JPH03216999A - 荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器 - Google Patents
荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器Info
- Publication number
- JPH03216999A JPH03216999A JP1229590A JP1229590A JPH03216999A JP H03216999 A JPH03216999 A JP H03216999A JP 1229590 A JP1229590 A JP 1229590A JP 1229590 A JP1229590 A JP 1229590A JP H03216999 A JPH03216999 A JP H03216999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charged particle
- particle beam
- cavity
- mode
- orbit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、更に
当該圧縮装置を含む環状型加速器に関し、特に荷電粒子
を加速する環状型加速器などに適用され、荷電粒子ビー
ムを細く絞り込むのに好適な荷電粒子ビーム圧縮方法お
よび圧縮装置に関するものである。
当該圧縮装置を含む環状型加速器に関し、特に荷電粒子
を加速する環状型加速器などに適用され、荷電粒子ビー
ムを細く絞り込むのに好適な荷電粒子ビーム圧縮方法お
よび圧縮装置に関するものである。
環状型加速器の全体構成を概略的に第８図に示す。この
加速器は、荷電粒子を入射するための入射器１０１と、
荷電粒子を加速・蓄積する環状型加速器本体１０２とか
ら構成される。入射器１０１としてライナック、シンク
ロトロン、マイクロトロン等が使用される。環状型加速
器本体１０２は、荷電粒子ビーム１０３を閉じ込めるた
めの真空容器を形成するビームダクト１０４、荷電粒子
ビーム１０３の軌道に偏向を与える偏向磁石１０５、荷
電粒子ビーム１０３を収束させる機能を有する複数の四
極磁石１０６、荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴１０７などで構成されている。荷電粒子の中心軌道は
閉じた軌道となる。荷電粒子の軌道は中心軌道あるいは
その近傍に存在し、この軌道は前記の偏向磁石や四極磁
石等の磁石系装置によって形成される。
加速器は、荷電粒子を入射するための入射器１０１と、
荷電粒子を加速・蓄積する環状型加速器本体１０２とか
ら構成される。入射器１０１としてライナック、シンク
ロトロン、マイクロトロン等が使用される。環状型加速
器本体１０２は、荷電粒子ビーム１０３を閉じ込めるた
めの真空容器を形成するビームダクト１０４、荷電粒子
ビーム１０３の軌道に偏向を与える偏向磁石１０５、荷
電粒子ビーム１０３を収束させる機能を有する複数の四
極磁石１０６、荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴１０７などで構成されている。荷電粒子の中心軌道は
閉じた軌道となる。荷電粒子の軌道は中心軌道あるいは
その近傍に存在し、この軌道は前記の偏向磁石や四極磁
石等の磁石系装置によって形成される。
上記の構成を有する環状型加速器を用いて、例えば、荷
電粒ビームの衝突実験を行う場合（環状型衝突加速器）
あるいは放射光を物性研究に利用する場合（放射光発生
用電子蓄積リング）には、荷電粒子ビームを細く絞り込
む方が良い効果を得ることができる。すなわち前者の環
状型衝突加速器の場合には衝突の頻度が上昇し、一方後
者の放射光発生用電子蓄積リングの場合には放射光の輝
度が高くなるという効果が生じる。荷電粒子ビームを細
く絞り込む従来の方法としては、電子の場合には、放射
減衰にのみ依存して絞り込む方法や、本発明者が先に提
案した偏向モードの高周波電磁場を利用して絞り込む方
法（特開平１−１４９４００号公報）がある。前者の方
法は、荷電粒子ビームが軌道を一周する間に生じる放射
による運動量の低減作用と高周波加速空胴による加速作
用とによって荷電粒子ビームの束を徐々に中心軌道に集
中させる方法である。また後者の方法は、高周波加速空
胴とは別の空胴を荷電粒子の軌道上に配設し、この空胴
に対し外部発振器と結合アンテナを付加し、前記その空
胴内に、外部発振器と結合アンテナを用いて、荷電粒子
の中心軌道方向に電界成分を有し且つ粒子の中心軌道上
に軌道面の垂直方向に磁界成分を有する偏向モードを励
振させ、更に偏向モードの共振周波数を高周波加速空胴
内の基本高周波モードの共振周波数の整数倍となるよう
に構成したものである。
電粒ビームの衝突実験を行う場合（環状型衝突加速器）
あるいは放射光を物性研究に利用する場合（放射光発生
用電子蓄積リング）には、荷電粒子ビームを細く絞り込
む方が良い効果を得ることができる。すなわち前者の環
状型衝突加速器の場合には衝突の頻度が上昇し、一方後
者の放射光発生用電子蓄積リングの場合には放射光の輝
度が高くなるという効果が生じる。荷電粒子ビームを細
く絞り込む従来の方法としては、電子の場合には、放射
減衰にのみ依存して絞り込む方法や、本発明者が先に提
案した偏向モードの高周波電磁場を利用して絞り込む方
法（特開平１−１４９４００号公報）がある。前者の方
法は、荷電粒子ビームが軌道を一周する間に生じる放射
による運動量の低減作用と高周波加速空胴による加速作
用とによって荷電粒子ビームの束を徐々に中心軌道に集
中させる方法である。また後者の方法は、高周波加速空
胴とは別の空胴を荷電粒子の軌道上に配設し、この空胴
に対し外部発振器と結合アンテナを付加し、前記その空
胴内に、外部発振器と結合アンテナを用いて、荷電粒子
の中心軌道方向に電界成分を有し且つ粒子の中心軌道上
に軌道面の垂直方向に磁界成分を有する偏向モードを励
振させ、更に偏向モードの共振周波数を高周波加速空胴
内の基本高周波モードの共振周波数の整数倍となるよう
に構成したものである。
特に前述した後者の荷電粒子ビームを絞り込む方法では
、空胴内にて、荷電粒子の中心軌道方向に電界成分を有
し且つ粒子の中心軌道上に軌道面の垂直方向に磁界成分
を有する偏向モードを励振させ、偏向モードの共振周波
数を高周波加速空胴内の基本高周波モードの共振周波数
の整数倍となるように構成したため、偏向モードの条件
が狭い範囲に限定されているという不具合がある。本発
明者はその後の研究において、前記条件を更に拡張でき
ることを知得した。
、空胴内にて、荷電粒子の中心軌道方向に電界成分を有
し且つ粒子の中心軌道上に軌道面の垂直方向に磁界成分
を有する偏向モードを励振させ、偏向モードの共振周波
数を高周波加速空胴内の基本高周波モードの共振周波数
の整数倍となるように構成したため、偏向モードの条件
が狭い範囲に限定されているという不具合がある。本発
明者はその後の研究において、前記条件を更に拡張でき
ることを知得した。
また電子等の荷電粒子を低エネルギで入射させた場合に
は、電子は水平方向に広がったまま加速される特性を有
するので、電子ビームの損失が問題になるが、この場合
にはもともとエネルギが低いので前者の放射減衰による
電子ビームの絞り込みを適用することが困難である。
は、電子は水平方向に広がったまま加速される特性を有
するので、電子ビームの損失が問題になるが、この場合
にはもともとエネルギが低いので前者の放射減衰による
電子ビームの絞り込みを適用することが困難である。
本発明の目的は、電磁場の偏向モードを利用して荷電粒
子ビームを圧縮する方法およびその圧縮装置を提供する
ことであり、特に適用条件を拡張し、より一般的に有効
に使用することのできる荷電粒子ビーム圧縮方法および
圧縮装置を提供することにある。
子ビームを圧縮する方法およびその圧縮装置を提供する
ことであり、特に適用条件を拡張し、より一般的に有効
に使用することのできる荷電粒子ビーム圧縮方法および
圧縮装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、前記荷電粒子ビームの圧縮装置が
適用された放射光発生用電子蓄積リングあるいは環状型
衝突加速器などの環状型加速器を提供することにある。
適用された放射光発生用電子蓄積リングあるいは環状型
衝突加速器などの環状型加速器を提供することにある。
本発明に係る第１の荷電粒子ビーム圧縮方法は、荷電粒
子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を形成する磁石
系装置と、前記荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビームを閉じ込める
真空容器とを含む環状型加速器に適用される荷電粒子ビ
ーム圧縮方法であり、前記荷電粒子の軌道上に、中心軌
道方向に電界成分を有し且つ軌道面に垂直な方向に磁界
成分を有する偏向モードを発生させ、この偏向モードを
前記高周波加速空胴の基本加速モードと同期させて前記
偏向モードを励振し、前記荷電粒子ビームのエネルギの
広がりを大きくし且つベータトロン振動のエミッタンス
を小さくすることにょり前記荷電粒子ビームを細く絞り
込むようにしたことを特徴どする。
子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を形成する磁石
系装置と、前記荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビームを閉じ込める
真空容器とを含む環状型加速器に適用される荷電粒子ビ
ーム圧縮方法であり、前記荷電粒子の軌道上に、中心軌
道方向に電界成分を有し且つ軌道面に垂直な方向に磁界
成分を有する偏向モードを発生させ、この偏向モードを
前記高周波加速空胴の基本加速モードと同期させて前記
偏向モードを励振し、前記荷電粒子ビームのエネルギの
広がりを大きくし且つベータトロン振動のエミッタンス
を小さくすることにょり前記荷電粒子ビームを細く絞り
込むようにしたことを特徴どする。
本発明に係る第２の荷電粒子ビーム圧縮方法は、前記の
方法において、前記偏向モードと前記基本加速モードと
の間の前記同期は、偏向モードの励振周波数を基本加速
度モードの励振周波数のｎ／ｈ倍（ｎ：整数，ｈ：ハー
モニック数）にすることにより行われることを特徴とす
る。
方法において、前記偏向モードと前記基本加速モードと
の間の前記同期は、偏向モードの励振周波数を基本加速
度モードの励振周波数のｎ／ｈ倍（ｎ：整数，ｈ：ハー
モニック数）にすることにより行われることを特徴とす
る。
本発明に係る第３の荷電粒子ビーム圧縮方法は、前記第
１又は第２の方法において、前記偏向モードは外部から
与えられる高周波にょる励振によって発生させることを
特徴とする。
１又は第２の方法において、前記偏向モードは外部から
与えられる高周波にょる励振によって発生させることを
特徴とする。
本発明に係る第４の荷電粒子ビーム圧縮方法は、前記第
１又は第２の方法において、前記偏向モードは荷電粒子
のみによる励振によって発生させることを特徴とする。
１又は第２の方法において、前記偏向モードは荷電粒子
のみによる励振によって発生させることを特徴とする。
本発明に係る第５の荷電粒子ビーム圧縮方法は、前記第
１〜第４のいずれか１つの方法において、前記偏向モー
ドがＴＭモード又はＴＥモードのいずれかであることを
特徴とする。
１〜第４のいずれか１つの方法において、前記偏向モー
ドがＴＭモード又はＴＥモードのいずれかであることを
特徴とする。
本発明に係る第１の荷電粒子ビーム圧縮装置は、荷電粒
子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を形成する磁石
系装置と、前記荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビームを閉じ込める
真空容器とを含む環状型加速器において、前記荷電粒子
の軌道上に、中心軌道方向に電界成分を有し且つ軌道面
に垂直な方向に磁界成分を有する偏向モードを、偏向モ
ードを前記高周波加速空胴の基本加速モードと同期させ
て励振することにより発生させる圧縮用空胴を設け、前
記圧縮用空胴内に前記荷電粒子ビームが通過する時、荷
電粒子ビームのエネルギの広がりを大きくし且つベータ
トロン振動のエミッタンスを小さくすることにより前記
荷電粒子ビームが細く絞り込まれるように構成される。
子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を形成する磁石
系装置と、前記荷電粒子を加速するための高周波加速空
胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビームを閉じ込める
真空容器とを含む環状型加速器において、前記荷電粒子
の軌道上に、中心軌道方向に電界成分を有し且つ軌道面
に垂直な方向に磁界成分を有する偏向モードを、偏向モ
ードを前記高周波加速空胴の基本加速モードと同期させ
て励振することにより発生させる圧縮用空胴を設け、前
記圧縮用空胴内に前記荷電粒子ビームが通過する時、荷
電粒子ビームのエネルギの広がりを大きくし且つベータ
トロン振動のエミッタンスを小さくすることにより前記
荷電粒子ビームが細く絞り込まれるように構成される。
本発明に係る第２の荷電粒子ビーム圧縮装置は、前記第
１の装置構成において、前記圧縮用空胴に高周波発振器
を設け、この高周波発振器で前記圧縮用空胴に対し前記
同期条件を満たす高周波を供給し、前記圧縮用空胴内の
前記偏向モードを励振するように構成される。
１の装置構成において、前記圧縮用空胴に高周波発振器
を設け、この高周波発振器で前記圧縮用空胴に対し前記
同期条件を満たす高周波を供給し、前記圧縮用空胴内の
前記偏向モードを励振するように構成される。
本発明に係る放射光発生用電子蓄積リングは、前記第１
又は第２の構成を有する圧縮用空胴をを荷電粒子の軌道
上に配設し、荷電粒子ビームを細く絞り込む荷電粒子ビ
ーム圧縮装置を備えるように構成される。
又は第２の構成を有する圧縮用空胴をを荷電粒子の軌道
上に配設し、荷電粒子ビームを細く絞り込む荷電粒子ビ
ーム圧縮装置を備えるように構成される。
本発明に係る環状型衝突加速器は、前記第１又は第２の
構成を有する圧縮用空胴を荷電粒子の軌道上に配設し、
荷電粒子ビームを細く絞り込む荷電粒子ビーム圧縮装置
を備えるように構成される。
構成を有する圧縮用空胴を荷電粒子の軌道上に配設し、
荷電粒子ビームを細く絞り込む荷電粒子ビーム圧縮装置
を備えるように構成される。
本発明に係る荷電粒子ビーム圧縮方法では、環状型加速
器の荷電粒の軌道上の適宜な箇所に所定の電磁場偏向モ
ードを励振して発生させ、且つこの偏向モードの励振周
波数と軌道上に配設された高周波加速空胴の励振周波数
との間で一般的に拡張された所要の同期関係を満たすよ
うに同期をとって励振することにより、現象的に軌道上
の荷電粒子ビームが細く絞り込まれる。
器の荷電粒の軌道上の適宜な箇所に所定の電磁場偏向モ
ードを励振して発生させ、且つこの偏向モードの励振周
波数と軌道上に配設された高周波加速空胴の励振周波数
との間で一般的に拡張された所要の同期関係を満たすよ
うに同期をとって励振することにより、現象的に軌道上
の荷電粒子ビームが細く絞り込まれる。
また本発明に係る荷電粒子ビーム圧縮装置では、所定の
電磁波偏向モードを内部に発生させた空胴を荷電粒子の
軌道に配置し、上記偏向モードの励振周波数を高周波加
速空胴の励振周波数との間で所要の同期関係を満たすよ
うに同期をとって励振することにより、当該空胴を通過
する荷電粒子ビームのビームサイズが細く絞り込まれる
。偏向モードの励振は外部発振器又は加速器内の荷電粒
子ビーム自身のみで行われる。
電磁波偏向モードを内部に発生させた空胴を荷電粒子の
軌道に配置し、上記偏向モードの励振周波数を高周波加
速空胴の励振周波数との間で所要の同期関係を満たすよ
うに同期をとって励振することにより、当該空胴を通過
する荷電粒子ビームのビームサイズが細く絞り込まれる
。偏向モードの励振は外部発振器又は加速器内の荷電粒
子ビーム自身のみで行われる。
本発明に係る放射光発生用電子蓄積リングあるいは環状
型衝突加速器は、本発明による前記荷電粒子ビーム圧縮
装置を有し、これによって効果的に荷電粒子ビームのビ
ームサイズを細く絞り込む。
型衝突加速器は、本発明による前記荷電粒子ビーム圧縮
装置を有し、これによって効果的に荷電粒子ビームのビ
ームサイズを細く絞り込む。
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。
。
本発明に係る荷電粒子ビームの圧縮装置の第１実施例を
第１図〜第３図と前記第８図に基づいて説明する。本発
明に係る第１実施例の特徴は主に第１図および第２図に
示される。本発明による圧縮装置は第８図の環状型加速
器に適用されるものであるため、前記第８図を参照する
。第１図は荷電粒子ビームを絞り込む機能を有する荷電
粒子ビーム圧縮装置の内部構造を示す斜視図、第２図は
同装置の水平断面図、第３図は要部における電場および
磁場の分布図である。第１図等において前記第８図で示
した同一要素には同一符号を付すものとする。
第１図〜第３図と前記第８図に基づいて説明する。本発
明に係る第１実施例の特徴は主に第１図および第２図に
示される。本発明による圧縮装置は第８図の環状型加速
器に適用されるものであるため、前記第８図を参照する
。第１図は荷電粒子ビームを絞り込む機能を有する荷電
粒子ビーム圧縮装置の内部構造を示す斜視図、第２図は
同装置の水平断面図、第３図は要部における電場および
磁場の分布図である。第１図等において前記第８図で示
した同一要素には同一符号を付すものとする。
第１図において、荷電粒子ビーム圧縮装置としての機能
を有する空胴１はその内部中央部に前記荷電粒子ビーム
１０３が通過するように荷電粒子の軌道上に配設される
。軌道上の空胴１の配設位置は高周波加速空胴１０７の
前側の位置又は後側の位置のいずれでも良い。空胴１は
全体形状が導電性物質で形成された円筒部材１ａにより
例えばほぼ円筒形に形成され且つ端面部１ｂ，Ｉｃを有
し、当該円筒部材１ａの中心軸が荷電粒子ビーム１０３
の軌道と一致するように配置される。空胴１の円筒部材
１ａの各端面部１ｂ．１ｃの外側には小径の例えば円筒
形をしたビームダクト２が設けられる。第１図中に示す
如く直交座標ｘ， ｓ，２をとると、Ｓ方向は荷電粒
子ビーム１０３の走行方向となり、ｘｓ平面は荷電粒子
ビーム１０３の軌道面であり、これは水平面となる。ま
た空胴１内には、端面部ＩＣと一体的に形成された電極
１ｄが配置される。これらの２つの電極１ｄの先端部は
端面部１ｂの内面に接近している。このように配設され
た電極１ｄは水平面内において平行となるように配置さ
れ、２つの電極の間に平行に荷電粒子ビーム１０３の軌
道が形成される。
を有する空胴１はその内部中央部に前記荷電粒子ビーム
１０３が通過するように荷電粒子の軌道上に配設される
。軌道上の空胴１の配設位置は高周波加速空胴１０７の
前側の位置又は後側の位置のいずれでも良い。空胴１は
全体形状が導電性物質で形成された円筒部材１ａにより
例えばほぼ円筒形に形成され且つ端面部１ｂ，Ｉｃを有
し、当該円筒部材１ａの中心軸が荷電粒子ビーム１０３
の軌道と一致するように配置される。空胴１の円筒部材
１ａの各端面部１ｂ．１ｃの外側には小径の例えば円筒
形をしたビームダクト２が設けられる。第１図中に示す
如く直交座標ｘ， ｓ，２をとると、Ｓ方向は荷電粒
子ビーム１０３の走行方向となり、ｘｓ平面は荷電粒子
ビーム１０３の軌道面であり、これは水平面となる。ま
た空胴１内には、端面部ＩＣと一体的に形成された電極
１ｄが配置される。これらの２つの電極１ｄの先端部は
端面部１ｂの内面に接近している。このように配設され
た電極１ｄは水平面内において平行となるように配置さ
れ、２つの電極の間に平行に荷電粒子ビーム１０３の軌
道が形成される。
次に、空胴１の外側には外部発振器３が備えられ、この
発振器３の高周波発振出力（マイクロ波）は結合アンテ
ナ４を経由して空胴１内に供給される。空胴１に供給さ
れたマイクロ波により空胴１内に第２図に示すように偏
向モードの一種である例えばＴＭ，，。モードの高周波
電磁場が励振される。第１図において５は空胴１におけ
る共振周波数を調整するためのチューナである。第１図
および第２図において６は電場の状態を表す電気力線を
示し、７は磁場の状態を表す゛磁力線を示している。空
胴１における電磁場振動の共振周波数は、荷電粒子の加
速周波数、すなわち高周波加速空胴１０７の基本加速モ
ードの共振周波数のほぼｎ／ｈ倍に設定される。ここで
、ｎは整数、ｈはハーモニック数である。なお、ハーモ
ニック数とは、中心エネルギを有する荷電粒子の平衡軌
道の局長を、光速を高周波加速空胴内の基本加速モード
の励振周波数で割って求められた波長で割った時に得ら
れる整数値と定義される。以上のように、空胴１内に形
成される偏向モードの励振周波数ｆは荷電粒子の加速モ
ードの励振周波数ｆ。のｎ／’ｈ倍に設定され、これに
より偏向モードを基本加速モードと同期させる。
発振器３の高周波発振出力（マイクロ波）は結合アンテ
ナ４を経由して空胴１内に供給される。空胴１に供給さ
れたマイクロ波により空胴１内に第２図に示すように偏
向モードの一種である例えばＴＭ，，。モードの高周波
電磁場が励振される。第１図において５は空胴１におけ
る共振周波数を調整するためのチューナである。第１図
および第２図において６は電場の状態を表す電気力線を
示し、７は磁場の状態を表す゛磁力線を示している。空
胴１における電磁場振動の共振周波数は、荷電粒子の加
速周波数、すなわち高周波加速空胴１０７の基本加速モ
ードの共振周波数のほぼｎ／ｈ倍に設定される。ここで
、ｎは整数、ｈはハーモニック数である。なお、ハーモ
ニック数とは、中心エネルギを有する荷電粒子の平衡軌
道の局長を、光速を高周波加速空胴内の基本加速モード
の励振周波数で割って求められた波長で割った時に得ら
れる整数値と定義される。以上のように、空胴１内に形
成される偏向モードの励振周波数ｆは荷電粒子の加速モ
ードの励振周波数ｆ。のｎ／’ｈ倍に設定され、これに
より偏向モードを基本加速モードと同期させる。
第３図は空胴１における荷電粒子ビーム１０３とその内
部および周辺における電場６と磁場７の水平面における
分布状態を示す。この図で明らかなように、空胴１内の
荷電粒子ビーム１０３の軌道において荷電粒子の中心軌
道方向に電界成分を発生させ、且つ水平面（軌道面）に
垂直な方向に磁界成分を発生させることにより、空胴１
内の荷電粒子軌道上に偏向モードを作っている。
部および周辺における電場６と磁場７の水平面における
分布状態を示す。この図で明らかなように、空胴１内の
荷電粒子ビーム１０３の軌道において荷電粒子の中心軌
道方向に電界成分を発生させ、且つ水平面（軌道面）に
垂直な方向に磁界成分を発生させることにより、空胴１
内の荷電粒子軌道上に偏向モードを作っている。
また第４図および第５図は、それぞれ、前述したｆ ／
ｆ ｏ ＝ ｎ ／ ｈの関係を満足させるための装
置構成を示し、前記外部発振器３の具体的構成を示して
いる。第４図は２つの発振器を用いた実施例である。第
４図において１０３は荷電粒子ビーム、１は圧縮装置と
しての前記空胴、１０７は高周波加速空胴である。また
８は高周波加速空胴１０７に高周波を与えるための発振
器であり、９は他の発振器である。空胴１に供給される
高周波の周波数ｆは位相調整器１０によって前記関係式
を満たすように設定される。第５図は３つの発振器を用
いた構成を示し、１１が主発振器であり、この発振出力
を逓倍器１２で周波数を調整し、位相調整器１３で前記
関係式を満たす２つの周波数ｆ．ｆｏを発生させて次段
のは新規１４．１５でそれぞれ空胴１と１０７に高周波
を供給する。
ｆ ｏ ＝ ｎ ／ ｈの関係を満足させるための装
置構成を示し、前記外部発振器３の具体的構成を示して
いる。第４図は２つの発振器を用いた実施例である。第
４図において１０３は荷電粒子ビーム、１は圧縮装置と
しての前記空胴、１０７は高周波加速空胴である。また
８は高周波加速空胴１０７に高周波を与えるための発振
器であり、９は他の発振器である。空胴１に供給される
高周波の周波数ｆは位相調整器１０によって前記関係式
を満たすように設定される。第５図は３つの発振器を用
いた構成を示し、１１が主発振器であり、この発振出力
を逓倍器１２で周波数を調整し、位相調整器１３で前記
関係式を満たす２つの周波数ｆ．ｆｏを発生させて次段
のは新規１４．１５でそれぞれ空胴１と１０７に高周波
を供給する。
次に上記構成を有する荷電粒子ビーム圧縮装置における
作用、すなわち本発明による荷電粒子ビームの圧縮方法
について説明する。
作用、すなわち本発明による荷電粒子ビームの圧縮方法
について説明する。
空胴１内をパンチングした荷電粒子の群１０３が通過す
ると、ビーム状の荷電粒子群１０３は、前述の条件を満
たすように生成された偏向モードによる電場６と磁場７
の影響を受ける。先ず電場６は、荷電粒子の軌道軸方向
の振動であり且つエネルギ振動であるシンクロトロン振
動に直接的に影響を与え、その振幅を変化させ、シンク
ロトロン振動を成長させる。空胴１におけるシンクロト
ロン振動の成長に起因するエネルギの変動は、エネルギ
に対応した平衡軌道の変動（中心エネルギより高いエネ
ルギを有するとき中心軌道より外側に変化し、中心エネ
ルギより低いエネルギを有するとき中心軌道よりも内側
に変化するという特性に基づく）をもたらし、その結果
、軌道に対する荷電粒子の横方向の振動であるベータト
ロンの振幅も変化し、この振動を減衰させる。一方、磁
場７は、前記ベータトロン振動に影響を与え、その振幅
と位相を変化させ、この振動を成長させる。
ると、ビーム状の荷電粒子群１０３は、前述の条件を満
たすように生成された偏向モードによる電場６と磁場７
の影響を受ける。先ず電場６は、荷電粒子の軌道軸方向
の振動であり且つエネルギ振動であるシンクロトロン振
動に直接的に影響を与え、その振幅を変化させ、シンク
ロトロン振動を成長させる。空胴１におけるシンクロト
ロン振動の成長に起因するエネルギの変動は、エネルギ
に対応した平衡軌道の変動（中心エネルギより高いエネ
ルギを有するとき中心軌道より外側に変化し、中心エネ
ルギより低いエネルギを有するとき中心軌道よりも内側
に変化するという特性に基づく）をもたらし、その結果
、軌道に対する荷電粒子の横方向の振動であるベータト
ロンの振幅も変化し、この振動を減衰させる。一方、磁
場７は、前記ベータトロン振動に影響を与え、その振幅
と位相を変化させ、この振動を成長させる。
ベータトロン振動が成長すると、荷電粒子の周回周期に
変動を与え、前記シンクロトロン振動に位相変動をもた
らし、振幅が変化して、この振動を減衰させる。
変動を与え、前記シンクロトロン振動に位相変動をもた
らし、振幅が変化して、この振動を減衰させる。
以上のように空胴１における偏向モードによる電場６と
磁場７は、荷電粒子ビーム１０３の各粒子のシンクロト
ロン振動とベータトロン振動の双方にそれぞれ固有の影
響を与え、その結果、最終的にシンクロトロン振動は成
長し、ベータトロン振動は減衰するという現象が発生す
る。この結果荷電粒子ビーム１０３のビームサイズが小
さくなり、荷電粒子ビームを絞り込むことができる。
磁場７は、荷電粒子ビーム１０３の各粒子のシンクロト
ロン振動とベータトロン振動の双方にそれぞれ固有の影
響を与え、その結果、最終的にシンクロトロン振動は成
長し、ベータトロン振動は減衰するという現象が発生す
る。この結果荷電粒子ビーム１０３のビームサイズが小
さくなり、荷電粒子ビームを絞り込むことができる。
前記の作用を数式を使って説明する。荷電粒子ビームの
水平方向のビームサイズσ（Ｓ）は軌道方向の座標Ｓの
関数となっており、 σ（Ｓ） ＝ ε Ｓ ＋η Ｓ （△Ｐ／ｐｏ）で定義する
ことができる。ここに、εはベータトロン振動のエミッ
タンスと称される量であり、般に軌道軸座標をＳに依存
しない。またβ（Ｓ）とη（Ｓ）はそれぞれ水平方向の
ベータトロン関数およびエネルギ分布関数であり、加速
器を構成する磁石配列で既に決定されている関数である
。
水平方向のビームサイズσ（Ｓ）は軌道方向の座標Ｓの
関数となっており、 σ（Ｓ） ＝ ε Ｓ ＋η Ｓ （△Ｐ／ｐｏ）で定義する
ことができる。ここに、εはベータトロン振動のエミッ
タンスと称される量であり、般に軌道軸座標をＳに依存
しない。またβ（Ｓ）とη（Ｓ）はそれぞれ水平方向の
ベータトロン関数およびエネルギ分布関数であり、加速
器を構成する磁石配列で既に決定されている関数である
。
Δｐは荷電粒子の運動量の広がりを、またｐ。は平均的
な運動量を表している。上式で明らかなようにビームサ
イズσ（Ｓ）はエミッタンスεと運動量の広がりΔｐに
よって変化させることができる。
な運動量を表している。上式で明らかなようにビームサ
イズσ（Ｓ）はエミッタンスεと運動量の広がりΔｐに
よって変化させることができる。
空胴１において励振された偏向モードの電磁場Ｓは保存
系であり、、前述したように、リウヴイルの定理に基づ
きベータトロン振動が減衰するときはシンクロトロン振
動が成長する。すなわち、前記式においてεが小さくな
り、Δｐ／ｐｏが大きくなる。しかし一般的に、ベータ
トロン振動のエミッタンスの変化がビームサイズに敏感
に作用するので、結果的にビームサイズは小さくなる。
系であり、、前述したように、リウヴイルの定理に基づ
きベータトロン振動が減衰するときはシンクロトロン振
動が成長する。すなわち、前記式においてεが小さくな
り、Δｐ／ｐｏが大きくなる。しかし一般的に、ベータ
トロン振動のエミッタンスの変化がビームサイズに敏感
に作用するので、結果的にビームサイズは小さくなる。
第６図は、ｎ＝ｈの場合における基本加速モードと偏向
モードとの位相関係を示す。本図において基本加速モー
ドの電圧をＶ。とじ、このＶ。を、Ｖｏ＝Ｖ．ｓｉｎθ
。
モードとの位相関係を示す。本図において基本加速モー
ドの電圧をＶ。とじ、このＶ。を、Ｖｏ＝Ｖ．ｓｉｎθ
。
とおいて、ＲＦ（高周波）の位相θ。に対する基本加速
モードと偏向モードの位相関係を示している。第６図に
おいて、ＶとＶ，Ｉは、それぞれ、Ｖ＝ｆＥｓ ｄθ
’ｃｏｓ θ Ｖ．＝Ｚ．ｆＨ ｄθ− ｓｉｎθで定義された電
圧を表す。ここで、Ｅ，はＳ方向の電界成分、Ｈは２方
向の磁界成分、Ｚｏは真空の特性インピーダンスで、そ
の積分領域は空胴１内の荷電粒子の中心軌道全体にわた
るものである。
モードと偏向モードの位相関係を示している。第６図に
おいて、ＶとＶ，Ｉは、それぞれ、Ｖ＝ｆＥｓ ｄθ
’ｃｏｓ θ Ｖ．＝Ｚ．ｆＨ ｄθ− ｓｉｎθで定義された電
圧を表す。ここで、Ｅ，はＳ方向の電界成分、Ｈは２方
向の磁界成分、Ｚｏは真空の特性インピーダンスで、そ
の積分領域は空胴１内の荷電粒子の中心軌道全体にわた
るものである。
位相θ。，θと同期位相θ，。，θ，の関係は次の通り
である。
である。
θ。一θＳｏ＝θ一θ，
第６図に示された位相関係は、ＲＦ位相θ。に関する同
期位相θｓｏがπ／２〈θ，。〈πの典型的な例を示し
ている。
期位相θｓｏがπ／２〈θ，。〈πの典型的な例を示し
ている。
第７図は本発明に係る荷電粒子ビーム圧縮装置としての
空胴の第２実施例を示す。この実施例では前記実施例の
空胴１から外部発振器３と結合アンテナ４を取り除いた
構成となっており、その他の構成は同じである。この構
成により、荷電粒子ビーム１０３自身の電荷により偏向
モードを励振するように構成されているため、荷電粒子
ビーム１０３と空胴１′の中心軸１６との位置を故意に
水平方向にずらしている。これは加速器を構成する磁石
系装置の励磁量を変更することにより容易に行うことが
できる。この実施例によれば、外部発振器等の構成部品
を省略することができ、製作コストが低減する。
空胴の第２実施例を示す。この実施例では前記実施例の
空胴１から外部発振器３と結合アンテナ４を取り除いた
構成となっており、その他の構成は同じである。この構
成により、荷電粒子ビーム１０３自身の電荷により偏向
モードを励振するように構成されているため、荷電粒子
ビーム１０３と空胴１′の中心軸１６との位置を故意に
水平方向にずらしている。これは加速器を構成する磁石
系装置の励磁量を変更することにより容易に行うことが
できる。この実施例によれば、外部発振器等の構成部品
を省略することができ、製作コストが低減する。
なお、前記各実施例では円筒形空胴１，１′におけるＴ
Ｍｚｏモードの例について述べたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、矩形状の空胴やその他の電磁場
モードを利用しても同様な効果を発揮させることができ
るのは勿論である。
Ｍｚｏモードの例について述べたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、矩形状の空胴やその他の電磁場
モードを利用しても同様な効果を発揮させることができ
るのは勿論である。
以上の説明で明らかなように本発明による荷電粒子ビー
ム圧縮方法あるいは圧縮装置によれば、電磁場による偏
向モードを用いて荷電粒子ビームを圧縮する方法を一般
的条件に拡張し、これによって荷電粒子ビームを数分の
一に圧縮することができる。この圧縮装置を適用した環
状型加速器によれば、衝突実験を行う場合には荷電粒子
ビームの衝突頻度を高めることができ、あるいは放射光
を発生させる場合には放射光の輝度を高めることができ
る。
ム圧縮方法あるいは圧縮装置によれば、電磁場による偏
向モードを用いて荷電粒子ビームを圧縮する方法を一般
的条件に拡張し、これによって荷電粒子ビームを数分の
一に圧縮することができる。この圧縮装置を適用した環
状型加速器によれば、衝突実験を行う場合には荷電粒子
ビームの衝突頻度を高めることができ、あるいは放射光
を発生させる場合には放射光の輝度を高めることができ
る。
また環状型加速器に対し放射減衰が効かない程度に低い
エネルギで荷電粒子ビームを入射した場合、荷電粒子の
横方向の広がりを長期にわたる周回に関して安定な軌道
領域内に圧縮させ、ビーム損失を少なくすることにより
、低エネルギで大電流の荷電粒子ビームの加速・蓄積が
可能となる。
エネルギで荷電粒子ビームを入射した場合、荷電粒子の
横方向の広がりを長期にわたる周回に関して安定な軌道
領域内に圧縮させ、ビーム損失を少なくすることにより
、低エネルギで大電流の荷電粒子ビームの加速・蓄積が
可能となる。
第１図は本発明に係る荷電粒子ビーム圧縮装置の基本要
素となる空胴の第１実施例を示す斜視図、第２図は同空
胴の水平断面図、第３図は空胴内の荷電粒子の軌道にお
ける電磁場の水平面分布を示す図、第４図は本発明にお
ける同期条件を満たすための発振器部分を示す構成図、
第５図は発振器部分の他の実施例を示す構成図、第６図
は位相関係を示す特性図、第７図は本発明の第２実施例
を示す第１図と同様な図、第８図は環状型加速器の例を
示す構成図である。 〔符号の説明〕 １．１′ ・・・空胴 ２・・・・・・ビームダクト ３・・・・・・外部発振器 ４−ｍ−・●●結合アンテナ ５・一・・・・チューナ ６・・・・・・電気力線 ７・・・・・・磁力線
素となる空胴の第１実施例を示す斜視図、第２図は同空
胴の水平断面図、第３図は空胴内の荷電粒子の軌道にお
ける電磁場の水平面分布を示す図、第４図は本発明にお
ける同期条件を満たすための発振器部分を示す構成図、
第５図は発振器部分の他の実施例を示す構成図、第６図
は位相関係を示す特性図、第７図は本発明の第２実施例
を示す第１図と同様な図、第８図は環状型加速器の例を
示す構成図である。 〔符号の説明〕 １．１′ ・・・空胴 ２・・・・・・ビームダクト ３・・・・・・外部発振器 ４−ｍ−・●●結合アンテナ ５・一・・・・チューナ ６・・・・・・電気力線 ７・・・・・・磁力線
Claims (9)
- （１）荷電粒子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を
形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速するための
高周波加速空胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビーム
を閉じ込める真空容器とを含む環状型加速器に適用され
る荷電粒子ビーム圧縮方法であり、前記荷電粒子の軌道
上に、中心軌道方向に電界成分を有し且つ軌道面に垂直
な方向に磁界成分を有する偏向モードを発生させ、この
偏向モードを前記高周波加速空胴の基本加速モードと同
期させて前記偏向モードを励振し、前記荷電粒子ビーム
のエネルギの広がりを大きくし且つベータトロン振動の
エミッタンスを小さくすることにより前記荷電粒子ビー
ムを細く絞り込むようにしたことを特徴とする荷電粒子
ビーム圧縮方法。 - （２）請求項１記載の荷電粒子ビーム圧縮方法において
、前記偏向モードと前記基本加速モードとの間の前記同
期は、偏向モードの励振周波数を基本加速度モードの励
振周波数のｎ／ｈ倍（ｎ：整数、ｈ：ハーモニック数）
にすることにより行われることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム圧縮方法。 - （３）請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム圧縮方法に
おいて、前記偏向モードは外部から与えられる高周波に
よる励振によって発生させることを特徴とする荷電粒子
ビーム圧縮方法。 - （４）請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム圧縮方法に
おいて、前記偏向モードは荷電粒子のみによる励振によ
って発生させることを特徴とする荷電粒子ビーム圧縮方
法。 - （５）請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビ
ーム圧縮方法において、前記偏向モードはＴＭモード又
はＴＥモードのいずれかであることを特徴とする荷電粒
子ビーム圧縮方法。 - （６）荷電粒子の平衡軌道およびその周囲の安定軌道を
形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速するための
高周波加速空胴と、前記荷電粒子による荷電粒子ビーム
を閉じ込める真空容器とを含む環状型加速器において、
前記荷電粒子の軌道上に、中心軌道方向に電界成分を有
し且つ軌道面に垂直な方向に磁界成分を有してなる偏向
モードを、偏向モードを前記高周波加速空胴の基本加速
モードと同期させて励振することにより発生させる圧縮
用空胴を設け、前記圧縮用空胴内に前記荷電粒子ビーム
が通過する時、荷電粒子ビームのエネルギの広がりを大
きくし且つベータトロン振動のエミッタンスを小さくす
ることにより前記荷電粒子ビームが細く絞り込まれるよ
うにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム圧縮装置。 - （７）請求項６記載の荷電粒子ビーム圧縮装置において
、前記圧縮用空胴に高周波発振器を設け、この高周波発
振器で前記圧縮用空胴に対し前記同期条件を満たす高周
波を供給し、前記圧縮用空胴内の前記偏向モードを励振
するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム圧縮装
置。 - （８）請求項６又は７に記載された圧縮用空胴をを荷電
粒子の軌道上に配設し、荷電粒子ビームを細く絞り込む
荷電粒子ビーム圧縮装置を備えるようにしたことを特徴
とする放射光発生用電子蓄積リング。 - （９）請求項６又は７に記載された圧縮用空胴をを荷電
粒子の軌道上に配設し、荷電粒子ビームを細く絞り込む
荷電粒子ビーム圧縮装置を備えるようにしたことを特徴
とする環状型衝突加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229590A JPH03216999A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1229590A JPH03216999A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216999A true JPH03216999A (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=11801340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1229590A Pending JPH03216999A (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03216999A (ja) |
-
1990
- 1990-01-22 JP JP1229590A patent/JPH03216999A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Symons et al. | Cyclotron resonance devices | |
| Bratman et al. | High-efficiency wideband gyro-TWTs and gyro-BWOs with helically corrugated waveguides | |
| Floettmann | rf-induced beam dynamics in rf guns and accelerating cavities | |
| Semenov et al. | Reduction of the multipactor threshold due to electron cyclotron resonance | |
| JPS61118938A (ja) | 超高周波イオン源点弧方法および装置 | |
| US3450931A (en) | Cyclotron motion linear accelerator | |
| JP2555112B2 (ja) | 荷電粒子ビーム冷却法 | |
| US5363054A (en) | Double beam cyclotron maser | |
| US5280490A (en) | Reverse guide field free electron laser | |
| Ferrario et al. | Recent advances and novel ideas for high brightness electron beam production based on photo-injectors | |
| Ho et al. | A novel wiggler design for use in a high-efficiency free-electron laser | |
| JPH03216999A (ja) | 荷電粒子ビーム圧縮方法および圧縮装置、圧縮装置を含む環状型加速器 | |
| US4491765A (en) | Quasioptical gyroklystron | |
| Nezhevenko et al. | Design of a high power X-band magnicon amplifier | |
| US5245250A (en) | Method for controlling a charged particle beam | |
| Geddes et al. | Enhanced dissociation of molecular nitrogen in a microwave plasma with an applied magnetic field | |
| JPS59197179A (ja) | 超高周波無線電波発生装置用電子ビ−ム注入装置 | |
| US5982787A (en) | Rippled beam free electron laser amplifier | |
| JP2794535B2 (ja) | アンジュレータおよび自由電子レーザ発振方法 | |
| JP2794534B2 (ja) | アンジュレータおよび自由電子レーザー装置 | |
| Pasour et al. | Plasma wakefield klystron | |
| JPH0439899A (ja) | 荷電粒子ビーム圧縮方法、荷電粒子ビーム圧縮装置及び環状型粒子加速器 | |
| Korovin et al. | Tunable vircators with e-beam premodulation | |
| JP3020804B2 (ja) | ビームチョッパ装置 | |
| JP2983272B2 (ja) | 高周波空胴型電子銃 |