JPH1083900A - 偏向電磁石及び粒子加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、磁場調整が簡単に行え、かつ作製を
容易にする。 【解決手段】各磁極２３、２４の傾きが同一のｎ値の空
隙２２に形成された積層用鉄心２０を直線的に積層した
Ｈ型のヨーク２１を用いてコンバインド型偏向電磁石を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁場を発生させて
荷電粒子ビームを収束又は発散させる偏向電磁石及びこ
の偏向電磁石を荷電粒子ビームの軌道に沿って配置して
なる粒子加速器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、粒子加速器は、電子、陽子、イ
オン等の荷電粒子ビームを高エネルギ状態に加速するも
のであり、例えば素粒子研究、シンクロトロン放射光の
利用、医療等に用いられている。

【０００３】図１４はかかる粒子加速器の構成図であ
る。線形加速器１には、輸送管２を介して入射機器３が
接続されている。この入射機器３には、ビームダクト４
が接続され、このビームダクト４上に複数の偏向電磁石
５ａ〜５ｄ、複数の四極電磁石６ａ〜６ｆ及び高周波加
速空洞７が配置されている。

【０００４】このような構成であれば、線形加速器１で
加速された荷電粒子ビーム８は、輸送管２を経て、入射
機器３からビームダクト４内に入射する。このビームダ
クト４内に入射した荷電粒子ビーム８は、各偏向電磁石
５ａ〜５ｄにより所定方向の磁場、例えば図中において
加速粒子の電荷を正とすると、図の裏側から表側に向か
う方向の磁場がかけられて所定方向、例えば図中の時計
回り方向に偏向される。

【０００５】これと共にビームダクト４内に入射した荷
電粒子ビーム８は、各四極電磁石６ａ〜６ｆにより収
束、発散が行われ、さらに高周波加速空洞７により高エ
ネルギに加速される。

【０００６】このような粒子加速器に用いられる各偏向
電磁石５ａ〜５ｄは、それぞれ磁極間の空隙に一様磁場
を発生し、荷電粒子ビーム８をその進行方向に対して垂
直方向に曲げるものとなっている。

【０００７】すなわち、これら偏向電磁石５ａ〜５ｄ
は、空隙の形成された鉄心（ヨーク）と励磁コイルとか
ら構成され、一様磁場の生じた空隙に荷電粒子ビーム８
が通過すると、この荷電粒子ビーム８を曲げるものとな
っている。

【０００８】ここで、荷電粒子ビーム８をその進行方向
に対して垂直方向に偏向するだけであれば、ヨークの空
隙に形成される２つの磁極面は、端部漏れ磁場効果の補
正のために磁極端部に設けられるシムと呼ばれる突起部
を除き、互いに平行な平面となる。

【０００９】このような偏向電磁石に対し、荷電粒子ビ
ーム８を収束・発散させる四極電磁石の機能を付加した
電磁石は、コンバインド型偏向電磁石と呼ばれる。図１
５はかかるコンバインド型偏向電磁石を荷電粒子ビーム
の進行方向に対して垂直方向に切断して示す断面構成図
である。

【００１０】図１５に示すようにコンバインド型偏向電
磁石は、Ｈ型のヨーク１０及び励磁コイル１１から構成
されており、Ｈ型のヨーク１０には、空隙１２が形成さ
れている。

【００１１】ここで、荷電粒子ビームの軌道中心Ｑを原
点、偏向される方向をマイナスＸ方向、Ｘ方向に対して
垂直方向をＹ方向とし、磁極１３ａ、１３ｂに傾きを形
成することにより、荷電粒子ビームの偏向される方向に
対して垂直なＹ方向にも磁場が発生するようになる。

【００１２】すなわち、図１６に示すように磁極１３
ａ、１３ｂ間に発生する磁力線１４の様子から判るよう
に、荷電粒子ビームの軌道中心Ｑにおける磁場と比較し
て、マイナスＸ方向となる程Ｘ方向の磁場成分が弱ま
り、かつＹ方向の磁場成分が大きくなる。

【００１３】Ｘ＝０のところでの磁極間距離をｇ、偏向
電磁石の偏向半径をρとすると、磁極１３ａ、１３ｂの
傾きｙは、 ｙ＝（ｇ／２）／｛１−（ｎ／ρ）ｘ｝ …(1) により表される。

【００１４】しかるに、この磁極１３ａ、１３ｂの傾き
ｙとなるように磁極１３ａ、１３ｂを加工すると、Ｘ及
びＹ方向にそれぞれ一様な磁場勾配を持つようになり、
荷電粒子ビームを収束・発散することができる。

【００１５】ここで、上記式(1) においてｎは、ｎ値と
呼ばれ、収束力の大きさはこのｎ値に依存する。従っ
て、荷電粒子ビームの電荷を正とすると、ｎ値が０＜ｎ
＜１であれば、水平・垂直の両方向とも収束となり、又
ｎ値がｎ＜０であれば、Ｘ方向に収束、Ｙ方向に発散と
なり、さらにｎ値が１＜ｎであれば、Ｘ方向に発散、Ｙ
方向に収束となる。そして、ｎ＝０（ｎ値がない）の場
合、磁極１３ａ、１３ｂに傾きはなく荷電粒子ビームの
収束・発散作用はなく、通常の偏向電磁石である。

【００１６】このようなコンバインド型偏向電磁石にお
いて、ｎ値が異なるものを組み合わせることにより、荷
電粒子ビームの収束、発散を行う四極電磁石６ａ〜６ｆ
を用いないシンクロトロンを作製できる。

【００１７】これら四極電磁石６ａ〜６ｆを用いなけれ
ば、粒子加速器において各偏向電磁石５ａ〜５ｄと各四
極電磁石６ａ〜６ｆとはそれぞれ個別の電源を用いてい
たことから、複雑な制御が不要となり、小型化が図れ
る。

【００１８】一方、シンクロトロンを構成する偏向電磁
石としては、例えば図１７に示すように１台の偏向電磁
石のＣ型のヨーク１５中にｎ値の異なる部分が形成され
たタイプも用いられている。

【００１９】すなわち、偏向電磁石は、鉄心材のブロッ
クを加工したヨーク１５及び励磁コイル１６から構成さ
れ、このうちヨーク１５には、水平方向に収束（以下、
Ｆと称する）作用となるｎ値の形状を有する磁極１５ａ
と、このｎ値と符号が逆である発散（以下、Ｄと称す
る）作用となる磁極１５ｂとが形成され、これらがＦＤ
Ｆで配置されている。

【００２０】図１８はヨーク１５を荷電粒子ビームの軌
道方向から見た図であり、Ｆ作用を有する磁極１５ａの
形状と、このｎ値と符号が逆であるＤ作用を有する磁極
１５ｂの形状とが分かる。

【００２１】このようなタイプの偏向電磁石をシンクロ
トロンに用いると、荷電粒子ビームに対する収束・発散
の繰り返しが多くなり収束力が強まる。これにより、コ
ンバインド型偏向電磁石の台数を増やすことなく荷電粒
子ビームに対する収束力を強めることができる。

【００２２】ところで、偏向電磁石のヨークの作製方法
は、鉄心材のブロックを加工する方法と積層用鉄心を荷
電粒子ビームの軸方向に積層する方法とが一般的となっ
ている。

【００２３】しかしながら、上記のように鉄心材のブロ
ックを加工したヨーク１５を用いた偏向電磁石では、こ
れを交流で用いると、渦電流により所定の磁場が発生せ
ずに使用できない。

【００２４】又、コンバインド型偏向電磁石の磁極間で
生じる磁場分布は複雑であり、磁極の形状が偏向力、収
束力の大きさを左右する。このため、鉄心材のブロック
を加工して所定の磁場を発生させるためには、鉄心材の
ブロックを高精度で加工してヨーク１５を作製しなけれ
ばならず、かつヨーク１５を作製した後、磁場を調整す
ることは非常に困難である。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにコンバイ
ンド型偏向電磁石は、複雑な磁極形状と磁場分布を持つ
ので、鉄心材のブロックを精度高く加工して作製するの
が難しく、かつ磁場を調整することが非常に困難であ
り、所定の性能を出すことが難しい。

【００２６】このため、コンバインド型偏向電磁石を用
いたシンクロトロンでは、調整用多極電磁石等を設置し
たり、ビームダクト４に余裕を持たせたりして補正しな
ければならず、コンバインド型偏向電磁石自身とシンク
ロトロンが大型化する。

【００２７】そこで本発明は、磁場調整が簡単に行え、
かつ作製が容易な偏向電磁石を提供することを目的とす
る。又、本発明は、磁場調整が簡単にできて作製が容易
な偏向電磁石を用いて小型化を図れる粒子加速器を提供
することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、磁場
を発生させて荷電粒子ビームを収束又は発散させる偏向
電磁石において、同一形状の空隙の形成された複数の積
層用鉄心を直線的又は所定の曲率に沿って積層してヨー
クを形成した偏向電磁石である。

【００２９】請求項２によれば、磁場を発生させて荷電
粒子ビームを収束又は発散させる偏向電磁石において、
磁極の傾きが異なるように空隙の形状が形成された複数
種類の積層用鉄心を積層してヨークを形成した偏向電磁
石である。

【００３０】請求項３によれば、磁場を発生させて荷電
粒子ビームを収束又は発散させる偏向電磁石において、
荷電粒子ビームを収束する磁極の傾きに空隙の形状が形
成された積層用鉄心を積層して第１のセクションを形成
し、荷電粒子ビームを発散する磁極の傾きに空隙の形状
が形成された積層用鉄心を積層して第２のセクションを
形成し、これら第１と第２のセクションを交互に配置し
てヨークを形成した偏向電磁石である。

【００３１】請求項４によれば、請求項３記載の偏向電
磁石において、磁場を発生させて荷電粒子ビームを収束
又は発散させる偏向電磁石において、第１と第２のセク
ションにおける各積層用鉄心は、それぞれの磁極の傾き
が積層用鉄心の積層方向から見て左右対象となる空隙の
形状に形成されている。

【００３２】このような偏向電磁石であれば、積層構造
のヨークとすることにより、作製が容易であるととも
に、積層用鉄心の枚数を変えることにより簡単に磁場の
調整ができ、例えば積層用鉄心を薄板とすることにより
磁場の微調整が可能となり、偏向電磁石自身を小型化で
きる。

【００３３】請求項５によれば、少なくとも複数の偏向
電磁石及び高周波加速空洞を荷電粒子ビームの軌道に沿
って配置して荷電粒子ビームを加速する粒子加速器にお
いて、複数の偏向電磁石を、それぞれ磁極の傾きが異な
る空隙の形状に形成された各積層用鉄心を積層して形成
した各ヨークを用いた各積層タイプとした粒子加速器で
ある。

【００３４】請求項６によれば、請求項５記載の粒子加
速器において、複数の偏向電磁石は、それぞれ荷電粒子
ビームを収束する磁極の傾きに空隙の形状が形成された
第１の積層タイプ、又は荷電粒子ビームを発散する磁極
の傾きに空隙の形状が形成された第２の積層タイプであ
る。このように粒子加速器であれば、作製が容易である
とともに簡単に磁場の調整ができる小型の偏向電磁石を
用いることにより粒子加速器の小型化が図れる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。図１はコンバインド
型偏向電磁石の構成図である。このコンバインド型偏向
電磁石は、同図(a) に示すように複数の積層用鉄心２０
を直線的、例えばＺ方向に直線的に積層してＨ型のヨー
ク２１を形成したものである。

【００３６】これら積層用鉄心２０は、それぞれ同図
(b) に示すように同一形状の空隙２２、すなわち各磁極
２３、２４の傾きが同一になる空隙２２の形状のｎ値に
形成されている。

【００３７】例えば、図２に示すようにコンバインド型
偏向電磁石中央Ａ点におけるｎ値をｎ_o とすると、セン
ターポール２５から見て偏向電磁石中央から角度θだけ
ずれた点Ｂにおける実効的なｎ値は、 ｎ（θ）＝ｎ_o ・ cosθ …(2) に表されるように角度θに応じて変化する。従って、コ
ンバインド型偏向電磁石において、荷電粒子ビーム軌道
Ｑ上の、この値の積分

【００３８】

【数１】 が必要なｎ値となるように、ｎ_o の値を算出し、磁極２
３、２４の形状を決定するものとなる。

【００３９】このように同一のｎ値に対応する磁極２
３、２４の傾きに形成された複数の積層用鉄心２０を積
層したヨーク２１には、励磁コイル２６が設けられてい
る。このような構成のコンバインド型偏向電磁石であれ
ば、荷電粒子ビームを偏向するための磁場は、荷電粒子
ビームの進行方向に対して垂直な成分である。

【００４０】ここで、Ａ点での荷電粒子ビームに加わる
偏向磁場は、図２及び図３(a) に示すように磁極２３、
２４の幅ｌ_o において加わる。Ｂ点で荷電粒子ビームに
加わる偏向磁場は、図２及び図３(b) に示すようにＡ点
における磁極２３、２４の幅ｌ_o に対して角度θのずれ
に対応して磁極２３、２４の幅ｌ₁ が、見掛け上 ｌ₁ ＝ｌ_o ／ cosθ …(4) となる。

【００４１】すなわち、荷電粒子ビームに対して垂直方
向の磁極２３、２４の幅ｌ₁ 、つまりセンターポール２
５から荷電粒子ビームを見たときの磁極２３、２４の幅
ｌ₁は、図３(b) に示すように上記式(4) に示す長さに
なる。

【００４２】従って、偏向電磁石中央Ａ点から角度θだ
けずれた点Ｂにおける実効的なｎ値は、上記式(2) に示
すようにコンバインド型偏向電磁石中央Ａ点におけるｎ
値をｎ_o よりも小さくなることから、Ｂ点における実効
的な磁極２３、２４の傾きは小さくなる。

【００４３】又、磁極間距離をｇ、偏向電磁石の偏向半
径をρとすると、磁極２３、２４の傾きｙは、 ｙ＝（ｇ／２）／｛１−（ｎ／ρ）ｘ｝ により表されることは上記式(1) に示したが、本実施の
形態のコンバインド型偏向電磁石の場合、磁極間距離ｇ
や偏向電磁石の偏向半径ρは変わらず、さらには各積層
用鉄心２０のｎ値は同一であることから磁極２３、２４
の傾きｙも変わらない。

【００４４】これにより、上記式(1) のｘ、すなわち磁
極２３、２４の幅ｌ₁ が長くなることが分かる。従っ
て、上記コンバインド型偏向電磁石であれば、複数の積
層用鉄心２０を同一ｎ値に対応した磁極２３、２４の傾
きで形成し、これら積層用鉄心２０を積層してヨーク２
１を形成することにより、荷電粒子ビームの軌道Ｑ上に
おいて、偏向電磁石中央Ａ点から角度θだけずれた点Ｂ
における実効的なｎ値を、中央Ａ点のｎ_o よりも小さく
することができる。

【００４５】このように上記第１の実施の形態おいて
は、各磁極２３、２４の傾きが同一のｎ値の空隙２２に
形成された積層用鉄心２０を直線的に積層したＨ型のヨ
ーク２１を用いたコンバインド型偏向電磁石としたの
で、積層構造のヨーク２１とすることにより、作製が容
易であるとともに、積層用鉄心２０の枚数を変えること
により簡単に磁場の調整ができ、例えば積層用鉄心２０
を薄板とすることにより磁場の微調整が可能となり、か
つ磁極２３、２４の間隔を狭めることができ、偏向電磁
石自身を小型化できる。

【００４６】又、荷電粒子ビームの軌道Ｑ上において、
偏向電磁石中央Ａ点から角度θだけずれた点Ｂにおける
実効的なｎ値を中央Ａ点のｎ_o よりも小さくでき、理想
的に収束された安定した荷電粒子ビームを供給すること
ができ、かつ荷電粒子ビームが安定するため、このビー
ムの広がりを小さくできる。

【００４７】一方、図４は上記コンバインド型偏向電磁
石、すなわちコンバインド型偏向電磁石２７ａ〜２７ｄ
を用いた粒子加速器の構成図である。線形加速器１に
は、輸送管２を介して入射機器３が接続されている。こ
の入射機器３には、ビームダクト４が接続され、このビ
ームダクト４上に複数の偏向電磁石２７ａ〜２７ｄ及び
高周波加速空洞７が配置されている。

【００４８】このような構成であれば、線形加速器１で
加速された荷電粒子ビーム８は、輸送管２を経て、入射
機器３からビームダクト４内に入射する。このビームダ
クト４内に入射した荷電粒子ビーム８は、各偏向電磁石
２７ａ〜２７ｄにより所定方向の磁場、例えば図中にお
いて加速粒子の電荷を正とすると、図の裏側から表側に
向かう方向の磁場がかけられて所定方向、例えば図中の
時計回り方向に偏向される。

【００４９】これと共にビームダクト４内に入射した荷
電粒子ビーム８は、高周波加速空洞７により高エネルギ
に加速される。このような粒子加速器であれば、各コン
バインド型偏向電磁石２７ａ〜２７ｄにおいて理想的に
収束された安定した荷電粒子ビームを供給することがで
き、かつ荷電粒子ビームが安定するため、このビームの
広がりを小さくできてビームダクト４のサイズを小さく
でき、かつ磁場調整が簡単にできて作製が容易な偏向電
磁石２７ａ〜２７ｄを用いて粒子加速器の小型化を図る
ことができる。

【００５０】次に本発明の第２の実施の形態について図
面を参照して説明する。図５はコンバインド型偏向電磁
石の構成図である。このコンバインド型偏向電磁石は、
複数の積層用鉄心３０を所定の曲率、例えば荷電粒子ビ
ーム軌道Ｑに沿って積層してＨ型のヨーク３１を形成し
たものである。

【００５１】これら積層用鉄心３０は、それぞれ図６に
示すように同一形状の空隙３２、すなわち各磁極３３、
３４の傾きが同一になる空隙３２の形状のｎ値に形成さ
れている。

【００５２】例えば、図５に示すようにコンバインド型
偏向電磁石中央Ａ点におけるｎ値をｎ_o とすると、セン
ターポール３５から見て偏向電磁石中央から角度θだけ
ずれた点Ｂにおける実効的なｎ値は、 ｎ（θ）＝ｎ_o ／ cosθ …(5) に表されるように角度θに応じて変化する。

【００５３】従って、上記第１の実施の形態と同様に、
荷電粒子ビーム軌道Ｑ上の、この値の積分が必要なｎ値
となるように、ｎ_o の値を算出し、磁極３３、３４の形
状を決定する。

【００５４】このように同一のｎ値に対応する磁極３
３、３４の傾きに形成された複数の積層用鉄心３０を積
層したヨーク３１には、励磁コイル３６が設けられてい
る。このような構成のコンバインド型偏向電磁石であれ
ば、荷電粒子ビームを偏向するための磁場は、荷電粒子
ビームの進行方向に対して垂直な成分である。

【００５５】ここで、Ａ点での荷電粒子ビームに加わる
偏向磁場は、磁極３３、３４の幅ｌ_o において加わる。
Ｂ点で荷電粒子ビームに加わる偏向磁場は、Ａ点におけ
る磁極３３、３４の幅ｌ_o よりも角度θのずれに対応し
て磁極３３、３４の幅ｌ₂ が、見掛け上 ｌ₂ ＝ｌ_o ・ cosθ …(6) となり短くなる。

【００５６】すなわち、荷電粒子ビームに対して垂直方
向の磁極３３、３４の幅ｌ₂ 、つまりセンターポール３
５から荷電粒子ビームを見たときの磁極３３、３４の幅
ｌ₂は狭くなる。

【００５７】従って、偏向電磁石中央Ａ点から角度θだ
けずれた点Ｂにおける実効的なｎ値は、コンバインド型
偏向電磁石中央Ａ点におけるｎ値をｎ_o よりも大きくな
ることから、Ｂ点における実効的な磁極３３、３４の傾
きは、上記式(6) からも大きくなる。

【００５８】このように上記第２の実施の形態おいて
は、複数の積層用鉄心３０を例えば荷電粒子ビーム軌道
Ｑに沿って積層したＨ型のヨーク３１を用いたコンバイ
ンド型偏向電磁石としたので、上記第１の実施の形態と
同様に、作製が容易であるとともに、積層用鉄心３０の
枚数を変えることにより簡単に磁場の調整ができ、例え
ば積層用鉄心３０を薄板とすることにより磁場の微調整
が可能となり、かつ磁極３３、３４の間隔を狭めること
ができ、偏向電磁石自身を小型化できる。

【００５９】又、荷電粒子ビームの軌道Ｑ上において、
偏向電磁石中央Ａ点から角度θだけずれた点Ｂにおける
実効的なｎ値を中央Ａ点のｎ_o よりも大きくでき、理想
的に収束された安定した荷電粒子ビームを供給すること
ができる。

【００６０】一方、かかるコンバインド型偏向電磁石を
粒子加速器に適用すれば、これらコンバインド型偏向電
磁石において理想的に収束された安定した荷電粒子ビー
ムを供給することができ、かつ荷電粒子ビームが安定す
るため、ビームダクト４に所定の磁場が得られないため
の余裕分をみる必要はなく、かつ調整用多極電磁石等を
設置する必要もなく、偏向電磁石を用いての粒子加速器
の小型化を図ることができる。

【００６１】次に本発明の第３の実施の形態について図
面を参照して説明する。図７はコンバインド型偏向電磁
石の構成図である。このコンバインド型偏向電磁石は、
磁極の傾きの異なる、すなわちｎ値の異なる空隙が形成
された複数種類の積層用鉄心、例えばｎ₁ の積層用鉄心
４０とｎ₂の積層用鉄心４１とを積層してヨーク４２を
形成したものである。なお、これら積層用鉄心４０及び
積層用鉄心４１には励磁コイルが設けられている。

【００６２】このようなコンバインド型偏向電磁石であ
れば、１台の偏向電磁石の中に収束効果と発散効果との
両方を合わせ持つ構造にできる。これにより、荷電粒子
ビームに対して、収束・発散の繰り返しが多くなり、荷
電粒子ビームの収束力を大きくできる。

【００６３】一方、図８はかかるコンバインド型偏向電
磁石を用いた粒子加速器の構成図である。荷電粒子ビー
ムの軌道Ｑ上には、例えばｎ₁ の積層用鉄心４０とｎ₂
の積層用鉄心４１とを積層して形成したヨーク４２を用
いたコンバインド型偏向電磁石４３ａ〜４３ｈが設置さ
れている。

【００６４】なお、線形加速器１や輸送管２、入射機器
３、ビームダクト４も図示しないが設けられている。こ
のような粒子加速器であれば、偏向電磁石４３ａ〜４３
ｈの台数を増やすことなく荷電粒子ビームの収束・発散
の繰り返しを多くでき、より理想的に収束された安定し
た荷電粒子ビームを供給することができ、かつ荷電粒子
ビームが安定するため、このビームの広がりを小さくで
きてビームダクト４のサイズを小さくできる。

【００６５】又、各偏向電磁石４３ａ〜４３ｈにおいて
各積層用鉄心４０、４１の枚数を変えることにより磁場
調整ができるので、調整用多極電磁石等を設置する必要
もなく、偏向電磁石を用いての粒子加速器の小型化を図
ることができる。

【００６６】次に本発明の第４の実施の形態について図
面を参照して説明する。図９はコンバインド型偏向電磁
石の構成図である。このコンバインド型偏向電磁石は、
水平方向に収束（Ｆ）作用となるｎ値の形状を有する磁
極の形成された複数の積層用鉄心５０を積層してＦセク
ション５０ａ、５０ｂを形成し、かつこの上記ｎ値と符
号が逆である発散（Ｄ）作用となる磁極の形成された複
数の積層用鉄心５１を積層してＤセクション５１ａを形
成し、これらＦセクション５０ａ、５０ｂとＤセクショ
ン５１ａとをＦＤＦと配置したＣ型のヨーク５２を備え
ている。

【００６７】図１０は荷電粒子ビームの進行方向から見
たＦセクション５０ａ、５０ｂとＤセクション５１ａの
各磁極の形状を示している。なお、５３は励磁コイルで
ある。

【００６８】このようにヨーク５２をＦセクション５０
ａ、５０ｂとＤセクション５１ａとをＦＤＦに配置した
コンバインド型偏向電磁石であれば、製作が容易であ
り、かつ荷電粒子ビームに対する収束・発散の繰り返し
を多くすることができて収束力を大きくでき、そのうえ
積層用鉄心５０、５１の積層構造とすることによりＦセ
クション５０ａ、５０ｂとＤセクション５１ａとにおい
て積層用鉄心５０、５１の枚数を調整して簡単に収束力
を調整できる。

【００６９】一方、図１１はかかるコンバインド型偏向
電磁石を用いた粒子加速器の構成図である。荷電粒子ビ
ームの軌道Ｑ上には、水平方向に収束（Ｆ）作用となる
ｎ値の形状を有する磁極の形成された複数の積層用鉄心
５０を積層してＦセクション５０ａ、５０ｂを形成し、
かつこの上記ｎ値と符号が逆である発散（Ｄ）作用とな
る磁極の形成された複数の積層用鉄心５１を積層してＤ
セクション５１ａを形成し、これらＦセクション５０
ａ、５０ｂとＤセクション５１ａとをＦＤＦと配置した
Ｃ型のヨーク５２を用いた複数のコンバインド型偏向電
磁石５４ａ〜５４ｈが設置されている。

【００７０】なお、線形加速器１や輸送管２、入射機器
３、ビームダクト４も図示しないが設けられている。こ
のような粒子加速器であれば、上記第３の実施の形態と
同様に、偏向電磁石５４ａ〜５４ｈの台数を増やすこと
なく荷電粒子ビームの収束・発散の繰り返しを多くで
き、より理想的に収束された安定した荷電粒子ビームを
供給することができ、かつ荷電粒子ビームが安定するた
め、このビームの広がりを小さくできてビームダクト４
のサイズを小さくできる。

【００７１】又、各偏向電磁石５４ａ〜５４ｈにおいて
各積層用鉄心５０、５１の枚数を変えることにより磁場
調整ができるので、調整用多極電磁石等を設置する必要
もなく、偏向電磁石を用いての粒子加速器の小型化を図
ることができる。

【００７２】次に本発明の第５の実施の形態について図
面を参照して説明する。図１２(a) はコンバインド型偏
向電磁石の構成図である。このコンバインド型偏向電磁
石は、水平方向に収束（Ｆ）作用となるＦセクション６
０ａ、６０ｂと、発散（Ｄ）作用となるＤセクション６
０ｃとが、ＦＤＦに配置されてＨ型のヨーク６１が形成
されている。

【００７３】これらＦセクション６０ａ、６０ｂ及びＤ
セクション６０ｃは、それぞれ磁極の傾きが荷電粒子ビ
ームの進行方向から見て左右対称に形成されている。と
ころが、これらＦセクション６０ａ、６０ｂ及びＤセク
ション６０ｃに用いる積層用鉄心６２は、同一ｎ値の形
状を有する磁極で形成されたものとなっている。なお、
これら積層用鉄心６２の厚さは、例えば０．５ｍｍ程度
に形成されている。

【００７４】図１２(b) は収束（Ｆ）作用となる積層用
鉄心６２の構成図であり、ｎ値の形状を有する磁極６
３、６４の傾きに形成されており、図１２(c) は発散
（Ｆ）作用となる積層用鉄心６２の構成図であり、同一
のｎ値の形状を有する磁極６３、６４の傾きに形成され
ており、これらは荷電粒子ビームの進行方向に対して裏
返したものとなっている。

【００７５】従って、Ｆセクション６０ａ、６０ｂとＤ
セクション６０ｃとは、同一の積層用鉄心６２を互いに
反転させて積層した構成となっている。このようなコン
バインド型偏向電磁石であれば、製作が容易であり、か
つ荷電粒子ビームに対する収束・発散の繰り返しを多く
することができて収束力を大きくでき、そのうえＦセク
ション６０ａ、６０ｂとＤセクション６０ｃとの境目で
積層用鉄心６２の枚数を調整することにより簡単に収束
力を調整できる。

【００７６】一方、かかるコンバインド型偏向電磁石を
粒子加速器に適用すれば、上記実施の形態と同様に、コ
ンバインド型偏向電磁石において理想的に収束された安
定した荷電粒子ビームを供給することができ、かつ荷電
粒子ビームが安定するため、このビームの広がりを小さ
くできてビームダクト４のサイズを小さくでき、調整用
多極電磁石等を設置する必要もなく、偏向電磁石を用い
ての粒子加速器の小型化を図ることができる。

【００７７】次に本発明の第６の実施の形態について図
面を参照して説明する。図１３はコンバインド型偏向電
磁石を用いた粒子加速器の構成図である。荷電粒子ビー
ムの軌道上に沿って複数のＦタイプのコンバインド型偏
向電磁石７０ａ〜７０ｄ及びＤタイプの７１ａ〜７１ｄ
が配置されている。

【００７８】このうちＦタイプのコンバインド型偏向電
磁石７０ａ〜７０ｄは、水平方向に収束（Ｆ）作用とな
るｎ値の形状を有する磁極の形成された複数の積層用鉄
心を積層してヨークを形成し、このヨークに励磁コイル
を設けたものである。

【００７９】Ｄタイプのコンバインド型偏向電磁石７１
ａ〜７１ｄは、発散（Ｄ）作用となるｎ値の形状を有す
る磁極の形成された複数の積層用鉄心を積層してヨーク
を形成し、このヨークに励磁コイルを設けたものであ
る。

【００８０】これらタイプの偏向電磁石７０ａ〜７０ｄ
及び７１ａ〜７１ｄに用いられる各積層用鉄心は、同形
のものが用いられている。すなわち、これらタイプの偏
向電磁石７０ａ〜７０ｄと７１ａ〜７１ｄとにおいてｎ
値は、絶対値が等しく、符号が逆の関係となっている。

【００８１】又、これらタイプの偏向電磁石７０ａ〜７
０ｄ及び７１ａ〜７１ｄは、荷電粒子ビームの収束力の
調整のために、Ｆタイプの偏向電磁石７０ａ〜７０ｄの
ヨークを長く形成し、Ｄタイプの偏向電磁石７１ａ〜７
１ｄのヨークを短く形成している。

【００８２】このような粒子加速器であれば、積層用鉄
心の枚数を変えることにより各タイプの偏向電磁石７０
ａ〜７０ｄ及び７１ａ〜７１ｄにおいて磁場調整がで
き、広がりが小さい質のよい荷電粒子ビームが得られ、
調整用多極電磁石が不要でビームダクトの断面も小型化
できる。

【００８３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、磁
場調整が簡単に行え、かつ作製が容易な偏向電磁石を提
供できる。又、本発明によれば、磁場調整が簡単にでき
て作製が容易な偏向電磁石を用いて小型化を図れる粒子
加速器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるコンバインド型偏向電磁石の第
１の実施の形態を示し、同図(a) はその側面図、同図
(b) は縦断面図。

【図２】同偏向電磁石における各角度の偏向磁場の作用
を示す図。

【図３】各角度における磁極長さの実効的な長さを示
し、同図(a) は図２におけるＡ点の磁極長さを示す図、
同図(b) は図２におけるＢ点の磁極長さを示す図。

【図４】同コンバインド型偏向電磁石を用いた粒子加速
器の構成図。

【図５】本発明に係わるコンバインド型偏向電磁石の第
２の実施の形態を示す構成図。

【図６】同偏向電磁石における積層用鉄心の構成図。

【図７】本発明に係わるコンバインド型偏向電磁石の第
３の実施の形態を示す構成図。

【図８】同コンバインド型偏向電磁石を用いた粒子加速
器の構成図。

【図９】本発明に係わるコンバインド型偏向電磁石の第
４の実施の形態を示す構成図。

【図１０】荷電粒子ビームの進行方向から見たＦ及びＤ
セクションの各磁極の形状を示す図。

【図１１】同コンバインド型偏向電磁石を用いた粒子加
速器の構成図。

【図１２】本発明に係わるコンバインド型偏向電磁石の
第５の実施の形態を示し、同図(a) はその側面図、同図
(b) は収束作用部の縦断面図、同図(c) は発散作用部の
縦断面図。

【図１３】本発明に係わる粒子加速器の第６の実施の形
態を示す構成図。

【図１４】粒子加速器の構成図。

【図１５】コンバインド型偏向電磁石の断面構成図。

【図１６】磁極間に発生する磁力線の様子を示す図。

【図１７】ヨーク中にｎ値の異なる部分が形成されたタ
イプの偏向電磁石の構成図。

【図１８】Ｆ及びＤ作用を持つ磁極形状を荷電粒子ビー
ムの軌道方向から見た構成図。

【符号の説明】

２０，３０，４０，４１…積層用鉄心、 ２１，３１，４２…ヨーク、 ２２…空隙、 ２３，２４…磁極、 ２６，３６…励磁コイル、 ２７ａ〜２７ｄ，４３ａ〜４３ｈ…コンバインド型偏向
電磁石、 ５０，５１…積層用鉄心、 ５０ａ，５０ｂ…Ｆセクション、 ５１ａ…Ｄセクション、 ５４ａ〜５４ｈ…コンバインド型偏向電磁石、 ６０ａ，６０ｂ…Ｆセクション、 ６０ｃ…Ｄセクション、 ６１…ヨーク、 ６２…積層用鉄心、 ７０ａ〜７０ｄ…Ｆタイプの偏向電磁石、 ７１ａ〜７１ｄ…Ｄタイプの偏向電磁石。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁場を発生させて荷電粒子ビームを収束
   又は発散させる偏向電磁石において、 同一形状の空隙の形成された複数の積層用鉄心を直線的
   又は所定の曲率に沿って積層してヨークを形成したこと
   を特徴とする偏向電磁石。
2. 【請求項２】 磁場を発生させて荷電粒子ビームを収束
   又は発散させる偏向電磁石において、 磁極の傾きが異なるように空隙の形状が形成された複数
   種類の積層用鉄心を積層してヨークを形成したことを特
   徴とする偏向電磁石。
3. 【請求項３】 磁場を発生させて荷電粒子ビームを収束
   又は発散させる偏向電磁石において、 前記荷電粒子ビームを収束する磁極の傾きに空隙の形状
   が形成された積層用鉄心を積層して第１のセクションを
   形成し、前記荷電粒子ビームを発散する磁極の傾きに空
   隙の形状が形成された積層用鉄心を積層して第２のセク
   ションを形成し、これら第１と第２のセクションを交互
   に配置してヨークを形成したことを特徴とする偏向電磁
   石。
4. 【請求項４】 磁場を発生させて荷電粒子ビームを収束
   又は発散させる偏向電磁石において、 前記第１と第２のセクションにおける前記各積層用鉄心
   は、それぞれの磁極の傾きが前記積層用鉄心の積層方向
   から見て左右対象となる前記空隙の形状に形成されたこ
   とを特徴とする請求項３記載の偏向電磁石。
5. 【請求項５】 少なくとも複数の偏向電磁石及び高周波
   加速空洞を荷電粒子ビームの軌道に沿って配置して前記
   荷電粒子を加速する粒子加速器において、 前記複数の偏向電磁石を、それぞれ磁極の傾きが異なる
   空隙の形状に形成された各積層用鉄心を積層して形成し
   た各ヨークを用いた各積層タイプとしたことを特徴とす
   る粒子加速器。
6. 【請求項６】 前記複数の偏向電磁石は、それぞれ前記
   荷電粒子ビームを収束する磁極の傾きに空隙の形状が形
   成された第１の積層タイプ、又は前記荷電粒子ビームを
   発散する磁極の傾きに空隙の形状が形成された第２の積
   層タイプであることを特徴とする請求項５記載の粒子加
   速器。