JPH0240900A - 高周波加速空胴用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば電子、陽電子等の荷電粒子の加速器に
用いられる高周波加速空胴用のアンテナの改良に関する
。

（従来の技術） 加速器は、電子、陽子、イオン等のビームを１０億電子
？ル）　（Ｉ　Ｇｏマ）程度の高エネルギ状態に加速す
る為のものであル、このような加速器の一例として従来
から素粒子の研究分野で大形のもの、例えば直径が１−
以上のものが建設されている。又最近では、例えば電子
からの放射光（ｓｏＲ光と称される）を利用し九超ＬＳ
Ｉ微細加工（リングラフィという）等新しい分野への応
用として比較的小型のもの、例えば直径が１０ｍ程度の
加速器も建設されるようになっている。

又、加速器には電子の加速あるいはＳＯＲ光で喪失され
たエネルギの補給を行う為に、高周波エネルギを電子に
供給する高周波加速空胴が設置されている。該高周波加
速空胴の形式としては種々のものがあるが、その四半共
軸加速空胴を例にとって説明する。

第３図は半共軸加速空胴を示す断面図であり、図中符号
１は中空円筒状の外筒である。この外筒１には円板状の
側板２が複数のがルト３及びナツト４によシ固定されて
おシ、これによって空胴を形成している。上記外筒１及
び側板２にはその軸心位置に加速電極５がガスケット６
を介して挿入固定されている。図中符号２はその固定用
のゲルトである。父上記加速′ｒＪＬ極５にはビームダ
クト８がゲルト９によシ接続されている。

上記外ｆ１６１の側部には空胴内に高周波エネルギを供
給するためのアンテナ１０が挿入配置されている。父上
記外筒１の側部には空胴の共振周波数を調整するための
円筒状のチー−す１１が出没可能に挿入配置されている
。このテエーナ１１は駆動装置１２によシ外筒１内に出
没せられる。そしてチェーナＪノを外筒１円に挿入すれ
ば空胴の共振周波数は上がシ、逆に外筒１円から引抜け
ば共振周波数は下がる。尚、空胴内は加速電極５に接続
されるビームダクト８と同様に１０Ｔｏｒｒ以上の超高
真空状態に維持されるが、前述したようにガスグツト６
が装着されているので、該真空状態が破壊されることは
ない。

次に第４図を参照して上記アンテナ１０の構成を詳細に
説明する。第４図は第３図で示したアンテナ１０及びそ
の近傍を拡大して示す図であり、図中符号２ノはアンテ
ナ外導体である。このアンテナ外導体２１内にはアンテ
ナ内導体２２が収容されている。上記アンテナ外導体２
１とアンテナ内導体２２とは結合ループ２３を介して接
続されている。上記アンテナ外導体２１には７ランジ２
４が固着され、一方前記外筒１からは支持管２５が突設
され、この支持管２５の先端には７ランジ２６が固着さ
れている。この７ランノ２６及び上記７ランジ２４がガ
スグツト２７を挾んでゲルト２８及びナツト２９により
接合されている。父上記アンテナ外導体２１とアンテナ
内導体２２との間にはセラミックス製の真空窓３０が設
置され、この真空窓３０によりＸ至境界を構成している
。

このようなアンテナ１０の構成によると、アンテナ内導
体２２を流れる高周波電流は結合ループ２３からアンテ
ナ外導体２１に流れ、結合ループ２３は紙面に直交する
方向の高周波磁界を形成し、談磁界によシ高周波加熱空
胴内に電磁エネルギが供給される。

上記構成によると以下のような問題がある。すなわち上
記構成にあって、アンテナ１゛０に高周波電力を供給す
ると、アンテナ外導体２１とアンテナ内導体２２との間
の真空側に、いわゆるマルチパクタリング放電が発生す
る。このマルチパクタリング放電とは次のような現象を
いう。すなわち高周波電界によって加速されて、電子（
−次電子）が真空中の一方の電極（アンテナ外導体２１
又はアンテナ内導体２２）に当って二次電子を吐出す。

その際高周波電界の極性が逆転していると、この二次電
子が一次電子と逆方向に真空中を加速されて他方の電極
に当υ、又二次電子を放出する。このような過程を繰返
しながら二次電子が増加して発生する現象である。この
ようなマルチノやフタリング放電は、通常の放電破壊電
圧よシ極端に低い電圧でも発生してしまうのでアンテナ
への入射電力は小さな値に制限されてしまうこととなる
。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の構成によると、アンテナがマルチパク
タリング放電により大きな電力を供給することができな
いという問題があ）、本発明はこのような点に基づいて
なされたものでその目的とするところは、上記マルチパ
クタリング放電の発生を抑制して、大きな電力の供給が
可能な高周波加速空胴用アンテナを提供することにある
。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明による高周波加速空胴用アンテナは、空
胴内に連通ずるアンテナ外導体と、このアンテナ外導体
内に収容されたアンテナ内導体と、これらアンテナ外導
体及びアンテナ内導体との間に設置され真空境界を形成
する真空窓と、上記アンテナ外導体及びアンテナ内導体
とを結合する結合ループとを備えた高周波加速空胴用ア
ンテナにおいて、上記真空窓よシ真空領域側に位置する
アンテナ外導体及びアンテナ内導体との間隔を狭くした
ことを特徴とするものである。

（作用） つまシ、真空領域におけるアンテナ外導体及びアンテナ
内導体との間隔を狭めることによりマルチパクタリング
放電を抑制するものである。

以下詳細°に説明する。マルチパクタリング放電が低電
圧で発生することは既に述べた通シであり、正確にいう
と低電圧（Ｖｍｉｎ　）と高電圧（ｖｍａｘ　）との間
で発生し、ｖｍｌ□以下、及びＶｍａＸ以上では発生し
ないという性質がある。上記Ｖｍｉｎ及びＶｍａＫとは
次のようなものである。

Ｖｍｌ、＝に、（ｔｄ）２・・−・−（１）■ｍ、ｘ＝
に２（ｆｄ）２・・・−（ＩＩ）ｆ；アンテナに供給さ
れる高周波電力の周波数ｄ；両極間距離 に１．　Ｋ２：定数 したがって上記式Ｉ及び川からすれば、ｆが一定の場合
には、ｄを極端に大きくすればｖｍｉｎが大となって、
アンテナ内導体及びアンテナ外導体との間の電圧がｖｍ
ｉｎ以下となシ、マルチパクタリング放電は発生しない
。逆にｄを極端に小さくすればｖｍａｘが小さくなって
定格電力時の側導体間の電圧がＶ□８以上となシ、マル
チパクタリング放電は発生しない。

ところで、上記２つの方法の内ｄを大きくすることは装
置の大形化の観点から好ましいことではなく、そこで本
発明ではｄを小さくすることによシマルチノ４クタリ放
電の発生を抑制するものである。

（実施例） 以下第１図を参照して本発明の第１の実施例を説明する
。尚、従来と同一部分については、同一符号を付して示
しその説明は省略する。図中符号１２２は本実施例によ
るアンテナ内導体である。

このアンテナ内導体１２２は真空窓３０よシ図中上方に
位置する大径部１２２＆と、上記真空窓３０の図中下方
に位置する小径部１２２ｂと、これら大径部１２２ａと
小径部１２２ｂとの間に形成されたテーパ部１２２Ｃと
から構成されている。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず同軸管の特
性インピーダンスを２０（Ω）とし、アンテナ１０への
入力電力をｐ　（ｗ）とすると、アンテナ内導体１２２
及びアンテナ外導体２１との間のビーり電圧（Ｖ）ｆｌ
、次の弐■のようになる。

ｖ＝５Σ　　・・・・・・　（１） ここでＶ　＞　Ｖｍａｘとなるように、上記アンテナ内
導体１２２とアンテナ外導体２１との間の距離（ｄ）を
とれば、マルチ・母りタリング放電を抑制することがで
きる。又、同軸管の特性インピーダンス（２０）は通常
５０Ωであるが、本実施例のようにアンテナ内導体１２
２に大径部１２２ａを形成すると、上記特性インピーダ
ンスは５０Ω以下となってインピーダンスの不整が生ず
るが、本実施例では前述したようにテーノ母部１２２ｃ
を設けて特性インピーダンスを徐々に変化させているの
でインピーダンス不整による′成力反射を抑制すること
ができる。

尚、電力反射の割合は、５０Ωからずれている部分の長
さが長い程大きいので、アンテナ内導体１２２の大径部
１２２ａの長さはできるだけ短い方がよい。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

■　まず本実施例によるアンテナ内導体１２２は真空領
域内に大径部１２２ａを備え、それによってアンテナ内
導体１２２＆とアンテナ外導体２１との距離（ｄ）を小
さなものとしているので、マルチパクタリング放電の発
生を効果的に抑制することができる。したがって大きな
電力を供給することができる。尚、上記距離（ｄ）を小
さくすればいわゆる絶縁破壊電圧は低下するが、マルチ
パクタリング放電電圧の方がかなシ低いので、結局アン
テナ１０への入射電力を大きくすることができる。

■　次に、マルチパクタリング放電を抑制することがで
きるので、マルチパクタリング放電による真空窓３０の
破壊も効果的に防止される。

■　また本実施例の場合には真空窓３０から真空領域外
にかけてテーノ母部１２２ｃを形成することによりアン
テナ外導体２１とアンテナ内導体１２２の間隔ｄを徐々
に大きくするようにしているので、インピーダンス不整
に起因する電力反射を緩和させることができる。

■　又、本発明の場合にはアンテナ内導体１２２の真空
領域内の部分を大径にするという極めて簡単な構成によ
り、マルチパクタリング放電の抑制が可能となる。

■　さらに、アンテナ内導体１２２に大径部１２２ａを
形成することによ）、高周波電流によるジーール発熱の
観点からすると、高周波損失を小さくすることができる
。

次に第２図を参照して第２の実施例を説明する。

この第２の実施例はアンテナ外導体の真空窓よシ上の部
分を縮径し、それによってアンテナ外導体及びアンテナ
内導体との間の距離を小さくするものである。すなわち
上記アンテナ外導体１２１の真空窓３０よシ上方部分に
は小径部１２１ａが形成され、一方上記真空窓３０よシ
下方の部分には大径部１２１ｂが形成されている。そし
てこれら小径部１２１ａ及び大径部１２１ｂとの間には
ターフ４１部Ｊ２１ｅが形成されている。

上記構成によると、前記第１の実施例の場合と同様の効
果を奏することができる。すなわちこの場合にも真空領
域におけるアンテナ外導体１２１ａとアンテナ内導体２
２との間の距離（ｄ）を小さくすることによシマルチパ
クタリング放電の発生を抑制することができる。又、こ
の場合には高周波損失が増大するがアンテナ１０全体が
コンノ９クトかされ、ス（−ス・の有効利用を図ること
ができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明による高周波加速空胴用ア
ンテナによると、小型のアンテナによ）大きな電力をヒ
ームに供給することができるとともに、マルチパクタリ
ング放電の発生を効果的に抑制して、マルチパクタリン
グ放電による真空度の破壊を確実に防止することができ
る等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の実施例を示すアンテナ及び
その近傍の断面図、第２図は第２の実施例によるアンテ
ナ及びその近傍の断面図、第３図及び第４図は従来例を
示す図で、第３図は高周波加速空胴の断面図、第４図は
アンテナ及びその近傍の断面図である。 １・・・外筒、２・・・側板、５・・・加速電極、８・
・・ヒームダクト、１０・・・アンテナ、１１・・・チ
ューナ、２１・・・アンテナ外導体、１２２・・・アン
テナ内導体、１２２ａ・・・大径部、１２２ｂ・・・小
径部、１２２Ｃ・・・チー１９部　。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空胴内に連通するアンテナ外導体と、このアンテナ外導
   体内に収容されたアンテナ内導体と、これらアンテナ外
   導体及びアンテナ内導体との間に設置され真空境界を形
   成する真空窓と、上記アンテナ外導体及びアンテナ内導
   体とを結合する結合ループとを備えた高周波加速空胴用
   アンテナにおいて、上記真空窓より真空領域側に位置す
   るアンテナ外導体及びアンテナ内導体との間隔を狭くし
   たことを特徴とする高周波加速空胴用アンテナ。