JPH03133100A - 多連高周波加速空胴 - Google Patents
多連高周波加速空胴Info
- Publication number
- JPH03133100A JPH03133100A JP26803989A JP26803989A JPH03133100A JP H03133100 A JPH03133100 A JP H03133100A JP 26803989 A JP26803989 A JP 26803989A JP 26803989 A JP26803989 A JP 26803989A JP H03133100 A JPH03133100 A JP H03133100A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slot
- electrons
- discharge
- frequency
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Particle Accelerators (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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。
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）
本発明は加速器用の高周波加速空胴、特にスロット結合
型多連高周波加速空胴に関する。
型多連高周波加速空胴に関する。
（従来の技術）
加速器や核融合装置には種々の高周波機器が用いられ、
そのうちの多くは超高真空という条件におかれている。
そのうちの多くは超高真空という条件におかれている。
例えば高周波加速空胴は、加速器において周回する電子
・陽子・イオンなどの粒子ビームをそれに同調した高周
波で加速するもので、これは加速器の心臓部にあたる重
要な装置である。
・陽子・イオンなどの粒子ビームをそれに同調した高周
波で加速するもので、これは加速器の心臓部にあたる重
要な装置である。
この高周波加速空胴は、空胴本体と、この空胴本体内に
高周波電力を供給するためのアンテナと、空胴本体内の
共振周波数を微調整するためのチューナと、空胴本体内
を超高真空に保つための真空排気系などで構成されてい
る。
高周波電力を供給するためのアンテナと、空胴本体内の
共振周波数を微調整するためのチューナと、空胴本体内
を超高真空に保つための真空排気系などで構成されてい
る。
空胴本体内は粒子ビームが周回するためのビームダクト
とともに、１０”−’Ｔｏｒｒ以上程度の超高真空度に
保つ必要がある。その理由は、残留気体分子を減らして
加速する粒子との衝突による粒子ビームの散乱を防ぎ粒
子ビーム寿命を保つこと、及び加速器では避けがたい高
電界による放電を防止するためである。
とともに、１０”−’Ｔｏｒｒ以上程度の超高真空度に
保つ必要がある。その理由は、残留気体分子を減らして
加速する粒子との衝突による粒子ビームの散乱を防ぎ粒
子ビーム寿命を保つこと、及び加速器では避けがたい高
電界による放電を防止するためである。
空胴への入射電力は、加速器の高性能化・大型化に伴い
増加し、ビームエネルギーが数ＧｅＶ （数十億電子ボ
ルト）にも達するような円形加速器においては、ビーム
が加速器を１周する間に、数ＭＶの電界を加える必要が
ある。このような場合、加速器中に複数個の空Ｗｉ４を
設置するが、それでも個々の空胴に与える高周波電力を
合計すると、膨大な電力が必要となり、実用的でない。
増加し、ビームエネルギーが数ＧｅＶ （数十億電子ボ
ルト）にも達するような円形加速器においては、ビーム
が加速器を１周する間に、数ＭＶの電界を加える必要が
ある。このような場合、加速器中に複数個の空Ｗｉ４を
設置するが、それでも個々の空胴に与える高周波電力を
合計すると、膨大な電力が必要となり、実用的でない。
これを解決する手段として、多連空胴と言われる種類の
空胴がある。
空胴がある。
多連空胴の１例を第１図に示す。第１図に示されたよう
に、多連空胴は、複数個の空Ｍ（セルと言う）をつない
だものであり、この複数個のセル同士を、何らかの方法
で電磁気的に結合させる、すなわち、中央の１つのアン
テナ４からの高周波電力の入力により、すべてのセルに
同時にビームを加速するような電磁界分布（モードと言
う）を作り、全セルで加速するものである。
に、多連空胴は、複数個の空Ｍ（セルと言う）をつない
だものであり、この複数個のセル同士を、何らかの方法
で電磁気的に結合させる、すなわち、中央の１つのアン
テナ４からの高周波電力の入力により、すべてのセルに
同時にビームを加速するような電磁界分布（モードと言
う）を作り、全セルで加速するものである。
この結合方法にもいくつか種類があるが、第１図、第４
図に示したものは、ディスク６と呼ばれるセル間の金属
板に、スロット５と呼ばれる小孔を開け、ここを介して
電磁気的な結合を起こすものである。（この図は、連結
セル数が３個であるが、必要に応じて、より連結数の多
い、５連、７連等の多連空胴もある） 第５図、第６図はこの結合を示すために、スロット近傍
の電磁界分布を示したものである。
図に示したものは、ディスク６と呼ばれるセル間の金属
板に、スロット５と呼ばれる小孔を開け、ここを介して
電磁気的な結合を起こすものである。（この図は、連結
セル数が３個であるが、必要に応じて、より連結数の多
い、５連、７連等の多連空胴もある） 第５図、第６図はこの結合を示すために、スロット近傍
の電磁界分布を示したものである。
あるセルの側壁を流れる電流が第５図に示すように、ス
ロット５を回りこんで流れるとする。この時、作られる
磁界は第６図の通りになり、スロット５の近傍では、隣
り合うセルにおいて、互いに磁束が共有される。これが
電磁気的な「結合」である。
ロット５を回りこんで流れるとする。この時、作られる
磁界は第６図の通りになり、スロット５の近傍では、隣
り合うセルにおいて、互いに磁束が共有される。これが
電磁気的な「結合」である。
このような結合をする空胴においては、第６図に示すよ
うに隣接するセルの電磁界分布は、向きが正反対、すな
わち位相がπずれていることになる。この時の多連空胴
全体としての電界分布を第７図に示す。このように、隣
接するセルの電界の向きが逆になっているモードを、π
モードと言う。
うに隣接するセルの電磁界分布は、向きが正反対、すな
わち位相がπずれていることになる。この時の多連空胴
全体としての電界分布を第７図に示す。このように、隣
接するセルの電界の向きが逆になっているモードを、π
モードと言う。
１つのセルの長さが、このπモードの共振周波数波長、
Ｃは光速）と、なればビームがモードの位相と同期する
ため、最初のセル内でビームが加速されれば、以降のす
べてのセルを通過する際も必ずビームは加速されること
になる。
Ｃは光速）と、なればビームがモードの位相と同期する
ため、最初のセル内でビームが加速されれば、以降のす
べてのセルを通過する際も必ずビームは加速されること
になる。
以上が多連空胴によるビームの加速の概略である。
第５図に示すスロット５近傍の電流の分布を見ると明ら
かなように、スロット５の上部ＡＢと下部ＣＤの間には
電位差が発生するため、マルチパクタリング放電と呼ば
れる現象が発生する可能性がある。
かなように、スロット５の上部ＡＢと下部ＣＤの間には
電位差が発生するため、マルチパクタリング放電と呼ば
れる現象が発生する可能性がある。
マルチパクタリング放電とは、真空中にある２つの電極
面間に高周波の電界が存在する際に、この高周波電界と
同期して電極間を往復する電子が、電極面に衝突するた
びに次々に２次電子を生成し、遂には電子数がナダレ的
に増加して放電に至る現象である。マルチパクタリング
放電は、数百ＭＨｚの高周波が数十ｍｍのギャップが持
つ電極に加えられているとき、数百Ｖ程度の低い電圧で
発生するため、加速器用空胴等において定格入力を行な
う際にこの電圧領域を通過することは不可避である。
面間に高周波の電界が存在する際に、この高周波電界と
同期して電極間を往復する電子が、電極面に衝突するた
びに次々に２次電子を生成し、遂には電子数がナダレ的
に増加して放電に至る現象である。マルチパクタリング
放電は、数百ＭＨｚの高周波が数十ｍｍのギャップが持
つ電極に加えられているとき、数百Ｖ程度の低い電圧で
発生するため、加速器用空胴等において定格入力を行な
う際にこの電圧領域を通過することは不可避である。
（発明が解決しようとする課題）
従来のスロット結合多連高周波加速空胴において、スロ
ット部において発生するマルチパクタリング放電は、高
周波入力を大きく制限するため。
ット部において発生するマルチパクタリング放電は、高
周波入力を大きく制限するため。
望ましくない現象である。
本発明は、スロット結合多連高周波加速空胴のスロット
部において発生する可能性が大きいマルチパクタリング
放電を抑制・防止することを目的とする。
部において発生する可能性が大きいマルチパクタリング
放電を抑制・防止することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
本発明は、上記課題を解決するために、スロット結合多
連高周波加速空胴のスロット５のまわりに、２次電子抑
制剤（例えば窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜）をコーティン
グする。
連高周波加速空胴のスロット５のまわりに、２次電子抑
制剤（例えば窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜）をコーティン
グする。
（作用）
マルチパクタリング放電が発生するための条件は、電子
の運動の同期条件と電子の増殖条件からなる。
の運動の同期条件と電子の増殖条件からなる。
同期条件は、高周波電界と電子の運動が同期するための
電圧の条件であり、増殖条件は、１つの電子が電極に衝
突する際に発生する電子の個数の期待値（２次電子放出
率）が１よりも大きいならば、電極が電子にたたかれる
ごとに電子の数が増加するため放電に結びつくことを示
している。
電圧の条件であり、増殖条件は、１つの電子が電極に衝
突する際に発生する電子の個数の期待値（２次電子放出
率）が１よりも大きいならば、電極が電子にたたかれる
ごとに電子の数が増加するため放電に結びつくことを示
している。
スロット５の近傍に、２次電子抑制剤といわれる物質を
コーティングすれば、その面における２次電子放出率が
１より小さくなるため、いかに電子の運動が高周波電界
と同期しても、増殖条件が成立せず、マルチペクタリン
グ放電は発生しない。
コーティングすれば、その面における２次電子放出率が
１より小さくなるため、いかに電子の運動が高周波電界
と同期しても、増殖条件が成立せず、マルチペクタリン
グ放電は発生しない。
（実施例）
第１図、第２図、第３図は、スロット結合多連高周波加
速空胴のスロット５の近傍に、２次電子抑制剤の一つで
あるＴｉＮの数十人程度の薄膜をコーティングした、本
発明の実施例である。
速空胴のスロット５の近傍に、２次電子抑制剤の一つで
あるＴｉＮの数十人程度の薄膜をコーティングした、本
発明の実施例である。
ＴｉＮコーティングにより、 スロット５部の電界発生
部で、マルチパクタリング放電の同期条件が満たされた
としても、この部分における２次電子放出率が１より小
さいために、マルチパクタリング放電の発生が防止でき
る。
部で、マルチパクタリング放電の同期条件が満たされた
としても、この部分における２次電子放出率が１より小
さいために、マルチパクタリング放電の発生が防止でき
る。
（他の実施例）
２次電子抑制剤としては、ＴｉＮ以外に、チタン、炭化
タンタル、炭素、などがある。これらの抑制剤を、印加
高周波電界の周波数における表皮深さによりも薄く、ス
ロット結合多連高周波加速空胴のスロット部近傍にコー
ティングすることにより、ＴｉＮコーティング同様の効
果が得られる。
タンタル、炭素、などがある。これらの抑制剤を、印加
高周波電界の周波数における表皮深さによりも薄く、ス
ロット結合多連高周波加速空胴のスロット部近傍にコー
ティングすることにより、ＴｉＮコーティング同様の効
果が得られる。
本・発明により、マルチパクタリング放電の発生しない
、高性能の多連空胴を提供することが可能であり、ひい
ては、高性能の加速器が提供できる。
、高性能の多連空胴を提供することが可能であり、ひい
ては、高性能の加速器が提供できる。
第１図は本発明の多連高周波加速空胴の実施例の断面図
、第２図は第１図の■−■部拡大図、第３図は第２図の
■矢視図、第４図は第１図の■−ＩＶ矢視図、第５図は
多連空胴のスロット部近傍の電磁界分布を示す図、第６
図は第５図のＶＩ−ＶＩ矢視図、第７図は多連空胴のπ
モードの電界分布を示す図である。 １・・・多連空胴 ２・・・ビームボート３
・・・アンテナボート ４・・・アンテナ５・・・
スロット ６・・・ディスク７・・・窒化チ
タン（ＴｉＮ）コーティング第４図 第３図 第２図 第５図
、第２図は第１図の■−■部拡大図、第３図は第２図の
■矢視図、第４図は第１図の■−ＩＶ矢視図、第５図は
多連空胴のスロット部近傍の電磁界分布を示す図、第６
図は第５図のＶＩ−ＶＩ矢視図、第７図は多連空胴のπ
モードの電界分布を示す図である。 １・・・多連空胴 ２・・・ビームボート３
・・・アンテナボート ４・・・アンテナ５・・・
スロット ６・・・ディスク７・・・窒化チ
タン（ＴｉＮ）コーティング第４図 第３図 第２図 第５図
Claims (1)
- スロットを有するディスクによって区画された複数のセ
ルからなり、スロットの周囲に２次電子抑制剤をコーテ
ィングしたことを特徴とする多連高周波加速空胴。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26803989A JPH03133100A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 多連高周波加速空胴 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26803989A JPH03133100A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 多連高周波加速空胴 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03133100A true JPH03133100A (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=17453026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26803989A Pending JPH03133100A (ja) | 1989-10-17 | 1989-10-17 | 多連高周波加速空胴 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03133100A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193896A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子加速装置 |
| JP2010186756A (ja) * | 2010-05-20 | 2010-08-26 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子加速装置 |
-
1989
- 1989-10-17 JP JP26803989A patent/JPH03133100A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009193896A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子加速装置 |
| US8067907B2 (en) | 2008-02-18 | 2011-11-29 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle accelerator |
| US8659243B2 (en) | 2008-02-18 | 2014-02-25 | Hitachi High-Technologies Corporation | Charged particle accelerator |
| JP2010186756A (ja) * | 2010-05-20 | 2010-08-26 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子加速装置 |
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