(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部にビームパイプを有し、その一方のビームパイプに入力カプラが、他方のビームパイプに高調波カプラおよびゲート弁が取り付けられた超伝導加速空洞と、この超伝導加速空洞を収納した真空容器とを具備する荷電粒子加速装置を組み立てる方法であって、
前記真空容器の胴部を分割可能な複数のドラムで構成し、クリーンルーム内において超伝導加速空洞を前記複数のドラムのうちの一つのドラムの内側に挿入してそのドラムに組み付ける一方、その超伝導加速空洞の各ビームパイプに入力カプラ、高調波カプラおよびゲート弁をそれぞれ取り付けて超伝導加速空洞の本体内を密封し、こののち前記ドラムに組み付けた超伝導加速空洞をクリーンルーム内から搬出し、この搬出後に前記ドラムに残りのドラムを組み付けて密閉状態の真空容器を構成することを特徴とする荷電粒子加速装置の組立方法。
【請求項２】
超伝導加速空洞は、空洞本体を液体ヘリウム容器内に収納して一体化した構造であることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子加速装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導加速空洞を用いて電子や陽子等の荷電粒子を加速する荷電粒子加速装置の組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子加速装置は、入力カプラから超伝導状態に維持された共振用の超伝導加速空洞内にマイクロ波を投入し、空洞内に高い電界を発生させ、その電位差を用いて電子や陽子等の荷電粒子を加速する装置である。
【０００３】
超伝導加速空洞は、常伝導型の空洞に比較して、空洞壁で消費するマイクロ波電力が極めて少ないため、省エネルギーでありかつ空洞内に多量のエネルギーを蓄積できることから高い加速電界が得られること、さらに空洞発熱がないことから連続運転が可能であることが特徴である。
【０００４】
しかしながら空洞本体を−２６９℃以下の極低温状態に保持する必要があり、一般には空洞本体を液体へリウムで浸漬冷却している。このため極低温状熊の液体へリウムを収容する極低温保持用の容器（クライオスタット）が必要となる。
【０００５】
また、超伝導加速空洞では上述したように、空洞壁を構成する材料（一般にはニオブ材）が超伝導状態になっているので、表面電流が流れる空洞壁内表面に、空洞内表面処理時の化学的残留物や、空洞水洗時のゴミ、空洞組立時のホコリが付着すると、その場所で表面電流による発熱が発生し超伝導破壊（クエンチ）が起こったり、空洞内に高い電界が発生しているゆえに、そのゴミやホコリが放電源となってしまう。このため超伝導加速空洞の内面は、半導体並みの高清浄度が要求されている。
【０００６】
図１１には従来の荷電粒子加速装置を示してあり、この荷電粒子加速装置は直列に連なって配置した一対の超伝導加速空洞１を備えており、これら超伝導加速空洞１は空洞本体２を液体ヘリウム３で冷却する構造となっている。具体的には、液体ヘリウム３を収容した容器４内に空洞本体２が収納され、この容器４内の液体ヘリウム３により空洞本体２が冷却されている。
【０００７】
空洞本体２は一般には複数個（図１１の例では５個）のユニット２ａを溶接接合してなる。そして空洞本体２の両端部にはビームパイプ５，６が設けられ、これらビームパイプ５，６にそれぞれポート７，８が装着されている。
【０００８】
そして一方のビームパイプ５のポート７には、マイクロ波を空洞本体２内に投入するための入力カプラ９がフランジ接合され、他方のビームパイプ６のポート８には、空洞本体２内に励振された、荷電粒子を加速するのに不都合な電界を空洞本体２の外部に放出するための高調波カプラ１０がフランジ接合されている。さらに他方のビームパイプ６の先端部にはゲート弁１１が接続されている。
【０００９】
液体へリウム３を収容した容器４は、その液体へリウム３の蒸発量を抑える観点から液体ヘリウム容器４への侵入熱量を最小限に低減するようにしてある。このため、液体ヘリウム容器４の支持材は熱伝導率の低いＦＲＰが採用されることが多い。同様の理由で液体ヘリウム容器４の外周は、−２５０℃付近や−１９６℃付近の低温で冷却された輻射熱シールド板１２，１３で覆われ、輻射熱の侵入が抑えられている。そして液体ヘリウム容器４の全体は真空容器１４内に収納され、真空断熱されている。真空容器１４の両端部は鏡板１５により密閉されている。
【００１０】
このように荷電粒子加速装置は何層もの構成部材から成り立っており、このためその組立には多くの工程を要し、空洞本体２の内面の高清浄度を管理維持する上で多くの問題点がある。
【００１１】
従来の荷電粒子加速装置の具体的な組立手順について説明すると、まず、図１２に示すように、空洞本体２は液体へリウム３を収容した容器４内に収納されて超伝導加速空洞１として一体化されている。そして空洞本体２の内面には電界研磨や化学研磨が施されている。
【００１２】
空洞本体２の内面の研磨処理後には、クリーンルーム内において、一方のビームパイプ５におけるポート７の先端の開口部、および他方のビームパイプ６の先端の開口部にそれぞれ密閉板１６を取り付け、またビームパイプ６におけるポート８の先端の開口部に高調波カプラ１０を装着して空洞本体２内を密封する。
【００１３】
次に、超伝導加速空洞１をクリーンルームから搬出し、この搬出した超伝導加速空洞１を図１３に示すように、予め内側に輻射熱シールド板１２，１３が一体的に取り付けられた真空容器１４内にその横から挿入して組み付ける。
【００１４】
こののち、図１４に示すように、塔部ベローズ１７の組立を行なうと共に、入力カプラ用のポート７の密閉板１６を取り外し、このポート７に入力カプラ１０をフランジ接合する。このとき、加速装置の全体は工場または一般の実験室等の通常の雰囲気内にあるから、フランジ締結個所は簡易のクリーンブースで覆われているものの、空洞本体２内は塵埃を含む大気中に開放され、空洞本体２の内面は汚染される。
【００１５】
最後に、図１５に示すように、真空容器１４の両端の開口部に鏡板１５を取り付けると共に、ビームパイプ６にゲート弁１１およびチューニング装置１８を装着する。ゲート弁１１を装着する際には、ビームパイプ６に取り付けられている密閉板１６を取り外す。したがって、このとき空洞本体２内は塵埃を含む大気中に開放される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来においては加速装置の組立時に、二回に渡って空洞本体２内が塵埃を含む大気中に開放され、このため空洞本体２の内面がその大気中のゴミやホコリにより汚染され、所期の性能が得られなくなる。
【００１７】
この発明はこのような点に着目してなされたもので、その目的とするところは、空洞本体の内面の汚染を防止して常に初期の性能を得ることができる荷電粒子加速装置の組立方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、両端部にビームパイプを有し、その一方のビームパイプに入力カプラが、他方のビームパイプに高調波カプラおよびゲート弁が取り付けられた超伝導加速空洞と、この超伝導加速空洞を収納した真空容器とを具備する荷電粒子加速装置を組み立てる方法であって、前記真空容器の胴部を分割可能な複数のドラムで構成し、クリーンルーム内において超伝導加速空洞を前記複数のドラムのうちの一つのドラムの内側に挿入してそのドラムに組み付ける一方、その超伝導加速空洞の各ビームパイプに入力カプラ、高調波カプラおよびゲート弁をそれぞれ取り付けて超伝導加速空洞の本体内を密封し、こののち前記ドラムに組み付けた超伝導加速空洞をクリーンルーム内から搬出し、この搬出後に前記ドラムに残りのドラムを組み付けて密閉状態の真空容器を構成することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は、前記荷電粒子加速装置の超伝導加速空洞が、空洞本体を液体ヘリウム容器内に収納して一体化した構造となっていることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図１ないし１０図を参照して説明する。
図１には組立てられた荷電粒子加速装置の断面図を、図２には同じく一部破断の平面図を、図３には図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図を、図４には図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示してある。
【００２３】
図に示す２１は超伝導加速空洞で、この超伝導加速空洞２１は空洞本体２２を液体ヘリウム容器２３内に収納して一体化してなる。空洞本体２２は両端部にビームパイプ２５，２６を有し、また液体ヘリウム容器２３にはリザーバータンク２４が接続されている。
【００２４】
また、２７は高調波カプラ、２８はゲート弁、２９は２０Ｋ輻射熱シールド板、３０は８０Ｋ輻射熱シールド板、３１は入力カプラ、３２は液体窒素供給排出配管、３３は液体へリウム供給排出配管、３４は真空容器、３５は空洞支持材、３６は空洞受け具である。
【００２５】
真空容器３４は、長手方向に分割可能な複数の例えば三つのドラム３７ａ，３７ｂ，３７ｃで構成された口径の大きな胴部３７と、この胴部３７の両端の開口部に取り付けられた鏡板３８ａ，３８ｂとからなる。
【００２６】
胴部３７を構成する各ドラム３７ａ，３７ｂ，３７ｃは互いにフランジ接合されて一連に結合し、その一端側のドラム３７ａの開口縁に一方の鏡板３８ａがフランジ接合され、他端側のドラム３７ｃの開口縁に他方の鏡板３８ｂがフランジ接合されている。
【００２７】
そしてこの大口径の真空容器３４の内部に、超伝導加速空洞２１、リザーバータンク２４が収納され、これら超伝導加速空洞２１およびリザーバータンク２４を覆うように真空容器３４の内側に２０Ｋ輻射熱シールド板２９および８０Ｋ輻射熱シールド板３０が取り付けられている。
【００２８】
リザーバータンク２４は連通管３９を介して液体ヘリウム容器２３内に連通し、このリザーバータンク２４内から液体ヘリウム容器２３内に亘って充分な量の液体ヘリウム４０が収容されている。そしてリザーバータンク２４に液体ヘリウム供給排出配管３２が接続されている。
【００２９】
空洞受け具３６は、図３に示すように液体ヘリウム容器２３の下側に配置し、また空洞支持材３５は真空容器３４を構成する中間部のドラム３７ｂの上部からその内部下方に挿入され、これら空洞支持材３５の下端部が空洞受け具３６に接続され、これら空洞支持材３５および空洞受け具３６により超伝導加速空洞２１が水平に支持されている。
【００３０】
この荷電粒子加速装置の組立手順について説明すると、まず図５に示すように空洞本体２２と液体ヘリウム容器２３は超伝導加速空洞２１として予め一体的に組み付けられている。この状態もとでクリーンルーム内において、図６に示すように、液体ヘリウム容器２３にリザーバータンク２４を、超伝導加速空洞２１のビームパイプ２６に高調波カプラ２７およびゲート弁２８をそれぞれ取り付ける。そしてリザーバータンク２４、高調波カプラ２７、ゲート弁２８をそれぞれ取り付けたのちの超伝導加速空洞２１を空洞受け具３６の上に乗せる。
【００３１】
図７に示す４２は搬送機構で、この搬送機構４２の上には真空容器３４の胴部２７を構成するドラム３７ａ，３７ｂ，３７ｃのうちの一つ、すなわち胴部２７の中間部を構成するドラム３７ｂが予め配置されている。そして搬送機構４２を介して前記空洞受け具３６の上に配置した超伝導加速空洞２１をその空洞受け具３６と共に図８に示すように前記ドラム３７ｂ内に挿入する。
【００３２】
そしてドラム３７ｂの外側からその内側に入力カプラ３１を差し込んでその下端部をビームパイプ２５のポート４３に接続し、またドラム３７ｂの外側からその内側に空洞支持材３５を差し込んでその下端部を前記空洞受け具３６に接続し、これら空洞支持材３５および空洞受け具３６で超伝導加速空洞２１をつり上げて水平に支持する。この時点で空洞本体２２内が完全に密封される。なお、ドラム３７ｂの内部に超伝導加速空洞２１を挿入して組み付けた後に、ビームパイプ２６に高調波カプラ２７およびゲート弁２８を取り付けるような手順であってもよい。
【００３３】
このように、空洞本体２２内を密封し、かつ超伝導加速空洞２１の全体をドラム２７ｃに組み付けたのちには、この組付体を図８に示すように、クレーン４４等を用いてクリンルームから搬出し、工場あるいは実験室等の通常の雰囲気中ににおいて、ドラム２７ｂの両端側に残りのドラム２７ａ，２７ｃをフランジ接合により取り付けて真空容器３４の胴部２７を組み立て、またこの胴部２７の内側に２０Ｋ輻射熱シールド板２９および８０Ｋ輻射熱シールド板３０を組み込付ける。
【００３４】
さらにこののち、図９に示すように、胴部２７の両端の開口部に鏡板３８ａ，３８ｂを取り付けて密閉し、一方の鏡板３８ａに液体窒素供給配管３３を、他方の鏡板３８ｂに液体ヘリウム供給配管３３をそれぞれ装着し、最後に各鏡板３８ａ，３８ｂのシール溶接を行ない、これにより組立が完了する。
【００３５】
このような組立手順によれば、クリーンルーム内において空洞本体２２内が完全に密封され、この密封後に工場や実験室等の通常の雰囲気中で真空容器３４が組み立てられるから、空洞本体２２内は一度も塵埃を含む大気中に開放されることがなく、このため空洞本体２２の内面の汚染を確実に防止して常に初期の性能を維持することができる。
【００３６】
従来においては、空洞本体のビームパイプに入力カプラやゲート弁を装着するときに、空洞本体内が塵埃を含む大気中に開放されてその大気中の塵埃が空洞本体内に侵入し、これが放電源や発熱源となって空洞性能の低下を招いている。
【００３７】
この発明においては、クリーンルーム内で空洞本体２２のビームパイプ２５，２６に入力カプラ３１やゲート弁２８を一旦装着してしまえば、その後に空洞本体２２内が塵埃を含む大気中に開放されることなく最終組立まで移行し、したがって空洞本体２２内に対する汚染を防止して高い空洞性能を得ることができる。
【００３８】
また、真空容器３４は大口径に構成されており、このため液体ヘリウム容器２３とは別に、液体へリウム４０を溜めるリザーバータンク２４を収納することができ、このリザーバータンク２４を介して液体へリウム４０を潤沢に貯蔵でき、予期せぬトラブルで空洞本体２２の発熱や液体ヘリウム容器２３への多量な侵入熱があった場合でも、空洞本体２２を浸漬している液体へリウム４０の液面が下がることなく、空洞本体２２を有効に冷却し続けることでき、装置の運転上の信頼性が向上する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、空洞本体内を塵埃を含む大気中に開放することなく最終の組立工程にまで移行でき、したがって空洞本体の内面の汚染を確実に防止して常に初期の性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る荷電粒子加速装置の断面図。
【図２】その荷電粒子加速装置の一部破断の平面図。
【図３】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】その荷電粒子加速装置を組み立てる手順の第１段階を示す説明図。
【図６】同じく第２段階を示す説明図。
【図７】同じく第３段階を示す説明図。
【図８】同じく第４段階を示す説明図。
【図９】同じく第５段階を示す説明図。
【図１０】同じく最終段階を示す説明図。
【図１１】従来の荷電粒子加速装置の断面図。
【図１２】その荷電粒子加速装置を組み立てる手順の第１段階を示す説明図。
【図１３】同じく第２段階を示す説明図。
【図１４】同じく第３段階を示す説明図。
【図１５】同じく第４段階を示す説明図。
【符号の説明】
２１…超伝導加速空洞
２２…空洞本体
２３…液体ヘリウム容器
２４…リザーバータンク
２５，２６…ビームパイプ
３１…入力カプラ
３４…真空容器
３５…空洞支持材
３６…空洞受け具
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ…ドラム
３８ａ，３８ｂ…鏡板
４０…液体ヘリウム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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