特開 2024-176183 超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法

(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】P2024176183

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/20 20060101AFI20241212BHJP

【ＦＩ】

H05H7/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094527

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100206081

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 央

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】金 太▲げん▼

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA04

2G085BA05

2G085BE02

2G085BE10

2G085EA02

2G085EA04

(57)【要約】

【課題】十分な強度を確保しつつ製造コストを低減できる超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る超電導加速空洞管の一つの態様は、荷電粒子をビーム軸に沿って加速させる超電導加速空洞管であって、前記ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備え、前記管本体は、ステンレス鋼からなる補強層と、前記補強層の内表面に接合される基材層と、前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子をビーム軸に沿って加速させる超電導加速空洞管であって、
前記ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備え、
前記管本体は、
ステンレス鋼からなる補強層と、
前記補強層の内表面に接合される基材層と、
前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有する、
超電導加速空洞管。

【請求項2】

前記基材層は、銅、又は銅合金からなり、
前記超電導層は、ホウ化マグネシウムからなる、
請求項１に記載の超電導加速空洞管。

【請求項3】

前記管本体は、前記軸方向に並ぶ複数の膨らみ部と、前記軸方向において前記膨らみ部同士の間に位置し前記膨らみ部よりも直径が小さい複数のくびれ部と、を有する、
請求項１に記載の超電導加速空洞管。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一項に記載の超電導加速空洞管と、
前記超電導加速空洞管を収納するとともに、内部に前記補強層の外表面に接触する冷媒を満たす圧力容器と、を備える、
超電導加速装置。

【請求項5】

ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備える超電導加速空洞管の製造方法であって、
前記管本体は、
ステンレス鋼からなる補強層と、
前記補強層の内表面に接合される基材層と、
前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有し、
ステンレス鋼と前記基材層を構成する材料とを加熱しながら加圧することで接合して前記補強層と前記基材層とのクラッド材を成形するクラッド材成形工程と、
前記基材層を内側として前記クラッド材を管状に成形する管成形工程と、を有する、
超電導加速空洞管の製造方法。

【請求項6】

前記管成形工程の後に行われる成膜工程をさらに有し、
前記成膜工程は、真空雰囲気下で前記基材層の内表面に前記超電導層を堆積させる工程である、
請求項５に記載の超電導加速空洞管の製造方法。

【請求項7】

前記基材層は、銅、又は銅合金からなり、
前記超電導層は、ホウ化マグネシウムからなる、
請求項５に記載の超電導加速空洞管の製造方法。

【請求項8】

前記管本体は、前記軸方向に並ぶ複数の膨らみ部と、前記軸方向において前記膨らみ部同士の間に位置し前記膨らみ部よりも直径が小さい複数のくびれ部と、を有する、
請求項５～７の何れか一項に記載の超電導加速空洞管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子、あるいは陽子などの荷電粒子を加速させるための装置として、共振させた電界を荷電粒子に作用させ、荷電粒子を加速させる加速空洞管が知られている。加速空洞管の例として、超電導材料を用いた超電導加速空洞管が知られている。超電導加速空洞管は、内表面に超電導層が設けられるため荷電粒子を加速させる際の電力損失が大幅に低減される。特許文献１には、ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）などの超電導物質を、銅などからなる基材層の内表面に成膜することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－７６１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に超電導層が成膜される基材層の材料としては、超電導層との密着性などの観点から銅などの特定の金属材料が選択される。また、基材層は、超電導層を冷却するための液体ヘリウム等の冷媒で周囲を囲まれる。このため従来の超電導加速空洞管では、冷媒の圧力に抗する十分な強度を確保するために、基材層の厚さを大きくする必要があった。これにより、基材層の材料コストがかさみ超電導加速空洞管の製造コストが増大してしまうという問題があった。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みて、十分な強度を確保しつつ製造コストを低減できる超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る超電導加速空洞管の一つの態様は、荷電粒子をビーム軸に沿って加速させる超電導加速空洞管であって、前記ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備え、前記管本体は、ステンレス鋼からなる補強層と、前記補強層の内表面に接合される基材層と、前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有する。

【0007】

本開示に係る超電導加速装置の一つの態様は、上記の超電導加速空洞管と、前記超電導加速空洞管を収納するとともに、内部に前記補強層の外表面に接触する冷媒を満たす圧力容器と、を備える。

【0008】

本開示に係る超電導加速空洞管の製造方法の一つの態様は、ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備える超電導加速空洞管の製造方法であって、前記管本体は、ステンレス鋼からなる補強層と、前記補強層の内表面に接合される基材層と、前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有し、ステンレス鋼と前記基材層を構成する材料とを加熱しながら加圧することで接合して前記補強層と前記基材層とのクラッド材を成形するクラッド材成形工程と、前記基材層を内側として前記クラッド材を管状に成形する管成形工程と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、十分な強度を確保しつつ製造コストを低減できる超電導加速空洞管、超電導加速装置、および超電導加速空洞管の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態の超電導加速装置の断面模式図である。

【図2】実施の形態の超電導加速空洞管の斜視図である。

【図3】実施の形態の管本体の部分断面図である。

【図4】実施の形態の超電導加速空洞管の製造方法を示すフローチャートである。

【図5】実施の形態のクラッド材の模式図である。

【図6】実施の形態の管成形工程を示す模式図である。

【図7】実施の形態の成膜工程を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数などを、実際の構造における縮尺および数などと異ならせる場合がある。また、以下の説明において、図１に示すビーム軸Ｊと平行な方向を単に軸方向と呼び、ビーム軸Ｊに対する径方向を単に径方向と呼ぶ場合がある。

【0012】

＜超電導加速装置＞
図１は、本実施の形態の超電導加速装置１の断面模式図である。
超電導加速空洞管１０は、ビーム軸Ｊに沿って荷電粒子を加速させる。超電導加速装置１は、軸方向に延びる管状の超電導加速空洞管１０と、超電導加速空洞管を収納する圧力容器２と、を有する。また、図示を省略するが、超電導加速装置１には、さらにビーム軸Ｊに沿って荷電粒子を出射する出射部と、圧力容器２の内部に冷媒Ｒを供給する冷媒供給部と、が設けられる。また、超電導加速装置１は、内部を真空とすることができる筐体（図示略）内に配置される。

【0013】

圧力容器２は、略直方体形状の箱状である。圧力容器２はビーム軸Ｊと直交する一対の側壁部２ａを有する。一対の側壁部２ａは、軸方向において互いに対向する。一対の側壁部２ａは、それぞれ超電導加速空洞管１０の両端部を支持する。圧力容器２の内部であって超電導加速空洞管１０の周囲には、冷媒Ｒが満たされる。冷媒Ｒは、例えば、液体ヘリウム、液体水素、気体状態のヘリウム、又は気体状態の水素である。圧力容器２は、冷媒Ｒの圧力に抗することができる程度に十分な強度を有する。

【0014】

＜超電導加速空洞管＞
図２は、本実施の形態の超電導加速空洞管１０の斜視図である。超電導加速空洞管１０は、管本体１０Ａと、一対のフランジ部１８、１９と、を有する。管本体１０Ａは、ビーム軸Ｊを中心とする軸対称形状である。管本体１０Ａは、第１パイプ部１１と、第２パイプ部１２と、多連セル部２０と、を有する。第１パイプ部１１、第２パイプ部１２、および多連セル部２０の内部空間は、ビーム軸Ｊに沿って連通している。

【0015】

第１パイプ部１１および第２パイプ部１２は、超電導加速空洞管１０の両端部を構成する。第１パイプ部１１は、多連セル部２０の一端側に接続され、第２パイプ部１２は、多連セル部２０の他端側に接続される。

【0016】

図１に示すように、第１パイプ部１１および第２パイプ部１２は、圧力容器２の側壁部２ａに支持される。第１パイプ部１１の多連セル部２０と反対側の端部には、フランジ部１８が設けられる。また、第１パイプ部１１には、図示略のポート管が設けられる。同様に、第２パイプ部１２の多連セル部２０と反対側の端部には、フランジ部１９が設けられる。また、第２パイプ部１２には、図示略のポート管が設けられる。第１パイプ部１１および第２パイプ部１２のポート管は、例えばビーム管である。

【0017】

多連セル部２０は、ビーム軸Ｊを中心として軸方向に延びる。多連セル部２０は、複数の膨らみ部２１と複数のくびれ部２２と、を有する。すなわち、管本体１０Ａは、複数の膨らみ部２１および複数のくびれ部を有する。本実施の形態の多連セル部２０には、４個の膨らみ部２１と３個のくびれ部２２とが設けられるが、膨らみ部２１およびくびれ部２２の数は本実施の形態に限定されない。

【0018】

複数の膨らみ部２１は、軸方向に並ぶ。また、くびれ部２２は、軸方向において膨らみ部２１の間に配置される。したがって、膨らみ部２１とくびれ部２２とは、軸方向において交互に配置される。膨らみ部２１とくびれ部２２とは、一体的に構成される。膨らみ部２１は、くびれ部２２に対してビーム軸Ｊの径方向外側に膨らんだ形状を有する。一方で、くびれ部２２は、膨らみ部２１に対して径方向内側にくびれた形状を有する。したがって、くびれ部２２は、膨らみ部２１よりもビーム軸Ｊを中心とする直径が小さい。膨らみ部２１の外表面は、外側に向かって凸状の曲面となっており、一方でくびれ部２２の外表面は、外側から見て凹状の曲面となっている。膨らみ部２１とくびれ部２２とは、連続的に変化する曲率半径で滑らかに接続されている。

【0019】

図３は、本実施の形態の管本体１０Ａの部分断面図である。
図３に示すように管本体１０Ａは、補強層３１と、基材層３２と、超電導層３３と、を有する。補強層３１、基材層３２、および超電導層３３は、径方向外側から径方向内側に向かってこの順で重なる。補強層３１、基材層３２、および超電導層３３は、それぞれ管本体１０Ａの全長に亘って略一様な厚さで形成される。補強層３１の厚さは、基材層３２、および超電導層３３の厚さよりも大きい。また、超電導層３３は薄膜であり、超電導層３３の厚さは、補強層３１および基材層３２の厚さよりも十分に小さい。

【0020】

補強層３１の厚さを適切な範囲で略均一とすることで、管本体１０Ａの十分な強度を確保しつつ、冷媒Ｒによる超電導層３３の冷却を補強層３１が阻害することを抑制できる。基材層３２の厚さを適切な範囲で略均一とすることで、基材層３２を構成する材料の使用量を低減しつつ、超電導層３３に欠陥が生じ基材層３２を迂回して電流が流れる場合であっても電気抵抗を十分に抑制することができる。超電導層３３の厚さを適切な範囲で略均一とすることで、超電導特性を十分に発揮させることができる。

【0021】

補強層３１は、径方向外側を向く外表面３１ａと、径方向内側を向く内表面３１ｂと、を有する。補強層３１の外表面３１ａは、冷媒Ｒと接触する。補強層３１の内表面３１ｂは、基材層３２と接合される。補強層３１は、ステンレス鋼から構成される。補強層３１として使用されるステンレス鋼は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼であることが好ましい。補強層３１を非磁性材料から構成することで、超電導加速空洞管１０の内部の磁場に補強層３１の磁性が影響を与えることを抑制でき、荷電粒子の加速を効率的に行うことができる。

【0022】

基材層３２は、径方向外側を向く外表面３２ａと、径方向内側を向く内表面３２ｂと、を有する。基材層３２の外表面３２ａは、補強層３１と接合される。基材層３２の内表面３２ｂには、超電導層３３が成膜される。基材層３２は、銅、又は銅合金からなる。基材層３２としては、銅を主成分とするものであって、超電導層３３を緻密にできるものから選択される。基材層３２を銅合金から構成する場合、銅合金に含まれる金属材料は特に限定されない。

【0023】

超電導層３３は、ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）からなる。ホウ化マグネシウムは、六方晶の層状物質であり、約２０Ｋ～約３０Ｋに冷却することで安定的な超電導特性を示す。超電導層３３は、補強層３１および基材層３２を介して冷媒Ｒによって冷却される。超電導層３３は、真空蒸着法、又はスパッタリング法など、真空雰囲気下で基材層３２の内表面３２ｂにホウ化マグネシウムを堆積させる方法で成膜される。

【0024】

図１に示すように、超電導加速空洞管１０の内部には、複数の加速電界発生領域Ａが設けられる。複数の加速電界発生領域Ａは、ビーム軸Ｊ上に並んで配置される。加速電界発生領域Ａは、軸方向において、膨らみ部２１の径方向内側に位置する。本実施の形態の超電導加速空洞管１０は、４個の膨らみ部２１を有するため、超電導加速空洞管１０の内部には、４か所の加速電界発生領域Ａが設けられる。超電導層３３に高周波電流を流すことで、加速電界発生領域Ａには、ビーム軸Ｊ上に位置する荷電粒子を加速させる電界が発生する。

【0025】

＜超電導加速空洞管の製造方法＞
次に本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法について説明する。
図４は、本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法を示すフローチャートである。超電導加速空洞管１０は、クラッド材成形工程Ｓ１０と、管成形工程Ｓ２０と、成膜工程と、を有する。

【0026】

図５は、クラッド材成形工程Ｓ１０で成形されるクラッド材４０の模式図である。本実施の形態のクラッド材４０は、板状である。クラッド材４０は、ステンレス鋼からなる補強層３１と、銅又は銅合金からなる基材層３２と、を有する。クラッド材４０は、補強層３１を構成する材料であるステンレス鋼と、基材層３２を構成する材料である銅又は銅合金とを加熱しながら加圧することで接合して成形される。より具体的な接合方法としては、例えば、爆発圧着法、圧延法、拡散接合法など従来公知の方法が採用できる。

【0027】

図６は、管成形工程Ｓ２０を示す模式図である。管成形工程Ｓ２０は、基材層３２を内側としてクラッド材４０を管状に成形する工程である。管成形工程Ｓ２０は、塑性変形工程Ｓ２１と、接合工程Ｓ２２と、熱処理工程Ｓ２３と、研磨工程Ｓ２４と、を有する。

【0028】

塑性変形工程Ｓ２１は、クラッド材４０を塑性変形させて複数の凹状部材４１と一対のパイプ状部材４２とを成形する工程である。凹状部材４１は、基材層３２を内側とした略半球状に形成される。凹状部材４１は、軸方向の両側に開口する。凹状部材４１は、第１開口４１ａと、軸方向において第１開口４１ａの反対側を向く第２開口４１ｂと、を有する。第１開口４１ａは、第２開口４１ｂよりも直径が大きい。本実施の形態の塑性変形工程Ｓ２１では、８つの凹状部材４１が成形される。凹状部材４１は、例えばプレス加工によって成形される。また、凹状部材４１は、搾り加工によって成形されていてもよい。一対のパイプ状部材４２は、例えば、基材層３２を内側にして円管状に塑性変形させ端部同士を溶接などの接合手段で接合することで成形される。

【0029】

接合工程Ｓ２２は、複数の凹状部材４１、および一対のパイプ状部材４２を溶接などの接合手段で接合する工程である。複数の凹状部材４１は、第１開口４１ａと第２開口４１ｂとを交互に反転させて並べられて、互いに向かい合う第１開口４１ａ同士、および第２開口４１ｂ同士が接合される。これにより、４つの膨らみ部２１が設けられる多連セル部２０（図１参照）が構成される。さらに、多連セル部２０の両端部に一対の第２開口４１ｂにパイプ状部材４２を接合することで管本体１０Ａの外形が形成される。

【0030】

熱処理工程Ｓ２３は、塑性変形工程Ｓ２１および接合工程Ｓ２２を経ることで成形された管本体１０Ａに対して熱処理を施す工程である。クラッド材４０の補強層３１を構成するステンレス鋼としては、オーステナイト系のステンレス鋼が用いられる。しかしながら、補強層３１は、クラッド材４０を成形する加圧および加熱、並びに管本体１０Ａを成形するための塑性加工によってステンレス鋼の結晶構造に変化が生じ補強層３１が非磁性の特性を示さなくなることが懸念される。熱処理工程Ｓ２３では、管本体１０Ａの補強層３１に熱処理を施すことで金属組織を整えて補強層３１をオーステナイト系のステンレス鋼とする。熱処理の時間および温度としては、補強層３１をオーステナイト系の結晶構造とするための従来公知の方法が採用される。

【0031】

研磨工程Ｓ２４は、基材層３２の内表面３２ｂに対して研磨加工を行う工程である。研磨工程Ｓ２４を行うことで、基材層３２の内表面３２ｂの表面性状を整えることができ、内表面３２ｂに対する超電導層３３の成膜を安定させることができる。研磨工程Ｓ２４における研磨法としては、従来公知の方法を採用することができる。

【0032】

以上に本実施の形態で採用可能な管成形工程Ｓ２０について説明した。ここで説明した本実施の形態の管成形工程Ｓ２０は一例であり、管成形工程Ｓ２０はその他の手順を経て管本体１０Ａの外形を成形するものであってもよい。例えば、管成形工程Ｓ２０は、補強層３１と基材層３２とを有する円管状のクラッド材に対し、ネッキング加工を行った後に内部に油圧を付与する液圧成形を行うことで管本体１０Ａの外形を成形するものであってもよい。この場合、管本体１０Ａを、溶接部分を有さないシームレス管とすることができる。

【0033】

図７は、成膜工程Ｓ３０を示す模式図である。
成膜工程Ｓ３０は、真空雰囲気下で基材層３２の内表面３２ｂに超電導層３３を堆積させる工程である。本実施の形態の成膜工程Ｓ３０は、マグネトロンスパッタリング法によって行われる。本実施の形態において、成膜工程Ｓ３０は、成膜装置５０を用いて行われる。成膜装置５０は、ビーム軸Ｊに沿って軸方向に延びる軸部５２と、軸部５２の先端に取り付けらえるスパッタリングターゲット５１と、を有する。軸部５２は、軸方向に移動可能である。また、軸部５２は、ビーム軸Ｊを中心として回転可能である。スパッタリングターゲット５１は、ホウ化マグネシウムからなる。スパッタリングターゲット５１を構成するホウ化マグネシウムは、軸部５２の先端に形成される磁場によって径方向外側にスパッタリング粒子５１ａとして飛び出して基材層３２の内表面３２ｂに堆積する。成膜装置５０は、軸部５２を回転させることでスパッタリング粒子５１ａの飛散方向を周方向に分散させることができる。また、成膜装置５０は、軸方向に移動することで内表面３２ｂの全長に亘って超電導層３３を成膜することができる。なお、本実施の形態では、スパッタリング法によって行われる成膜工程について説明した。しかしながら、成膜工程は、真空蒸着法又は原子層堆積（ALD： Atomic Layer Deposition）成膜法など他の方法によって行われていてもよい。

【0034】

＜まとめ＞
本実施の形態の超電導加速空洞管１０は、荷電粒子をビーム軸Ｊに沿って加速させる超電導加速空洞管であって、ビーム軸Ｊの軸方向に延びる管本体１０Ａを備える。管本体１０Ａは、ステンレス鋼からなる補強層３１と、補強層３１の内表面３１ｂに接合される基材層３２と、基材層３２の内表面３２ｂに成膜される超電導層３３と、を有する。この構成によれば、ステンレス鋼からなる補強層３１によって基材層３２を補強することができる。一般的に、ステンレス鋼は、基材層３２を構成する材料、すなわち本実施の形態では銅又は銅合金よりも強度が高い。補強層３１によって基材層３２を補強することで、補強層３１を有さずに同等の強度となるように基材層３２を厚肉とした管本体と比較して、管本体１０Ａを大幅に薄肉化することができる。これにより、管本体１０Ａに用いられる基材層３２の材料の使用量を削減することができ、超電導加速空洞管１０の製造コストを低減できる。加えて、管本体１０Ａを薄肉化することで、管本体１０Ａの熱容量を低減することができ、補強層３１および基材層３２を介して補強層３１の径方向外側に満たされる冷媒Ｒによって超電導層３３を効率的に冷却することができる。結果的に、超電導層３３を冷却するための冷媒Ｒの使用量を抑えることができ、超電導加速空洞管１０の運転コストを低減できる。また、一般的に、ステンレス鋼は補強部材として工業分野全般に幅広く用いられており、補強層３１としてステンレス鋼を採用することで補強構造を構成するための従来の知見を超電導加速空洞管１０の設計に利用することできる。したがって、本実施の形態によれば、超電導加速空洞管１０の圧力に対する強度設計が容易となる。

【0035】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０において、基材層３２は、銅、又は銅合金からなり、超電導層３３は、ホウ化マグネシウムからなる。ホウ化マグネシウムからなる超電導層３３は、銅、又は銅合金の表面に成膜することで、緻密な結晶構造を形成し易い。このため、上述の構成によれば、基材層３２の内表面３２ｂに緻密な超電導層３３を成膜することができる。また、ホウ化マグネシウムは、他の超電導物質と比較して、高い温度で超電導特性を示すことが知られている。超電導層３３を構成する材料としてホウ化マグネシウムを採用することで、他の超電導物質を採用する場合と比較して、超電導層３３を冷却する冷媒Ｒの使用量を抑えることができ、超電導加速空洞管１０の運転コストを低減できる。

【0036】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０において、管本体１０Ａは、軸方向に並ぶ複数の膨らみ部２１と、軸方向において膨らみ部２１同士の間に位置し膨らみ部２１よりも直径が小さい複数のくびれ部２２と、を有する。この構成によれば、加速電界発生領域Ａにおいて、荷電粒子を効率的に加速させることができる。さらに、本実施の形態のような膨らみ部２１とくびれ部２２とを有する多連セル構造を採用する場合においても、基材層３２を補強層３１で補強することで冷媒Ｒの圧力に対して基材層３２を十分に補強できる。

【0037】

本実施の形態の超電導加速装置１は、超電導加速空洞管１０と、超電導加速空洞管１０を収納するとともに、内部に補強層３１の外表面３１ａに接触する冷媒Ｒを満たす圧力容器２と、を備える。この構成によれば、低コストで製造、および運転可能が可能な超電導加速装置１を構成できる。

【0038】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法は、ビーム軸Ｊの軸方向に延びる管本体１０Ａを備える超電導加速空洞管１０の製造方法であって、管本体１０Ａは、ステンレス鋼からなる補強層３１と、補強層３１の内表面３１ｂに接合される基材層３２と、基材層３２の内表面３２ｂに成膜される超電導層３３と、を有する。超電導加速空洞管１０の製造方法は、クラッド材成形工程Ｓ１０と、管成形工程Ｓ２０と、を有する。クラッド材成形工程Ｓ１０は、ステンレス鋼と基材層３２を構成する材料とを加熱しながら加圧することで接合して補強層３１と基材層とのクラッド材４０を成形する工程である。管成形工程Ｓ２０は、基材層３２を内側としてクラッド材４０を管状に成形する工程である。この構成によれば、管成形工程Ｓ２０において、クラッド材４０を用いて管本体１０Ａを成形するため、補強層３１と基材層３２とが密着して互いに接合する管本体１０Ａを製造することができる。これにより、基材層３２の全体を補強層３１によって十分に補強する事が可能となる。加えて、クラッド材４０を用いて管本体１０Ａを成形することで、管本体１０Ａの各部の厚さを全長に亘って均一にし易い。この構成によれば、局所的に厚さに偏りがある場合と比較して、冷媒Ｒによって超電導層３３を均一に冷却可能な超電導加速空洞管１０を製造できる。

【0039】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法は、管成形工程Ｓ２０の後に行われる成膜工程Ｓ３０をさらに有する。成膜工程Ｓ３０は、真空雰囲気下で基材層３２の内表面３２ｂに超電導層３３を堆積させる工程である。この構成によれば、管成形工程Ｓ２０において管本体１０Ａの外形を成形した後に成膜工程Ｓ３０において超電導層３３を成膜することで、基材層３２の内表面３２ｂに沿って緻密な結晶構造を有する超電導層３３を形成できる。

【0040】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法において、基材層３２は、銅、又は銅合金からなり、超電導層３３は、ホウ化マグネシウムからなる。この構成によれば、基材層３２の内表面３２ｂに緻密な超電導層３３を成膜することができる。

【0041】

本実施の形態の超電導加速空洞管１０の製造方法において、管本体１０Ａは、軸方向に並ぶ複数の膨らみ部２１と、軸方向において膨らみ部２１同士の間に位置し膨らみ部２１よりも直径が小さい複数のくびれ部２２と、を有する。この構成によれば、膨らみ部２１とくびれ部２２とを有する多連セル構造を採用する場合においても、基材層３２を補強層３１で補強した超電導加速空洞管１０を製造できる。

【0042】

以上に本開示における実施の形態について説明したが、本開示は上述した各実施の形態の構成のみに限定されず、以下の構成および方法を採用することもできる。また、本明細書において説明した各構成および各方法は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。例えば、超電導加速空洞管１０を構成する管本体１０Ａは、補強層３１、基材層３２、および超電導層３３に加えて他の層を有していてもよい。また、超電導加速空洞管１０は、膨らみ部２１とくびれ部２２とを有する多連セル構造のものに限らず、スポーク型、ＨＷＲ型と呼ばれる他の種類の超電導加速空洞管であってもよい。

【0043】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0044】

（付記１）
荷電粒子をビーム軸に沿って加速させる超電導加速空洞管であって、
前記ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備え、
前記管本体は、
ステンレス鋼からなる補強層と、
前記補強層の内表面に接合される基材層と、
前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有する、
超電導加速空洞管。
（付記２）
前記基材層は、銅、又は銅合金からなり、
前記超電導層は、ホウ化マグネシウムからなる、
付記１に記載の超電導加速空洞管。
（付記３）
前記管本体は、前記軸方向に並ぶ複数の膨らみ部と、前記軸方向において前記膨らみ部同士の間に位置し前記膨らみ部よりも直径が小さい複数のくびれ部と、を有する、
付記１又は２に記載の超電導加速空洞管。
（付記４）
付記１～３の何れか一項に記載の超電導加速空洞管と、
前記超電導加速空洞管を収納するとともに、内部に前記補強層の外表面に接触する冷媒を満たす圧力容器と、を備える、
超電導加速装置。
（付記５）
ビーム軸の軸方向に延びる管本体を備える超電導加速空洞管の製造方法であって、
前記管本体は、
ステンレス鋼からなる補強層と、
前記補強層の内表面に接合される基材層と、
前記基材層の内表面に成膜される超電導層と、を有し、
ステンレス鋼と前記基材層を構成する材料とを加熱しながら加圧することで接合して前記補強層と前記基材層とのクラッド材を成形するクラッド材成形工程と、
前記基材層を内側として前記クラッド材を管状に成形する管成形工程と、を有する、
超電導加速空洞管の製造方法。
（付記６）
前記管成形工程の後に行われる成膜工程をさらに有し、
前記成膜工程は、真空雰囲気下で前記基材層の内表面に前記超電導層を堆積させる工程である、
付記５に記載の超電導加速空洞管の製造方法。
（付記７）
前記基材層は、銅、又は銅合金からなり、
前記超電導層は、ホウ化マグネシウムからなる、
付記５又は６に記載の超電導加速空洞管の製造方法。
（付記８）
前記管本体は、前記軸方向に並ぶ複数の膨らみ部と、前記軸方向において前記膨らみ部同士の間に位置し前記膨らみ部よりも直径が小さい複数のくびれ部と、を有する、
付記５～７の何れか一項に記載の超電導加速空洞管の製造方法。

【符号の説明】

【0045】

１…超電導加速装置、２…圧力容器、１０…超電導加速空洞管、１０Ａ…管本体、２１…膨らみ部、２２…くびれ部、３１…補強層、３１ａ，３２ａ…外表面、３１ｂ，３２ｂ…内表面、３２…基材層、３３…超電導層、４０…クラッド材、Ｊ…ビーム軸、Ｒ…冷媒、Ｓ１０…クラッド材成形工程、Ｓ２０…管成形工程、Ｓ３０…成膜工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】