JPH0315320B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリングサイクロトロン用の磁場発生装
置に関するものである。

一般に、この種のリングサイクロトロン用磁場
発生装置は断面略Ｃ字形の複数のダイポールマグ
ネツトを磁極空間が対向するように放射状に配列
し粒子を加速する空間を形成させている。また、
各マグネツトの磁極部には一対の主コイルが巻線
されている。この場合、各磁極に巻線された主コ
イルは他のマグネツトと主コイルと空間内で接触
しないように巻線されなければならない。したが
つて、各主コイルの空間を狭くする方向（ここで
は、幅方向と呼ぶ）への積層（即ち、幅）は出来
るだけ薄い方が望ましい。言い換えれば、リング
サイクロトロンのマグネツト配置の中心部に規定
される空間の制約を考慮した場合、各主コイルの
幅は薄い方が好ましい。

一方、磁場発生装置の起磁力は各主コイルの幅
及び高さによつて定まる断面積に依存している。
前述したように、主コイルの幅を薄くした場合、
起磁力に変化がなければ、主コイルの高さを高く
する必要がある。このことは磁極の主コイル巻線
部分が長く（高く）なることを意味している。し
かしながら、磁極の主コイル巻線部分を長くする
と、ヨークと磁極の磁路長は相対的に長くなる。
したがつて、ヨークの重量は磁路の長さに応じて
不可避的に重くなる。

一般に、リングサイクロトロンの磁場発生装置
の総重量は数百トン〜数千トンにも達するのが普
通であるから、ヨークの重量を軽減することは経
済性の面で無視できない重大な問題である。

本発明の目的は与えられた励磁電力の下で、比
較的小さな重量の軽いヨークを使用することがで
きるリングサイクロトロン用磁場発生装置を提供
することである。

本発明によれば、断面略Ｃ字状の複数のマグネ
ツトを磁極空間が対向するように放射状に配列
し、各磁極部に主コイルが巻線されているリング
サイクロトロン用磁場発生装置において、隣接す
るマグネツトの主コイルと近接する位置にある主
コイルの断面形状と、各ヨークの内側のスペース
側の断面形状とが互いに異なつているリングサイ
クロトロン用磁場発生装置が得られる。具体的に
言えば、主コイルはＣ字状ヨークの開口先端側に
おいて、第１の幅と第１の幅及び起磁力より定ま
り、一般に第１の幅寸法よりはるかに大きい第１
の高さを有し、ヨークの内部スペース側におい
て、第１の幅より大きい第２の幅と第１の高さよ
り寸法の小さい第２の高さを有している。この構
成により、Ｃ字状ヨークの開口先端側の主コイル
の幅はヨークの内部スペースより薄いから、他の
マグネツト主コイルと接触することなく、且つ、
Ｃ字状ヨークの内部空間側の主コイルの断面形状
を選択することにより、ヨークの重量を最小限に
留めることができる。

以下、図面を参照して説明する。

第１図及び第２図を参照すると、本発明の適用
されるリングサイクロトロンの磁場発生装置は複
数（第１図では４個）のマグネツトヨークを備え
ており、マグネツトは略Ｃ字状のマグネツトヨー
ク１０と磁極１４ならびに主コイル１５からな
る。第１図に示すように、４個のマグネツトの中
央部には加速粒子を入射するために必要な空間１
１が規定されており、且つ、隣接する２つのロー
ク１０間には２つの加速用高周波電極１２が設置
されている。

また、第２図に示すように、マグネツトは空隙
を挟んで互いに対向した１組の磁極１４と、磁極
１４から断面略Ｃ字状に延在するヨーク部分とを
有し、ヨーク部分の内側には内部スペース１３が
磁極背面の空隙と連続する形で設けられている。
磁極１４の周囲には、それぞれ主コイル１５が巻
線されている。

この構成では、各ヨーク１０の主コイル１５が
他のヨークの主コイルあるいは高周波電極１２等
と接触しないように巻線されなければならない。
したがつて、主コイル１５の空間１１側のコイル
幅は薄い方が望ましい。しかし、励磁電力は主コ
イル１５の断面積によつて定まるから、励磁電力
を維持するためには、第２図の磁極とヨークの上
下方向の寸法を高くする必要がある。このため、
従来では、磁極部の寸法を高くする方法が採用さ
れている。

第３図を参照して、本発明を原理的に説明す
る。第３図において、各磁極１４に巻線された主
コイル１５の断面積Ａは各磁極部の空間１１側及
び内部スペース１３側において互いに等しいもの
と仮定する。この場合、主コイル１５の幅及び高
さをそれぞれｂ及びｈとすれば、断面積Ａはbh
によつてあらわすことができる。

ここで、ヨーク１０の重量を軽減するために
は、２つの主コイルと関連して定められるヨーク
および磁極の領域（ハツチング部分）の体積を最
小にすればよい。尚、ヨークおよび磁極の磁路に
垂直方向の断面積は一定とする。図からも明らか
な通り、主コイル１５の幅ｂによつて定まるヨー
ク１０の領域が上下に２つ２１，２２あり、主コ
イル１５の高さｈに依存する領域が４つ２３，２
４，２５，２６ある。したがつて、マグネツトを
最軽量化することは、ハツチングされた領域２１
〜２６を最小にすることにほかならない。言い換
えれば、 2b＋4h＝2b＋（4A／ｂ） ……(1) を最小にすればよい。

(1)式の最小値は ｂ＝√2＝2h ……(2) で与えられる。

(2)式からも理解できる通り、主コイル１５の幅
ｂをその高さｈの２倍にすれば、ハツチングされ
た領域２１〜２６の面積を最小にし、したがつ
て、ヨーク１０の重量を最も軽くすることができ
る。しかしながら、外側空間１１に位置する主コ
イルの断面形状を(2)式により決定することは前述
した通り望ましくない。

本発明では上述した点を考慮して、外部空間１
１側の主コイル１５の断面形状と内部スペース１
３側の主コイルの断面形状とを変化させ、マグネ
ツトの重量を軽減すると共に外部空間１１側への
主コイルの突出を出来るだけ小さくすることを企
図している。

第４図を参照すると、本発明の一実施例に係る
主コイル１５は外側空間１１側では６層２列に巻
線されており、内部スペース１３側では３層４列
に巻線されている。したがつて、主コイル１５の
外側空間１１側と内部スペース１３側の中間部に
おいて、主コイル１５の一部に巻きかえ部３０が
与えられている。この例の場合、外側空間１１側
に配列された６層２列の主コイル１５のうち、上
半分の主コイル１５が巻きかえられて３層４列の
形に並べ換えられている。

第５図を参照すると、本発明の他の実施例に係
る主コイル１５は外側空間１１側で４層２列に巻
線され、内部スペース１３側で２層４列の形にな
つている。また、外側空間１１側では幅ｂが薄く
なつており、外側空間１１側では他の主コイルと
の接触を防止できる。したがつて、この実施例は
ヨークの重量を増加することなく、リングサイク
ロトロン用磁場発生装置に対する要求を満たすこ
とができる。尚、図示された主コイル１５では、
第４図と同様に、外側空間１１側の上半分のコイ
ルが巻きかえられて、内部スペース１３側に２層
４列の形で再配列されている。

リングサイクロトロンでは主コイルの重量はヨ
ークの重量の1/100前後であり、主コイルの磁場
発生装置全体の重量に占める割合は極めて低いか
ら、本発明のヨーク重量低減の効果は巻線加工の
複雑化とは比較にならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用されるリングサイクロト
ロン用磁場発生装置を説明するための図、第２図
は第１図の２−２線に沿う断面図、第３図は本発
明を原理的に説明するための図、第４図は本発明
の一実施例に係る主コイルを説明するための図、
及び第５図は本発明の他の実施例に係る主コイル
を説明するための図である。 記号の説明、１０：ヨーク、１１：ヨークの外
側空間、１２：高周波電極、１３：ヨークの内部
スペース、１４：磁極、１５：主コイル、２１〜
２６：主コイルの幅及び高さに依存する領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 略Ｃ字型断面を有する複数のダイポールマグ
   ネツトを、磁極空間が対向するように放射状に配
   列し円形加速空間を形成し各磁極部に主コイルが
   巻線されているリングサイクロトロン用磁場発生
   装置において、隣接するマグネツトが最も近接す
   る部位においてマグネツト相互の近接空間から規
   制されるコイル幅と必要な起磁力と該コイル幅か
   ら一義的に定まるコイル高さを備える第１の断面
   形状を有し、ヨーク湾曲部内側において前記コイ
   ル幅寸法より大きいコイル幅と、前記コイル高さ
   より小さいコイル高さを備える第２の断面形状を
   有するよう、前記各主コイルが巻線されているこ
   とを特徴とするリングサイクロトロン用磁場発生
   装置。