特許 7209293 加速空洞

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-12

(45)【発行日】2023-01-20

(54)【発明の名称】加速空洞

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/18 20060101AFI20230113BHJP

   H05H 13/04 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H05H7/18

H05H13/04 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019093924

(22)【出願日】2019-05-17

(65)【公開番号】P2020187986

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-02-21

(73)【特許権者】

【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

(73)【特許権者】

【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】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】森 紳悟

(72)【発明者】

【氏名】吉田 光宏

(72)【発明者】

【氏名】重岡 伸之

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１１０７００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平７－３０２６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－９６４００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１１－１３５２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－５４９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－３４２９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１０６８０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ ７／１８

Ｈ０５Ｈ ９／００

Ｈ０５Ｈ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する筒形状の筐体と、
誘電体で形成され、中心部に荷電粒子を通過可能な開口部を有し、前記筐体の中心軸の軸線方向に複数並んだ状態で当該筐体の内部に配置され、それぞれが前記筐体によって前記中心軸の軸線方向に挟持された複数のセルと
を備え、
前記筐体は、それぞれの前記セルを保持する部分に設けられ、前記セルを伝播する高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さの溝部を有する
加速空洞。

【請求項2】

前記筐体は、当該筐体を構成する複数の筐体部材が前記中心軸の軸線方向に接合されて形成され、隣り合う２つの前記筐体部材によって１つの前記セルが挟持される
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項3】

複数の前記筐体部材は、電子ビーム溶接又は電鋳によって接合された状態である
請求項２に記載の加速空洞。

【請求項4】

前記複数のセルは、それぞれの前記セル同士が前記中心軸の軸線方向に間隔を空けて配置される
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の加速空洞。

【請求項5】

前記筐体は、内部と外部とを中心軸に直交する放射方向について連通する連通部を有する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の加速空洞。

【請求項6】

前記連通部は、前記筐体の外周方向に沿ってスリット状に形成される
請求項５に記載の加速空洞。

【請求項7】

前記セルは、一部が前記連通部を介して前記筐体の外部に露出した状態で配置され、
前記セルのうち前記連通部に露出する部分の表面を覆うカバー部と、
前記カバー部に接触して配置され、内部に冷却媒体を流通させる流路部材と
を更に備える請求項５に記載の加速空洞。

【請求項8】

前記中心軸に直交する方向の内側に向けて前記セルに対して弾性力を付与する弾性変形部を更に備える
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の加速空洞。

【請求項9】

前記弾性変形部は、前記筐体の一部である
請求項８に記載の加速空洞。

【請求項10】

前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部の異物を除去するゲッター材を更に備える
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の加速空洞。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加速空洞に関する。

【背景技術】

【0002】

高周波加速空胴は、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。特許文献１では、加速エネルギーとなる高周波の大部分を高周波損失の小さい誘電体の中に保持することにより、導電損失を低減し、電力効率を高める加速空洞について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１１７７３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の加速空洞では、導電体からなる筐体の内部に誘電体のセルを積み上げることで配置する構成である。この構成では、セルの寸法誤差等により、高周波の共振周波数の調整が難しくなる可能性がある。そのため、導電損失を低減して電力効率を高めつつ、共振周波数の調整が容易な構成が求められる。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、導電損失を低減して電力効率を高めつつ、共振周波数の調整が容易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】

本発明に係る加速空洞は、導電性を有する筒形状の筐体と、誘電体で形成され、中心部に荷電粒子を通過可能な開口部を有し、前記筐体の中心軸の軸線方向に複数並んだ状態で当該筐体の内部に配置され、それぞれが前記筐体によって前記中心軸の軸線方向に挟持された状態で固定された複数のセルとを備え、前記筐体は、それぞれの前記セルを保持する部分に設けられ、前記セルを伝播する高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さの溝部を有する。

【0007】

したがって、複数のセルが筐体によって中心軸の軸線方向に挟持された状態で固定されるため、筐体内におけるセルの配置を最適な位置で安定させることができる。このため、共振周波数の調整を容易に行うことができる。また、筐体において、それぞれのセルを保持する部分には、セルを伝播する高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さの溝部が設けられるため、セルを伝播して外側に向かう加速モードの高周波は、溝部において反射された高周波との間で打ち消し合うことになる。つまり、溝部は、加速モードの周波数における高周波に対して短絡面として振る舞うことになる。この構成により、加速空洞において、高周波が筐体の外側に漏出することを抑制できる。よって、導電損失を低減して電力効率を高めつつ、共振周波数の調整が容易な加速空洞が得られる。

【0008】

また、前記筐体は、当該筐体を構成する複数の筐体部材が前記中心軸の軸線方向に接合されて形成され、隣り合う２つの前記筐体部材によって１つの前記セルが挟持されてもよい。

【0009】

したがって、筐体において中心軸の軸線方向にセルを容易かつ確実に固定することができる。

【0010】

また、複数の前記筐体部材は、電子ビーム溶接又は電鋳によって接合された状態であってもよい。

【0011】

したがって、少ない入熱量により、寸法変化を抑制しつつ、筐体部材同士を確実に接合することができる。また、筐体部材同士の接合が強固となるため、熱伝導が促進され、筐体の一部を冷却することで、全体の温度調整を行うことが可能となる。

【0012】

また、前記複数のセルは、それぞれの前記セル同士が前記中心軸の軸線方向に間隔を空けて配置されてもよい。

【0013】

したがって、筐体の内部においてセルの内外が連通された状態となる。したがって、セルの内部の排気を容易に行うことが可能となる。例えば、筐体内部のセルの円筒部分が多重構造となる場合において、筐体の内部でセルの内外が連通された状態とすることができるため、排気が容易となる。

【0014】

また、前記筐体は、内部と外部とを中心軸に直交する放射方向について連通する連通部を有してもよい。

【0015】

したがって、連通部を介して筐体の内部の排気を容易に行うことが可能となる。

【0016】

また、前記連通部は、前記筐体の外周方向に沿ってスリット状に形成されてもよい。

【0017】

したがって、筐体の外周方向に沿った範囲に亘って排気を行うことができる。

【0018】

また、前記セルは、一部が前記連通部を介して前記筐体の外部に露出した状態で配置され、前記セルのうち前記連通部に露出する部分の表面を覆うカバー部と、前記カバー部に接触して配置され、内部に冷却媒体を流通させる流路部材とを更に備えてもよい。

【0019】

したがって、セルを容易に冷却することができる。

【0020】

また、前記中心軸に直交する方向の内側に向けて前記セルに対して弾性力を付与する弾性変形部を更に備えてもよい。

【0021】

したがって、筐体とセルとの間に熱膨張率の差がある場合でも、熱変形による筐体とセルとの間の相対的な位置ずれを吸収することができる。

【0022】

また、前記弾性変形部は、前記筐体の一部であってもよい。

【0023】

したがって、別途弾性変形部材を用いることなく、熱変形による筐体とセルとの間の相対的な位置ずれを吸収することができる。

【0024】

また、前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部の異物を除去するゲッター材を更に備えてもよい。

【0025】

したがって、筐体の内部の異物を容易に除去することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、導電損失を低減して電力効率を高めつつ、共振周波数の調整が容易な加速空洞を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、第１実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面斜視図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【図3】図３は、胴体部材の一例を示す斜視図である。

【図4】図４は、図３の胴体部材について中心軸ＡＸを通る平面による断面構成の一例を示す図である。

【図5】図５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、本実施形態に係るスプリング部の一例を示す斜視図である。

【図8】図８は、第４実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【図9】図９は、第５実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【図10】図１０は、第６実施形態に係る加速空洞の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明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。

【0029】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る加速空洞１００の一例を示す斜視断面図である。図１では、中心軸を通る平面で加速空洞１００を切断した断面を示している。図１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。

【0030】

加速空洞１００は、筐体１０と、複数のセル２０とを備える。筐体１０は、例えば無酸素銅などの純金属、ステンレスに銀メッキまたは銅メッキが施された材料等、導電性を有する材料を用いて円筒状に形成される。このように形成することにより、筐体１０の表面は、導電性が確保される。

【0031】

筐体１０は、中心軸ＡＸの軸線方向に並ぶ複数の筐体部材（１１、１２、１３）が接合された構成である。筐体部材は、線源ＢＳからの荷電粒子Ｍが入射する入射側部材１１と、荷電粒子Ｍが出射される出射側部材１２と、入射側部材１１と出射側部材１２との間に配置される複数の胴体部材１３とを有する。

【0032】

入射側部材１１は、例えば円筒状であり、筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向のうち入射側（線源ＢＳ側）の端部に壁部１１ｗが設けられる。入射側部材１１は、壁部１１ｗのうち筐体１０の中心軸ＡＸを含む部分に円形状の開口部１１ｐを有する。開口部１１ｐは、筐体１０に入射される荷電粒子Ｍが通過する。入射側部材１１は、内周面１１ａ及び外周面１１ｂを有する。内周面１１ａは、後述する出射側部材１２の内周面１２ａ及び胴体部材１３の内周面１３ａと面一状態となるように形成される。また、外周面１１ｂは、後述する出射側部材１２の外周面１２ｂ及び胴体部材１３の外周面１３ｂと面一状態となるように形成される。なお、内周面１１ａと、出射側部材１２の内周面１２ａ及び胴体部材１３の内周面１３ａとの間は、面一状態ではなくてもよい。また、外周面１１ｂと、出射側部材１２の外周面１２ｂ及び胴体部材１３の外周面１３ｂとの間は、面一状態ではなくてもよい。

【0033】

出射側部材１２は、例えば円筒状であり、筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向のうち出射側の端部に壁部１２ｗが設けられる。出射側部材１２は、壁部１２ｗのうち筐体１０の中心軸ＡＸを含む部分に円形状の開口部１２ｐを有する。開口部１２ｐは、筐体１０から出射される荷電粒子Ｍが通過する。出射側部材１２は、内周面１２ａ及び外周面１２ｂを有する。

【0034】

図３は、胴体部材１３の一例を示す斜視図である。図４は、図３の胴体部材１３について中心軸ＡＸを通る平面による断面構成の一例を示す図である。図３及び図４に示すように、胴体部材１３は、内周面１３ａと、外周面１３ｂと、入射側端面１３ｃと、出射側端面１３ｄと、入射側突出部１３ｅと、出射側突出部１３ｆと、溝部１３ｇと、凸部１３ｈとを有する。

【0035】

内周面１３ａ及び外周面１３ｂは、例えば円筒面であり、中心軸が筐体１０の中心軸ＡＸと一致するように設けられる。入射側端面１３ｃは、中心軸ＡＸの軸線方向の入射側の端面である。出射側端面１３ｄは、中心軸ＡＸの軸線方向の出射側の端面である。入射側端面１３ｃ及び出射側端面１３ｄは、例えば平面状である。

【0036】

入射側突出部１３ｅは、入射側端面１３ｃの外周部分に設けられる。入射側突出部１３ｅは、周方向の一周に亘って形成される。入射側突出部１３ｅは、入射側端面１３ｃに対して段状に設けられ、内側面１３ｊを形成する。出射側突出部１３ｆは、出射側端面１３ｄの外周部分に設けられる。出射側突出部１３ｆは、周方向について、例えば所定のピッチで設けられる。このため、軸対称性を維持しつつ出射側突出部１３ｆを配置可能となる。出射側突出部１３ｆは、出射側端面１３ｄに対して段状に設けられる。

【0037】

溝部１３ｇは、出射側端面１３ｄに円環状に設けられる。溝部１３ｇは、出射側端面１３ｄから入射側に向けて深さｄ（図２参照）となるように形成される。この深さｄは、加速空洞１００に入力される高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さとなるように設定される。したがって、筐体１０の内部からセル２０を伝播して外側に向かう加速モードの高周波は、溝部１３ｇにおいて反射され、位相が波長の２分の１だけずれた状態となる。このため、セル２０を伝播して外側に向かう加速モードの高周波は、溝部１３ｇにおいて反射された高周波との間で打ち消し合うことになる。つまり、溝部１３ｇは、加速モードの周波数における高周波に対して短絡面として振る舞うことになる。この構成により、加速空洞１００において、高周波が筐体１０の外側に漏出することを抑制できる。なお、溝部１３ｇは、入射側端面１３ｃに設けられてもよい。また、溝部１３ｇを入射側端面１３ｃに設けるか、出射側端面１３ｄに設けるかについては、胴体部材１３毎に個別に設定することができる。

【0038】

凸部１３ｈは、出射側端面１３ｄの内周部分に設けられる。凸部１３ｈは、周方向について、所定のピッチで設けられる。例えば、中心軸ＡＸを中心とした回転方向について、出射側突出部１３ｆの位相と対応する位相の範囲に凸部１３ｈを設けることができる。このため、軸対称性を維持しつつ凸部１３ｈを配置可能となる。

【0039】

胴体部材１３同士が接合される場合、出射側突出部１３ｆは、入射側突出部１３ｅと接触した状態となる。この状態において、隣り合う胴体部材１３の入射側端面１３ｃ、入射側突出部１３ｅ、出射側端面１３ｄ及び出射側突出部１３ｆで囲まれた部分には、後述するセル２０の円環部２３を収容するための空間が形成される。また、出射側端面１３ｄの外周部分のうち周方向について出射側突出部１３ｆの間の部分には、スリット部１３ｓが形成される。スリット部１３ｓは、外周面１３ｂの周方向に沿って形成される。また、凸部１３ｈは、入射側端面１３ｃとの間に間隔を空けて対向する。凸部１３ｈと入射側端面１３ｃとの間には、後述するセル２０の円環部２３が挟持される。周方向について凸部１３ｈ同士の間の部分には、凹部１３ｉが形成される。凹部１３ｉは、上記したスリット部１３ｓと連通される。したがって、凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓにより、胴体部材１３の内周側と外周側とが連通される。凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓは、胴体部材１３の内部と外部とを中心軸ＡＸに直交する放射方向について連通する連通部を構成する。

【0040】

なお、入射側部材１１における出射側端部の構成は、胴体部材１３の出射側端部の構成と同様である。つまり、入射側部材１１は、出射側端部において、出射側端面１１ｄと、出射側突出部１１ｆと、溝部１１ｇと、凸部１１ｈとを有する。また、出射側部材１２における入射側端部の構成は、胴体部材１３の入射側端部の構成と同様である。つまり、出射側部材１２は、入射側端部において、入射側端面１２ｃと、入射側突出部１２ｅとを有する。入射側部材１１における出射側の構成及び出射側部材１２における入射側の構成については、上記胴体部材１３の説明が援用可能である。

【0041】

したがって、溝部１１ｇは、出射側端面１１ｄから入射側に向けて深さｄ（図２参照）となるように形成される。溝部１１ｇの深さｄは、溝部１３ｇの深さｄと同一の値とすることができる。

【0042】

入射側部材１１と胴体部材１３とが接合される場合、入射側部材１１の出射側突出部１１ｆは、入射側突出部１３ｅと接触した状態となる。この状態において、出射側端面１１ｄ、出射側突出部１１ｆと、入射側端面１３ｃ、入射側突出部１３ｅとで囲まれた部分には、後述するセル２０の円環部２３を収容するための空間が形成される。また、出射側端面１１ｄの外周部分のうち周方向について出射側突出部（不図示）の間の部分には、スリット部（不図示）が形成される。スリット部１３ｓは、外周面１３ｂの周方向に沿って形成される。また、凸部１１ｈは、入射側端面１３ｃとの間に間隔を空けて対向する。凸部１１ｈと入射側端面１３ｃとの間には、後述するセル２０の円環部２３が挟持される。周方向について凸部１１ｈ同士の間の部分には、凹部（不図示）が形成される。凹部（不図示）は、上記したスリット部と連通される。したがって、凹部１１ｉ及びスリット部１３ｓにより、入射側部材１１及び胴体部材１３の内周側と外周側とが連通される。

【0043】

同様に、胴体部材１３と出射側部材１２とが接合される場合、胴体部材１３の出射側突出部１３ｆは、出射側部材１２の入射側突出部１２ｅと接触した状態となる。この状態において、胴体部材１３の出射側端面１３ｄ、出射側突出部１３ｆと、出射側部材１２の入射側端面１２ｃ、入射側突出部１２ｅとで囲まれた部分には、後述するセル２０の円環部２３を収容するための空間が形成される。また、出射側端面１３ｄの外周部分のうち周方向について出射側突出部１３ｆの間の部分には、スリット部１３ｓが形成される。スリット部１３ｓは、外周面１３ｂの周方向に沿って形成される。また、凸部１３ｈは、入射側端面１２ｃとの間に間隔を空けて対向する。凸部１３ｈと入射側端面１２ｃとの間には、後述するセル２０の円環部２３が挟持される。周方向について凸部１３ｈ同士の間の部分には、凹部１３ｉが形成される。凹部１３ｉは、上記したスリット部１３ｓと連通される。したがって、凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓにより、胴体部材１３及び出射側部材１２の内周側と外周側とが連通される。なお、凸部１３ｈは、円環部２３との間に間隔をあけた状態となるように設けられてもよい。この場合、円環部２３は、入射側端面１２ｃに接合される。

【0044】

複数のセル２０は、中心軸ＡＸの軸線方向に並んでいる。それぞれのセル２０は、円筒部２１と、円板部２２と、円環部２３とを有する。セル２０は、誘電体で形成され、表面には金属コーティングなどを施さずに用いられる。なお、セル２０は、表面において局所的な金属コーティング又は誘電体コーティングが施されてもよい。セル２０に用いられる誘電体は、誘電損失が低い誘電体であり、例えばアルミナやサファイアなどのセラミックスである。

【0045】

円筒部２１は、中心軸が筐体１０の中心軸ＡＸと同軸上となるように配置される。円筒部２１は、胴体部材１３の内周面１３ａよりも径が小さい。このため、円筒部２１は、胴体部材１３の内側に収容される。円筒部２１の径は、全てのセル２０において同一であってもよいし、中心軸ＡＸの軸線方向の端部側のセル２０における円筒部２１の径が、中央側の円筒部２１の径よりも大きく設定されるなど、セル２０毎に異なってもよい。中心軸ＡＸの軸線方向に隣り合うセル２０の円筒部２１同士の間には、間隔Ｇが設けられる。つまり、複数のセル２０は、それぞれのセル２０が中心軸ＡＸの軸線方向に間隔Ｇを空けて配置される。また、中心軸ＡＸの軸線方向の両端に配置されるセル２０は、それぞれ入射側部材１１及び出射側部材１２との間に間隔Ｇを空けて配置される。このため、筐体１０の内部において、円筒部２１の内側と外側とが連通された状態となっている。

【0046】

円板部２２は、円筒部２１の内側に配置される。円板部２２は、中心軸ＡＸの軸線方向について円筒部２１の中央部に配置される。円板部２２は、中心軸ＡＸを含む部分に円形状の開口部２２ａを有する。開口部２２ａは、荷電粒子Ｍが通過する。開口部２２ａの直径は、円筒部２１の直径よりも小さい。円板部２２の面上に対して垂直方向に円筒部２１が設置される。

【0047】

円環部２３は、円筒部２１の外側に配置される。円環部２３は、中心軸ＡＸの軸線方向について円筒部２１の中央部に配置される。円環部２３は、中心軸ＡＸの軸線方向の厚さが円板部２２と同様である。したがって、円板部２２及び円環部２３は、円筒部２１を介して平板状に形成された構成である。

【0048】

円環部２３は、筐体１０のうち中心軸ＡＸの軸線方向に隣り合う２つの筐体部材同士の間に挟持される。中心軸ＡＸの軸線方向の両端に配置されるセル２０の円環部２３は、入射側部材１１の凸部１１ｈと胴体部材１３の入射側端面１３ｄとの間、又は胴体部材１３の凸部１３ｈと出射側部材１２の入射側端面２１ｄとの間に挟持される。また、中心軸ＡＸの軸線方向の中央側に配置されるセル２０の円環部２３は、胴体部材１３同士の間、つまり胴体部材１３の凸部１３ｈと胴体部材１３の入射側突出部１３ｅとの間に挟持される。この構成により、筐体１０のうち隣り合う筐体部材によって１つのセル２０が挟持される。また、本実施形態において、円環部２３の外周面２３ａは、入射側突出部１３ｅの内側面１３ｊに支持されている。

【0049】

上記した加速空洞１００は、通過する荷電粒子Ｍのビーム軸の近傍に加速方向の電場が形成される。セル２０の円板部２２の板面がビーム軸に対して垂直方向になるように、当該円板部２２が円筒部２１の内側に設置される。これにより、円板部２２の開口部２２ａの内側で、ビーム軸の延在方向に加速電場を集中させることが可能であるため、シャントインピーダンスを上げることができる。

【0050】

上記のように構成される加速空洞１００は、例えばチャンバＣＢ内に収容され、ポンプＰによって減圧可能となっている。ポンプＰによりチャンバＣＢ内を減圧することにより、加速空洞１００の内部が減圧される。本実施形態の加速空洞１００では、例えばセル２０の円筒部２１の内部については、筐体１０の開口部１１ｐ及び開口部１２ｐを介して排気される。また、例えばセル２０の円筒部２１の外部については、筐体１０の凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓを介して排気される。なお、本実施形態では、隣り合うセル２０の円筒部２１同士が間隔Ｇを空けて配置されるため、セル２０の円筒部２１の内部については、当該間隔Ｇから凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓを介して排気することができる。このため、軸対称性を維持しつつ、排気を行うことができる。

【0051】

以上のように、本実施形態に係る加速空洞１００は、導電性を有する筒形状の筐体１０と、誘電体で形成され、中心部に荷電粒子Ｍを通過可能な開口部２２ａを有し、筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に複数並んだ状態で当該筐体１０の内部に配置され、それぞれが筐体１０によって中心軸ＡＸの軸線方向に挟持された状態で固定された複数のセル２０とを備え、筐体１０は、それぞれのセル２０を保持する部分に設けられ、セル２０を伝播する高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さの溝部１３ｇを有する。

【0052】

したがって、複数のセル２０が筐体１０によって中心軸ＡＸの軸線方向に挟持された状態で固定されるため、筐体１０内におけるセル２０の配置を最適な位置で安定させることができる。このため、共振周波数の調整を容易に行うことができる。また、筐体１０において、それぞれのセル２０を保持する部分には、セル２０を伝播する高周波の加速モードにおける波長の４分の１の深さの溝部１３ｇが設けられるため、セル２０を伝播して外側に向かう加速モードの高周波は、溝部１３ｇにおいて反射された高周波との間で打ち消し合うことになる。つまり、溝部１３ｇは、加速モードの周波数における高周波に対して短絡面として振る舞うことになる。この構成により、加速空洞１００において、高周波が筐体１０の外側に漏出することを抑制できる。よって、導電損失を低減して電力効率を高めつつ、共振周波数の調整が容易な加速空洞１００が得られる。

【0053】

また、筐体１０は、当該筐体１０を構成する複数の筐体部材（１１、１２、１３）が中心軸ＡＸの軸線方向に接合されて形成され、隣り合う２つの筐体部材（１１、１２、１３）によって１つのセル２０が挟持されてもよい。したがって、筐体１０において中心軸ＡＸの軸線方向にセル２０を容易かつ確実に固定することができる。

【0054】

また、複数のセル２０は、それぞれのセル２０同士が中心軸ＡＸの軸線方向に間隔Ｇを空けて配置されてもよい。したがって、筐体１０の内部においてセル２０の内外が連通された状態となる。したがって、セル２０の内部の排気を容易に行うことが可能となる。例えば、筐体１０の内部が多重構造となる場合において、筐体１０の内部でセル２０の内外が連通された状態とすることができるため、排気が容易となる。

【0055】

また、筐体１０は、内部と外部とを中心軸ＡＸに直交する放射方向について連通する連通部を有してもよい。したがって、連通部を介して筐体１０の内部の排気を容易に行うことが可能となる。

【0056】

また、連通部は、筐体１０の外周方向に沿ってスリット状に形成されてもよい。したがって、筐体１０の外周方向に沿った範囲に亘って排気を行うことができる。

【0057】

［第２実施形態］
図５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５は、加速空洞２００の断面の一部を示している。図５に示すように、加速空洞２００は、筐体１１０及び複数のセル２０を有する。筐体１１０は、胴体部材１３において、内周側から外周側を連通する連通部１３ｔを有する。連通部１３ｔは、胴体部材１３の内周面と外周面との間を貫通して設けられる。

【0058】

複数のセル２０においては、円環部２３が連通部１３ｔ内に配置される。円環部２３の外周面２３ａは、連通部１３ｔを介して筐体１０の外部に露出した状態で配置される。外周面２３ａ上は、カバー部３０が配置される。カバー部３０は、セル２０のうち連通部１３ｔを介して外部に露出する部分の表面である外周面２３ａを覆う位置に配置される。したがって、外周面２３ａは、連通部１３ｔを介して筐体１０の外部に露出されるが、カバー部３０で覆われた状態となっている。カバー部３０は、例えば金属材料等、熱伝導率が高い材料を用いて形成される。カバー部３０上には、流路部材４０が配置される。流路部材４０は、内部に水等の冷却媒体４１を流通させる。他の構成については、第１実施形態の加速空洞１００と同様である。

【0059】

このように、第２実施形態に係る加速空洞２００は、セル２０の一部を筐体１０の外部に露出させる位置に配置され、セル２０のうち連通部に露出する部分の表面を覆うカバー部３０と、カバー部３０に接触して配置され、内部に冷却媒体４１を流通させる流路部材４０とを更に備える。流路部材４０内を流通する冷却媒体４１により、カバー部３０を介して円環部２３が冷却される。したがって、セル２０を容易に冷却することができる。

【0060】

［第３実施形態］
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に示すように、加速空洞３００は、筐体２１０及び複数のセル２０を有する。筐体２１０は、出射側部材１２における入射側突出部１２ｅの内側面１２ｊとセル２０における円環部２３の外周面２３ａとの間に空間１２ｋが設けられる。また、筐体２１０は、胴体部材１３における入射側突出部１３ｅの内側面１３ｊとセル２０における円環部２３の外周面２３ａとの間に、空間１３ｋが設けられる。空間１２ｋ及び空間１３ｋには、スプリング部（弾性変形部）５０が配置される。

【0061】

図７に示すように、スプリング部５０は、円環状に形成され、基部５１と、内周部５２と、外周部５３とを有する。スプリング部５０は、基部５１が出射側部材１２の入射側端面１２ｃ、又は胴体部材１３の入射側端面１３ｃに接触し、内周部５２がセル２０の円環部２３の外周面２３ａに接触し、外周部５３が入射側突出部１３ｅの内側面１３ｊに接触した状態で配置される。他の構成については、第１実施形態の加速空洞１００と同様である。

【0062】

このように、第３実施形態に係る加速空洞３００は、中心軸ＡＸに直交する方向の内側に向けてセル２０に対して弾性力を付与する弾性変形部としてスプリング部５０を更に備える。したがって、筐体１０とセル２０との間に熱膨張率の差がある場合でも、熱変形による筐体１０とセル２０との間の相対的な位置ずれを吸収することができる。なお、弾性変形部としては、スプリング部５０に代えて、他の弾性部材が用いられてもよい。

【0063】

［第４実施形態］
図８は、第４実施形態に係る加速空洞４００の一例を示す断面図である。図８に示すように、加速空洞４００は、筐体１００及び複数のセル２０を有する。筐体１００は、第３実施形態において空間１２ｋ、１３ｋに配置されるスプリング部５０に代えて、空間１２ｍ、１３ｍに配置される円筒状片部１２ｎ、１３ｎを弾性変形部として有する構成である。つまり、弾性変形部は筐体１０の一部となっている。他の構成については、第３実施形態の加速空洞３００と同様である。

【0064】

このように、第４実施形態に係る加速空洞３００において、筐体１０の一部である円筒状片部１２ｎ、１３ｎが弾性変形部であってもよい。したがって、別途弾性変形部材を用いることなく、熱変形による筐体１０とセル２０との間の相対的な位置ずれを吸収することができる。

【0065】

［第５実施形態］
図９は、第５実施形態に係る加速空洞５００の一例を示す断面図である。図９に示すように、加速空洞５００は、筐体４１０及び複数のセル２０を有する。筐体４１０の内部にゲッター材６０が配置される。ゲッター材６０は、例えば筐体４１０の内部の異物を吸着して除去する。ゲッター材６０としては、例えば加速空洞５００内を排気する場合に残存する水素成分及び酸素成分（水成分）を吸着して除去可能な材料等が用いられる。なお、ゲッター材６０は、例えばチタン等の金属を含んでもよい。ゲッター材６０は、溝部１３ｇよりも外側の部分に配置されてもよい。

【0066】

このように、第５実施形態に係る加速空洞５００において、筐体４１０の内部にゲッター材６０を配置することにより、ゲッター材６０によって筐体の内部の異物を容易に除去することができる。

【0067】

［第６実施形態］
図１０は、第６実施形態に係る加速空洞６００の一例を示す断面図である。図１０に示すように、加速空洞６００は、筐体５１０及び複数のセル２０を有する。筐体５１０は、筐体部材同士の接合部分１４が、電子ビーム溶接又は電鋳によって接合された状態である。

【0068】

このように、第６実施形態に係る加速空洞６００において、複数の筐体部材（１１、１２、１３）が溶接又は電鋳によって接合された状態である。したがって、少ない入熱量により、寸法変化を抑制しつつ、筐体部材（１１、１２、１３）同士を確実に接合することができる。また、筐体部材（１１、１２、１３）同士の接合が強固となるため、熱伝導が促進され、筐体１０の一部を冷却することで、全体の温度調整を行うことが可能となる。

【0069】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、筐体１０において凸部１１ｈ、１３ｈと入射側端面１３ｃ、１２ｃとの両方が円環部２３に接触した状態で円環部２３を挟持する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、円環部２３を入射側端面１３ｃ、１２ｃに接合させることにより、円環部２３と凸部１１ｈ、１３ｈとの間が離れた状態とすることができる。この場合、凸部１１ｈ、１３ｈが設けられない構成であってもよい。

【0070】

また、例えば上記実施形態では、筐体１０の胴体部材１３において、凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓによる連通部が設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。凹部１３ｉ及びスリット部１３ｓは、例えば設けられなくてもよい。この場合、開口部１１ｐ及び開口部１２ｐを介して筐体１０の内部を排気することができる。なお、凹部１３ｉ、スリット部１３ｓを設ける構成とするか、設けない構成とするかについては、胴体部材１３毎に個別に設定することができる。

【0071】

また、上記の加速空洞の一部を冷却する際、流路部材３０等の外部の設備等を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、筐体１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０の内部に流路を形成し、当該筐体内部の流路に冷媒を流通させる構成であってもよい。

【0072】

また、上記各実施形態の構成に対して、例えば胴体部材１３のうち溝部１３ｇよりも外側の部分に、フェライト又はＳｉＣ等の電磁波吸収体を設けてもよい。この構成により、荷電粒子Ｍが加速空洞内を通過する際に励起される電磁波（航跡場）のうち、加速モードの周波数とは異なる周波数を持つ成分が溝部１３ｇよりも外側に漏れ出し、電磁場吸収体に吸収されて減衰するため、荷電粒子Ｍを加速する加速電場への影響が抑制される。したがって、航跡場の影響による荷電粒子Ｍの広がりや軌道変化などを低減し、荷電粒子Ｍのビームの品質を高く保つことができる。

【符号の説明】

【0073】

ＡＣ 加速器
ＡＸ 中心軸
ＢＳ 線源
ＣＢ チャンバ
Ｇ 間隔
Ｍ 荷電粒子
Ｐ ポンプ
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 筐体
１１ 入射側部材
１１ａ，１２ａ，１３ａ 内周面
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，２３ａ 外周面
１１ｄ，１３ｄ 出射側端面
１１ｆ，１３ｆ 出射側突出部
１１ｇ，１３ｇ 溝部
１１ｈ，１３ｈ 凸部
１１ｉ，１３ｉ 凹部
１１ｐ，１２ｐ，２２ａ 開口部
１１ｗ，１２ｗ 壁部
１２ 出射側部材
１２ｃ，１３ｃ，１３ｄ，２１ｄ 入射側端面
１２ｅ，１３ｅ 入射側突出部
１２ｊ，１３ｊ 内側面
１２ｋ，１２ｍ，１３ｋ，１３ｍ 空間
１２ｎ，１３ｎ 円筒状片部
１３ 胴体部材
１３ｓ スリット部
１３ｔ 連通部
１４ 接合部分
２０ セル
２１ 円筒部
２２ 円板部
２３ 円環部
３０ カバー部
４０ 流路部材
４１ 冷却媒体
５０ スプリング部
５１ 基部
５２ 内周部
５３ 外周部
６０ ゲッター材
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 加速空洞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】