加速腔以及加速器制造技术

提供一种相比于现有的常导加速腔能够提高Q值且能提高电力效率的加速腔及加速器。高频加速腔(1)具备：壳体(3)，内周面为筒形且至少在表面具有导电性；和多个加速单元(2)，设置在壳体(3)内部，为在中心部形成有带电粒子能够通过的开口部(5a)的电介质，壳体(3)具有：圆筒部(6)，具有筒形；和端板(7)，设置在圆筒部(6)的两端，加速单元(2)从壳体(3)的一端侧的端板(7)到另一端侧的端板(7)配置多个，各加速单元(2)具有：圆筒部(4)，具有比壳体(3)的圆筒部(6)的内径小的直径；和圆板部(5)，形成有开口部(5a)，在圆筒部(4)的内侧固定于圆筒部(4)，配置为板面与带电粒子的通过轴垂直。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】加速腔以及加速器
本专利技术涉及加速腔以及加速器。
技术介绍
带电粒子加速用的加速器中使用的高频加速腔使高频电力蓄积在金属壳体内，利用其中产生的高频电场，人为地将电子、离子等带电粒子加速达到高速。关于使用了高频加速腔的加速器，其利用遍及高能物理学实验、辐射光设施等学术领域、放射线治疗/诊断装置、杀菌装置等产业领域。高频加速腔一般大致分为利用了高纯度铜的在室温下动作的常导加速腔和利用了超导材料(例如铌)的在极低温下动作的超导加速腔。另外，在下述的专利文献1中公开了一种关于由非磁性耐热金属构成的环状加速构件和由陶瓷构成的环状绝缘构件交替地接合而成的加速管的专利技术。此外，在专利文献2中公开的专利技术是一种沿加速方向将基本腔与圆盘交替地进行了连接的加速腔，在陶瓷制腔和陶瓷制圆板各自的表面形成活性银焊料层和铜电铸层这两层来制造基本腔和圆盘。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开昭63-28447号公报专利文献2：JP特开2003-303700号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在实现将许多的加速腔进行了连结的加速器的高能化、小型化时，若考虑建设成本和运转成本，则需要在从室温到数十开尔文左右的低温区域具有较高的Q值的高频加速腔。这里，所谓Q值，表示加速腔本身具有的高频电力的蓄积效率，该值大致由构成加速腔的材料的电导率决定。因此，对于现有的金属制的加速腔来说，由于受到称为电导率的金属固有的物性值限制，因而存在不能比以往大幅提高Q值这样的问题。作为现有的提高常导加速腔的Q值的方法，存在将加速腔冷却至低温的方法。一般，常导体通过冷却，电导率也飞跃性地提高，例如若冷却到20K则电导率提高室温的约104倍。但是，由于称为反常趋肤效应的与室温不同的高频损失的机理，而额外地损失高频电力。因此，即使通过加速腔的冷却而得到高的电导率，例如在冷却到了20K左右的情况下，Q值也最多只提高到室温的5.5倍左右，不能大幅提高Q值。此外，电介质加载型高频加速管具有陶瓷制的圆筒构件，该圆筒构件的外周部分进行了金属涂敷，但是现有的使用了TM01模式的电介质加载型高频加速管的Q值是与常导加速腔同等程度。而且，在电介质加载型高频加速管的情况下，蓄积在腔内部的高频电力的大部分蓄积在电介质内部，能够用于带电粒子的加速的电力是非常小的一部分。因此，与现有的加速腔相比，存在分流阻抗非常小这样的深刻问题。本专利技术鉴于这样的情况而作，其目的在于提供一种相较于以往的常导加速腔能够提高Q值，能够提高电力效率的加速腔以及加速器。用于解决课题的手段本专利技术的第1方面所涉及的加速腔具备：壳体，其内周面为筒形，在表面具有导电性；和多个单元，设置在所述壳体内部，为在中心部形成有带电粒子能够通过的开口部的电介质，所述壳体具有：筒部，其具有筒形；和端板，其设置在所述筒部的两端，所述多个单元从所述壳体的一端侧的所述端板直到另一端侧的所述端板进行配置，各单元具有：圆筒部，其具有比所述壳体的所述筒部的内径小的直径；和板部，其形成有所述开口部，所述板部在所述圆筒部的内侧固定于所述圆筒部，并且配置为板面相对于所述带电粒子的通过轴而垂直。根据该结构，加速腔具备：壳体，其在表面具有导电性；和多个单元，为电介质尤其是介电损耗比较低的电介质，带电粒子通过形成在单元的中心部的开口部而被加速。在带电粒子的通过轴附近形成加速方向的电场。在单元的圆筒部的内侧设置具有开口部的板部，使得单元的板部的板面相对于带电粒子的通过轴成为垂直方向。据此，在板部的开口部的内侧，能够使加速电场集中在带电粒子的通过轴方向，能够提高分流阻抗。此外，通过设置具有比壳体的筒部的内径小的直径的圆筒部，从而能够使高频电力蓄积在带电粒子束通过的通过轴附近。此外，能够减小在相对于壳体的端板的金属表面平行的方向上产生的高频磁场，能够减少在金属表面的导体损耗。在上述第1方面中，所述电介质的表示介电损耗的指标即tanδ为1×10-3以下，更优选为1×10-5以下。在上述第1方面中也可以构成为，在所述多个单元中的与所述壳体的所述端板相邻的单元中，还具备设置在所述通过轴的周围的第2圆筒部，所述第2圆筒部连接于所述端板以及与所述端板相邻的单元的所述板部。根据该结构，通过进一步设置第2圆筒部，从而能够进一步减小在相对于金属表面平行的方向上产生的高频磁场。在上述第1方面中也可以构成为，在所述多个单元的所述各单元中配置多个所述圆筒部，所述各单元中的所述多个所述圆筒部直径分别不同，并且配置为同心圆状。根据该结构，能够在加速模式使用高次模式，结果，能够进一步提高Q值。在上述第1方面中，在将加速模式的次数设为n时，所述各单元中的所述多个所述圆筒部为n-1个。在上述第1方面中也可以构成为，在所述单元的表面实施TiN涂敷。根据该结构，能够降低运转时的单元的二次电子发射系数。本专利技术的第2方面所涉及的加速器具备上述加速腔。专利技术效果根据本专利技术，能够相比于以往的常导加速腔提高Q值，能够提高电力效率。附图说明图1是示出本专利技术的第1实施方式所涉及的高频加速腔的纵剖视图。图2是示出加速单元的单元数与高频加速腔的无负载Q值的关系的图。图3是示出本专利技术的第2实施方式所涉及的高频加速腔的纵剖视图。图4是示出本专利技术的第3实施方式所涉及的高频加速腔的纵剖视图。图5是示出表示电介质的介电损耗的指标tanδ与高频加速腔的无负载Q值的关系的图。图6是示出表示电介质的介电损耗的指标tanδ与温度的关系的图。图7是示出本专利技术的第1实施方式所涉及的高频加速腔的变形例的部分纵剖视图。具体实施方式以下，参照附图来说明本专利技术所涉及的实施方式。[第1实施方式]以下，使用图1来说明本专利技术的第1实施方式所涉及的加速器。图1是示出本专利技术的第1实施方式所涉及的高频加速腔的纵剖视图。本实施方式所涉及的加速器具备高频加速腔1，高频加速腔1将称为TM0n模式(n＞1)的高次模式作为加速模式。高频加速腔1具备：包含电介质的多个加速单元2、和在内部配置多个加速单元2的圆筒状壳体3等。对于高频加速腔1，带电粒子在中心轴上通过。多个加速单元2在壳体3的内部从壳体3的一侧的端板7到另一侧的端板7沿射束轴方向串联配置。加速单元2具有圆筒部4和圆板部5。另外，为了加速单元2的制造上的方便、支承构造的稳定化，在设置于圆筒部4的内侧的圆板部5的延长线上，在圆筒部4的外侧设置圆环部8。据此，能够针对将圆板部5和圆环部8一体化的构件连接圆筒部4。此外，能够隔着圆环部8在壳体3的内周面支承圆板部5。圆筒部4、圆板部5和圆环部8是电介质，在表面不实施金属涂敷等而使用。用于加速单元2的电介质，即，用于圆筒部4和圆板部5的电介质，是介电损耗低的电介质，例如是氧化铝、蓝宝石等陶瓷。在本实施方式中，表示用于圆筒部4、圆板部5和圆环部8的电介质的介电损耗的指标即tanδ(介电损耗因子)例如是1×10-3以下的范围。另外，作为低介电损耗的电介质，存在介电损耗在室温下具有7.5×10-6左右这样的低的值的陶瓷(高纯度氧化铝)的开发例(AppliedPhysicsLetters(应用物理快报)，(美)，2002，Vol.81，No.26，p.5021-5023)。此外，在关于低损耗电介质的高频特性的现有研究中，例如，存在如下实验结果：蓝宝石的tanδ与温度T[K本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速腔，具备：壳体，其内周面为筒形，在表面具有导电性；和多个单元，设置在所述壳体内部，为在中心部形成有带电粒子能够通过的开口部的电介质，所述壳体具有：筒部，其具有筒形；和端板，其设置在所述筒部的两端，所述多个单元从所述壳体的一端侧的所述端板直到另一端侧的所述端板进行配置，各单元具有：圆筒部，其具有比所述壳体的所述筒部的内径小的直径；和板部，其形成有所述开口部，所述板部在所述圆筒部的内侧固定于所述圆筒部，并且配置为板面相对于所述带电粒子的通过轴而垂直。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-2540391.一种加速腔，具备：壳体，其内周面为筒形，在表面具有导电性；和多个单元，设置在所述壳体内部，为在中心部形成有带电粒子能够通过的开口部的电介质，所述壳体具有：筒部，其具有筒形；和端板，其设置在所述筒部的两端，所述多个单元从所述壳体的一端侧的所述端板直到另一端侧的所述端板进行配置，各单元具有：圆筒部，其具有比所述壳体的所述筒部的内径小的直径；和板部，其形成有所述开口部，所述板部在所述圆筒部的内侧固定于所述圆筒部，并且配置为板面相对于所述带电粒子的通过轴而垂直。2.根据权利要求1所述的加速腔，其中，所述电介质的tanδ为1×10-3以下，所述tanδ是表示介电损耗的指标。3.根据权利要求1所述的加速腔，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田光宏，佐藤大辅，重冈伸之，三浦祯雄，
申请(专利权)人：三菱重工机械系统株式会社，大学共同利用机关法人高能加速器研究机构，
类型：发明
国别省市：日本,JP