JPS62147641A - 粒子ビ−ム電気冷却法 - Google Patents
粒子ビ−ム電気冷却法Info
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- JPS62147641A JPS62147641A JP60289585A JP28958585A JPS62147641A JP S62147641 A JPS62147641 A JP S62147641A JP 60289585 A JP60289585 A JP 60289585A JP 28958585 A JP28958585 A JP 28958585A JP S62147641 A JPS62147641 A JP S62147641A
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Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はシンクｐトｐン、ＡＶＦサイクロトロン等の大
型加速器から取り出された粒子ビームの高品質化をはか
る粒子ビーム伝送系に関するものである。
型加速器から取り出された粒子ビームの高品質化をはか
る粒子ビーム伝送系に関するものである。
一般にジンクロトｐン、ＡＶＦサイクロトｐン等の大型
加速器から引き出された粒子ビームはそのエネルギーに
１，０００分の１以上のひろがりがある。しかしながら
精密測定ではエネルギー分解能が１０，０００分の１或
はそれ以上に均一な粒子ビームを必要とする場合が多い
。従来の大型加速器施設では加速器から引き出した粒子
ビームの伝送系に高分解能のエネルギー（又は運動量。
加速器から引き出された粒子ビームはそのエネルギーに
１，０００分の１以上のひろがりがある。しかしながら
精密測定ではエネルギー分解能が１０，０００分の１或
はそれ以上に均一な粒子ビームを必要とする場合が多い
。従来の大型加速器施設では加速器から引き出した粒子
ビームの伝送系に高分解能のエネルギー（又は運動量。
以後省略）選別用分析器を装備し、これにより所要のエ
ネルギー幅以内の粒子ビームのみ堆り出し、それ以外の
粒子ビームは廃棄している。
ネルギー幅以内の粒子ビームのみ堆り出し、それ以外の
粒子ビームは廃棄している。
例えば、引ぎ出し粒子ビームのエネルギー分解能の上限
が１，０００分の１の大型加速器ではエネルギー分解能
１０，０００分の１の粒子ビームを得るのに所要強度の
１０倍以上の強度の粒子ビームを加速器から取り出す必
要がある。９０％以上の粒子はエネルギー選別で廃棄さ
れ有害な放射能源となっている。
が１，０００分の１の大型加速器ではエネルギー分解能
１０，０００分の１の粒子ビームを得るのに所要強度の
１０倍以上の強度の粒子ビームを加速器から取り出す必
要がある。９０％以上の粒子はエネルギー選別で廃棄さ
れ有害な放射能源となっている。
このような粒子ビームの著しく低い利用効率の難点を解
決すべ（、粒子損失を招くことなく二不ルギーを均一化
するため近年、諸外国で粒子ビーム冷却装置が開発され
つ匁ある。ここで冷却の対象とするのは粒子の熱工早ル
ギーに相当するもので粒子ビームの平均エネルギーから
のエネルギー偏差すなわち相対運動エネルギーである。
決すべ（、粒子損失を招くことなく二不ルギーを均一化
するため近年、諸外国で粒子ビーム冷却装置が開発され
つ匁ある。ここで冷却の対象とするのは粒子の熱工早ル
ギーに相当するもので粒子ビームの平均エネルギーから
のエネルギー偏差すなわち相対運動エネルギーである。
換言すればビーム冷却とは平均値より低いエネルギーの
粒子は加速し、一方高いエネルギーの粒子は減速して相
対運動エネルギーを小さくすることである。
粒子は加速し、一方高いエネルギーの粒子は減速して相
対運動エネルギーを小さくすることである。
現在開発されているビーム冷却法には三方式があり、一
つはノポシヒルスク核物理研究所（ソ連邦）で発明され
た電子冷却法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｏｏｌｉｎｇ ）で
ある。強い電子ビーム中に所要の荷電粒子を繰りかえし
打ち込み、荷電粒子と電子の間でエネルギー受授を行な
わせるものである。他の一つは昨年（昭和５９年）ノー
ペル賞受賞の対象となったＣＥＲＮ （欧州原子核共同
研究所）のＳ・ファンデル・メールによる発明で推計冷
却法（Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｃｏｏｌｉｎｇ）と呼ば
れる。
つはノポシヒルスク核物理研究所（ソ連邦）で発明され
た電子冷却法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｏｏｌｉｎｇ ）で
ある。強い電子ビーム中に所要の荷電粒子を繰りかえし
打ち込み、荷電粒子と電子の間でエネルギー受授を行な
わせるものである。他の一つは昨年（昭和５９年）ノー
ペル賞受賞の対象となったＣＥＲＮ （欧州原子核共同
研究所）のＳ・ファンデル・メールによる発明で推計冷
却法（Ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｃｏｏｌｉｎｇ）と呼ば
れる。
これはシンクルトロン又はこれとはｙ同じ構造の粒子ビ
ーム蓄積リング内で粒子のエネルギーと運動方向のひろ
がりを検出して加速、減速。
ーム蓄積リング内で粒子のエネルギーと運動方向のひろ
がりを検出して加速、減速。
集束を制御するものである。
しかし、上記両方式共シンクａトａン又は粒子ビーム蓄
積リングを必要とし、冷却にかなりの時間を要する上に
大強度の粒子ビーム、を連続して取り出すことが出来な
い制約がある。本発明はこれらの大がかりの装置を必要
とせず、しかも瞬時に粒子ビームの冷却を可能ならしめ
る方法を目的とするものである。
積リングを必要とし、冷却にかなりの時間を要する上に
大強度の粒子ビーム、を連続して取り出すことが出来な
い制約がある。本発明はこれらの大がかりの装置を必要
とせず、しかも瞬時に粒子ビームの冷却を可能ならしめ
る方法を目的とするものである。
そのために本発明の粒子ビーム電気冷却法は粒子ビーム
のエネルギーを分析する粒子光学系において、スペクト
ルメーターの焦点線上の如き適当なエネルギー分散の生
じている場所に荷電変換用薄膜を１枚ないし複数枚設置
し、これらの薄膜に所要の電位配分を施すことによって
、これらの薄膜を透過する粒子ビームの強度を殆ど弱め
ることなくエネルギーの幅をせばめて粒子ビームを高品
質化するとともに粒子ビームの平・均エネルギーの微調
整を可能としたことを特徴とするものである。
のエネルギーを分析する粒子光学系において、スペクト
ルメーターの焦点線上の如き適当なエネルギー分散の生
じている場所に荷電変換用薄膜を１枚ないし複数枚設置
し、これらの薄膜に所要の電位配分を施すことによって
、これらの薄膜を透過する粒子ビームの強度を殆ど弱め
ることなくエネルギーの幅をせばめて粒子ビームを高品
質化するとともに粒子ビームの平・均エネルギーの微調
整を可能としたことを特徴とするものである。
以下、図面を参照して本発明方法を説明する。
第１図は本発明方法全系のブロック図であり、エネルギ
ー分散系ｌ、荷電変換要素２．傾斜型四極磁石又は縦偏
向双極磁石を含むビーム集束系３からなっている。
ー分散系ｌ、荷電変換要素２．傾斜型四極磁石又は縦偏
向双極磁石を含むビーム集束系３からなっている。
第２図は粒子ビームのエネルギーのひろがりを空間的ひ
ろがりに変換するエネルギー分散系の一例である。粒子
軌道と焦点線が図示されている。説明の便宜上、焦点線
４の中心を原点０として基準粒子軌道をｙ軸、それに垂
直な軸をＸ軸と定義する。ここでは簡便さのためエネル
ギー分散双極磁石５に加えて分散集束調整用四極磁石６
と焦点線回転用大極磁石７夫々１台を上体とした分散系
が図示されているがエネルギー分散の大きさや配置上の
条件によっては複数の双極磁石と四極磁石更に大極磁石
を組み合わせた機能分離方式の分散系が用いられる。
ろがりに変換するエネルギー分散系の一例である。粒子
軌道と焦点線が図示されている。説明の便宜上、焦点線
４の中心を原点０として基準粒子軌道をｙ軸、それに垂
直な軸をＸ軸と定義する。ここでは簡便さのためエネル
ギー分散双極磁石５に加えて分散集束調整用四極磁石６
と焦点線回転用大極磁石７夫々１台を上体とした分散系
が図示されているがエネルギー分散の大きさや配置上の
条件によっては複数の双極磁石と四極磁石更に大極磁石
を組み合わせた機能分離方式の分散系が用いられる。
第３図は荷電変換要素２の略図である。荷電変換薄膜８
を厳密に集魚線上に置く必要はないがこの図では座標原
点を前記薄膜８の中心にしている。薄膜８は両端の端子
電極９を通じてＶ（Ｘｌの分布の電位に保たれている。
を厳密に集魚線上に置く必要はないがこの図では座標原
点を前記薄膜８の中心にしている。薄膜８は両端の端子
電極９を通じてＶ（Ｘｌの分布の電位に保たれている。
薄膜８の前面と後面には電場のひろがりを抑えるための
地絡電極１０，１１を設けている。
地絡電極１０，１１を設けている。
電荷Ｚｌｅ の粒子が運動エネルギーＴ。＋△Ｔ（ｘ
ｌを持ってＸの値の薄膜８上の点に到達する場合粒子の
運動エネルギーは薄膜上の電位Ｖ（ｘｉのためにＴ。＋
ΔＴ（ｘ）−Ｚ ｒ ｅ Ｖ（ｘｉの値となる。この粒
子が薄膜透過後、電荷がＺ２ｅ に変化したとすれば
、この粒子は後段の地絡電極１１を通過後、Ｔｏ＋△Ｔ
（ｘ） （ＺＩ Ｚ２ ）ｅＶ（ｘｌのエネルギー
罠なっている。従って △Ｔｆｘｌ＝（ＺＩ Ｚ２）ｅＶ（ｘｉ
ｆｌｌの関係を満たすように△Ｔ（ｘＪとＶ（ｘｌを
調整すれば第３図の荷電変換要素から取り出される粒子
は全て基準エネルギー分散Ｋ等しい運動エネルギーとな
っている。この場合ΔＴ（ｘｉは第２図の分散調整集束
四極磁石６と焦点線回転用大極磁石７によって調整され
、Ｖ（ｘｉは第３図の端子に印加される電圧と薄膜又は
それを囲む枠の抵抗分布で調整出来る。薄膜の抵抗分布
の調整のため薄膜の厚さを非一様化するのも有効である
。一般に粒子エネルギーが５０ＭｅＶ（ＭｅＶ：１００
万電子ボルト）を上廻わると荷電変換薄膜透過に伴うエ
ネルギーの拡がりは小さい。透過に伴う粒子ビーム強度
の低下も小さい。このようにしてエネルギー均一化され
た粒子ビームは第１図の集束系で集められる。なお、集
束系の説明は本出願人が同日に出願した他の特許出願２
発明の名称「粒子ビーム瞬間冷却法」に記載している。
ｌを持ってＸの値の薄膜８上の点に到達する場合粒子の
運動エネルギーは薄膜上の電位Ｖ（ｘｉのためにＴ。＋
ΔＴ（ｘ）−Ｚ ｒ ｅ Ｖ（ｘｉの値となる。この粒
子が薄膜透過後、電荷がＺ２ｅ に変化したとすれば
、この粒子は後段の地絡電極１１を通過後、Ｔｏ＋△Ｔ
（ｘ） （ＺＩ Ｚ２ ）ｅＶ（ｘｌのエネルギー
罠なっている。従って △Ｔｆｘｌ＝（ＺＩ Ｚ２）ｅＶ（ｘｉ
ｆｌｌの関係を満たすように△Ｔ（ｘＪとＶ（ｘｌを
調整すれば第３図の荷電変換要素から取り出される粒子
は全て基準エネルギー分散Ｋ等しい運動エネルギーとな
っている。この場合ΔＴ（ｘｉは第２図の分散調整集束
四極磁石６と焦点線回転用大極磁石７によって調整され
、Ｖ（ｘｉは第３図の端子に印加される電圧と薄膜又は
それを囲む枠の抵抗分布で調整出来る。薄膜の抵抗分布
の調整のため薄膜の厚さを非一様化するのも有効である
。一般に粒子エネルギーが５０ＭｅＶ（ＭｅＶ：１００
万電子ボルト）を上廻わると荷電変換薄膜透過に伴うエ
ネルギーの拡がりは小さい。透過に伴う粒子ビーム強度
の低下も小さい。このようにしてエネルギー均一化され
た粒子ビームは第１図の集束系で集められる。なお、集
束系の説明は本出願人が同日に出願した他の特許出願２
発明の名称「粒子ビーム瞬間冷却法」に記載している。
こ〜でＶ（ｘｌのかわりにＶ（ｘｌ＋Ｖｏの電位分布と
なるように端子電極の電位を調整すれば粒子ビームの平
均エネルギーはＴ。ではなくＴｏ＋（Ｚｌ −２２）
ｅＶＯＫ変えられる。すなわちこの装置は粒子の平均エ
ネルギーをも微調する機能を持つものである。簡単な具
体例を挙げて説明する。第２図の焦点線ははｙ直線であ
り焦点線近傍のエネルギー分散は一様であって△Ｔ（刀
ｏＣＸの関係をみたしている。第３図のｔｉｌも一様で
この中での電位分布Ｖ（ｘｌｗｘの関係をみたしている
。今、平均運動エネルギーがＴ。＝２００ＭｅＶ でエ
ネルギーのひろがりが△Ｔ（±ｘＱ）＝±１００ｋｅＶ
の負電荷の水素イオンＨ−（Ｚ。
なるように端子電極の電位を調整すれば粒子ビームの平
均エネルギーはＴ。ではなくＴｏ＋（Ｚｌ −２２）
ｅＶＯＫ変えられる。すなわちこの装置は粒子の平均エ
ネルギーをも微調する機能を持つものである。簡単な具
体例を挙げて説明する。第２図の焦点線ははｙ直線であ
り焦点線近傍のエネルギー分散は一様であって△Ｔ（刀
ｏＣＸの関係をみたしている。第３図のｔｉｌも一様で
この中での電位分布Ｖ（ｘｌｗｘの関係をみたしている
。今、平均運動エネルギーがＴ。＝２００ＭｅＶ でエ
ネルギーのひろがりが△Ｔ（±ｘＱ）＝±１００ｋｅＶ
の負電荷の水素イオンＨ−（Ｚ。
＝−１）のビームが第３図の荷電変換要素に投射された
場合を考える。こ又でＸ。は均一化の対象となっている
粒子ビームの最大分散値の半分である。
場合を考える。こ又でＸ。は均一化の対象となっている
粒子ビームの最大分散値の半分である。
Ｈイオンビームは薄膜によって１００％電子剥離を起し
て陽子ビーム（Ｚ２＝＋１）に変換される。従って（１
）式より △Ｔ （ｘｇ ）＝ ２ ｅＶ（ｘ、） ）
＋２１すなわち第３図の端子電極に夫々 を印加すれば陽子と一ムのエネルギーは均一化され後続
の集束系によって集められる。
て陽子ビーム（Ｚ２＝＋１）に変換される。従って（１
）式より △Ｔ （ｘｇ ）＝ ２ ｅＶ（ｘ、） ）
＋２１すなわち第３図の端子電極に夫々 を印加すれば陽子と一ムのエネルギーは均一化され後続
の集束系によって集められる。
以上は一回の荷電変換についての説明であろが複数回の
荷電変換によって逐次的にエネルギーを均一化すること
も可能である。又、第３図の前段、後段の電極は何れも
地絡されているが二次電子放出等を考慮して若干の電位
を印加するのは差支えない。また、原理的には薄膜の代
りに超強磁場を電位分布Ｖ（ｘｌの空間内に発生させて
も荷電変換が生じ冷却効果が期待される。
荷電変換によって逐次的にエネルギーを均一化すること
も可能である。又、第３図の前段、後段の電極は何れも
地絡されているが二次電子放出等を考慮して若干の電位
を印加するのは差支えない。また、原理的には薄膜の代
りに超強磁場を電位分布Ｖ（ｘｌの空間内に発生させて
も荷電変換が生じ冷却効果が期待される。
粒子ビーム冷却の最重要課題はエネルギーの一様化であ
り、専らその説明に終始したが粒子ビームの運動方向の
均一化もビーム冷却で問題となる場合がある。強度の低
い粒子ビームの場合は運動方向を精密に制御するのに単
結晶を透過する粒子に生ずるチャン不蝮リング効果を利
用するのが有効である。この場合は第３図の荷電変換薄
膜として彎曲若しくは平板状の薄い半導体又は金属単結
晶を使用すればよい。平板状単結晶の荷電変換薄膜の場
合、透過粒子はエネルギー、運動方向共均一にすること
が出来る。
り、専らその説明に終始したが粒子ビームの運動方向の
均一化もビーム冷却で問題となる場合がある。強度の低
い粒子ビームの場合は運動方向を精密に制御するのに単
結晶を透過する粒子に生ずるチャン不蝮リング効果を利
用するのが有効である。この場合は第３図の荷電変換薄
膜として彎曲若しくは平板状の薄い半導体又は金属単結
晶を使用すればよい。平板状単結晶の荷電変換薄膜の場
合、透過粒子はエネルギー、運動方向共均一にすること
が出来る。
円形状彎曲単結晶の場合はエネルギー均一化に加えて粒
子ビームに集束又は発散性を附加することが出来る。
子ビームに集束又は発散性を附加することが出来る。
上記説明の如く本発明によれば、シンクロトロンや粒子
ビーム蓄積リングの如き犬がかすな装置を必要とするこ
となく、しかも瞬時に粒子ビームカ冷却を可能ならしめ
、粒子ビームの高品質化がはかれる効果を有するもので
ある。
ビーム蓄積リングの如き犬がかすな装置を必要とするこ
となく、しかも瞬時に粒子ビームカ冷却を可能ならしめ
、粒子ビームの高品質化がはかれる効果を有するもので
ある。
図面の第１図は本発明粒子ビーム電気冷却方法全系のブ
ロック図。第２図は本冷却装置の最初の構成要素である
エネルギー分散系。第３図は本装置の中の荷電変換要素
の概略図である。 １・・・・・・・・・エネルギー分散系２・・・・・・
・・・荷電変換要素 ３・・・・・・・・・ビーム集束系 ４・・・・・・・・・焦点線 ５・・・・・・・・・エネルギー分散双権磁石６・・・
・・・・・・分散集束調整四極磁石７・・・・・・・・
・焦点線回転用大極磁石８・・・・・・・・・荷電変換
薄膜 ９・・・・・・・・端子電極 ｌＯ・・・・・・前段地絡電極 １１ ・・・・・後段地絡電極 第１図 ｒｌｉｉ ：”、 Ｅ＋Ｗ（内ｇ＋＝ ”Ｆ ＦすＬ
）第２図 手続補正；４（（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６０−２８９５８５ ２、発明の名称 粒子ビーム電気冷却法 ３、補正をする者
ロック図。第２図は本冷却装置の最初の構成要素である
エネルギー分散系。第３図は本装置の中の荷電変換要素
の概略図である。 １・・・・・・・・・エネルギー分散系２・・・・・・
・・・荷電変換要素 ３・・・・・・・・・ビーム集束系 ４・・・・・・・・・焦点線 ５・・・・・・・・・エネルギー分散双権磁石６・・・
・・・・・・分散集束調整四極磁石７・・・・・・・・
・焦点線回転用大極磁石８・・・・・・・・・荷電変換
薄膜 ９・・・・・・・・端子電極 ｌＯ・・・・・・前段地絡電極 １１ ・・・・・後段地絡電極 第１図 ｒｌｉｉ ：”、 Ｅ＋Ｗ（内ｇ＋＝ ”Ｆ ＦすＬ
）第２図 手続補正；４（（方式） ％式％ １、事件の表示 特願昭６０−２８９５８５ ２、発明の名称 粒子ビーム電気冷却法 ３、補正をする者
Claims (1)
- 粒子ビームのエネルギーを分析する粒子光学系において
、エネルギー分散の生じている場所に荷電変換用薄膜を
１枚ないし複数枚設置し、該薄膜に所要の電位配分を施
すことによって、該薄膜を透過する粒子ビームのエネル
ギー幅をせばめることを特徴とする粒子ビーム電気冷却
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60289585A JPS62147641A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 粒子ビ−ム電気冷却法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60289585A JPS62147641A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 粒子ビ−ム電気冷却法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62147641A true JPS62147641A (ja) | 1987-07-01 |
Family
ID=17745135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60289585A Pending JPS62147641A (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | 粒子ビ−ム電気冷却法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62147641A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989005565A1 (fr) * | 1987-12-07 | 1989-06-15 | Hitachi, Ltd. | Accelerateur de particules chargees et procede de refroidissement d'un faisceau de particules chargees |
-
1985
- 1985-12-23 JP JP60289585A patent/JPS62147641A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989005565A1 (fr) * | 1987-12-07 | 1989-06-15 | Hitachi, Ltd. | Accelerateur de particules chargees et procede de refroidissement d'un faisceau de particules chargees |
| US5001438A (en) * | 1987-12-07 | 1991-03-19 | Hitachi, Ltd. | Charged particle accelerator and method of cooling charged particle beam |
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