JPS62287600A - 粒子ビ−ム加速装置 - Google Patents
粒子ビ−ム加速装置Info
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- JPS62287600A JPS62287600A JP12910286A JP12910286A JPS62287600A JP S62287600 A JPS62287600 A JP S62287600A JP 12910286 A JP12910286 A JP 12910286A JP 12910286 A JP12910286 A JP 12910286A JP S62287600 A JPS62287600 A JP S62287600A
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- Japan
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- particle beam
- acceleration cavity
- energy
- cooling
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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〕
この発明は、粒子ビームの加速もしくは蓄積を行う粒子
ビーム加速装置に関するものでおる。
ビーム加速装置に関するものでおる。
【 第３図は例えば、ミヤ・・２・ヨシカズ他；ヌー
゛ パーコンダクテイングＱレーストラックーエレクｉ
）ロン・ストレージ魯リング・アンド・コエグジ、 ス
タンド−インジェクターマイクロトロン・フオ、 −・
シンクロトロン・ラジエーション（Ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎ
ｄｕＣｔｉｎｇ Ｒａｃｅｔｒａｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｉｒ：、ｇモ ａｎｄ Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｔ Ｉｎｇｅｃｔｏ
ｒ ＭｉｃｒｏｔｒＯｎ Ｉｏｒ ５ｙｎｃｈ
ｒｏ−ｔｒｏｎ Ｒａｃｉｉａｔｉｏｎ） 、テクニカ
ルレポート・オフ”。
゛ パーコンダクテイングＱレーストラックーエレクｉ
）ロン・ストレージ魯リング・アンド・コエグジ、 ス
タンド−インジェクターマイクロトロン・フオ、 −・
シンクロトロン・ラジエーション（Ｓｕｐｅｒ−ｃｏｎ
ｄｕＣｔｉｎｇ Ｒａｃｅｔｒａｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｉｒ：、ｇモ ａｎｄ Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｔ Ｉｎｇｅｃｔｏ
ｒ ＭｉｃｒｏｔｒＯｎ Ｉｏｒ ５ｙｎｃｈ
ｒｏ−ｔｒｏｎ Ｒａｃｉｉａｔｉｏｎ） 、テクニカ
ルレポート・オフ”。
Ｌ 工ＳＳＰ、／１６−／（／りｌｔＩ年９月）に示さ
れた、目 従来の電子ビーム加速装置の模式図でおる。
れた、目 従来の電子ビーム加速装置の模式図でおる。
図において、（１）は電子ビーム平衡軌道、（，２）は
高周波−加速空胴（以下ＲＦ加速空胴とする）、（、？
）は収束ユ 用磁石、（グ）は偏向用磁石である。
高周波−加速空胴（以下ＲＦ加速空胴とする）、（、？
）は収束ユ 用磁石、（グ）は偏向用磁石である。
２ 次に動作について説明する。を子ビームは、その
エネルギー、偏向用磁石（り）および収束用磁石（３）
の磁界値で決まる一定の閉軌道である平衡軌道（１）上
を周回する。この平衡軌道（１）で示された電子蓄積リ
ングでは、電子が偏向される際に生ずるシンクロトロン
放射光によるエネルギーの損失分が、形状がＲＦ加速空
胴（コ）によシ補給し、常に一定のエネルギーの電子を
蓄積している。しかしながら、通常この電子のエネルギ
ーには一定の幅（これはエネルギー分散と呼ぶ）がるる
。このエネルギー分散がどのようにして決まるかが、形
状が以下に説明する。
エネルギー、偏向用磁石（り）および収束用磁石（３）
の磁界値で決まる一定の閉軌道である平衡軌道（１）上
を周回する。この平衡軌道（１）で示された電子蓄積リ
ングでは、電子が偏向される際に生ずるシンクロトロン
放射光によるエネルギーの損失分が、形状がＲＦ加速空
胴（コ）によシ補給し、常に一定のエネルギーの電子を
蓄積している。しかしながら、通常この電子のエネルギ
ーには一定の幅（これはエネルギー分散と呼ぶ）がるる
。このエネルギー分散がどのようにして決まるかが、形
状が以下に説明する。
電子がＲＦ加速空胴（，２）に来た時間が、形状がＲＦ
電圧の位相に変換して考える。電子の一周当シの放射光
量、すなわちエネルギーの損失分と、ＲＦ電圧すなわち
補給分による加速が等しくなる位相をφ。
電圧の位相に変換して考える。電子の一周当シの放射光
量、すなわちエネルギーの損失分と、ＲＦ電圧すなわち
補給分による加速が等しくなる位相をφ。
とする。もし伺らかの原因で電子のエネルギーが基準値
よシ高ければ、電子は平衡軌道（１）の外を通ることと
なる。この場合、ＲＦ加速空胴（２）に到達した時には
ψ。より位相が多少遅れた状態とな夛、加速電圧は放射
光によるエネルギー損失よシも小さくなる。このため、
電子のエネルギーは毎回転減少してゆく。しかし、基準
値よシ低いエネルギーになると逆の現衆が発生し、エネ
ルギーは上昇する。このようにして高周波の位相上で電
子はψ。
よシ高ければ、電子は平衡軌道（１）の外を通ることと
なる。この場合、ＲＦ加速空胴（２）に到達した時には
ψ。より位相が多少遅れた状態とな夛、加速電圧は放射
光によるエネルギー損失よシも小さくなる。このため、
電子のエネルギーは毎回転減少してゆく。しかし、基準
値よシ低いエネルギーになると逆の現衆が発生し、エネ
ルギーは上昇する。このようにして高周波の位相上で電
子はψ。
の回シを振動運動することとなる（シンクロトロン振動
）。しかし実際には、−回転当シの粒子の放射光量はエ
ネルギーの二乗に比例するため、上記の振動運動に一種
の制動が加えられる（シンクロ）ロン減衰）。従って、
リング内の電子のエネルギー分散は、シンクロトロン放
射光によるエネルギーのゆらぎと、シンクロトロン減衰
の約９合いによって決定される。この結果として、エネ
ルギー分散は偏向用磁石（ｌＩ）の曲率中径の平方根に
逆比例する。
）。しかし実際には、−回転当シの粒子の放射光量はエ
ネルギーの二乗に比例するため、上記の振動運動に一種
の制動が加えられる（シンクロ）ロン減衰）。従って、
リング内の電子のエネルギー分散は、シンクロトロン放
射光によるエネルギーのゆらぎと、シンクロトロン減衰
の約９合いによって決定される。この結果として、エネ
ルギー分散は偏向用磁石（ｌＩ）の曲率中径の平方根に
逆比例する。
従来の粒子ビーム加速装置では、エネルギー分散は前述
のようＫして決定されるが、エネルギー分散の大きさは
できるだけ小さいことが要求される。もし、エネルギー
分散が大きければ、電子ビームの軌道が拡がシ、ビーム
断面積が犬きくなる、ビーム長が長くなる等の粒子密度
の減少をもたらす。このことは、粒子ビームの衝突実験
を行う際、衝突頻度の減少につながる。このため、非常
に大きな電流を蓄積する必要があ）、ビームの不安定性
等の問題点がある。さらに、ビーム径が増大すると、ビ
ームを通す真空容器（第３図では省略）を大きくしたシ
、磁石の有効磁界領域を広げる必要が生じ、これらは、
装置全体の大形化を招くこととなシ、コストや専有面積
での問題も生じてくることになる。
のようＫして決定されるが、エネルギー分散の大きさは
できるだけ小さいことが要求される。もし、エネルギー
分散が大きければ、電子ビームの軌道が拡がシ、ビーム
断面積が犬きくなる、ビーム長が長くなる等の粒子密度
の減少をもたらす。このことは、粒子ビームの衝突実験
を行う際、衝突頻度の減少につながる。このため、非常
に大きな電流を蓄積する必要があ）、ビームの不安定性
等の問題点がある。さらに、ビーム径が増大すると、ビ
ームを通す真空容器（第３図では省略）を大きくしたシ
、磁石の有効磁界領域を広げる必要が生じ、これらは、
装置全体の大形化を招くこととなシ、コストや専有面積
での問題も生じてくることになる。
この発明は上記のような問題点を解決するためＫなされ
たもので、粒子ビームのエネルギー分散−を非常に小さ
くできる粒子ビーム加速装置を得ることを目的とする。
たもので、粒子ビームのエネルギー分散−を非常に小さ
くできる粒子ビーム加速装置を得ることを目的とする。
この発明に係る粒子ビーム加速装置においては、粒子ビ
ームの軌道の横方向に長い長方体形の、横方向偶数次Ｔ
Ｍモードの高周波電磁界を形成するビーム冷却用高周波
加速空胴を粒子ビームの閉軌道上に設け、その近傍にお
ける蓄積リングの分散関数ηを大きくしたものである。
ームの軌道の横方向に長い長方体形の、横方向偶数次Ｔ
Ｍモードの高周波電磁界を形成するビーム冷却用高周波
加速空胴を粒子ビームの閉軌道上に設け、その近傍にお
ける蓄積リングの分散関数ηを大きくしたものである。
この発明においては、ビーム冷却用高周波加速・空胴が
横方向偶数次ＴＭモードの高周波電磁界を励振して、高
速電子を減速し、低速電子を加速するので、エネルギー
分散を小さく取ることができる。すなわち、従来の電子
蓄積リングにおいてビームエネルギー分？（δ／Ｒ）、
シンクロトロン放射減衰と放射励起の約９合いで決定さ
れ、約０．／％程度であった。そこでこの発明では、ビ
ームエネルギーの違いによυビーム軌道が中心軌道（平
衡軌道）よシわずかに異なる性質に着目し、電子ビーム
を横方向偶数次ＴＭモード、例えばＴＭ、、。
横方向偶数次ＴＭモードの高周波電磁界を励振して、高
速電子を減速し、低速電子を加速するので、エネルギー
分散を小さく取ることができる。すなわち、従来の電子
蓄積リングにおいてビームエネルギー分？（δ／Ｒ）、
シンクロトロン放射減衰と放射励起の約９合いで決定さ
れ、約０．／％程度であった。そこでこの発明では、ビ
ームエネルギーの違いによυビーム軌道が中心軌道（平
衡軌道）よシわずかに異なる性質に着目し、電子ビーム
を横方向偶数次ＴＭモード、例えばＴＭ、、。
モードの定在波中を通過させることによシ、エネルギー
の大きい粒子には減速作用、小さい粒子には加速作用を
行わせる。この発明のビーム冷却用高周波加速空胴は非
常に高い高周波（／ ＧＨｚ ）でも果効かあシ、従っ
て装置が小さなサイズででき、ビームエネルギー分散（
Ｊ／Ｅ）も約１０−１が達成可能となる。
の大きい粒子には減速作用、小さい粒子には加速作用を
行わせる。この発明のビーム冷却用高周波加速空胴は非
常に高い高周波（／ ＧＨｚ ）でも果効かあシ、従っ
て装置が小さなサイズででき、ビームエネルギー分散（
Ｊ／Ｅ）も約１０−１が達成可能となる。
以下、この発明の一実施例を第１図に示し、これについ
て説明する。第１図において、（１）−（りは第３図に
示した粒子ビーム加速装置のものと同じであシ、（夕）
はこの発明において設けられたビーム冷却用高周波加速
空胴（以下冷却用ＲＦ加速空胴とする）である。また、
第一図には冷却用ＲＦ加速空胴（夕）の断面図が示され
ておシ、（／ａ）は電子ビームの平衡軌道（１）の向き
、（Ａａ）および（６ｂ）は冷却用ＲＦ加速空胴（夕）
がＴＭ、、、モードで発生する高周波電界の向きを示し
ている。なお。
て説明する。第１図において、（１）−（りは第３図に
示した粒子ビーム加速装置のものと同じであシ、（夕）
はこの発明において設けられたビーム冷却用高周波加速
空胴（以下冷却用ＲＦ加速空胴とする）である。また、
第一図には冷却用ＲＦ加速空胴（夕）の断面図が示され
ておシ、（／ａ）は電子ビームの平衡軌道（１）の向き
、（Ａａ）および（６ｂ）は冷却用ＲＦ加速空胴（夕）
がＴＭ、、、モードで発生する高周波電界の向きを示し
ている。なお。
（６ａ）側が蓄積リングの内側になる。
ここで、ＴＭ、ＴＥモードについて簡単に説明しておく
と、今、ｘ、ｙ、ｚの３次元の空間を考え、２方向を電
磁波の進行方向とする。今回は、この方向と電子ビーム
の進行方向とが一致している。
と、今、ｘ、ｙ、ｚの３次元の空間を考え、２方向を電
磁波の進行方向とする。今回は、この方向と電子ビーム
の進行方向とが一致している。
ここで、Ｅを電界、Ｈを磁界とすると、Ｅ７←０１Ｈ７
，＝θ、すなわち磁界の２方向酸分Ｈ２が零の電磁法に
モードについてであるが、例えばＴＭモードを考えてみ
る。Ｅ７の方程式は次式のようになる。
，＝θ、すなわち磁界の２方向酸分Ｈ２が零の電磁法に
モードについてであるが、例えばＴＭモードを考えてみ
る。Ｅ７の方程式は次式のようになる。
今、第Ｖ図に示すような直方体内のＴＭ波を考える。Ｅ
ｚの境界条件は、 ｘ ＝ ０ 、 ａでＢｚ＝ｏ。
ｚの境界条件は、 ｘ ＝ ０ 、 ａでＢｚ＝ｏ。
と表わされる。Ｊ、ｍ、ｎをモード数といい、そのモー
ドの波をＴＭ モードと呼ぶ。例えば、ｌ、ｍ、ｎ 第り図（Ａ）は”／１０モード、第５図ＣＢ）は実施例
のＴＭユ、。モード、第５図（Ｃ）はＴＭ、ユ。モード
、第５図（ＤｌはＴＭｔ ｔ ／モードのそれぞれＥ２
を示したものである。Ａ’、ｍ、ｎはそれぞれＸ、Ｙ、
Ｚ方向に関してＯからａ、ｂ、ｃの間にＥ２が極太もし
くは極小′になる山の数を示している。従って１例えば
ＴＭ、、。
ドの波をＴＭ モードと呼ぶ。例えば、ｌ、ｍ、ｎ 第り図（Ａ）は”／１０モード、第５図ＣＢ）は実施例
のＴＭユ、。モード、第５図（Ｃ）はＴＭ、ユ。モード
、第５図（ＤｌはＴＭｔ ｔ ／モードのそれぞれＥ２
を示したものである。Ａ’、ｍ、ｎはそれぞれＸ、Ｙ、
Ｚ方向に関してＯからａ、ｂ、ｃの間にＥ２が極太もし
くは極小′になる山の数を示している。従って１例えば
ＴＭ、、。
モードであれば、Ｘ方向のＯからａＯ間でＥ７ＳはＱか
ら極大になシ、また０を通って極小となシ、さらにまた
θを通って極太となシ、ａでＯに戻るようなものになる
。
ら極大になシ、また０を通って極小となシ、さらにまた
θを通って極太となシ、ａでＯに戻るようなものになる
。
そこで、蓄積リング内の電子の運動を考える。
冷却用ＲＦ加速空胴（夕）のある部分では、エネルギー
の高い電子（粒子）は平衡軌道（１）の外側をｉｂ、エ
ネルギーの低い電子は内側を通る。この冷却用ＲＦ加速
空胴（夕）に、第５図（Ｂ）に示すようなＴＭ、、、モ
ードを励振させたとする。粒子との位相関係は、第２図
に示すように外側の粒子は減速、内側の粒子は加速の状
態になるようにする。このＲＦ電圧によシ、高エネルギ
ー粒子は減速され、低エネルギー粒子は加速される。こ
のため、粒子のエネルギー分散は、よシ小さな値となる
。
の高い電子（粒子）は平衡軌道（１）の外側をｉｂ、エ
ネルギーの低い電子は内側を通る。この冷却用ＲＦ加速
空胴（夕）に、第５図（Ｂ）に示すようなＴＭ、、、モ
ードを励振させたとする。粒子との位相関係は、第２図
に示すように外側の粒子は減速、内側の粒子は加速の状
態になるようにする。このＲＦ電圧によシ、高エネルギ
ー粒子は減速され、低エネルギー粒子は加速される。こ
のため、粒子のエネルギー分散は、よシ小さな値となる
。
なお、上記実施例では電子蓄積リングの場合について説
明したが、自由電子レーザもしくはイオン蓄積り／グで
あってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。また
、上記実施例では、Ｔｌち、。
明したが、自由電子レーザもしくはイオン蓄積り／グで
あってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。また
、上記実施例では、Ｔｌち、。
モードを用いたが、ＴＭ＃／ｌ）モードもしくはＴＭ
ｂ ｉ ６モード等の横方向偶数次Ｔ Ｍモードを用い
ても同様の結果が得られる。
ｂ ｉ ６モード等の横方向偶数次Ｔ Ｍモードを用い
ても同様の結果が得られる。
以上のように、この発明によれば従来の粒子ビーム加速
装置に冷却用ＲＦ加速空胴を備えたことによシ、エネル
ギー分散の小さい粒子ビームが得られ、かつ装置自体も
安価になるという効果が得られる。
装置に冷却用ＲＦ加速空胴を備えたことによシ、エネル
ギー分散の小さい粒子ビームが得られ、かつ装置自体も
安価になるという効果が得られる。
第１図はこの発明の一実施例による粒子ビーム加速装置
の構成図、第２図は冷却用高周波加速空胴の断面図、第
３図は従来の粒子ビーム加速装置の構成図、第Ｖ図およ
び第夕図囚〜（Ｄ）はＴＭモードを説明するための図で
ある。 図において、（１）は電子ビーム平衡軌道、（コ）は高
周波加速空胴、（３）は収束用磁石、（りは偏向用磁石
、（夕）は冷却用高周波加速空胴である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
の構成図、第２図は冷却用高周波加速空胴の断面図、第
３図は従来の粒子ビーム加速装置の構成図、第Ｖ図およ
び第夕図囚〜（Ｄ）はＴＭモードを説明するための図で
ある。 図において、（１）は電子ビーム平衡軌道、（コ）は高
周波加速空胴、（３）は収束用磁石、（りは偏向用磁石
、（夕）は冷却用高周波加速空胴である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (3)
- （１）粒子ビームの加速、偏向、収束を行うそれぞれ高
周波加速空胴、偏向用磁石および収束用磁石によつて粒
子ビームの閉軌道を形成し、粒子ビームの加速もしくは
蓄積を行う粒子ビーム加速装置において、粒子ビームの
エネルギー分散を小さくするビーム冷却用高周波加速空
胴を備けたことを特徴とする粒子ビーム加速装置。 - （２）ビーム冷却用高周波加速空胴が、形状が粒子ビー
ムの進行方向に横方向に長い直方体形で、上記粒子ビー
ムに対する横方向偶数次ＴＭモードの高周波電磁界を形
成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粒
子ビーム加速装置。 - （３）ビーム冷却用高周波加速空胴を、粒子ビームの閉
軌道中、分散関数が極大の位置に配置したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の粒子ビーム加速装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12910286A JPH0722040B2 (ja) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | 粒子ビ−ム加速装置 |
| US07/056,781 US4780683A (en) | 1986-06-05 | 1987-06-02 | Synchrotron apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12910286A JPH0722040B2 (ja) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | 粒子ビ−ム加速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62287600A true JPS62287600A (ja) | 1987-12-14 |
| JPH0722040B2 JPH0722040B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=15001115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12910286A Expired - Lifetime JPH0722040B2 (ja) | 1986-06-05 | 1986-06-05 | 粒子ビ−ム加速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722040B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01149400A (ja) * | 1987-12-07 | 1989-06-12 | Hitachi Ltd | 荷電粒子ビーム冷却法 |
| WO1990010368A1 (fr) * | 1989-02-23 | 1990-09-07 | Hidetsugu Ikegami | Procede de refroidissement d'un faisceau de particules chargees |
-
1986
- 1986-06-05 JP JP12910286A patent/JPH0722040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01149400A (ja) * | 1987-12-07 | 1989-06-12 | Hitachi Ltd | 荷電粒子ビーム冷却法 |
| 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 |
| WO1990010368A1 (fr) * | 1989-02-23 | 1990-09-07 | Hidetsugu Ikegami | Procede de refroidissement d'un faisceau de particules chargees |
| US5138271A (en) * | 1989-02-23 | 1992-08-11 | Hidetsugu Ikegami | Method for cooling a charged particle beam |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0722040B2 (ja) | 1995-03-08 |
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