１８に窒素ガスを用いる従来のベント方法には次のような課題がある。
【００１５】
即ち、窒素の液化温度および固化温度は、それぞれ、約７７．３Ｋおよび約６３．３Ｋである。これに対して、第１熱遮蔽体１０と第２熱遮蔽体１２との間にある熱遮蔽膜層１５の温度は、ベント時には、両熱遮蔽体１０、１２の温度の間に分布している。例えば、前述したように第１熱遮蔽体１０の冷却温度は２０Ｋ程度、第２熱遮蔽体１２の冷却温度は８０Ｋ程度であり、従って熱遮蔽膜層１５の温度はこの２０Ｋと８０Ｋの間に分布している。
【００１６】
熱遮蔽膜層１５は層数が多くまた断熱効果が高いこと等もあって、ベント時に熱遮蔽膜層１５の温度はなかなか上昇せず、この熱遮蔽膜層１５にベント用の窒素ガスが入って液化したり固化したりすることが起こる。固化した場合は、固体窒素の成長によって熱遮蔽膜１４を突き破る等して、熱遮蔽膜層１５を傷めることがある。そうでなくても、熱遮蔽膜層１５に液化または固化した窒素が存在していると、真空容器１６内を再び真空排気する時の真空度の立ち上がりを非常に遅くする。気体と違って、液体や固体の真空排気による排出は難しいからである。
【００１７】
そこでこの発明は、上記のような熱遮蔽膜層を傷める恐れがなく、しかも真空容器内を再び真空排気する時の真空度の立ち上がりが速いベント方法を提供することを主たる目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明のベント方法は、真空状態にある前記真空容器内にベントガスを導入して当該真空容器内を大気圧状態に戻す際に、当該ベントガスとしてヘリウムガスを用いることを特徴としている。
【００１９】
熱遮蔽膜層の温度は、ベント時には、例えば前述したように第１熱遮蔽体の温度と第２熱遮蔽体の温度の間に分布しているけれども、ヘリウムの液化温度である４．２Ｋよりも必ず高い温度にある。従って、ベントガスにヘリウムガスを用いれば、熱遮蔽膜層において、ヘリウムが液化することも固化することもない。従って、熱遮蔽膜層を傷める恐れがなく、しかも真空容器内を再び真空排気する時の真空度の立ち上がりも速い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
超伝導加速装置の構造の例は、図１および図２を参照して上述したのと同様であるので、ここでは重複説明を省略する。
【００２１】
この発明に係るベント方法では、真空状態にある前記真空容器１６内にベントガス１８を導入して真空容器１６内を大気圧状態に戻す際に、当該ベントガス１８としてヘリウムガスを用いる。これには、もちろん、乾燥したヘリウムガスを用いるのが好ましい。
【００２２】
前記熱遮蔽膜層１５の温度は、前述したように、ベント時には、第１熱遮蔽体１０の温度と第２熱遮蔽体１２の温度の間に分布しているけれども、ヘリウムの液化温度である４．２Ｋよりも必ず高い温度にある。より具体例を挙げれば、前述したように、熱遮蔽膜層１５の温度は、第１熱遮蔽体１０の温度である２０Ｋ程度と第２熱遮蔽体１２の温度である８０Ｋ程度の間に分布している。従って、ベントガス１８にヘリウムガスを用いれば、熱遮蔽膜層１５において、ヘリウムが液化することはない。もちろん固化することもない。
【００２３】
従って、固化したヘリウムによって熱遮蔽膜層１５を傷めるという恐れはない。また、熱遮蔽膜層１５に液化または固化したヘリウムが存在することはないので、真空容器１６内を再び真空排気する時の真空度の立ち上がりも速い。即ち、ベントガス１８に窒素ガスを用いたときよりも速やかに真空容器１６内の真空度を良くすることができる。
【００２４】
なお、第１熱遮蔽体１０の前述した温度２０Ｋ程度、および第２熱遮蔽体１２の前述した温度８０Ｋ程度は、それぞれ一例であり、前述した温度範囲内において、この例とは別の温度を選んでも良い。例えば、第１熱遮蔽体１０の温度を４０Ｋ程度にしても良い。その場合でも、熱遮蔽膜層１５の温度はヘリウムの液化温度よりも必ず高い温度にあるので、上記作用効果を奏することができる。
【００２５】
また、この発明のベント方法は、上記例のように二つの熱遮蔽体１０および１２を有する装置に限られるものではなく、上記のような熱遮蔽膜層１５を構成する熱遮蔽膜１４の少なくとも一部が、液体ヘリウムの温度である４．２Ｋより高く、窒素ガスを液化または固化させる温度である６０Ｋより低い温度に曝される装置に適用することもできる。その場合でも、ベントガス１８にヘリウムガスを用いれば、熱遮蔽膜層１５でヘリウムが液化することも固化することもないので、前述したような作用効果を奏することができる。つまり、強制的に冷却される熱遮蔽体は、一つでも良いし、なくても良いし、三つ以上でも良い。例えば、前記第１熱遮蔽体１０と液体ヘリウム容器６との間に更に他の熱遮蔽体を設けても良いし、第２熱遮蔽体１２と真空容器１６との間に更に他の熱遮蔽体を設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、真空容器内のベント時に、熱遮蔽膜層の温度はヘリウムの液化温度である４．２Ｋよりも必ず高い温度にあり、熱遮蔽膜層において、ベントガスのヘリウムが液化することも固化することもないので、熱遮蔽膜層を傷める恐れがない。しかも、熱遮蔽膜層に液化または固化したヘリウムが存在することはないので、真空容器内を再び真空排気する時の真空度の立ち上がりも速い。
【図面の簡単な説明】
【図１】超伝導加速装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
２  荷電粒子
４  超伝導加速空洞
６  液体ヘリウム容器
８  液体ヘリウム
１０  第１熱遮蔽体
１２  第２熱遮蔽体
１５  熱遮蔽膜層
１６  真空容器
１８  ベントガス
【図１】
0004009734.tif 000002
【図２】
0004009734.tif 000003