特開 2024-21159 加速空洞

(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】P2024021159

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】加速空洞

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/18 20060101AFI20240208BHJP

【ＦＩ】

H05H7/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022123802

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 優志

(72)【発明者】

【氏名】重岡 伸之

(72)【発明者】

【氏名】宮本 明啓

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085BA05

2G085BA07

2G085BD06

(57)【要約】

【課題】内部を効率的に真空排気することが可能な加速空洞を提供する。
【解決手段】加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を分割面同士が隙間を空けて対向した状態で設けられる筐体と、筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、隙間を介して複数のセル部に接続された真空マニホールドとを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面で複数に分割された分割部材を前記平面に沿った分割面同士が隙間を空けて対向した状態で設けられる筐体と、
前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、
前記隙間を介して複数の前記セル部に接続された真空マニホールドと
を備える加速空洞。

【請求項2】

前記真空マニホールドは、前記中心軸に直交する方向から前記筐体の前記隙間に接続される
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項3】

前記筐体の内部に設けられ、隣り合う前記セル部同士の間を接続する結合空洞を更に備え、
全ての前記結合空洞は、前記セル部に対して前記中心軸に直交する方向について同じ側に配置される
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項4】

前記結合空洞は、前記真空マニホールドに接続される
請求項３に記載の加速空洞。

【請求項5】

前記結合空洞と前記真空マニホールドとが、前記セル部に対して、前記中心軸に直交する方向の反対側に配置される
請求項３に記載の加速空洞。

【請求項6】

前記真空マニホールドは、前記筐体の内部に設けられる
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項7】

前記真空マニホールドは、前記筐体の外部に設けられる
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項8】

前記筐体は、複数の前記セル部から外れた位置に、前記分割面に交差する方向に形成され前記隙間と当該筐体の外部に設けられる前記真空マニホールドとを連通する排気孔を有する
請求項７に記載の加速空洞。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加速空洞に関する。

【背景技術】

【0002】

加速空胴は、高周波が入力されることで内部に加速電界を発生させ、電子等の荷電粒子を加速させる。このような加速空洞として、例えば中心軸の軸方向に並ぶ複数のセル部が設けられ、セル部同士が連通部により連通された構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１－１０７４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、上記のような加速空洞を製造する際、中心軸に沿った平面上の分割面で複数に分割された分割部材を予め形成し、当該分割部材同士を分割面で接合して形成する手法が提案されている。このような手法により製造される加速空洞においては、加速空洞内を効率的に真空排気する構成が求められる。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、内部を効率的に真空排気することが可能な加速空洞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】

本開示に係る加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を前記分割面同士が隙間を空けて対向した状態で設けられる筐体と、前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、前記隙間を介して複数の前記セル部に接続された真空マニホールドとを備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、内部を効率的に真空排気することが可能な加速空洞を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る加速空洞の一例を示す平面図である。

【図2】図２は、図１におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。

【図3】図３は、図２におけるＢ－Ｂ断面に沿った構成を示す図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【図5】図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面に沿った構成を示す図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【図7】図７は、図６におけるＤ－Ｄ断面に沿った構成を示す図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る加速空洞の他の例を示す断面図である。

【図9】図９は、図８におけるＥ－Ｅ断面に沿った構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示に係る加速空洞の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0010】

図１は、第１実施形態に係る加速空洞１００の一例を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。なお、図２では、断面ではないが分割面１２にハッチングを付した状態で示している。図３は、図２におけるＢ－Ｂ断面に沿った構成を示す図である。

【0011】

図１から図３に示す加速空洞１００は、高周波が入力されることで内部に加速電界を発生させ、線源ＢＳから出射される電子等の荷電粒子Ｍを加速させる。加速空洞１００及び線源ＢＳを用いて、加速器ＡＣが構成される。加速器ＡＣは、例えば高エネルギー物理学実験や放射光施設などの学術分野、放射線治療又は検査などの医療分野、非破壊検査などの工業分野等の各種分野において用いられる。なお、以下の説明において、加速空洞１００における方向のうち中心軸ＡＸの軸線方向を説明する場合、線源ＢＳ側（荷電粒子Ｍが入射する側）を入射側と表記し、入射側の反対側（荷電粒子が出射する側）を出射側と表記する。

【0012】

図１から図３に示すように、本実施形態に係る加速空洞１００は、筐体１０と、セル部２０と、結合空洞３０と、真空マニホールド４０とを備える。

【0013】

筐体１０は、導電性を有する筒形状である。筐体１０は、複数の分割部材１１を接合した状態で形成される。分割部材１１は、中心軸ＡＸに沿った平面状の分割面１２を有する。各分割部材１１は、分割面１２同士が対向した状態で接合される。各分割部材１１は、対向する分割面１２同士の間に隙間１３を空けた状態で設けられる。本実施形態では、筐体１０が水平面に直交しかつ中心軸ＡＸを通る平面に沿って当該中心軸ＡＸの側方向に分割された構成を例に挙げて説明する。筐体１０の分割数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。分割部材１１は、全体的に互いに対向する部分が丸みを帯びた形状を有している。このため、電圧が局所的に印加されることが抑制される。

【0014】

セル部２０は、筐体１０の内部に形成される。セル部２０は、筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置される。セル部２０は、荷電粒子を通過させる連通部２２により互いに連通される。連通部２２は、中心軸ＡＸに沿って形成される。セル部２０は、高周波により荷電粒子を加速させる。

【0015】

結合空洞３０は、隣り合うセル部２０同士の間を接続する。結合空洞３０は、隣り合うセル部２０の間で高周波を伝搬させる。結合空洞３０は、荷電粒子の加速に寄与しない箇所に配置される。結合空洞３０は、セル部２０に対して中心軸ＡＸに直交する方向のうち同一方向の外側に配置される。第１実施形態において、全ての結合空洞３０は、中心軸ＡＸを基準としてセル部２０に対して上方に配置される。

【0016】

真空マニホールド４０は、複数のセル部２０を真空排気する際の負圧を形成する部分である。真空マニホールド４０は、配管４３を介して真空ポンプ等の真空形成部４２に接続される。本実施形態において、真空マニホールド４０は、例えば筐体１０の内部に設けられる。真空マニホールド４０は、１つの空間として形成され、各結合空洞３０の上方に配置される。真空マニホールド４０は、分割部材１１同士の隙間１３を介して複数のセル部２０に接続される。各セル部２０は、１つの真空マニホールド４０に接続される。また、本実施形態において、真空マニホールド４０は、連通部４５を介して結合空洞３０に連通される。したがって、真空マニホールド４０は、各結合空洞３０を介して複数のセル部２０に接続される。この構成により、真空マニホールド４０と複数のセル部２０との間が確実に接続される。

【0017】

図２に示すように、筐体１０において、各分割部材１１の分割面１２には、セル部２０及び連通部２２の一部を構成する単位セル部２１及び単位連通部２３と、結合空洞３０の一部を構成する単位結合空洞３１と、真空マニホールド４０の一部を構成する単位マニホールド４１とが形成される。

【0018】

セル部２０は、分割部材１１のそれぞれに設けられる単位セル部２１同士を組み合わせることで構成される。連通部２２は、分割部材１１のそれぞれに設けられる単位連通部２４同士を組み合わせることで構成される。結合空洞３０は、分割部材１１のそれぞれに設けられる単位結合空洞３１同士を組み合わせることで構成される。真空マニホールド４０は、各分割部材１１に形成される単位マニホールド４１同士が組み合わされることで構成される。

【0019】

本実施形態に係る加速空洞１００は、導電性を有する筒形状であり、中心軸ＡＸに沿った平面で複数に分割された分割部材１１を当該平面に沿った分割面１２同士が隙間１３を空けて対向した状態で設けられる筐体１０と、筐体１０の内部に当該筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部２２により互いに連通された複数のセル部２０と、隙間１３を介して複数のセル部２０に接続された真空マニホールド４０とを備える。

【0020】

この構成によれば、複数に分割された分割部材１１の分割面１２同士が隙間１３を空けて対向した状態で筐体１０が設けられる構成において、真空マニホールド４０が隙間１３を介して複数のセル部２０に接続されるため、内部を効率的に真空排気することが可能となる。

【0021】

本実施形態に係る加速空洞１００において、真空マニホールド４０は、中心軸ＡＸに直交する方向から筐体１０の隙間１３に接続される。この構成によれば、真空マニホールド４０を筐体１０に対して中心軸ＡＸに直交する方向に配置することができる。

【0022】

本実施形態に係る加速空洞１００において、全ての結合空洞３０は、セル部２０に対して中心軸ＡＸに直交する方向について同じ側に配置される。この構成では、結合空洞３０をセル部２０に対して中心軸ＡＸに直交する方向の同じ側に寄せることにより、１つのセル部２０に接続される２つの結合空洞３０について、中心軸ＡＸに直交する方向（上下方向）の電場の向きが逆になる。これにより、上下方向の電場がキャンセルされるため、セル部２０における電場分布の中心が上下方向に寄ることを抑制できる。このため、荷電粒子のビームの偏りを抑制することができる。

【0023】

本実施形態に係る加速空洞１００において、筐体１０の内部に設けられ、隣り合うセル部２０同士の間を接続する結合空洞３０を更に備え、結合空洞３０は、真空マニホールド４０に接続される。この構成によれば、真空マニホールド４０が結合空洞３０を介してセル部２０に接続されるため、真空マニホールド４０によりセル部２０をより確実に真空排気することができる。

【0024】

本実施形態に係る加速空洞１００において、真空マニホールド４０は、筐体１０の内部に設けられる。この構成では、真空マニホールド４０を筐体１０の内部に設けることにより、部品点数の削減を図ることができる。

【0025】

次に、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る加速空洞２００の一例を示す断面図である。図４では、断面ではないが分割面１１２にハッチングを付した状態で示している。図５は、図４におけるＣ－Ｃ断面に沿った構成を示す図である。

【0026】

図４及び図５に示すように、第２実施形態に係る加速空洞２００は、筐体１１０と、セル部１２０と、結合空洞１３０と、真空マニホールド１４０とを備える。筐体１１０は、複数の分割部材１１１を接合した状態で形成される。各分割部材１１１は、分割面１１２同士が対向した状態で接合され、対向する分割面１１２同士の間に隙間１１３を空けた状態で設けられる。セル部１２０は、筐体１１０の内部に中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で複数形成され、連通部１２２により互いに連通される。なお、第２実施形態に係る加速空洞２００においては、符号による表記を省略するが、第１実施形態と同様、筐体１１０において、各分割部材１１１の分割面１１２には、セル部１２０及び連通部１２２の一部を構成する単位セル部及び単位連通部と、結合空洞１３０の一部を構成する単位結合空洞と、真空マニホールド１４０の一部を構成する単位マニホールドとが形成される。

【0027】

本実施形態に係る加速空洞２００では、結合空洞１３０と真空マニホールド１４０とが、セル部１２０に対して、中心軸ＡＸに直交する方向の反対側に配置される。つまり、中心軸ＡＸに直交する方向について、結合空洞１３０がセル部１２０に対して一方側に配置され、真空マニホールド１４０がセル部１２０に対して一方側とは反対の他方側に配置された構成となっている。図４に示す例では、結合空洞１３０がセル部１２０の上側に配置され、真空マニホールド１４０がセル部１２０の下側に配置された構成である。

【0028】

この構成では、真空マニホールド１４０とセル部１２０とが隙間１１３を介して接続される。したがって、真空マニホールド１４０により、隙間１１３を介してセル部１２０の真空排気を行うことができる。このため、効率的にセル部１２０の真空排気を行うことができる。

【0029】

次に、第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態に係る加速空洞３００の一例を示す断面図である。図６では、断面ではないが分割面２１２にハッチングを付した状態で示している。図７は、図６におけるＤ－Ｄ断面に沿った構成を示す図である。

【0030】

図６及び図７に示すように、第３実施形態に係る加速空洞３００は、筐体２１０と、セル部２２０と、結合空洞２３０と、真空マニホールド２４０とを備える。筐体２１０は、複数の分割部材２１１を接合した状態で形成される。各分割部材２１１は、分割面２１２同士が対向した状態で接合され、対向する分割面２１２同士の間に隙間２１３を空けた状態で設けられる。なお、隙間２１３は、筐体２１０の外部に設けられる真空マニホールド２４０及び連通部２２２を除いた部分については、溶接、接着又はシール部材等により封止される。セル部２２０は、筐体２１０の内部に中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で複数形成され、連通部２２２により互いに連通される。なお、第３実施形態に係る加速空洞３００においては、符号による表記を省略するが、上記各実施形態と同様、筐体２１０において、各分割部材２１１の分割面２１２には、セル部２２０及び連通部２２２の一部を構成する単位セル部及び単位連通部と、結合空洞２３０の一部を構成する単位結合空洞と、真空マニホールド２４０の一部を構成する単位マニホールドとが形成される。

【0031】

図６及び図７に示すように、第３実施形態に係る加速空洞３００では、真空マニホールド２４０が筐体２１０の外部に設けられる。つまり、真空マニホールド２４０と筐体２１０とが別部品として設けられる。この構成により、真空マニホールド２４０の配置の自由度が高くなる。

【0032】

図６及び図７に示す例では、真空マニホールド２４０は、筐体２１０に対して中心軸ＡＸの軸線方向の側方に配置されるマニホールド形成部材２４２の内部に設けられる。マニホールド形成部材２４２は、例えば図７に示すように断面が円弧状であるが、この構成に限定されず、矩形状、三角形状等、他の形状であってもよい。

【0033】

図６及び図７に示すように、筐体２１０は、排気孔２１４を有する。排気孔２１４は、筐体２１０のうち各セル部２２０から外れた位置に配置される。排気孔２１４は、分割面２１２に交差する方向に形成される。排気孔２１４は、隙間２１３と真空マニホールド２４０との間を連通する。

【0034】

図８は、第３実施形態に係る加速空洞の他の例を示す断面図である。図８では、断面ではないが分割面２１２にハッチングを付した状態で示している。図９は、図８におけるＥ－Ｅ断面に沿った構成を示す図である。図８及び図９に示す加速空洞３００Ａは、真空マニホールド２４０Ａ（マニホールド形成部材２４２Ａ）が筐体２１０に対して下方に配置される点で、加速空洞３００Ａとは構成が異なっている。この構成において、真空マニホールド２４０Ａは、隙間２１３を介してセル部２２０に接続される。

【0035】

本実施形態に係る加速空洞３００、３００Ａは、真空マニホールド２４０が、筐体２１０の外部に設けられる。この構成により、真空マニホールド２４０の配置の自由度が高くなる。

【0036】

また、加速空洞３００において、筐体２１０は、複数のセル部２２０から外れた位置に、分割面２１２に交差する方向に形成され隙間２１３と当該筐体２１０の外部に設けられる真空マニホールド２４０とを連通する排気孔２１４を有する。この構成では、真空マニホールド２４０により、排気孔２１４を介してセル部２２０を効率的に真空排気することができる。

【0037】

以上のように、本開示の第１態様に係る加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸ＡＸに沿った平面で複数に分割された分割部材１１を当該平面に沿った分割面１２同士が隙間１３を空けて対向した状態で設けられる筐体１０と、筐体１０の内部に当該筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部２２により互いに連通された複数のセル部２０と、隙間１３を介して複数のセル部２０に接続された真空マニホールド４０とを備える。

【0038】

この構成によれば、複数に分割された分割部材１１の分割面１２同士が隙間１３を空けて対向した状態で筐体１０が設けられる構成において、真空マニホールド４０が隙間１３を介して複数のセル部２０に接続されるため、内部を効率的に真空排気することが可能となる。

【0039】

本開示の第２態様に係る加速空洞は、第１態様に係る加速空洞において、真空マニホールド４０が、中心軸ＡＸに直交する方向から筐体１０の隙間１３に接続される。

【0040】

この構成によれば、真空マニホールド４０を筐体１０に対して中心軸ＡＸに直交する方向に配置することができる。

【0041】

本開示の第３態様に係る加速空洞は、第１態様又は第２態様に係る加速空洞において、筐体１０の内部に設けられ、隣り合うセル部２０同士の間を接続する結合空洞３０を更に備え、全ての結合空洞３０が、セル部２０に対して中心軸ＡＸに直交する方向について同じ側に配置される。

【0042】

この構成では、結合空洞３０をセル部２０に対して中心軸ＡＸに直交する方向の同じ側に寄せることにより、中心軸ＡＸに直交する方向の電場分布の中心を中心軸ＡＸに合わせることができる。このため、荷電粒子のビームの偏りを抑制することができる。

【0043】

本開示の第４態様に係る加速空洞は、第３態様に係る加速空洞において、結合空洞３０が、真空マニホールド４０に接続される。

【0044】

この構成によれば、真空マニホールド４０が結合空洞３０を介してセル部２０に接続されるため、真空マニホールド４０によりセル部２０をより確実に真空排気することができる。

【0045】

本開示の第５態様に係る加速空洞は、第３態様に係る加速空洞において、結合空洞１３０と真空マニホールド１４０とが、セル部１２０に対して、中心軸ＡＸに直交する方向の反対側に配置される。

【0046】

この構成では、真空マニホールド１４０とセル部１２０とが隙間１１３を介して接続される。したがって、真空マニホールド１４０により、隙間１１３を介してセル部１２０の真空排気を行うことができる。このため、効率的にセル部１２０の真空排気を行うことができる。

【0047】

本開示の第６態様に係る加速空洞は、第１態様から第５態様のいずれかに係る加速空洞において、真空マニホールド４０が、筐体１０の内部に設けられる。

【0048】

この構成では、真空マニホールド４０を筐体１０の内部に設けることにより、部品点数の削減を図ることができる。

【0049】

本開示の第７態様に係る加速空洞は、第１態様から第５態様のいずれかに係る加速空洞において、真空マニホールド２４０が、筐体２１０の外部に設けられる。

【0050】

この構成により、真空マニホールド２４０の配置の自由度が高くなる。

【0051】

本開示の第８態様に係る加速空洞は、第７態様に係る加速空洞において、筐体２１０が、複数のセル部２２０から外れた位置に、分割面２１２に交差する方向に形成され隙間２１３と当該筐体２１０の外部に設けられる真空マニホールド２４０とを連通する排気孔２１４を有する。

【0052】

この構成では、真空マニホールド２４０により、排気孔２１４を介してセル部２２０を効率的に真空排気することができる。

【符号の説明】

【0053】

１０，１１０，２１０ 筐体
１１，１１１ 分割部材
１２，１１２，２１２ 分割面
１３，１１３，２１３ 隙間
２０，１２０，２２０ セル部
２１ 単位セル部
２２，４５，１２２ 連通部
２３，２４ 単位連通部
３０，１３０ 結合空洞
３１ 単位結合空洞
４０，１４０，２４０ 真空マニホールド
４１ 単位マニホールド
４２ 真空形成部
４３ 配管
１００，２００，３００，３００Ａ 加速空洞
２１４ 排気孔
２４２ マニホールド形成部材
ＡＣ 加速器
ＡＸ 中心軸
ＢＳ 線源
Ｍ 荷電粒子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】