JP2000077200A

JP2000077200A - 高周波加速装置及び環状型加速器

Info

Publication number: JP2000077200A
Application number: JP24592198A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Saito; 一義齋藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大強度ビームを加速する環状型加速器に適し
た加速間隙電圧が高くビーム負荷効果にも強い高周波加
速装置を提供する。【解決手段】高周波加速装置１に装荷した磁性体コア
４ごとに、その磁性体コアと鎖交するループ状導体５を
設け磁性体コアの２次側を短絡する。あるいは、高周波
加速装置に装荷した複数の磁性体コアを複数のグループ
に分割し、そのグループごとに磁性体コアと鎖交するル
ープ状導体を設け磁性体コアの２次側を短絡する。ルー
プ状導体の形状は所望の自己インダクタンスが得られる
ように断面が円形で直径が１０ｍｍ以下、あるいは断面
が矩形で一辺が１０ｍｍ以下とする。以上の構成によ
り、磁性体コアとして磁性合金コアを装荷した場合でも
Ｑ値が１０程度の高周波加速装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームを
加速する高周波加速装置、特に、大強度イオンビームを
効率良く安定に加速する高周波加速装置及びそれを用い
たシンクロトロンのような環状型加速器に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波加速装置には複数の磁性体コアが
装荷される。高周波加速装置を高周波電源で励振する
と、磁性体コアのインダクタンスと加速間隙の静電容量
による共振現象で、高周波加速装置は加速間隙に高周波
電圧を誘起する。この高周波加速装置を環状に構成した
環状型加速器において、環状型加速器を周回する荷電粒
子ビームは、その加速間隙電圧により加速される。荷電
粒子ビームを効率良く加速するためには、加速間隙電圧
を高電圧化する必要がある。その際、磁性体コアには高
い高周波磁束密度が印加され、その損失による発熱で磁
性体コアの温度上昇も大きくなる。そこで、高周波加速
装置の磁性体コアには高飽和磁束密度・高キュリー温度
特性を有する磁性合金コアが装荷されるようになった。
例えば、特開平９−１６７６９９号公報には鉄基超微細
結晶質軟磁性合金コアを装荷した高周波加速装置が記載
されている。磁性合金コアのもう一つの特徴は共振の鋭
さを示すＱ値が２以下であり、磁性合金コアを装荷した
高周波加速装置が広い周波数範囲にわたり高いインピー
ダンスを有していることである（図９（ｂ）参照）。し
たがって、高周波電源の発振周波数さえ調整すれば広い
周波数範囲にわたり高い加速間隙電圧を発生できるの
で、この特徴は運転周波数範囲が広い高周波加速装置で
は利点とされてきた。

【０００３】また、高周波加速装置の運転周波数範囲を
広くする手段として、特開平９−１６１９９７号公報に
記載の従来技術が挙げられる。図１０にその従来技術を
用いた高周波加速装置の構造を示す。この高周波加速装
置１は、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙
２と、荷電粒子ビームの通路を形成し加速間隙を有する
中心導体３と、その中心導体と鎖状に交叉する環状の磁
性体コア４から構成されている。磁性体コア４は複数の
グループに分割され、それぞれループアンテナ５が鎖状
に交叉している。各ループアンテナ５は外導体６の外ま
で延長し、外導体外側でインピーダンス調整手段１４に
接続される。インピーダンス調整手段１４は、コンデン
サ、抵抗、インダクタンス、又はそれらの回路網で構成
され、運転周波数範囲が広い医療用の高周波加速装置、
環状加速器として用いられるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大強度荷電
粒子ビームを加速する環状型加速器では、高周波加速装
置のＱ値が低く広い周波数範囲にわたり高いインピーダ
ンスを有する場合、周回ビームが加速間隙に不要な高調
波電圧を誘起する（ビーム負荷効果）。これは周回ビー
ム電流が高周波電源発振周波数の整数倍の高調波成分を
含むためであり、高周波加速装置のインピーダンスとの
積で高調波電圧を発生する。特に周回ビーム電流が１０
Ａ以上に達するような環状型加速器では、周回ビームが
加速間隙に誘起する高調波電圧は高周波電源で加速間隙
に印加すべき基本波電圧を上回り、もはや荷電粒子ビー
ムを安定に加速できなくなる。そこで、磁性合金コアを
装荷した場合でも高周波加速装置のＱ値を１０程度まで
向上する必要がある（図９（ｂ）参照）。

【０００５】上記公報に記載された従来技術では、高周
波加速装置に装荷した磁性体コア４を複数のグループに
分割し、そのグループごとに磁性体コアと鎖交するルー
プアンテナ５を設け、そのループアンテナ５に回路素子
１４を接続している。この従来技術では医療用加速器と
して開発され、ビーム電流が小さくループアンテナ５に
回路素子１４を接続しても何等問題はないが、大強度ビ
ームを加速する加速器としては問題がある。例えばルー
プアンテナ５が回路素子としてインダクタンスを接続す
れば、高周波加速装置のＱ値を向上できるように見える
が、しかし、ループアンテナ５を外導体６の外側まで延
長して引き出し、フィードスルーを通して外導体外側で
回路素子に接続する本従来方式では以下の問題点があ
る。まず、外導体周囲の構造が複雑化する。さらに、構
造が複雑化すると予期せぬ浮遊容量や浮遊インダクタン
スの影響を受けやすくなり、上記医療用と違って大強度
荷電粒子ビームを加速する高周波加速装置の場合には、
荷電粒子ビームの加速に支障を与えるインピーダンスの
高い寄生共振が発生する可能性がある。例えば、図９
（ｂ）に示したように２倍高調波の周波数付近に寄生共
振が発生すると、周回ビーム電流の２倍高調波成分が高
周波加速装置のインピーダンスとの積で２倍高調波電圧
を加速間隙に誘起してしまう。

【０００６】そこで、本発明の目的は、外導体周囲の構
造を複雑化せずに、磁性合金コアを装荷した高周波加速
装置のＱ値を１０程度にまで向上し、大強度ビームを加
速する環状型加速器に適した加速間隙電圧が高くビーム
負荷効果にも強い高周波加速装置を実現することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、外部接続
の回路素子を用いずにループアンテナの自己インダクタ
ンスを積極的に利用する構造とする。すなわち、高周波
加速装置に装荷した複数の磁性体コアごとに磁性体コア
と鎖交するループ状導体を設けて磁性体コアの２次側を
短絡する。あるいは、高周波加速装置に装荷した複数の
磁性体コアを複数のグループに分割し、そのグループご
とに磁性体コアと鎖交するループ状導体を設けて磁性体
コアの２次側を短絡する。このループ状導体による磁性
体コアと鎖交する閉回路は外導体の内部に形成される。
又、その際、ループ状導体の形状は所望の自己インダク
タンスが得られるように設計する。

【０００８】上記の手段で高周波加速装置のＱ値が向上
できる。まず、ループ状導体の自己インダクタンスにつ
いて図８を用いて説明する。磁性体コア４の高周波磁束
密度の時間変化は、磁性体コアの２次側回路にあたるル
ープ状導体５に高周波電流を誘起する。誘起した高周波
電流は新たにループ状導体と鎖交する高周波磁束密度を
発生し、この高周波磁束密度の時間変化が高周波電流を
流れにくくする。これがループ状導体の自己インダクタ
ンスの効果である。自己インダクタンスの大きさはルー
プ状導体の断面積が小さくなるほど大きくなる。

【０００９】高周波加速装置の等価回路を図９（ａ）に
示す、高周波加速装置の特性はＬＣＲ並列共振回路で表
せる。Ｃは加速間隙部の静電容量、Ｌは磁性体コアのイ
ンダクタンス、Ｒは磁性体コアの損失を表す。共振周波
数ｆｒは数１

【００１０】

【数１】

【００１１】であり、Ｑ値は数２

【００１２】

【数２】

【００１３】で表せる。磁性合金を装荷した高周波加速
装置のＱ値が低いのは、インダクタンスＬが大きすぎる
からである。したがって、Ｑ値が向上するには実効的に
Ｌを小さくし、その分加速間隙部の静電容量Ｃを大きく
し共振周波数ｆｒが変わらないようにすればよい。本発
明により磁性体コアと鎖交するループ状導体５で磁性体
コア４の２次側を短絡すると、ループ状導体の自己イン
ダクタンスＬ₁が等価的に磁性体コアのインダクタンス
Ｌと並列に入る。その結果、実効的な高周波加速装置の
インダクタンスＬeffは数３

【００１４】

【数３】

【００１５】に減少しＱ値を向上できる。

【００１６】ループ状導体の自己インダクタンスは小さ
いほどＱ値を向上できるが、必要な加速間隙部静電容量
の大きさでＱ値は制限される。加速間隙部には大型の高
耐圧真空コンデンサを複数設置する必要があり、高周波
加速装置の小型化を考慮すると１００００ｐＦが限界で
ある。したがって、Ｑ値の上限は５０程度である。一
方、周回ビーム電流が誘起する高調波電圧を抑制する観
点からはＱ値を５０以上に向上しても意味はなく、むし
ろ、Ｑ値が５０以上と高くなり過ぎると共振周波数の調
整が困難になる。したがって、Ｑ値を５０以下に設定す
るためループ状導体の自己インダクタンスは０．１μＨ
以上必要であり、ループ状導体の断面は円形で直径が１
０ｍｍ以下、あるいは断面は矩形で一辺が１０ｍｍ以下
のものが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施形態である高
周波加速装置の構造を示す図である。高周波加速装置１
は、荷電粒子ビームを加速する高周波電場を誘起する加
速間隙２と、荷重粒子ビームの通路を内部に形成し前記
加速間隙を有する内導体３と、その内導体と鎖交する複
数の環状型磁性体コア４と、環状型磁性体コアごとにそ
の環状型磁性体コアと鎖交し閉回路を形成する導体ルー
プ５と、内導体と電気的に接続され、複数の環状型磁性
体コア及び導体ループを内部の空間に収納する外導体６
から構成される。なお、加速間隙部には必要に応じて所
望の静電容量を有するコンデンサ７を設置する。

【００１９】本実施形態では高周波加速装置に１８個の
環状型磁性体コア４を装荷し、環状型磁性体コアごとに
導体ループ５を１つづつ設置している。導体ループ５に
誘起する高周波電圧は高周波電源１０で加速間隙に印加
する高周波電圧の１／１８であり、導体ループの絶縁対
策は容易である。加速間隙に印加できる高周波電圧を高
くするため、環状型磁性体コアとして高い飽和磁束密度
と高いキュリー温度特性を有した、鉄基アモルファス合
金コアあるいは鉄基超微細結晶質軟磁性合金コアなどの
磁性合金コアを選択する。ここでは、鉄基超微細結晶質
軟磁性合金コアを用いた場合について詳しく説明する。
なお、高周波加速装置の共振周波数の設計値は２ＭＨｚ
とする。

【００２０】鉄基超微細結晶質軟磁性合金は鉄基アモル
ファスを再結晶化してナノスケールの微細結晶構造に変
え軟磁性特性を持たせたもので、周波数２ＭＨｚ付近で
の比透磁率は１０００程度でＱ値は１程度である。コア
は表面を絶縁したテープ状の磁性体を巻心に巻いて成型
するので、任意形状のコアが製造できる。ここではコア
の形状として内直径３００ｍｍ、外直径６００ｍｍ、幅
２５ｍｍの環状型を選択する。この場合コア１個当たり
のインダクタンスと抵抗は５μＨと６５Ωであり、高周
波加速装置全体で９０μＨと１．２ｋΩである。一方、
加速間隙部の静電容量は間隙長を２０ｍｍとすると７０
ｐＦ程度であり、共振周波数は２ＭＨｚ付近にある。

【００２１】次に、Ｑ値を１０程度に向上するためにコ
アと鎖交する導体ループを設けた場合を考える。例え
ば、直径３ｍｍの銅製のワイヤーで長さ２００ｍｍ、幅
３５ｍｍの矩形ループを形成した場合、導体ループの自
己インダクタンスは約０．４μＨであり高周波加速装置
全体で７．２μＨである。高周波加速装置全体としての
実効的インダクタンスは磁性体コアと導体ループの並列
インダクタンスであり６．７μＨに低減できる。その結
果、高周波加速装置のＱ値は１３まで向上する。ただ
し、実効的インダクタンスの減少で共振周波数が上昇し
ないように、加速間隙部の静電容量を８７０ｐＦに増加
しなければならない。これは加速間隙部に設置した真空
コンデンサで実現できる。

【００２２】ところで、高周波加速装置全体の抵抗１．
２ｋΩは導体ループの設置には無関係である。したがっ
て、高周波電源で４５ｋＷ供給すれば加速間隙に高周波
電圧１０ｋＶが印加できる。負荷抵抗１．２ｋΩとのイ
ンピーダンスの整合性から、高周波電源として出力抵抗
１ｋΩ程度の四極真空管電力増幅器を選択することが望
ましい。コア１個当たりの消費電力は２．５ｋＷである
が、コアのキュリー温度は５７０℃であるので強制空冷
のみでコア冷却が達成できる。もちろん、コア冷却を水
冷で行えば加速間隙に５０ｋＶ程度印加できるようにな
る。その際、飽和磁束密度が１．３Ｔであるので磁束飽
和の問題もない。装置長（外導体の長さ）は１ｍ以内で
すむので、装置長当たりの加速間隙電圧は１０〜５０ｋ
Ｖ／ｍに達し、しかも上記のとおりＱ値は１０以上が実
現できる。

【００２３】本実施形態では環状型磁性体コアごとに導
体ループを１つづつ設置しているが、複数設置しても構
わない。その場合、実効的に導体ループの自己インダク
タンスの大きさは設置数に反比例し、設置数が多いほど
高周波加速装置のＱ値が大きくなる。また、本実施形態
では環状型磁性体コアごとに導体ループを設置している
が、少なくとも１つの環状型磁性体コアに導体ループを
設置すれば同様に高周波加速装置のＱ値を向上する効果
がある。

【００２４】図２は、本発明の第２の実施形態である高
周波加速装置の構造を示す図である。高周波加速装置１
の構成は、高周波電源１０による給電方法以外は第１の
実施形態と同様である。本実施形態では高周波電源１０
を多チャンネル化し、環状型磁性体コア４ごとにその環
状型磁性体コアと鎖交した給電用導体ループ１５を設
け、これに高周波電源１０を接続して高周波電力を供給
する。高周波電源の各チャンネルからみた高周波加速装
置の負荷抵抗は６５Ωであり、インピーダンスの整合性
から高周波電源１０として出力インピーダンス５０Ωの
トランジスタ電力増幅器を選択するのが望ましい。加速
間隙２に１０ｋＶを発生させる場合でも各チャンネルに
必要な出力は２．５ｋＷ（出力電圧５６０Ｖ）であり、
トランジスタ電力増幅器で実現できる。高周波電源とし
て真空管電力増幅器ではなくトランジスタ電力増幅器を
選択することで、装置の維持管理の負担が軽減する。

【００２５】図３は、本発明の第３の実施形態である高
周波加速装置の構造を示す図である。高周波加速装置１
は、荷電粒子ビームを加速する高周波電場を誘起する加
速間隙２と、荷電粒子ビームの通路を内部に形成し前記
加速間隙を有する内導体３と、その内導体と鎖交し複数
のグループに分割された複数の環状型磁性体コア４と、
環状型磁性体コアのグループごとにその環状型磁性体コ
アのグループと鎖交して閉回路を形成する導体ループ５
と、内導体３と電気的に接続され、複数の環状型磁性体
コアと導体ループを内部の空間に収納する外導体６から
構成される。なお、加速間隙部には必要に応じて所望の
静電容量を有するコンデンサ７を設置する。

【００２６】本実施形態では環状型磁性体コア４を６つ
のグループに分け、グループごとに導体ループ５を１つ
づつ設置している。導体ループ５に誘起する高周波電圧
は高周波電源１０で加速間隙に印加する高周波電圧の１
／６であり、環状型磁性体コアごとに導体ループを設置
する実施形態１と比較して導体ループ５の絶縁対策が必
要になる。しかし、導体ループの設置数が少なくなるの
で装置の構成が簡単になる。

【００２７】本実施形態においても加速間隙に印加でき
る高周波電圧を高くするため、環状型磁性体コアとして
高い飽和磁束密度と高いキュリー温度特性を有した、鉄
基アモルファス合金コアあるいは鉄基超微細結晶質軟磁
性合金コアなどの磁性合金コアを選択する。ここで、第
１の実施形態と同じ個数と形状の鉄基超微細結晶質軟磁
性合金コアを装荷した場合を説明する。高周波加速装置
全体としての実効的インダクタンスは磁性体コア（９０
μＨ）と導体ループの並列インダクタンスである。導体
ループとして直径２ｍｍの銅製のワイヤーで長さ２５０
ｍｍ、幅１２０ｍｍの矩形ループを形成した場合、各導
体ループの自己インダクタンスは約０．９μＨであり高
周波加速装置全体で５．４μＨである。したがって、実
効的インダクタンスは５．１μＨに低減でき、高周波加
速装置のＱ値は１７まで向上する。なお、実効的インダ
クタンスの減少で共振周波数が設計値２ＭＨｚから上昇
しないように、加速間隙部に静電容量１１５０ｐＦの真
空コンデンサを設置する。高周波加速装置全体の抵抗
１．２ｋΩは導体ループの設置には無関係である。した
がって、高周波電源で４５ｋＷ供給すれば加速間隙に高
周波電圧１０ｋＶが印加できる。負荷抵抗１．２ｋΩと
のインピーダンスの整合性から、高周波電源として出力
抵抗１ｋΩ程度の四極真空管電力増幅器を選択すること
が望ましい。

【００２８】本実施形態では環状型磁性体コアのグルー
プごとに導体ループを１つづつ設置しているが、複数設
置しても構わない。その場合、実効的に導体ループの自
己インダクタンスの大きさは複数の設置数に反比例し、
設置数が多いほど高周波加速装置のＱ値が大きくなる。
また、本実施形態ではグループごとに導体ループを設置
しているが、少なくとも１つのグループに導体ループを
設置すれば同様に高周波加速装置のＱ値を向上する効果
が得られる。

【００２９】図４は、本発明の第４の実施形態である高
周波加速装置の構造を示す図である。高周波加速装置１
の構成は、高周波電源１０による給電方法以外は第３の
実施形態と同様である。本実施形態では高周波電源１０
を６チャンネルで構成し、環状型磁性体コア４のグルー
プごとにそのグループと鎖交した給電用導体ループ１５
を設け、これに高周波電源１０を接続して高周波電力を
供給する。高周波電源の各チャンネルからみた高周波加
速装置の負荷抵抗は２００Ωであり、インピーダンスの
整合性から高周波電源１０として出力インピーダンス２
００Ω程度の三極真空管電力増幅器を選択するのが望ま
しい。三極真空管電力増幅器の出力電圧は１台当たり５
ｋＶ程度に制限されるが、６台の多チャンネル運転によ
り加速間隙２に３０ｋＶを発生させることができる。

【００３０】図５（ａ）（ｂ）は、本発明の第５の実施
形態である高周波加速装置の構造を示す図である。高周
波加速装置１は、荷電粒子ビームを加速する高周波電場
を誘起する加速間隙２と、荷電粒子ビームの通路を内部
に形成し加速間隙を有する内導体３と、その内導体と鎖
交する複数の環状型磁性体コア４と、環状型磁性体コア
ごとにその環状型磁性体コアと鎖交し外導体の一部を通
して閉回路を形成する導体ループ５と、内導体と電気的
に接続され、複数の環状型磁性体コアと導体ループを内
部の空間に収納する外導体６と、加速間隙部に設置さ
れ、外導体端面に設けられた窓８を通して静電容量が調
整可能なコンデンサ７とから構成される。図５（ａ）は
第１の実施形態の高周波加速装置を加速間隙を中心に２
分割した際の片方と同様な構造であり、図５（ｂ）は加
速間隙が外導体の端面側になるように２分割した双方を
組み合わせた構造である。

【００３１】第１実施形態及至第４実施形態では一度共
振周波数を設定すると、その後共振周波数を調整するこ
とが困難であるが、本実施形態では加速間隙部に設置し
たコンデンサ７に静電容量の可変機構を設け、その可変
機構を外導体外部から窓８を通して容易に調整できる構
造としたものである。また、本実施形態では導体ループ
５を外導体６に接続しているが、これは外導体で導体ル
ープを支持するとともに、導体ループの一部の電位を外
導体の電位に固定することで導体ループの絶縁対策を容
易にするためである。さらに、導体ループ５と外導体６
の接続を短絡プラグの着脱等で外部から制御できるよう
にすれば、高周波加速装置のＱ値を容易に切り替えるこ
とが可能になる。その際、共振周波数を保持するために
は、加速間隙部に設置したコンデンサ７の静電容量を同
時に調整すればよい。本実施形態では高周波電源１０で
直接加速間隙２に高周波電圧を印加しているが、第２実
施形態や第４実施形態と同様に高周波電源１０を多チャ
ンネル化し、給電用導体ループで環状型磁性体コアご
と、あるいは環状型磁性体コアのグループごとに給電す
ることも可能である。

【００３２】図６は、本発明の第６の実施形態である高
周波加速装置の構造を示す図である。高周波加速装置１
は、荷電粒子ビームを加速する高周波電場を誘起する加
速間隙２と、荷電粒子ビームの通路を内部に形成し前記
加速間隙を有する内導体３と、その内導体と鎖交し複数
のグループに分割された複数の環状型磁性体コア４と、
環状型磁性体コアのグループごとにその環状型磁性体コ
アのグループと鎖交し閉回路を形成する導体ループ５
と、その導体ループとは別に設けられ、環状型磁性体コ
アの隣り合うグループごとに逆極性で導体ループを直列
接続し外部から通電する８字型導体ループ９と、内導体
と電気的に接続れさ、複数の環状型磁性体コアと導体ル
ープを内部の空間に収納する外導体６から構成する。な
お、加速間隙部には必要に応じて所望の静電容量を有す
るコンデンサ７を設置する。

【００３３】運転中に共振周波数を高速で制御すること
は第５実施形態では困難であるが、本実施形態ではコア
バイアス電源１１で８字型導体ループ９に流す電流を制
御することで可能である。すなわち、８字型導体ループ
９の電流で環状型磁性体コア４の透磁率を変化させイン
ダクタンスを調整する。環状型磁性体コアに鉄基超微細
結晶質軟磁性合金コアを採用すれば、数１０Ａの通電で
共振周波数を数１０％変化させることができる。本実施
形態では環状型磁性体コア４を４つのグループに分け、
グループごとに導体ループ５を一つづつ設置している、
本実施形態においても第３の実施形態と同様に高周波加
速装置のＱ値を向上できる。また、本実施形態では高周
波電源１０で直接加速間隙２に高周波電圧を印加してい
るが、第２実施形態や第４実施形態と同様に高周波電源
１０を多チャンネル化し、給電用導体ループで環状型磁
性体コアごと、あるいは環状型磁性体コアのグループご
とに給電することも可能である。

【００３４】図７は、本発明の第７の実施形態である環
状型加速器の機器配置を示す図である。環状型加速器２
０は、前段加速器から輸送されてきた荷電粒子ビームを
リングに入射する入射器２１と、荷電粒子ビームを偏向
しリングの設計軌道上を周回させる偏向電磁石２２と、
荷電粒子ビームが広がらないように収束力を与える四極
電磁石２３と、荷電粒子ビームを必要なエネルギーまで
加速あるいは必要なパルス幅まで圧縮する高周波加速装
置１と、所定のエネルギーにあるいは所定のパルス幅に
到達した荷電粒子ビームをリング外に取り出す出射器２
４から構成されている。

【００３５】環状型加速器で周回ビームを安定に捕獲し
加速するためには、高周波加速装置１の加速間隙に周回
周波数の整数倍の周波数の高周波電圧を印加する必要が
ある。周回ビームを正味加速せず必要なパルス幅まで圧
縮するだけの蓄積型の環状型加速器では、高周波加速装
置１の加速間隙に印加する高周波電圧の周波数は一定で
ある。したがって、第１実施形態乃至第６実施形態の何
れの高周波加速装置でも適用可能である。また、周回ビ
ームを加速するシンクロトロン型の環状型加速器でも、
入射時のビームエネルギーが十分大きく粒子速度が十分
光速に近いような場合には、高周波加速装置の加速間隙
に印加する高周波電圧の周波数変化は小さい。その場合
には第１実施形態乃至第６実施形態の何れの高周波加速
装置でも適用可能である。しかし、シンクロトロン型の
環状型加速器で入射時のビームエネルギーが低く周回周
波数が大きく変化する場合には、高周波加速装置の加速
間隙に印加する高周波電圧の周波数変化も大きい。その
場合には第６実施形態の高周波加速装置を用い、周回ビ
ームの加速に伴って高周波加速装置の共振周波数を制御
する必要がある。以上は高周波加速装置のＱ値を１０程
度まで向上し、環状型加速器で大強度荷電粒子ビームを
周回させる場合である。第５実施形態の高周波加速装置
を用いれば、一つの環状加速器で強度が低い荷電粒子ビ
ームを周回させる場合に、高周波加速装置のＱ値を１程
度に切り替えて運転することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上の本発明によれば、簡単な構造のイ
ンピーダンス調整手段で、磁性合金コアを装荷した高周
波加速装置のＱ値を１０程度まで向上できる。その結
果、大強度ビームを加速する環状型加速器に適した加速
間隙電圧が高くビーム負荷効果にも強い、効率良く安定
に大強度ビームを加速できる高周波加速装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図２】本発明の第２の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図３】本発明の第３の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図４】本発明の第４の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図５】本発明の第５の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図６】本発明の第６の実施形態の高周波加速装置の構
造図。

【図７】本発明の第７の実施形態の環状型加速器の機器
配置を示す図。

【図８】本発明の高周波加速装置で使用する導体ループ
自己インダクタンスの説明図。

【図９】高周波加速装置の等価回路（図９ａ）及びＱ値
向上の原理（図９ｂ）を示す図。

【図１０】従来の高周波加速装置のインピーダンス調整
法を示す図。

【符号の説明】

１…高周波加速装置、２…加速間隙、３…内導体、４…
環状型磁性体コア、５…導体ループ、６…外導体、７…
コンデンサ、８…窓、９…８字型導体ループ、１０…高
周波電源、１１…コアバイアス電源、１２…導体ループ
と鎖交する高周波磁束、１５…給電用導体ループ、２０
…環状型加速器、２１…入射器、２２…偏向電磁石、２
３…四極電磁石、２４…出射器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアの少なく
とも１つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設
け、前記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるい
は前記ループ状導体と前記外導体を回路の一部として、
前記環状型磁性体コアと鎖交する閉回路を構成してなる
ことを特徴とする高周波加速装置。
【請求項２】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアを複数の
グループに分割し、前記複数のグループの少なくとも１
つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設け、前
記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるいは前記
ループ状導体と前記外導体を回路の一部として、前記環
状型磁性体コアのグループと鎖交する閉回路を構成して
なることを特徴とする高周波加速装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の高周波加速装置に
おいて、前記環状型磁性体コアは、鉄基アモルファス合
金コアあるいは鉄基超微細結晶質軟磁性合金コアの如き
磁性合金コアであることを特徴とする高周波加速装置。
【請求項４】請求項１又は２、又は３記載の高周波加
速装置において、前記ループ状導体は、断面形状が実質
的に円形で直径が１０ｍｍ以下、あるいは断面形状が実
質的に矩形で一辺が１０ｍｍ以下であることを特徴とす
る高周波加速装置。
【請求項５】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアの少なく
とも１つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設
け、前記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるい
は前記ループ状導体と前記外導体を回路の一部として、
前記環状型磁性体コアと鎖交する閉回路を構成し、且
つ、前記複数の環状型磁性体コアの少なくとも１つと鎖
交した少なくとも１つの給電用ループ状導体を設け、該
ループ状導体に高周波電力を供給する高周波電源を接続
してなることを特徴とする高周波加速装置。
【請求項６】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアを複数の
グループに分割し、前記複数のグループの少なくとも１
つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設け、前
記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるいは前記
ループ状導体と前記外導体を回路の一部として前記環状
型磁性体コアのグループと鎖交する閉回路を構成し、且
つ、前記環状型磁性体コアの複数のグループの少なくと
も１つと鎖交した少なくとも１つの給電用ループ状導体
を設け、該ループ状導体に高周波電力を供給する高周波
電源を接続してなることを特徴とする高周波加速装置。
【請求項７】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアの少なく
とも１つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設
け、前記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるい
は前記ループ状導体と前記外導体を回路の一部として、
前記環状型磁性体コアと鎖交する閉回路を構成し、且
つ、前記加速間隙部に静電容量が調整可能なコンデンサ
を設けると共に前記外導体にコンデンサの静電容量調整
用の窓を設けたことを特徴とする高周波加速装置。
【請求項８】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、
前記荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有
する内導体と、前記内導体と鎖交する複数の環状型磁性
体コアと、前記内導体と接続し前記複数の環状型磁性体
コアを内部に収納する外導体とから構成される高周波加
速装置において、前記複数の環状型磁性体コアを複数の
グループに分割し、前記複数のグループの少なくとも１
つと鎖交した少なくとも１つのループ状導体を設け、前
記外導体の内部に前記ループ状導体のみであるいは前記
ループ状導体と前記外導体を回路の一部として前記環状
型磁性体コアのグループと鎖交する閉回路を構成し、且
つ、前記環状型磁性体コアの隣り合うグループごとに逆
極性に外部から通電する８字型導体ループを設けたこと
を特徴とする高周波加速装置。
【請求項９】荷電粒子ビームを入射する入射器と、前
記荷電粒子ビームを設計軌道上に周回させる偏向電磁石
と、前記荷電粒子ビームを収束する四極電磁石と、前記
荷電粒子ビームを加速する高周波加速装置と、前記荷電
粒子ビームを出射する出射器とを備えた環状型加速器に
おいて、前記高周波加速装置として、請求項１乃至８記
載の何れかの高周波加速装置を備えたことを特徴とする
環状型加速器。