JPH06140192A - 粒子加速器の真空チェンバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 チェンバー本体３の内面側の放射光が照射さ
れる位置に、水冷構造の熱遮蔽体４を装着する。チェン
バー本体はアルミニウム合金製とし、熱遮蔽体は銅製と
すると良い。熱遮蔽体はチェンバー本体の長手方向に沿
う長尺のものとし、熱変形を拘束しない状態でチェンバ
ー本体に対して装着する。熱遮蔽体には冷却水の供給路
８と返送路９を形成し、それらの一端側に供給管１２と
返送管１３を接続するとともに他端側は連通させて冷却
水を往復させるように構成する。 【効果】 放射光は熱遮蔽体に対して照射され、チェン
バー本体には直接的に照射されることがないから、チェ
ンバー本体が過熱して熱変形したり、チェンバー本体の
過熱による脱ガスによって真空度が低下してしまうとい
った不具合を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シンクロトロン等の粒
子加速器における蓄積リングを構成するための真空チェ
ンバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、高エネルギー物理学の研
究等に用いられるシンクロトロン等の粒子加速器は、超
高真空に維持した蓄積リング内において荷電粒子ビーム
を光速に近い速度で周回させるものであるが、荷電粒子
ビームの偏向部からはシンクロトロン放射光（ＳＯＲ
光）が放射されるものであり、近年、その放射光を取り
出してたとえば超ＬＳＩ回路の作成、医療分野における
診断や治療、分子解析、構造解析等の様々な分野におい
て有効利用することが検討されている。

【０００３】上記のようなシンクロトロンにおける蓄積
リングは、所定長さの真空チェンバーを多数連結するこ
とで全体としてリング状に構成されるものであり、真空
チェンバーとしては、押し出し成形法によって所定の断
面形状の中空管状とされたアルミニウム合金製のものが
一般に用いられる。また、真空チェンバーは、その内面
に放射光が照射されることで温度が上昇するので、過度
の温度上昇を抑制するべくその壁面は冷却水による水冷
構造とされていることが通常である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ビーム電流
値がたとえば５００ｍＡ以上にもなる大規模なシンクロ
トロンにおいては、真空チェンバーの内面に照射される
放射光のエネルギーもきわめて大きなものとなり、たと
えば真空チェンバーの長さ１ｍにつき１０Ｋｗ以上にも
達するものもある。このため、大規模なシンクロトロン
における真空チェンバーは通常の水冷構造のものでは温
度上昇を十分に抑制できず、その温度が１００〜１５０
℃程度にまで上昇してしまうこともある。そして、従来
一般のアルミニウム合金製の真空チェンバーでは必ずし
も十分な耐熱性を有しているとはいえず、真空チェンバ
ーがそのような高温になってしまうと過度の熱変形を生
じたり、また、いわゆる光脱ガス作用および熱的励磁作
用により真空チェンバーの壁面から多量のガス放出が生
じて内部の真空度の悪化を招くといった問題が生じるも
のである。したがって、大規模なシンクロトロンにおい
ては、真空チェンバーに対する十分な熱変形防止対策が
不可欠であるとともに、真空排気系の容量が徒に増大し
てしまうといった不具合があり、有効な改善策の開発が
急務とされていた。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、放射光の照射による温度
上昇を十分に抑制し得て、大規模な粒子加速器に適用し
て好適な真空チェンバーを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、粒子加速器の
蓄積リングを構成するための真空チェンバーであって、
中空管状とされたチェンバー本体の内面側に、水冷構造
の熱遮蔽体を放射光が照射される位置に装着してなるこ
とを特徴としている。この場合、前記チェンバー本体は
アルミニウム合金製とし、前記熱遮蔽体は銅製とするこ
とが考えられる。また、前記熱遮蔽体はチェンバー本体
の長手方向に沿う長尺のものとし、その一端側をチェン
バー本体に対して固定するとともに、他端側はこの熱遮
蔽体の長手方向の熱変形を許容するべく前記チェンバー
本体の長さ方向に変位可能な状態でチェンバー本体に対
して支持することが良い。さらに、前記熱遮蔽体にはそ
の全長にわたって冷却水の供給路と返送路とを形成し、
それら供給路および返送路には、前記チェンバー本体に
対して固定されている熱遮蔽体の一端側においてそれぞ
れ冷却水の供給管および返送管を接続するとともに、チ
ェンバー本体に対して変位可能とされている熱遮蔽体の
他端側においてそれら供給路と返送路とを互いに連通さ
せることにより、それら供給路と返送路とにより熱遮蔽
体の全長にわたって往復する冷却水の流路を形成するこ
とが良い。

【０００７】

【作用】本発明の真空チェンバーでは、放射光は熱遮蔽
体に照射されてチェンバー本体の壁面には直接的に照射
されてしまうことがなく、したがってチェンバー本体の
温度上昇が自ずと抑制されてその熱変形が防止される。
このため、チェンバー本体に対する格別の熱変形防止対
策が不要であるとともに、その素材として従来一般の真
空チェンバーと同様のアルミニウム合金製のものをその
まま用いて何等支障がない。また、熱遮蔽体は水冷構造
とされているのでその温度上昇や熱変形は自ずと抑制さ
れるが、その素材としてはアルミニウム合金より耐熱性
に優れるとともに熱容量の大きい銅を採用すればより効
果的である。

【０００８】そして、熱遮蔽体をチェンバー本体の長手
方向に沿う長尺のものとしておくことにより、チェンバ
ー本体の長手方向の広範囲にわたって熱遮蔽がなされ
る。この場合、長尺の熱遮蔽体の一端側のみをチェンバ
ー本体に対して固定して他端側は変位可能に支持してお
くことで、熱遮蔽体の熱変形が拘束されることがない。

【０００９】さらに、熱遮蔽体に、その一端側において
冷却水管が接続されるとともに他端側で互いに連通して
いる２本の冷却水路を形成して、熱遮蔽体の全長にわた
って往復するような冷却水の流路を確保しておくことに
より、十分な冷却効果が得られるとともに、冷却水路に
対する冷却水管の接続部においては熱遮蔽体の熱変形に
伴う変位を考慮することがなく、したがってその接続部
の構造の簡略化が実現される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本実施例の真空チェンバー１の全体概略
構成を示す縦断面図、図２はその拡大横断面図である。
本実施例の真空チェンバー１は、これらが長さ方向に多
数連結されることで全体としてシンクロトロンの蓄積リ
ングを構成するものである。図１に示す真空チェンバー
１では、蓄積リングの中心は図１の下方に設定されて荷
電粒子が時計回りに周回するような軌道が形成されるも
のであり、したがって、この真空チェンバー１には、蓄
積リングの外周側の内面（図１における上側の内面）に
広範囲にわたって放射光が照射されてしまうものであ
る。なお、図１における符号２は、この真空チェンバー
１の右端部に連結される他の真空チェンバーとの間に介
装されるベローズである。

【００１１】本実施例の真空チェンバー１は、図２に示
すように、中空管状のチェンバー本体３と、その内部に
組み込まれた熱遮蔽体４からなるものである。チェンバ
ー本体３は従来一般の真空チェンバーと同様に押し出し
成形法により製作されたアルミニウム合金製のもので、
その断面形状はレーストラック状とされているが、放射
光が照射される側部（図２において左側、図１において
は上部側）にはほぼ角形断面の膨出部５が形成されてお
り、その膨出部５の内側に上記熱遮蔽体４が装着される
ようになっている。

【００１２】その熱遮蔽体４はチェンバー本体３のほぼ
全長にわたる長尺とされたもので、銅製、特に高純度の
無酸素銅により形成されたものである。この熱遮蔽体４
は上下両面に形成されている突起６，６を上記チェンバ
ー本体３の膨出部５の内面に形成されている溝に嵌合さ
せることで膨出部５の内側に装着されている。そして、
この熱遮蔽体４は、その一端側（図１において左端側）
のみがチェンバー本体３に対してたとえば溶接されるこ
とにより固定されているが、他端側（同、右端側）は図
４に示すように支持部７によってチェンバー本体３の長
手方向に変位し得る状態で支持されており、これによっ
て熱遮蔽体４の長手方向の熱変形は拘束されることなく
自由に許容されるようになっている。なお、図２に示さ
れているように熱遮蔽体４の側面４ａはチェンバー本体
３の内面に滑らかに連続するような湾曲凹面とされてい
て、この熱遮蔽体４がチェンバー本体３に装着された状
態で真空チェンバー１の内面の断面形状がほぼ完全なレ
ーストラック状となるようにされている。

【００１３】また、熱遮蔽体４は水冷構造とされてい
て、その全長にわたって断面円形の２本の冷却水通路す
なわち供給路８と返送路９が形成されている。それら供
給路８と返送路９の一端側には図３に示すようにそれぞ
れ接続口１０，１１が形成され、そこに、図３および図
５に示すように、チェンバー本体３の膨出部５の側面を
貫通して設けられた冷却水の供給管１２と返送管１３が
それぞれ接続されている。また、熱遮蔽体４に形成され
ている供給路８と返送路９の他端どうしは互いに連通し
ており、したがって、この熱遮蔽体４には、供給管１２
から供給路８に供給された冷却水が供給路８内を図１、
図３において右方に向かって流れ、その終端から返送路
９に流入して返送路９内を左方に向かって流れ、返送管
１３から流出する、という熱遮蔽体４の全長にわたって
往復する冷却水の流路が形成され、それによって熱遮蔽
体４は十分に冷却されてその過熱が有効に防止されるよ
うになっている。上記の供給管１２および返送管１３
は、それぞれアルミニウム合金製の外管１２ａ，１３ａ
と銅製の内管１２ｂ，１３ｂとの二重管構造とされ、そ
れら外管１２ａ，１３ａおよび内管１２ｂ，１３ｂはそ
れぞれチェンバー本体３、熱遮蔽体４に対して溶接され
て接続されている。

【００１４】なお、熱遮蔽体４に供給路８と返送路９を
形成するには、まずこの熱遮蔽体４の全長にわたる貫通
孔を穿設し、次いで、図３および図４に示すように熱遮
蔽体４の両端部に蓋体１４，１５をそれぞれ溶接してそ
れら貫通孔の両端を閉塞し、また、熱遮蔽体４の側面か
らそれら貫通孔に向けて上記の接続口１０，１１を穿設
すると良い。また、熱遮蔽体４を膨出部５の内側に装着
するためには、同じく図３および図４に示すようにチェ
ンバー本体３の膨出部５の両端側の部分の壁部１６，１
７をチェンバー本体３とは別個に製作しておき、熱遮蔽
体４を膨出部５内に装着してからそれら壁部１６，１７
をチェンバー本体３に溶接により後付けすると良い。さ
らに、図４に示すように、熱遮蔽体４の右端部に、その
下流側に隣接して設置されるベローズ２（図１参照）に
対して放射光が照射されてしまうことを防止するための
遮蔽体としてのアブソーバ１８を一体に形成しておくと
良い。

【００１５】上記構成の真空チェンバー１では、放射光
が照射される部分に熱遮蔽体４を取り付けたことによ
り、放射光はその熱遮蔽体４に照射されてしまってチェ
ンバー本体３には直接的に照射されることがなく、した
がって、チェンバー本体３が過熱して熱変形してしまっ
たり、チェンバー本体３が過熱することに起因して生じ
る脱ガスによって真空度が低下してしまうといった不具
合を防止できるものである。したがって、チェンバー本
体３に対しては格別の熱変形防止対策が不要であるし、
チェンバー本体３の素材として従来の真空チェンバーと
同様のアルミニウム合金を採用して何等支障がなく、ま
た、真空排気装置の容量も過大とならずに済む。

【００１６】そして、熱遮蔽体４を水冷構造とするとと
もに、その素材としてアルミニウム合金より耐熱性に優
れるとともに熱容量の大きい銅を用いることにより、熱
遮蔽体４自体の熱変形を十分に抑制できるものであるこ
とはもとより、熱遮蔽体４の一端側のみをチェンバー本
体３に対して固定して他端側は自由に変位可能としたの
で、仮に熱遮蔽体４が熱変形を生じたような場合であっ
てもその熱変形は拘束されないから、どこにも熱応力が
生じるようなことがない。

【００１７】また、熱遮蔽体４に形成している冷却水の
供給路８と返送路９とを他端側で連通させて冷却水を往
復させるようにしているので十分な冷却効果が得られる
とともに、それら供給路８および返送路９に対する供給
管１２と返送管１３の接続を、チェンバー本体３に固定
している熱遮蔽体４の一端側において行っているから、
それらの接続部においては熱遮蔽体４の熱変形の伴う変
位を考慮する必要がなく、接続部の構造の簡略化が実現
されている。

【００１８】以上で本発明の一実施例を説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜の変
形、応用が可能である。たとえば、上記実施例は直線状
の真空チェンバーであるいわゆるストレートチェンバー
に適用したものであるが、荷電粒子ビームを偏向させる
ための円弧状に湾曲しているいわゆるベンディングチェ
ンバーにも全く同様に適用できるものである。その場合
は、熱遮蔽体をチェンバー本体と同様に湾曲させるが、
それらの曲率を合致させておくとともに、熱遮蔽体の一
端部のみをチェンバー本体に対して固定することによ
り、上記実施例と同様に熱遮蔽体の熱変形を拘束するこ
となく自由に許容することができる。また、本発明はレ
ーストラック状の断面形状のものに限らず、適宜の断面
形状の真空チェンバーに適用できることはいうまでもな
く、熱遮蔽体の断面形状やチェンバー本体に対する装着
の形態は真空チェンバーの断面形状その他の諸条件を考
慮して適宜設定すれば良い。さらに、チェンバー本体や
熱遮蔽体の素材は、上記実施例のようにアルミニウム合
金と銅を用いることが最も好ましいのであるが、必ずし
もそれらに限定されるものではない。

【００１９】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明の真空チ
ェンバーは、チェンバー本体の内面側に水冷構造の熱遮
蔽体を放射光が照射される位置に装着した構成であるか
ら、放射光は熱遮蔽体に対して照射されてチェンバー本
体には直接的に照射されることがなく、したがって、チ
ェンバー本体が過熱して熱変形したり、チェンバー本体
の過熱による脱ガスによって真空度が低下してしまうと
いった不具合を防止でき、その結果、格別の熱変形防止
対策が不要であり、また、真空排気装置の容量も過大と
ならずに済むという利点がある。

【００２０】そして、本発明の真空チェンバーでは、チ
ェンバー本体として従来の真空チェンバーと同様のアル
ミニウム合金製のものをそのまま用いて支障がないし、
熱遮蔽体の素材としてアルミニウム合金より耐熱性に優
れるとともに熱容量の大きい銅を用いることにより、そ
の熱遮蔽体自体の熱変形を十分に抑制することができ
る。また、熱遮蔽体をチェンバー本体の長手方向に沿う
長尺のものとしておくことによりチェンバー本体の長手
方向の広範囲にわたって熱遮蔽がなされるとともに、そ
の場合には長尺の熱遮蔽体の一端側のみをチェンバー本
体に対して固定して他端側は変位可能に支持しておくこ
とにより、仮に熱遮蔽体が熱変形を生じたような場合で
あってもその熱変形は拘束されないから熱応力が生じる
ようなことが防止される。さらに、熱遮蔽体に、その一
端側において冷却水管が接続されるとともに他端側で互
いに連通している２本の冷却水路を形成して、熱遮蔽体
の全長にわたって往復するような冷却水の流路を確保し
ておくことにより、十分な冷却効果が得られるととも
に、冷却水路に対する冷却水管の接続部においては熱遮
蔽体の熱変形に伴う変位を考慮することがないからその
接続部の構造の簡略化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である真空チェンバーの縦断
面図である。

【図２】同真空チェンバーの横断面図である。

【図３】図１におけるIII部の拡大図である。

【図４】図１におけるIV部の拡大図である。

【図５】図３におけるVーV線矢視図である。

【符号の説明】

１ 真空チェンバー ３ チェンバー本体 ４ 熱遮蔽体 ７ 支持部 ８ 供給路 ９ 返送路 １２ 供給管 １３ 返送管。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子加速器の蓄積リングを構成するため
   の真空チェンバーであって、中空管状とされたチェンバ
   ー本体の内面側に、水冷構造の熱遮蔽体を放射光が照射
   される位置に装着してなることを特徴とする粒子加速器
   の真空チェンバー。
2. 【請求項２】 前記チェンバー本体はアルミニウム合金
   製とされているとともに、前記熱遮蔽体は銅製とされて
   いることを特徴とする請求項１に記載の粒子加速器の真
   空チェンバー。
3. 【請求項３】 前記熱遮蔽体はチェンバー本体の長手方
   向に沿う長尺のものとされていて、その一端側がチェン
   バー本体に対して固定されているとともに、他端側はこ
   の熱遮蔽体の長手方向の熱変形を許容するべく前記チェ
   ンバー本体の長さ方向に変位可能な状態でチェンバー本
   体に対して支持されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の粒子加速器の真空チェンバー。
4. 【請求項４】 前記熱遮蔽体にはその全長にわたって冷
   却水の供給路と返送路とが形成されていて、それら供給
   路および返送路には、前記チェンバー本体に対して固定
   されている熱遮蔽体の一端側においてそれぞれ冷却水の
   供給管および返送管が接続されているとともに、チェン
   バー本体に対して変位可能とされている熱遮蔽体の他端
   側においてそれら供給路と返送路とが互いに連通してい
   て、それら供給路と返送路とにより熱遮蔽体の全長にわ
   たって往復する冷却水の流路が形成されていることを特
   徴とする請求項３に記載の粒子加速器の真空チェンバ
   ー。