特開 2016-184520 加速器、及び加速管の温度管理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-184520(P2016-184520A)

(43)【公開日】2016年10月20日

(54)【発明の名称】加速器、及び加速管の温度管理方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 9/00 20060101AFI20160926BHJP

【ＦＩ】

   H05H9/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-64628(P2015-64628)

(22)【出願日】2015年3月26日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構健康安心イノベーションプログラム（がん細胞選択的な非侵襲治療機器の基盤技術開発（中性子捕捉療法用病院併設型小型直線加速器の研究開発））委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用をうける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工メカトロシステムズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504151365

【氏名又は名称】大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(72)【発明者】

【氏名】柱野 竜臣

(72)【発明者】

【氏名】松本 浩

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA03

2G085BA05

2G085BE01

2G085BE02

2G085CA02

2G085CA26

(57)【要約】

【課題】発熱量の増加した加速管を冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持可能とする加速器、及び加速管の温度管理方法を提供する。
【解決手段】本発明は、加速管の冷却路に流れる冷却流体によって加速管を一定温度に維持する加速器及び加速管の温度管理方法に関する。本発明の加速器及び温度管理方法では、加速管の入力電力に基づき冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度の設定値を定め、入口温度を測定し、入口温度の設定値と測定値とが異なる場合、入口温度の測定値を設定値と等しくするように、冷却路の入口及び出口間を連結する循環路の冷却流体の流量をバルブにより調節すること、及び循環路の冷却流体をヒータにより加熱することの少なくとも一方を実施し、入口温度を調節した冷却流体により冷却又は加熱される加速管の温度を測定し、加速管温度の目標値と測定値とが異なる場合、加速管温度の測定値を目標値と等しくするように入口温度の設定値を変更する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子を加速するように構成された加速管と、
前記加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置と
を備え、
前記冷却装置が、
前記加速管に配置されると共に前記加速管を一定温度に維持するために冷却流体を流すように構成された冷却路と、
前記冷却路の入口及び出口間を連結すると共に冷却流体を流すように構成された循環路と、
前記循環路に配置されると共に冷却流体の流量を調節するように構成されたバルブと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を加熱するように構成されたヒータと、
前記バルブ及び前記ヒータを制御可能とするように構成された制御部と
を有している、加速器であって、
前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度と前記冷却路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を許容しながら前記加速管への入力電力に基づいて前記入口温度の設定値が定められ、
前記制御部が、前記入口温度の設定値に基づいて、前記加速管を一定温度に維持するように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成となっている、加速器。

【請求項2】

前記冷却装置が、
前記入口温度を測定するように構成された入口温度検出部と、
前記加速管に取付けられると共に前記加速管の加速管温度を測定するように構成された加速管温度検出部と
をさらに有し、
前記入口温度の設定値と、前記入口温度検出部により測定された前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成になっており、
予め定められた前記加速管温度の目標値と、前記加速管温度検出部によって測定された前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように前記入口温度の設定値を変更する構成になっている、請求項１に記載の加速器。

【請求項3】

前記冷却装置が、
２つの前記バルブと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を冷却するように構成された熱交換器と、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を貯蔵するように構成されたタンクと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を前記加速管の冷却路に送るように構成されたポンプと
をさらに有し、
前記タンクが前記冷却路の出口の下流に位置し、
前記ポンプが前記タンクの下流に位置し、
前記ヒータが前記ポンプの下流に位置し、
前記循環路が前記冷却路の出口と前記タンクとの間に２つの分流路部を有し、
前記２つの分流路部の一方に、前記熱交換器及び前記２つのバルブの一方が位置し、
前記２つの分流路部の他方に、前記２つのバルブの他方が位置しており、
前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の設定値と測定値との差異に基づいて前記入口温度の測定値が前記設定値と等しくなるように、前記制御部が前記熱交換器及び前記ポンプをさらに制御できるように構成されている、請求項１又は２に記載の加速器。

【請求項4】

荷電粒子を加速する加速管に配置された冷却路に流れる冷却流体によって、前記加速管を一定温度に維持する加速管の温度管理方法であって、
前記加速管への入力電力に基づいて前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度の設定値を定めるステップと、
前記冷却流体の入口温度を測定するステップと、
前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように、前記冷却路の入口及び出口間を連結する循環路に流れる冷却流体の流量をバルブにより調節すること、及び前記循環路に流れる冷却流体をヒータにより加熱することの少なくとも一方を実施するステップと、
前記流量調節及び加熱の少なくとも一方を実施された冷却流体によって冷却又は加熱される前記加速管の加速管温度を測定するステップと、
予め定められた前記加速管温度の目標値と前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように、前記入口温度の設定値を変更するステップと
を含む加速管の温度管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子を加速するように構成された加速管と該加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置とを備える加速器に関する。また、本発明は、荷電粒子を加速するように構成された加速管の温度管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

原子核、素粒子等の研究、陽電子断層撮影（ＰＥＴ、Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、癌放射線治療、人為的な遺伝子変異の発生、放射性廃棄物の無害化等のような様々な目的のために、荷電粒子を加速するための加速器が用いられている。加速器においては、その加速管に高周波電力を入力することによって加速管内に高周波の電磁場を生成し、生成された高周波の電磁場で荷電粒子を加速している。このような加速管の性能を維持するためには、加速管が高い寸法精度を有する必要がある。しかしながら、高周波電力を入力した際には、加速管を構成する周壁表面の電気抵抗によって加速管に熱が発生し、その結果、熱膨張によって加速管の寸法が変化し、加速管の性能が低下するおそれがある。そのため、加速器には、加速管を一定温度に維持するための冷却装置が設けられている。

【0003】

従来の冷却装置においては、例えば、特許文献１に開示されるように、冷却流体を通過可能とする流路が加速管の周壁に設けられ、この流路を流れる冷却流体によって加速管が一定温度に維持されており、流路の入口を通過する冷却流体の入口温度が一定となるように制御されている。このような加速管を確実に一定温度に維持するために、流路の入口を通過する冷却流体の入口温度と流路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を低く抑えることが要求されている。

【0004】

さらに近年では、加速器の利用が活発になり、加速器においては、荷電粒子の量を増加させることが要求されている。しかしながら、荷電粒子の量を増加させた場合、加速管に入力する高周波電力を増加させる必要があり、これによって、加速管の発熱量が増加することとなる。ここで、冷却流体により一定温度に維持される加速管の発熱量Ｐと、冷却流体の流量Ｑと、冷却流体の比熱Ｃと、冷却流体の温度変化ΔＴとの関係は、下記（式１）のようになる。

【0005】

【数1】

【0006】

上記（式１）によれば、加速管の発熱量が増加した場合、冷却流体の流量を増加させる必要がある。例えば、従来のＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）型の加速器においては、加速管の温度変化を１℃以内に抑えるために、発熱量を１６ｋＷとする加速管に対して、流量を３００ｌ／ｍｉｎとするように冷却流体を流している。同様のＲＦＱ型の加速器において加速管の発熱量を６０ｋＷとした場合、加速管の温度変化を１℃以内に抑えるためには、流量を１１２５ｌ／ｍｉｎとするように冷却流体を流す必要がある。また、一般的には、冷却流体の流速は１ｍ／ｓｅｃ〜３ｍ／ｓｅｃとされていることに対して、上述のように冷却流体の流量を１１２５ｌ／ｍｉｎとした場合、冷却流体の流速は約９ｍ／ｓｅｃとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平８−２２１１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、発熱量を増加させた加速管において、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を低く抑えるように冷却流体の流量を増加させ、かつ冷却流体の流速を増加させた場合、冷却流体によって流路が浸食され易くなって、加速管を作製することが難しくなる。例えば、上述したＲＦＱ型の加速管のように、冷却流体の流量を１１２５ｌ／ｍｉｎに増加させ、かつ冷却流体の流速を約９ｍ／ｓｅｃに増加させた場合、加速管の流路が著しく浸食される。そのため、上述のように発熱量を６０ｋＷとする加速管を作製することが困難となっている。また、冷却流体の流速を増加させずに冷却流体の流量を増加させる場合、加速管の流路の数を増加させること、及び加速管の流路の横断面積を増加させることが必要になり、加速管を冷却するための構造が複雑になって、加速管を作製することが難しくなる。さらに、冷却流体の流量を増加させるためには、大容量のポンプを用いること等が必要となり、その結果、加速器が大型化し、かつ加速器の製造コストが増加するという問題がある。

【0009】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持可能とする加速器、及び加速管の温度管理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

課題を解決するために、本発明の一態様に係る加速器は、荷電粒子を加速するように構成された加速管と、前記加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置とを備え、前記冷却装置が、前記加速管に配置されると共に前記加速管を一定温度に維持するために冷却流体を流すように構成された冷却路と、前記冷却路の入口及び出口間を連結すると共に冷却流体を流すように構成された循環路と、前記循環路に配置されると共に冷却流体の流量を調節するように構成されたバルブと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を加熱するように構成されたヒータと、前記バルブ及び前記ヒータを制御可能とするように構成された制御部とを有している、加速器であって、前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度と前記冷却路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を許容しながら前記加速管への入力電力に基づいて前記入口温度の設定値が定められ、前記制御部が、前記入口温度の設定値に基づいて、前記加速管を一定温度に維持するように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成となっている。

【0011】

本発明の一態様に係る加速器では、前記冷却装置が、前記入口温度を測定するように構成された入口温度検出部と、前記加速管に取付けられると共に前記加速管の加速管温度を測定するように構成された加速管温度検出部とをさらに有し、前記入口温度の設定値と、前記入口温度検出部により測定された前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成になっており、予め定められた前記加速管温度の目標値と、前記加速管温度検出部によって測定された前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように前記入口温度の設定値を変更する構成になっている。

【0012】

本発明の一態様に係る加速器では、前記冷却装置が、２つの前記バルブと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を冷却するように構成された熱交換器と、前記循環路に配置されると共に冷却流体を貯蔵するように構成されたタンクと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を前記加速管の冷却路に送るように構成されたポンプとをさらに有し、前記タンクが前記冷却路の出口の下流に位置し、前記ポンプが前記タンクの下流に位置し、前記ヒータが前記ポンプの下流に位置し、前記循環路が前記冷却路の出口と前記タンクとの間に２つの分流路部を有し、前記２つの分流路部の一方に、前記熱交換器及び前記２つのバルブの一方が位置し、前記２つの分流路部の他方に、前記２つのバルブの他方が位置しており、前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の設定値と測定値との差異に基づいて前記入口温度の測定値が前記設定値と等しくなるように、前記制御部が前記熱交換器及び前記ポンプをさらに制御できるように構成されている。

【0013】

本発明の一態様に係る加速管の温度管理方法は、荷電粒子を加速する加速管に配置された冷却路に流れる冷却流体によって、前記加速管を一定温度に維持する加速管の温度管理方法であって、前記加速管への入力電力に基づいて前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度の設定値を定めるステップと、前記冷却流体の入口温度を測定するステップと、前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように、前記冷却路の入口及び出口間を連結する循環路に流れる冷却流体の流量をバルブにより調節すること、及び前記循環路に流れる冷却流体をヒータにより加熱することの少なくとも一方を実施するステップと、前記流量調節及び加熱の少なくとも一方を実施された冷却流体によって冷却又は加熱される前記加速管の加速管温度を測定するステップと、予め定められた前記加速管温度の目標値と前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように、前記入口温度の設定値を変更するステップとを含んでいる。

【0014】

そのため、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を従来の温度差と比較して大きくした状態においても、上述のように冷却流体の入口温度を管理することによって、加速管温度の測定値を加速管温度の目標値と等しくし、加速管を確実に一定温度に維持することができる。このような構成においては、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を抑えるために、冷却流体の流量を増加させる必要がない。よって、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持することができる。また、冷却流体の流量を増加させる必要がないことによって、加速管の流路の数を増加させる必要がなくなり、加速管の流路の横断面積を増加させる必要がなくなり、かつ大容量のポンプを用いる必要がなくなる。よって、付随的な効果として、加速器の大型化を防止でき、かつ加速器の製造コストの増加を防止できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様に係る加速器、及び加速管の温度管理方法によれば、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る加速器を示す模式図である。

【図2】加速管を一定温度に維持しない状態における加速管の入力電力と加速管温度との関係を示す図である。

【図3】本発明の実施形態において、加速管の入力電力に対する冷却水の入口温度の設定値及び加速管温度の目標値の関係を示す図である。

【図4】本発明の実施形態において、冷却水の入口温度の変化量と加速管温度の変化量との関係を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る加速管の温度管理方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態に係る加速器、及び加速管の温度管理方法について以下に説明する。最初に、本実施形態に係る加速器について説明する。図１に示すように、加速器１は、荷電粒子を加速する加速管２を備えている。加速管２は、該加速管２に入力される電力（以下、「入力電力」という）Ｐを増加させることによって、荷電粒子の量を増加可能とするように構成されている。

【0018】

加速器１は、加速管２を一定温度に維持する冷却装置３を備えている。冷却装置３は、加速管２に配置された冷却路４を有しており、この冷却路４に冷却流体を流すことによって、加速管２が一定温度に維持されるようになっている。冷却装置３は、冷却流体を流入させる冷却路４の入口４ａと冷却流体を流出させる冷却路４の出口４ｂとの間で冷却水を循環させるように、冷却路４の入口４ａと冷却路４の出口４ｂとを連結する循環路５を有している。

【0019】

循環路５は、冷却路４の出口４ｂから分流する２つの分流路部５ａ，５ｂとして第１の分流路部５ａと第２の分流路部５ｂとを有している。第１の分流路部５ａ及び第２の分流路部５ｂには、それぞれ第１のバルブ６及び第２のバルブ７が設けられており、第１のバルブ６及び第２のバルブ７は、それぞれ循環路５の第１の分流路部５ａ及び第２の分流路部５ｂに流れる冷却流体の流量を調節可能とするように構成されている。さらに、第１の分流路５ｂには熱交換器８が設けられ、熱交換器８は第１のバルブ６の下流に配置されている。第１の分流路部５ａ及び第２の分流路部５ｂの下流側端は、タンク９に接続されている。タンク９は、循環路５に流れる冷却流体を貯蔵可能とするように構成されており、タンク９に貯蔵された冷却流体は一定時間経過後には設定温度に維持されることとなる。

【0020】

循環路５は、加速管２の冷却路４の出口４ｂとタンク９とを連結する主流路部５ｃを有している。主流路部５ｃには、ヒータ１０及びポンプ１１が設けられており、ヒータ１０は主流路部５ｃに流れる冷却流体を加熱するように構成され、ポンプ１１は主流路部５ｃに流れる冷却流体を所定の圧力で加速管２の冷却路４に送るように構成されている。ポンプ１１はタンク９の下流に位置しており、ヒータ１０は当該ポンプ１１の下流に位置している。

【0021】

加速管２の冷却路４の入口４ａには入口温度検出部１２が配置されており、入口温度検出部１２は、冷却路４の入口４ａを通過する冷却流体の温度（以下、「入口温度」という）Ｔ１を測定するように構成されている。加速管２には加速管温度検出部１３が取付けられ、加速管温度検出部１３は加速管２の温度（以下、「加速管温度」という）Ｔ２を測定するように構成されている。

【0022】

冷却装置３は、循環路５、第１のバルブ６、第２のバルブ７、熱交換器８、タンク９、ヒータ１０、ポンプ１１、入口温度検出部１２、及び加速管温度検出部１３に電気的に接続された制御部１４を有している。制御部１４は、加速管２の入力電力Ｐを認識可能とするように構成されている。制御部１４は、予め定められた加速管温度Ｔ２の目標値を記憶可能に構成されている。制御部１４は、予め定められた加速管温度Ｔ２の目標値を達成するように、加速管２の入力電力Ｐに基づいて入口温度Ｔ１の設定値を定める構成になっている。ここで、加速管２の入力電力Ｐと入口温度Ｔ１の設定値との関係について説明する。図２にて実線Ｒ１により示すように、加速管２を一定温度に維持しない状態では、縦軸の加速管温度Ｔ２は横軸の入力電力Ｐの増加に比例して増加する。このような関係に基づいて、図３にて破線Ｂ１により示すように、横軸の入力電力Ｐに対する縦軸の予め定められた加速管温度Ｔ２の目標値を達成すべく、図３にて実線Ｒ２により示すように、縦軸の入口温度Ｔ１の設定値は横軸の入力電力Ｐの増加に比例して低くなるように設定されている。

【0023】

さらに、制御部１４は、入口温度検出部１２により測定された冷却流体の入口温度Ｔ１を識別可能に構成されている。制御部１４は、加速管温度検出部１３により測定された加速管温度Ｔ２を識別可能に構成されている。

【0024】

制御部１４は、第１の分流路部５ａ及び第２の分流路部５ｂに流れる冷却流体の流量を調節するように、第１のバルブ６及び第２のバルブ７を制御する構成になっている。制御部１４は、第１の分流路部５ａに流れる冷却流体を冷却する温度を調節するように、熱交換器８を制御する構成になっている。制御部１４は、主流路部５ｃに流れる冷却流体を加熱する温度を調節するように、ヒータ１０を制御する構成になっている。制御部１４は、主流路部５ｃに流れる冷却流体を加速管２の冷却路４に送る圧力を調節するように、ポンプ１１を制御する構成になっている。

【0025】

制御部１４は、入口温度Ｔ１の設定値と測定値とが異なる場合、入口温度Ｔ１の設定値と測定値との差異に基づいて入口温度Ｔ１の測定値が設定値と等しくなるように、第１のバルブ６、第２のバルブ７、熱交換器８、ヒータ１０、及びポンプ１１の少なくとも１つを制御する構成になっている。例えば、入口温度Ｔ１の測定値が入口温度Ｔ１の設定値より大きい場合、第１のバルブ６を開き、かつ第２のバルブ７を閉じた状態で、熱交換器８によって冷却流体を冷却する温度を低くしてもよく、また、第１のバルブ６により冷却流体の流量を増加させてもよい。第１のバルブ６を閉じ、かつ第２のバルブ７を開いた状態で、第２のバルブ７により冷却流体の流量を増加させてもよい。ヒータ１０によって冷却流体を加熱する温度を低くしてもよい。ポンプ１１によって冷却流体を送る圧力を増加させて、冷却流体の流量を増加させてもよい。

【0026】

その一方で、例えば、入口温度Ｔ１の測定値が入口温度Ｔ１の設定値より小さい場合、第１のバルブ６を開き、かつ第２のバルブ７を閉じた状態で、熱交換器８によって冷却流体を冷却する温度を高くしてもよく、または、第１のバルブ６により冷却流体の流量を減少させてもよい。第１のバルブ６を開き、かつ第２のバルブ７を閉じた状態から、第１のバルブ６を閉じ、かつ第２のバルブ７を開いた状態に変更することによって、熱交換器８によって冷却流体を冷却せずに、冷却流体を第２の分流路部５ｂのみに通過させてもよい。第１のバルブ６を閉じ、かつ第２のバルブ７を開いた状態で、第２のバルブ７により冷却流体の流量を減少させてもよい。ヒータ１０によって冷却流体を加熱する温度を高くしてもよい。ポンプ１１によって冷却流体を送る圧力を低下させて、冷却流体の流量を減少させてもよい。

【0027】

制御部１４は、加速管温度Ｔ２の目標値と測定値とが異なる場合、加速管温度Ｔ２の目標値と測定値との差異に基づいて加速管温度Ｔ２の測定値が目標値と等しくなるように、入口温度Ｔ１の設定値が変更される構成になっている。ここで、入口温度Ｔ１の変化量（以下、「入口温度変化量」という）ΔＴ１と加速管温度Ｔ２の変化量（以下、「加速管温度変化量」という）ΔＴ２との関係については、図４にて実線Ｒ３により示すように、縦軸の加速管温度変化量ΔＴ２は横軸の入口温度変化量ΔＴ１に比例するようになっている。このような関係を用いて、上述のように入口温度Ｔ１の設定値が変更されることとなる。

【0028】

本実施形態に係る加速管２の温度管理方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。作業開始（ＳＴＡＲＴ）の後に、加速管温度Ｔ２の目標値を予め設定する（ステップ１、Ｓ１）。加速管２への入力電力Ｐを認識する（ステップ２、Ｓ２）。図３に示した入力電力Ｐと入口温度Ｔ１の設定値との関係を用いて、予め定められた加速管温度Ｔ２の目標値を達成するように、入力電力Ｐに基づいて入口温度Ｔ１の設定値を定める（ステップ３、Ｓ３）。入口温度検出部１２によって冷却流体の入口温度Ｔ１を測定する（ステップ４、Ｓ４）。

【0029】

次に、入口温度Ｔ１の設定値と測定値とが等しいか否かを判定する（ステップ５、Ｓ５）。入口温度Ｔ１の設定値と測定値とが異なる場合（ＮＯ）、入口温度Ｔ１の設定値と測定値との差異に基づいて入口温度Ｔ１の測定値が設定値に調節されるように、第１のバルブ６、第２のバルブ７、熱交換器８、ヒータ１０、及びポンプ１１の少なくとも１つを制御する（ステップ６、Ｓ６）。その後、冷却流体の入口温度Ｔ１を測定するステップ（Ｓ４）に戻る。入口温度Ｔ１の設定値と測定値とが等しい場合（ＹＥＳ）、加速管温度検出部１３によって加速管温度Ｔ２を測定する（ステップ７、Ｓ７）。

【0030】

さらに、加速管温度Ｔ２の測定値が安定しているか否かを判定する（ステップ８、Ｓ８）。加速管温度Ｔ２の測定値が不安定である場合（ＮＯ）、冷却流体の入口温度Ｔ１を測定するステップ（Ｓ４）に戻る。加速管温度Ｔ２の測定値が安定している場合（ＹＥＳ）、加速管温度Ｔ２の目標値と測定値とが等しいか否かを判定する（ステップ９、Ｓ９）。加速管温度Ｔ２の目標値と測定値とが異なる場合（ＮＯ）、加速管温度Ｔ２の目標値と測定値との差異に基づいて加速管温度Ｔ２の測定値が目標値に調節されるように、入口温度Ｔ１の設定値を変更する（ステップ１０、Ｓ１０）。その後、冷却流体の入口温度Ｔ１を測定するステップ（Ｓ４）に戻る。加速管温度Ｔ２の目標値と測定値とが等しい場合（ＹＥＳ）、加速器１の稼働状況に基づいて上述の制御を継続するか否かを判断する（ステップ１１、Ｓ１１）。制御を継続する場合（ＹＥＳ）、加速管２への入力電力Ｐを認識するステップ（Ｓ２）に戻る。制御を継続しない場合（ＮＯ）、作業を終了する（ＥＮＤ）。

【0031】

制御を継続するか否かの判断基準は、一例として、加速器１の起動直後の状況、加速器１が連続的に稼働し続けている状況等の場合には、制御を継続すると判断し、その一方で、加速器１が停止している状況では、制御を継続しないと判断するとよい。

【0032】

なお、一例として、本実施形態に係る加速器１、及び加速管２の温度管理方法においては、加速管２を確実に一定に維持することを考慮すると、冷却流体の入口温度Ｔ１と、加速管２の冷却路４の出口４ｂを通過する冷却流体の出口温度Ｔ３との温度差（＝Ｔ３−Ｔ１）を１０℃以下の範囲にすると好ましい。

【0033】

以上、本実施形態によれば、冷却流体の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ３との温度差を従来の温度差と比較して大きくした状態においても、上述のように冷却流体の入口温度Ｔ１を管理することによって、加速管温度Ｔ２の測定値を加速管温度Ｔ２の目標値と等しくし、加速管２を確実に一定に維持することができる。このような構成においては、冷却流体の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ３との温度差を抑えるために、冷却流体の流量を増加させる必要がない。よって、本実施形態によれば、発熱量の増加した加速管２を、冷却流体の流量を増加させずに一定に維持することができる。また、冷却流体の流量を増加させる必要がないことによって、加速管２の冷却路４の数を増加させる必要がなくなり、加速管２の冷却路４の横断面積を増加させる必要がなくなり、かつ大容量のポンプを用いる必要がなくなる。よって、付随的な効果として、加速器１の大型化を防止でき、かつ加速器１の製造コストの増加を防止できる。

【0034】

ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

【0035】

例えば、本発明の第１変形例として、第１のバルブ６及び熱交換器８を含む第１の分流路部５ａ、並びに第２のバルブ７を含む第２の分流路部５ｂのうち第１の分流路５ａのみが設けられていてもよい。

【0036】

本発明の第２変形例として、第１のバルブ６及び熱交換器８を含む第１の分流路部５ａ、並びに第２のバルブ７を含む第２の分流路部５ｂのうち第２の分流路部５ｂのみが設けられていてもよい。この場合、熱交換器８は、主流路部５ｃにおけるタンク９とヒータ１０との間に設けられていてもよい。

【0037】

［実施例］
本発明の実施例について説明する。本実施例においては、本実施形態に係る加速管２の温度管理方法を用いて、本実施形態に係る加速器１に設けられた加速管２を一定に維持する。加速管２の発熱量は６０ｋＷとなっている。このような本実施例においては、冷却流体の入口温度Ｔ１と出口温度Ｔ３との温度差（＝Ｔ３−Ｔ１）を１０℃とした状態で、冷却流体の流量を９０ｌ／ｍｉｎとすることによって、加速管温度Ｔ２の変化を１℃以内に抑えることができる。よって、本実施例において、冷却流体の流量を従来の流量と比較して増加させずに発熱量の増加した加速管２を一定に維持できる。

【符号の説明】

【0038】

１ 加速器
２ 加速管
３ 冷却装置
４ 冷却路
４ａ 入口
４ｂ 出口
５ 循環路
５ａ 第１の分流路部
５ｂ 第２の分流路部
５ｃ 主流路部
６ 第１のバルブ
７ 第２のバルブ
８ 熱交換器
９ タンク
１０ ヒータ
１１ ポンプ
１２ 入口温度検出部
１３ 加速管温度検出部
１４ 制御部
Ｐ 入力電力
Ｔ１ 入口温度
Ｔ２ 加速管温度
ΔＴ１ 入口温度変化量
ΔＴ２ 加速管温度変化量
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 実線
Ｂ１ 破線
Ｓ１〜Ｓ１１ ステップ１〜ステップ１１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】