JP2000299200A - 周波数変調器及びそれを備えたサイクロトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波の共振周波数を調整すると、電界強度
の分布が崩れるという課題があった。 【解決手段】 周波数変調器で７は、上側ディー電極３
ａの外周端３ｃ及び下側ディー電極の外周端３ｄと対向
して周方向Ｒに延在する剛体８と、剛体８の周方向Ｒに
設けられた２つの駆動手段９とを備えて成る。各駆動手
段９は剛体支持部９ａと剛体駆動部９ｂとから構成され
ている。各駆動手段９は剛体８を互いに独立に駆動し
て、加速空洞４の外周壁を構成する上側空洞４ａの外周
壁と下側空洞４ｂの外周壁との間から剛体８を加速空洞
４内に出入りさせ、剛体８の配置を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、加速空洞の共振
周波数を変調する周波数変調器及びそれを備えたサイク
ロトロンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５から図７は、例えば、『「陽子線治
療施設の研究開発」（課題番号：０３３０４０３５）、
平成３、４、５年科学研究費用補助金（総合研究Ａ）
研究成果報告書、研究代表者 稲田哲夫』に示された従
来の周波数変調器及びその周辺、すなわち荷電粒子加速
部を示す概略的な構成図である。図５は上面図、図６は
図５中のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図７は図５中のＩＩ
−ＩＩ線に沿った断面図である。ただし、図５では周波
数変調器は省略して図示していない。図において、１０
１は荷電粒子を加速する荷電粒子加速部、１０２は荷電
粒子軌道平面、１０３は荷電粒子軌道平面１０２を挟ん
で対向して設けられた上側ディー電極１０３ａと下側デ
ィー電極１０３ｂとから成るディー電極、１０４は上側
ディー電極１０３ａを覆う上側空洞１０４ａと下側ディ
ー電極１０３ｂを覆う下側空洞１０４ｂとから成る加速
空洞、１０５ａは加速空洞１０４の上壁を構成する上側
空洞１０４ａの上壁１０４ｃと上側ディー電極１０３ａ
との間に配置された上側ステム、１０５ｂは加速空洞１
０４の下壁を構成する下側空洞１０４ｂの下壁１０４ｄ
と下側ディー電極１０３ｂとの間に配置された下側ステ
ム、１０６は上側ディー電極１０３ａと同じ高さ位置に
おいて加速空洞１０４の外側に配置された上側ダミーデ
ィー電極１０６ａと下側ディー電極１０３ｂと同じ高さ
位置において加速空洞１０４の外側に配置された下側ダ
ミーディー電極１０６ｂとから成るダミーディー電極で
ある。

【０００３】また、１０７は周波数変調器であり、上側
ディー電極１０３ａの外周端１０３ｃ及び下側ディー電
極１０３ｂの外周端１０３ｄと対向して周方向Ｒに延在
する剛体１０７ａと、剛体１０７ａを駆動して加速空洞
１０４の外周壁を構成する上側空洞１０４ａの外周壁１
０４ｅと下側空洞１０４ｂの外周壁１０４ｆとの間から
剛体１０７ａを加速空洞１０４内に出入させる駆動手段
１０７ｂとを備えて成る。

【０００４】この従来の荷電粒子加速手段１０１では、
加速空洞１０４はいわゆるスパイラル形である。すなわ
ち、上側空洞１０４ａは上壁１０４ｃ、外周壁１０４
ｅ、外側から見て凸状の凸状側壁１０４ｇ及び外側から
見て凹状の凹状側壁１０４ｉから成り、中心側から外周
側に向かうに従って凸状側壁１０４ｇと凹状側壁１０４
ｉとの間隔は広がっている。同様に、下側空洞１０４ｂ
は下壁１０４ｄ、外周壁１０４ｆ、外側から見て凸状の
凸状側壁１０４ｈ及び外側から見て凹状の凹状側壁１０
４ｊから成り、中心側から外周側に向かうに従って凸状
側壁１０４ｈと凹状側壁１０４ｊとの間隔は広がってい
る。従って、加速空洞１０４の上壁が上側空洞１０４ａ
の上壁１０４ｃで構成され、下壁が下側空洞１０４ｂの
下壁１０４ｄで構成され、外周壁が上側空洞１０４ａの
外周壁１０４ｅ及び下側空洞１０４ｂの外周壁１０４ｆ
で構成され、凸状側壁が上側空洞１０４ａの凸状側壁１
０４ｇ及び下側空洞１０４ｂの凸状側壁１０４ｈで構成
され、凹状側壁が上側空洞１０４ａの凹状側壁１０４ｉ
及び下側空洞１０４ｂの凹状側壁１０４ｊで構成され
る。

【０００５】また、この従来の荷電粒子加速手段１０１
では、上側ステム１０５ａ及び下側ステム１０５ｂは加
速空洞１０４内にそれぞれ２本ずつ配置されている。そ
して、上側ディー電極１０３ａは２本の上側ステム１０
５ａにそれらの下端で接続され、下側ディー電極１０３
ｂは２本の下側ステム１０５ｂにそれらの上端で接続さ
れている。また、各上側ステム１０５ａの上端は上側空
洞１０４ａの上壁１０４ｃに接続され、各下側ステム１
０５ｂの下端は下側空洞１０４ｂの下壁１０４ｄに接続
されている。

【０００６】また、この従来の荷電粒子加速手段１０１
では、上側ダミーディー電極１０６ａ及び下側ダミーデ
ィー電極１０６ｂは加速空洞１０４の外側にそれぞれ２
個ずつ配置されている。そして、上側ダミーディー電極
１０６ａの一方は上側空洞１０４ａの凸状側壁１０４ｇ
に接続され、他方は上側空洞１０４ａの凹状側壁１０４
ｉに接続され、下側ダミーディー電極１０６ｂの一方は
下側空洞１０４ｂの凸状側壁１０４ｈに接続され、他方
は下側空洞１０４ｂの凹状側壁１０４ｊに接続されてい
る。

【０００７】また、この従来の荷電粒子加速手段１０１
では、周波数変調器１０７を構成する駆動手段１０７ｂ
は、剛体１０７ａの周方向Ｒの中心に１つ設けられてお
り、上側ディー電極１０３ａの外周端１０３ｃ及び下側
ディー電極１０３ｂの外周端１０３ｄと平行に剛体１０
７ａを移動させる。

【０００８】このような従来の荷電粒子加速手段１０１
では、上側ディー電極１０３ａと下側ディー電極１０３
ｂは荷電粒子軌道平面１０２を挟んで対称に配置され、
上側空洞１０４ａと下側空洞１０４ｂ、上側ステム１０
５ａと下側ステム１０５ｂ、及び上側ダミーディー電極
１０６ａと下側ダミーディー電極１０６ｂもそれぞれ荷
電粒子軌道平面１０２を挟んで対称に配置されている。
また、周波数変調器１０７を構成する剛体１０７ａも荷
電粒子軌道平面１０２を挟んで対称に位置するように配
置されている。

【０００９】図８は一般的なサイクロトロンを示す概略
的な構成図である。図において、１１１はサイクロトロ
ン、１１２は荷電粒子を加速する荷電粒子加速部、１１
３は隣接する荷電粒子加速部１１２の上側空洞間及び下
側空洞間に配置された磁極、１１４は荷電粒子軌道平面
を周回する荷電粒子を外部に取出すための静電デフレク
タ、１１５は荷電粒子軌道平面を周回する荷電粒子の軌
道である。

【００１０】次に動作について説明する。サイクロトロ
ンの中心から入射した荷電粒子は、荷電粒子軌道平面１
０２を周回する。荷電粒子は、加速空洞１０４を通過す
るとき加速空洞１０４内に発生する高周波の電界により
加速され、図８に示すような螺旋状の軌道を描く。そし
て、最終的に、静電デフレクタにより外部に取出され
る。ここで、荷電粒子を加速するために加速空洞１０４
内に発生させる高周波の共振周波数は、周波数変調器１
０７を構成する剛体１０７ａと上側ディー電極１０３ａ
の外周端１０３ｃとの間の距離及び剛体１０７ａと下側
ディー電極１０３ｂの外周端１０３ｄとの間の距離を変
え、加速空洞１０４の容量成分Ｃを変えることにより調
整する。これらの距離を短くすると、高周波の共振周波
数は高くなる。

【００１１】なお、このような荷電粒子加速手段１０１
では、上側ディー電極１０３ａ、上側空洞１０４ａ、上
側ステム１０５ａ、上側ダミーディー電極１０６ａ及び
剛体１０７ａで１つの１／４波長型同軸共振器が構成さ
れ、下側ディー電極１０３ｂ、下側空洞１０４ｂ、下側
ステム１０５ｂ、下側ダミーディー電極１０６ｂ及び剛
体１０７ａでもう１つの１／４波長型同軸共振器が構成
される。

【００１２】図９は１／４波長型同軸共振器の一般的な
構成を示す模式図である。図９（Ａ）は１／４波長型同
軸共振器の外観を示す斜視図、図９（Ｂ）は１／４波長
型同軸共振器の長軸方向に沿った断面図、図９（Ｃ）は
１／４波長型同軸共振器の長軸に垂直な平面における断
面図である。図において、１２１は１／４波長型同軸共
振器、すなわちその中に発生する高周波の波長の１／４
の長さを持つ同軸共振器、１２２は中心導体、１２３は
周囲導体、１２４は中心導体１２２及び周囲導体１２３
の一端をふさぐ底面導体、１２５は開放端である。ま
た、ｄは１／４波長型同軸共振器１２１の長さである。
なお、図９（Ｂ）中には１／４波長型同軸共振器内での
電界の様子が示され、図９（Ｃ）中には１／４波長型同
軸共振器内での磁界の様子が示されている。

【００１３】図１０は図９に示す１／４波長型同軸共振
器内の電界強度及び磁界強度の分布図である。図１０の
縦軸は電界強度及び磁界強度を示し、横軸は開放端から
の距離を示している。図１０に示すように、１／４波長
型同軸共振器１２１内の電界強度Ｅは、開放端１２５の
位置で最大となり、開放端１２５から離れるに従って徐
々に小さくなり、底面導体１２４の位置でゼロとなる。
一方、１／４波長型同軸共振器１２１内の磁界強度Ｈ
は、底面導体１２４の位置で最大となり、底面導体１２
４から離れるに従って徐々に小さくなり、開放端１２５
の位置でゼロとなる。

【００１４】このような１／４波長型同軸共振器１２１
では、電界強度Ｅの高いところが容量成分Ｃの働きを
し、磁界強度Ｈの高いところが誘導成分Ｌの働きをする
ＬとＣの共振回路にたとえることができ、その共振周波
数ｆは（１）式で表わされる。

【００１５】

【数１】

【００１６】例えば、上側ディー電極１０３ａ、上側空
洞１０４ａ、上側ステム１０５ａ、上側ダミーディー電
極１０６ａ及び剛体１０７ａで構成される１／４波長型
同軸共振器では、上側ディー電極１０３ａ及び上側ステ
ム１０５ａが図９中の中心導体１２２に対応し、上側空
洞１０４ａ、上側ダミーディー電極１０６ａ及び剛体１
０８ａが図９中の周囲導体１２３に対応し、上側ダミー
ディー電極１０６ａが接続されている上側空洞１０４ａ
の凸状側壁１０４ｇの部分及び凹状側壁１０４ｉの部分
と上側ディー電極１０３ａとの間の空間及び剛体１０７
ａと上側ディー電極１０３ａとの間の空間が図９中の開
放端１２５に対応し、上側ステム１０５ａの高さｈと上
側ステム１０５ａの基端部から上側ディー電極１０３ａ
の周囲までの長さｌの和が１／４波長型同軸共振器１２
１の長さｄに対応する。同様に、下側ディー電極１０３
ｂ、下側空洞１０４ｂ、下側ステム１０５ｂ、下側ダミ
ーディー電極１０６ｂ及び剛体１０７ａで構成される１
／４波長型同軸共振器では、下側ディー電極１０３ｂ及
び下側ステム１０５ｂが図９中の中心導体１２２に対応
し、上側空洞１０４ｂ、下側ダミーディー電極１０６ｂ
及び剛体１０７ａが図９中の周囲導体１２３に対応し、
下側ダミーディー電極１０６ｂが接続されている下側空
洞１０４ｂの凸状側壁１０４ｈの部分及び凹状側壁１０
４ｉの部分と下側ディー電極１０３ｂとの間の空間及び
剛体１０７ａと下側ディー電極１０３ｂとの間の空間が
図９中の開放端１２５に対応し、下側ステム１０５ｂの
高さｈと下側ステム１０５ｂの基端部から下側ディー電
極１０３ｂの周囲までの長さｌの和が１／４波長型同軸
共振器１２１の長さｄに対応する。

【００１７】従って、上側ダミーディー電極１０６ａが
接続している上側空洞１０４ａの凸状側壁１０４ｇの部
分及び凹状側壁１０４ｉの部分と上側ディー電極１０３
ａとの間の空間及び剛体１０７ａと上側ディー電極１０
３ａとの間の空間に大きな電界が発生し、同様に、下側
ダミーディー電極１０６ｂが接続している下側空洞１０
４ｂの凸状側壁１０４ｈの部分及び凹状側壁１０４ｊの
部分と下側ディー電極１０３ｂとの間の空間及び剛体１
０７ａと下側ディー電極１０３ｂとの間の空間に大きな
電界が発生する。また、上側空洞１０４ａ内の上壁１０
４ｃ側の空間に大きな磁界が発生し、同様に、下側空洞
１０４ｂ内の下壁１０４ｄ側の空間に大きな磁界が発生
する。図１１は加速空洞内に発生する電界及び磁界の様
子を上側空洞について示している。図１１（Ａ）は図５
中のＩＩ−ＩＩ線の沿った断面での様子を示し、図１１
（Ｂ）は上側空洞内を上から見たときの様子を示してい
る。ただし、図１１（Ａ）及び（Ｂ）では上側ダミー電
極は省略して図示していない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の周波数変調器は
以上のように構成されているので、加速空洞１０４内に
発生させる高周波の共振周波数は、周波数変調器１０７
を構成する剛体１０７ａの周方向Ｒの中心に設けられた
１つの駆動手段１０７ｂにより剛体１０７ａを駆動して
剛体１０７ａを上側ディー電極１０３ａの外周端１０３
ｃ及び下側ディー電極１０３ｂの外周端１０３ｄと平行
に移動することにより調整するが、このような調整方法
では、凸側での中心側から外周側に至るディー電極１０
３及びダミーディー電極１０６が接続している加速空洞
の側壁部分間の電界強度の分布と凹側での中心側から外
周側に至るディー電極１０３及びダミーディー電極１０
６が接続している加速空洞の側壁部分間の電界強度の分
布が異なることとなるという課題があった。

【００１９】具体的には、剛体１０７ａと上側ディー電
極１０３ａの外周端１０３ｃとの間の距離及び剛体１０
７ａと下側ディー電極１０３ｂの外周端１０３ｄとの間
の距離を短くすると、中心側でのディー電極１０３及び
側壁部分間の電界強度と外周側でのディー電極１０３及
び側壁部分間の電界強度の差が大きくなるが、その差は
凹側より凸側ほど大きくなる。

【００２０】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、電界強度の分布を崩すことなく、
加速空洞の共振周波数を変調することができる周波数変
調器を得ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る周波数変
調器は、上側ディー電極の外周端及び下側ディー電極の
外周端と対向して周方向に延在する剛体と、剛体の周方
向に設けられた複数の駆動手段とを備えて成り、各駆動
手段が剛体を互いに独立に駆動して剛体の配置を変化さ
せるものである。

【００２２】この発明に係る周波数変調器は、剛体が周
方向において複数の剛体片に分割され、駆動手段が各剛
体片に設けられているものである。

【００２３】この発明に係る周波数変調器は、複数の壁
片に分割された上側空洞の上壁及び下壁空洞の下壁と、
各壁片に設けられた駆動手段とを備えて成り、各駆動手
段がそれが設けられた壁片を互いに独立に駆動して上側
空洞の上壁及び下側空洞の下壁の配置を変化させるもの
である。

【００２４】この発明に係る周波数変調器は、可動式の
上側ステム及び下側ステムを備えて成るものである。

【００２５】この発明に係るサイクロトロンは、上側デ
ィー電極の外周端及び下側ディー電極の外周端と対向し
て周方向に延在する剛体と、剛体の周方向に設けられた
複数の駆動手段とを備えて成り、各駆動手段が剛体を互
いに独立に駆動して剛体の配置を変化させる周波数変調
器を備えたものである。

【００２６】この発明に係るサイクロトロンは、複数の
壁面片に分割された上側空洞の上壁及び下側空洞の下壁
と、各壁片に設けられた駆動手段とを備えて成り、各駆
動手段がそれが接続する壁片を互いに独立に駆動して上
側空洞の上壁及び下側空洞の下壁の配置を変化させる周
波数変調器を備えたものである。

【００２７】この発明に係るサイクロトロンは、可動式
の上側ステム及び下側ステムを備えて成る周波数変調器
を備えたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による周
波数変調器及びその周辺、すなわち荷電粒子加速部を示
す斜視図である。ただし、図１では加速空洞を透明なも
のとしてその位置を破線で表した場合について示してい
る。また、図１では主に上側空洞側を示している。図に
おいて、１は荷電粒子を加速する荷電粒子加速部、３は
荷電粒子軌道平面を挟んで対向して設けられた上側ディ
ー電極３ａと下側ディー電極３ｂとから成るディー電
極、４は上側ディー電極３ａを覆う上側空洞４ａと下側
ディー電極３ｂを覆う下側空洞４ｂとから成る加速空
洞、５ａは加速空洞４の上壁を構成する上側空洞４ａの
上壁と上側ディー電極３ａとの間に配置された上側ステ
ム、５ｂは加速空洞４の下壁を構成する下側空洞４ｂの
下壁と下側ディー電極３ｂとの間に配置された下側ステ
ム、６は上側ディー電極３ａと同じ高さ位置において加
速空洞４の外側に配置された上側ダミーディー電極６ａ
と下側ディー電極３ｂと同じ高さ位置において加速空洞
４の外側に配置された下側ダミーディー電極６ｂとから
成るダミーディー電極である。

【００２９】また、７は周波数変調器であり、上側ディ
ー電極３ａの外周端３ｃ及び下側ディー電極の外周端３
ｄと対向して周方向Ｒに延在する剛体８と、剛体８の周
方向Ｒに設けられた２つの駆動手段９とを備えて成る。

【００３０】この実施の形態１の荷電粒子加速部１で
は、各駆動手段９は剛体支持部９ａと剛体駆動部９ｂと
から構成されている。そして、各駆動手段９は剛体８を
互いに独立に駆動して、加速空洞４の外周壁を構成する
上側空洞４ａの外周壁と下側空洞４ｂの外周壁との間か
ら剛体８を加速空洞４内に出入りさせ、剛体８の配置を
変化させる。また、周波数変調器７を構成する剛体８は
荷電粒子軌道平面を挟んで対称に位置するように配置さ
れている。

【００３１】なお、この実施の形態１の荷電粒子加速部
１では、ディー電極３、加速空洞４、上側ステム５ａ、
下側ステム５ｂ及びダミー電極６の構成の詳細は、従来
と同様である。

【００３２】次に動作について説明する。荷電粒子を加
速するために加速空洞４内に発生させる高周波の共振周
波数を調整する場合、周波数変調器７を構成する剛体８
と上側ディー電極３ａの外周端３ｃとの間の距離及び剛
体８と下側ディー電極３ｂの外周端３ｄとの間の距離を
変え、加速空洞の容量成分Ｃを変える。

【００３３】その際、この実施の形態１の周波数変調器
７は、上述した構成であるので、剛体８の周方向Ｒに設
けられた２つの駆動手段９により剛体８を互いに独立に
駆動して、剛体８を上側ディー電極３ａの外周端３ｃ及
び下側ディー電極３ｂの外周端３ｄに対して任意の角度
を取るように移動することにより、凸側での中心側から
外周側に至るディー電極３及びダミーディー電極６が接
続している加速空洞４の側壁部分間の電界強度の分布と
凹側での中心側から外周側に至るディー電極３及びダミ
ーディー電極６が接続している加速空洞４の側壁部分間
の電界強度の分布を崩すことなく、高周波の共振周波数
を調整することができる。具体的には、剛体８と上側デ
ィー電極３ａの外周端３ｃとの間の距離及び剛体８と下
側ディー電極３ｂの外周端３ｄとの間の距離を短くする
と、凸側は凹側より中心側と外周側での電界強度の差が
大きくなるので、凸側での剛体８と上側ディー電極３ａ
の外周端３ｃとの間の距離及び剛体８と下側ディー電極
３ｂの外周端３ｄとの間の距離を凹側より長くなるよう
にする。

【００３４】また、この実施の形態１の荷電粒子加速部
１は、上述した構成であるので、剛体８の周方向Ｒに設
けられた２つの駆動手段９により剛体８を互いに独立に
駆動して、剛体８を上側ディー電極３ａの外周端３ｃ及
び下側ディー電極３ｂの外周端３ｄに対して任意の角度
を取るように移動することにより、加速空洞４の容量成
分Ｃを変えずに、すなわち高周波の共振周波数を変える
ことなく、電界強度の分布、すなわち荷電粒子の加速電
圧の分布を調整することもできる。

【００３５】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、周波数変調器７は上側ディー電極３ａの外周端３ｃ
及び下側ディー電極３ｂの外周端３ｄと対向して周方向
Ｒに延在する剛体８と、剛体８の周方向Ｒに設けられた
２つの駆動手段９とを備えて成るものであるので、電界
強度の分布を崩すことなく、高周波の共振周波数を調整
することができる効果が得られる。また、高周波の共振
周波数を変えることなく、荷電粒子の加速電圧の分布を
調整することができる効果が得られる。

【００３６】また、このような周波数変調器７をサイク
ロトロンに設けた場合、電界強度の分布を崩すことな
く、高周波の共振周波数を調整することにより、荷電粒
子の整合のとれた加速が可能となる効果が得られる。ま
た、高周波の共振周波数を変えることなく、荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することにより、荷電粒子のター
ンセパレーションの調整が可能となる効果が得られる。

【００３７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２による周波数変調器及びその周辺、すなわち荷電粒
子加速部を示す斜視図である。ただし、図２では加速空
洞を透明なものとしてその位置を破線で表わした場合に
ついて示している。また、図２では主に上側空洞側を示
している。図において、１１は荷電粒子を加速する荷電
粒子加速部である。また、１２は周波数変調器であり、
上側ディー電極３ａの外周端３ｃ及び下側ディー電極の
外周端３ｄと対向して周方向Ｒに延在し、周方向Ｒにお
いて６つの剛体片１３ａに分割された剛体１３と、各剛
体片１３ａに設けられた駆動手段１４（図２では一部の
駆動手段にのみ符号１４を付している。）とを備えて成
る。

【００３８】この実施の形態２の荷電粒子加速部１１で
は、各駆動手段１４は剛体支持部１４ａ（図２では一部
の剛体支持部にのみ符号１４ａを付している。）と剛体
駆動部１４ｂ（図２では一部の剛体駆動部にのみ符号１
４ｂを付している。）とから構成されている。そして、
各駆動手段１４はそれが設けられた剛体片１３ａを互い
に独立に駆動して、加速空洞４の外周壁を構成する上側
空洞４ａの外周壁と下側空洞４ｂの外周壁との間から剛
体１３を加速空洞４内に出入りさせ、剛体１３の配置を
変化させる。また、周波数変調器１２を構成する剛体１
３は荷電粒子軌道平面を挟んで対称に位置するように配
置されている。

【００３９】なお、その他の構成要素は、図１で同一符
号を付して示したものと同一あるいは同等であるため、
その詳細な説明は省略する。

【００４０】次に動作について説明する。荷電粒子を加
速するために加速空洞４内に発生させる高周波の共振周
波数を調整する場合、周波数変調器１２を構成する剛体
１３と上側ディー電極３ａの外周端３ｃとの間の距離及
び剛体１３と下側ディー電極３ｂの外周端３ｄとの間の
距離を変え、加速空洞の容量成分Ｃを変える。

【００４１】その際、この実施の形態２の周波数変調器
１２は、上述した構成であるので、各駆動手段１４によ
りそれが設けられた剛体片１３ａを互いに独立に駆動し
て、剛体１３を上側ディー電極３ａの外周端３ｃ及び下
側ディー電極３ｂの外周端３ｄに対して任意の配置を取
るように移動することにより、凸側での電界強度の分布
と凹側での電界強度の分布を崩すことなく、高周波の共
振周波数を調整することができる。具体的には、剛体１
３と上側ディー電極３ａの外周端３ｃとの間の距離及び
剛体１３と下側ディー電極３ｂの外周端３ｄとの間の距
離を短くすると、凸側は凹側より中心側と外周側での電
界強度の差が大きくなるので、凸側での剛体１３と上側
ディー電極３ａの外周端３ｃとの間の距離及び剛体１３
と下側ディー電極３ｂの外周端３ｄとの間の距離を凹側
より長くなるようにする。

【００４２】また、この実施の形態２の荷電粒子加速部
１１は、上述した構成であるので、各駆動手段１４によ
りそれが設けられた剛体片１３ａを互いに独立に駆動し
て、剛体１３を上側ディー電極３ａの外周端３ｃ及び下
側ディー電極３ｂの外周端３ｄに対して任意の配置を取
るように移動することにより、高周波の共振周波数を変
えることなく、荷電粒子の加速電圧の分布を調整するこ
ともできる。

【００４３】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、周波数変調器１２は上側ディー電極３ａの外周端３
ｃ及び下側ディー電極３ｂの外周端３ｄと対向して周方
向Ｒに延在し、周方向Ｒにおいて６つの剛体片１３ａに
分割された剛体１３と、各剛体片１３ａに設けられた駆
動手段１４とを備えて成るものであるので、電界強度の
分布を崩すことなく、実施の形態１の場合より精密に、
高周波の共振周波数を調整することができる効果が得ら
れる。また、高周波の共振周波数を変えることなく、実
施の形態１の場合より精密に、荷電粒子の加速電圧の分
布を調整することができる効果が得られる。

【００４４】また、このような周波数変調器１２をサイ
クロトロンに設けた場合、電界強度の分布を崩すことな
く、高周波の共振周波数を調整することにより、荷電粒
子の整合のとれた加速が可能となる効果が得られる。ま
た、高周波の共振周波数を変えることなく、荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することにより、荷電粒子のター
ンセパレーションの調整が可能となる効果が得られる。

【００４５】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３による周波数変調器及びその周辺、すなわち荷電粒
子加速部を示す斜視図である。ただし、図３では加速空
洞の側壁を透明なものとしてその位置を破線で表わした
場合について示している。また、図３では主に上側空洞
側を示している。図において、２１は荷電粒子を加速す
る荷電粒子加速部である。また、２２は周波数変調器で
あり、複数の壁片２３ａに分割された上側空洞４ａの上
壁２３と、複数の壁片に分割された下側空洞４ｂの図示
しない下壁と、上側空洞４ａの上壁２３を構成する各壁
片２３ａに設けられた駆動手段２４（図３では、一部の
駆動手段にのみ符号２４を付している。）と、下側空洞
４ｂの下壁を構成する各壁片に設けられた図示しない駆
動手段とを備えて成る。

【００４６】この実施の形態３の荷電粒子加速部２１で
は、各駆動手段２４は剛体支持部２４ａ（図３では、一
部の剛体支持部にのみ符号２４ａを付している。）と剛
体駆動部２４ｂ（図３では、一部の剛体駆動部のみを図
示している。）とから構成されている。そして、各駆動
手段２４はそれが設けられた壁片２３ａを互いに独立に
駆動して、上側空洞４ａの上壁２３の配置を変化させ
る。また、下側空洞４ｂの下壁を構成する各壁片に設け
られた図示しない駆動手段も同様に構成であり同様に動
作をする。図３では壁片２３ａが互いに独立に移動する
様子を破線で示している。

【００４７】なお、その他の構成要素は、図１で同一符
号を付して示したものと同一あるいは同等であるため、
その詳細な説明は省略する。

【００４８】次に動作について説明する。荷電粒子を加
速するために加速空洞４内に発生させる高周波の共振周
波数を調整する場合、加速空洞４内の容積を変え、加速
空洞４の誘導成分Ｌを変える。

【００４９】この実施の形態３の周波数変調器２２は、
上述した構成であるので、上側空洞４ａの上壁２３と上
側ディー電極３ａとの間の距離及び下側空洞４ｂの下壁
と下側ディー電極３ｂとの間の距離が十分大きく電界強
度の分布に影響を与えない範囲で、各駆動手段２４によ
りそれが設けられた壁片２３ａを互いに独立に駆動し
て、上側空洞４ａの上壁２３を任意の配置を取るように
移動するとともに、下側空洞４ｂの下壁を任意の配置を
取るように移動することにより、電界強度の分布を崩す
ことなく、高周波の共振周波数を調整することができ
る。具体的には、上側空洞４ａの上壁２３と上側ディー
電極３ａとの間の間隔及び下側空洞４ｂの下壁と下側デ
ィー電極３ｂとの間の間隔が小さくなるほど高周波の共
振周波数は高くなる。

【００５０】また、この実施の形態３の荷電粒子加速部
２１は、上述した構成であるので、上側空洞４ａの上壁
２３及び下側空洞４ｂの下壁を電界強度の分布に影響を
与える程度まで移動し上側空洞４ａの上壁２３及び下側
空洞４ｂの下壁を適当に配置することにより、高周波の
共振周波数を変えることなく、荷電粒子の加速電圧の分
布を調整することもできる。

【００５１】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、周波数変調器２２は複数の壁片２３ａに分割された
上側空洞４ａの上壁２３と、複数の壁片に分割された下
側空洞４ｂの下壁と、上側空洞４ａの上壁２３を構成す
る各壁片２３ａに設けられた駆動手段２４と、下側空洞
４ｂの下壁を構成する各壁片に設けられた駆動手段とを
備えて成るものであるので、電界強度の分布を崩すこと
なく、高周波の共振周波数を調整することができる効果
が得られる。また、高周波の共振周波数を変えることな
く、荷電粒子の加速電圧の分布を調整することができる
効果が得られる。

【００５２】また、このような周波数変調器２２をサイ
クロトロンに設けた場合、電界強度の分布を崩すことな
く、高周波の共振周波数を調整することにより、荷電粒
子の整合のとれた加速が可能となる効果が得られる。ま
た、高周波の共振周波数を変えることなく、荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することにより、荷電粒子のター
ンセパレーションを調整が可能となる効果が得られる。

【００５３】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４による周波数変調器及びその周辺、すなわち荷電粒
子加速部の一部分を示す構成図である。図において、３
１は周波数変調器であり、可動式の上側ステム３２と、
図示しない可動式の下側ステムとを備えて成る。また、
３３は可動式の上側ステム３２と連結するための開口３
３ａを備えた内部が中空の二層構造をした上側ディー電
極であり、可動式の上側ステム３２と接続しそれを支持
する図示しない支持板を中空部分に移動可能に備えるこ
とにより可動式の上側ステム３２と連結している。

【００５４】なお、その他の構成要素は、図１で同一符
号を付して示したものと同一あるいは同等であるため、
その詳細な説明は省略する。また、この実施の形態４の
荷電粒子加速部は、その他、図示しない上側空洞、上側
ダミーディー電極、下側空洞、下側ディー電極、下側ダ
ミーディー電極を備えている。ただし、可動式の上側ス
テム３２の他端を上述した方法と同様な方法で上側空洞
の上壁に連結し、可動式の下側ステムを上述した方法と
同様な方法で下側ディー電極と下側空洞の下壁に連結す
るため、上側空洞の上壁、下側ディー電極及び下側空洞
の下壁は、上側ディー電極３３と同様に内部が中空の二
層構造である。

【００５５】次に動作について説明する。可動式の上側
ステム３２及び可動式の下側ステムの位置を変えると、
それらステムの周りに発生する磁界が変化するため、加
速空洞の容量成分が変化する。また、可動式の上側ステ
ム３２及び可動式の下側ステムの位置を変えると、それ
らの基端部から上側ディー電極３３あるいは下側ディー
電極の周囲までの長さｌが変化するため、上側ディー電
極３３と上側空洞との間の電界分布あるいは下側ディー
電極と下側空洞との間の電界の分布が変化する。

【００５６】従って、可動式の上側ステム３２及び可動
式の下側ステムの位置を調整することにより、電界強度
の分布を崩すことなく高周波の共振周波数を調整するこ
とや、高周波の共振周波数を変えることなく荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することが可能となる。

【００５７】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、周波数変調器３１は可動式の上側ステム３２と可動
式の下側ステムとを備えて成るものであるので、電界強
度の分布を崩すことなく、高周波の共振周波数を調整す
ることができる効果が得られる。また、高周波の共振周
波数を変えることなく、荷電粒子の加速電圧の分布を調
整することができる効果が得られる。

【００５８】また、このような周波数変調器３１をサイ
クロトロンに設けた場合、電界強度の分布を崩すことな
く、高周波の共振周波数を調整することにより、荷電粒
子の整合のとれた加速が可能となる効果が得られる。ま
た、高周波の共振周波数を変えることなく、荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することにより、荷電粒子のター
ンセパレーションを調整が可能となる効果が得られる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、上側
ディー電極の外周端及び下側ディー電極の外周端と対向
して周方向に延在する剛体と、剛体の周方向に設けられ
た複数の駆動手段とを備えて成り、各駆動手段が剛体を
互いに独立に駆動して剛体の配置を変化させるように周
波数変調器を構成したので、電界強度の分布を崩すこと
なく高周波の共振周波数を調整することができる効果や
高周波の共振周波数を変えることなく荷電粒子の加速電
圧の分布を調整することができる効果がある。

【００６０】この発明によれば、剛体を周方向において
複数の剛体片に分割し、駆動手段を各剛体片に設けるよ
うに周波数変調器を構成したので、電界強度の分布を崩
すことなく高周波の共振周波数を調整することができる
効果や高周波の共振周波数を変えることなく荷電粒子の
加速電圧の分布を調整することができる効果がある。

【００６１】この発明によれば、複数の壁片に分割され
た上側空洞の上壁及び下壁空洞の下壁と、各壁片に設け
られた駆動手段とを備えて成り、各駆動手段がそれが設
けられた壁片を互いに独立に駆動して上側空洞の上壁及
び下側空洞の下壁の配置を変化させるように周波数変調
器を構成したので、電界強度の分布を崩すことなく高周
波の共振周波数を調整することができる効果や高周波の
共振周波数を変えることなく荷電粒子の加速電圧の分布
を調整することができる効果がある。

【００６２】この発明によれば、可動式の上側ステム及
び下側ステムを備えて成るように周波数変調器を構成し
たので、電界強度の分布を崩すことなく高周波の共振周
波数を調整することができる効果や高周波の共振周波数
を変えることなく荷電粒子の加速電圧の分布を調整する
ことができる効果がある。

【００６３】この発明によれば、上側ディー電極の外周
端及び下側ディー電極の外周端と対向して周方向に延在
する剛体と、剛体の周方向に設けられた複数の駆動手段
とを備えて成り、各駆動手段が剛体を互いに独立に駆動
して剛体の配置を変化させる周波数変調器を備えるよう
にサイクロトロンを構成したので、荷電粒子の整合のと
れた加速が可能となる効果や荷電粒子のターンセパレー
ションを調整が可能となる効果がある。

【００６４】この発明によれば、複数の壁面片に分割さ
れた上側空洞の上壁及び下側空洞の下壁と、各壁片に設
けられた駆動手段とを備えて成り、各駆動手段がそれが
接続する壁片を互いに独立に駆動して上側空洞の上壁及
び下側空洞の下壁の配置を変化させる周波数変調器を備
えるようにサイクロトロンを構成したので、荷電粒子の
整合のとれた加速が可能となる効果や荷電粒子のターン
セパレーションを調整が可能となる効果がある。

【００６５】この発明によれば、可動式の上側ステム及
び下側ステムを備えて成る周波数変調器を備えるように
サイクロトロンを構成したので、荷電粒子の整合のとれ
た加速が可能となる効果や荷電粒子のターンセパレーシ
ョンを調整が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による周波数変調器
およびその周辺を示す斜視図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による周波数変調器
およびその周辺を示す斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態３による周波数変調器
およびその周辺を示す斜視図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による周波数変調器
およびその周辺を示す斜視図である。

【図５】 従来の周波数変調器及びその周辺を示す上面
図である。

【図６】 図５中のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

【図７】 図５中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であ
る。

【図８】 一般的なサイクロトロンを示す概略的な構成
図である。

【図９】 １／４長型同軸共振器の一般的な構成を示す
模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は長軸方向に沿
った断面図、（Ｃ）は長軸に垂直な平面における断面図
である。

【図１０】 １／４波長型同軸共振器内の電界強度及び
磁界強度の分布図である。

【図１１】 加速空洞内に発生する電界及び磁界の様子
を示す概略図である。

【符号の説明】

３ ディー電極、３ａ 上側ディー電極、３ｂ 下側デ
ィー電極、３ｃ 上側ディー電極の外周端、３ｄ 下側
ディー電極の外周端、４ 加速空洞、４ａ 上側空洞、
４ｂ 下側空洞、５ａ 上側ステム、５ｂ 下側ステ
ム、７，１２，２２，３１ 周波数変調器、８，１３
剛体、９，１４ 駆動手段、１３ａ 剛体片、２３ 加
速空洞の上壁、２３ａ 壁片、２４ 駆動手段、３２
可動式の上側ステム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムとを備えたサ
   イクロトロンに適用する周波数変調器において、 当該周波数変調器は、上記上側ディー電極の外周端及び
   上記下側ディー電極の外周端と対向して周方向に延在す
   る剛体と、該剛体の周方向に設けられた複数の駆動手段
   とを備えて成り、各駆動手段は上記剛体を互いに独立に
   駆動して上記剛体の配置を変化させることを特徴とする
   周波数変調器。
2. 【請求項２】 剛体が周方向において複数の剛体片に分
   割され、駆動手段が各剛体片に設けられていることを特
   徴とする請求項１記載の周波数変調器。
3. 【請求項３】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムとを備えたサ
   イクロトロンに適用する周波数変調器において、 当該周波数変調器は、複数の壁片に分割された上記上側
   空洞の上壁及び上記下壁空洞の下壁と、各壁片に設けら
   れた駆動手段とを備えて成り、各駆動手段はそれが設け
   られた壁片を互いに独立に駆動して上記上側空洞の上壁
   及び上記下側空洞の下壁の配置を変化させることを特徴
   とする周波数変調器。
4. 【請求項４】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムとを備えたサ
   イクロトロンに適用する周波数変調器において、 当該周波数変調器は、可動式の上側ステム及び下側ステ
   ムを備えて成ることを特徴とする周波数変調器。
5. 【請求項５】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムと、 上記上側ディー電極の外周端及び上記下側ディー電極の
   外周端と対向して周方向に延在する剛体と、該剛体の周
   方向に設けられた複数の駆動手段とを備えて成り、各駆
   動手段が上記剛体を互いに独立に駆動して上記剛体の配
   置を変化させる周波数変調器とを備えたサイクロトロ
   ン。
6. 【請求項６】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムと、 複数の壁面片に分割された上記上側空洞の上壁及び上記
   下側空洞の下壁と、各壁片に設けられた駆動手段とを備
   えて成り、各駆動手段がそれが接続する壁片を互いに独
   立に駆動して上記上側空洞の上壁及び上記下側空洞の下
   壁の配置を変化させる周波数変調器とを備えたサイクロ
   トロン。
7. 【請求項７】 荷電粒子軌道平面を挟んで対向して配置
   された上側ディー電極と下側ディー電極とから成るディ
   ー電極と、上記上側ディー電極を覆う上側空洞と上記下
   側ディー電極を覆う下側空洞とから成る加速空洞と、該
   加速空洞の上壁を構成する上記上側空洞の上壁と上記上
   側ディー電極との間に配置された上側ステムと、上記加
   速空洞の下壁を構成する上記下側空洞の下壁と上記下側
   ディー電極との間に配置された下側ステムと、 可動式の上側ステム及び下側ステムを備えて成る周波数
   変調器とを備えたサイクロトロン。