JPH0326520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粒子加速管中に整列して垂設される
粒子加速器の加速電極の冷却機構に特徴を有する
ものである。

従来の粒子加速器は、第１図に示すように大電
力の高周波を用いる粒子加速管１の内部に、多数
個の環状をなす加速電極２を、非常に高精度に芯
出しされた間隔、同心度、傾き等のアライメント
によつて一直線にライン状に位置決めし、一定間
隔毎に吊下げて配設した構造になつている。

また、前記のような粒子加速器においては、共
振周波数で高い加速電界を得るために、粒子加速
管１の内径Ｄと加速電極２の各部寸法（第２図に
示すD₁，D₂，D₃，D₄，T₁，T₂等）が電気的に自
ら決定されている。

さらに、前記の加速電極２は、外側の平円板部
A₁と中心側の穴A′明き截頭円錐柱部A₂（ノーズコ
ーン部）とからなる電極Ａの部分を有しており、
該電極Ａにおいては、大電力高周波の壁損失によ
る発熱を生じ、その発熱量は、第３図に示すよう
な発熱曲線となり、特に同図から明らかなように
第２図に示す截頭円錐柱部（ノーズコーン部）
A₂の部分に高い発熱を生ずる。

よつて、前記発熱による温度上昇を防ぐために
電極Ａを冷却する必要があるが、粒子加速管１内
は超高真空に保持され、また、該電極Ａは機能上
外表面から冷却することが不可能であるため、内
部に流体（一般的には純水）を流して温度を一定
にすることが必要となる。

従つて、前記した条件下で加速電極２を冷却す
る従来の構造は、第４図、第５図に示すように電
極Ａに併設されている支持首部A₃に設けた入口
通路ａから冷却水を流入し、截頭円錐柱部A₂に
設けた半円弧状の両水路a₂、および平円板部A₁
に設けた半円弧状の両水路a₁に矢示のように流通
せしめたのち、出口通路Ｓから排出するようにな
つている。

しかし、前記した従来の加速電極２においては (1) 第４図、第５図に示すように平円板部A₁に
おける水路が少なく、伝熱面積が小さいので、
平円板部A₁の温度が高くなる。

(2) 穴明き截頭円錐柱部A₂即ちノーズコーン部
の水路断面積が大きく、冷却水の流速が小さい
ので、流量一定の条件下では熱伝達率が小さく
なり、最も発熱が大きいノーズコーン部を効率
よく冷却することができない。（加速電極数が
非常に多く、ポンプの設備費が高くなるため実
際上流量の増加は望めない。） などにより、加速電極の全面に亘つて、温度偏差
による熱応力および熱変形を生ずる欠点がある。

本発明は、従来の粒子加速器の加速電極におけ
る前記したような欠点を解消するために開発され
たものであつて、外側の平円板部と中心側の穴明
き截頭円錐柱部とからなる電極内に截頭円錐柱部
のを中心とする略円形状あるいは半円弧状の水路
を多重に設けて、前記水路の隣接端部を屈曲通路
にて連結するとともに、前記電極に併設されてい
る支持首部内に設けた入口通路を前記水路の最内
側に直結しかつ前記入口通路を囲む出口通路を前
記水路の最外側に直結した冷却水路を設け、前記
截頭円錐柱部内における前記冷却水路を小断面積
にしかつ外表面に近接させて多数配設した点に特
徴を有し、その目的とする処は、第３図に示すよ
うな壁損失が与えられ、第２図に示すような加速
電極の諸寸法が電気的に決定され、かつ冷却水量
を極力少くしなければならない条件下で、 (イ) 冷却水が沸騰しないように加速電極の温度を
極力低くし、 (ロ) 加速電極の温度分布を極力均等にし、熱応力
度および局部変形を小さくするとともに、 (ハ) 加速電極を安価に製作するため、材料費およ
び加工費の安価な最も一般的な材料（鋼材）で
製作できるようにした、 粒子加速器の加速電極を供する点にある。

本発明は、前記の構成よりなつており、加速電
極の全面に亘つて合理的に冷却水路が配設され、
特に最も発熱量の大きい截頭円錐柱部における冷
却水路を小断面積にしかつ外表面に近接させて多
数配設しているので、截頭円錐柱部〔ノーズコー
ン部〕の温度を極めて効率よく低下させることが
できるとともに、全面に亘つて略一様に冷却する
ことができ、温度偏差による熱応力および熱変形
を著しく小さくすることができる。従つて、熱伝
導率の大きい高価な材料（例えば銅、黄銅）を使
用しないで、比較的に熱伝導率の小さい鋼材を使
用して安価な加速電極にすることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図示について説明す
る。第６図ないし第１１図に、第１図に示すよう
な粒子加速管１の内部に整列して垂設される本発
明の一実施例である加速電極１２の各部を示して
おり、該加速電極１２は、第７図に示すように外
側の平円板部A₁と中心側の穴A′明きの截頭円錐
柱部A₂とよりなる全体が略円環状の電極Ａの部
分、および該電極Ａに併設された支持首部A₃（第
６図参照）からなつており、さらに、それらの内
部には後記するような全面に亘る冷却水路が配設
されている。

即ち、この実施例における冷却水路は、第６図
断面に示すように電極Ａの外側の平円板部A₁お
よび截頭円錐柱部A₂の内部のいずれにおいても、
截頭円錐柱部の軸を中心とする略円形状あるいは
対の半円弧状の水路ｇ〜ｍ，m′を多重に設けて
水路間の半径方向の肉厚を薄くし、全面に亘つて
伝熱面積を大幅に増大し、水路ｇ〜m′の隣接端
部を図示のように屈曲通路を介して連結するとと
もに、電極Ａに併設されている支持首部A₃に設
けた入口通路ａを前記水路の最内側の端部に直結
し、かつ、入口通路ａを囲むように支持首部A₃
に設けた出口通路Ｓを前記水路の最外側の端部に
直結して、加速電極１２の内部全面に亘る冷却水
路が配設されている。

さらに、前記の冷却水路は、ノーズコーン部即
ち截頭円錐柱部A₂の内部において、第７図断面
にて示しさらに第８図ないし第１０図断面に示す
ようになつており、全般的に水路が小断面積に形
成され、截頭円錐柱部A₂の厚さ方向に３分割
（分割数を増すこともできる）にした両側の略形
状の水路ｍ，m′および半円弧状の水路ｇにて形
成し、冷却水の流速を増大し熱伝達率を向上せし
め、冷却水と内壁との温度差を小さくしており、
さらに、外表面と水路との肉厚δを極力薄くし、
また穴A′に対しても近接させた構造として熱伝
等による温度差を小さくし、全体的には、截頭円
錐柱部A₂の内部に配設されている冷却水路は、
第１１図に示すような水路ｂ〜ｍ，m′の経路に
なつている。

第６図ないし第１１図に示した本発明の一実施
例は、前記したようになつており、該加速電極１
２の内部に配設されている冷却水路の構造の詳述
を兼ねてその作用を説明する。

冷却水は、第６図に示す支持首部A₃と平円板
部A₁を貫く入口通路ａから截頭円錐柱部A₂内に
導入されて一部が水路a′に分流され、その分流量
は２分割となる。なお、水路a′側は分流水路ａ側
と同一構造になつているので、その説明は分流水
路ａ側の説明によつて一部省略する。

第８図断面に示す入口通路ａの分流水路ａ中の
冷却水は、第９図断面に示す水路ｂを通つて第１
０図断面に示す水路ｃに出て、水路ｃを出た冷却
水は、水路ｍを経て水路ｅより第９図断面に示す
水路ｆを通り、第８図断面に示す水路ｇに出たの
ち、水路ｇを流れて第７図断面に矢示で示す水路
ｈを通り水路ｉに出る。ここで入口通路ａから分
流した他方の水路a″から流れてきた（詳細は省
略、第１１図参照）冷却水と合流し、再び半弧円
状の水路に分岐して水路ｉ，ｊ，ｋ，ｌを経て出
口通路Ｓから排出される。

従つて、前記した実施例においては、発熱量の
極めて大きい電極Ａの截頭円錐柱部A₂の内部に
おいて、小断面積に形成された略円形状の両水路
ｍ，m′および中央部の半円弧状の対をなす水路
ｇに流通することになり、冷却水の流速が増大さ
れて熱伝導率が著しく向上されるとともに、厚み
方向の全面に亘つて均等に降温されかつ外表面の
降温も良好になつて、冷却水と内壁との温度差が
小さくなり、さらに、外側の平円板部A₁におい
ても、多重に形成された対の半円弧状の水路によ
つて各水路間の半径方向の肉厚が薄くなり熱伝導
率が向上されて均一な降温効果が得られる。

よつて、この実施例によれば、加速電極１２の
全面に亘つて温度偏差による熱応力および熱変形
を著しく小さくすることができ、特に最高の発熱
量を生ずる截頭円錐柱部A₂の降温も十分に達成
できるため、熱伝導率の大きい高価な材料（例え
ば銅、黄銅）を使用せずに、熱伝導率の小さい鋼
材を使用することが可能となり、安価な加速電極
を提供することができる。

なお、前記実施例では截頭円錐柱部（ノーズコ
ーン部）の水路を、その厚み方向に３分割した状
態に構成しているが、本発明においては特に３分
割に限られるものではない。

以上本発明を実施例について説明したが、勿論
本発明はこのような実施例にだけ局限されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で
種々の設計の改変を施しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の粒子加速器の概要を示す断面
図、第２図は従来の加速電極の電極部分のみを示
す縦断面形状図、第３図Ａ，Ｂは、第２図の電極
の部分ポジシヨン図および発熱量の状態図、第４
図は第２図の電極内部に配設した冷却水路の説明
図、第５図は第４図の−断面図、第６図は本
発明の一実施例を示す加速電極の断面図（第５図
と同様な断面）、第７図は第６図の−断面図、
第８図は第７図の−断面図、第９図は第７図
の−断面図、第１０図は第７図の−断面
図、第１１図は実施例の截頭円錐柱部における水
路の状態を示す見取図である。 １：粒子加速管、１２：加速電極、Ａ：電極、
A₁：平円板部、A₂：截頭円錐柱部、A₃：支持首
部、A′：穴、ａ：入口通路、ｂ〜ｍ，m′：水路、
Ｓ：出口通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外側の平円板部と中心側の穴明き截頭円錐柱
   部とからなる電極内に截頭円錐柱部の軸を中心と
   する略円形状あるいは半円弧状の水路を多重に設
   けて、前記水路の隣接端部を屈曲通路にて連結す
   るとともに、前記電極に併設されている支持首部
   内に設けた入口通路を前記水路の最内側に直結し
   かつ前記入口通路を囲む出口通路を前記水路の最
   外側に直結した冷却水路を設け、前記截頭円錐柱
   部内における前記冷却水路を小断面積にしかつ外
   表面に近接させて多数配設したことに特徴を有す
   る粒子加速管中に整列して垂設される粒子加速器
   の加速電極。