JP2000156299A - High-frequency acceleration cavity, synchrotron, corpuscular beam curing device and radiant-ray generation device - Google Patents

High-frequency acceleration cavity, synchrotron, corpuscular beam curing device and radiant-ray generation device

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JP2000156299A
JP2000156299A JP10326960A JP32696098A JP2000156299A JP 2000156299 A JP2000156299 A JP 2000156299A JP 10326960 A JP10326960 A JP 10326960A JP 32696098 A JP32696098 A JP 32696098A JP 2000156299 A JP2000156299 A JP 2000156299A
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JP
Japan
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ring
frequency
synchrotron
ferromagnetic material
magnetic flux
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JP10326960A
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Japanese (ja)
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Shinichi Takama
新一 高真
Yoshio Tanabe
義雄 田邊
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the possibility of discharge between an accelerating tube and a bias winding with a simple structure without degrading accelerating performance by providing an electromagnet that is installed outside a ring-like ferromagnetic and generates magnetic flux and by setting the direction of the magnetic flux passing through the electromagnet in parallel with the circumference direction of the ring-like ferromagnetic. SOLUTION: An electromagnet 7 generating magnetic flux is installed outside a ring-like ferromagnetic 3. A structure wherein the electromagnet 7 does not spatially interfere with the transporting system of a charged corpuscular beam can be composed by setting the direction of the magnetic flux passing through an iron core 8 constituting the electromagnet 7 in parallel with the circumference direction of the ring-like ferromagnetic 3. Because an accelerating tube 1 penetrates the central part of the ring-like ferromagnetic 3, a space between the accelerating tube 1 and the ring-like ferromagnetic 3 can effectively be used, and the device can be miniaturized by integrating the accelerating tube 1 with the ring-like ferromagnetic 3. Additionally, heating loss caused by high-frequency waves can be reduced by using a ferrite for the ring-like ferromagnetic 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン、電子等の
荷電粒子を加速させる高周波加速空胴、この高周波加速
空胴を用いたシンクロトロン、このシンクロトロンを用
いた粒子線治療装置及び放射光発生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency accelerating cavity for accelerating charged particles such as ions and electrons, a synchrotron using the high-frequency accelerating cavity, a particle beam therapy system using the synchrotron, and synchrotron radiation. It relates to a generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン、電子等の荷電粒子の加速器であ
るシンクロトロンでは、加速と共に粒子の速度が大きく
なり、シンクロトロンを一周する時間が短くなる。荷電
粒子の速度をv、高周波加速電圧の周波数をfとする
と、この周波数の一周期の間に荷電粒子が進む距離は、
v/fとなる。なお、荷電粒子がシンクロトロンを一周
する時間は、高周波加速電圧の周期の整数倍である必要
がある。すなわち、シンクロトロンの一周の長さをLと
すると、次式(1)の関係が成り立つ。
2. Description of the Related Art In a synchrotron, which is an accelerator for charged particles such as ions and electrons, the speed of the particles increases with acceleration, and the time required for one round of the synchrotron decreases. Assuming that the velocity of the charged particles is v and the frequency of the high-frequency acceleration voltage is f, the distance that the charged particles travel during one cycle of this frequency is
v / f. Note that the time for the charged particles to make one round of the synchrotron needs to be an integral multiple of the period of the high-frequency acceleration voltage. That is, assuming that the length of one circumference of the synchrotron is L, the following equation (1) holds.

【0003】L=hv/f …(1) ここで、hは整数でハーモニック数と呼ばれる。式
(1)から、vとfは比例関係にあり、荷電粒子の加速
に従って周波数fを増大させる必要がある。
L = hv / f (1) Here, h is an integer and is called a harmonic number. From equation (1), v and f are in a proportional relationship, and it is necessary to increase the frequency f as the charged particles accelerate.

【0004】シンクロトロンでは、通常数kVから数十
kVという高い加速電圧を必要とするため、空胴共振器
を使用してこの加速電圧を発生させている。空胴共振器
は、通常固有の共振周波数を有し、それ以外の周波数で
は加速電圧を発生しない。このためシンクロトロンで
は、通常空胴共振器に強磁性体であるフェライトを挿入
し、フェライトに磁束を流し、フェライトの透磁率を変
化させてインダクタンスを変えることで共振周波数fを
変化させ、vとの同調をとっている。
In a synchrotron, a high accelerating voltage of usually several kV to several tens kV is required. Therefore, a cavity resonator is used to generate this accelerating voltage. A cavity usually has a unique resonance frequency, and does not generate an accelerating voltage at other frequencies. For this reason, in a synchrotron, a ferrite, which is usually a ferromagnetic substance, is inserted into a cavity resonator, a magnetic flux flows through the ferrite, and the inductance is changed by changing the magnetic permeability of the ferrite, thereby changing the resonance frequency f, and v and v Is in tune.

【0005】フェライトは、通常リング形状をしてお
り、その中心部を加速管が貫通している。フェライトに
磁束を流す方法としては、フェライトの軸方向に流す方
法と周方向に流す方法がある。共振周波数の変化する範
囲を広くする必要のある高周波加速空胴では、磁束を周
方向に流す必要がある。
[0005] The ferrite usually has a ring shape, and an accelerating tube penetrates the center of the ring. As a method of flowing a magnetic flux through the ferrite, there are a method of flowing the magnetic flux in the axial direction of the ferrite and a method of flowing the magnetic flux in the circumferential direction. In a high-frequency accelerating cavity that requires a wide range in which the resonance frequency changes, it is necessary to flow magnetic flux in the circumferential direction.

【0006】フェライトの周方向に磁束を流す方法とし
て、従来ではフェライトにバイアス巻線と呼ばれるコイ
ルを巻き、そのコイルに電流を流す方法がとられてい
る。バイアス巻線は単純な一方向の巻き方をした場合、
バイアス巻線に高周波が乗り、バイアス巻線の電流源に
悪影響を及ぼす。そこで、例えばフェライトを二つに分
け、各フェライトへのバイアス巻線の巻き方が互いに逆
向きになるよう、各バイアス巻線を八の字形に巻くとい
った方法がとられている。このような高周波加速空胴の
構成を以下に示す。
As a method of flowing a magnetic flux in the circumferential direction of the ferrite, conventionally, a method of winding a coil called a bias winding around the ferrite and flowing a current to the coil has been adopted. Bias winding is a simple one-way winding,
A high frequency is applied to the bias winding, which adversely affects the current source of the bias winding. Therefore, for example, a method has been adopted in which the ferrite is divided into two parts, and each bias winding is wound in an eight-shape so that the winding of the bias winding around each ferrite is opposite to each other. The configuration of such a high-frequency accelerating cavity will be described below.

【0007】図4は、従来の高周波加速空胴の構成を示
す荷電粒子のビーム軸に平行な断面図である。加速管1
は、荷電粒子がビームとしてその内部を進行するよう真
空保持された容器である。加速ギャップ2は絶縁物から
なり、荷電粒子が加速される高周波電場をその内部に発
生し、加速管1と直結している。フェライト3はリング
形状をなし、複数枚重ね合っており、その中心部を加速
管1が貫通している。バイアス巻線4はフェライト3の
周方向に磁束を流すためのコイルであり、電流が流れ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view parallel to the beam axis of charged particles showing the configuration of a conventional high-frequency accelerating cavity. Accelerator tube 1
Is a container that is kept in a vacuum so that charged particles travel as a beam inside the container. The acceleration gap 2 is made of an insulator, generates a high-frequency electric field in which charged particles are accelerated, and is directly connected to the acceleration tube 1. The ferrite 3 has a ring shape, and a plurality of ferrites 3 are stacked one on another. The bias winding 4 is a coil for flowing a magnetic flux in the circumferential direction of the ferrite 3, and a current flows.

【0008】外部容器5は、加速管1、加速ギャップ
2、及びフェライト3を覆っており、高周波が外部に漏
れるのを防ぐ。RFパワーアンプ6は高周波電力を供給
し、加速管1に高周波電圧をかけ、加速ギャップ2の内
部に高周波電場を発生させる。加速ギャップ2の内部に
荷電粒子の加速に必要な高周波電場を発生させるために
は、規定量の高周波電力を供給しなければならない。フ
ェライト3に流れる磁束は、バイアス巻線4のターン数
nとバイアス巻線4に流れる電流値Iの積に比例し、共
振周波数fを変化させるためには電流値Iを変える。フ
ェライト3に規定量の磁束を流すためには、ターン数n
と最大電流値Imaxの積が一定量になる必要となる。
[0008] The outer container 5 covers the accelerating tube 1, the accelerating gap 2, and the ferrite 3, and prevents the high frequency from leaking to the outside. The RF power amplifier 6 supplies high-frequency power, applies a high-frequency voltage to the acceleration tube 1, and generates a high-frequency electric field inside the acceleration gap 2. In order to generate a high-frequency electric field required for accelerating charged particles inside the acceleration gap 2, a specified amount of high-frequency power must be supplied. The magnetic flux flowing through the ferrite 3 is proportional to the product of the number n of turns of the bias winding 4 and the current value I flowing through the bias winding 4, and the current value I is changed to change the resonance frequency f. In order to flow a specified amount of magnetic flux through the ferrite 3, the number of turns n
And the maximum current value Imax must be constant.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな高周波加速空胴では、バイアス巻線4と加速管1と
のなす距離が近いため、規定量の高周波電力を供給しよ
うとすると、バイアス巻線4と加速管1との間に放電が
生じることがある。放電が生じると、バイアス巻線4や
加速管1が破損することもあり、規定量の高周波電力を
供給できなくなる。また、放電を防ぐためにフェライト
3の内径を大きくし、バイアス巻線4と加速管1との距
離を離すと、フェライト3の外径も大きくなりフェライ
ト3の製造コストが上昇する。
In the above-described high-frequency accelerating cavity, the distance between the bias winding 4 and the accelerating tube 1 is short. Discharge may occur between the line 4 and the accelerator tube 1. When the discharge occurs, the bias winding 4 and the accelerating tube 1 may be damaged, so that a specified amount of high-frequency power cannot be supplied. Further, if the inner diameter of the ferrite 3 is increased to prevent discharge and the distance between the bias winding 4 and the accelerator tube 1 is increased, the outer diameter of the ferrite 3 increases, and the manufacturing cost of the ferrite 3 increases.

【0010】さらに、上述したような高周波加速空胴で
は、フェライト3に規定量の磁束を流すためのバイアス
巻線4のターン数nとバイアス巻線4に流す最大電流値
Imaxとの積が決まっており、以下に述べるような理
由で装置の構成が複雑になる。
Further, in the high-frequency accelerating cavity described above, the product of the number n of turns of the bias winding 4 for flowing a specified amount of magnetic flux through the ferrite 3 and the maximum current value Imax flowing through the bias winding 4 is determined. Therefore, the configuration of the device becomes complicated for the following reasons.

【0011】すなわち、ターン数nを少なくするために
最大電流値Imaxを増やすと、バイアス巻線4のジュ
ール発熱による温度上昇を抑えるために、バイアス巻線
4の導体の断面積を増やすかバイアス巻線4を水などで
冷却する必要がある。導体の断面積を増やすと、バイア
ス巻線4を曲げてコイル状にすることが困難になり、曲
げずに複数個の直線部分を接続してコイル状に成形する
と、接続部が複雑になる。また、バイアス巻線4を水な
どで冷却する場合も、バイアス巻線4の構造が複雑とな
る。
That is, when the maximum current value Imax is increased in order to reduce the number of turns n, the cross-sectional area of the conductor of the bias winding 4 is increased or the bias winding is increased in order to suppress a temperature rise due to Joule heat of the bias winding 4. The wire 4 needs to be cooled with water or the like. If the cross-sectional area of the conductor is increased, it becomes difficult to bend the bias winding 4 into a coil shape, and if a plurality of straight portions are connected to form a coil shape without bending, the connecting portion becomes complicated. Also, when the bias winding 4 is cooled with water or the like, the structure of the bias winding 4 is complicated.

【0012】一方、最大電流値Imaxを減らすために
ターン数nを増やすことは、ただでさえ複雑なバイアス
巻線4をより複雑にすることになる。さらに、上述した
ような高周波加速空胴では、フェライト3と加速管1と
の間にバイアス巻線4が存在することから、共振器とし
て無駄なスペースが必要となる。
On the other hand, increasing the number n of turns to reduce the maximum current value Imax makes the complicated bias winding 4 more complicated. Further, in the high-frequency accelerating cavity described above, since the bias winding 4 exists between the ferrite 3 and the accelerating tube 1, an unnecessary space is required as a resonator.

【0013】本発明の目的は、簡易な構造で、加速性能
を損なうことなく加速管とバイアス巻線の間の放電の可
能性をなくす高周波加速空胴と、シンクロトロン、粒子
線治療装置及び放射光発生装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high-frequency accelerating cavity which has a simple structure and eliminates the possibility of electric discharge between an accelerating tube and a bias winding without impairing the accelerating performance, a synchrotron, a particle beam therapy system and radiation. An object of the present invention is to provide a light generating device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の高周波加速空胴、シンクロト
ロン、粒子線治療装置及び放射光発生装置は以下の如く
構成されている。
In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a high-frequency accelerating cavity, a synchrotron, a particle beam therapy system and a synchrotron radiation generator of the present invention are configured as follows.

【0015】(1)本発明の高周波加速空胴は、リング
状強磁性体の周方向に磁束を流すことで前記リング状強
磁性体の中心部で荷電粒子を加速させる高周波加速空胴
において、前記リング状強磁性体の外部に設置され前記
磁束を発生する電磁石を具備している。
(1) The high-frequency accelerating cavity of the present invention is a high-frequency accelerating cavity in which charged particles are accelerated at a central portion of the ring-shaped ferromagnetic material by flowing a magnetic flux in a circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material. An electromagnet is provided outside the ring-shaped ferromagnetic material and generates the magnetic flux.

【0016】(2)本発明の高周波加速空胴は上記
(1)に記載の高周波加速空胴であり、かつ前記電磁石
を流れる磁束の方向が前記リング状強磁性体の周方向と
平行をなす。
(2) The high-frequency accelerating cavity of the present invention is the high-frequency accelerating cavity described in the above (1), and the direction of the magnetic flux flowing through the electromagnet is parallel to the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material. .

【0017】(3)本発明の高周波加速空胴は上記
(1)または(2)に記載の高周波加速空胴であり、か
つ前記リング状強磁性体の中心部を加速管が貫通してお
り、前記加速管内で荷電粒子を加速させる。
(3) The high-frequency accelerating cavity of the present invention is the high-frequency accelerating cavity according to the above (1) or (2), and an accelerating tube penetrates the center of the ring-shaped ferromagnetic material. The charged particles are accelerated in the accelerating tube.

【0018】(4)本発明の高周波加速空胴は上記
(1)または(2)に記載の高周波加速空胴であり、か
つ前記リング状強磁性体の中心部を加速管から分岐した
金属製管が貫通しており、前記金属製管内で荷電粒子を
加速させる。
(4) The high-frequency accelerating cavity of the present invention is the high-frequency accelerating cavity according to the above (1) or (2), and is made of a metal having a center portion of the ring-shaped ferromagnetic material branched from an accelerating tube. A tube penetrates and accelerates charged particles within the metal tube.

【0019】(5)本発明の高周波加速空胴は上記
(1)乃至(4)のいずれかに記載の高周波加速空胴で
あり、かつ前記リング状強磁性体としてフェライトを用
いた。
(5) The high-frequency accelerating cavity of the present invention is the high-frequency accelerating cavity according to any one of the above (1) to (4), and ferrite is used as the ring-shaped ferromagnetic material.

【0020】(6)本発明のシンクロトロンは、上記
(1)に記載の高周波加速空胴を用いている。
(6) The synchrotron of the present invention uses the high-frequency accelerating cavity described in the above (1).

【0021】(7)本発明の粒子線治療装置は、上記
(6)に記載のシンクロトロンを荷電粒子の加速器とし
て用いた。
(7) The particle beam therapy system of the present invention uses the synchrotron described in (6) above as a charged particle accelerator.

【0022】(8)本発明の放射光発生装置は、上記
(6)に記載のシンクロトロンを電子加速器として用い
た。
(8) In the synchrotron radiation generator of the present invention, the synchrotron described in (6) above is used as an electron accelerator.

【0023】上記手段を講じた結果、それぞれ以下のよ
うな作用を奏する。
As a result of taking the above-described measures, the following effects are obtained.

【0024】(1)本発明の高周波加速空胴によれば、
チューナーとして用いられるリング状強磁性体の周方向
に流す磁束を前記リング状強磁性体の外部に設置した電
磁石によって発生させるため、前記リング状強磁性体の
周りのバイアス巻線を取り除くことができる。すなわ
ち、前記リング状強磁性体の周りのバイアス巻線が不要
となり、バイアス巻線と加速管との間の放電を無くすこ
とができ、構造が簡易になる。
(1) According to the high frequency accelerating cavity of the present invention,
Since a magnetic flux flowing in the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material used as a tuner is generated by an electromagnet provided outside the ring-shaped ferromagnetic material, a bias winding around the ring-shaped ferromagnetic material can be removed. . That is, a bias winding around the ring-shaped ferromagnetic material is not required, and a discharge between the bias winding and the accelerating tube can be eliminated, thereby simplifying the structure.

【0025】(2)本発明の高周波加速空胴によれば、
電磁石を形成する鉄芯を流れる磁束の方向がリング状強
磁性体の周方向と平行であるため、荷電粒子ビームの輸
送系に対して前記電磁石が空間的に干渉しないよう構成
できる。
(2) According to the high frequency accelerating cavity of the present invention,
Since the direction of the magnetic flux flowing through the iron core forming the electromagnet is parallel to the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material, the electromagnet can be configured not to spatially interfere with the transport system of the charged particle beam.

【0026】(3)本発明の高周波加速空胴によれば、
加速管がリング状強磁性体の中心部を貫通しているた
め、前記加速管と前記リング状強磁性体との間のスペー
スを有効に利用できるとともに、前記加速管と前記リン
グ状強磁性体が一体化し、装置がコンパクトになる。
(3) According to the high frequency accelerating cavity of the present invention,
Since the accelerating tube penetrates the center of the ring-shaped ferromagnetic material, the space between the accelerating tube and the ring-shaped ferromagnetic material can be effectively used, and the accelerating tube and the ring-shaped ferromagnetic material can be effectively used. Are integrated, and the device becomes compact.

【0027】(4)本発明の高周波加速空胴によれば、
加速管がリング状強磁性体の中心部を貫通しておらず、
加速管から分岐した金属製管がリング状強磁性体の中心
部を貫通しているため、前記金属製管と前記リング状強
磁性体の一組を使用することで、共振周波数の可変領域
を広くすることができる。
(4) According to the high frequency accelerating cavity of the present invention,
The accelerator tube does not penetrate the center of the ring-shaped ferromagnetic material,
Since the metal tube branched from the accelerating tube penetrates the center of the ring-shaped ferromagnetic material, by using a pair of the metal tube and the ring-shaped ferromagnetic material, the variable region of the resonance frequency can be reduced. Can be wider.

【0028】(5)本発明の高周波加速空胴によれば、
リング状強磁性体としてフェライトを用いるため、高周
波による前記リング状強磁性体の発熱ロスを低減するこ
とができるとともに、高周波加速空胴の共振周波数可変
領域を広くすることができ、繰り返し周期の速いシンク
ロトロンに適用することが可能になる。
(5) According to the high frequency accelerating cavity of the present invention,
Since ferrite is used as the ring-shaped ferromagnetic material, the heat loss of the ring-shaped ferromagnetic material due to high frequency can be reduced, and the resonance frequency variable region of the high-frequency accelerating cavity can be widened, and the repetition period is fast. It can be applied to synchrotrons.

【0029】(6)本発明のシンクロトロンによれば、
上記(1)の高周波加速空胴を用いるため、従来問題の
あったバイアス巻線と加速管との間の放電の可能性をな
くし、安定した運転が可能になる。また、放電の要因が
一つ減り高周波加速空胴の加速電圧を高く保てるため、
加速性能が向上する。
(6) According to the synchrotron of the present invention,
The use of the high-frequency accelerating cavity of the above (1) eliminates the possibility of discharge between the bias winding and the accelerating tube, which has been a problem in the past, and enables stable operation. In addition, since the cause of discharge is reduced by one and the acceleration voltage of the high frequency acceleration cavity can be kept high,
Acceleration performance is improved.

【0030】(7)本発明の粒子線治療装置によれば、
荷電粒子の加速器として上記(6)のシンクロトロンを
用いているため、安定した運転を行なえ、患者の治療を
安定した状態で適切に実施できる。
(7) According to the particle beam therapy system of the present invention,
Since the synchrotron of the above (6) is used as a charged particle accelerator, stable operation can be performed and patient treatment can be appropriately performed in a stable state.

【0031】(8)本発明の放射光発生装置によれば、
電子加速器として上記(6)のシンクロトロンを用いて
いるため、安定した運転を行なえ、この放射光発生装置
を利用した研究の能率や製品の生産性が向上する。
(8) According to the synchrotron radiation generator of the present invention,
Since the synchrotron of the above (6) is used as the electron accelerator, stable operation can be performed, and the efficiency of research using the synchrotron radiation generator and the productivity of products are improved.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
る高周波加速空胴の構成を示す荷電粒子のビーム軸に平
行な断面図である。図1において、加速管1は内部が真
空に保持されており、その内部を荷電粒子がビームとし
て進行する。加速ギャップ2は絶縁物からなり、荷電粒
子が加速される高周波電場をその内部に発生し、加速管
1と直結している。フェライト3はリング形状をなし、
複数枚重ね合っており、その中心部を加速管1が貫通し
ている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a high-frequency accelerating cavity according to an embodiment of the present invention, which is parallel to the beam axis of charged particles. In FIG. 1, the inside of an acceleration tube 1 is maintained in a vacuum, and charged particles travel inside the inside as a beam. The acceleration gap 2 is made of an insulator, generates a high-frequency electric field in which charged particles are accelerated, and is directly connected to the acceleration tube 1. Ferrite 3 has a ring shape,
A plurality of the tubes are overlapped, and the accelerating tube 1 penetrates the central portion thereof.

【0033】外部容器5は、加速管1、加速ギャップ
2、及びフェライト3を覆っており、高周波が外部に漏
れるのを防ぐ。RFパワーアンプ6は高周波電力を供給
し、加速管1に高周波電圧をかけ、加速ギャップ2の内
部に高周波電場を発生させる。電磁石7は鉄芯8とコイ
ル9から構成されている。
The external vessel 5 covers the acceleration tube 1, the acceleration gap 2, and the ferrite 3, and prevents high frequency from leaking to the outside. The RF power amplifier 6 supplies high-frequency power, applies a high-frequency voltage to the acceleration tube 1, and generates a high-frequency electric field inside the acceleration gap 2. The electromagnet 7 includes an iron core 8 and a coil 9.

【0034】図2は、上記高周波加速空胴の構成を示す
荷電粒子のビーム軸に垂直な断面図である。図2におい
て図1と同一な部分には同一符号を付してある。図2に
示すように、鉄芯8は外部容器5とその内部のフェライ
ト3を挟むようC字型の形状をなしている。コイル9は
鉄芯8に巻き付いており、コイル9に電流を流すことで
鉄芯8に磁束を流し、さらに鉄芯8に挟まれたフェライ
ト3に磁束を流す。
FIG. 2 is a sectional view perpendicular to the beam axis of the charged particles showing the structure of the high-frequency accelerating cavity. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 2, the iron core 8 has a C-shape so as to sandwich the outer container 5 and the ferrite 3 therein. The coil 9 is wound around the iron core 8. When a current flows through the coil 9, a magnetic flux flows through the iron core 8, and further, a magnetic flux flows through the ferrite 3 sandwiched between the iron cores 8.

【0035】図3は、フェライト3を流れる磁束を示す
図である。図3に示すように、磁束10はフェライト3
の周方向に沿って、前記周方向と平行をなすよう流れ
る。本高周波加速空胴の共振周波数は以下の原理で変化
させられる。すなわち、コイル9に流す電流を変化させ
ることで鉄芯8とフェライト3に流れる磁束を変化さ
せ、フェライト3の透磁率を変えることでフェライト3
のインダクタンスと本高周波加速空胴の共振周波数を変
化させる。
FIG. 3 is a diagram showing the magnetic flux flowing through the ferrite 3. As shown in FIG.
Along the circumferential direction, so as to be parallel to the circumferential direction. The resonance frequency of the high-frequency accelerating cavity is changed by the following principle. That is, by changing the current flowing through the coil 9, the magnetic flux flowing through the iron core 8 and the ferrite 3 is changed, and by changing the magnetic permeability of the ferrite 3, the ferrite 3 is changed.
And the resonance frequency of the high-frequency accelerating cavity.

【0036】本発明は上記実施の形態のみに限定され
ず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
例えば、加速管1をフェライト3の中心部に貫通させ
ず、加速管から分岐した金属製管(不図示)をフェライ
ト3の中心部に貫通させ、前記金属製管内で荷電粒子を
加速させるよう構成してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention.
For example, the acceleration tube 1 does not penetrate the center of the ferrite 3 but a metal tube (not shown) branched from the acceleration tube penetrates the center of the ferrite 3 to accelerate charged particles in the metal tube. May be.

【0037】また、上記実施の形態で示した高周波加速
空胴を用いてシンクロトロンを構成することができる。
さらに、前記シンクロトロンを荷電粒子の加速器として
用いて粒子線治療装置を構成することができ、また前記
シンクロトロンを電子加速器として用いて放射光発生装
置を構成することができる。
A synchrotron can be formed by using the high-frequency accelerating cavity described in the above embodiment.
Further, a particle beam therapy system can be configured using the synchrotron as a charged particle accelerator, and a synchrotron radiation generator can be configured using the synchrotron as an electron accelerator.

【0038】(実施の形態のまとめ)実施の形態に示さ
れた構成および作用効果をまとめると次の通りである。
(Summary of Embodiment) The configuration, operation and effect shown in the embodiment are summarized as follows.

【0039】[1]実施の形態に示された高周波加速空
胴は、リング状強磁性体(3)の周方向に磁束を流すこ
とで前記リング状強磁性体(3)の中心部で荷電粒子を
加速させる高周波加速空胴において、前記リング状強磁
性体(3)の外部に設置され前記磁束を発生する電磁石
7を具備している。
[1] In the high-frequency accelerating cavity described in the embodiment, the magnetic flux flows in the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material (3) to charge the center of the ring-shaped ferromagnetic material (3). The high-frequency accelerating cavity for accelerating particles includes an electromagnet 7 installed outside the ring-shaped ferromagnetic body (3) to generate the magnetic flux.

【0040】このように上記高周波加速空胴において
は、チューナーとして用いられるリング状強磁性体
(3)の周方向に流す磁束を前記リング状強磁性体
(3)の外部に設置した電磁石7によって発生させるた
め、前記リング状強磁性体(3)の周りのバイアス巻線
4を取り除くことができる。すなわち、前記リング状強
磁性体(3)の周りのバイアス巻線4が不要となり、バ
イアス巻線4と加速管1との間の放電を無くすことがで
き、構造が簡易になる。
As described above, in the high-frequency accelerating cavity, the magnetic flux flowing in the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material (3) used as a tuner is controlled by the electromagnet 7 provided outside the ring-shaped ferromagnetic material (3). To do so, the bias winding 4 around the ring-shaped ferromagnetic material (3) can be removed. That is, the bias winding 4 around the ring-shaped ferromagnetic body (3) becomes unnecessary, and the discharge between the bias winding 4 and the accelerating tube 1 can be eliminated, thereby simplifying the structure.

【0041】[2]実施の形態に示された高周波加速空
胴は上記[1]に記載の高周波加速空胴であり、かつ前
記電磁石7を流れる磁束の方向が前記リング状強磁性体
(3)の周方向と平行をなす。
[2] The high-frequency accelerating cavity described in the embodiment is the high-frequency accelerating cavity described in the above [1], and the direction of the magnetic flux flowing through the electromagnet 7 is the same as that of the ring-shaped ferromagnetic material (3). ) Is parallel to the circumferential direction.

【0042】このように上記高周波加速空胴において
は、電磁石7を形成する鉄芯8を流れる磁束の方向がリ
ング状強磁性体(3)の周方向と平行であるため、荷電
粒子ビームの輸送系に対して前記電磁石7が空間的に干
渉しないよう構成できる。
As described above, in the high-frequency accelerating cavity, since the direction of the magnetic flux flowing through the iron core 8 forming the electromagnet 7 is parallel to the circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material (3), the charged particle beam is transported. The electromagnet 7 can be configured not to spatially interfere with the system.

【0043】[3]実施の形態に示された高周波加速空
胴は上記[1]または[2]に記載の高周波加速空胴で
あり、かつ前記リング状強磁性体(3)の中心部を加速
管1が貫通しており、前記加速管1内で荷電粒子を加速
させる。
[3] The high-frequency accelerating cavity described in the embodiment is the high-frequency accelerating cavity described in the above [1] or [2], and the center of the ring-shaped ferromagnetic material (3) is located at the center. The acceleration tube 1 penetrates and accelerates charged particles in the acceleration tube 1.

【0044】このように上記高周波加速空胴において
は、加速管1がリング状強磁性体(3)の中心部を貫通
しているため、前記加速管1と前記リング状強磁性体
(3)との間のスペースを有効に利用できるとともに、
前記加速管1と前記リング状強磁性体(3)が一体化
し、装置がコンパクトになる。
As described above, in the high-frequency accelerating cavity, since the accelerating tube 1 penetrates the center of the ring-shaped ferromagnetic material (3), the accelerating tube 1 and the ring-shaped ferromagnetic material (3) are used. While effectively utilizing the space between
The accelerating tube 1 and the ring-shaped ferromagnetic material (3) are integrated, and the device becomes compact.

【0045】[4]実施の形態に示された高周波加速空
胴は上記[1]または[2]に記載の高周波加速空胴で
あり、かつ前記リング状強磁性体(3)の中心部を加速
管1から分岐した金属製管が貫通しており、前記金属製
管内で荷電粒子を加速させる。
[4] The high-frequency accelerating cavity described in the embodiment is the high-frequency accelerating cavity described in the above [1] or [2], and the center of the ring-shaped ferromagnetic material (3) is formed. A metal pipe branched from the acceleration pipe 1 penetrates and accelerates the charged particles in the metal pipe.

【0046】このように上記高周波加速空胴において
は、加速管1がリング状強磁性体(3)の中心部を貫通
しておらず、加速管1から分岐した金属製管がリング状
強磁性体(3)の中心部を貫通しているため、前記金属
製管と前記リング状強磁性体(3)の一組を使用するこ
とで、共振周波数の可変領域を広くすることができる。
As described above, in the high-frequency accelerating cavity described above, the accelerating tube 1 does not penetrate the center of the ring-shaped ferromagnetic body (3), and the metallic tube branched from the accelerating tube 1 has the ring-shaped ferromagnetic material. Since it penetrates through the center of the body (3), the use of one set of the metal tube and the ring-shaped ferromagnetic body (3) makes it possible to widen the variable region of the resonance frequency.

【0047】[5]実施の形態に示された高周波加速空
胴は上記[1]乃至[4]のいずれかに記載の高周波加
速空胴であり、かつ前記リング状強磁性体(3)として
フェライト3を用いた。
[5] The high-frequency accelerating cavity described in the embodiment is the high-frequency accelerating cavity according to any one of the above [1] to [4], and is used as the ring-shaped ferromagnetic material (3). Ferrite 3 was used.

【0048】このように上記高周波加速空胴において
は、リング状強磁性体(3)としてフェライト3を用い
るため、高周波による前記リング状強磁性体(3)の発
熱ロスを低減することができるとともに、高周波加速空
胴の共振周波数可変領域を広くすることができ、繰り返
し周期の速いシンクロトロンに適用することが可能にな
る。
As described above, in the high-frequency accelerating cavity, since the ferrite 3 is used as the ring-shaped ferromagnetic material (3), heat loss of the ring-shaped ferromagnetic material (3) due to high frequency can be reduced. In addition, the variable region of the resonance frequency of the high-frequency accelerating cavity can be widened, and it can be applied to a synchrotron with a fast repetition period.

【0049】[6]実施の形態に示されたシンクロトロ
ンは、上記[1]に記載の高周波加速空胴を用いてい
る。
[6] The synchrotron described in the embodiment uses the high-frequency accelerating cavity described in the above [1].

【0050】このように上記シンクロトロンにおいて
は、上記[1]の高周波加速空胴を用いるため、従来問
題のあったバイアス巻線4と加速管1との間の放電の可
能性をなくし、安定した運転が可能になる。また、放電
の要因が一つ減り高周波加速空胴の加速電圧を高く保て
るため、加速性能が向上する。
As described above, since the synchrotron uses the high-frequency accelerating cavity of the above [1], the possibility of discharge between the bias winding 4 and the accelerating tube 1 which has been a problem in the related art is eliminated, and the synchrotron is stabilized. Operation is possible. Further, since the factor of the discharge is reduced by one and the acceleration voltage of the high frequency acceleration cavity can be kept high, the acceleration performance is improved.

【0051】[7]実施の形態に示された粒子線治療装
置は、上記[6]に記載のシンクロトロンを荷電粒子の
加速器として用いた。
[7] The particle beam therapy system described in the embodiment uses the synchrotron described in the above [6] as a charged particle accelerator.

【0052】このように上記粒子線治療装置において
は、荷電粒子の加速器として上記[6]のシンクロトロ
ンを用いているため、安定した運転を行なえ、患者の治
療を安定した状態で適切に実施できる。
As described above, in the above-mentioned particle beam therapy system, since the synchrotron of the above [6] is used as an accelerator for charged particles, stable operation can be performed, and treatment of a patient can be appropriately performed in a stable state. .

【0053】[8]実施の形態に示された放射光発生装
置は、上記[6]に記載のシンクロトロンを電子加速器
として用いた。
[8] In the synchrotron radiation generator described in the embodiment, the synchrotron described in the above [6] is used as an electron accelerator.

【0054】このように上記放射光発生装置において
は、電子加速器として上記[6]のシンクロトロンを用
いているため、安定した運転を行なえ、この放射光発生
装置を利用した研究の能率や製品の生産性が向上する。
As described above, in the above-mentioned synchrotron radiation generator, since the synchrotron of the above [6] is used as the electron accelerator, stable operation can be performed, and the efficiency of research using the synchrotron radiation generator and the efficiency of products can be improved. Productivity is improved.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、加速性能を損なうこと
なく、加速管とバイアス巻線の間の放電の可能性をなく
すとともに、装置の構造を簡易にして製作を容易化し、
強磁性体と加速管との間のスペースを無駄にしない共振
周波数可変型の高周波加速空胴と、該高周波加速空胴を
用いたシンクロトロン、該シンクロトロンを用いた粒子
線治療装置及び放射光発生装置を提供できる。
According to the present invention, it is possible to eliminate the possibility of discharge between the accelerating tube and the bias winding without deteriorating the acceleration performance, to simplify the structure of the device, and to facilitate the production.
A high-frequency accelerating cavity of a variable resonance frequency that does not waste the space between the ferromagnetic material and the accelerating tube, a synchrotron using the high-frequency accelerating cavity, a particle beam therapy device using the synchrotron, and radiation light A generator can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る高周波加速空胴の構
造を示す荷電粒子のビーム軸に平行な断面図。
FIG. 1 is a sectional view parallel to a beam axis of a charged particle, showing a structure of a high-frequency acceleration cavity according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係る高周波加速空胴の構
造を示す荷電粒子のビーム軸に垂直な断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the beam axis of the charged particles, showing the structure of the high-frequency acceleration cavity according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態に係るフェライトを流れる
磁束を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a magnetic flux flowing through the ferrite according to the embodiment of the present invention.

【図4】従来例に係る高周波加速空胴を示す荷電粒子の
ビーム軸に平行な断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a high-frequency accelerating cavity according to a conventional example, which is parallel to a beam axis of charged particles.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…加速管 2…加速ギャップ 3…フェライト 4…バイアス巻線 5…外部容器 6…RFパワーアンプ 7…電磁石 8…鉄芯 9…コイル 10…磁束 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Accelerator tube 2 ... Acceleration gap 3 ... Ferrite 4 ... Bias winding 5 ... External container 6 ... RF power amplifier 7 ... Electromagnet 8 ... Iron core 9 ... Coil 10 ... Magnetic flux

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】リング状強磁性体の周方向に磁束を流すこ
とで前記リング状強磁性体の中心部で荷電粒子を加速さ
せる高周波加速空胴において、 前記リング状強磁性体の外部に設置され前記磁束を発生
する電磁石を具備したことを特徴とする高周波加速空
胴。
1. A high-frequency accelerating cavity in which a charged particle is accelerated at a central portion of the ring-shaped ferromagnetic material by flowing a magnetic flux in a circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material. And a high-frequency accelerating cavity comprising an electromagnet for generating the magnetic flux.
【請求項2】前記電磁石を流れる磁束の方向が前記リン
グ状強磁性体の周方向と平行をなすことを特徴とする請
求項1に記載の高周波加速空胴。
2. The high-frequency accelerating cavity according to claim 1, wherein a direction of a magnetic flux flowing through the electromagnet is parallel to a circumferential direction of the ring-shaped ferromagnetic material.
【請求項3】前記リング状強磁性体の中心部を加速管が
貫通しており、前記加速管内で荷電粒子を加速させるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の高周波加速空
胴。
3. The high-frequency accelerating cavity according to claim 1, wherein an accelerating tube penetrates a center portion of the ring-shaped ferromagnetic material, and accelerates charged particles in the accelerating tube.
【請求項4】前記リング状強磁性体の中心部を加速管か
ら分岐した金属製管が貫通しており、前記金属製管内で
荷電粒子を加速させることを特徴とする請求項1または
2に記載の高周波加速空胴。
4. The metal ferromagnetic material according to claim 1, wherein a metal tube branched from an accelerating tube penetrates a center portion of the ring-shaped ferromagnetic material, and accelerates charged particles in the metal tube. The high frequency accelerating cavity described.
【請求項5】前記リング状強磁性体としてフェライトを
用いたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記
載の高周波加速空胴。
5. The high frequency acceleration cavity according to claim 1, wherein ferrite is used as said ring-shaped ferromagnetic material.
【請求項6】請求項1に記載の高周波加速空胴を用いた
ことを特徴とするシンクロトロン。
6. A synchrotron using the high-frequency accelerating cavity according to claim 1.
【請求項7】請求項6に記載のシンクロトロンを荷電粒
子の加速器として用いたことを特徴とする粒子線治療装
置。
7. A particle beam therapy system using the synchrotron according to claim 6 as a charged particle accelerator.
【請求項8】請求項6に記載のシンクロトロンを電子加
速器として用いたことを特徴とする放射光発生装置。
8. A synchrotron according to claim 6, wherein the synchrotron is used as an electron accelerator.
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CN109936907A (en) * 2019-04-18 2019-06-25 东莞中子科学中心 A kind of water-cooling structure of high power magnetic alloy cavity
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