JP2001052896A - Particle accelerating and accumulating device - Google Patents

Particle accelerating and accumulating device

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JP2001052896A
JP2001052896A JP11233478A JP23347899A JP2001052896A JP 2001052896 A JP2001052896 A JP 2001052896A JP 11233478 A JP11233478 A JP 11233478A JP 23347899 A JP23347899 A JP 23347899A JP 2001052896 A JP2001052896 A JP 2001052896A
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Japan
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cavity
acceleration
particle
accumulation
orbit
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Hiroshige Yamada
山田廣成
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a system while improving the incidence efficiency by arranging plural cavities on a particle orbit of an orbital accelerator, and performing the acceleration, deceleration and accumulation of the particles with one orbital accelerator. SOLUTION: Electron generated by an electron source 7 is accelerated, and passes through a primary electron orbit 8, and enters an electron accumulation cavity 4 including an X-ray target 9 made of a carbon narrow wire and arranged so as to cross the electron orbit. The electron accelerated by the carbon narrow wire receives the energy while passing through the accumulation cavity 4, but since the electron after passing the cavity has various energy, the electron orbits while drawing various scattered electron orbit 10. Most of the electron pass through without being attenuated by collision with the X-ray target 9, and reaches a deceleration cavity 2 with the initial energy. The reached electron returns the energy in the deceleration cavity 4, and the electron is accelerated by a next acceleration cavity, and continues to orbit on a storage orbit 16 as a primary electron orbit. Electron can be thereby continuously transferred from the initial acceleration to the storage mode.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】荷電粒子加速器を利用する産業分
野であり、とりわけ、高輝度放射光を発生し利用する産
業分野にかかわる。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an industrial field utilizing a charged particle accelerator, and particularly to an industrial field generating and utilizing high-intensity radiation.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電粒子加速器の中で、高エネルギー加
速器は、主にシンクロトロンの原理を用いているが、特
殊相対性原理により粒子の質量が変化するために、初期
加速と高エネルギー加速、蓄積加速には異なる加速器を
用いている。初期加速器から高エネルギー加速器あるい
は、蓄積加速器へ粒子を入射するには、パルス磁場やパ
ルス電場を用いなければならない。
2. Description of the Related Art Among charged particle accelerators, high energy accelerators mainly use the principle of a synchrotron. However, since the mass of particles changes according to the principle of special relativity, initial acceleration and high energy acceleration are performed. Different accelerators are used for accelerating accumulation. In order to inject particles from the initial accelerator into the high energy accelerator or the storage accelerator, a pulse magnetic field or pulse electric field must be used.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】高エネルギー加速器で
は複数の加速器を用いるために装置が大型にならざるを
得ないことと、初期加速器から高エネルギー加速器に入
射をする際に入射効率が有限であること、高繰り返し入
射ができないといった原理的問題がある。
In a high energy accelerator, a plurality of accelerators are used, so that the size of the apparatus must be increased, and the incidence efficiency at the time of incidence from the initial accelerator to the high energy accelerator is finite. That is, there is a fundamental problem that high repetition incidence cannot be performed.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】初期加速器から高エネル
ギー加速器への入射をパルス電場やパルス磁場を用いず
に、連続して行う新しい原理を提供するとともに、初期
加速器と高エネルギー加速器または蓄積加速器を一体に
する手段をを提供することにより、入射効率を改善しシ
ステムの小型化を図るものである。
[Means for Solving the Problems] A new principle of continuously inputting from the initial accelerator to the high energy accelerator without using a pulse electric field or a pulse magnetic field is provided, and the initial accelerator and the high energy accelerator or the storage accelerator are used. By providing means for integration, the incidence efficiency is improved and the size of the system is reduced.

【0005】その手段は、周回加速器の粒子周回軌道上
に少なくとも2台の空洞を配置することにより、加速の
みならず減速を行うようにして、粒子の蓄積を同一の周
回加速器で実施するようにした粒子加速・蓄積装置であ
る。
[0005] The means is such that by arranging at least two cavities on a particle orbit of the orbiting accelerator, not only acceleration but also deceleration is performed, and accumulation of particles is performed by the same orbiting accelerator. Particle accelerating and accumulating device.

【0006】さらには、周回加速器の粒子周回軌道上に
少なくとも2台の空洞を配置することにより、加速のみ
ならず減速を行うようにして、初期加速器から周回加速
器への粒子の入射を連続して実施するようにした粒子加
速・蓄積装置である。
Further, by arranging at least two cavities on the particle orbit of the orbiting accelerator, not only the acceleration but also the deceleration is performed, so that the particles are continuously incident from the initial accelerator to the orbiting accelerator. This is a particle acceleration / accumulation device to be implemented.

【0007】さらには、少なくとも1台の空洞を有する
周回加速器の周回軌道上にウイグラーを挿入して、位相
を変えることにより、加速から蓄積へ移行するようにし
た粒子加速・蓄積装置である。
Further, there is provided a particle accelerating / accumulating apparatus in which a wiggler is inserted into the orbit of an orbiting accelerator having at least one cavity and the phase is changed to shift from acceleration to accumulation.

【0008】さらには、少なくとも1台の空洞を有する
周回加速器の粒子周回軌道上に蓄積空洞を配置すること
により、蓄積を継続して同一の周回加速器で行うように
した粒子加速・蓄積装置である。
Further, there is provided a particle accelerating / accumulating device in which accumulation is continuously performed by the same orbital accelerator by disposing an accumulation cavity on a particle orbit of an orbiting accelerator having at least one cavity. .

【0009】さらには、少なくとも1台の空洞を有する
周回加速器において、空洞の電圧を調整し、粒子蓄積軌
道の周長が λnにならないようにして粒子を継続して
蓄積する粒子加速・蓄積装置である。ここで、cを光速
度とすると、c/λは、空洞に与えるマイクロ波の周波
数である。nは整数である。
Further, in the orbiting accelerator having at least one cavity, a particle accelerator / accumulator for continuously accumulating particles by adjusting the voltage of the cavity so that the perimeter of the particle accumulation orbit does not become λn. is there. Here, if c is the speed of light, c / λ is the frequency of the microwave applied to the cavity. n is an integer.

【0010】さらには、前記粒子加速・蓄積装置におい
て、粒子蓄積軌道の周長が2λ、λ(n±1/2)のい
ずれかになるような電圧を空洞に与えることにより粒子
を蓄積する粒子加速・蓄積装置である。ここで、cを光
速度とすると、c/λは、空洞に与えるマイクロ波の周
波数である。nは整数である。
Further, in the particle accelerating / accumulating apparatus, the particles accumulating particles by applying a voltage to the cavity such that the circumference of the particle accumulating trajectory is either 2λ or λ (n ± 1/2). Acceleration / accumulation device. Here, if c is the speed of light, c / λ is the frequency of the microwave applied to the cavity. n is an integer.

【0011】さらには、初期加速と蓄積を連続して行う
ようにした粒子加速・蓄積装置において、空洞及び蓄積
空洞の内部を含む粒子周回軌道上に細線または薄膜を挿
入して蓄積を継続しながら放射線を発生するようにした
ことを特徴とする粒子加速・蓄積装置である。
Further, in a particle accelerating / accumulating apparatus in which initial acceleration and accumulation are continuously performed, a thin wire or a thin film is inserted into a particle orbit including the inside of the cavity and the accumulation cavity to continue accumulation. A particle acceleration / accumulation device characterized by generating radiation.

【0012】さらには、初期加速と蓄積を連続して行う
ようにした粒子加速・蓄積装置において、空洞及び蓄積
空洞の内部を含む粒子周回軌道上にレーザーまたはマイ
クロ波を投入して、粒子に衝突させて、蓄積を継続しな
がら粒子の進行方向に短波長に変換された高輝度光を放
出するようにしたことを特徴とする粒子加速・蓄積装置
である。
Further, in a particle accelerating / accumulating apparatus in which initial acceleration and accumulation are performed continuously, a laser or microwave is injected into a particle orbit including a cavity and the inside of a accumulation cavity to collide with particles. The particle acceleration / accumulation device is characterized by emitting high-intensity light converted into a short wavelength in the traveling direction of particles while continuing accumulation.

【0013】さらには、初期加速と蓄積を連続して行う
ようにした粒子加速・蓄積装置において使われる空洞、
及び蓄積空洞にスリットを設けて電子ビームや放射光を
透過できるようにしたことを特徴とする粒子加速・蓄積
装置である。
Further, a cavity used in a particle accelerating / accumulating device in which initial acceleration and accumulation are performed continuously,
A particle accelerating / accumulating device, characterized in that a slit is provided in the accumulating cavity so that an electron beam or emitted light can be transmitted.

【0014】さらには、初期加速と蓄積を連続して行う
ようにした粒子加速・蓄積装置において、その周回軌道
の外側を、環状ミラーで覆い、放射光を集積して1カ所
または複数カ所から取り出すようにしたことを特徴とす
る粒子加速・蓄積装置である。
Further, in the particle accelerating / accumulating device in which the initial acceleration and accumulation are performed continuously, the outside of the orbit is covered with an annular mirror, and the radiation light is accumulated and taken out from one or a plurality of locations. A particle acceleration / accumulation device characterized by the above.

【0015】[0015]

【実施例】図1を参照しながら、実施例1の詳細を述べ
る。粒子の一種である電子の例について述べるが、陽子
にもイオンにも、中間子その他、あらゆる荷電粒子に適
用することができる。図1は、レーストラック型マイク
ロトロンと呼ばれる周回加速器に用いられているよう
な、対称な2台の電磁石1を用い、その間隙に真空槽3
0を形成し、その真空槽30内に減速空洞2と加速空洞
3と蓄積空洞4を設置している。これらの空洞は、いず
れも同じ形状をしていて同じ固有周波数を持つが、仮に
減速空洞、加速空洞、蓄積空洞と名付ける。2台の対称
な電磁石の代わりに、1台の円形電磁石を用いて磁石の
磁極間に前記減速空洞、加速空洞、蓄積空洞を配置して
も良い。電磁石の大きさは、長径0.8m、幅0.3m、間隙0.
2m程度のものである。減速空洞2、加速空洞3及び蓄積
空洞4は、本実施例では、2.45GHzに設定している。減
速空洞と加速空洞は、パルス運転を行うようにパルスク
ライストロン5から導波管31を介してマイクロ波を供
給するが、互いに位相をほぼ180度反転させて供給す
る。位相を反転させるための装置が位相器6であるが、
ここでは、1台のパルスクライストロンからパワーを供
給する構造としているのでここに置いている。もちろん
2台のパルスクライストロンを使っても良いし、マグネ
トロンを使っても良い。その他マイクロ波の供給に必要
とされるスタンダードな技術について述べることは、目
的ではなく、図にも示していない。蓄積空洞4は、連続
運転を行うように、CWクライストロン11からパワーを
供給している。加速空洞3に対する蓄積空洞4の位相
は、約90度進ませているが、自由に調整できるのが望
ましい。次に電子源7の置き方は、通常のマイクロトロ
ンに準ずるものであるが、ここでは、加速空洞の内部に
設置している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIG. An example of an electron which is a kind of particle will be described. However, the present invention can be applied to protons, ions, mesons, and any other charged particles. FIG. 1 shows two symmetric electromagnets 1 used in a circular accelerator called a race track type microtron, and a vacuum chamber
0, and the deceleration cavity 2, the acceleration cavity 3, and the storage cavity 4 are provided in the vacuum chamber 30. These cavities have the same shape and the same natural frequency, but are named deceleration cavities, acceleration cavities, and storage cavities. Instead of two symmetric electromagnets, one circular electromagnet may be used to arrange the deceleration cavity, the acceleration cavity, and the storage cavity between the magnetic poles of the magnet. The size of the electromagnet is 0.8m in major axis, 0.3m in width, and 0.
It is about 2m. In this embodiment, the deceleration cavity 2, the acceleration cavity 3, and the storage cavity 4 are set to 2.45 GHz. The deceleration cavity and the acceleration cavity supply the microwaves from the pulse klystron 5 via the waveguide 31 so as to perform the pulse operation, but supply the microwaves with their phases inverted by almost 180 degrees. The device for inverting the phase is the phase shifter 6,
Here, since it is configured to supply power from one pulse klystron, it is placed here. Of course, two pulse klystrons may be used, or a magnetron may be used. Describing other standard technologies required for microwave supply is not the purpose and is not shown in the figures. The storage cavity 4 is supplied with power from the CW klystron 11 so as to perform continuous operation. Although the phase of the storage cavity 4 with respect to the acceleration cavity 3 is advanced by about 90 degrees, it is desirable that the phase can be freely adjusted. Next, the placement of the electron source 7 is similar to that of a normal microtron, but here, the electron source 7 is placed inside the acceleration cavity.

【0016】図1の実施例では、パルスクライストロン
5で、最大約1MVの高周波電場を加速空洞及び減速空洞
に発生している。電子源7で発生した電子は、1MeVに加
速されて1次電子軌道8を通り、蓄積空洞4に入る。蓄
積空洞4には、CWクライストロン11を用いて約100k
Vの高周波電場を発生する。本実施例では、この蓄積空
洞内部に太さ約10ミクロンのカーボン細線で出来たX線
ターゲット9を電子軌道を横切るように置いている。も
ちろんカーボンでなければならないというものではなく
タングステンやステンレスでも良いし、細線ではなく薄
膜を利用しても良い。ビーム電流値が大きい場合には、
ターゲットを回転して冷却することもある。なお図3の
空洞の図には、X線ターゲットを挿入した状態を示して
いる。次に、カーボン細線で減速された電子は、蓄積空
洞を通過してエネルギーをもらうが、通過後の電子は連
続である様々なエネルギーを持っているために、様々な
散乱電子軌道10を描いて周回し、再度X線ターゲット
9に衝突するとともに蓄積空洞4で加速されて周回を続
け、電子エネルギーがゼロになるまでX線を発生し続け
る。重要な点は、電子は様々なエネルギーを持っている
が、必ず、蓄積空洞4を通過する軌道を描く点にある。
そして、すべての電子がX線ターゲットを通過する。蓄
積空洞4や減速空洞2を配置することにより、電子の利
用効率を高めるわけであるが、減速空洞2は無くとも電
子はターゲットを中心にしてある程度周回するので、従
来のX線発生装置よりは効率を上げることができる。減
速空洞2が無い場合には、加速空洞3に与える電圧を調
整し、加速によって得られる蓄積軌道16の周長を通常
のλnからずらすのが良い。例えば、λ(n + 1/4)は一
つの解であり、他にも多数の解がある。ここでλ は、
マイクロ波の波長である。こうすることにより、粒子は
あるところから加速を停止するか、あるいは減速モード
に入る。本実施例では、さらに電子ビームを収束するた
めの4極磁石12を置いている。X線ターゲットからは
X線ビーム13が電子の進行方向に狭い角度で発生す
る。
In the embodiment of FIG. 1, the pulse klystron 5 generates a high-frequency electric field having a maximum of about 1 MV in the acceleration cavity and the deceleration cavity. The electrons generated by the electron source 7 are accelerated to 1 MeV, pass through the primary electron orbit 8 and enter the storage cavity 4. Approximately 100k using a CW klystron 11
Generates a high-frequency electric field of V. In the present embodiment, an X-ray target 9 made of a thin carbon wire having a thickness of about 10 microns is placed inside the storage cavity so as to cross the electron orbit. Of course, it is not necessary to use carbon, but tungsten or stainless steel may be used, and a thin film may be used instead of a thin wire. If the beam current value is large,
Sometimes the target is rotated and cooled. 3 shows a state in which the X-ray target is inserted. Next, the electrons decelerated by the fine carbon wire pass through the storage cavity and receive energy, but the electrons after passing have various energies that are continuous, so they draw various scattered electron orbits 10. It circulates again, collides with the X-ray target 9 again, is accelerated by the storage cavity 4 and continues circling, and continues to generate X-rays until the electron energy becomes zero. The important point is that although electrons have various energies, they always draw orbits through the storage cavity 4.
Then, all the electrons pass through the X-ray target. By arranging the storage cavity 4 and the deceleration cavity 2, the use efficiency of the electrons is increased. However, even without the deceleration cavity 2, the electrons orbit around the target to some extent. Efficiency can be increased. When there is no deceleration cavity 2, it is preferable to adjust the voltage applied to the acceleration cavity 3 and shift the circumference of the storage orbit 16 obtained by acceleration from the normal λn. For example, λ (n + 1/4) is one solution, and there are many other solutions. Where λ is
The wavelength of the microwave. This causes the particles to stop accelerating from some point or enter a deceleration mode. In this embodiment, a four-pole magnet 12 for further converging the electron beam is provided. From the X-ray target, an X-ray beam 13 is generated at a narrow angle in the traveling direction of the electrons.

【0017】X線ターゲットを置く代わりに、外部から
レーザーやマイクロ波を投入して、電子と衝突させて、
電子の進行方向に、短波長に変換された光を放出させる
のも高輝度短波長光を発生させる一つの方法である。図
1には、そのようなレーザー14を設置している。ここ
では、約100WのYAGレーザーをX線ビームとは逆向きに
ミラー15を介して投入している。なおX線ターゲット
とレーザーは同時には使用しない。この場合にも衝突に
よりエネルギーを失った電子は、X線ターゲットの場合
ほどではなくとも様々なエネルギーで周回し、いずれの
電子も蓄積空洞4を通過してレーザーと衝突するのが特
徴であり、高輝度光を発生することができる。なお、X
線を発生する目的ではなく、別の目的で電子ビームを蓄
積するときにはX線ターゲットやレーザーの投入は行わ
ない。
Instead of placing an X-ray target, a laser or microwave is applied from the outside to collide with electrons,
Emitting light converted to a short wavelength in the traveling direction of electrons is one method of generating high-brightness short-wavelength light. In FIG. 1, such a laser 14 is installed. Here, a YAG laser of about 100 W is injected through the mirror 15 in a direction opposite to the X-ray beam. The X-ray target and laser are not used at the same time. Also in this case, the electrons that have lost energy due to the collision circulate at various energies, not as much as in the case of the X-ray target, and any electron passes through the storage cavity 4 and collides with the laser. High brightness light can be generated. Note that X
When accumulating the electron beam for a purpose other than the purpose of generating a ray, an X-ray target or a laser is not used.

【0018】次に、減速空洞の役割を述べる。電子は、
X線ターゲットあるいはレーザーとの衝突によりエネル
ギーの減衰を受けるが、X線ターゲットがきわめて細い
ためと、衝突の断面積が有限であるために、多くの電子
は、減衰を受けないで通過し、そのままのエネルギーで
減速空洞2に到達する。レーザーを用いる場合も、その
散乱断面積は大きなものではない。減速空洞2が無い場
合には、電子は、次の加速空洞3でエネルギーが2倍に
なるために1次電子軌道からはずれて真空容器または蓄
積空洞に衝突して止まる。減速空洞の役割は、電子エネ
ルギーを500eVにもどすことにより、次の加速空洞で加
速された電子が1次電子軌道を通るようにするためのも
のである。従って、減速空洞には、加速空洞と同じ大き
さの高周波電圧を発生させるが、位相が反転している。
こうして、減衰を受けなかった電子は、1次軌道即ち蓄
積軌道16を回り続けることになる。すなわち蓄積モー
ドで周回する。パルスクライストロンは常時運転してい
るわけではなく、約10Hzから100Hzの間隔で、約1から10
μsの幅で運転する。パルスクライストロンが停止して
いるときには、既に周回している電子は、加速空洞と減
速空洞の影響を受けず、蓄積空洞で減衰したエネルギー
を回復して、周回を続ける。即ち本発明は、初期加速か
ら蓄積モードへ連続的に移行することを可能にした。即
ち、入射加速器と蓄積加速器を一体にするものであり、
入射効率を原理的に100%にするものである。
Next, the role of the deceleration cavity will be described. The electron
Energy is attenuated by collision with an X-ray target or laser, but because the X-ray target is extremely thin and the cross-section of the collision is finite, many electrons pass through without being attenuated. Reaches the deceleration cavity 2 with the energy of. Even when a laser is used, the scattering cross section is not large. In the absence of the deceleration cavity 2, the electrons deviate from the primary electron orbit and collide with the vacuum vessel or storage cavity and stop at the next acceleration cavity 3 because the energy is doubled. The role of the deceleration cavity is to return the electron energy to 500 eV so that the electrons accelerated in the next acceleration cavity pass through the primary electron orbit. Therefore, a high-frequency voltage of the same magnitude as that of the acceleration cavity is generated in the deceleration cavity, but the phase is inverted.
Thus, the electrons that have not been attenuated continue to travel in the primary orbit, that is, the storage orbit 16. That is, the circuit circulates in the accumulation mode. The pulse klystron is not always running, but at intervals of about 10 Hz to 100 Hz, about 1 to 10
Operate with a width of μs. When the pulse klystron is stopped, the electrons already orbiting are not affected by the accelerating cavity and the decelerating cavity, recover the energy attenuated in the storage cavity, and continue orbiting. That is, the present invention makes it possible to continuously shift from the initial acceleration to the accumulation mode. That is, the injection accelerator and the storage accelerator are integrated,
The incident efficiency is set to 100% in principle.

【0019】次に、減速空洞を用いず、代わりに位相調
整器を用いて、電子を周回する手段について図6を参照
して述べる。図6は、図2と同じ円形型マイクロトロン
をベースとしている。加速空洞3と対称な位置に位相調
整用の3極ウイグラーを置いている。ウイグラーは粒子
のエネルギーによりパスを変更する。エネルギーが低い
ほど曲率が小さくなりパスが長くなる。マイクロトロン
の通常の運転によりnターン軌道まで加速された後に、
粒子はウイグラーに進入し、結果n+1ターン目の軌道
の長さが(n+ 1.+x)λになるようにウイグラーを
調整する。次に粒子が加速空洞に進入するとき、その位
相は、xλ進むため、粒子は正規の加速を受けず、繰り
返し加速が停止し、蓄積モードへ移行する。Xを1/2
にした場合には、減速モードに入り、減速を繰り返して
初期エネルギーまで戻る。Xを選択することにより減速
と加速を繰り返すような状態を作ることができる。不安
定平衡状態ではあるが、一定時間粒子を蓄積できる。x
としてたとえば0.02がある。
Next, means for circulating electrons using a phase adjuster without using a deceleration cavity will be described with reference to FIG. FIG. 6 is based on the same circular microtron as in FIG. A three-pole wiggler for phase adjustment is placed at a position symmetrical to the acceleration cavity 3. The wiggler changes the path depending on the energy of the particles. The lower the energy, the smaller the curvature and the longer the path. After being accelerated to the n-turn orbit by the normal operation of the microtron,
The particles enter the wiggler, and as a result, the wiggler is adjusted so that the length of the trajectory on the (n + 1) th turn becomes (n + 1. + x) λ. The next time the particle enters the accelerating cavity, its phase advances by xλ, so that the particle does not receive the regular acceleration, stops accelerating repeatedly, and shifts to the accumulation mode. X is 1/2
In the case of, the deceleration mode is entered, deceleration is repeated, and the energy returns to the initial energy. By selecting X, a state in which deceleration and acceleration are repeated can be created. Although it is in an unstable equilibrium state, particles can accumulate for a certain period of time. x
For example, there is 0.02.

【0020】実施例1は、X線ターゲットを挿入する
か、電子とレーザーを衝突させてハードX線を発生する
ことを目的としているが、もちろんシンクロトロン放射
を利用することも可能である。そのような場合には、1M
eVの電子エネルギーでは、発生する放射光の波長が限ら
れるために、もっと加速してから蓄積するようなシステ
ムとなる。第2の実施例を、図4を参照して詳細に述べ
る。図4は、周回加速器の一つである、シンクロトロン
あるいは、放射光装置の模式図である。周回軌道16
は、多数の偏向電磁石や、多極磁石で作られているが、
それを述べるのが目的ではないのでここでは図示してい
ない。蓄積空洞4は、放射による損失を補うための空洞
であり、通常のシンクロトロンや放射光装置に挿入され
ているものと同様である。このような通常のシンクロト
ロンに、加速空洞3、減速空洞2、位相変調器40を挿
入している。位相変調器40は、ここではウイグラーと
呼ばれる3極の電磁石で構成している。電磁石41及び
44は入射器43から電子を導くとともに、周回電子の
軌道を調整するためのもので、やはりウイグラー構造を
している。入射器43は、ここでは、ライナックを採用
しているが、その他の加速器でもかまわない。但し、入
射効率を100%にするには、ライナックの加速周波数
とシンクロトロンに設置している加速空洞、減速空洞、
蓄積空洞の周波数を同じにするのがよい。
The first embodiment aims at generating hard X-rays by inserting an X-ray target or by colliding an electron and a laser, but it is of course possible to use synchrotron radiation. In such cases, 1M
At eV electron energy, the wavelength of the emitted light is limited, so the system will accumulate after accelerating more. The second embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view of a synchrotron or a synchrotron radiation device, which is one of the orbiting accelerators. Orbit 16
Is made of many bending magnets and multi-pole magnets,
It is not shown here because it is not the purpose to describe it. The storage cavity 4 is a cavity for compensating for loss due to radiation, and is the same as that inserted in a usual synchrotron or synchrotron radiation device. An acceleration cavity 3, a deceleration cavity 2, and a phase modulator 40 are inserted into such a normal synchrotron. The phase modulator 40 is constituted by a three-pole electromagnet called a wiggler here. The electromagnets 41 and 44 guide electrons from the injector 43 and adjust the trajectory of the orbiting electrons, and also have a wiggler structure. Here, the injector 43 employs a linac, but may be another accelerator. However, in order to make the injection efficiency 100%, the acceleration frequency of the linac and the acceleration cavity, deceleration cavity installed in the synchrotron,
The frequencies of the storage cavities should be the same.

【0021】ライナックで加速された粒子は、44で偏
向を受け、ウイグラー41の一部を介して周回軌道16
に打ち込まれる。打ち込まれた電子は、加速空洞3で加
速を受ける。加速を受けた後の粒子は、エネルギーがE
0+Eaとなる。E0はライナックのエネルギーであり、
Eaは加速空洞で与えられたエネルギーである。次い
で、粒子は、位相変調ウイグラー40を通過する。ウイ
グラーの中で、粒子はエネルギーに応じて異なる軌道を
通過する。エネルギーの低い粒子は長いパスを通り高い
粒子は短いパスを通る。パスの長さはエネルギーに反比
例する。結果として、減速空洞2に到達する時刻はエネ
ルギーにより異なることになる。エネルギーがE0+E
aという状態ではパス45を通る。このときパスの長さ
がmλとなるような磁場が位相変調ウイグラーに与えら
れている。mは整数である。λは前述と同じである。そ
して、粒子は加速空洞3から減速空洞2に移動する間に
ドリフトスペースも含めてmλ/cだけ時間を費やし
て、減速空洞2には、加速モードで進入するようにす
る。減速空洞通過後、粒子のエネルギーはE0+2Ea
となる。減速空洞と加速空洞は、同じエネルギーを与え
るように運転する。粒子は、軌道を一周すると、ウイグ
ラー41を通過する。ウイグラーは、加速された粒子が
図4のようなパスを通り、入射軌道に交わるように調整
されている。このようなことができるのは、周回粒子の
エネルギーが入射粒子のエネルギーより高いためであ
る。次いで粒子が再び加速空洞3に進入したとき、加速
空洞3が加速モードになるようにするには、減速空洞2
から加速空洞3までの半時計回りの軌道長がウイグラー
41のパスを含めてkλ(kは整数)になるように調整
することである。次いで、粒子は、再び位相変調ウイグ
ラーを通過するが、このとき粒子のエネルギーは、E0
+3Eaになっているために、そのパスは短くなり、ド
リフトスペースも含めた全体として(n+1/2)λだけ変化
するようなパス46を通る。結果として減速空洞2に到
達するとき、粒子は、減速を受けるために、そのエネル
ギーは再び、E0+2Eaとなり、粒子は同じ周回軌道
を通ることができる。しかし次に粒子が再び加速空洞3
に到達するとき、位相はすでに(n+1/2)λだけ変化して
いるため、粒子は減速を受けてエネルギーはE0+Ea
となる。そうすると粒子は、パス45を通り、このとき
の位相変化はmλであるので、減速空洞2へは加速モー
ドで進入し、粒子エネルギーは再びE0+2Eaとな
り、同じ軌道を周回する。その後は、上記のプロセスを
繰り返して安定に軌道を周回する。位相変調ウイグラー
40を、エネルギーによりmλや(n+1/2)λになるよう
にするのは、スタンダードな技術であるので特に詳述は
しない。
The particles accelerated by the linac are deflected at 44 and travel through a part of the wiggler 41 to the orbit 16.
Is driven into. The injected electrons are accelerated in the acceleration cavity 3. After acceleration, the particles have an energy of E
0 + Ea. E 0 is the energy of the linac,
Ea is the energy provided in the accelerating cavity. The particles then pass through the phase modulation wiggler 40. Within the wiggler, particles pass through different trajectories depending on their energy. Low energy particles follow long paths and high particles follow short paths. The length of the path is inversely proportional to the energy. As a result, the time of arrival at the deceleration cavity 2 will depend on the energy. Energy is E 0 + E
In the state a, the vehicle passes through the path 45. At this time, a magnetic field having a path length of mλ is given to the phase modulation wiggler. m is an integer. λ is the same as described above. The particles spend mλ / c including the drift space while moving from the acceleration cavity 3 to the deceleration cavity 2 so as to enter the deceleration cavity 2 in the acceleration mode. After passing through the deceleration cavity, the energy of the particles is E 0 + 2Ea
Becomes The deceleration and acceleration cavities operate to provide the same energy. The particles pass through the wiggler 41 when making a round of the orbit. The wiggler is adjusted so that the accelerated particles follow a path as shown in FIG. 4 and intersect the incident trajectory. This is possible because the energy of the orbiting particles is higher than the energy of the incident particles. Then, when the particles enter the acceleration cavity 3 again, the deceleration cavity 2 is set so that the acceleration cavity 3 is in the acceleration mode.
This is to adjust the length of the orbit in the counterclockwise direction from to the acceleration cavity 3 to be kλ (k is an integer) including the path of the wiggler 41. The particles then pass through the phase-modulated wiggler again, when the energy of the particles is E 0
Since the path is + 3Ea, the path becomes shorter and passes through a path 46 that changes by (n + 1/2) λ as a whole including the drift space. As a result, when reaching the deceleration cavity 2, the particle undergoes deceleration, so its energy is again E 0 + 2Ea and the particle can follow the same orbit. But then the particles again accelerated cavity 3
, The phase has already changed by (n + 1/2) λ, so the particles undergo deceleration and the energy is E 0 + Ea
Becomes Then, the particles pass through the path 45, and the phase change at this time is mλ. Therefore, the particles enter the deceleration cavity 2 in the acceleration mode, and the particle energy becomes E 0 + 2Ea again and orbits the same orbit. Thereafter, the above process is repeated to orbit the orbit stably. Making the phase modulation wiggler 40 to be mλ or (n + 1/2) λ by energy is a standard technique, and therefore will not be described in detail.

【0022】こうして本発明は、従来のシンクロトロン
にも適用できて、連続かつ100%の入射効率を有する入射
法を提供する。2台の加速空洞と位相変調ウイグラーを
用いる構成は、もちろんレーストラック型マイクロトロ
ンや円形マイクロトロンにも適用できる。すなわち図1
の加速空洞と減速空洞の間にウイグラーを入れれば良い
し、図2のように減速空洞と加速空洞を対向する位置に
置いても良い。もちろん本実施例でも実施例1のように
X線ターゲットやレーザーを組み込むことができる。次
に、本発明をレーストラック型マイクロトロンに適用し
た別の例を図5に示す。本実施例で粒子は、同じくライ
ナック43から投入される。もちろんライナックで無く
とも、静電加速器でも良いし、通常のマイクロトロンで
も良い。粒子は加速空洞2で加速されて、マイクロトロ
ンの原理に従い、繰り返し加速されて、52の各軌道を
通過し、最後に軌道54を通り、ウイグラー56に入
り、減速空洞3に導かれる。ウイグラーは1/4周期の
ものである。この時の粒子エネルギーをEoとする。減
速空洞では、はじめは加速さて、エネルギーがEo+E
aになり、加速空洞を通過後、Eo+2Eaになり、軌
道53を通る。この時粒子は、ウイグラー57,56を
通過する、56と57で1/2周期のウイグラーを構成
しており、パスの長さは、(n+1/2)λ で、減速
空洞3到達時の粒子の位相を反転させる。このため、粒
子は減速を受けて、エネルギーがEo+Eaになるの
で、粒子は同じ軌道55を通過する。次いで、粒子は加
速空洞2で、減速を受けるために、エネルギーは再びE
oとなり、軌道54を通る。次に粒子が減速空洞3を通
るとき、加速モードに変わっているので、プロセスはも
とにもどる。こうして、粒子は、軌道53と54を交互
に通り、周回を繰り返す蓄積モードとなる。なお、54
のパスは、ウイグラーを含めて空洞2から3の距離がλ
の整数倍であり、55を通る空洞3から2までの長さも
ウイグラー58を含めて整数倍でなければならない。5
8は入射のためのウイグラーで、図4の44,41と同
じ構造をしている。入射運転が終了して、加速空洞と減
速空洞を停止すると、粒子はエネルギーEo+Eaを持
ったものが、軌道55と54を定常的に周回する。ここ
で初期のマイクロトロン加速は実施せず、すぐに蓄積モ
ードに移行する構造にすれば、図4の実施例と同じであ
る。
Thus, the present invention provides an incident method which is applicable to a conventional synchrotron and has continuous and 100% incidence efficiency. The configuration using the two acceleration cavities and the phase modulation wiggler can be applied to a racetrack type microtron or a circular microtron. That is, FIG.
The wiggler may be inserted between the accelerating cavity and the decelerating cavity, or the decelerating cavity and the accelerating cavity may be placed at opposite positions as shown in FIG. Of course, in this embodiment, an X-ray target and a laser can be incorporated as in the first embodiment. Next, another example in which the present invention is applied to a race track type microtron is shown in FIG. In this embodiment, the particles are also supplied from the linac 43. Needless to say, an electrostatic accelerator or a normal microtron may be used instead of the linac. The particles are accelerated in the accelerating cavity 2, repeatedly accelerated according to the principle of the microtron, pass through each orbit 52, finally pass through the orbit 54, enter the wiggler 56, and are guided to the decelerating cavity 3. The wiggler has a quarter period. The particle energy at this time is Eo. In the deceleration cavity, the energy is initially accelerated and the energy is Eo + E
After passing through the accelerating cavity, it becomes Eo + 2Ea and passes through the orbit 53. At this time, the particles pass through the wiggles 57, 56, and constitute a wiggler having a period of 1/2 with 56 and 57. The length of the path is (n + 1/2) λ, and the particles reach the deceleration cavity 3. Is inverted. As a result, the particles undergo deceleration and the energy becomes Eo + Ea, so that the particles pass through the same orbit 55. The particles are then subjected to deceleration in the accelerating cavity 2 where the energy is again E
It becomes o and passes through the orbit 54. The next time the particles pass through the deceleration cavity 3, the process has been switched back to acceleration mode. In this manner, the particles enter an accumulation mode in which the particles alternately pass through the orbits 53 and 54 and repeat orbits. Note that 54
Path is λ from cavity 2 including wiggler to λ
And the length of the cavities 3 to 2 passing through 55 must also be an integral multiple including the wiggler 58. 5
Reference numeral 8 denotes a wiggler for incidence, which has the same structure as 44 and 41 in FIG. When the injection operation is completed and the acceleration cavity and the deceleration cavity are stopped, the particles having the energy Eo + Ea orbit the orbits 55 and 54 constantly. Here, if a structure in which the initial microtron acceleration is not performed and the mode immediately shifts to the accumulation mode is used, the structure is the same as that of the embodiment of FIG.

【0023】第3の実施例を、図2を用いて詳細に述べ
る。第3の実施例は、円形マイクロトロンのような完全
円形の電磁石を用いる。減速空洞2の配置が、第1の実
施例とは異なっている。減速空洞2を加速空洞3と対称
の位置に置いているが、対称でなければならないという
ものではない。加速空洞3、減速空洞2、蓄積空洞4は
同じ基本周波数で運転し、加速空洞3と減速空洞2は同
じ位相または反転した位相で運転することができる。本
実施例では、電子を、マイクロトロンの原理に従い、加
速空洞3で何度か加速をして、たとえば10回加速をして
約10MeVにした後に、減速空洞2と蓄積空洞4を通過さ
せる。マイクロトロンの原理に従い、エネルギーを増す
ごとに電子軌道半径が大きくなる様子を2次軌道32、
N次軌道33として示している。マイクロトロンの原理
はよく知られているのでここでは詳述しない。減速空洞
2に発生させる高周波電場の大きさは、第1や2の実施
例のように、同じでも良いし、半分でも良いし、1.5倍
でも良い。同じ場合には、実施例2と同じようなシーケ
ンスで加速減速が起きて、例えば粒子が反時計回りをし
ているとすると下半分でエネルギーがいつも同じE0
2Eaとなり、上半分では、E0+EaとE0+3Eaを
繰り返し、それに見合った軌道半径で周回する結果が得
られる。なお、この構成だと図55の56に相当するウ
イグラーは、無いので、加速空洞や減速空洞を通過する
位置は、毎回異なることになる。この不都合を解消する
ために、空洞には、長いスリットが入っている。
The third embodiment will be described in detail with reference to FIG. The third embodiment uses a perfect circular electromagnet such as a circular microtron. The arrangement of the deceleration cavity 2 is different from that of the first embodiment. Although the deceleration cavity 2 is located symmetrically with the acceleration cavity 3, it need not be. The accelerating cavity 3, the decelerating cavity 2, and the storage cavity 4 can operate at the same fundamental frequency, and the accelerating cavity 3 and the decelerating cavity 2 can operate at the same phase or inverted phases. In this embodiment, electrons are accelerated several times in the accelerating cavity 3 according to the microtron principle, for example, accelerated 10 times to about 10 MeV, and then passed through the decelerating cavity 2 and the storage cavity 4. According to the principle of the microtron, the radius of the electron orbit becomes larger as the energy is increased.
This is shown as an N-th orbit 33. The principle of the microtron is well known and will not be described in detail here. The magnitude of the high-frequency electric field generated in the deceleration cavity 2 may be the same, half, or 1.5 times as in the first and second embodiments. In the same case, acceleration and deceleration occur in the same sequence as in the second embodiment. For example, if the particles are rotating in the counterclockwise direction, the energy is always the same in the lower half E 0 +
In the upper half, E 0 + Ea and E 0 + 3Ea are repeated, and a result of orbiting with the orbital radius corresponding thereto is obtained. In this configuration, since there is no wiggler corresponding to 56 in FIG. 55, the position passing through the acceleration cavity or the deceleration cavity is different each time. To eliminate this inconvenience, the cavity has a long slit.

【0024】減速空洞の高周波電場が加速空洞の半分の
場合には、減速空洞により、減速あるいは加速を受けた
結果、電子が、第10電子軌道よりも軌道半径が大きくな
るか、あるいは小さくなるような蓄積軌道16または1
6'を通る。ここで重要なのは加速・減速軌道の決め方
である。加速・減速軌道の長さは、特定の長さにしなけ
ればならない。それは、加速・減速軌道の周長をλS
し、パルスクライストロンのマイクロ波の波長をλとし
たとき、λS=λ(n±1/2) となるようにλSを設定するこ
とである。ここでnは整数である。減速空洞のマイクロ
波の位相が加速空洞と同じならば+サインであり、反転
していれば−サインとなる。こうすることにより、加速
(または減速)を受けた電子が次に加速空洞3を通過す
るとき、その位相がゼロになるようにするものである。
即ち、電子は加速空洞3で加速も減速もされない。この
ようにすると減速空洞2では、位相が180度遅れる(あ
るいは進む)ために、電子は減速(または加速)され
る。即ち電子は、減速空洞2で交互に同じ電圧で加速と
減速を繰り返す。 従って、電子は、2つのエネルギー
状態を繰り返す蓄積状態を続ける。数μsから数10μs
にわたる加速・減速運転が終了すると、その後は、蓄積
空洞4だけを用いる蓄積モードに移る。蓄積積モードで
は、放射光を発生し、電子エネルギーが減衰するが、減
衰したエネルギーを補給するのが、蓄積空洞4である。
蓄積空洞の位相は、加速空洞の位相に対して約90度ずら
せたものとなるが、シンクロトロンの原理に従い、放射
線や放射光放出パワーとのかねあいで調整できるように
するのが良い。
When the high-frequency electric field of the deceleration cavity is half that of the acceleration cavity, the electron is decelerated or accelerated by the deceleration cavity so that the electron has a larger or smaller radius than the tenth electron orbit. Orbit 16 or 1
Go through 6 '. What is important here is how to determine the acceleration / deceleration trajectory. The length of the acceleration / deceleration trajectory must be a specific length. It the circumferential length of the acceleration and deceleration trajectory and lambda S, when the wavelength of the microwave pulse klystron was lambda, is to set the λ S = λ (n ± 1 /2) to become as lambda S . Here, n is an integer. If the phase of the microwave in the deceleration cavity is the same as that of the acceleration cavity, it becomes a plus sign, and if inverted, it becomes a minus sign. By doing so, the phase of the accelerated (or decelerated) electron becomes zero the next time it passes through the acceleration cavity 3.
That is, electrons are not accelerated or decelerated in the acceleration cavity 3. In this way, in the deceleration cavity 2, the phase is delayed (or advanced) by 180 degrees, so that the electrons are decelerated (or accelerated). That is, the electrons alternately accelerate and decelerate at the same voltage in the deceleration cavity 2. Therefore, the electrons continue in a storage state where the two energy states are repeated. Several μs to several tens μs
After the acceleration / deceleration operation is completed, the operation mode is shifted to the accumulation mode using only the accumulation cavity 4. In the accumulation mode, the emitted light is generated and the electron energy is attenuated. It is the accumulation cavity 4 that supplies the attenuated energy.
The phase of the storage cavity is shifted by about 90 degrees with respect to the phase of the accelerating cavity, but it is preferable that the phase can be adjusted in accordance with the radiation or emitted light emission power according to the principle of the synchrotron.

【0025】蓄積電流値が減衰した場合、再び加速・減
速運転を繰り返すことができる。繰り返しても蓄積中の
電子がこぼれ落ちることはない。加速・減速軌道の長さ
を決めるのは、減速空洞に発生させる高周波電場の大き
さである。蓄積空洞の影響も受けるが、蓄積空洞の電圧
は、減速空洞の電圧に比べて小さなものであるので、ほ
とんど無視することができる。本実施例では、蓄積空洞
と減速空洞を置いているが、同じ固有周波数を使用して
いるので、1台で兼用することも可能である。即ち、同
じ空洞にパルスクライストロンとCWクライストロンの
双方からパワーを供給するが、同じ基準周波数発生器を
用いて、同位相にする。以上の説明は一例である。減速
空洞を置く場所やその電圧は色々ありうる。蓄積空洞の
位相や電圧も色々ありうるが原理的には同じものであ
る。もちろん、電子だけではなくあらゆる荷電粒子の蓄
積に利用可能である。
When the accumulated current value has attenuated, the acceleration / deceleration operation can be repeated again. Even if repeated, the accumulated electrons do not fall off. The length of the acceleration / deceleration trajectory is determined by the magnitude of the high-frequency electric field generated in the deceleration cavity. Although affected by the storage cavity, the voltage in the storage cavity is small compared to the voltage in the deceleration cavity and can be almost ignored. In the present embodiment, the storage cavity and the deceleration cavity are provided. However, since the same natural frequency is used, it is possible to use one unit for both. That is, the same cavity is supplied with power from both the pulse klystron and the CW klystron, but is made in phase with the same reference frequency generator. The above description is an example. The location of the deceleration cavity and its voltage can vary. There can be various phases and voltages of the storage cavity, but they are the same in principle. Of course, it can be used to store not only electrons but also any charged particles.

【0026】図2には、蓄積軌道の周りに同心円状のバ
レル型ミラー17を配置している。これは、光蓄積リン
グの原理(参考文献:応用物理 Vol.65(1) (1996) pp.
41-47)に従い、放射光を集積し、レーザー発振をさせ
て高輝度光を発生させるものである。ミラー17には、
1カ所または複数カ所の光取りだしポートが開いていて
光を取り出すことができる。第2の実施例の荷電粒子加
速・蓄積装置でもX線ターゲトを置くことが出来るのは
当然である。
In FIG. 2, a concentric barrel-type mirror 17 is arranged around the storage orbit. This is based on the principle of the optical storage ring (Reference: Applied Physics Vol.65 (1) (1996) pp.
According to 41-47), radiation light is integrated and laser oscillation is performed to generate high-brightness light. On the mirror 17,
One or more light extraction ports are open so that light can be extracted. It goes without saying that the X-ray target can also be placed in the charged particle acceleration / accumulation device of the second embodiment.

【0027】次に、減速空洞2、加速空洞3及び蓄積空
洞4の詳細について図3を参照して述べる。これらの空
洞は固有周波数が等しいので、いずれもほぼ同じ形状に
作ることができる。図3は、矩形をした空洞の平面図及
び側面図である。空洞は内部の大きさが、110x40x50mm3
である。ここでは、空洞にTM01モードを発生している
が、高次のモードを使用することも原理的には可能であ
る。空洞は電子軌道面が開いていることが特徴である。
即ちスリット18をもうけることにより、電子及び放射
光が自由に通過することを可能にしている。本実施例で
加速空洞に加速電極19を設けており、電極間の加速ギ
ャップ20で加速する。第1の実施例では、2次電子軌
道は様々にとりうるので、加速空洞、減速空洞、蓄積空
洞のいずれも内側(電磁石の中心方向)が開いている。
第2の実施例では、放射光を外に取り出すために、空洞
は外側が開いている。開いていることにより、多少はマ
イクロ波のもれが観測されるが、必要なモードに異常は
発生しない。図3には、X線ターゲット9を示している
が、加速電極の内部で電子軌道を横切るようにカーボン
細線を張っている。この位置には電場も磁場も発生しな
いので、ターゲットを置くのに適している。もちろんX
線を発生しない第2の実施例では、ターゲットは張らな
い。
Next, details of the deceleration cavity 2, the acceleration cavity 3, and the storage cavity 4 will be described with reference to FIG. Since these cavities have the same natural frequency, they can be made almost the same shape. FIG. 3 is a plan view and a side view of a rectangular cavity. Cavity internal sizes, 110x40x50mm 3
It is. Here, the TM01 mode is generated in the cavity, but it is possible in principle to use a higher-order mode. The cavity is characterized by an open electron orbital plane.
That is, the slit 18 allows electrons and emitted light to pass freely. In this embodiment, an acceleration electrode 19 is provided in an acceleration cavity, and acceleration is performed in an acceleration gap 20 between the electrodes. In the first embodiment, since the secondary electron trajectory can take various forms, the inside of each of the acceleration cavity, the deceleration cavity, and the storage cavity (in the direction of the center of the electromagnet) is open.
In a second embodiment, the cavity is open on the outside in order to extract the emitted light. Due to the opening, some leakage of microwaves is observed, but no abnormality occurs in the required mode. FIG. 3 shows the X-ray target 9, in which a fine carbon wire is stretched across the electron orbit inside the acceleration electrode. Since no electric or magnetic field is generated at this position, it is suitable for placing a target. Of course X
In the second embodiment in which no line is generated, no target is set.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明は、周回加速器の周回電子軌道上
に、減速空洞及び蓄積空洞を追加して、電子を減速また
は加速することにより、初期加速器と蓄積加速器を一体
にすることを可能にした。結果として、本発明により、
加速器システムの大きさを従来の半分にすることがで
き、真にテーブルトップにできるために、加速器システ
ムを工場や病院へ導入することが可能となった。また、
本発明により、従来の加速器システムでは、初期加速器
から蓄積加速器への入射効率が有限であったものが、原
理的に100%になったために、加速器の効率が大幅に改善
された。本発明を従来のシンクロトロンや放射光装置に
適用するならば、蓄積電流値を容易に100倍にするこ
とができる。またさらに、蓄積空洞の中かあるいはその
近くの電子軌道上にX線ターゲットを置くか、あるいは
レーザーと電子を衝突させて短波長光を発生させること
により、失った電子のエネルギーを回復して電子エネル
ギーを最後まで効率よく利用することを可能にしたた
め、きわめて高輝度のX線源を実現させた。
The present invention makes it possible to integrate the initial accelerator and the storage accelerator by adding a deceleration cavity and a storage cavity to the orbiting electron trajectory of the orbiting accelerator to decelerate or accelerate the electrons. did. As a result, according to the present invention,
Since the size of the accelerator system can be reduced to half that of the conventional system and can be truly made into a tabletop, the accelerator system can be introduced into factories and hospitals. Also,
According to the present invention, in the conventional accelerator system, the efficiency of the accelerator from the initial accelerator to the storage accelerator was finite, but was increased to 100% in principle, so that the efficiency of the accelerator was greatly improved. If the present invention is applied to a conventional synchrotron or synchrotron radiation device, the accumulated current value can be easily increased 100 times. Furthermore, the energy of lost electrons is recovered by placing an X-ray target on the electron orbit in or near the storage cavity or by colliding the laser with the electrons to generate short wavelength light. Since the energy can be used efficiently to the end, an extremely high-brightness X-ray source has been realized.

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

【図1】第1実施例に係る粒子加速・蓄積装置の平面図
および側断面図である。
FIG. 1 is a plan view and a side sectional view of a particle acceleration / accumulation device according to a first embodiment.

【図2】第3実施例に係る粒子加速・蓄積装置の平面図
および側断面図である。
FIG. 2 is a plan view and a side sectional view of a particle acceleration / accumulation device according to a third embodiment.

【図3】減速空洞、加速空洞及び蓄積空洞の詳細図であ
る。
FIG. 3 is a detailed view of a deceleration cavity, an acceleration cavity, and a storage cavity.

【図4】第2実施例に係る粒子加速・蓄積装置の全体構
成図である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a particle acceleration / accumulation device according to a second embodiment.

【図5】本発明をレーストラック型マイクロトロンに適
用した別の例を示す。
FIG. 5 shows another example in which the present invention is applied to a race track type microtron.

【図6】図2と同じ円形型マイクロトロンをベースとし
た実施例である。
FIG. 6 is an embodiment based on the same circular microtron as FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.電磁石 2.減速空洞 3.加速空洞 4.蓄積空洞 5.パルスクライストロン 6.位相器 7.電子源 8.1次電子軌道 9.X線ターゲット 10.散乱電子軌道 11.CWクライストロン 12.4極電磁石 13.ビーム 14.YAGレーザー 15.ミラー 16. 蓄積軌道 16‘ 蓄積軌道 17.円形ミラー 18.スリット 19.加速電極 20.加速ギャップ 30.真空槽 31.導波管 32.2次軌道 33.N次軌道 40.位相変調ウイグラー 41.ウイグラー 43.ライナック 44.入射軌道軌道変更磁石 53.E0+3Ea電子軌道 54.E0+Ea電子軌道 55.E0+2Ea電子軌道 56.軌道変更磁石 57.軌道変更磁石 58.入射軌道変更磁石1. Electromagnet 2. Deceleration cavity 3. Acceleration cavity 4. Storage cavity 5. Pulse klystron 6. Phase shifter 7. 8. Electron source 8. Primary electron orbit 9. X-ray target 10. 10. Scattered electron orbit CW klystron 12.4 pole electromagnet 13. Beam 14. YAG laser 15. Mirror 16. Storage trajectory 16 'Storage trajectory 17. Circular mirror 18. Slit 19. Accelerating electrode 20. Acceleration gap 30. Vacuum chamber 31. Waveguide 32. Secondary trajectory 33. N-th orbit 40. Phase modulation wiggler 41. Wiggler 43. Linac 44. Incident orbit orbit changing magnet 53. E 0 + 3Ea electron orbital 54. E 0 + Ea electron orbital 55. E 0 + 2Ea electron orbital 56. Orbit changing magnet 57. Orbit changing magnet 58. Incident trajectory changing magnet

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周回加速器の粒子周回軌道上に少なくとも
2台の空洞を配置することにより、加速のみならず減速
を行うようにして、粒子の蓄積を同一の周回加速器で実
施するようにした粒子加速・蓄積装置。
1. A particle in which at least two cavities are arranged on a particle orbit of an orbiting accelerator so that not only acceleration but also deceleration is performed, and particles are accumulated by the same orbiting accelerator. Acceleration / accumulation device.
【請求項2】周回加速器の粒子周回軌道上に少なくとも
2台の空洞を配置することにより、加速のみならず減速
を行うようにして、初期加速器から周回加速器への粒子
の入射を連続して実施するようにした粒子加速・蓄積装
置。
2. Arrangement of at least two cavities on the particle orbit of the orbiting accelerator so that not only acceleration but also deceleration is performed, and particles are continuously input from the initial accelerator to the orbiting accelerator. Particle acceleration / accumulation device.
【請求項3】少なくとも1台の空洞を有する周回加速器
の周回軌道上にウイグラーを挿入して、位相を変えるこ
とにより、加速から蓄積へ移行するようにした粒子加速
・蓄積装置。
3. A particle acceleration / accumulation device in which a wiggler is inserted into a circular orbit of a circular accelerator having at least one cavity and the phase is changed to shift from acceleration to accumulation.
【請求項4】少なくとも1台の空洞を有する周回加速器
の粒子周回軌道上に蓄積空洞を配置することにより、蓄
積を継続して同一の周回加速器で行うようにした粒子加
速・蓄積装置。
4. A particle accelerating / accumulating device in which accumulation is continuously performed by the same orbital accelerator by disposing an accumulation cavity on a particle orbit of an orbiting accelerator having at least one cavity.
【請求項5】少なくとも1台の空洞を有する周回加速器
において、空洞の電圧を調整し、粒子蓄積軌道の周長が
λnにならないようにして粒子を継続して蓄積する粒
子加速・蓄積装置。ここで、cを光速度とすると、c/
λは、空洞に与えるマイクロ波の周波数である。nは整
数である。
5. A particle accelerator / accumulator for continuously accumulating particles by adjusting the voltage of the cavity and preventing the perimeter of the particle accumulation orbit from being λn in the orbiting accelerator having at least one cavity. Here, if c is the speed of light, c /
λ is the frequency of the microwave applied to the cavity. n is an integer.
【請求項6】請求項1または2の粒子加速・蓄積装置の
いずれかにおいて、粒子蓄積軌道の周長がnλ、λ(n
±1/2)のいずれかになるような電圧を空洞に与える
ことにより粒子を蓄積する粒子加速・蓄積装置。ここ
で、cを光速度とすると、c/λは、空洞に与えるマイ
クロ波の周波数である。nは整数である。
6. The particle accelerating / accumulating device according to claim 1, wherein the peripheral length of the particle accumulating orbit is nλ, λ (n
A particle accelerating / accumulating device that accumulates particles by applying a voltage such as ± 1/2) to the cavity. Here, if c is the speed of light, c / λ is the frequency of the microwave applied to the cavity. n is an integer.
【請求項7】初期加速と蓄積を連続して行うようにした
粒子加速・蓄積装置において、空洞及び蓄積空洞の内部
を含む粒子周回軌道上に細線または薄膜を挿入して蓄積
を継続しながら放射線を発生するようにしたことを特徴
とする粒子加速・蓄積装置。
7. A particle accelerating / accumulating apparatus in which initial acceleration and accumulation are continuously performed, wherein a thin wire or a thin film is inserted into a particle orbit including a cavity and the inside of an accumulation cavity to continuously accumulate radiation. A particle acceleration / accumulation device characterized in that the particles are generated.
【請求項8】初期加速と蓄積を連続して行うようにした
粒子加速・蓄積装置において、空洞及び蓄積空洞の内部
を含む粒子周回軌道上にレーザーまたはマイクロ波を投
入して、粒子に衝突させて、蓄積を継続しながら粒子の
進行方向に短波長に変換された高輝度光を放出するよう
にしたことを特徴とする粒子加速・蓄積装置。
8. A particle acceleration / accumulation device in which initial acceleration and accumulation are performed continuously, wherein a laser or microwave is injected into a particle orbit including a cavity and the inside of a accumulation cavity to collide with particles. A high-intensity light converted into a short wavelength in the traveling direction of the particles while the accumulation is continued.
【請求項9】初期加速と蓄積を連続して行うようにした
粒子加速・蓄積装置において使われる空洞、及び蓄積空
洞にスリットを設けて電子ビームや放射光を透過できる
ようにしたことを特徴とする粒子加速・蓄積装置。
9. A cavity used in a particle acceleration / accumulation device in which initial acceleration and accumulation are continuously performed, and a slit is provided in the accumulation cavity so that an electron beam or radiation light can be transmitted. Particle accelerating and accumulating device.
【請求項10】初期加速と蓄積を連続して行うようにし
た粒子加速・蓄積装置において、その周回軌道の外側
を、環状ミラーで覆い、放射光を集積して1カ所または
複数カ所から取り出すようにしたことを特徴とする粒子
加速・蓄積装置。
10. A particle acceleration / accumulation device in which initial acceleration and accumulation are continuously performed, wherein the outer periphery of the orbit is covered with an annular mirror, and radiation light is accumulated and taken out from one or a plurality of locations. A particle acceleration / accumulation device characterized in that:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008298492A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Photon Production Laboratory Ltd Target unit, electromagnetic wave generating device, and method therefor
EP2131634A1 (en) * 2007-03-23 2009-12-09 IHI Corporation Charged particle beam decelerating device and method, and x-ray generating apparatus using the same
JP2021136060A (en) * 2020-02-21 2021-09-13 株式会社日立製作所 Circular accelerator, particle beam therapy system, isotope production system, and radiopharmaceutical production system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2131634A1 (en) * 2007-03-23 2009-12-09 IHI Corporation Charged particle beam decelerating device and method, and x-ray generating apparatus using the same
EP2131634A4 (en) * 2007-03-23 2011-04-06 Ihi Corp Charged particle beam decelerating device and method, and x-ray generating apparatus using the same
US8138678B2 (en) 2007-03-23 2012-03-20 Ihi Corporation Charged particle beam decelerating device and method, and X-ray generating apparatus using the same
JP2008298492A (en) * 2007-05-30 2008-12-11 Photon Production Laboratory Ltd Target unit, electromagnetic wave generating device, and method therefor
JP2021136060A (en) * 2020-02-21 2021-09-13 株式会社日立製作所 Circular accelerator, particle beam therapy system, isotope production system, and radiopharmaceutical production system
JP7303138B2 (en) 2020-02-21 2023-07-04 株式会社日立製作所 Circular accelerator, particle beam therapy system, isotope production system, and radiopharmaceutical production system

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