特許 7397622 キャビティ、及びステム

(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】2023-12-05

(45)【発行日】2023-12-13

(54)【発明の名称】キャビティ、及びステム

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/00 20060101AFI20231206BHJP

【ＦＩ】

H05H13/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019196499

(22)【出願日】2019-10-29

(65)【公開番号】P2021072173

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-09-14

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】高橋 伸明

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５３１３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６１６３０７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００２－２４６１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３５４２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０５４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１８７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００９４０１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ ３／００－１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子を加速する電場を生成するキャビティであって、
ディー電極と、アース板と、前記ディー電極と前記アース板とを繋ぐように延在するステムと、を備え、
前記ステムは、
前記ディー電極に接合する第１接合部と、
前記アース板に接合する第２接合部と、
前記第１接合部及び前記第２接合部との間に延在する本体部と、
を有し、
前記本体部は、前記ステムの延在方向に対する断面積及び断面形状の少なくとも一方が変化している変化部を含み、
前記第１接合部及び前記第２接合部は、前記本体部の端面よりも外周側へ広がるフランジ部によって構成され、
前記フランジ部と前記ディー電極および前記アース板とは、それぞれ接続部材によって接続され、
前記本体部は、該本体部の延在方向において前記変化部と前記フランジ部のそれぞれとの間に位置し、且つ、前記ステムの延在方向に対する断面方向において前記接続部材が接続された位置よりも内側に位置する延在部を含む、
キャビティ。

【請求項2】

前記変化部は、前記延在方向に対する断面積を拡大させる、請求項１に記載のキャビティ。

【請求項3】

前記変化部は、前記延在方向において前記第１接合部からの距離と前記第２接合部からの距離とが異なる位置に設けられる、請求項１又は２に記載のキャビティ。

【請求項4】

荷電粒子を加速する電場を生成するキャビティ内のディー電極とアース板とを繋ぐように延在するステムであって、
前記ディー電極に接合する第１接合部と、
前記アース板に接合する第２接合部と、
前記第１接合部及び前記第２接合部との間に延在する本体部と、
を備え、
前記本体部は、前記ステムの延在方向に対する断面積及び断面形状の少なくとも一方が変化している変化部を有し、
前記第１接合部及び前記第２接合部は、前記本体部の端面よりも外周側へ広がるフランジ部によって構成され、
前記フランジ部と前記ディー電極および前記アース板とは、それぞれ接続部材によって接続され、
前記本体部は、該本体部の延在方向において前記変化部と前記フランジ部のそれぞれとの間に位置し、且つ、前記ステムの延在方向に対する断面方向において前記接続部材が接続された位置よりも内側に位置する延在部を有する、
ステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャビティ、及びステムに関する。

【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に記載のキャビティが知られている。キャビティ内では荷電粒子を加速する電場が生成される。キャビティは、ディー電極と、アース板と、ステムと、を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１１００４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで上述のようなキャビティは、その内部に導入される電磁波が共振するようにキャビティの構成物であるアース板、ディー電極、又はステムについて大きさ又は形状などを設計する必要がある。しかしながら、アース板の形状及びディー電極の形状は、例えばサイクロトロンの磁極の形状に依存するため、ステムの形状に比べて自由度が小さい。したがって、キャビティの共振周波数を最適化するためにステムの形状を主に最適化する。一方で、サイクロトロンの小型化が進んでいることから、ステムの形状の自由度も少なくなっている。そこで、小型化したサイクロトロンのキャビティ内に設置可能であり、且つ、キャビティ内部に導入された電磁波を共振させるよう共振周波数を最適化することができるステムが求められていた。

【0005】

本発明は、サイクロトロンの大きさ又は形状に合わせて設置することができ、電磁波に対する適切な共振周波数に設定することができるキャビティ、及びステム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】

本発明の一側面に係るキャビティは、荷電粒子を加速する電場を生成するキャビティであって、ディー電極と、アース板と、ディー電極とアース板とを繋ぐように延在するステムと、を備え、ステムは、ディー電極に接合する第１接合部と、アース板に接合する第２接合部と、第１接合部及び第２接合部との間に延在する本体部と、を有し、本体部は、ステムの延在方向に対する断面積及び断面形状の少なくとも一方が変化している変化部を含んでいる。

【0007】

このキャビティでは、ステムは、ディー電極と第１接合部で接合し、アース板と第２接合部で接合する。ステムの本体部は、第１接合部と第２接合部との間に延在する。本体部は、断面積及び断面形状の少なくとも一方を変化させている変化部を有する。ここで、ステムは、キャビティ内部では主にインダクタンス成分として機能している。ステムの本体部における変化部が断面積及び断面形状を変化させることにより、ステムのインダクタンスを変化させることができ、ステムの共振周波数を変化させることができる。以上より、このキャビティは、サイクロトロンの大きさ又は形状に合わせて設置することができ、電磁波に対する適切な共振周波数に設定することができる。

【0008】

一実施形態においては、変化部は、延在方向に対する断面積を拡大させてもよい。

【0009】

一実施形態においては、変化部は、延在方向において第１接合部からの距離と第２接合部からの距離とが異なる位置に設けられてもよい。このような構成によれば、キャビティ内においてディー電極とアース板との間に他の構成物が存在した場合であっても、変化部が設けられる位置を適切に変化させることにより、本体部はディー電極とアース板とを接続し、適切な共振周波数を設定することができる。したがって、キャビティ内の形状に合わせたステムを設置することができる。

【0010】

一実施形態においては、第１接合部及び第２接合部の少なくとも一方は、本体部の端面よりも外周側へ広がるフランジ部によって構成されてもよい。このような構成によれば、本体部の端面よりも外周側へ広がる第１接合部及び第２接合部の少なくとも一方は、ディー電極及びアース板の少なくとも一方と安定して接合する。このため、ディー電極とステムとは第１接合部により、また、アース板とステムとは第２接合部により、それぞれ安定して接合することができる。

【0011】

一実施形態においては、第１接合部及び第２接合部の少なくとも一方は、本体部の端面によって構成されてもよい。このような構成によれば、ステムは、簡易な構成でディー電極及びアース板の少なくとも一方と接合することができる。

【0012】

本発明の他の側面に係るステムは、荷電粒子を加速する電場を生成するキャビティ内のディー電極とアース板とを繋ぐように延在するステムであって、ディー電極に接合する第１接合部と、アース板に接合する第２接合部と、第１接合部及び第２接合部との間に延在する本体部と、を備え、本体部は、ステムの延在方向に対する断面積及び断面形状の少なくとも一方が変化している変化部を有している。

【0013】

このステムは、ディー電極と第１接合部で接合し、アース板と第２接合部で接合する。ステムの本体部は、第１接合部と第２接合部との間に延在する。本体部は、断面積及び断面形状の少なくとも一方を変化させている変化部を有する。ここで、ステムは、キャビティ内部では主にインダクタンス成分として機能している。ステムの本体部における変化部の断面積及び断面形状を変化させることにより、ステムのインダクタンスを変化させることができ、ステムの共振周波数を変化させることができる。以上より、このステムは、サイクロトロン及びキャビティの大きさ又は形状に合わせて設置することができ、電磁波に対する適切な共振周波数に設定することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、サイクロトロンの大きさ又は形状に合わせて設置することができ、電磁波に対する適切な共振周波数に設定することができるキャビティ、及びステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係るキャビティを備えるサイクロトロンの内部を示す斜視図である。

【図2】図１のキャビティを模式的に示す断面図である。

【図3】図２のキャビティを部分的に拡大して示す断面図である。

【図4】実施形態に係るキャビティの一部及びステムを示す概略断面図である。

【図5】実施形態に係るキャビティの一部及びステムを示す概略断面図である。

【図6】実施形態に係るキャビティの一部及びステムを示す概略断面図である。

【図7】実施形態に係るキャビティの一部及びステムを示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。

【0017】

まず、本実施形態に係るキャビティ６を備えるサイクロトロン１について説明する。図１は、サイクロトロン１の内部を示す斜視図である。図１では、サイクロトロン１の上部側が取外され内蔵部品が見えるような状態が図示されている。

【0018】

サイクロトロン１は、陽子ビームを生成するものであり、イオン源（図示せず）から供給される水素の陽イオン（荷電粒子）を真空容器３の内部で加速させて、陽子ビームを生成し、出射する。真空容器３は、例えば、ステンレス鋼などにより形成されている。また、真空容器３には、図示しない真空ポンプが接続されている。真空容器３は、イオンが加速する真空環境を内部に形成する。

【0019】

サイクロトロン１は、上下に対向して配置されたヨーク４と、真空容器３内に磁場を形成する励磁コイル５と、を備えている。また、サイクロトロン１は、陽子ビームにエネルギを付与するために、高周波電場を発生させるキャビティ６と、キャビティ６の共振周波数を調整するＲＦチューナー１１を備えている。

【0020】

ヨーク４及び励磁コイル５によって真空容器３内に磁場が形成され、キャビティ６によって高周波電場が形成されることにより、陽子ビームがらせん状の軌道で周回運動し、周回軌道の半径が大きくなるにつれて陽子ビームの進行速度が増加する。なお、図１では、下側のヨーク４が図示され、上側のヨーク４の図示は省略されている。

【0021】

また、サイクロトロン１には、真空容器３の側壁の内面側に設置されて、加速された陽子ビームを引き出すためのデフレクター（偏向器）７と、磁場勾配を補正するグラディエントコレクター（勾配補正器）８と、陽子ビームを所定の方向（水平方向）に出射するコリメーター９と、出射された陽子ビームの焦点を調整するパーマネントクワドロポールマグネット（四極子）１０とが設けられている。真空容器３内で加速された陽子ビームは、デフレクター７によって引き出され、グラディエントコレクター８によって磁場勾配が補正されて、コリメーター９によって出射方向が調整される。出射された陽子ビームはパーマネントクワドロポールマグネット１０によってビームの焦点が調整される。

【0022】

図２は図１のキャビティ６を模式的に示す断面図である。サイクロトロン１では、一対のキャビティ６が陽子ビームＢの通路を挟んで上下に設けられている。図２に示されるように、一対のキャビティ６は、互いにほぼ上下対称で同一又は同等の構造を有している。よって以下では、重複する説明を省略すべく、下方に位置するキャビティ６の構造についてのみ説明する。

【0023】

キャビティ６は、ディー電極２１と、アース板２３と、ステム２７と、を有している。アース板２３は、ディー電極２１と離間し、ディー電極２１を内部に収容する有底のカップ状をなしており、ヨーク４の凹部に嵌め込まれている。アース板２３は、例えば無酸素銅からなる。アース板２３の底面から上方に向けてステム２７が延びており、ディー電極２１はステム２７の上端に固定されている。なお、図２以降の断面図及び概略断面図において、ステム２７は断面ではなく側面を示している。

【0024】

アース板２３の上端縁部はカウンターディー２９を構成している。また、アース板２３の上端縁部とディー電極２１との間には間隙が設けられており、この間隙が、ディー電極２１とカウンターディー２９との間の加速ギャップＧを構成している。ディー電極２１とカウンターディー２９との間に、電磁波が導入されることにより陽子ビームＢの回転位相に応じた高周波電場が発生することで、陽子ビームＢが加速ギャップＧを通過する毎に加速される。

【0025】

図３は、図２のキャビティ６を部分的に拡大して示す断面図である。図３に示されるように、アース板２３は、底板３１と、底板３１から垂直に立ち上がる側板３３と、側板３３の上端から外側方に鍔状に張り出すカウンターディー２９と、を備えている。

【0026】

底板３１は、ディー電極２１に平行な平面内に延びている。底板３１の中央には貫通穴（図示せず）が設けられている。貫通穴は、カプラ（図示せず）を挿通させるための穴が設置されている。また、底板３１には、ステム２７を取付けるための取付座（図示せず）が２箇所設けられている。ステム２７は、ディー電極２１とアース板２３の底板３１とを繋ぐように上下方向（延在方向）に延在する。なお、以下、上下方向を延在方向と記載し、延在方向に直交する水平面の方向を断面方向と記載する。底板３１は、無酸素銅の平板材の板金加工によって製作される。底板３１の板厚は、機械的強度を確保するために、５ｍｍ以上とされる。なお、板金加工は、金属性の平板材に対する切断加工、穴あけ加工、打抜き加工、曲げ加工、又はそれらの加工の組み合わせを含む。

【0027】

側板３３は、複数の側板部品が組み合わされて筒状に形成される。各側板部品は、湾曲又は屈曲された薄板状をなし、無酸素銅の平板材の板金加工によって製作される。各側板部品の板厚は、側板３３の機械的強度を確保するために、５ｍｍ以上とされる。また、カウンターディー２９も薄板状をなしており、無酸素銅の平板材の板金加工によって製作される。

【0028】

ここで、キャビティ６の機能及び設計条件を説明する。キャビティ６内に導入される電磁波の周波数は、サイクロトロン１の励磁コイル５から発生する磁場によるサイクロトロン周波数と同程度にする必要がある。電磁波の周波数は、例えば、数十ＭＨｚから数百ＭＨｚ程度である。キャビティ６は、その内部に導入される電磁波が共振するように設計される。

【0029】

キャビティ６内の電磁波の共振周波数は、ディー電極２１の形状、アース板２３の形状、又は、ステム２７の大きさ及び形状等が寄与する。アース板２３の形状は、アース板２３が設置される励磁コイル５の形状に依存し、ディー電極２１の形状はアース板２３の形状に依存する。このため、上記の３つのうち、ステム２７の大きさ及び形状が設計の自由度として大きい。ステム２７は、キャビティ６内では主にインダクタンス成分として機能することから、ステム２７の大きさ及び形状を変化させることにより、インダクタンスを変化させ、キャビティ６内での電磁波の共振周波数を変化させることができる。例えば、ステム２７が円柱状に形成されている場合、ステム２７の延在方向に対する外径（断面方向の径）を大きくすればするほど、電磁波の共振周波数は大きくなる。

【0030】

従来のステムは、ディー電極２１及びアース板２３の底板３１とそれぞれ接続される１対の接続部（後述の第１接合部５０及び第２接合部６０に相当）と、１対の接続部とをつなぐ連結部（後述の本体部７０に相当）とから構成されている。各接続部は、ディー電極２１に設けられた取付座（図示せず）及びアース板２３の底板３１に設けられた取付座にそれぞれ接続部材（後述の接合部材３７に相当）を介して接続している。接続部材は、断面方向において接続部の外周に沿って配置され、延在方向に向けて取り付けられている。連結部は、延在方向に対する断面積（断面方向に連結部を切断した場合の断面の面積）を変更させることなく延在している。連結部は、各接続部における接続部材が取り付けられていない部位に接合している。したがって、連結部の延在方向に対する断面積は、各接続部における接続部材が取り付けられていない部位の大きさに依存するため、変化可能な断面積及び体積には上限があった。このため、従来のステムは、サイクロトロン又はキャビティの大きさ又は形状に応じた電磁波の共振周波数に設定できない可能性があった。

【0031】

上記のような従来のステムの課題を解決することができる本実施形態に係るキャビティ６内のステム２７について詳細に説明する。図３に示されるように、ステム２７は、ディー電極２１とアース板２３とを繋ぐように延在方向に延在する。ステム２７は、ディー電極２１に接合する第１接合部５０と、アース板２３に接合する第２接合部６０と、第１接合部５０と第２接合部６０との間に延在する本体部７０と、を有する。

【0032】

第１接合部５０は、ディー電極２１と接合される。第１接合部５０は、延在方向において、ディー電極２１の下面と向かい合って接触する。第１接合部５０は、例えば締結用穴（図示せず）を有する。第１接合部５０は、ディー電極２１に設けられた取付座（図示せず）に接合部材３７を介して接合する。接合部材３７は、例えばボルトである。接合部材３７は、例えば、ディー電極２１から第１接合部５０に向けて締結用穴及び取付座に挿入され、ディー電極２１及び第１接合部５０と嵌合する。第１接合部５０は、例えば、円盤状を呈する。第１接合部５０の締結用穴は、例えば第１接合部５０の上面の外周に沿って設けられる凹部である。締結用穴は、延在方向において、第１接合部５０を貫通していてもよい。接合部材３７は、例えば、第１接合部５０からディー電極２１に向けて締結用穴及び取付座に挿入されてもよい。

【0033】

第２接合部６０は、ディー電極２１と接合される。第２接合部６０は、延在方向において、アース板２３の底板３１と向かい合って接触する。第２接合部６０は、例えば締結用穴（図示せず）を有する。第２接合部６０は、アース板２３に設けられた取付座に接合部材３７を介して接合する。接合部材３７は、例えば、第２接合部６０からアース板２３に向けて締結用穴及び取付座に挿入され、第２接合部６０及びアース板２３と嵌合する。第２接合部６０は、例えば、円盤状を呈する。第２接合部６０の締結用穴は、例えば第２接合部６０の上面の外周に沿って設けられる。締結用穴は、延在方向において、第２接合部６０を貫通している。例えば、接合部材３７は、例えば、アース板２３から第２接合部６０に向けて締結用穴及び取付座に挿入されてもよい。

【0034】

本体部７０は、第１接合部５０及び第２接合部６０との間に延在する。本体部７０は、第１延在部７１と、第２延在部７４と、変化部７７とを有する。延在方向のうち、ディー電極２１からアース板２３の底板３１の向き（下向き）において、ステム２７は、第１接合部５０、第１延在部７１、変化部７７、第２延在部７４、第２接合部６０の順に並んで設けられている。第１延在部７１、第２延在部７４及び変化部７７のそれぞれの内部において、冷却用管路が設けられていてもよい。第１延在部７１、第２延在部７４、及び変化部７７の延在方向の長さは、設定する共振周波数によって適宜設定される。第１延在部７１、第２延在部７４、及び変化部７７は、例えば一体物として形成されている。例えば、第１接合部５０、第１延在部７１、変化部７７、第２延在部７４、及び第２接合部６０の各々の中心線は、同一の軸上に配置されている。

【0035】

第１接合部５０及び第２接合部６０は、本体部７０の端面よりも外周側へ広がるフランジ部によって構成される。端面とは、それぞれ後述の第１延在部７１の端面（上面）、及び第２延在部７４の端面（下面）を指す。なお、フランジ部の断面積の大きさ又は断面方向の径、及び、変化部７７の断面積の大きさ又は断面方向の径において、大小関係は限定されない。すなわち、フランジ部の断面積の大きさ又は断面方向の径と、変化部７７の断面積の大きさ又は断面方向の径とは、どちらが大きくてもよい。また、第１接合部５０及び第２接合部６０の両方がフランジ部でなくともよく、一方がフランジ部で構成され、他方が本体部７０の端面で構成されてもよい。

【0036】

第１延在部７１は、変化部７７と第１接合部５０との間に位置する。第１延在部７１は、例えば円柱状を呈する。第１延在部７１は、第１接合部５０の下面のうち、締結用穴及び第１接合部５０に嵌合した接合部材３７が設けられていない箇所と接合する。すなわち、第１接合部５０がフランジ部によって構成されている場合、第１接合部５０の締結用穴及び第１接合部５０に嵌合した接合部材３７は、断面方向において、第１接合部５０の外周と第１延在部７１の外周との間に位置する。第１延在部７１の延在方向における断面積は、第１接合部５０の断面積以下である。第１延在部７１は、例えば、第１接合部５０と変化部７７との間において延在方向に延びる軸に平行に延在している。第１延在部７１は、例えば、第１接合部５０に溶接により接合している。第１接合部５０と本体部７０とは、一体物として形成されていてもよい。

【0037】

第２延在部７４は、変化部７７と第２接合部６０との間に位置する。第２延在部７４は、例えば円柱状を呈する。第２延在部７４は、第２接合部６０の上面のうち、締結用穴及び第２接合部６０に嵌合した接合部材３７が設けられていない箇所と接合する。すなわち、第２接合部６０がフランジ部によって構成されている場合、第２接合部６０の締結用穴及び第２接合部６０に嵌合した接合部材３７は、断面方向において、第２接合部６０の外周と第２延在部７４の外周との間に位置する。第２延在部７４の延在方向における断面積は、第２接合部６０の断面積以下である。第２延在部７４は、例えば、第２接合部６０と変化部７７との間において延在方向に延びる軸に平行に延在している。第２延在部７４は、例えば、第２接合部６０に溶接により接合している。第２接合部６０と本体部７０とは、一体物として形成されていてもよい。

【0038】

変化部７７は、本体部のうち、延在方向に対する断面積（断面方向の面積）及び断面形状の少なくとも一方が変化している部分である。変化部７７は、例えば、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方に対して、延在方向に対する断面積及び断面形状の少なくとも一方が変化している。変化部７７は、例えば、円柱状に形成されていてもよい。このとき、変化部７７は、冷却用管路を除き中実である。

【0039】

まず、変化部７７が、延在方向に対する断面積を変化させている場合を説明する。変化部７７は、例えば、延在方向に対する断面積を拡大させている。変化部７７は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方に対して断面方向の外径（以下、単に「外径」と記載）を大きくすることによって、断面積を拡大させてもよい。変化部７７は、例えば、第１延在部７１及び第２延在部７４と変化部７７とのそれぞれの境界面において、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方の外径から予め設定された外径に拡大させる。変化部７７において、例えば、第１延在部７１と変化部７７との境界面、及び第２延在部７４と変化部７７との境界面の間の変化部７７の外径は、同一である。変化部７７は、第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方と比べて外径を小さくしていてもよい。

【0040】

図４は、実施形態に係るキャビティ６の一部及びステム２７を示す概略断面図である。図４の（ａ）は、ステム２７の外径が第１接合部５０の外径及び第２接合部６０の外径と比べて大きい状態を示す概略断面図である。図４の（ａ）に示されるように、変化部７７は、第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方と比べて外径を大きくしていてもよい。

【0041】

図４の（ｂ）は、変化部７７の延在方向の中心に向かって、変化部７７の外径が第１延在部７１の外径及び第２延在部７４の外径と比べて段階的に大きくなっている状態を示す概略断面図である。図４の（ｂ）に示されるように、変化部７７の外径は、第１延在部７１との境界面から変化部７７の延在方向の中心に向かうにしたがって大きくなっている。同様に、変化部７７の外径は、第２延在部７４との境界面から変化部７７の延在方向の中心に向かうにしたがって大きくなっている。図４の（ｂ）に示されるように、変化部７７の外径は、変化部７７の延在方向の中心に向かうにしたがって、変化部７７の延在方向の中心まで大きくならなくてもよい。変化部７７の外径は、ステム２７の延在方向の中心付近で同一の外径であってもよい。以上のように、延在方向における変化部７７の外径は、第１延在部７１及び第２延在部７４に対するそれぞれの変化箇所のみ増加させてもよいし、第１延在部７１と第２延在部７４との間において段階的に増加させてもよい。

【0042】

変化部７７は、例えば、延在方向に対する断面積を縮小させていてもよい。変化部７７は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方に対して外径を小さくすることによって、断面積を縮小させてもよい。延在方向における変化部７７の外径は、第１延在部７１及び第２延在部７４に対するそれぞれの変化箇所のみ減少させてもよいし、第１延在部７１と第２延在部７４との間において段階的に減少させてもよい。

【0043】

変化部７７は、延在方向に対する断面積が第１延在部７１及び第２延在部７４に対して変化している部位の数には限定されない。すなわち、変化部７７は、例えば、延在方向に対する断面積が第１延在部７１及び第２延在部７４に対して変化している部位を３つ以上、複数有していてもよい。変化部７７は、延在方向の部位ごとに断面積を拡大させたり縮小させたりしてもよい。変化部７７は、上下対称でなくてもよく、延在方向における断面積の変化度合いを部位によって異なっていてもよい。

【0044】

また、変化部７７は、延在方向に対する断面形状を変化させている場合を説明する。変化部７７は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方に対して延在方向に対する断面形状（以下、単に「断面形状」と記載）を変化させてもよい。変化部７７は、例えば、第１延在部７１及び第２延在部７４と変化部７７とのそれぞれの境界面において、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方の断面形状から予め設定された断面形状に変化させる。

【0045】

図５は、実施形態に係るキャビティ６の一部及びステム２７を示す概略断面図である。図５の（ａ）は、ステム２７の延在方向に対する断面形状が正八角形になった状態を示す概略断面図である。図５の（ｂ）は、第１延在部７１の延在方向に対する断面形状を示す断面図である。図５の（ｃ）は、変化部７７の延在方向に対する断面形状を示す断面図である。図５の（ａ）～（ｃ）に示されるように、第１延在部７１、第２延在部７４、及び変化部７７は、円柱状に形成されていなくてもよい。第１延在部７１及び第２延在部７４は、変化部７７と同一の断面形状を有していてもよい。この場合、変化部７７は、第１延在部７１及び第２延在部７４とは異なる断面積を有する。変化部７７は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方とは異なる断面形状を有する。変化部７７の断面形状は、多角形、正円、楕円等であってもよい。

【0046】

変化部７７は、延在方向に対する断面積を変化させなくてもよい。この場合、変化部７７の延在方向に対する断面積は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方の延在方向に対する断面積と同一である。このとき、変化部７７の延在方向に対する断面形状は、第１延在部７１及び第２延在部７４の少なくとも一方の延在方向に対する断面形状とは異なる。変化部７７は、延在方向に対する断面積と断面形状とを双方とも変化させてもよい。

【0047】

また、変化部７７は、中実に形成されていなくてもよい。すなわち、変化部７７は中空に形成されていてもよい。例えば、変化部７７が筒状を呈する場合、変化部７７は、断面方向の外径及び外形の少なくとも一方を変化させなくてもよい。断面方向の外形とは、側板３３に面する外縁を指す。このとき、変化部７７の外径及び外形の少なくとも一方を変化させることなく、変化部７７内の中実部位を減少させ、中空部位を増加させることで断面積を減少させてもよい。変化部７７の外径及び外形の少なくとも一方を変化させることなく、変化部７７内に中空部位を形成し、中実部位の形状及び中空部位の形状を変化させることで断面形状を変えてもよい。変化部７７は、断面方向において凹部を含む形状を有していてもよい。

【0048】

図６は、実施形態に係るキャビティ６の一部及びステム２７を示す概略断面図である。図６に示されるように、変化部７７は、延在方向において第１接合部５０からの距離と第２接合部６０からの距離とが異なる位置に設けられる。延在方向において、第１延在部７１の長さと第２延在部７４の長さとは異なっていてもよい。すなわち、変化部７７の延在方向における中心の位置は、ステム２７の全体の延在方向における中心の位置とは異なっていてもよい。

【0049】

図７は、実施形態に係るキャビティ６の一部及びステム２７を示す概略断面図である。図７に示されるように、第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方は、本体部７０の端面によって構成される。第１接合部５０は、第１延在部７１の延在方向の端面（上面）であってもよい。第２接合部６０は、第２延在部７４の延在方向の端面（下面）であってもよい。すなわち、第１延在部７１は、延在方向において第１接合部５０を端面とし、変化部７７に向けて延在してもよく、第２延在部７４は、延在方向において第２接合部６０を端面とし、変化部７７に向けて延在してもよい。なお、第１接合部５０及び第２接合部６０の両方が本体部７０の端面でなくともよく、一方が本体部７０の端面で構成され、他方がフランジ部で構成されてもよい。

【0050】

第１接合部５０に設けられた締結用穴は、例えば第１接合部５０の外周に沿って設けられ、第１延在部７１において延在方向に深さを有する凹部である。第１接合部５０の断面方向の広さは、ディー電極２１の大きさ以下である。第１延在部７１は、例えば、少なくとも延在方向における締結用穴の深さ以上の長さを有する。第１接合部５０に設けられた締結用穴は、延在方向において変化部７７まで達してもよい。

【0051】

第２接合部６０に設けられた締結用穴は、例えば第２接合部６０の外周に沿って設けられ、第２延在部７４において延在方向に深さを有する凹部である。第２接合部６０の断面方向の広さは、アース板２３の底板３１の大きさ以下である。第２延在部７４は、例えば、少なくとも延在方向における締結用穴の深さ以上の長さを有する。第２接合部６０に設けられた締結用穴は、延在方向において変化部７７まで達してもよい。

【0052】

以上のように、本実施形態に係るキャビティ６及びステム２７は、サイクロトロン１の大きさ又は形状に合わせて設置することができ、電磁波に対する適切な共振周波数に設定することができる。ステム２７の本体部７０における変化部７７が断面積及び断面形状を変化させることにより、ステム２７のインダクタンスを変化させることができ、ステム２７の共振周波数を変化させることができる。

【0053】

変化部７７は、延在方向に対する断面積を拡大させてもよい。従来のステムは、連結部（本実施形態の本体部７０に相当）における延在方向に対する断面積は各部分で同一であったことから、ディー電極２１又はアース板２３との接合における接続部材（本実施形態の接合部材３７に相当）の配置箇所によって変化可能な断面積に上限があった。本実施形態のような構成によれば、側板３３に当接しない範囲で、変化部７７は、延在方向に対する断面積を従来のステムに比べて増加させることができる。

【0054】

変化部７７は、延在方向において第１接合部５０からの距離と第２接合部６０からの距離とが異なる位置に設けられてもよい。このような構成によれば、キャビティ６内においてディー電極２１とアース板２３との間に他の構成物が存在した場合であっても、変化部７７が設けられる位置を適切に変化させることにより、本体部７０はディー電極２１とアース板２３とを接続し、適切な共振周波数を設定することができる。したがって、キャビティ６内の形状に合わせたステム２７を設置することができる。

【0055】

第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方は、本体部７０の端面よりも外周側へ広がるフランジ部によって構成されてもよい。このような構成によれば、本体部７０の端面よりも外周側へ広がる第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方は、ディー電極２１及びアース板２３の底板３１の少なくとも一方と安定して接合する。このため、ディー電極２１とステム２７とは第１接合部５０により、また、アース板２３とステム２７とは第２接合部６０により、それぞれ安定して接合することができる。

【0056】

第１接合部５０及び第２接合部６０の少なくとも一方は、本体部７０の端面によって構成されてもよい。このような構成によれば、ステム２７は、簡易な構成でディー電極２１及びアース板２３の底板３１の少なくとも一方と接合することができる。

【0057】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、変化部７７は、複数の部位ごとに断面積及び断面形状の変化を組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１…サイクロトロン、３…真空容器、４…ヨーク、５…励磁コイル、６…キャビティ、７…デフレクター、８…グラディエントコレクター、９…コリメーター、１０…パーマネントクワドロポールマグネット、１１…ＲＦチューナー、２１…ディー電極、２３…アース板、２７…ステム、２９…カウンターディー、３１…底板、３３…側板、３７…接合部材、５０…第１接合部、６０…第２接合部、７０…本体部、７１…第１延在部、７４…第２延在部、７７…変化部、Ｂ…陽子ビーム、Ｇ…加速ギャップ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】