JPH05258900A - 円形加速器並びにそのビーム出射方法 - Google Patents
円形加速器並びにそのビーム出射方法Info
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- JPH05258900A JPH05258900A JP5127392A JP5127392A JPH05258900A JP H05258900 A JPH05258900 A JP H05258900A JP 5127392 A JP5127392 A JP 5127392A JP 5127392 A JP5127392 A JP 5127392A JP H05258900 A JPH05258900 A JP H05258900A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】円形加速器からのビーム出射において、出射効
率が高く、出射電流の大きいビーム出射を実現し、さら
に加速器の小型化を図る。 【構成】円形加速器からのビーム出射において、出射過
程でビーム中心位置を変化させ平均的にビーム中心位置
を出射用デフレクターに近付けていく。このビーム中心
位置の変化は、ベータトロン振動に同期した高周波を外
部から加えるか、あるいは、高周波によりビームのエネ
ルギーを変えるか、あるいは、電磁石でビーム軌道を変
化させるかのいずれかの方法により行なう。 【効果】ビーム出射時のビーム中心位置を変化させ、ビ
ーム全体を出射用デフレクターに近づけて行くことによ
り、径が大きいビームを低損失率で出射できる。
率が高く、出射電流の大きいビーム出射を実現し、さら
に加速器の小型化を図る。 【構成】円形加速器からのビーム出射において、出射過
程でビーム中心位置を変化させ平均的にビーム中心位置
を出射用デフレクターに近付けていく。このビーム中心
位置の変化は、ベータトロン振動に同期した高周波を外
部から加えるか、あるいは、高周波によりビームのエネ
ルギーを変えるか、あるいは、電磁石でビーム軌道を変
化させるかのいずれかの方法により行なう。 【効果】ビーム出射時のビーム中心位置を変化させ、ビ
ーム全体を出射用デフレクターに近づけて行くことによ
り、径が大きいビームを低損失率で出射できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを周回
させ荷電粒子ビームを出射させる円形加速器と、荷電粒
子ビームの出射方法に関する。
させ荷電粒子ビームを出射させる円形加速器と、荷電粒
子ビームの出射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、円形加速器では、加速した電子や
イオンの荷電粒子ビームを周回させ、その周回軌道から
出射し、出射された荷電粒子ビームは輸送系で輸送さ
れ、物理実験や医療等に使用してきた。この荷電粒子ビ
ームの出射では、分子科学研究所「入射用シンクロトロ
ンの設計」ＵＶＳＯＲ−７（昭和５６年３月）の第２６
頁から第２７頁と第８１頁から第８７頁で論じられてい
るようにキッカー電磁石を使用する方法が用いられてき
た。
イオンの荷電粒子ビームを周回させ、その周回軌道から
出射し、出射された荷電粒子ビームは輸送系で輸送さ
れ、物理実験や医療等に使用してきた。この荷電粒子ビ
ームの出射では、分子科学研究所「入射用シンクロトロ
ンの設計」ＵＶＳＯＲ−７（昭和５６年３月）の第２６
頁から第２７頁と第８１頁から第８７頁で論じられてい
るようにキッカー電磁石を使用する方法が用いられてき
た。
【０００３】この従来の出射では、バンプ電磁石によ
り、出射前に、ビームの重心を真空ダクト中心から出射
用のデフレクター側に寄せておく。このような状態で、
ビームを周回させ、ビームの最後部がキッカー電磁石を
通り過ぎ、最前部が再び来るまでの間（通常、数１０ｎ
ｓ）にキッカー電磁石を励磁する。励磁後、一定になっ
たキッカー電磁石の磁場によりビーム軌道を曲げて出射
用デフレクター入口にビームを導く。即ち、ビームは、
キッカー電磁石の磁場が一定になった後、一周以内に出
射される。
り、出射前に、ビームの重心を真空ダクト中心から出射
用のデフレクター側に寄せておく。このような状態で、
ビームを周回させ、ビームの最後部がキッカー電磁石を
通り過ぎ、最前部が再び来るまでの間（通常、数１０ｎ
ｓ）にキッカー電磁石を励磁する。励磁後、一定になっ
たキッカー電磁石の磁場によりビーム軌道を曲げて出射
用デフレクター入口にビームを導く。即ち、ビームは、
キッカー電磁石の磁場が一定になった後、一周以内に出
射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
次のような問題点が有った。
次のような問題点が有った。
【０００５】第１に、ビーム径が大きい場合、出射用の
デフレクター入口幅に納まらなくなり、ビームの一部が
デフレクター壁に衝突してしまい、荷電粒子ビームの出
射効率が低くなる。
デフレクター入口幅に納まらなくなり、ビームの一部が
デフレクター壁に衝突してしまい、荷電粒子ビームの出
射効率が低くなる。
【０００６】第２に、キッカー電磁石は、数１０ｎｓ程
度の短時間で励磁するために、磁場強度を大きくするこ
とが困難である。従って、ビームを出射するのに必要な
磁場強度を得るためには、キッカー電磁石を多数使う必
要があり、加速器の小型化を阻害していた。
度の短時間で励磁するために、磁場強度を大きくするこ
とが困難である。従って、ビームを出射するのに必要な
磁場強度を得るためには、キッカー電磁石を多数使う必
要があり、加速器の小型化を阻害していた。
【０００７】本発明の第１の目的は、周回中の荷電粒子
ビームの出射効率の高い円形加速器とそのための荷電粒
子ビーム出射方法を提供することにある。
ビームの出射効率の高い円形加速器とそのための荷電粒
子ビーム出射方法を提供することにある。
【０００８】本発明の第２の目的は、出射電流の大きい
円形加速器とそのための荷電粒子ビーム出射方法を提供
することにある。
円形加速器とそのための荷電粒子ビーム出射方法を提供
することにある。
【０００９】本発明の第３の目的は、ビームを出射する
加速器を小型化することである。
加速器を小型化することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、荷電粒子ビームの中心位置を変化させ、徐々に
出射用デフレクターに近付けていき、ビームが複数回周
回する間にビームの端部から繰返し取り出す。このため
の手段として以下のいずれかを用いる。
ために、荷電粒子ビームの中心位置を変化させ、徐々に
出射用デフレクターに近付けていき、ビームが複数回周
回する間にビームの端部から繰返し取り出す。このため
の手段として以下のいずれかを用いる。
【００１１】（１）高周波電磁場を印加しビーム軌道勾
配を変化させる。
配を変化させる。
【００１２】（２）高周波電磁場を印加しビームのエネ
ルギーを変化させる。
ルギーを変化させる。
【００１３】（３）電磁石の磁場を変化させビーム軌道
勾配を変化させる。
勾配を変化させる。
【００１４】
【作用】以下、本発明の作用を図を用いて説明する。
【００１５】図１は、加速したビームを出射する円形加
速器で、本発明の概要を示す図である。円形加速器は、
偏向電磁石３や４極電磁石５，７や、出射用デフレクタ
ー１３等で構成されている。座標系は、図１に示すよう
に、ビーム周回方向をｓ，水平方向をｘ，垂直方向をｙ
とする。ビームは設計軌道１の周囲をベータトロン振動
しながら周回している。通常、設計軌道１は、真空ダク
トの中心に一致するように採られる。ベータトロン振動
の振幅は、ビームを構成する粒子毎に異なり、振幅の大
きな粒子から小さな粒子まで混在している。したがって
設計軌道１を中心としてベータトロン振動しながら周回
しているビームの径は、ベータトロン振動の振幅の最大
値により決まる。ベータトロン振動の周回軌道一周あた
りの振動数をチューンとよび、水平方向チューンをν
ｘ，垂直方向チューンをνｙとする。水平方向チューン
νｘ，垂直方向チューンνｙの値は、収束用４極電磁石
５及び発散用４極電磁石７の励磁量により調整する。ま
た、ビームのｓ方向の長さは、加速器の周長のおよそ１
／１０から１／４程度であり、ビームは、バンチ状で周
回している。
速器で、本発明の概要を示す図である。円形加速器は、
偏向電磁石３や４極電磁石５，７や、出射用デフレクタ
ー１３等で構成されている。座標系は、図１に示すよう
に、ビーム周回方向をｓ，水平方向をｘ，垂直方向をｙ
とする。ビームは設計軌道１の周囲をベータトロン振動
しながら周回している。通常、設計軌道１は、真空ダク
トの中心に一致するように採られる。ベータトロン振動
の振幅は、ビームを構成する粒子毎に異なり、振幅の大
きな粒子から小さな粒子まで混在している。したがって
設計軌道１を中心としてベータトロン振動しながら周回
しているビームの径は、ベータトロン振動の振幅の最大
値により決まる。ベータトロン振動の周回軌道一周あた
りの振動数をチューンとよび、水平方向チューンをν
ｘ，垂直方向チューンをνｙとする。水平方向チューン
νｘ，垂直方向チューンνｙの値は、収束用４極電磁石
５及び発散用４極電磁石７の励磁量により調整する。ま
た、ビームのｓ方向の長さは、加速器の周長のおよそ１
／１０から１／４程度であり、ビームは、バンチ状で周
回している。
【００１６】図１の出射用デフレクター１３が設置され
ているｓ方向位置をｓｏとし、ｓ＝ｓｏ前後の磁石配置
とビーム中心軌道を図８に示す。図８に示す実線１は、
設計軌道で出射前の安定周回中のビーム中心軌道の位置
になっている。通常、このビーム中心軌道は、真空ダク
トの中心位置に一致させる。本発明では、図８に示すよ
うにこのビーム中心軌道５０を、振動させながら移動さ
せるか、一方向に移動させることにより、平均的には、
出射用デフレクターに近付けて行き、バンチの一部ずつ
繰返し出射する。その結果、径の大きいビームを高い効
率で取り出すことができ、利用効率の高い、或いは出射
電流の大きい円形加速器及びそのための荷電粒子ビーム
出射方法を提供出来る。
ているｓ方向位置をｓｏとし、ｓ＝ｓｏ前後の磁石配置
とビーム中心軌道を図８に示す。図８に示す実線１は、
設計軌道で出射前の安定周回中のビーム中心軌道の位置
になっている。通常、このビーム中心軌道は、真空ダク
トの中心位置に一致させる。本発明では、図８に示すよ
うにこのビーム中心軌道５０を、振動させながら移動さ
せるか、一方向に移動させることにより、平均的には、
出射用デフレクターに近付けて行き、バンチの一部ずつ
繰返し出射する。その結果、径の大きいビームを高い効
率で取り出すことができ、利用効率の高い、或いは出射
電流の大きい円形加速器及びそのための荷電粒子ビーム
出射方法を提供出来る。
【００１７】次に、前記ビーム中心軌道５０を移動させ
る手段について説明する。ビームの中心を移動させる方
法は、課題を解決するための手段で示した３つの方法に
大別される。
る手段について説明する。ビームの中心を移動させる方
法は、課題を解決するための手段で示した３つの方法に
大別される。
【００１８】手段（１）の電磁場は、電場は、出射面内
で印加し、磁場は、出射面に垂直に印加し、ビームの軌
道勾配を変化させる。ビームは、図１の設計軌道１の周
囲をベータトロン振動しながら周回しており、１周当り
の振動数をチューンと呼んでいる。（１）の電磁場の周
波数は、ビーム全体即ちビーム中心がベータトロン振動
に同期する周波数を用いる。すなわち、チューンの小数
部νｓと周回周波数ｆｒの積で定義される周波数ｆｏ
(＝ｆｒ・νｓ)の整数倍（ｎｆｏ：ｎは整数）に概ね等
しい周波数を用いる。用いる周波数のｎｆｏからのずれ
は、例えばｆｏの±２５％程度の周波数差であれば、外
部から加えた電磁場とベータトロン振動が同期する。そ
の結果、ビーム全体即ちビーム中心が振動し、周回ごと
にビーム中心の振動振幅は増加し、ビーム全体が、出射
用デフレクターに近づいていく。その結果、ビームの端
部からデフレクターに入り出射される。
で印加し、磁場は、出射面に垂直に印加し、ビームの軌
道勾配を変化させる。ビームは、図１の設計軌道１の周
囲をベータトロン振動しながら周回しており、１周当り
の振動数をチューンと呼んでいる。（１）の電磁場の周
波数は、ビーム全体即ちビーム中心がベータトロン振動
に同期する周波数を用いる。すなわち、チューンの小数
部νｓと周回周波数ｆｒの積で定義される周波数ｆｏ
(＝ｆｒ・νｓ)の整数倍（ｎｆｏ：ｎは整数）に概ね等
しい周波数を用いる。用いる周波数のｎｆｏからのずれ
は、例えばｆｏの±２５％程度の周波数差であれば、外
部から加えた電磁場とベータトロン振動が同期する。そ
の結果、ビーム全体即ちビーム中心が振動し、周回ごと
にビーム中心の振動振幅は増加し、ビーム全体が、出射
用デフレクターに近づいていく。その結果、ビームの端
部からデフレクターに入り出射される。
【００１９】手段（２）の電磁場は、分散関数がゼロで
ない位置で印加し、電場がビームの周回方向に向かうよ
うに印加する。分散関数ηを用いると、運動量が設計値
から△ｐ／ｐずれたビームの中心のダクト中心からの水
平方向距離ｘは次式で求められる。
ない位置で印加し、電場がビームの周回方向に向かうよ
うに印加する。分散関数ηを用いると、運動量が設計値
から△ｐ／ｐずれたビームの中心のダクト中心からの水
平方向距離ｘは次式で求められる。
【００２０】ｘ＝η・△ｐ／ｐ ここで、分散関数ηは、偏向電磁石３および４極電磁石
５，７の励磁量で決まる加速器のパラメーターである。
５，７の励磁量で決まる加速器のパラメーターである。
【００２１】従って、ビームのエネルギーを変化させ
て、ビームの運動量を変え、ビームの中心位置を出射用
デフレクターに近付けていき、ビームの端部から順次出
射する。
て、ビームの運動量を変え、ビームの中心位置を出射用
デフレクターに近付けていき、ビームの端部から順次出
射する。
【００２２】手段（３）の磁場は、出射する面が水平面
の時は、垂直方向（ｙ方向）に印加し、出射面が垂直面
の時は、水平方向（ｘ方向）に印加する。これは、磁場
によりビームの軌道勾配を変化させ、ビーム中心を移動
させる方法で、電磁石の磁場を変化させ、一周ごとにビ
ーム中心即ちビーム全体を出射用デフレクターに近づけ
ていくことにより、ビームの端部からデフレクターに入
り出射される。
の時は、垂直方向（ｙ方向）に印加し、出射面が垂直面
の時は、水平方向（ｘ方向）に印加する。これは、磁場
によりビームの軌道勾配を変化させ、ビーム中心を移動
させる方法で、電磁石の磁場を変化させ、一周ごとにビ
ーム中心即ちビーム全体を出射用デフレクターに近づけ
ていくことにより、ビームの端部からデフレクターに入
り出射される。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２４】図１は、本発明の第１の実施例で、エネル
ギーがおよそ２０ＭｅＶのプロトンを入射し、１００Ｍ
ｅＶまで加速し、その後、出射する円形加速器の機器配
置を示す図である。円形加速器には、前段加速器１６か
らのビーム１７を、ビーム輸送系１８を介して入射器１
５から入射する。入射されたビーム１７にエネルギーを
与える高周波加速空胴８，ビーム軌道を曲げる偏向電磁
石３，ビームのベータトロン振動を制御する４極電磁石
５，７、粒子を出射用ビーム輸送系に出射するための出
射用デフレクター１３、及び本発明のビーム中心位置を
振動させるための高周波印加用装置１４から構成されて
いる。これらの機器のうち、ビームに高周波を印加する
装置１４及び出射用デフレクター１３は、ビームを目標
エネルギーまで加速した後の出射する過程でのみ使用す
る。
ギーがおよそ２０ＭｅＶのプロトンを入射し、１００Ｍ
ｅＶまで加速し、その後、出射する円形加速器の機器配
置を示す図である。円形加速器には、前段加速器１６か
らのビーム１７を、ビーム輸送系１８を介して入射器１
５から入射する。入射されたビーム１７にエネルギーを
与える高周波加速空胴８，ビーム軌道を曲げる偏向電磁
石３，ビームのベータトロン振動を制御する４極電磁石
５，７、粒子を出射用ビーム輸送系に出射するための出
射用デフレクター１３、及び本発明のビーム中心位置を
振動させるための高周波印加用装置１４から構成されて
いる。これらの機器のうち、ビームに高周波を印加する
装置１４及び出射用デフレクター１３は、ビームを目標
エネルギーまで加速した後の出射する過程でのみ使用す
る。
【００２５】入射器１５から入射されたビームは、周回
する過程で偏向電磁石３で軌道が曲げられる。また、４
極電磁石では、設計軌道１からのずれに比例した力で軌
道勾配が変えられる。４極電磁石５は、水平方向にビー
ムを収束する方向に軌道勾配を変え、４極電磁石７は、
水平方向にビームを発散させる方向に軌道勾配を変える
働きをする。垂直方向には、各々の４極電磁石は、水平
方向の収束，発散と反対の機能を持つ。これらの４極電
磁石の働きにより、ビームは設計軌道１のまわりをベー
タトロン振動しながら周回し、ベータトロン振動の振動
数は、収束用４極電磁石５，発散用４極電磁石７の励磁
量により制御できる。加速器一周あたりのベータトロン
振動数をチューンと呼ぶ。本実施例では水平方向チュー
ンνｘを１.７５、垂直方向チューンνｙを１.２５にな
るように４極電磁石５，７を調整しておく。この状態で
ビームは加速器内を安定に周回するが、その過程で高周
波加速空胴８からエネルギーを与えられる。高周波加速
空胴に印加する高周波の周波数ｆは、ビームが周回する
周波数の整数倍（ｎ倍）にする。この高周波の周波数に
同期するようにビームは、周回方向即ちｓ方向にｎ個の
塊状（バンチ状）になって周回する。
する過程で偏向電磁石３で軌道が曲げられる。また、４
極電磁石では、設計軌道１からのずれに比例した力で軌
道勾配が変えられる。４極電磁石５は、水平方向にビー
ムを収束する方向に軌道勾配を変え、４極電磁石７は、
水平方向にビームを発散させる方向に軌道勾配を変える
働きをする。垂直方向には、各々の４極電磁石は、水平
方向の収束，発散と反対の機能を持つ。これらの４極電
磁石の働きにより、ビームは設計軌道１のまわりをベー
タトロン振動しながら周回し、ベータトロン振動の振動
数は、収束用４極電磁石５，発散用４極電磁石７の励磁
量により制御できる。加速器一周あたりのベータトロン
振動数をチューンと呼ぶ。本実施例では水平方向チュー
ンνｘを１.７５、垂直方向チューンνｙを１.２５にな
るように４極電磁石５，７を調整しておく。この状態で
ビームは加速器内を安定に周回するが、その過程で高周
波加速空胴８からエネルギーを与えられる。高周波加速
空胴に印加する高周波の周波数ｆは、ビームが周回する
周波数の整数倍（ｎ倍）にする。この高周波の周波数に
同期するようにビームは、周回方向即ちｓ方向にｎ個の
塊状（バンチ状）になって周回する。
【００２６】次に、図１の円形加速器の装置１４より、
高周波電磁場をビームに印加する。図２に高周波印加装
置１４とその電源２を示す。高周波印加装置１４は、２
つの電極２５，２６で構成し、両電極に電源２から高周
波電圧を印加する。電極２５、２６には、符号が逆の電
圧，電流を電源２から流すことにより、図２に示す方向
の磁場と電場がビームに加わる。図２の負荷抵抗２３
は、印加した電流が電極端部から電源側に反射しないよ
う設置している。加える高周波の周波数ｆは、ビームの
周回周波数ｆｒに水平方向チューン１.７５の小数部０.
７５をかけた値ｆｅとする。ただし、電源２から加える
周波数は、ｆｅの整数倍の周波数でも同一の効果を有す
る。この電磁場の振動は、加速器を周回するビームの振
動と同期する。従って、電磁場の効果で、軌道勾配の絶
対値が周回ごとに増加し、高周波印加装置１４の位置を
通過するごとにビーム中心の振動振幅が増加する。その
結果、ビーム全体が、出射用デフレクター位置へ振動し
ながら近づいていく。その後も電極２５，２６に高周波
電圧を加えるとビーム中心の振動振幅は増加していき、
端部からビームは、出射用デフレクター１３の電極を越
えビーム輸送系へ出射される。本実施例では外部から高
周波を印加する電極を一ヵ所のみに設置しているが、周
回方向の複数ヶ所に設置しても構わない。
高周波電磁場をビームに印加する。図２に高周波印加装
置１４とその電源２を示す。高周波印加装置１４は、２
つの電極２５，２６で構成し、両電極に電源２から高周
波電圧を印加する。電極２５、２６には、符号が逆の電
圧，電流を電源２から流すことにより、図２に示す方向
の磁場と電場がビームに加わる。図２の負荷抵抗２３
は、印加した電流が電極端部から電源側に反射しないよ
う設置している。加える高周波の周波数ｆは、ビームの
周回周波数ｆｒに水平方向チューン１.７５の小数部０.
７５をかけた値ｆｅとする。ただし、電源２から加える
周波数は、ｆｅの整数倍の周波数でも同一の効果を有す
る。この電磁場の振動は、加速器を周回するビームの振
動と同期する。従って、電磁場の効果で、軌道勾配の絶
対値が周回ごとに増加し、高周波印加装置１４の位置を
通過するごとにビーム中心の振動振幅が増加する。その
結果、ビーム全体が、出射用デフレクター位置へ振動し
ながら近づいていく。その後も電極２５，２６に高周波
電圧を加えるとビーム中心の振動振幅は増加していき、
端部からビームは、出射用デフレクター１３の電極を越
えビーム輸送系へ出射される。本実施例では外部から高
周波を印加する電極を一ヵ所のみに設置しているが、周
回方向の複数ヶ所に設置しても構わない。
【００２７】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
第２の実施例では、ビームに周回方向の電界成分を持つ
高周波を印加する。第２の実施例を図３に示す。高周波
電界は、図３の加速器において分散関数がゼロでない位
置に設置した高周波印加空胴３１から印加する。第１の
実施例とは、高周波印加装置１４と高周波印加空胴３１
が異なるだけで他は同一である。高周波印加空胴３１
は、ビームのエネルギーを増加させるのに使用する高周
波加速空胴８と同一構造の物であるが、ビーム出射時の
み使用する。高周波加速空胴８及び高周波印加空胴３１
には、周波数がビームの周回周波数ｆｒに等しい高周波
を印加する。ただし、この出射用の高周波印加空胴３１
と従来から使用されてきた高周波加速空胴８に印加する
高周波は、以下に述べるように位相をずらす。これらの
高周波強度の時間変化と高周波の位相上でのビームの位
置を図４に示す。ビームは、出射を開始する時点で、高
周波加速空胴８に印加する高周波電圧が負から正にかわ
る位相の付近に位置している。出射を開始する時点で、
高周波印加空胴３１に、高周波加速空胴８に印加する高
周波から位相を進ませた高周波を印加する。この場合、
高周波加速空胴８から、高周波印加空胴３１までビーム
が到達する時間ｔｂを考慮して、高周波印加空胴３１の
位置でビームに印加する高周波電界の強度が最大となる
ように、位相差を設定する。また、本実施例では、高周
波印加空胴３１を新たに設置しているが、従来から使用
している高周波加速空胴８のみを使用し、出射開始時に
高周波位相を急激に９０度動かして、上記実施例と同じ
効果を持たせることができる。
第２の実施例では、ビームに周回方向の電界成分を持つ
高周波を印加する。第２の実施例を図３に示す。高周波
電界は、図３の加速器において分散関数がゼロでない位
置に設置した高周波印加空胴３１から印加する。第１の
実施例とは、高周波印加装置１４と高周波印加空胴３１
が異なるだけで他は同一である。高周波印加空胴３１
は、ビームのエネルギーを増加させるのに使用する高周
波加速空胴８と同一構造の物であるが、ビーム出射時の
み使用する。高周波加速空胴８及び高周波印加空胴３１
には、周波数がビームの周回周波数ｆｒに等しい高周波
を印加する。ただし、この出射用の高周波印加空胴３１
と従来から使用されてきた高周波加速空胴８に印加する
高周波は、以下に述べるように位相をずらす。これらの
高周波強度の時間変化と高周波の位相上でのビームの位
置を図４に示す。ビームは、出射を開始する時点で、高
周波加速空胴８に印加する高周波電圧が負から正にかわ
る位相の付近に位置している。出射を開始する時点で、
高周波印加空胴３１に、高周波加速空胴８に印加する高
周波から位相を進ませた高周波を印加する。この場合、
高周波加速空胴８から、高周波印加空胴３１までビーム
が到達する時間ｔｂを考慮して、高周波印加空胴３１の
位置でビームに印加する高周波電界の強度が最大となる
ように、位相差を設定する。また、本実施例では、高周
波印加空胴３１を新たに設置しているが、従来から使用
している高周波加速空胴８のみを使用し、出射開始時に
高周波位相を急激に９０度動かして、上記実施例と同じ
効果を持たせることができる。
【００２８】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
第３の実施例の機器構成を図５に示す。本実施例では、
図５に示すように、出射用デフレクター１３の前後に２
極電磁石３０を複数個設置し、これにより、出射過程で
ビーム中心位置を変化させ、ビーム全体を出射用デフレ
クター１３へ近づけていく。図５に示す複数個の２極電
磁石３０は、それぞれの磁場強度の比を適切にすること
により、ビーム中心軌道５０を、図６に示すように、出
射用デフレクター１３の前後でのみ出射用デフレクター
側に寄せて、二つの２極電磁石３０で挟まれた区間を除
く他の位置では真空ダクト中心位置、即ち、設計軌道１
に一致させておくことができる。この磁場強度の比を一
定に保ちながら、各々の磁場強度を増加させていくと、
ビーム中心位置は、出射用デフレクター側に近付いてい
く。ビームが加速器を１周するごとに、このビーム中心
位置が十分変化するように２極電磁石の励磁量を変化さ
せることにより、ビームは端部から順次出射用デフレク
ター１３に入り外部へ出射される。本実施例では、２極
電磁石３０を使用したが、実施例１及び実施例２で述べ
た高周波を用いる方法と併用した場合も、同様の効果が
得られる。
第３の実施例の機器構成を図５に示す。本実施例では、
図５に示すように、出射用デフレクター１３の前後に２
極電磁石３０を複数個設置し、これにより、出射過程で
ビーム中心位置を変化させ、ビーム全体を出射用デフレ
クター１３へ近づけていく。図５に示す複数個の２極電
磁石３０は、それぞれの磁場強度の比を適切にすること
により、ビーム中心軌道５０を、図６に示すように、出
射用デフレクター１３の前後でのみ出射用デフレクター
側に寄せて、二つの２極電磁石３０で挟まれた区間を除
く他の位置では真空ダクト中心位置、即ち、設計軌道１
に一致させておくことができる。この磁場強度の比を一
定に保ちながら、各々の磁場強度を増加させていくと、
ビーム中心位置は、出射用デフレクター側に近付いてい
く。ビームが加速器を１周するごとに、このビーム中心
位置が十分変化するように２極電磁石の励磁量を変化さ
せることにより、ビームは端部から順次出射用デフレク
ター１３に入り外部へ出射される。本実施例では、２極
電磁石３０を使用したが、実施例１及び実施例２で述べ
た高周波を用いる方法と併用した場合も、同様の効果が
得られる。
【００２９】第４の実施例は、出射中のビーム位置を調
整する方法に関する実施例である。第４の実施例の機器
構成を図７に示す。この実施例では、図１に示した第１
の実施例に加えて、出射用デフレクター１３の前部にビ
ーム中心位置を検出するビーム中心位置計測装置３２、
出射用デフレクター１３の後部にビーム電流モニター３
３を設置している。このビーム中心位置計測装置３２を
用いてビーム中心位置の時間変化を求める。これを用い
て、必要なビーム中心位置の時間変化を得るために、高
周波印加装置１４から印加する高周波強度の値及びその
時間変化パターンを決定する。また、出射用デフレクタ
ー１３の後部に電流モニター３３を設置し、電流測定の
結果に基づき最大電流あるいは所要電流を得るのに必要
な高周波電圧，周波数を決定する。本実施例でのビーム
測定とそれに基づく制御，調整は、実施例２および３の
加速器でも同様に使用できる。
整する方法に関する実施例である。第４の実施例の機器
構成を図７に示す。この実施例では、図１に示した第１
の実施例に加えて、出射用デフレクター１３の前部にビ
ーム中心位置を検出するビーム中心位置計測装置３２、
出射用デフレクター１３の後部にビーム電流モニター３
３を設置している。このビーム中心位置計測装置３２を
用いてビーム中心位置の時間変化を求める。これを用い
て、必要なビーム中心位置の時間変化を得るために、高
周波印加装置１４から印加する高周波強度の値及びその
時間変化パターンを決定する。また、出射用デフレクタ
ー１３の後部に電流モニター３３を設置し、電流測定の
結果に基づき最大電流あるいは所要電流を得るのに必要
な高周波電圧，周波数を決定する。本実施例でのビーム
測定とそれに基づく制御，調整は、実施例２および３の
加速器でも同様に使用できる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、周回中の荷電粒子ビー
ムの出射効率の高い円形加速器とそのための荷電粒子ビ
ーム出射方法を提供できる。
ムの出射効率の高い円形加速器とそのための荷電粒子ビ
ーム出射方法を提供できる。
【００３１】また、本発明によれば、出射電流の大きい
円形加速器とそのための荷電粒子ビーム出射方法を提供
できる。
円形加速器とそのための荷電粒子ビーム出射方法を提供
できる。
【００３２】最後に、本発明によれば、小型の荷電粒子
ビーム出射用円形加速器を提供できる。
ビーム出射用円形加速器を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例の円形加速器を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明の出射用の高周波印加装置を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図３】本発明の第２の実施例の円形加速器を示す図で
ある。
ある。
【図４】第２の実施例での高周波とビームの位相の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例の円形加速器を示す図で
ある。
ある。
【図６】第３の実施例でのビーム中心軌道の位置変化を
示す図である。
示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例の円形加速器を示す図で
ある。
ある。
【図８】本発明の作用を説明するための図である。
１…設計軌道、２…電源、３…偏向電磁石、５…収束用
４極電磁石、７…発散用４極電磁石、８…高周波加速空
胴、１３…出射用デフレクター、１４…高周波印加装
置、１５…入射器、２２…真空ダクト、２３…負荷抵
抗、２５，２６…電極、３０…２極電磁石、３１…高周
波印加空胴、３２…ビーム中心位置計測装置、３３…ビ
ーム電流モニター、５０…ビーム中心軌道。
４極電磁石、７…発散用４極電磁石、８…高周波加速空
胴、１３…出射用デフレクター、１４…高周波印加装
置、１５…入射器、２２…真空ダクト、２３…負荷抵
抗、２５，２６…電極、３０…２極電磁石、３１…高周
波印加空胴、３２…ビーム中心位置計測装置、３３…ビ
ーム電流モニター、５０…ビーム中心軌道。
Claims (12)
- 【請求項１】荷電粒子ビームを周回させる電磁石と、前
記荷電粒子ビームをデフレクターから出射する出射装置
を具備する円形加速器において、 前記出射装置は、時間的に変動する電場または磁場、も
しくは電場と磁場の両方を用いて、出射中に前記荷電粒
子ビームの中心位置を移動させる手段を有することを特
徴とする円形加速器。 - 【請求項２】荷電粒子ビームを周回させる電磁石と、前
記荷電粒子ビームをデフレクターから出射する出射装置
を具備する円形加速器において、 前記出射装置は、時間的に変動する電場または磁場、も
しくは電場と磁場の両方を用いて、出射中の前記荷電粒
子ビームの中心位置を振動させる手段を有することを特
徴とする円形加速器。 - 【請求項３】荷電粒子ビームを周回させる電磁石と、前
記荷電粒子ビームをデフレクターから出射する出射装置
を具備する円形加速器において、 前記出射装置は、時間的に変動する電場または磁場、も
しくは電場と磁場の両方を用いて、出射中に前記荷電粒
子ビームの中心位置を真空ダクトから前記デフレクター
側へ近付けていくことを特徴とする円形加速器。 - 【請求項４】請求項１または請求項２、もしくは請求項
３に記載のものにおいて、前記時間変化する電磁場は、
前記荷電粒子ビームのベータトロン振動に同期する周波
数で変化することを特徴とする円形加速器。 - 【請求項５】請求項１または請求項２、もしくは請求項
３に記載のものにおいて、前記時間変化する電磁場によ
り前記荷電粒子ビームの出射面内の軌道勾配を変化させ
ることを特徴とする円形加速器。 - 【請求項６】請求項１または請求項３に記載のものにお
いて、前記時間変化する電場により前記荷電粒子ビーム
のエネルギーを変化させることを特徴とする円形加速
器。 - 【請求項７】請求項１または請求項６に記載のものにお
いて、前記時間変化する電場を高周波加速空胴から与え
ることを特徴とする円形加速器。 - 【請求項８】荷電粒子ビームを周回させ、デフレクター
から出射する円形加速器のビーム出射方法において、 時間的に変動する電場または磁場、もしくは電場と磁場
の両方を用いて、出射中に前記荷電粒子ビームの中心位
置を移動させることを特徴とする円形加速器のビーム出
射方法。 - 【請求項９】荷電粒子ビームを周回させ、デフレクター
から出射する円形加速器のビーム出射方法において、 時間的に変動する電場または磁場、もしくは電場と磁場
の両方を用いて、出射中の前記荷電粒子ビームの中心位
置を振動させることを特徴とする円形加速器のビーム出
射方法。 - 【請求項１０】荷電粒子ビームを周回させ、デフレクタ
ーから出射する円形加速器のビーム出射方法において、 時間的に変動する電場または磁場、もしくは電場と磁場
の両方を用いて、出射中に前記荷電粒子ビームの中心位
置を真空ダクトから前記デフレクター側へ近付けていく
ことを特徴とする円形加速器のビーム出射方法。 - 【請求項１１】請求項８または請求項９、もしくは請求
項１０に記載の方法において、前記荷電粒子ビームに加
える電磁場の強度を変化させることにより、出射ビーム
の位置，軌道勾配、及び電流を変化させることを特徴と
するビーム出射方法。 - 【請求項１２】請求項８，９，１０、または請求項１１
に記載の方法において、前記荷電粒子ビームに加える電
磁場の強度を、該荷電粒子ビームまたは出射ビームの位
置，電流，形状の測定結果に基づき定めることを特徴と
するビーム出射方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5127392A JPH05258900A (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 円形加速器並びにそのビーム出射方法 |
| US07/958,161 US5363008A (en) | 1991-10-08 | 1992-10-08 | Circular accelerator and method and apparatus for extracting charged-particle beam in circular accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5127392A JPH05258900A (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 円形加速器並びにそのビーム出射方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05258900A true JPH05258900A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12882344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5127392A Pending JPH05258900A (ja) | 1991-10-08 | 1992-03-10 | 円形加速器並びにそのビーム出射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05258900A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112166651A (zh) * | 2018-04-09 | 2021-01-01 | 东芝能源系统株式会社 | 加速器的控制方法、加速器的控制装置以及粒子束治疗系统 |
| KR20220132560A (ko) * | 2020-03-13 | 2022-09-30 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 입자 가속기의 진단 장치, 입자 가속기의 진단 방법 및 입자 가속기의 진단 프로그램 |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP5127392A patent/JPH05258900A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112166651A (zh) * | 2018-04-09 | 2021-01-01 | 东芝能源系统株式会社 | 加速器的控制方法、加速器的控制装置以及粒子束治疗系统 |
| CN112166651B (zh) * | 2018-04-09 | 2023-09-19 | 东芝能源系统株式会社 | 加速器的控制方法、加速器的控制装置以及粒子束治疗系统 |
| KR20220132560A (ko) * | 2020-03-13 | 2022-09-30 | 도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤 | 입자 가속기의 진단 장치, 입자 가속기의 진단 방법 및 입자 가속기의 진단 프로그램 |
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