JPH11214198A - 直線型加速装置およびその設置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷電粒子加速装置における四極電磁石および
ビームモニターのアライメント調整作業を簡略化し、か
つ小型化した荷電粒子加速装置およびその設置方法を提
供する。 【解決手段】 ２個の四極電磁石２、３を対置して搭載
できる配置面を備え、搭載した四極電磁石や荷電粒子ビ
ーム位置モニター４について予め位置調整を行って固定
した複数の四極電磁石定盤１０を荷電粒子走行軌道中に
配設した荷電粒子加速装置。なお、荷電粒子加速装置架
台９上の所定位置に四極電磁石定盤１０を位置調整する
機構８が備えられていることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、四極電磁石装置を
備えた直線型加速装置およびその設置方法に関し、特に
複数の四極電磁石を備えたリニアック型直線型加速装置
における製作費用を低減しアライメント調整が容易にで
きるようにした直線型加速装置およびその設置方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】直線型加速装置ではビームの運動を安定
化するために、荷電粒子軌道中の随所に四極電磁石が設
けられている。四極電磁石は中心からずれて入ってくる
荷電粒子に対しそれぞれ直交する方向にローレンツ力に
よる収束もしくは発散作用を持ち、Ｎ極とＳ極を入れ替
えた１対の四極電磁石を交互に配置することで、結果と
して両方向共に強い収束作用をビームに与える。

【０００３】このため、直線型加速装置中の要所には、
通常、四極電磁石が連続して２個あるいは３個設けられ
るが、それぞれ電子軌道に対して正確なアライメントが
取られている必要がある。荷電粒子ビームが正確な位置
に調整されていることはビームモニターを用いて確認す
る。ビームモニターには調整時に軌道中にスクリーンを
挿入しビームの照射位置を見ることにより確認するもの
などがある。

【０００４】ＲＦ電子銃を用いた電子リニアック型自由
電子レーザ発生装置のある例においては、ＲＦ電子銃か
ら放射された荷電粒子である電子がα電磁石で方向転換
して加速器で加速され、１対の偏向電磁石によりアンジ
ュレータを挟んで配設される全反射ミラーと出力ミラー
で構成された光共振器に導かれてレーザ光を同期増幅し
た後に偏向電磁石によりビームダンパ中に棄却される。

【０００５】この間の輸送系内における電子ビームを適
切な状態に保持するため、例えば、ＲＦ電子銃とα電磁
石の間、α電磁石と加速器の間、加速器と偏向電磁石の
間、および偏向電磁石とアンジュレータの間に１対の四
極電磁石が挿入されている。また、第１の偏向電磁石と
第２の偏向電磁石の間には偏向方向へのエネルギー分散
の拡散を抑える目的で１個の四極電磁石が設置されてい
る。また、加速器の上流と下流、第１と第２の偏向電磁
石の間、およびアンジュレータの前後には、電子ビーム
の位置を管理するためにビームモニターが設けられてい
る。

【０００６】従来、四極電磁石やビームモニターは個別
に設置されていたため、直線型加速装置中に設備する数
だけビーム輸送系に対してアライメント調整を行う必要
があった。このため、直線型加速装置の設置工事は現場
に熟練度の高い作業者を派遣し、数多くの機器について
時間のかかるアライメント調整を行わなければならなか
った。また、アライメント調整には機器の前後に所定の
作業用スペースを確保する必要があるため、運転の目的
には無用の設備長を有する結果になっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、直線型加速装置における四極電磁
石およびビームモニターの設置方法を工夫して、アライ
メント調整作業を簡略化することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る直線型加速装置は、２個の四極電磁石
を対置して搭載できる配置面を備え搭載した四極電磁石
について予め位置調整を行って固定した複数の四極電磁
石定盤を荷電粒子走行軌道中に配設したことを特徴とす
る。また、荷電粒子ビーム位置モニターを搭載し予め位
置調整を行った四極電磁石定盤が含まれていても良い。
なお、直線型加速装置架台上には所定の位置に四極電磁
石定盤全体を位置調整する機構が備えられていることが
好ましい。

【０００９】上記課題を解決するため、本発明に係る直
線型加速装置設置方法は、四極電磁石定盤上の四極電磁
石配置面に四極電磁石を搭載し、搭載した四極電磁石に
ついて四極電磁石定盤を基準として位置調整を行った
後、四極電磁石定盤を直線型加速装置架台上の位置固定
機構に係合させることにより、四極電磁石を荷電粒子走
行軌道中に配設することを特徴とする。また、位置調整
を行った四極電磁石定盤を直線型加速装置架台に備える
ビーム軸に対する位置調整機構に設置してビーム軸位置
調整するようにしてもよい。なお、四極電磁石定盤に荷
電粒子ビーム位置モニターを搭載し、四極電磁石と共に
荷電粒子ビーム位置モニターについて四極電磁石定盤を
基準として位置調整を行うようにしてもよい。

【００１０】本発明によれば、複数箇所に設ける四極電
磁石について、荷電粒子加速器の設置場所に限らず製造
工場等において、定盤の上に必要とする四極電磁石を搭
載して、四極電磁石のアライメント調整を定盤に対して
行って定盤上に固定したものを作成し、四極電磁石を搭
載した定盤ごと直線型加速装置架台上の所定位置に配設
すればよい。したがって、高度な技術を要し手間と時間
のかかる四極電磁石のアライメント作業を作業環境の整
った製造工場内で実施することができ、直線型加速装置
のアライメント精度を劣化させることなく装置架台上に
おけるアライメント調整作業を簡略化容易化し、費用の
節減が出来る。また、定盤上でアライメント調整を実施
しておけることから、直線型加速装置組立時に必要とさ
れる調整作業用スペースを省くことができ、装置全体を
より小型化することが可能となる。

【００１１】さらに、本発明の直線型加速装置では、四
極電磁石を配設する定盤は原則的に同じ形状であればよ
いから、仕様統一して一括製作することで量産効果によ
り製造費用を低減させることが可能となる。また、荷電
粒子ビームの位置を確認するために必要とされるビーム
モニターはビーム軸を確実にとらえる必要があることか
ら四極電磁石に対する位置関係が問題となるため、四極
電磁石が搭載された定盤上に位置決めして、四極電磁石
と共にアライメント調整を行うことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、実施例および使用例に基づ
いて本発明に係る直線型加速装置および設置方法を詳細
に説明する。図１から図３は本発明に用いられる四極電
磁石定盤の使用形態を示す斜視図、図４は本発明におけ
る四極電磁石定盤の位置調整方法を示す平面図、図５は
その立面図、図６は本発明の直線型加速装置の実施例と
して架台上に組み立てられた小型リニアックを示す平面
構成図である。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の直線型加速装置を適用した電
子リニアック型自由電子レーザ発生装置のα電磁石と加
速器の間、加速器と偏向電磁石の間、および偏向電磁石
とアンジュレータの間に配設される四極電磁石定盤１０
−ａを表した斜視図である。図の四極電磁石定盤１０−
ａでは、定盤１の上に第１の四極電磁石２と第２の四極
電磁石３が搭載されている。さらに、両電磁石の中間に
はビーム位置モニタ４が設置されている。荷電粒子ビー
ムは第１四極電磁石２と第２四極電磁石３の軸心を貫通
するビーム輸送管５の中心軸付近を通過していくように
配置される。なお、図は定盤１の一部を切り欠いてビー
ム位置モニター４が見えるように表してある。

【００１４】ビーム位置モニター４は、輸送管５の下方
に設けられたフランジ付きノズル管５１に取付フランジ
で取り付けられている。ノズル管５１は台形をしたモニ
ター支持台６の上面で支えられている。モニター支持台
６は裾に縁部分を有し定盤１にネジなどにより位置調整
が可能な状態で固定される。輸送管５内にターゲットを
出し入れする圧空駆動シリンダは支持フランジに対して
相対位置関係が変わらないように固定されている。支持
フランジは取付フランジから垂下する支持棒で支えられ
ている。支持フランジと取付フランジの間は蛇腹構造で
連結され、ターゲットが荷電粒子ビームの中心位置を正
確に検出できるように位置調整するため、支持フランジ
の固定高さを調整しても、輸送管５内の真空を保持でき
るようになっている。

【００１５】圧空駆動シリンダを作動させて、ターゲッ
トを荷電粒子ビーム中に挿入しビーム照射位置を確認し
たり、運転状態に戻すため待避させたりすることができ
る。また、ターゲットの位置や姿勢を確認したり荷電粒
子の位置を観測するための覗き穴５２が輸送管５の脇に
付いている。輸送管５の両端には上流側及び下流側のビ
ーム輸送管と接続するためのフランジ５３が取り付けら
れている。要素同士の接続を容易にするためフランジ５
３の前に蛇腹管５４を挿入しておいても良い。このよう
な構成では、輸送管５は四極電磁石で支えると共に、ノ
ズル管５１位置をモニター支持台６で支えて、配管の姿
勢を保持させる。

【００１６】第１四極電磁石２と第２四極電磁石とでは
Ｎ極とＳ極が入れ替わった配置になっていて、収束作用
と発散作用が鉛直方向と水平方向で入れ替わるようにな
っている。したがって、ビーム輸送管５を通過中の荷電
粒子ビームは、第１四極電磁石２で例えば水平方向に発
散作用を受け、ついで第２四極電磁石３で今度は収束作
用を受けて結局軸に垂直な面内で軸周りに極めて強くエ
ネルギー集中した荷電粒子ビームになる。

【００１７】荷電粒子ビームの軸が四極電磁石が中心軸
周りに形成する磁場の中心からずれているとビーム軸が
ドリフトしてしまう。そこで、まず両電磁石の軸心が同
一直線上にあるようにアライメント調整する必要があ
る。また、電磁石の軸にビーム輸送管５の中心軸が重な
るように調整する。さらに、直線型加速装置に組み上げ
られたときに実際に荷電粒子ビームが通過する位置を確
認するために用いるビーム位置モニター４のスクリーン
中心が、ビーム輸送管５の中心軸を一致するように調整
しておくことが好ましい。

【００１８】四極電磁石は電磁石支持台７の上に設置さ
れる。製作精度が高ければ単に組み上げるだけで寸法精
度が確保できるが、多少の誤差は定盤１に据え付けると
きに水準調整を行うことができる。ビーム軸に対するア
ライメント調整は定盤１上に載置した後で行い、調整後
図示しないボルトナット等により定盤上に固定される。
なお、具体的には四極電磁石を上下２つに分割して、２
個の四極電磁石の下側部分を所定の位置に配置された電
磁石支持台７上に据えた後、ビーム輸送管５を渡して中
心軸位置を調整し、その後それぞれ上側部分をかぶせて
固定する方法などがある。また、四極電磁石の軸位置の
直上や同一レベル位置に刻印されたケガキ線２１、３１
を利用してアライメント調整や水準調整をすることもで
きる。

【００１９】これらアライメント調整は、実際の荷電粒
子ビームを使うことができない組立工場においても、定
盤１上に四極電磁石２、３、モニター４、輸送管５等を
組み込んだ後で通常のアライメント調整方法を用いて精
度良く行うことができる。また、直線型加速装置内には
同じ構成の四極電磁石が何カ所かで用いられるが、これ
らは同じ部材を用いて同じ手順で製作することができ
る。

【００２０】図２は自由電子レーザ発生装置のＲＦ電子
銃とα電磁石の間に配設される四極電磁石定盤１０−ｂ
を示す斜視図である。なお、本図では図１と同じ要素に
同じ参照番号を付して図１の四極電磁石定盤１０−ａと
の差異を明確にするようにした。この使用方法では、定
盤１の上に第１の四極電磁石２と第２の四極電磁石３が
搭載されていて、第１四極電磁石２と第２四極電磁石３
の軸心を貫通するビーム輸送管５の中心軸付近を通過し
ていくように配置されるが、ビーム位置モニタは設置さ
れていない。この位置では荷電粒子ビームの軸心位置を
管理するまでもないからである。

【００２１】ここで使用される定盤１は図１の定盤と同
じものでよいため、一括製作することができる。また、
第１四極電磁石２と第２四極電磁石３のアライメント調
整方法は図１におけるものと全く同じでよい。

【００２２】図３は自由電子レーザ発生装置の１対の偏
向電磁石の間に配設される四極電磁石定盤１０−ｃを示
す斜視図である。本図でも、図１と同じ要素に同じ参照
番号を付して図１の四極電磁石定盤１０−ａとの差異を
明確にするようにした。この使用方法では、定盤１の上
に１個の四極電磁石２とビーム位置モニタ４が搭載され
ていて、四極電磁石２の中心にビーム輸送管５の中心軸
が位置するように配置される。この位置では偏向磁石で
１方向に拡散したエネルギー分散を除去すれば足りるか
らである。拡散状態を監視するためにビーム位置モニタ
ー４を設けることは望ましい。

【００２３】ここで使用される定盤１も図１の定盤と同
じものでよい。また、四極電磁石２とビーム位置モニタ
ー４のアライメント調整方法は図１におけるものと全く
同じである。

【００２４】図４は四極電磁石定盤を直線型加速装置に
配設する方法の１例を説明する平面図、図５はその立面
図である。本図の例では、四極電磁石定盤の上流に真空
バルブ１１、下流にビーム電流モニタ１２が設備されて
いる。これら機器との接続はビーム輸送管５の両端に設
けた真空用フランジ５３により行う。なお、図では１対
の四極電磁石とビーム位置モニタを搭載した四極電磁石
定盤１０−ａについて表示したが、いずれの四極電磁石
定盤であっても同じ方法で設置されるので、参照番号は
１０で代表する。四極電磁石２、３およびビーム位置モ
ニタ４を搭載してアライメント調整を済ませた四極電磁
石定盤１０は定盤位置調整装置８に載置する。定盤位置
調整装置８は直線型加速装置の架台９上の所定の位置に
配設されていて、４隅に設けられたネジ棒８１により高
さと面の傾きを調整することが出来る。

【００２５】また、定盤位置調整装置８の面上に定盤１
の各側面に当接する位置調整具が１対ずつ設けられてい
て、この位置調整具８２、８３により四極電磁石等が固
定された四極電磁石定盤１０全体を調整面上で位置調整
することができる。このような四極電磁石定盤１０の位
置調整により四極電磁石等の相互間の位置関係を変える
ことなく、四極電磁石２、３やビーム位置モニタ４につ
いて直線型加速装置架台９に対する最終的なアライメン
ト調整を行うことができる。

【００２６】なお、図４と図５では、定盤位置調整装置
８が直線型加速装置架台９に固定されていて、四極電磁
石定盤１０の最終的なアライメント調整を定盤位置調整
装置８により実施するようになっているが、定盤位置調
整装置８を四極電磁石定盤１０に付属するものとして構
成し、直線型加速装置架台９上の所定位置に図示しない
突起を備え、定盤位置調整装置８に設けた図示しない穴
と係合させて定位置に固定するようにしてもよい。この
場合は、直線型加速装置架台９に取り付ける前に四極電
磁石定盤上における要素機器の位置調整と定盤位置調整
装置上の定盤自体の位置調整を高精度で実施してから、
架台９に定盤位置調整装置自体を組み付けるようにし
て、現場におけるアライメント調整および組立工程を簡
略化することができる。

【００２７】また、本図では四極電磁石の下流にビーム
電流モニタを設けているが、四極電磁石定盤１上のビー
ム輸送管５の周囲に図示しないボタン電極を設けてビー
ム電流を測定するようにしても良いことはいうまでもな
い。例えば、２個の四極電磁石に挟まれた位置にビーム
位置モニタと並べて設置することができる。

【００２８】図６は、本発明の直線型加速装置の１実施
例として示す架台９上に組み立てられた小型リニアック
の平面構成図である。図面は、説明の簡約のため、電子
ビームの輸送系に直接係る部分だけを示したものであ
り、実際の装置には図示しなかったＲＦ導波管や冷却水
配管など、各種ユーティリティが付帯している。

【００２９】本実施例では、ＲＦ電子銃から放射された
電子は、図２に示したような１対の四極電磁石を搭載し
た四極電磁石定盤１０−ｂにより収束度の高い電子ビー
ムに整形された上でα電磁石に投射されて加速器の軸方
向に方向転換する。電子ビームは加速器に入射する前
に、図１に示したような１対の四極電磁石とビーム位置
モニタを搭載した四極電磁石定盤１０−ａを通過してよ
り高度に収束させられる。四極電磁石の間を通過すると
きの電子ビームの軸心位置はビーム位置モニタにより検
出することができる。

【００３０】電子は加速器で加速され、さらに加速器入
り口と同じ構成を有する四極電磁石定盤１０−ａを通過
し収束して、１対の偏向電磁石を通過して光共振器に導
かれる。２個の偏向磁石に挟まれた位置には、図３に示
したような１個の四極電磁石とビーム位置モニタを搭載
した四極電磁石定盤１０−ｃが配設されていて、偏向電
磁石を通過することで水平方向に分散した電子ビーム中
の電子を軸方向に収束させる。電子ビームの位置はビー
ム位置モニタで知ることができる。

【００３１】光共振器はアンジュレータを挟んで配設さ
れる全反射ミラーと出力ミラーで構成され、電子ビーム
はアンジュレータで共振レーザ光と同期してエネルギ増
幅する。なお、発生した自由電子レーザは出力ミラーか
ら取り出して活用する。電子ビームはアンジュレータに
入射する前に、図１に示したような四極電磁石定盤１０
−ａを通過してより高度に収束させられる。ここを通過
する電子ビームの位置はビーム位置モニタで検出でき
る。電子ビームはアンジュレータを通過した後に偏向電
磁石により共振器の光路から逸らされてビームダンパに
投棄される。

【００３２】アンジュレータを通過した後の電子ビーム
の位置はビーム位置モニタにより観察することができ
る。アンジュレータの後ろには四極電磁石を設けないが
ビーム位置モニタを上述の四極電磁石定盤に固定して配
設するようにすると、取付部品の規格化による工程省略
の効果が見込める。

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の直線型加速
装置およびその設置方法によれば、装置架台における四
極電磁石およびビーム位置モニタのアライメント調整を
簡易化することにより設置工事をより能率良く行うこと
ができる。また、複数の四極電磁石を配設するときに、
規格化した部材を使用することができるため工事の効率
が向上する。さらに、アライメント調整を行うためのス
ペースを省略することにより装置全体を小型化すること
ができる。また、運転条件の変更にも容易に対処でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直線型加速装置に用いられる四極電磁
石定盤の使用形態を示す斜視図である。

【図２】本発明の直線型加速装置に用いられる四極電磁
石定盤の第２の使用形態を示す斜視図である。

【図３】本発明の直線型加速装置に用いられる四極電磁
石定盤の第３の使用形態を示す斜視図である。

【図４】本発明における四極電磁石定盤の位置調整方法
を示す平面図である。

【図５】図４の位置調整方法を示す立面図である。

【図６】本発明の直線型加速装置を適用した小型リニア
ックを示す平面構成図である。

【符号の説明】

１ 定盤 ２、３ 四極電磁石 ２１、３１ ケガキ線 ４ ビーム位置モニタ ５ ビーム輸送管 ５１ ノズル管 ５２ 覗き穴 ５３ フランジ ５４ 蛇腹管 ６ モニター支持台 ７ 電磁石支持台 ８ 定盤位置調整装置 ８１ ネジ棒 ８２、８３ 位置調整具 ９ 直線型加速装置架台 １０−ａ、ｂ、ｃ 四極電磁石定盤 １１ 真空バルブ １２ ビーム電流モニタ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個の四極電磁石を対置して搭載できる
   配置面を備え搭載した四極電磁石について予め位置調整
   を行って固定した複数の四極電磁石定盤を荷電粒子走行
   軌道中に配設したことを特徴とする直線型加速装置。
2. 【請求項２】 前記四極電磁石定盤のいずれかが荷電粒
   子ビーム位置モニターを搭載し予め位置調整を行ったも
   のであることを特徴とする請求項１記載の直線型加速装
   置。
3. 【請求項３】 前記直線型加速装置架台上の前記四極電
   磁石定盤を配設する位置に位置調整機構が備えられてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載の直線型加速
   装置。
4. 【請求項４】 前記位置調整機構が前記直線型加速装置
   架台から取り外し可能であることを特徴とする請求項３
   記載の直線型加速装置。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の直線
   型加速装置を備えた自由電子レーザ装置。
6. 【請求項６】 四極電磁石定盤上の四極電磁石配置面に
   四極電磁石を搭載し、該搭載した四極電磁石について四
   極電磁石定盤を基準として位置調整を行い、該四極電磁
   石定盤を直線型加速装置架台上の位置固定機構に係合さ
   せることにより、四極電磁石を荷電粒子走行軌道中に配
   設することを特徴とする直線型加速装置設置方法。
7. 【請求項７】 前記位置固定機構が該四極電磁石定盤を
   直線型加速装置架台上の予めビーム軸上に設置できるよ
   うに調整された開孔とピンからなり、該開孔とピンを係
   合させることにより、四極電磁石を荷電粒子走行軌道中
   に配設することを特徴とする請求項６記載の直線型加速
   装置設置方法。
8. 【請求項８】 前記位置固定機構がさらに直線型加速装
   置架台上で位置調整可能な位置調整機構を有し、前記四
   極電磁石定盤を設置した後に位置調整することを特徴と
   する請求項６または７記載の直線型加速装置設置方法。
9. 【請求項９】 前記四極電磁石定盤に荷電粒子ビーム位
   置モニターを搭載し、前記四極電磁石について位置調整
   を行うと共に荷電粒子ビーム位置モニターについて四極
   電磁石定盤を基準として位置調整を行うことを特徴とす
   る請求項６から８のいずれかに記載の直線型加速装置設
   置方法。
10. 【請求項１０】 請求項６から９のいずれかに記載の設
    置方法により設置された直線型加速装置を備えた自由電
    子レーザ装置。