JPH05144596A - 荷電粒子ビーム合体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電粒子ビームを合体させてビーム電流値を
増大させる。 【構成】 荷電粒子ビーム出射装置２４，３０からタイ
ミングを合わせて荷電粒子ビーム３２，３６を出射す
る。荷電粒子ビーム３２は直進し、荷電粒子ビーム３６
は偏向電磁石４０およびセプタム電磁石４２で曲げられ
て荷電粒子ビーム３２に接近する。接近した荷電粒子ビ
ーム３２，３６は先細りのスクリュー型ソレノイド５２
に入射されて合体して出射され、ビーム電流値の大きな
荷電粒子ビーム６６が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、荷電粒子ビームの照
射実験等において、荷電粒子ビームを合体させてビーム
電流値を増大させるための荷電粒子合体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビームの照射実験として、例え
ば荷電粒子ビームをタンタル・コンバータに照射してポ
ジトロンを放出させる実験がある。この照射実験を行な
う従来の実験装置を図２に示す。荷電粒子ビーム発生装
置１０で発生された荷電粒子ビーム１２はリニアック１
４で光速近くに加速されてタンタル・コンバータ１６に
照射されてポジトロン１８を放出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記図２の実験装置の
ように単一の荷電粒子ビーム出射装置１を用いるもので
は荷電粒子ビーム１２の電流値に限界があり、このため
タンタル・コンバータ１６から放出されるポジトロン１
８の数が少なく、理想的な実験を行なうことができなか
った。この発明は前記従来の技術における問題点を解決
してビーム電流値を増大させることを可能にした荷電粒
子ビーム合体装置を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、荷電粒子ビ
ームを出射する複数の荷電粒子ビーム出射装置と、これ
ら複数の荷電粒子ビーム出射装置からそれぞれ出射され
た荷電粒子ビームの軌道を相互に接近させるセプタム電
磁石と、このセプタム電磁石で接近された複数の荷電粒
子ビームを先細りのコイル空洞中に共通に通過させるス
クリュー型ソレノイドと、前記複数の荷電粒子ビーム出
射装置から発生された荷電粒子ビームが前記スクリュー
型ソレノイドに略々同時に入射されるように当該複数の
荷電粒子ビーム出射装置から相互に同期をとって荷電粒
子ビームを発生させるタイミング制御手段とを具備して
なるものである。

【０００５】

【作用】この発明によれば、複数の荷電粒子ビーム出射
装置から相互に同期をとって出射された荷電粒子ビーム
はセプタム電磁石で相互に軌道を接近させてスクリュー
型ソレノイドのコイル空洞内に入り、このコイル空洞内
を通る磁力線に巻き付くように動作する。そして、コイ
ル空洞は先細りになっているので、荷電粒子ビームが合
体してビーム電流値を増大させることができる。これに
より、例えばタンタル・コンバータに照射した場合に大
量のポジトロンを放出させることができる。

【０００６】

【実施例】この発明の一実施例を図１に平面図で示す。
ここでは２台の荷電粒子ビーム出射装置２４，３０を並
列に設けた場合を示す。荷電粒子ビームの通過路はすべ
て超高真空状態に保持されている。荷電粒子ビーム出射
装置２４は、荷電粒子ビーム発生装置２０からパルス状
に発生された荷電粒子ビーム３２をリニアック２２で光
速近くに加速して、直線状の軌道３４に出射する。

【０００７】荷電粒子ビーム出射装置３０は、荷電粒子
ビーム発生装置２６からパルス状に発生された荷電粒子
ビーム３６を光速近くに加速して、軌道３８に出射す
る。この軌道３８は偏向電磁石４０で荷電粒子ビーム出
射装置２４の軌道３４の方向に曲げられ（リニアック２
２をセプタム電磁石４４の方向に斜めに向ければ偏向電
磁石４０は不要である。）、セプタム電磁石４２で軌道
３４に接近した状態で略々平行にされる。

【０００８】図３はセプタム電磁石４２の端面構造（図
１のＡ−Ａ矢視図）を示したものである。セプタム電磁
石４２は断面コ字状のコア４４を図１のように扇形に形
成し、磁気ギャップ４６中にコイルを構成する内部導体
４８と外部導体５０を配設している。外部導体５０はセ
プタム（隔壁）を兼ねている。軌道３８はセプタム５０
の内側を通って、セプタム５０の外側を通る軌道３４に
徐々に接近しかつ平行になっていく。セプタム５０の厚
さが例えば１mm以下でビームサイズが数mm以下とすれば
両ビーム３２，３６は十分に接近した状態といえる。

【０００９】セプタム電磁石４２を通過した後２つの軌
道３４，３６はスクリュー型ソレノイド５２内に導かれ
る。スクリュー型ソレノイド５２は、図４に拡大して示
すようにコイル空洞５４内が先細りになっており、この
中に導かれた荷電粒子ビーム３２，３６は磁力線に巻き
付くように振る舞ってしだいに締られていくので、軌道
３４，３８は合体して１本の軌道３７となる。合体した
軌道３７は図１のタンタル・コンバータ５８に導かれ
る。

【００１０】図１において、タイミング制御手段６０は
荷電粒子ビーム出射装置２４，３０の出射タイミングお
よびセプタム電磁石４２とスクリュー型ソレノイド５２
の励磁タイミングを制御するものである。タイミングの
一例を図５に示す。軌道３４，３８を比べると軌道３８
のほうが長いので、図５（ｂ）のように荷電粒子ビーム
出射装置３０から先に荷電粒子ビーム３６を出射する。
荷電粒子ビーム出射装置２４はスクリュー型ソレノイド
５２の入口に荷電粒子ビーム３２，３６が同時に到着す
るように、図５（ａ）のように荷電粒子ビーム出射装置
３０の出射から時間Δｔ１遅れて荷電粒子ビーム３２を
出射する。この遅れ時間Δｔ１は、 Δｔ１＝（Ｌ２−Ｌ１）／ｃ 但し、Ｌ１：ソレノイド５２の入口までの軌道３４の長
さ Ｌ２：ソレノイド５２の入口までの軌道３８の長さ ｃ：光速（荷電粒子ビームの速さ） で与えられる。

【００１１】セプタム電磁石４２は、図６に示すように
励磁を開始から励磁量がピークに達するまで時間を要す
るが（正弦波の１／２周期分の波形となる）、このピー
クタイミングで荷電粒子ビーム３６がセプタム電磁石４
２を通過するようにする。このため、図５（ｃ）に示す
ように荷電粒子ビーム３０の出射タイミングから時間Δ
ｔ２遅れてセプタム電磁石４２の励磁量ピークタイミン
グが開始されるように励磁タイミングを制御する。この
遅れ時間Δｔ２は、 Δｔ２＝Ｌ３／ｃ 但し、Ｌ３：セプタム電磁石４２の入口までの軌道３８
の長さ で与えられる。

【００１２】スクリュー型ソレノイド５２はセプタム電
磁石４２と同様に、図６に示すように励磁を開始から励
磁量がピークに達するまで時間を要するが、このピーク
タイミングで荷電粒子ビーム３２，３６がスクリュー型
ソレノイド５２を通過するようにする。このため、図５
（ｄ）に示すように荷電粒子ビーム３０の出射タイミン
グから時間Δｔ３遅れてスクリュー型ソレノイド５２の
励磁量ピークタイミングが開始されるように励磁タイミ
ングを制御する。この遅れ時間Δｔ３は、 Δｔ３＝Ｌ２／ｃ で与えられる。

【００１３】以上のようなの構成によれば、荷電粒子ビ
ーム出射装置２４，３０から図５（ａ），（ｂ）のタイ
ミングで荷電粒子ビーム３２，３６を出射すると、荷電
粒子ビーム３６は偏向電磁石４０およびセプタム電磁石
４２を通過して荷電粒子ビーム３２に接近し、スクリュ
ー型ソレノイド５２に入射される。

【００１４】スクリュー型ソレノイド５２では荷電粒子
ビーム３２，３６は磁力線に巻き付くように振る舞う。
そして、スクリュー型ソレノイド５２のコイル空洞５４
は先細りになっているので両ビーム３２，３６は合体し
て個々の２倍のビーム電流値を有する１つの荷電粒子ビ
ーム６６となる。この荷電粒子ビーム６６はタンタル・
コンバータ５８に照射されて、多量のポジトロン６８が
放出される。

【００１５】

【他の実施例】前記実施例では荷電粒子ビーム出射装置
を２台設けた場合について示したが３台以上設けること
もできる。図７は３台設けた例で、前記図１の構成に加
えてさらに荷電粒子ビーム発生装置７０とリニアック２
２からなる荷電粒子ビーム出射装置２４を設けて、その
ビーム軌道７６を偏向電磁石７８とセプタム電磁石８０
で軌道３７に接近させてスクリュー型ソレノイド８２で
１本の軌道８４にまとめることにより、３台の荷電粒子
ビーム出射装置２４，３０，７４からの荷電粒子ビーム
を合体させて、個々の３倍のビーム電流値を有する１つ
の荷電粒子ビームを出射させる。

【００１６】なお、図７ではカスケード接続で３つの軌
道３４，３８，７６を合体させたが、図８に示すように
３台の荷電粒子出射装置２４，２６，７４を並列に設け
て１つのスクリュー型ソレノイド５２で一度に合体させ
ることもできる。尚、図９は図８のセプタム電磁石４
２，８０の端面構造（Ｂ−Ｂ矢視）を示したものであ
る。

【００１７】

【変更例】前記実施例ではこの発明を荷電粒子ビームの
照射実験装置に適用した場合について説明したが、その
他各種用途において荷電粒子ビームの電流値を増大させ
る場合に適用することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、複数の荷電粒子ビーム出射装置から相互に同期をと
って出射された荷電粒子ビームはセプタム電磁石で相互
に軌道を接近させてスクリュー型ソレノイドのコイル空
洞内に入り、このコイル空洞内を通る磁力線に巻き付く
ように動作する。そして、コイル空洞は先細りになって
いるので、荷電粒子ビームが合体してビーム電流値を増
大させることができる。これにより、例えばタンタル・
コンバータに照射した場合に大量のポジトロンを放出さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】従来の荷電粒子ビーム照射装置を示す平面図で
ある。

【図３】図１のＡ−Ａ矢視端面図である。

【図４】図１のスクリュー型ソレノイドの拡大平面図で
ある。

【図５】図１のタイミング制御手段６０によるタイミン
グ制御を示すタイムチャートである。

【図６】図１のセプタム電磁石４２およびスクリュー型
ソレノイド５２の励磁電流波形図である。

【図７】この発明の他の実施例を示す平面図である。

【図８】この発明のさらに別の実施例を示す平面図であ
る。

【図９】図８のＢ−Ｂ矢視図である。

【符号の説明】

２４，３０ 荷電粒子ビーム出射装置 ３２ 荷電粒子ビーム ４４ セプタム電磁石 ５２ スクリュー型ソレノイド ５４ コイル空洞 ６０ タイミング制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビームを出射する複数の荷電粒子
   ビーム出射装置と、 これら複数の荷電粒子ビーム出射装置からそれぞれ出射
   された荷電粒子ビームの軌道を相互に接近させるセプタ
   ム電磁石と、 このセプタム電磁石で接近された複数の荷電粒子ビーム
   を先細りのコイル空洞中に共通に通過させるスクリュー
   型ソレノイドと、 前記複数の荷電粒子ビーム出射装置から発生された荷電
   粒子ビームが前記スクリュー型ソレノイドに略々同時に
   入射されるように当該複数の荷電粒子ビーム出射装置か
   ら相互に同期をとって荷電粒子ビームを発生させるタイ
   ミング制御手段とを具備してなる荷電粒子ビーム合体装
   置。