JPH0828279B2 - 外部共振型高周波四重極加速器 - Google Patents
外部共振型高周波四重極加速器Info
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- JPH0828279B2 JPH0828279B2 JP5108105A JP10810593A JPH0828279B2 JP H0828279 B2 JPH0828279 B2 JP H0828279B2 JP 5108105 A JP5108105 A JP 5108105A JP 10810593 A JP10810593 A JP 10810593A JP H0828279 B2 JPH0828279 B2 JP H0828279B2
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンを加速して高エ
ネルギーイオンにする外部共振型高周波四重極加速器に
関し、特に、外部共振型高周波四重極加速器における一
次コイル及び二次コイルの構造に関する。
ネルギーイオンにする外部共振型高周波四重極加速器に
関し、特に、外部共振型高周波四重極加速器における一
次コイル及び二次コイルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】イオンを加速して高エネルギーイオンに
する手段としては、高周波四重極（ＲＦＱ，Radio Freq
uency Quadrupole）加速器がある。特に、その加速する
イオンの出射エネルギーを自由に変えることができる加
速器としては、外部共振型高周波四重極加速器があり、
特開昭６２−２４９４００号公報、特開平３−２４５４
９９号公報等に記載されているものがある。
する手段としては、高周波四重極（ＲＦＱ，Radio Freq
uency Quadrupole）加速器がある。特に、その加速する
イオンの出射エネルギーを自由に変えることができる加
速器としては、外部共振型高周波四重極加速器があり、
特開昭６２−２４９４００号公報、特開平３−２４５４
９９号公報等に記載されているものがある。
【０００３】図３は、従来の外部共振型高周波四重極加
速器の要部構造の一例を示す概要図である。ここで、浮
遊容量をもつ四重極電極１と、四重極電極１に併設され
たワンターンコイル２３とは、共振回路を形成する。そ
して、高周波電力が、先ず電力供給ライン４から一次コ
イル３１に導入されて、一次コイル３１はワンターンコ
イル２３を二次コイルとして磁気的に結合する。更に、
前記高周波電力は、前記共振回路に導入される。この例
では、ワンターンコイル２３の全長又は断面積を変える
ことにより、ワンターンコイル２３のインダクタンスを
変え、これによって、共振周波数を変えることができ
る。
速器の要部構造の一例を示す概要図である。ここで、浮
遊容量をもつ四重極電極１と、四重極電極１に併設され
たワンターンコイル２３とは、共振回路を形成する。そ
して、高周波電力が、先ず電力供給ライン４から一次コ
イル３１に導入されて、一次コイル３１はワンターンコ
イル２３を二次コイルとして磁気的に結合する。更に、
前記高周波電力は、前記共振回路に導入される。この例
では、ワンターンコイル２３の全長又は断面積を変える
ことにより、ワンターンコイル２３のインダクタンスを
変え、これによって、共振周波数を変えることができ
る。
【０００４】外部共振型高周波四重極加速器に限らず、
一般に高周波四重極加速器では、図３に示すような構造
の形態によって共振周波数が定まり、これによって所定
のイオンを所定のエネルギーまで加速する。
一般に高周波四重極加速器では、図３に示すような構造
の形態によって共振周波数が定まり、これによって所定
のイオンを所定のエネルギーまで加速する。
【０００５】しかし、高周波四重極加速器には大電力が
投入されるので、その加速器の各構成部材が昇温による
変形すなわち熱変形をおこして、共振周波数が変動する
ことになってしまう。このため、前述の所定のイオンを
所定のエネルギーまで加速するということが不可能にな
ってしまう。
投入されるので、その加速器の各構成部材が昇温による
変形すなわち熱変形をおこして、共振周波数が変動する
ことになってしまう。このため、前述の所定のイオンを
所定のエネルギーまで加速するということが不可能にな
ってしまう。
【０００６】この問題点を解決する一つの手段として
は、四重極電極の支柱を介してその四重極電極に大電力
を供給する高周波四重極加速器において、四重極電極、
その四重極電極の支柱及びその支柱の台座を冷却する冷
却構造が考えられており、特開平３−２３３８４４号公
報及び実開平４−６１９００号公報に記載されている。
上記の冷却構造は、四重極電極内、その四重極電極の支
柱内及びその支柱の台座内に冷却液路を設け、又は前記
冷却液路に加えて冷却管を前記支柱に這わせるとともに
前記台座に半分埋め込み、その冷却管を冷却管固定具で
固定するという構造である。
は、四重極電極の支柱を介してその四重極電極に大電力
を供給する高周波四重極加速器において、四重極電極、
その四重極電極の支柱及びその支柱の台座を冷却する冷
却構造が考えられており、特開平３−２３３８４４号公
報及び実開平４−６１９００号公報に記載されている。
上記の冷却構造は、四重極電極内、その四重極電極の支
柱内及びその支柱の台座内に冷却液路を設け、又は前記
冷却液路に加えて冷却管を前記支柱に這わせるとともに
前記台座に半分埋め込み、その冷却管を冷却管固定具で
固定するという構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来の外部共振
型高周波四重極加速器では、四重極電極に二次コイルを
併設し、或いはこれに加えて容量可変コンデンサを併設
することによって、共振回路を形成し、一次コイルを通
して前記共振回路に高周波電力が投入される。前記共振
回路の共振周波数は、前記共振回路の構造によって定ま
る。また、前記共振回路と電力供給ラインとのインピー
ダンス整合は、前記共振回路の構造に対応させて前記一
次コイルの構造を適当に定めることによってなされる。
そして、前記インピーダンス整合がなされることによ
り、前記共振回路への電力の供給が最大となる。
型高周波四重極加速器では、四重極電極に二次コイルを
併設し、或いはこれに加えて容量可変コンデンサを併設
することによって、共振回路を形成し、一次コイルを通
して前記共振回路に高周波電力が投入される。前記共振
回路の共振周波数は、前記共振回路の構造によって定ま
る。また、前記共振回路と電力供給ラインとのインピー
ダンス整合は、前記共振回路の構造に対応させて前記一
次コイルの構造を適当に定めることによってなされる。
そして、前記インピーダンス整合がなされることによ
り、前記共振回路への電力の供給が最大となる。
【０００８】しかしながら、上述の従来の外部共振型高
周波四重極加速器に大電力を投入すると、前記共振回路
の熱変形によって共振周波数が変動するとともに、前記
共振回路の構造部材の熱変形及び前記一次コイルの熱変
形によって、前記共振回路と電力供給ラインとのインピ
ーダンス整合が損なわれてしまう。また、上記共振周波
数の変動により、従来の技術において述べたように、所
定のイオンを所定のエネルギーに加速することが不可能
となってしまう。更にまた、上記のインピーダンス整合
が損なわれることにより、前記共振回路への電力供給が
低下するという問題点にもなる。
周波四重極加速器に大電力を投入すると、前記共振回路
の熱変形によって共振周波数が変動するとともに、前記
共振回路の構造部材の熱変形及び前記一次コイルの熱変
形によって、前記共振回路と電力供給ラインとのインピ
ーダンス整合が損なわれてしまう。また、上記共振周波
数の変動により、従来の技術において述べたように、所
定のイオンを所定のエネルギーに加速することが不可能
となってしまう。更にまた、上記のインピーダンス整合
が損なわれることにより、前記共振回路への電力供給が
低下するという問題点にもなる。
【０００９】本発明は、構成部材の熱変形を抑制するこ
とができる外部共振型高周波四重極加速器を提供するこ
とを目的とする。
とができる外部共振型高周波四重極加速器を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題は、二次コイル
を四重極電極に直接取り付け、かつ二次コイルを冷却す
る冷却液通路を二次コイルに設けることにより解決され
る。この場合において、二次コイルは、導電性を有する
複数の管を面状に列設してなるコイル導体と、このコイ
ル導体の各管の両端をそれぞれ共通に接続するとともに
前記四重極電極に接続された共通導体とにより形成され
た単位二次コイルを少なくとも１つ有して構成し、冷却
液通路は共通導体の内部に形成された共通冷却液通路
と、この共通冷却液通路に連通されたコイル導体の各管
の内部通路とにより形成することができる。また、これ
に代えて、二次コイルは、導電性を有する板状部材の両
端を四重極電極に接続して形成されたコイル導体により
形成された単位二次コイルを少なくとも１つ有して構成
し、冷却液通路はコイル導体に接合して設けられた冷却
管により形成することができる。
を四重極電極に直接取り付け、かつ二次コイルを冷却す
る冷却液通路を二次コイルに設けることにより解決され
る。この場合において、二次コイルは、導電性を有する
複数の管を面状に列設してなるコイル導体と、このコイ
ル導体の各管の両端をそれぞれ共通に接続するとともに
前記四重極電極に接続された共通導体とにより形成され
た単位二次コイルを少なくとも１つ有して構成し、冷却
液通路は共通導体の内部に形成された共通冷却液通路
と、この共通冷却液通路に連通されたコイル導体の各管
の内部通路とにより形成することができる。また、これ
に代えて、二次コイルは、導電性を有する板状部材の両
端を四重極電極に接続して形成されたコイル導体により
形成された単位二次コイルを少なくとも１つ有して構成
し、冷却液通路はコイル導体に接合して設けられた冷却
管により形成することができる。
【００１１】二次コイルは、単位二次コイルを四重極電
極の軸方向に複数配設して形成することができ、この場
合は単位二次コイルを記四重極電極に対して着脱可能に
取り付けることが好ましい。
極の軸方向に複数配設して形成することができ、この場
合は単位二次コイルを記四重極電極に対して着脱可能に
取り付けることが好ましい。
【００１２】また、一次コイルについても、内部に冷却
液を通流する導電性の管により形成することが好まし
い。
液を通流する導電性の管により形成することが好まし
い。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】また、本発明の外部共振型高周波四重極加
速器は、一次コイルは、形状及び寸法の異なる他の一次
コイルに付け換え可能であることを特徴とする。
速器は、一次コイルは、形状及び寸法の異なる他の一次
コイルに付け換え可能であることを特徴とする。
【００１９】
【作用】本発明の外部共振型高周波四重極加速器におい
て、二次コイルを、導電性の冷却管を複数本並べたもの
より構成して、その導電性の冷却管内において冷却液を
循環させること等でその二次コイルを冷却する。これに
より、本外部共振型高周波四重極加速器を大電力で駆動
させても、二次コイルの熱変形を抑制することができ
る。その結果、共振周波数の変動が抑制される。また、
一次コイルを、導電性をもちかつ冷却される管で形成す
ることで、その一次コイルを冷却して、その一次コイル
の熱変形を抑制する。これらにより、共振回路と電力供
給ラインとのインピーダンス整合が損なわれることを抑
制する。
て、二次コイルを、導電性の冷却管を複数本並べたもの
より構成して、その導電性の冷却管内において冷却液を
循環させること等でその二次コイルを冷却する。これに
より、本外部共振型高周波四重極加速器を大電力で駆動
させても、二次コイルの熱変形を抑制することができ
る。その結果、共振周波数の変動が抑制される。また、
一次コイルを、導電性をもちかつ冷却される管で形成す
ることで、その一次コイルを冷却して、その一次コイル
の熱変形を抑制する。これらにより、共振回路と電力供
給ラインとのインピーダンス整合が損なわれることを抑
制する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２１】図１は、本発明の実施例に係る外部共振型
高周波四重極加速器の概要を示す斜視図である。本実施
例の外部共振型高周波四重極加速器は、相互に向き合っ
た面が波打った形状をもつ４本の電極で形成される四重
極電極１と、四重極電極１に併設された単位二次コイル
２と、単位二次コイル２によって形成される二次コイル
と磁気的に結合する一次コイル３と、四重極電極１と二
次コイルとで形成される共振回路（以下、単に「共振回
路」と記す）に一次コイル３を介して電力を供給する電
力供給ライン４とから構成されている。
高周波四重極加速器の概要を示す斜視図である。本実施
例の外部共振型高周波四重極加速器は、相互に向き合っ
た面が波打った形状をもつ４本の電極で形成される四重
極電極１と、四重極電極１に併設された単位二次コイル
２と、単位二次コイル２によって形成される二次コイル
と磁気的に結合する一次コイル３と、四重極電極１と二
次コイルとで形成される共振回路（以下、単に「共振回
路」と記す）に一次コイル３を介して電力を供給する電
力供給ライン４とから構成されている。
【００２２】なお、図１では、図面の要部を明瞭にする
ため、四重極電極１の形状を波打ち形状には描いていな
い。また、図１では示していないが、四重極電極１を構
成する４本の電極における上下の電極同士は、相互に同
電位となるように電気的に接続されている。同様に、四
重極電極１を構成する４本の電極における左右の電極同
士も、相互に同電位となるように電気的に接続されてい
る。
ため、四重極電極１の形状を波打ち形状には描いていな
い。また、図１では示していないが、四重極電極１を構
成する４本の電極における上下の電極同士は、相互に同
電位となるように電気的に接続されている。同様に、四
重極電極１を構成する４本の電極における左右の電極同
士も、相互に同電位となるように電気的に接続されてい
る。
【００２３】単位二次コイル２は、コの字形状に加工し
た導電性の冷却管２Ａを同一方向に８本並べ、更に、中
に冷却液路を設けた導電性の板材２Ｂを、それぞれ前記
８本の冷却管２Ａの両端部に接合した構造であり、四重
極電極１への取付けは前記導電性の板材２Ｂそれぞれを
四重極電極１を構成する４本の電極にそれぞれ接合する
ことで行っている。また、単位二次コイル２には、冷却
液をその単位二次コイル２内に供給する配管（図示せ
ず）、並びにその単位二次コイル２内を循環した冷却液
を排出する配管（図示せず）が設けてある。そして、単
位二次コイル２を形成する冷却管２Ａの設置は、その単
位二次コイル２を四重極電極１に取り付けた状態で単位
二次コイル２に流れる電流の方向と略平行になるよう
に、即ち前記冷却管２Ａの長手方向と四重極電極１の軸
方向とが直角をなすようにしてある。また、四重極電極
１への単位二次コイル２の取付け個数は、自由に選択す
ることができる。なお、図１では単位二次コイル２は、
全て同一の形状であるが、幅又は断面積の異なる単位二
次コイルも四重極電極１に取付け可能である。また、単
位二次コイル２は、導電性をもつ板状部材と導電性をも
つ棒状部材とのうちのどちらか一方の部材であって、前
記一方の部材の中に冷却液路を設けたもので構成しても
よい。
た導電性の冷却管２Ａを同一方向に８本並べ、更に、中
に冷却液路を設けた導電性の板材２Ｂを、それぞれ前記
８本の冷却管２Ａの両端部に接合した構造であり、四重
極電極１への取付けは前記導電性の板材２Ｂそれぞれを
四重極電極１を構成する４本の電極にそれぞれ接合する
ことで行っている。また、単位二次コイル２には、冷却
液をその単位二次コイル２内に供給する配管（図示せ
ず）、並びにその単位二次コイル２内を循環した冷却液
を排出する配管（図示せず）が設けてある。そして、単
位二次コイル２を形成する冷却管２Ａの設置は、その単
位二次コイル２を四重極電極１に取り付けた状態で単位
二次コイル２に流れる電流の方向と略平行になるよう
に、即ち前記冷却管２Ａの長手方向と四重極電極１の軸
方向とが直角をなすようにしてある。また、四重極電極
１への単位二次コイル２の取付け個数は、自由に選択す
ることができる。なお、図１では単位二次コイル２は、
全て同一の形状であるが、幅又は断面積の異なる単位二
次コイルも四重極電極１に取付け可能である。また、単
位二次コイル２は、導電性をもつ板状部材と導電性をも
つ棒状部材とのうちのどちらか一方の部材であって、前
記一方の部材の中に冷却液路を設けたもので構成しても
よい。
【００２４】一次コイル３は、導電性の冷却管を円形に
加工した構造であり、導電性の継手５を介して電力供給
ライン４に接続されている。また、一次コイル３は、継
手５のところで電力供給ライン４から取外して、形状又
は寸法の異なる他の一次コイルに付け換えることが可能
である。電力供給ライン４は、導電性の冷却管で形成さ
れており、一次コイル３への冷却液の供給経路、及び一
次コイル３内を循環した冷却液の排出路も兼ねている。
加工した構造であり、導電性の継手５を介して電力供給
ライン４に接続されている。また、一次コイル３は、継
手５のところで電力供給ライン４から取外して、形状又
は寸法の異なる他の一次コイルに付け換えることが可能
である。電力供給ライン４は、導電性の冷却管で形成さ
れており、一次コイル３への冷却液の供給経路、及び一
次コイル３内を循環した冷却液の排出路も兼ねている。
【００２５】次に、本実施例の動作について説明する。
二次コイルは複数の単位二次コイル２からなっており、
その複数の単位二次コイル２が四重極電極１の軸方向に
直角に並べられた構造で、かつ、その複数の単位二次コ
イル２をそれぞれ独立に取付け及び取外し可能な構造と
なっている。これらにより、二次コイルは、その単位二
次コイル２の取付け個数を変えることにより二次コイル
の全長を変えることができる。
二次コイルは複数の単位二次コイル２からなっており、
その複数の単位二次コイル２が四重極電極１の軸方向に
直角に並べられた構造で、かつ、その複数の単位二次コ
イル２をそれぞれ独立に取付け及び取外し可能な構造と
なっている。これらにより、二次コイルは、その単位二
次コイル２の取付け個数を変えることにより二次コイル
の全長を変えることができる。
【００２６】ところで、一般に全長ｄ，断面積Ｓのワン
ターンコイルにおいて、自己インダクタンスＬは、近似
的に下記数式１で表される。
ターンコイルにおいて、自己インダクタンスＬは、近似
的に下記数式１で表される。
【００２７】
【数１】
【００２８】ここで、μは透磁率である。単位二次コイ
ル２の取付け個数を変えることによって二次コイルの全
長ｄを変えることができるので、自己インダクタンスＬ
を変えることができることが上記数式１からわかる。
ル２の取付け個数を変えることによって二次コイルの全
長ｄを変えることができるので、自己インダクタンスＬ
を変えることができることが上記数式１からわかる。
【００２９】そして、四重極電極１と二次コイルとで形
成される共振回路において、その共振回路の共振周波数
ｆは、共振回路の容量成分をＣとすると、下記数式２で
表される。
成される共振回路において、その共振回路の共振周波数
ｆは、共振回路の容量成分をＣとすると、下記数式２で
表される。
【００３０】
【数２】
【００３１】ここで、Ｌは、二次コイルの自己インダク
タンスである。共振回路の容量成分Ｃは、四重極電極１
に対して単位二次コイル２のみを併設して共振回路を形
成している場合には四重極電極１の浮遊容量であり、四
重極電極１に対して単位二次コイル２と容量可変コンデ
ンサ（図示せず）とを併設して共振回路を形成している
場合には四重極電極１の浮遊容量と容量可変コンデンサ
の容量との合成容量である。そして、単位二次コイル２
の取付け個数を変えることにより二次コイルの自己イン
ダクタンスＬを変えることで、その共振回路の共振周波
数ｆを変えることができることが上記数式２からわか
る。
タンスである。共振回路の容量成分Ｃは、四重極電極１
に対して単位二次コイル２のみを併設して共振回路を形
成している場合には四重極電極１の浮遊容量であり、四
重極電極１に対して単位二次コイル２と容量可変コンデ
ンサ（図示せず）とを併設して共振回路を形成している
場合には四重極電極１の浮遊容量と容量可変コンデンサ
の容量との合成容量である。そして、単位二次コイル２
の取付け個数を変えることにより二次コイルの自己イン
ダクタンスＬを変えることで、その共振回路の共振周波
数ｆを変えることができることが上記数式２からわか
る。
【００３２】一方、共振回路と電力供給ライン４とのイ
ンピーダンス整合がなされるためには、近似的に下記数
式３で表される関係が満たされている必要がある（中西
哲也、東京大学博士学位論文、１９８８年、参照）。
ンピーダンス整合がなされるためには、近似的に下記数
式３で表される関係が満たされている必要がある（中西
哲也、東京大学博士学位論文、１９８８年、参照）。
【００３３】
【数３】
【００３４】ここで、Ｌ1は一次コイル３の自己インダ
クタンス、Ｌ2は二次コイルの自己インダクタンス、Ｓ1
は一次コイル３の断面積、Ｓ2は二次コイルの断面積、
Ｎ1は一次コイル３の巻数、Ｎ2は二次コイルの巻数、Ｑ
0は共振回路の周波数選択性の良さを示すＱ値、Ｒは電
力供給ライン４の特性インピーダンスである。ω0は、
電力供給ライン４と共振回路とを合わせた系についての
共振周波数の２π倍の値であり、共振回路自身の共振周
波数の２π倍の値にほぼ等しく、近似的に下記数式４で
表される。
クタンス、Ｌ2は二次コイルの自己インダクタンス、Ｓ1
は一次コイル３の断面積、Ｓ2は二次コイルの断面積、
Ｎ1は一次コイル３の巻数、Ｎ2は二次コイルの巻数、Ｑ
0は共振回路の周波数選択性の良さを示すＱ値、Ｒは電
力供給ライン４の特性インピーダンスである。ω0は、
電力供給ライン４と共振回路とを合わせた系についての
共振周波数の２π倍の値であり、共振回路自身の共振周
波数の２π倍の値にほぼ等しく、近似的に下記数式４で
表される。
【００３５】
【数４】
【００３６】ここで、Ｃは共振回路の容量成分である。
本実施例の外部共振型高周波四重極加速器では、先ず共
振回路の共振周波数ｆを定め、即ち二次コイルの自己イ
ンダクタンスＬ2及び共振回路の容量成分Ｃを定め、そ
の値に対応させて上記数式３の関係が満たされるように
一次コイル３の自己インダクタンスＬ1、一次コイル３
の断面積Ｓ1及び一次コイル３の巻数Ｎ1を定める。
本実施例の外部共振型高周波四重極加速器では、先ず共
振回路の共振周波数ｆを定め、即ち二次コイルの自己イ
ンダクタンスＬ2及び共振回路の容量成分Ｃを定め、そ
の値に対応させて上記数式３の関係が満たされるように
一次コイル３の自己インダクタンスＬ1、一次コイル３
の断面積Ｓ1及び一次コイル３の巻数Ｎ1を定める。
【００３７】ところで、一次コイル３を形状及び寸法の
異なる他の一次コイル３に付け換えることにより、一次
コイル３の自己インダクタンスＬ1、断面積Ｓ1又は巻数
Ｎ1をそれぞれ変えることができる。従って、数式３の
関係が満たされるように、一次コイル３の形状及び寸法
を選択することで、共振回路と電力供給ライン４とのイ
ンピーダンス整合がなされる。
異なる他の一次コイル３に付け換えることにより、一次
コイル３の自己インダクタンスＬ1、断面積Ｓ1又は巻数
Ｎ1をそれぞれ変えることができる。従って、数式３の
関係が満たされるように、一次コイル３の形状及び寸法
を選択することで、共振回路と電力供給ライン４とのイ
ンピーダンス整合がなされる。
【００３８】単位二次コイル２は、導電性の冷却管２Ａ
を平行に複数本並べた構造を有し、前記導電性の冷却管
２Ａが、その冷却管２Ａにおいて流れる電流の方向と略
平行になるように、前記冷却管２Ａの長手方向を四重極
電極１の軸方向に垂直にしてある。これらの構造によ
り、前記冷却管２Ａにおいて流れる電流即ち単位二次コ
イル２において流れる電流の経路長が最短となるので、
等価的に単位二次コイル２の電気抵抗が最小になる。そ
の結果、単位二次コイル２における電流が流れることに
よる発熱が最小限に抑えられる。即ち、共振回路に投入
された高周波電力が熱エネルギーに変換される割合が最
小限に抑えられ、高周波電力の損失が低く抑えられる。
を平行に複数本並べた構造を有し、前記導電性の冷却管
２Ａが、その冷却管２Ａにおいて流れる電流の方向と略
平行になるように、前記冷却管２Ａの長手方向を四重極
電極１の軸方向に垂直にしてある。これらの構造によ
り、前記冷却管２Ａにおいて流れる電流即ち単位二次コ
イル２において流れる電流の経路長が最短となるので、
等価的に単位二次コイル２の電気抵抗が最小になる。そ
の結果、単位二次コイル２における電流が流れることに
よる発熱が最小限に抑えられる。即ち、共振回路に投入
された高周波電力が熱エネルギーに変換される割合が最
小限に抑えられ、高周波電力の損失が低く抑えられる。
【００３９】これらにより、本実施例では、導電性の冷
却管２Ａと自身の内部に冷却液路を有する導電性の板材
２Ｂとによって単位二次コイル２を形成しているので、
その単位二次コイル２全体を強制的に冷却することがで
きる。従って、単位二次コイル２の熱変形を抑制するこ
とができ、その結果、大電力投入時においても共振周波
数の変動を抑制することができる。また、導電性の冷却
管によって一次コイル３を形成しているので、その一次
コイル３全体を強制的に冷却することができ、一次コイ
ル３の熱変形を抑制することができる。これらにより、
一次コイル３及び単位二次コイル２の熱変形が抑制され
るので、大電力投入時においても、四重極電極１及び単
位二次コイル２からなる共振回路と電力供給ライン４と
のインピーダンス整合を保つことができる。
却管２Ａと自身の内部に冷却液路を有する導電性の板材
２Ｂとによって単位二次コイル２を形成しているので、
その単位二次コイル２全体を強制的に冷却することがで
きる。従って、単位二次コイル２の熱変形を抑制するこ
とができ、その結果、大電力投入時においても共振周波
数の変動を抑制することができる。また、導電性の冷却
管によって一次コイル３を形成しているので、その一次
コイル３全体を強制的に冷却することができ、一次コイ
ル３の熱変形を抑制することができる。これらにより、
一次コイル３及び単位二次コイル２の熱変形が抑制され
るので、大電力投入時においても、四重極電極１及び単
位二次コイル２からなる共振回路と電力供給ライン４と
のインピーダンス整合を保つことができる。
【００４０】一方、本実施例では、四重極電極１に対し
て単位二次コイル２を１個又は並列に複数個接続するこ
とによってワンターンの二次コイルを形成している。こ
れにより、上述の本実施例の動作で述べたように、本実
施例は、単位二次コイル２の四重極電極１への接続個数
を変えることによって前記二次コイルの自己インダクタ
ンスを変えることができるので、共振周波数を容易に変
更することができる。
て単位二次コイル２を１個又は並列に複数個接続するこ
とによってワンターンの二次コイルを形成している。こ
れにより、上述の本実施例の動作で述べたように、本実
施例は、単位二次コイル２の四重極電極１への接続個数
を変えることによって前記二次コイルの自己インダクタ
ンスを変えることができるので、共振周波数を容易に変
更することができる。
【００４１】次に、本実施例の外部共振型高周波四重極
加速器において、四重極電極１に対して単位二次コイル
２を最大で６個接続することができるとした場合につい
て、その詳細な動作及び作用等を説明する。この場合
は、共振周波数を６段階に変えることができる。なお、
図１では、四重極電極１に対して単位二次コイル２が４
個接続されている状態が示されている。
加速器において、四重極電極１に対して単位二次コイル
２を最大で６個接続することができるとした場合につい
て、その詳細な動作及び作用等を説明する。この場合
は、共振周波数を６段階に変えることができる。なお、
図１では、四重極電極１に対して単位二次コイル２が４
個接続されている状態が示されている。
【００４２】四重極電極１の浮遊容量は５４０ｐＦとす
る。二次コイルの断面積は、単位二次コイル２と四重極
電極１とによって囲まれた空間における四重極電極１の
軸に垂直な断面の面積であり、０．１３７ｍ2とする。
また、二次コイルの全長は、単位二次コイル２を１個だ
け取り付けたときの０．２４ｍから、単位二次コイル２
を６個全部取り付けたときの１．４８ｍまで、０．２４
８ｍごとに６段階に変えることができるとする。ここ
で、単位二次コイル２の取付け個数と二次コイルの自己
インダクタンスと共振周波数との関係を下記表１に示
す。
る。二次コイルの断面積は、単位二次コイル２と四重極
電極１とによって囲まれた空間における四重極電極１の
軸に垂直な断面の面積であり、０．１３７ｍ2とする。
また、二次コイルの全長は、単位二次コイル２を１個だ
け取り付けたときの０．２４ｍから、単位二次コイル２
を６個全部取り付けたときの１．４８ｍまで、０．２４
８ｍごとに６段階に変えることができるとする。ここ
で、単位二次コイル２の取付け個数と二次コイルの自己
インダクタンスと共振周波数との関係を下記表１に示
す。
【００４３】
【表１】
【００４４】なお、上記表１に示した二次コイルのイン
ダクタンスの値は、前記数式１からもとめたインダクタ
ンスの近似値に二次コイルの形状に対応した補正係数を
乗じたものである。上記表１から明らかなように、単位
二次コイル２の取付け個数を変えることによって共振周
波数を１３．０ＭＨｚから２１．９ＭＨｚまで６段階に
変えることができる。
ダクタンスの値は、前記数式１からもとめたインダクタ
ンスの近似値に二次コイルの形状に対応した補正係数を
乗じたものである。上記表１から明らかなように、単位
二次コイル２の取付け個数を変えることによって共振周
波数を１３．０ＭＨｚから２１．９ＭＨｚまで６段階に
変えることができる。
【００４５】本実施例の単位二次コイル２は、二次コイ
ルを６分割したものであるが、単位二次コイル２の幅を
もっと小さくして二次コイルの分割数を多くし、同じ自
己インダクタンス値の二次コイルを形成するのにより多
くの単位二次コイルを用いるようにすれば、共振周波数
をより細かく変更できることは明らかである。本実施例
では、幅の異なる単位二次コイルも四重極電極１に取り
付けることができるので、図１に示す単位二次コイル２
よりも幅の小さい単位二次コイルを用いることによっ
て、共振周波数の変更をより細かく容易に実行すること
ができる。
ルを６分割したものであるが、単位二次コイル２の幅を
もっと小さくして二次コイルの分割数を多くし、同じ自
己インダクタンス値の二次コイルを形成するのにより多
くの単位二次コイルを用いるようにすれば、共振周波数
をより細かく変更できることは明らかである。本実施例
では、幅の異なる単位二次コイルも四重極電極１に取り
付けることができるので、図１に示す単位二次コイル２
よりも幅の小さい単位二次コイルを用いることによっ
て、共振周波数の変更をより細かく容易に実行すること
ができる。
【００４６】また、上記数式１及び数式２から、二次コ
イルの断面積即ち単位二次コイル２の断面積を変えるこ
とによっても共振周波数を変えることができることがわ
かる。
イルの断面積即ち単位二次コイル２の断面積を変えるこ
とによっても共振周波数を変えることができることがわ
かる。
【００４７】本実施例では、断面積の異なる単位二次コ
イルも四重極電極１に取り付けることができるので、そ
の断面積の異なる単位二次コイルによっても共振周波数
を変えることができる。
イルも四重極電極１に取り付けることができるので、そ
の断面積の異なる単位二次コイルによっても共振周波数
を変えることができる。
【００４８】次に、本実施例の外部共振型高周波四重極
加速器における、四重極電極１及び二次コイルからなる
共振回路と電力供給ライン４とのインピーダンス整合に
ついて、詳細な動作例を述べる。本実施例では、一次コ
イル３を形状又は寸法の異なる他の一次コイルに、継手
５部分から付け換えることができるので、上記数式１か
ら４等に基づき、適当な形状及び寸法の一次コイルを取
り付けることにより、四重極電極１及び二次コイルから
なる共振回路と電力供給ライン４とのインピーダンス整
合を容易に実行することができる。
加速器における、四重極電極１及び二次コイルからなる
共振回路と電力供給ライン４とのインピーダンス整合に
ついて、詳細な動作例を述べる。本実施例では、一次コ
イル３を形状又は寸法の異なる他の一次コイルに、継手
５部分から付け換えることができるので、上記数式１か
ら４等に基づき、適当な形状及び寸法の一次コイルを取
り付けることにより、四重極電極１及び二次コイルから
なる共振回路と電力供給ライン４とのインピーダンス整
合を容易に実行することができる。
【００４９】先ず図１に示すように、四重極電極１に対
して単位二次コイル２が４個取り付けられている場合を
前提にする。電力供給ライン４には、特性インピーダン
スＲが７５Ωのレッヘル線を用いる。四重極電極１に対
して単位二次コイル２が４個設けられているので、四重
極電極１と二次コイルとからなる共振回路のＱ値Ｑ0は
２４００となる。上記表１から、二次コイルの自己イン
ダクタンスＬ2は０．１２７μＨ、その二次コイルの断
面積Ｓ2は０．１３７ｍ2となる。二次コイルの巻数Ｎ2
は１である。上記数式２から共振周波数は１９．２ＭＨ
ｚとなるので、数式４に示すω0は１．２１×１０8〔１
／Ｓ〕となる。また、一次コイル３には、外形１２ｍｍ
の冷却管を用いている。このとき、一次コイル３の巻数
を１とし、直径を９０ｍｍとすると、その一次コイル３
の断面積Ｓ1は０．００６３６ｍ2、またその一次コイル
３の自己インダクタンスＬ1は０．１３３μＨとなり、
数式３の関係が満たされる。
して単位二次コイル２が４個取り付けられている場合を
前提にする。電力供給ライン４には、特性インピーダン
スＲが７５Ωのレッヘル線を用いる。四重極電極１に対
して単位二次コイル２が４個設けられているので、四重
極電極１と二次コイルとからなる共振回路のＱ値Ｑ0は
２４００となる。上記表１から、二次コイルの自己イン
ダクタンスＬ2は０．１２７μＨ、その二次コイルの断
面積Ｓ2は０．１３７ｍ2となる。二次コイルの巻数Ｎ2
は１である。上記数式２から共振周波数は１９．２ＭＨ
ｚとなるので、数式４に示すω0は１．２１×１０8〔１
／Ｓ〕となる。また、一次コイル３には、外形１２ｍｍ
の冷却管を用いている。このとき、一次コイル３の巻数
を１とし、直径を９０ｍｍとすると、その一次コイル３
の断面積Ｓ1は０．００６３６ｍ2、またその一次コイル
３の自己インダクタンスＬ1は０．１３３μＨとなり、
数式３の関係が満たされる。
【００５０】即ち、上述のように単位二次コイル２が４
個の場合には、一次コイル３として外形１２ｍｍの冷却
管を用いて直径９０ｍｍの１回巻のコイルを形成し、こ
の一次コイル３を継手５に接続することによってインピ
ーダンス整合を容易に実行することができる。
個の場合には、一次コイル３として外形１２ｍｍの冷却
管を用いて直径９０ｍｍの１回巻のコイルを形成し、こ
の一次コイル３を継手５に接続することによってインピ
ーダンス整合を容易に実行することができる。
【００５１】本実施例では、単位二次コイル２を形成す
る冷却管２Ａの設置方向を、その単位二次コイル２にお
いて流れる電流の流れ方向に略平行になるような構造に
しているので、単位二次コイル２の電気抵抗を等価的に
低減することができ、本実施例の駆動源となる高周波電
力が熱エネルギーに変換されることによるその高周波電
力の損失を低く抑えることができる。
る冷却管２Ａの設置方向を、その単位二次コイル２にお
いて流れる電流の流れ方向に略平行になるような構造に
しているので、単位二次コイル２の電気抵抗を等価的に
低減することができ、本実施例の駆動源となる高周波電
力が熱エネルギーに変換されることによるその高周波電
力の損失を低く抑えることができる。
【００５２】図２は、本発明の他の実施例に係る外部共
振型高周波四重極加速器の単位二次コイルを示し、
（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。なお、
単位二次コイル以外の構造は、図１に示す実施例と同様
である。図１に示す実施例では、単位二次コイル２は、
略コの字形状に加工した導電性の冷却管２Ａを８本並
べ、板状材の内部に冷却液路を設けた構造の導電性の板
材２Ｂを、前記８本の冷却管２Ａの両端部に接合した構
造であった。図２に示す単位二次コイルでは、略コの字
形状に加工した導電性の薄板材２１の表面に冷却管２２
を接合した構造にしている。
振型高周波四重極加速器の単位二次コイルを示し、
（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。なお、
単位二次コイル以外の構造は、図１に示す実施例と同様
である。図１に示す実施例では、単位二次コイル２は、
略コの字形状に加工した導電性の冷却管２Ａを８本並
べ、板状材の内部に冷却液路を設けた構造の導電性の板
材２Ｂを、前記８本の冷却管２Ａの両端部に接合した構
造であった。図２に示す単位二次コイルでは、略コの字
形状に加工した導電性の薄板材２１の表面に冷却管２２
を接合した構造にしている。
【００５３】本実施例では、特に、薄板材２１への冷却
管２２の接合を鑞付けによって行うと、その接合を冷却
管固定具等を用いて行った場合とは異なって、高周波電
力による前記冷却管固定具等における加熱の問題がなく
なり、従って高周波電力が熱エネルギーに変換されるこ
とによるその高周波電力の損失を低く抑えることができ
る。
管２２の接合を鑞付けによって行うと、その接合を冷却
管固定具等を用いて行った場合とは異なって、高周波電
力による前記冷却管固定具等における加熱の問題がなく
なり、従って高周波電力が熱エネルギーに変換されるこ
とによるその高周波電力の損失を低く抑えることができ
る。
【００５４】なお、上述の各実施例では、四重極電極１
と二次コイルとで共振回路を形成しているが、本発明は
これに限定されるものではなく、四重極電極１に対して
二次コイルと容量可変コンデンサとを併設することによ
って共振回路を形成して、本発明に係る外部共振型高周
波四重極加速器を構成してもよい。
と二次コイルとで共振回路を形成しているが、本発明は
これに限定されるものではなく、四重極電極１に対して
二次コイルと容量可変コンデンサとを併設することによ
って共振回路を形成して、本発明に係る外部共振型高周
波四重極加速器を構成してもよい。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、二
次コイルを冷却してその二次コイルの熱変形を抑制する
ことができるので、二次コイルの熱変形等による共振周
波数の変動を抑制することができ、また、共振回路と電
力供給ラインとのインピーダンス整合を維持することが
できる。
次コイルを冷却してその二次コイルの熱変形を抑制する
ことができるので、二次コイルの熱変形等による共振周
波数の変動を抑制することができ、また、共振回路と電
力供給ラインとのインピーダンス整合を維持することが
できる。
【図１】本発明の実施例に係る外部共振型高周波四重極
加速器の概要を示す斜視図である。
加速器の概要を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る外部共振型高周波四
重極加速器の単位二次コイルを示し、（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は側面図である。
重極加速器の単位二次コイルを示し、（ａ）は平面図で
あり、（ｂ）は側面図である。
【図３】従来の外部共振型高周波四重極加速器の一例を
示す概要図である。
示す概要図である。
１ 四重極電極 ２ 単位２次コイル ２Ａ 冷却管 ２Ｂ 板材 ３ １次コイル ４ 電力供給ライン ５ 継手 ２１ 薄板材 ２２ 冷却管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−193499（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−21198（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−245499（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】 相互に向き合った面が波打ち形状をもつ
四重極電極と、前記四重極電極に接続して設けられ、前
記四重極電極と協動して共振回路を形成する二次コイル
と、前記二次コイルに磁気的に結合して設けられ、高周
波電力が通流される一次コイルとを備えてなる外部共振
型高周波四重極加速器において、前記二次コイルを前記四重極電極に直接取り付け、かつ
前記二次コイルに該二次コイルを冷却する冷却液通路を
設けてなる 外部共振型高周波四重極加速器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の外部共振型高周波四重
極加速器おいて、前記二次コイルが、導電性を有する複
数の管を面状に列設してなるコイル導体と、このコイル
導体の各管の両端をそれぞれ共通に接続するとともに前
記四重極電極に接続された共通導体とにより形成された
単位二次コイルを少なくとも１つ有してなり、 前記冷却液通路が、前記共通導体の内部に形成された共
通冷却液通路と、この共通冷却液通路に連通された前記
コイル導体の各管の内部通路とにより形成されてなるこ
とを特徴とする 外部共振型高周波四重極加速器。 - 【請求項３】 請求項１に記載の外部共振型高周波四重
極加速器おいて、前記二次コイルが、導電性を有する板
状部材の両端を前記四重極電極に接続して形成されたコ
イル導体により形成された単位二次コイルを少なくとも
１つ有してなり、 前記冷却液通路が、前記コイル導体に接合して設けられ
た冷却管により形成されてなることを特徴とする 外部共
振型高周波四重極加速器。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の外部
共振型高周波四重極加速器おいて、前記二次コイルが、
前記単位二次コイルを前記四重極電極の軸方向に複数配
設して形成されることを特徴とする外部共振型高周波四
重極加速器。 - 【請求項５】 請求項４に記載の外部共振型高周波四重
極加速器おいて、前記単位二次コイルが前記四重極電極
に対して着脱可能に取り付けられることを特徴とする外
部共振型高周波四重極加速器。 - 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の外部
共振型高周波四重極加速器おいて、前記一次コイルが、
内部に冷却液を通流する導電性の管により形 成されてな
ることを特徴とする周波数可変型の高周波四重極加速
器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5108105A JPH0828279B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 外部共振型高周波四重極加速器 |
| US08/240,319 US5506472A (en) | 1993-05-10 | 1994-05-10 | Variable-frequency type radio-frequency quadrupole accelerator including quadrupole cooling means |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5108105A JPH0828279B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 外部共振型高周波四重極加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06325900A JPH06325900A (ja) | 1994-11-25 |
| JPH0828279B2 true JPH0828279B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=14476012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5108105A Expired - Fee Related JPH0828279B2 (ja) | 1993-05-10 | 1993-05-10 | 外部共振型高周波四重極加速器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5506472A (ja) |
| JP (1) | JPH0828279B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208095B1 (en) * | 1998-12-23 | 2001-03-27 | Axcelis Technologies, Inc. | Compact helical resonator coil for ion implanter linear accelerator |
| US6949895B2 (en) * | 2003-09-03 | 2005-09-27 | Axcelis Technologies, Inc. | Unipolar electrostatic quadrupole lens and switching methods for charged beam transport |
| CN103068143A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-24 | 江苏安德信超导加速器科技有限公司 | 连续波射频四级加速器水冷系统及其制造方法 |
| KR101636647B1 (ko) * | 2015-04-09 | 2016-07-07 | 한국기초과학지원연구원 | Rfq 가속기의 주파수 튜닝 방법 |
| CN110213876B (zh) * | 2019-05-20 | 2021-02-26 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种四翼型射频四极场加速器腔体的配水系统 |
| US11985756B2 (en) * | 2021-10-20 | 2024-05-14 | Applied Materials, Inc. | Linear accelerator coil including multiple fluid channels |
| CN114040561B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-08-01 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种翼型射频腔体的冷却系统及冷却方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4490648A (en) * | 1982-09-29 | 1984-12-25 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Stabilized radio frequency quadrupole |
| EP0163745B1 (en) * | 1983-11-28 | 1989-03-29 | Hitachi, Ltd. | Quadrupole particle accelerator |
| US4712042A (en) * | 1986-02-03 | 1987-12-08 | Accsys Technology, Inc. | Variable frequency RFQ linear accelerator |
| JPH0824076B2 (ja) * | 1987-02-04 | 1996-03-06 | 株式会社日立製作所 | 四重極粒子加速器 |
| US4939419A (en) * | 1988-04-12 | 1990-07-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | RFQ accelerator tuning system |
| JP2920993B2 (ja) * | 1990-02-08 | 1999-07-19 | 日新電機株式会社 | 高周波４重極型線形加速器 |
| JPH0787118B2 (ja) * | 1990-02-21 | 1995-09-20 | 株式会社日立製作所 | 四重極粒子加速器 |
| JPH0461900A (ja) * | 1990-06-29 | 1992-02-27 | Hitachi Ltd | ふとん乾燥ユニット |
| US5334943A (en) * | 1991-05-20 | 1994-08-02 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Linear accelerator operable in TE 11N mode |
| JP2528222B2 (ja) * | 1991-07-12 | 1996-08-28 | 株式会社日立製作所 | 高周波四重極加速器 |
-
1993
- 1993-05-10 JP JP5108105A patent/JPH0828279B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-05-10 US US08/240,319 patent/US5506472A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5506472A (en) | 1996-04-09 |
| JPH06325900A (ja) | 1994-11-25 |
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