特開 2024-93204 粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネント

(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】P2024093204

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネント

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/04 20060101AFI20240702BHJP

【ＦＩ】

H05H13/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022209420

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】荒川 慶彦

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085BA08

2G085BA14

2G085BA15

2G085BC03

2G085BC06

2G085BE02

(57)【要約】

【課題】荷電粒子線の軌道に対するマグネティックチャンネルの位置精度を向上させる粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネントを提供する。
【解決手段】サイクロトロン１は、ディ電極５Ａと、ディ電極５Ａを冷却する第１冷却管６１と、ディ電極５Ａの電場で加速された荷電粒子が通過するマグネティックチャンネル９Ａを支持し第１冷却管６１から離れて配置される支持板３１と、支持板３１を冷却する第２冷却管６２と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディ電極と、
前記ディ電極を冷却する第１冷却管と、
前記ディ電極の電場で加速された荷電粒子が通過するマグネティックチャンネルを支持し前記第１冷却管から離れて配置される支持部材と、
前記支持部材を冷却する第２冷却管と、を備える、粒子加速器。

【請求項2】

前記第２冷却管は、前記第１冷却管から分岐されている、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項3】

前記第１冷却管と前記第２冷却管との分岐部分が前記ディ電極上に配置される、請求項２に記載の粒子加速器。

【請求項4】

前記第２冷却管は可撓性を有する、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項5】

前記第１冷却管が前記支持部材と前記ディ電極との間を通過する、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項6】

メディアンプレーンに直交する方向から見て、前記第２冷却管が、前記第１冷却管の環状軌道の内周側の領域に位置している、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項7】

前記第１冷却管は前記第２冷却管よりも太径である、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項8】

前記マグネティックチャンネルと前記支持部材とを含み前記ディ電極に取付けられるマグネティックチャンネルユニットを備える、請求項１に記載の粒子加速器。

【請求項9】

前記マグネティックチャンネルユニットは、スペーサを介して前記ディ電極に取付けられる、請求項８に記載の粒子加速器。

【請求項10】

ディ電極を冷却する第１冷却管と、
前記ディ電極の電場で加速された荷電粒子が通過するマグネティックチャンネルを支持し前記第１冷却管から離れて配置される支持部材と、
前記支持部材を冷却する第２冷却管と、を備える、粒子加速器用コンポーネント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネントに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の加速器が知られている。この加速器は、加速された荷電粒子を外に曲げるとともに収束させる機能を有するマグネティックチャンネルを備えている。このマグネティックチャンネルは、湾曲しながら周方向に延伸する内側磁性部材と、内側磁性部材よりも外周側に配置され内側磁性部材と同様に湾曲するように延伸する外側磁性部材と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2019-175682号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなマグネティックチャンネルは、内側磁性部材と外側磁性部材との間の導入ギャップに荷電粒子線を通過させ、当該導入ギャップの磁場によって荷電粒子線の偏向及び収束を行なうものである。従って、例えばマグネティックチャンネルの部品の熱変形等によってマグネティックチャンネルの位置が荷電粒子線の軌道に対してずれると、荷電粒子線の軌道と磁場との位置関係がずれ、加速器からの荷電粒子線の安定した引出しが出来なくなる虞がある。なお、引用文献１には、マグネティックチャンネルを支持する支持板に冷却媒体の流路が形成される旨が記載されているが、その詳細については検討されていない。このような問題に鑑み、本発明は、荷電粒子線の軌道に対するマグネティックチャンネルの位置精度を向上させる粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネント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】

【0005】

本発明の要旨は以下の通りである。

【0006】

〔１〕 ディ電極と、前記ディ電極を冷却する第１冷却管と、前記ディ電極の電場で加速された荷電粒子が通過するマグネティックチャンネルを支持し前記第１冷却管から離れて配置される支持部材と、前記支持部材を冷却する第２冷却管と、を備える、粒子加速器。

【0007】

〔２〕 前記第２冷却管は、前記第１冷却管から分岐されている、〔１〕に記載の粒子加速器。

【0008】

〔３〕 前記第１冷却管と前記第２冷却管との分岐部分が前記ディ電極上に配置される、〔１〕又は〔２〕に記載の粒子加速器。

【0009】

〔４〕 前記第２冷却管は可撓性を有する、〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載の粒子加速器。

【0010】

〔５〕 前記第１冷却管が前記支持部材と前記ディ電極との間を通過する、〔１〕～〔４〕の何れか１項に記載の粒子加速器。

【0011】

〔６〕 メディアンプレーンに直交する方向から見て、前記第２冷却管が、前記第１冷却管の環状軌道の内周側の領域に位置している、〔１〕～〔５〕の何れか１項に記載の粒子加速器。

【0012】

〔７〕 前記第１冷却管は前記第２冷却管よりも太径である、〔１〕～〔６〕の何れか１項に記載の粒子加速器。

【0013】

〔８〕 前記マグネティックチャンネルと前記支持部材とを含み前記ディ電極に取付けられるマグネティックチャンネルユニットを備える、〔１〕～〔７〕の何れか１項記載の粒子加速器。

【0014】

〔９〕 前記マグネティックチャンネルユニットは、スペーサを介して前記ディ電極に取付けられる、〔１〕～〔８〕の何れか１項に記載の粒子加速器。

【0015】

〔１０〕 ディ電極を冷却する第１冷却管と、前記ディ電極の電場で加速された荷電粒子が通過するマグネティックチャンネルを支持し前記第１冷却管から離れて配置される支持部材と、前記支持部材を冷却する第２冷却管と、を備える、粒子加速器用コンポーネント。

【0016】

〔１１〕 ディ電極に設けられる第１冷却管と、前記ディ電極に取付けられ荷電粒子が通過するマグネティックチャンネルユニットに設けられる第２冷却管と、前記第１冷却管と前記第２冷却管とを分岐させる分岐部分と、を備える、粒子加速器用コンポーネント。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、荷電粒子線の軌道に対するマグネティックチャンネルの位置精度を向上させる粒子加速器及び粒子加速器用コンポーネントを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係るサイクロトロンの内部の平面図である。

【図2】図１のサイクロトロンが備える一対の磁極の模式図である。

【図3】ディ電極の外周側の端部を示す平面図である。

【図4】マグネティックチャンネルの斜視図である。

【図5】マグネティックチャンネルの平面図である。

【図6】図３に示すVI-VI線に沿った断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る粒子加速器及び当該粒子加速器用のコンポーネントの実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態におけるサイクロトロン１（粒子加速器）では、荷電粒子の螺旋状の周回軌道Ｂが水平面上にあるものとする。なお、本発明のサイクロトロンは、周回軌道Ｂが鉛直面上にあるように配置してもよい。

【0020】

図１に示されるように、サイクロトロン１は、真空容器３、ディ電極５Ａ，５Ｂ、マグネティックチャンネル９、及び静電デフレクタ９０を有する。真空容器３は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。真空容器３内には、粒子加速に必要な磁場を形成するための一対の磁極２１，２３（図２参照）が設けられている。図２は、磁極２１，２３のみを模式的に示す斜視図である。磁極２１，２３は、平面視で円形をなし、加速平面であるメディアンプレーン２７（図６参照）に対して上下面対称の形状を成している。また、磁極２１，２３は、荷電粒子の周回軌道Ｂを挟んで、上下方向（図１の紙面に直交する方向）に対面して配置されている。磁極２１，２３のそれぞれの周囲にコイルが配置され、磁極２１と磁極２３との間に磁場が発生される。図に示されるように、磁極２１，２３は円柱状をなしている。以下で用いる「径方向」及び「周方向」との文言は、図１の方向から見た磁極２１，２３の輪郭形状である円の径方向及び周方向を意味するものとする。

【0021】

磁極２１の上面には、螺旋状に湾曲した４つの凸部２１ａと、４つの凹部２１ｂとが、周方向に交互に配列され形成されている。そして、磁極２３の下面にも、螺旋状に湾曲した４つの凸部２３ａと、４つの凹部２３ｂとが、周方向に交互に配列され形成されている。凸部２１ａと凸部２３ａ、凹部２１ｂと凹部２３ｂは、互いにメディアンプレーン２７に対して面対称をなすようにギャップをあけて配置されている。なお、ここで磁極２１，２３の凸部２１ａ，２３ａとは、メディアンプレーン２７に向けて突出している部分であり、凹部２１ｂ，２３ｂとは、メディアンプレーン２７から離れるように凹んでいる部分である。

【0022】

メディアンプレーン２７とは、荷電粒子ビームが加速して進行する周回軌道Ｂが位置する平面である。厳密には、荷電粒子ビームは、磁極２１，２３が対向する方向（図３における上下方向）に振動しながら進行するので、振動する荷電粒子ビームの、磁極２１，２３が対向する方向の位置のおよそ中央値を取った平面がメディアンプレーン２７となる。なお、凸部２１ａ，２３ａ及び凹部２１ｂ，２３ｂの形状は、上記のような螺旋状に湾曲した形状に限られず、扇形であってもよい。

【0023】

磁極２１と磁極２３との間には、凸部２１ａと凸部２３ａとで挟まれた狭いギャップのヒル領域２５ｈと、凹部２１ｂと凹部２３ｂとで挟まれた広いギャップのバレー領域２５ｖとが形成されている。磁極２１，２３との対称面上に、荷電粒子の螺旋状の周回軌道Ｂが形成される。

【0024】

ディ電極５Ａ，５Ｂは、真空容器３の内部で荷電粒子を加速するための電場を発生させる電極である。ディ電極５Ａ，５Ｂは、両方ともバレー領域２５ｖに配置され、互いに径方向に対向するように配置されている。ディ電極５Ａ，５Ｂは、平面視でバレー領域２５ｖの形状に沿った形状に形成されている。磁極２１の中心部には、サイクロトロン１の外部又は内部に設けられたイオン源（図示せず）から送られてきた荷電粒子を偏向して、メディアンプレーン上に送るインフレクタ１１が配置される。ただし、内部イオン源の場合、メディアンプレーン上に荷電粒子が出るため、インフレクタ１１は設けられない。

【0025】

静電デフレクタ９０は、磁場中で周回軌道Ｂを周回する荷電粒子を偏向させて、引出軌道に引き出す機能を有する。マグネティックチャンネル９は、静電デフレクタ９０で引き出された荷電粒子を更に外に曲げる機能と、荷電粒子を水平方向に収束する機能を有している。マグネティックチャンネル９として、二つのマグネティックチャンネル９Ａ、及びマグネティックチャンネル９Ｂが設けられている。

【0026】

マグネティックチャンネル９Ａは、ディ電極５Ａの内部に設けられる。マグネティックチャンネル９Ａは、ディ電極５Ａの外周側の端部に設けられており、周回軌道Ｂの最外周部に対応する位置に設けられている。マグネティックチャンネル９Ａは、静電デフレクタ９０で引き出された荷電粒子を更に外に曲げる機能と、荷電粒子を水平方向に収束する機能の両方を有している。マグネティックチャンネル９Ｂは、荷電粒子の周回軌道Ｂにおいて、マグネティックチャンネル９Ａから下流側へ離間して設けられている。マグネティックチャンネル９Ｂは、平面視において磁極２１，２３の外側に設けられる。マグネティックチャンネル９Ｂは、真空容器３の壁部内に配置される。マグネティックチャンネル９Ｂは、荷電粒子を水平方向に収束する機能を有する。

【0027】

サイクロトロン１では、磁極２１と磁極２３との間に磁場を発生させると共に、ディ電極５Ａ，５Ｂに高周波電圧が付与されることで、荷電粒子が、加速されつつ、メディアンプレーン上の螺旋状の周回軌道Ｂを進行する。径方向の外周側に達した荷電粒子は、静電デフレクタ９０で周回軌道から分けられ、マグネティックチャンネル９Ａの導入ギャップを通過することで、偏向と収束を繰り返し、更にマグネティックチャンネル９Ｂの導入ギャップを通過することで収束されながら、ビーム引出ダクトを通じて外部に引き出される。

【0028】

図３～図６を参照しマグネティックチャンネル９Ａの近傍の構成について説明する。図３は、下側のディ電極５Ａの外周側の端部を示す平面図である。図３では、上下方向に対向する一対のディ電極５Ａのうち、上側のディ電極５Ａが省略されている。図３に示される下側のディ電極５Ａの外周側の端部は、サイクロトロン１のメンテナンス時などに、磁極２３や上側のディ電極５Ａ等を開いたときに露出する。図４は、マグネティックチャンネル９Ａの斜視図であり、図５は、マグネティックチャンネル９Ａの平面図である。図６は、図３におけるVI-VI断面図である。

【0029】

図３及び図６に示すように、ディ電極５Ａの外周側の端部には、複数のスペーサ６を介して、マグネティックチャンネル９Ａを含むマグネティックチャンネルユニット１０が取付けられている。スペーサ６の材料としては、熱伝導性が低い材料（例えばＳＵＳ）が採用されることが好ましい。マグネティックチャンネルユニット１０は、マグネティックチャンネル９Ａと、当該マグネティックチャンネル９Ａを支持する支持構造３０と、を備えている。マグネティックチャンネル９Ａは、支持構造３０の支持板３１（支持部材）を介してディ電極５Ａに設けられているとも言える。このように、マグネティックチャンネル９Ａがディ電極５Ａ上に設けられる構造は、サイクロトロン１の小型化に寄与する。

【0030】

支持構造３０は、メディアンプレーン２７を挟んで上下方向に対向する一対の支持板３１，３２を備えている。支持構造３０は、支持板３１，３２同士の間にマグネティックチャンネル９Ａを支持している。支持板３１，３２は例えば銅からなる。支持板３１，３２は、ディ電極５Ａの外周側の端部において、周方向に沿って延びるように延伸している。下側の支持板３１は、上側の支持板３２よりも径方向幅が広く、支持板３２よりも径方向内側に張出している。図６に示すように、支持板３１，３２は、後述の内周側磁性部材４０の第２の壁部４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ支持し、且つ、外周側磁性部材５０の高さ方向の両端部を支持する。なお、第２の壁部４２Ａ，４２Ｂは、押さえ板３３によって、支持板３１，３２に留め付けられている。

【0031】

図４に示すように、マグネティックチャンネル９Ａは、内周側磁性部材４０と、外周側磁性部材５０と、を備える。内周側磁性部材４０は、周方向に沿って湾曲しながら延伸する部材である。外周側磁性部材５０は、内周側磁性部材４０よりも径方向の外周側に配置され、湾曲形状における周方向に沿って湾曲するように延伸する部材である。外周側磁性部材５０は、内周側磁性部材４０に対して径方向に隙間を空けて配置される。内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０の湾曲形状に対する中心位置は、サイクロトロン１の中心位置とは異なる位置に設定される。内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０は、例えば、純鉄、コバルト鉄などの磁性材料によって構成される。

【0032】

内周側磁性部材４０は、第１の壁部４１と、一対の第２の壁部４２Ａ，４２Ｂと、を備えた断面コ字状の部材である。第１の壁部４１は、周方向及び高さ方向に広がる。第１の壁部４１の断面形状は、高さ方向に直線状に延伸する長方形の形状を有する。第１の壁部４１は、当該断面形状を維持した状態で周方向へ延伸する。第２の壁部４２Ａ，４２Ｂは、第１の壁部４１の高さ方向における両端から、径方向における内周側及び周方向へ広がり、内周側へ向かうに従って徐々に厚みが薄くなるように構成されている。第２の壁部４２Ａと第２の壁部４２Ｂとは、平面視において同形状となっている。第２の壁部４２Ａ，４２Ｂは、周回軌道Ｂの上流側の端部から下流側の端部へ向かうに従って、徐々に径方向の寸法が小さくなるように形成されている。

【0033】

外周側磁性部材５０は、高さ方向及び周方向に広がる板状部材によって構成され、内周側磁性部材４０の第１の壁部４１と平行に延びている。外周側磁性部材５０の高さ方向の中央部には、所定のピッチで矩形の貫通部５３が形成される。貫通部５３は、板状部材である外周側磁性部材５０を径方向に貫通する。このような外周側磁性部材５０は、高さ方向の両端側において周方向に細長く延伸する延伸部５１Ａ，５１Ｂと、延伸部５１Ａ，５１Ｂ同士を上下に連結する複数の連結部５２と、を有する梯子状の形状をなすと言うこともできる。

【0034】

内周側磁性部材４０の第１の壁部４１と外周側磁性部材５０との径方向の間隙が、荷電粒子を通過させる導入ギャップ４９である。外周側磁性部材５０に交互に存在する貫通部５３と連結部５２とに対応して、導入ギャップ４９には、偏向タイプのマグネティックチャンネルと、収束タイプのマグネティックチャンネルと、が交互に繰返し形成される。すなわち、マグネティックチャンネル９Ａは、荷電粒子を外周側に偏向させる偏向タイプ（Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）のマグネティックチャンネルと、荷電粒子を収束させる収束タイプ（Ｒａｄｉａｌ ｆｏｒｃｕｓｉｎｇ ｔｙｐｅ）のマグネティックチャンネルと、を一部品の中で有することとなる。従って、導入ギャップ４９に入り込んだ荷電粒子に対して、外周側への偏向と、水平方向の収束とが交互に繰り返し行われる。

【0035】

続いて、ディ電極５Ａを冷却するとともに、マグネティックチャンネル９Ａを冷却する冷却部６０について説明する。

【0036】

ディ電極５Ａには荷電粒子を加速するための高周波数の電流が流れるので、ディ電極５Ａの発熱量は大きい。また、マグネティックチャンネル９Ａでは金属部品（内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０）の直近を荷電粒子線が通過するので、荷電粒子の一部が金属部品に当たるなどしてマグネティックチャンネル９Ａも発熱する。ディ電極５Ａ及びマグネティックチャンネル９Ａが高温になり熱変形すると、マグネティックチャンネル９Ａの導入ギャップ４９の位置がずれることで、サイクロトロン１からの荷電粒子線の安定した引出しが出来なくなる虞がある。そこで、ディ電極５Ａ及びマグネティックチャンネル９Ａの温度を一定に抑えるために、サイクロトロン１には冷却部６０が設けられ、冷却部６０がディ電極５Ａを冷却するとともに、マグネティックチャンネル９Ａを冷却する。

【0037】

図３及び図６に示されるように、冷却部６０は、下側のディ電極５Ａの外周側の端部に配置されている。冷却部６０は、ディ電極５Ａを冷却する第１冷却管６１と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却する第２冷却管６２と、を備えている。なお、第２冷却管６２は、マグネティックチャンネルユニット１０の下側の支持板３１を冷却することで、間接的にマグネティックチャンネル９Ａを冷却する。また、冷却部６０は、給水口６３及び排水口６５を備えている、冷却部６０は、外部から給水口６３を通じて供給される冷却水を第１冷却管６１及び第２冷却管６２に循環させた後、排水口６５を通じて外部に排出する。また、冷却部６０は、第１冷却管６１と第２冷却管６２とを分岐／合流させる分岐部６７を備えている。分岐部６７はディ電極５Ａの上面に設けられた部品であり、分岐部６７には、第１冷却管６１と第２冷却管６２との分岐部分６９及び合流部分７１を含む流路と、給水口６３及び排水口６５と、が形成されている。第１冷却管６１と、第２冷却管６２と、はそれぞれ、分岐部６７から環状に延び出している。

【0038】

第１冷却管６１は、給水口６３から排水口６５まで冷却水を流動させる金属管（例えば銅管）であり、支持板３１とディ電極５Ａとの間を通過している。第１冷却管６１は、ディ電極５Ａの上面に設けられた溝内に埋め込まれ半田付けで固定されている。図６に示されるように、第１冷却管６１は、スペーサ６，６同士の間の位置でディ電極５Ａの上面よりも低い位置に配置されているので、第１冷却管６１と支持板３１とは直接接触せず離れて位置している。第１冷却管６１は、支持板３１とディ電極５Ａとの間に位置しているとも言える。

【0039】

第２冷却管６２は第１冷却管６１から分岐して冷却水を流動させる金属管（例えば銅管）であり、第２冷却管６２の一部は支持板３１の上面に設けられた溝内に埋め込まれ半田付けで固定されている。第２冷却管６２は、給水口６３の直ぐ下流で第１冷却管６１から分岐し、配水管の直ぐ上流で第１冷却管６１に合流している。第１冷却管６１は第２冷却管６２よりも太径に設けられている。

【0040】

メディアンプレーン２７に直交する方向から見た（図３のように見た）第１冷却管６１及び第２冷却管６２の形状について説明する。ディ電極５Ａのうち最も高温になり易いのは、当該ディ電極５Ａの縁部である。従って、第１冷却管６１は、ディ電極５Ａの縁部を冷却すべく、ディ電極５Ａの縁部に近い位置を通る軌道で環状に形成されている。第１冷却管６１は、マグネティックチャンネルユニット１０の直下を通過している。

【0041】

第２冷却管６２は、メディアンプレーン２７に直交する方向から見て、第１冷却管６１の環状軌道の内周側の領域に位置している。当該領域内において、第２冷却管６２の一部分は直線的に延在しており前述の通り支持板３１の上面の溝に固定されている。第２冷却管６２を埋め込む溝は、支持板３１のうち、支持板３２よりも径方向内側に張出した部分に形成されている。第２冷却管６２のうち上記溝よりも上流側の部分と下流側の部分は、それぞれ、メディアンプレーン２７に平行な面内においてＳ字状に湾曲している。このようなＳ字状の部位を備えることで、第２冷却管６２は可撓性を有する。すなわち、金属管である第２冷却管６２は分岐部６７を支点として弾性的に撓むことができる。

【0042】

分岐部６７において、第２冷却管６２における分岐部分６９の直ぐ下流側と、合流部分７１の直ぐ上流側と、には、流路径が絞られたオリフィス部７３が形成されている。このオリフィス部７３の圧力損失に起因して、第１冷却管６１と第２冷却管６２との冷却水の流量が適切に配分され、ディ電極５Ａとマグネティックチャンネル９Ａとがそれぞれ適切に冷却される。

【0043】

一般的なサイクロトロンのディ電極とマグネティックチャンネルとの発熱量の比を考慮すれば、第２冷却管６２との冷却水の流量は、第１冷却管６１の１／２以下とすることが好ましく、従って、第２冷却管６２は第１冷却管６１よりも細径に設けられることが好ましい。ここでは、ディ電極５Ａの発熱量とマグネティックチャンネル９Ａの発熱量との比に基づいてオリフィス部７３のサイズが設定され、第１冷却管６１と第２冷却管６２との冷却水の流量の比が例えば８：１とされる。なお、ディ電極５Ａとマグネティックチャンネルユニット１０との間にはスペーサ６によって間隙が形成されているので、ディ電極５Ａとマグネティックチャンネルユニット１０との間の熱交換は抑制されている。

【0044】

本実施形態の粒子加速器用コンポーネント１３（図３）は、サイクロトロン１の一部をなすコンポーネントである。例えば、粒子加速器用コンポーネント１３の一部が破損した場合には、当該コンポーネントごと交換することができる。粒子加速器用コンポーネント１３は互いに分岐された第１冷却管６１及び第２冷却管６２を備えている。粒子加速器用コンポーネント１３には分岐部６７が含まれてもよい。また、粒子加速器用コンポーネント１３には、支持板３１が含まれてもよく、マグネティックチャンネルユニット１０が含まれてもよく、スペーサ６が含まれてもよく、下側のディ電極５Ａが含まれてもよい。

【0045】

続いて、粒子加速器用コンポーネント１３を備えるサイクロトロン１による作用効果について説明する。

【0046】

サイクロトロン１においては、第１冷却管６１によってディ電極５Ａが冷却され、ディ電極５Ａの熱変形が抑えられる。そうすると、ディ電極５Ａに取付けられたマグネティックチャンネルユニット１０の位置が、上記の熱変形に起因してずれることが抑制される。更に、第２冷却管６２によってマグネティックチャンネルユニット１０の支持板３１が冷却され、ひいてはマグネティックチャンネル９Ａの部品（内周側磁性部材４０及び外周側磁性部材５０）が冷却される。従って、マグネティックチャンネル９Ａ自体の熱変形による位置ずれも抑制される。その結果、荷電粒子線の軌道に対するマグネティックチャンネル９Ａの位置精度が向上する。そして、サイクロトロン１からの荷電粒子線の安定した引出しが可能になり、荷電粒子線の引出し調整の作業負担が軽減される。

【0047】

また、第１冷却管６１が支持板３１とディ電極５Ａとの間を通過し、第１冷却管６１の一部が支持板３１とディ電極５Ａとの間に位置している。このように、第１冷却管６１がマグネティックチャンネルユニット１０の近傍に配置されているので、ディ電極５Ａのうちマグネティックチャンネルユニット１０の取付け箇所に近い部位が効率良く冷却され、当該部位の熱変形に起因するマグネティックチャンネル９Ａの位置ずれが効率良く抑制される。

【0048】

また、メディアンプレーン２７に直交する方向から見て、第１冷却管６１がディ電極５Ａの縁部に近い位置を通る軌道で環状に形成されているので、ディ電極５Ａのうち最も高温になり易い縁部を冷却することができる。また、この第１冷却管６１の環状軌道の内周側の領域に第２冷却管６２が配置されることで、第２冷却管６２の設置スペースをコンパクトにすることができる。

【0049】

また、マグネティックチャンネルユニット１０が、スペーサ６を介して、ディ電極５Ａとの間に隙間をあけて取付けられている。この構成によれば、マグネティックチャンネルユニット１０とディ電極５Ａとの熱交換が抑えられ、比較的高温になり易いディ電極５Ａの熱がマグネティックチャンネルユニット１０に流入することが抑えられる。従って、第２冷却管６２の冷却能力を過剰に高める必要はなく、第２冷却管６２の太さを細くすることができる。また、第２冷却管６２を細くすることは、前述したような第２冷却管６２の可撓性の確保に寄与する。

【0050】

ディ電極５Ａは比較的大きい部品であり設置精度もマグネティックチャンネルユニット１０に比べて粗いところ、マグネティックチャンネルユニット１０の取付時には、別治具を用いて、マグネティックチャンネル９Ａが荷電粒子線の軌道に合わせて高精度に位置調整される。この位置調整は、スペーサ６の位置や高さ等の微調整により実行される。位置調整は、第２冷却管６２が分岐部６７及びマグネティックチャンネルユニット１０に既に固定された状態で実行することもできる。位置調整によってマグネティックチャンネルユニット１０と分岐部６７との位置関係が変動し得るが、前述したように第２冷却管６２は可撓性を有するので、第２冷却管６２の撓みによりマグネティックチャンネルユニット１０と分岐部６７との位置関係の変動が吸収される。

【0051】

或いは、上記位置調整の後に第２冷却管６２が取付けられてもよい。この場合、マグネティックチャンネルユニット１０と分岐部６７との位置関係に合わせて、第２冷却管６２を撓ませて設置することができる。このように、第２冷却管６２が可撓性を有することにより、マグネティックチャンネルユニット１０の位置調整を円滑に行なうことができる。また、サイクロトロン１の運転中の熱変形等でマグネティックチャンネルユニット１０と分岐部６７との位置関係が変動したとしても、この変動が第２冷却管６２の撓みにより吸収される。

【0052】

また、冷却部６０では、第２冷却管６２が第１冷却管６１から分岐されている。この構成によれば、ディ電極５Ａの外周側の端部の狭い範囲内に、ディ電極５Ａを冷却するための第１冷却管６１と、マグネティックチャンネル９Ａを冷却するための第２冷却管６２と、を構築することができる。また、第１冷却管６１と第２冷却管６２との分岐部６７はディ電極５Ａ上に配置される。この構成によれば、外部からディ電極５Ａ上を通過して分岐部６７の給水口６３及び排水口６５まで延びる冷却水配管を、上り／下りで１本ずつ設ければ済むので、冷却水配管をシンプルにすることができ、当該冷却水配管用の設置スペースを小さくすることができる。例えば、ディ電極５Ａを支持する支柱の内部に上記冷却水配管を通すこともできる。

【0053】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【符号の説明】

【0054】

１…サイクロトロン（加速器）、５Ａ…ディ電極、６…スペーサ、９Ａ…マグネティックチャンネル、１０…マグネティックチャンネルユニット、１３…粒子加速器用コンポーネント、２７…メディアンプレーン、３１…支持板（支持部材）、６１…第１冷却管、６２…第２冷却管、６７…分岐部、６９…分岐部分。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】