[发明专利]超导加速管及其制造方法

说明书

本发明涉及用于加速带电粒子的带电粒子加速装置，并由Nb等制成的超导高频加速管及其制造方法。

加速装置的原理，是通过调节在带电粒子运动方向上具有电场分量的行波相速度，使得带电子通常随加速的相位而受加速电场的作用，来加速带电粒子的。在这样的加速装置内使用高频电场的加速装置中，利用加速管作为产生高频电场的手段。

为了比较低的电力获得高强度的加速电场，通常使用由超导电体制成的超导加速管，而铌（Nb）等被用作这种材料。还有，由高频电场激励的电流是在加速管内表面附近流动，因而重要的是提高带电粒子在构件相互连接的内表面周端部附近不致飞出管外，并使带电粒子流通畅的电气特性。再有，铌Nb等超导电体由于氧化而使超导电特性劣化，因而有必要进行抗氧化工艺。

制造超导加速管的方法中，例如，将铌Nb等超导电材料切削或冲压成型制成多种种类的构件，并将它们在周端部处互相对接，将被对接的对接部互相焊接成有小室的加速管。这类加速管中，有1个小室的加速管称作单室加速管，有多个小室的加速管称为多室加速管。

这样的加速管的焊接，可用TIG（惰性气氛钨极弧焊tungsten  in-ert  gas）焊接或电子束焊接，但为了能制作电气特性优良的加速管，现在主要用电子束焊。

然而，用电子束焊将构件互相焊接的已有加速管制造方法中存在如下问题。

即，电子束焊是在真空容器中将多个构件各自对接后进行焊接，然而出于电子束能直进而不散射和防止铌Nb等超导电材料氧化的考虑，有必要在真空度10^-6torr以下的高真空中进行焊接。

而且，构成加速管的上述多个构件，在焊接时，是在真空容器中组装成加速管的形状，为维持所组装的加速管的形状，其两端由夹具保持，而处于加速管被闭塞的状态。为此，在上述构件焊接时，有必要使真空容器中的加速管的内外具有相同的真空度。作为该问题的对策，以前是在上述夹具中设置了流通孔以提高加速管内外的流通。

为此，使真空容器内达到真空所花费时间而使焊接前的工序需要很多的时间，并会使真空容器和夹具等设备大型化，从而使上述夹具成本变高。其结果，用电子束焊接时存在超导加速管的制造成本增大，焊接作业变得非常复杂这样的问题。

本发明的目的在于提供在制造加速管时具有与电子束焊同等以上特性的超导加速管以及其制造方法。

本发明的另一目的在于提供一种能以较短时间和简单的夹具来便宜地制造、且焊接作业简单的超导加速管及其制造方法。

本发明为达对上述目的，在将多个具有可用来相对接的周端部、并由超导电材料制成的构件在所述周端部互相对接，并将已互相对接的对接部加以焊接而成的超导加速管中，所述对接部是通过激光束焊接而成。

还有，在将多个具有互相对接的周端部、并由超导材料制成的构件在所述周端部互相对接，并将已对接的对接部通过焊接连接的超导加速管的制造方法中，该制造方法包括将激光束照射在所述对接部然后将多个构件互相进行激光熔接。

本发明的超导加速管，最好是至少仅对对接部的内表面进行激光焊接，使焊接深度为超导材料厚度的二分之一以下、150μm以上。这里，所谓仅对对接部内表面进行激光焊接，在从加速管的内侧对对接部进行焊接时，是指仅将已制成的加速管表面部分熔融后熔接，在从对接部的外侧进行焊接时，是指熔融部分可到达要制造的加速管的里面，会在里面的焊道不致于形成波状的情况下光滑地被焊接着。

焊接的深度比超导材料的厚度的二分之一深时，会由于焊接部的收缩而使制造出的超导加速管的尺寸精度变坏。还有，使焊接深度在150μm以上，是因为考虑到在后续的抛光工序中要对焊接部进行50-100μm程度的表面抛光。

超导材料厚度比0.1mm小时，不仅制造出的超导加速管强度变弱，而且壁厚过薄而无法进行良好的激光焊接。另一方面，超导材料厚度超过1mm时，热传导性降低，使超导加速管时的冷却效率低下故不够理想。

在本发明的超导加速管的制造方法中，将激光束照射在互相对接构件的对接部而激光焊接内表面时，能将超导加速管的表面以150-300μm的深度光滑地焊接，故能获得电气特性好（Q值（Q品质因数）大），且焊接偏差小、精度高的加速管。

还有，若在惰性气体的气氛中进行焊接作业，就没必要象电子束焊场合那样需具备高真空的气氛，另外还能使熔接部发出的热量被惰性气体吸收而高效率地排出外部。因而，选择惰性气体氯氛的方法，对焊接薄壁的加速管的场合特别适合。但是，若能防止超导材料的氧化，只要是真空也就可以。