JPH074800Y2 - サイクロトロンの電磁石の磁極構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はプロトン及びデュートロン専用のサイクロトロ
ンの電磁石の磁極構造に関する。

（従来の技術） 一般に小型のサイクロトロンは第８図の縦断面図、第９
図の横断面図に示すように、上下に対向しているヨーク
２、３と励磁コイル４、５よりなる電磁石の対向する磁
極間に水平に加速空間１を設け、磁極の中心部にイオン
源６を設けてある。加速空間１には水平面で上下に対向
している２組の同形の扇形状の電極７、７及び８、８を
それぞれ中心点に対して対称で且つ水平に配置し、これ
らの電極７、８には周波数ｆの発振器９からの高周波電
圧をそれぞれRFファイナルアンプ10、フィーダー11を介
して印加してある。

上記対向する磁極の対向面は一般には、第４図示の、
（イ）の平面図、（ロ）のA-A断面図のように全体を偶
数等分し、交互にバレー部（Ｖ）17、ヒル部（Ｈ）18と
してあり、対向する磁極のバレー部17同士及びヒル部18
同士が互いに対向する構造となっている。

また、加速空間１は真空ポンプ23、24で真空にしてあ
り、励磁コイル４、５は可変直流電源25で励磁されてい
る。

このような構造のサイクロトロンでイオン源６から放出
された荷電粒子は励磁コイル４、５で励磁されている磁
極間の加速空間１内を磁場で拘束され、電極７、８によ
りRF電界で加速されて渦巻状の運動をし、最終的には偏
向デフレクター14で荷電粒子ビーム15を取出し口16に誘
導する。

この場合、荷電粒子ビーム15の速度は電極７、８に印加
するRF電圧の周波数と、この場合に必要な励磁コイル
４、５の励磁電流の調節により適宜に選ぶことが出来
る。

さらに、質量の異なる粒子、例えばプロトン若しくはデ
ュートロン等を加速する場合、加速領域の磁場の強度は
加速すべき粒子のエネルギーが増すに従って増加させる
必要がある。しかも、その増加量は粒子の種類によって
異なる。

そこで上記の質量の異なる粒子を使い分けるために、第
５図示の磁極の外周の展開図及び第６図示の磁極面の平
面図のように、磁極の中心点と同心円をなし、直径の異
なる複数個のサーキュレーション・トリミング・コイル
（CTC）19を対向しているそれぞれの磁極表面に同心状
に配置し、さらにヒル部18には粒子位置の微調整のため
に第７図示の平面図のような単独に渦巻き状のハーモニ
ック・トリミング・コイル（HTC）20をそれぞれ設け、
これらの各コイル19及び20の内側（対向している磁極
側）をアース板22でカバーし、さらにその内側のヒル部
18の位置に加速用の電極７若しくは８が設けられてい
る。

このようにして第３図示の磁極間の磁場強度の特性曲線
図のようにデュートロンの磁場強度をCTC19の電流の調
整で補正してデュートロン用の理論磁場強度を得てい
た。デュートロンの磁場はCTCを使用しないで磁極のみ
で生成している。

さらに、粒子の取り出し位置の微調整にはヒル部18の表
面のHTC20の電流調節による磁場補正で行っていた。

（考案が解決しようとする問題点） 上述のように、対向する磁極の表面にCTC19とHTC20とを
重ね合わせた状態で配置してあるので、第５図示の磁極
外周の展開図のように、CTC19とHTC20の二重のコイル分
だけ磁極間隔を大きくしなければならず、必要な加速空
間１を確保するためには磁極間隔が大きくなり、電磁石
としての効率が悪くなってしまうという問題がある。

このために、必要な磁界強度を得るために電磁石は大型
となり、励磁電流も大きくなるので、装置の小型化の支
障となってしまう。

本考案は上述の問題を解決して、小型化が可能な装置を
提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、プロトン及びデュートロ
ン専用のサイクロトロンの電磁石において、対向する磁
極の表面のバレー部17には複合補正コイル21が設けられ
ており、ヒル部18には補正コイルが設けられていず、上
記複合補正コイル21は上記磁極の半径上の２本の第一の
導体21-3と、この２本の第一の導体21-3を連結し、かつ
上記磁極の中心点を中心とする円弧状の複数の第二の導
体21-4とで形成されているサイクロトロンの電磁石の磁
極構造としたものである。

（作用） 上述のように、バレー部17に設けた複合補正コイル21の
リード線21-1を励磁電源の＋端子に、リード線21-2を−
端子に接続して所要の直流電流を流すと、各複合補正コ
イル21はそれぞれ１個のHTC20として作用し、磁極面全
体としては磁極面に１個おきのバレー部17に設けられて
おり、しかも同一方向に電流が流されているので、CTC1
9として作用する。

（実施例） 第１図は本考案の複合補正コイルを磁極間に配置した状
態の磁極の外周の展開図、第２図は本考案の複合補正コ
イルの平面図である。

第１図示のように、複合補正コイル21はバレー部17のみ
に配置してあり、ヒル部18には補正コイルは何も配置し
てない。この複合補正コイル21及びヒル部18の表面をア
ース板22でカバーし、この内側（対向している磁極側）
でヒル部18の位置に加速用の電極７若しくは８が設けら
れている。この複合補正コイル21は第２図示のように上
記磁極の半径上の２本の第一の導体21-3、21-3と、この
２本の第一の導体21-3を連結し、かつ上記磁極の中心点
を中心とする円弧状の複数の第二の導体21-4とで形成さ
れており、２本の第一の導体21-3には磁極の外周側でそ
れぞれリード線21-1、21-2が接続されている。このリー
ド線21-1は図示しない電源の＋端子に、21-2は−端子に
接続されている。

なお、第二の導体21-4の配置のピッチ間隔及び太さは必
要とする理論磁場強度に応じて適宜調節しておけば良
い。

次に本考案の磁極構造の動作説明をする。

上述のように、それぞれの複合補正コイル21の第二の導
体21-4は同心円弧状であるので、1/2ターンのコイルと
して作用するため、HTC20として作用する。また、この
複合補正コイル21が磁極面のバレー部17に配置してあ
り、第二の導体21-4の電流方向を磁極中心に対して回転
する方向に流すことにより、一つのCTC19として動作す
る。

この場合、複合補正コイル21はバレー部17の全面を覆っ
ているので、HTC20としては100％の効果を発揮し、CTC1
9としてはバレー部17の部分だけで全磁極面の1/2だけで
あるので50％の効果を発揮するが、従来のHTC20とCTC19
が別個に設けられていた場合にくらべて、殆ど差がな
い。

（考案の効果） 上述のように、従来はHTC20とCTC19との二層構造の補正
コイルとしていたものが、本考案では両者の機能を兼用
した一層構造の複合補正コイル21であるので、構造が簡
略化された分だけ磁極間隔を小さく出来、電磁石として
の効率が高くなる。これに伴って励磁電流も小さく出来
るので、直流電源の小型化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の複合補正コイルを磁極面に配置した状
態の磁極の外周の展開図、第２図は本考案の複合補正コ
イルの平面図、第３図は磁極間の磁場強度の特性曲線
図、第４図は磁極の対向面の外形図で、（イ）は平面
図、（ロ）はA-A断面図、第５図は従来の磁極の外周の
展開図、第６図は従来の磁極面の平面図、第７図はHTC
の平面図、第８図は小型サイクロトロンの縦断面図、第
９図は同じく横断面図である。 17:バレー部、18:ヒル部、21:複合補正コイル、21-3:第
一の導体、21-4:第二の導体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プロトン及びデュートロン専用のサイクロ
   トロンの電磁石において、対向する磁極の表面のバレー
   部には複合補正コイルが設けられており、ヒル部には補
   正コイルが設けられていず、上記複合補正コイルは上記
   磁極面の半径上の２本の第一の導体と、この２本の第一
   の導体を連結し、かつ上記磁極の中心点を中心とする円
   弧状の複数の第二の導体とで形成されていることを特徴
   とするサイクロトロンの電磁石の磁極構造。