説明

デフレクタ

【課題】除熱性を低下させることなく、荷電粒子の衝突に起因する高圧電極との放電を低減することが可能なセプタム電極を備えるデフレクタを提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るデフレクタ1は、セプタム電極11と高電圧を印加する高圧電極12とを備え、荷電粒子を引き出すためのデフレクタにおいて、セプタム電極11は、ベース部11aと、当該ベース部11aの高圧電極12側の面を覆うコーティング部11bとを有する。このコーティング部11bは、ベース部11aより融点が高い材料からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サイクロトロン等において荷電粒子を系外へ引き出すためのデフレクタに関するものである。
【背景技術】
【0002】
陽子等の荷電粒子を周回加速するサイクロトロンにおいて、荷電粒子を周回軌道から取り出すためのデフレクタが知られている。特許文献1には、この種のデフレクタが記載されている。
【0003】
特許文献1に記載のデフレクタ(静電偏向器)は、周回軌道に沿ってその外側に配置されて陽極として作用するセプタム電極(静電隔壁)と、セプタム電極に対して周回軌道と反対側に、セプタム電極と対向して配置されて陰極として作用する高圧電極とを備える。このデフレクタでは、高圧電極に負の高電圧を印加すると、高圧電極とセプタム電極と電位差によりこれらの間に電場が発生する。これにより、周回軌道内を周回する荷電粒子は、電場の力を受けて、軌道がセプタム電極と高圧電極との間へと偏向され、サイクロトロンから引き出される。
【0004】
このデフレクタでは、荷電粒子の進行を妨げないように、セプタム電極において高圧電極に対向する部分(隔壁部)の厚さが0.1mm程度と薄くなっている。また、セプタム電極のその部分(隔壁部)がセプタム電極と高圧電極との間の電場により生じる電磁気力で変形しないように、セプタム電極の両端部が厚くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−57300号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この種のデフレクタでは、荷電粒子の衝突によりセプタム電極が加熱されるので、セプタム電極の材料には、熱伝導がよく除熱性が高い銅が用いられることが多い。
【0007】
しかしながら、銅製のセプタム電極では、荷電粒子の衝突により高圧電極側の表面が溶融して、この表面が荒れると共にアウトガスが発生してしまう。その結果、セプタム電極と高圧電極との間で放電が生じやすくなってしまう。その結果、セプタム電極と高圧電極との間の放電を抑制するために、高圧電極に印加する電圧値に制限が生じ、ビーム電流値が制限されてしまう。
【0008】
そこで、本発明は、除熱性を低下させることなく、荷電粒子の衝突に起因する高圧電極との放電を低減することが可能なセプタム電極を備えるデフレクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のデフレクタは、セプタム電極と高電圧を印加する高圧電極とを備え、荷電粒子を引き出すためのデフレクタにおいて、セプタム電極は、ベース部と、当該ベース部の高圧電極側の面を覆うコーティング部とを有し、コーティング部は、ベース部より融点が高い材料からなる。
【0010】
このデフレクタによれば、セプタム電極の高圧電極側の表面を、融点が高い材料でコーティングしているので、この表面の荷電粒子の衝突による溶融を抑制することができ、表面荒れを低減することができると共にアウトガスの発生を抑制することができる。その結果、セプタム電極と高圧電極との間で放電が生じ難くなる。このように、セプタム電極の表面をコーティングすることによって、セプタム電極のベース部に、熱伝導がよく除熱性が高い材料(例えば、銅)を用いることができる。したがって、このデフレクタによれば、セプタム電極の除熱性を低下することなく、荷電粒子の衝突に起因するセプタム電極と高圧電極との放電を低減することが可能となる。
【0011】
また、融点が高い材料は放電耐圧が高いので、このデフレクタによれば、セプタム電極と高圧電極との放電をより低減することができる。
【0012】
これより、高圧電極に印加する電圧値を大きくしても、セプタム電極と高圧電極との間に放電を生じさせることなく、安定した高電場を発生することができ、高いビーム電流値を得ることが可能となる。
【0013】
上記したコーティング部の材料は、更に、ベース部よりスパッタ率が低いことが好ましい。
【0014】
例えば、銅製のセプタム電極では、荷電粒子の衝突によりスパッタが発生しやすく、その結果、表面が荒れ、セプタム電極と高圧電極との間で放電が生じやすい。
【0015】
しかしながら、このデフレクタによれば、セプタム電極の表面をスパッタ率が低い材料でコーティングしているので、荷電粒子の衝突によるスパッタの発生を抑制することができ、その結果、セプタム電極の表面荒れを抑制することができ、セプタム電極と高圧電極との間で放電が生じ難くなる。したがって、このデフレクタによれば、セプタム電極と高圧電極との放電をより低減することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、デフレクタにおけるセプタム電極の除熱性を低下することなく、荷電粒子の衝突に起因するセプタム電極と高圧電極との放電を低減することができる。これより、高圧電極に印加する電圧値を大きくしても、セプタム電極と高圧電極との間に放電を生じさせることなく、安定した高電場を発生することができ、高いビーム電流値を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係るデフレクタの構成を示す断面図である。
【図2】図1に示すデフレクタにおけるセプタム電極と高圧電極とを示す斜視図である。
【図3】図2におけるIII−III線に沿う断面図である。
【図4】本発明の変形例に係るデフレクタにおけるセプタム電極と高圧電極とを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【0019】
図1は、本発明の実施形態に係るデフレクタの構成を示す断面図であり、図2は、図1に示すデフレクタにおけるセプタム電極と高圧電極とを示す斜視図である。また、図3は、図2におけるIII−III線に沿う断面図である。図1に示すデフレクタ1は、陽子等の荷電粒子を周回加速するサイクロトロンにおいて、この正の荷電粒子を周回軌道から引き出すためのものであり、陽極としてのセプタム電極11と、陰極としての高圧電極12とを備える。
【0020】
セプタム電極11は、荷電粒子の周回軌道21に沿ってその外側に配置され、ベース部11aと、コーティング部11bとを有している。ベース部11aは、荷電粒子の周回軌道21に直交する断面が略コの字状であって、周回軌道21側に開口する形状をなす。すなわち、ベース部11aの中心部11sの厚さは薄く、この中心部11sを挟む両端部11t,11uの厚さは厚い。
【0021】
ベース部11aの中心部11sは、高圧電極12と対向し、その一端部11xは、周回軌道21と荷電粒子引き出し軌道22との境界となるので、荷電粒子の進行を妨げないように、0.1mm程度と薄くする。一方、他端部11yの厚さは3mm程度であり、ベース部11aの中心部11sの厚さは、一端部11xから他端部11yへ向けて次第に厚くなっている。これによって、セプタム電極11の除熱性を高めることができる。
【0022】
このベース部11aの中心部11sは、その薄さに起因し、セプタム電極11と高圧電極12との間の電場により生じる電界力によりベース部11aの中心部11sが変形する虞がある。この変形を防止するために、ベース部11aの両端部11t,11uが厚くなっている。また、ベース部11aの両端部11t,11uは、セプタム電極11の除熱性を高めるように作用する。また、ベース部11aの両端部11t,11uには、冷却管15,16が埋め込まれており、半田等によって接着されている。これにより、更に除熱性を高めることができる。
【0023】
ベース部11aの材料には、熱伝導がよく除熱性が高い材料が用いられる。例えば、ベース部11aの材料としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ステンレスなどが適用可能である。
【0024】
ベース部11aの高圧電極12側の表面には、コーティング部11bによるコーティングが施されている。コーティング部11bの材料には、ベース部11aの材料と比べて融点が高く、スパッタ率が低い材料が用いられる。例えば、コーティング部11bの材料としては、モリブデン(Mo)、タンタル、タングステン、ニオブなどが適用可能である。
【0025】
コーティング部11bの厚さは、イオンプレーティング法により、3μm〜5μm程度に形成することが好ましい。イオンプレーティング法を用いることにより、コーティング部11bの厚みを薄くしながらも、ベース部11aの表面加工の粗さに起因するセプタム電極11の表面の粗さを低減することができる。
【0026】
このセプタム電極11は、その両端部がサイクロトロンの筐体に固定された支持部13,14に固定される。
【0027】
一方、高圧電極12は、セプタム電極11に対して周回軌道21と反対側に、セプタム電極11の中心部11sに対向して配置される。高圧電極12の材料には、銅(Cu)などが適用可能である。高圧電極12には、外部より高圧電圧が印加可能となっている。
【0028】
この高圧電極12に負の高電圧(例えば−60kV)を印加すると、高圧電極12とセプタム電極11との電位差によりこれらの間に電場が発生する。これにより、周回軌道21内を周回する荷電粒子は、電場の力を受けて、軌道がセプタム電極11と高圧電極12との間の軌道22へと偏向され、サイクロトロンから出力される。このとき、すなわち、セプタム電極11と高圧電極12との間の軌道22を通過するとき、荷電粒子はセプタム電極11の表面に衝突することとなる。
【0029】
しかしながら、本実施形態のデフレクタ1によれば、セプタム電極11の高圧電極12側の表面を、融点が高い材料でコーティングしているので、この表面の荷電粒子の衝突による溶融を抑制することができ、表面荒れを低減することができると共にアウトガスの発生を抑制することができる。その結果、セプタム電極11と高圧電極12との間で放電が生じ難くなる。このように、セプタム電極11の表面をコーティングすることによって、セプタム電極11のベース部11aに、熱伝導がよく除熱性が高い材料を用いることができる。したがって、本実施形態のデフレクタ1によれば、セプタム電極11の除熱性を低下することなく、荷電粒子の衝突に起因するセプタム電極11と高圧電極12との放電を低減することが可能となる。
【0030】
また、融点が高い材料は放電耐圧が高いので、本実施形態のデフレクタ1によれば、セプタム電極11と高圧電極12との放電をより低減することができる。
【0031】
また、本実施形態のデフレクタ1によれば、セプタム電極11の表面をスパッタ率が低い材料でコーティングしているので、荷電粒子の衝突によるスパッタの発生を抑制することができる。その結果、セプタム電極11の表面荒れを抑制することができ、セプタム電極11と高圧電極12との間で放電が生じ難くなる。したがって、本実施形態のデフレクタ1によれば、セプタム電極11と高圧電極12との放電をより低減することができる。
【0032】
これより、高圧電極12に印加する電圧値を大きくしても、セプタム電極11と高圧電極12との間に放電を生じさせることなく、安定した高電場を発生することができ、より高いビームエネルギー、大きいビーム電流値を得ることが可能となる。例えば、セプタム電極11と高圧電極12との間隔を約3mmとし、高圧電極12への印加電圧を約−60kVとすると、235MeVで、300mAの陽子ビーム引き出しを行うことができた。
【0033】
また、セプタム電極11のベース部11aに、銅のブロックを用いることによって、上記したセプタム電極11の形状加工が容易となる。
【0034】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態のデフレクタ1は、負の荷電粒子を取り出すデフレクタとしても用いることが可能である。この場合、高圧電極12に正の高電圧を印加すればよい。
【0035】
また、本実施形態におけるセプタム電極11のベース部11a、高圧電極12の形状は、本実施形態に限られることなく様々な態様であってよい。
【0036】
また、本実施形態では、セプタム電極11のベース部11aの高圧電極12側の表面一面に、コーティング部11bをコーティングしたが、図4に示すように、コーティング部11bは、荷電粒子の衝突確立が高い一端部11x側に50mm程度であってもよい。更に、コーティング部11bは、ベース部11aの中心部11sのみであってもよい。
【符号の説明】
【0037】
1…デフレクタ、11…セプタム電極、11a…ベース部、11b…コーティング部、11s…中心部、11t,11u…両端部、11x…一端部、11y…他端部、12…高圧電極、13,14…支持部、15,16…冷却管、21…周回軌道、22…荷電粒子取り出し軌道。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
セプタム電極と高電圧を印加する高圧電極とを備え、荷電粒子を引き出すためのデフレクタにおいて、
前記セプタム電極は、ベース部と、当該ベース部の前記高圧電極側の面を覆うコーティング部とを有し、
前記コーティング部は、前記ベース部より融点が高い材料からなる、
ことを特徴とする、デフレクタ。
【請求項2】
前記コーティング部の材料は、更に、前記ベース部よりスパッタ率が低い、
ことを特徴とする、請求項1に記載のデフレクタ。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−186631(P2010−186631A)
【公開日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−29805(P2009−29805)
【出願日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【出願人】(000002107)住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Fターム(参考)】