JPS6226960Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は荷電粒子の加速に用いる線形加速器用
定在波加速管の改良に関するものである。

電子，陽子等の荷電粒子を加速するための加速
器は、学術研究目的の他に、現在では放射線化
学，食品貯蔵，がんの治療等広範囲にわたつて用
いられており、定在波加速管はその中心部をなす
ものであるが、構造上加工，組立，調整が複雑で
あり、このために製造コストを低減することが甚
だ困難なものであつた。

第１図は従来の線形加速器用定在波加速管の構
造例を示す縦断面図であり、金属製の本体１の軸
方向ほゞ中心に荷電粒子ｅの通過する通過孔２が
貫通して穿設されており、その周囲には荷電粒子
ｅを加速するための加速用空胴共振器３ａ〜３ｎ
を空胴共振器群として軸方向に配列してある。ま
た、互に隣接する加速用空胴共振器３ａ・３ｂ，
３ｂ・３ｃ，……３ｎ−_１・３ｎの間には両者間
を電波的に結合するため結合用空胴共振器４ａ〜
４ｎ−_１が設けてある。なお、マイクロ波エネル
ギーはマイクロ波発振器（図示せず）から例えば
矩形導波管５を介して加速用空胴共振器３ａに供
給される。

通過孔２へ入射する荷電粒子ｅは加速用空胴共
振器３ａ〜３ｎ内に形成されたマイクロ波電界に
よつて加速される。すなわち、第１図に示す例に
おいては、加速用空胴共振器３ａ〜３ｎと結合用
空胴共振器４ａ〜４ｎ−_１との位相差がπ／２ラ
ジアン（以下、rad）のとき、電界および磁界
が、矢印ならびにドツト（〓紙面から出る方向）
およびクロス（○×紙面へ入る方向）で示す方向に
生じる。したがつて、隣接する加速用空胴共振器
３ａ・３ｂ，３ｂ・３ｃ，……３ｎ−_１・３ｎ相
互間の位相差はπradとなり、励振に用いるマイ
クロ波の半周期と荷電粒子ｅが加速用空胴共振器
３ａ〜３ｎを進行する時間とを等しくすれば、荷
電粒子ｅを順次加速することができる。

なお、上述の例では弱電界の結合用空胴共振器
４ａ〜４ｎ−_１を通過孔２の中心軸から外して設
け、加速用空胴共振器３ａ〜３ｎのみをその中心
と通過孔２の中心軸とを合致させて配列すると共
に、加速用空胴共振器３ａ〜３ｎに連接する通過
孔２の周辺部を隆起状とし、通過孔２の中心軸上
へ電界を集中させ加速効率を良好としてある。

したがつて、従来のものでは加速用空胴共振器
３ａ〜３ｎを互にマイクロ波的結合を行なうため
には結合用空胴共振器４ａ〜４ｎ−_１を必要と
し、構造上本体１からこの部分を突出して構成す
ると共に、加速用空胴共振器３ａ〜３ｎと結合用
空胴共振器４ａ〜４ｎ−_１との相互関係を厳密に
保たねばならず、これらの要因によつて加工，組
立，調整に多大の工数を必要とし、コスト低減を
達成するには多大の困難を伴う欠点があつた。

本考案は従来のかゝる欠点を解決すべくなさ
れ、軸方向に配列した加速用空胴共振器群を有す
る定在波加速管の外壁面軸方向に密接して円形同
軸導波管を設けると共に、加速用空胴共振器と円
形同軸導波管との境界部に電波結合窓を設けたこ
とを特徴とし、結合用空胴共振器を必要とせず、
簡単な構造の直線形加速器用定在波加速管を提供
する目的のものである。

以下、一実施例を示す第２図により本考案の詳
細を説明する。同図は第１図と同様の断面図であ
り、円柱状金属製の本体１の内部には荷電粒子ｅ
の通過する通過孔２が穿設され、これを軸とする
軸方向に加速用空胴共振器３ａ〜３ｎが群として
配列されており、定在波加速管を構成している。
また、外壁面１ａの外方には軸方向に密接して円
形同軸導波管６が固着して設けてあり、加速用空
胴共振器３ａ〜３ｎと円形同軸導波管６との境界
部７に電波結合窓８が穿設して設けてある。な
お、円形同軸導波管６は外壁面１ａを共用して金
属外筒９と内部導体１０とから構成され、両者間
には高周波絶縁特性の良好な絶縁体１１が介在
し、金属外筒９の中心軸上に内部導体１０を支持
している。したがつて加速用空胴共振器３ａ〜３
ｎと円形同軸導波管６の内部とは互に電波結合窓
８によつてマイクロ波的に結合されており、両者
間においてマイクロ波エネルギーの授受を行なつ
ている。また、円形同軸導波管６の端部１２には
可動短絡板１３が備えられ、これによつて電気的
調整を可能としてあるが、用途によつては可動短
絡板１３の代りに終端用の整合負荷を設けること
もできる。

マイクロ波エネルギーは円形同軸導波管６の他
端部１４に結合したマイクロ波発振器（図示せ
ず）より供給され、端部１２方向へ伝送される
が、電波結合窓８を経て各加速用空胴共振器３ａ
〜３ｎに並列的にマイクロ波結合してそれを励振
する。

一例として、励振周波数を2998MHz（自由空間
波長＝100m／ｍ）、円形同軸導波管６内のマイク
ロ波伝送モードをTEMモードとすれば、遮断波
長は無限大であるから円形同軸導波管６の管内波
長も100m／ｍとなる。また、隣接する加速用空
胴共振器３ａ・３ｂ，３ｂ・３ｃ，……３ｎ−
_１・３ｎ間の位相差をπradにしようとすれば、
隣接する電波結合窓８の距離ｄは50m／ｍとな
る。なお、加速用空胴共振器３ａ〜３ｎの長さｌ
は荷電粒子ｅが励振周波数の1/2周期で進む寸法
とすればよい。このほか、隣接する加速用空胴共
振器３ａ・３ｂ，３ｂ・３ｃ，……３ｎ−_１・３
ｎ相互間の位相差をπradとするときには、励振
周波数の波長と円形同軸導波管６の管内波長とが
等しいこと、ならびに、電波結合窓８を介した円
形同軸導波管６と各加速用空胴共振器３ａ〜３ｎ
の磁界結合等の必要性からTEMモードが好適で
ある。

なお、円形同軸導波管６の伝送基本モードは
TE₁₁モードであり、遮断波長λｃは金属外筒９
の内半径をR₁、内部導体１０の外半径をR₂とし
たとき、近似的にλｃ＝π（R₁＋R₂）となるた
め、TE₁₁モードを遮断するには励振周波数の波
長が100m／ｍのとき、（P₁＋R₂）は31.8m／ｍ以
下でなければならない。例えば、この条件を満足
するにはR₁＝25（ｍ／ｍ）、R₂＝５（ｍ／ｍ）、
すなわち、金属外筒９の内径を50m／ｍφ、内部
導体の外径を10m／ｍφとすればよい。また、こ
の場合における円形同軸導波管６内の電界強度の
最大値は、他端部１４よりのマイクロ波エネルギ
ーすなわち入射電力をＰとすれば、17.3√
（Ｖ／cm）で与えられるため、入射電力の尖頭値
が2MWの場合でも最大電界強度は24.4KV／cmで
あり、円形同軸導波管６内部へSF₆等の絶縁性ガ
スを充填するか、または同内部を真空とすること
により容易に内部放電を防止することができる。

このほか、円形同軸導波管６の端部１２に備え
た可動短絡板１３の調整により、相互間の結合度
を変化させることもできるため、荷電粒子ｅのエ
ネルギー利得を可変することができる。たゞし、
用途によつて特に調整を要しないときには、可動
短絡板１３の代りに整合負荷を用いて終端する手
段もある。

なお、上述の説明は線形加速器用定在波加速管
を構成する加速用空胴共振器へマイクロ波エネル
ギーを供給する実施例について行なつたが、他の
用途の空胴共振器に対しても適用できることは云
うまでもない。

以上の説明により明らかなとおり本考案によれ
ば、結合用空胴共振器が省略され、これに伴つて
調整部位が減少し、かつ、定在波加速管本体の外
壁面を共用する円形同軸導波管を用いているた
め、構造が簡単となり、これにしたがつて加工，
組立，調整が容易となり、所要工数の節減に基く
コストダウンを達成することができる等、多大の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の線形加速器用定在波加速管の構
造例を示す縦断面図、第２図は本考案の一実施例
を示す縦断面図である。 １……本体（定在波加速管の本体）、１ａ……
外壁面、３ａ〜３ｎ……加速用空胴共振器、６…
…円形同軸導波管、７……境界部、８……電波結
合窓、１２……端部、１３……可動短絡板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体の軸方向ほぼ中心に荷電粒子が通過する通
   過孔が設けられた加速用空胴共振器群を軸方向に
   配列した定在波加速管において、該定在波加速管
   の外壁面一側方へ軸方向に密接して円形同軸導波
   管を設け、かつ前記加速用空胴共振器と前記円形
   同軸導波管との境界部に電波結合窓を設けると共
   に、前記円形同軸導波管の一端からマイクロ波エ
   ネルギーを供給することにより、前記加速用空胴
   共振器と円形同軸導波管の内部とを前記電波結合
   窓によつて並列的にマイクロ波結合するようにし
   たことを特徴とする線形加速器用定在波加速管。