JP2001052897A - 高周波線型加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、ビーム加速中でも短時間に電
場分布を調整可能とする。 【解決手段】 エンドチューナを回動自在なループ状パ
イプ３０で構成し、該ループ状パイプ３０の回動角度を
変えることで、ベイン電極１２の端部を通過する磁束量
を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波線型加速器
に係り、特に、比較的低速の粒子を加速するのに適した
高周波四重極線型加速器（Radio Frequency Quadrupo
le linac、以下ＲＦＱと称する）に用いるのに好適
な、電場分布を容易に調整可能な高周波線型加速器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】陽子あるいはイオンを用いた高周波線型
加速器は、材料分野における表面改質のためのイオン注
入用加速器、エネルギ分野における重イオン慣性核融合
装置のドライバ加速器、あるいは、原子力分野における
放射性廃棄物の消滅処理のための強力陽子源としての加
速器として用いられている。このうち、ＲＦＱは、特に
比較的低速の粒子を加速するのに適している。

【０００３】このＲＦＱについては種々の構造が提案さ
れている。図７に、４ベイン型ＲＦＱの一例の概念図を
示す。このＲＦＱにおいては、円筒型高周波共振器１０
の内部に４枚の羽根状のベイン電極１２が配設されてい
る。ＲＦＱの内部において、イオン等の被加速粒子は、
共振器１０の中心軸１０Ｃに沿って進み、時間的に交互
に変化する集束力と発散力とを受けながら、加速され
る。共振器１０の内部には、図示しない高周波電源や高
周波伝送系等により高周波電力が供給され、四重極モー
ドが励振されている。

【０００４】図８に、共振器１０の中心軸１０Ｃに垂直
な断面内の、ある時刻における磁束Ｂの方向と、電気力
線Ｅを模式的に示す。磁束は、２枚のベイン電極１２と
共振器１０の壁によって囲まれた断面扇型の共振室（セ
ルとも称する）１８の中を、中心軸１０Ｃに沿った方
向、図８では紙面に垂直な方向に流れ、この向きは、隣
り合うセル１８の間では互いに逆向きになる。対向する
ベイン電極１２は、互いに同電位になっており、隣り合
うベイン電極は、互いに逆電位になっている。

【０００５】被加速粒子を陽子とすると、図８では、中
心軸１０Ｃの近傍の陽子は、上下方向については中心軸
１０Ｃに向かう力、即ち集束力を、左右方向については
中心軸１０Ｃから離れる方向の力、即ち発散力をそれぞ
れ受ける。励振している高周波の半周期が過ぎると、極
性が逆転し、上下方向には発散力を、左右方向には集束
力を受けるようになる。このように、上下方向、左右方
向それぞれについて、高周波の半周期毎に集束力、発散
力を交互に受けながら、被加速粒子は、発散することな
く輸送される。

【０００６】設計通りの加速性能を得るためには、４枚
のベイン電極１２の先端の間隙に発生する電界が、４つ
の間隙について大きさのバランスがとれていることと、
中心軸１０Ｃに沿って電界の分布が平坦である必要があ
る。そこで、ＲＦＱには、加速電場の平坦性を調整する
ために、チューナが設けられており、チューナとしては
主に、いわゆるサイドチューナとエンドチューナが用い
られている。

【０００７】通常サイドチューナは、円筒形の金属製、
例えば銅製のブロックを、Ｘ−Ｙ平面上（Ｚ軸断面・ビ
ーム軸断面）のベインとベインの中間位置に挿入する構
造であり、エンドチューナは、図９（斜視図）及び図１
０（共振器端部を横から見た断面図）に示す如く、端部
に切欠き１２Ｃを設けたベイン電極１２の端部近傍の端
板２０に、金属製、例えば銅製のブロック２２を装着す
る構造である。

【０００８】前記サイドチューナは、ブロックを挿入す
ることにより、共振器１０壁面の磁束を中心軸方向に押
し下げて、ベイン電極１２に巻き付く磁束を減らし、そ
の部分の電場を下げる役割を持つ。一方、前記エンドチ
ューナは、電場が集中するベイン電極１２の端部近傍に
ブロック（ブロックチューナとも称する）２２を装着す
ることで、磁束が横切る面積（Ｘ−Ｚ平面又はＹ−Ｚ平
面）を減らして、磁束がベイン電極の端部を回らずに途
中で引き返すことで、ベイン電極端部の電場を下げる効
果がある。

【０００９】エンドチューナには、この他に、各象現の
セルの中心に棒状のアンテナを挿入するものもある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ブロックチューナ２２を装着する形式では、電場への影
響は大きいが、大きさを変えたブロックを幾つか準備し
ておき、電場を調整する度に端板２０を外してブロック
を変換する必要がある。従って、例えば、電場分布がビ
ームに及ぼす影響を調べようとすると、ビーム加速後に
端板を外す作業が必要となり、その度に加速器の調整も
必要となる。又、電場測定後にベイン電極１２を再度削
るのは不可能であるため、ベイン電極の切欠き１２Ｃを
大きめにしておく必要があるが、するとブロック２２が
大きくなり、熱伝達が悪くなる。更に、冷却が必要な場
合、構造が難しい等の問題点を有していた。

【００１１】一方、後者のセル中心に棒状のアンテナを
挿入する形式では、構造的に電場への影響があまり期待
できず、調整も端板からの突き出し量で行うため、真空
封じの構造が複雑化するという問題点を有する。

【００１２】なお、特開平７−３２６４９９には、共振
器の軸線方向の端板に取り付けたエンドチューナの共振
器内への挿入長さを、共振器内の真空を保持したまま調
整可能とすることが記載されているが、エンドチューナ
を直線的に移動する必要があるため、真空を維持するの
が難しく、冷却も容易ではないという問題点を有してい
た。

【００１３】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、簡単な構成で、後からでも電場分布
の調整を迅速且つ容易に可能とすることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、チューナを有
する高周波線型加速器において、前記チューナを回動自
在なループで構成するようにして、前記課題を解決した
ものである。

【００１５】又、真空下にある空洞内で軸線に対して断
面放射状に配設された複数のベイン電極に高周波電力を
供給し、前記空洞の軸線方向の端部近傍に配設されたエ
ンドチューナにより、前記空洞が前記高周波電力に共振
するように調節し、前記ベイン電極で囲まれた空間に形
成された加速電磁場により、空洞内の軸線方向に粒子を
加速する高周波線型加速器において、磁束が閉ループを
通らないことを利用して、前記エンドチューナを回動自
在なループで構成し、該ループの回動角度を変えること
で、ベイン電極の端部を通過する磁束量を調節するよう
にして、前記課題を解決したものである。

【００１６】又、前記ループをパイプで構成し、該パイ
プ内に冷却用流体を流すようにして、効果的に冷却でき
るようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１８】本実施形態は、図１（共振器端部を示す斜
視図）、図２（要部を切欠いて示す拡大斜視図）及び図
３（端部を横から見た断面図）に示す如く、エンドチュ
ーナをループ状のパイプ３０で構成し、端板２０に対し
て、回動フランジ３２及びガスケット３４を介して、例
えば手動で回動自在に取り付けるようにしたものであ
る。図において、８はビーム、２０Ｃは端板のビーム入
口である。

【００１９】前記ループ状パイプ３０の中には、図２に
示した如く、水が通され、冷却される。

【００２０】磁束は高周波で変化しており、常に逆磁束
がループに生じるため、閉ループ内には磁束が入らない
ので、ループ状パイプ３０を回動させて、ループ面積を
変化させることにより、ベイン電極１２の端部を通過す
る磁束量を調節することができる。

【００２１】図４に示す如く、ループ状パイプ３０を磁
束Ｂと平行にしてチューナの効きを最小にした場合と、
図３に示した如く、ループ状パイプ３０を磁束Ｂに対し
て垂直にして、チューナの効きを最大にした場合の、端
板２０からの距離ｘと電場の強さの計算例（共振器１０
の長さ５０ｃｍ、ベイン電極の端部に切欠きを入れない
状態での共振周波数Ｆ＝１９８．７５ＭＨｚの場合）を
図５及び図６にそれぞれ示す。この例では、チューナを
回動させることで、ビーム軸上の電場の傾きを約３％変
化させられることが確認できた。なお、ベイン電極の切
欠き１２Ｃを大きくすることによって、もっと変化を大
きくとることができる。

【００２２】本実施形態によれば、回動フランジ３２を
回動してループ状パイプ３０の角度を変えるのみで、容
易に電場を変えることでき、ビームを加速しながらの電
場調整も可能となる。

【００２３】本実施形態においては、ループをパイプで
構成しているので、中に水等の冷却用流体を通すことに
よって、エンドチューナを効果的に冷却でき、ヘビーデ
ューティな用途にも使用できる。なお、エンドチューナ
を他の方法で冷却する等の手段をとることによって、パ
イプではなく中実材料でエンドチューナを構成すること
ができる。又、ループの形状も円に限定されず、例えば
長方形又は正方形とすることも可能である。

【００２４】なお、現在のＲＦＱでは、電場を一様にし
ているが、例えば電場を徐々に大きくとることによっ
て、ビーム通過効率を上げることも検討されている。本
発明は、このように、電場を一様でなく変化させる用途
にも使用することが可能である。

【００２５】又、前記実施形態においては、本発明がＲ
ＦＱに適用されていたが、本発明の適用対象は、これに
限定されず、ベイン電極の数は４以外でも良い。更に、
ＤＴＬ（ドリフトチューブライナック）のサイドチュー
ナにも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、ループを回動させるだ
けで電場を変えることができ、調整に必要な時間を短縮
できる。又、端板を外す必要が無いので、ビーム加速中
でも電場の調整が可能となる。更に、現在結論が出てい
ない、好ましい高周波共振器の電場分布を実験で求める
ことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態におけるＲＦＱの端部を示す
斜視図

【図２】同じく端部を切り欠いて示す拡大斜視図

【図３】同じく端部を横から見た断面図

【図４】同じくチューナ角度を最小にした状態を示す断
面図

【図５】本発明の作用を説明するための、チューナ角度
を最小にしたときの電場分布の計算例を示す線図

【図６】同じくチューナ角度を最大にしたときの電場分
布の計算例を示す線図

【図７】従来のイオンビーム型高周波四重極線型加速器
（ＲＦＱ）の一例の構成を示す、一部を切り欠いた斜視
図

【図８】図７に示すＲＦＱの中心軸に垂直な断面から見
た断面図

【図９】従来のＲＦＱにおけるベイン電極端部の磁束の
通過状態を示す斜視図

【図１０】従来のＲＦＱにおけるブロックチューナの配
置状態を示す、共振器端部を横から見た断面図

【符号の説明】

８…ビーム １０…共振器 １２…ベイン電極 ２０…端板 ３０…ループ状パイプ ３２…回動フランジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チューナを有する高周波線型加速器におい
   て、 前記チューナを回動自在なループで構成したことを特徴
   とする高周波線型加速器。
2. 【請求項２】真空下にある空洞内で軸線に対して断面放
   射状に配設された複数のベイン電極に高周波電力を供給
   し、前記空洞の軸線方向の端部近傍に配設されたエンド
   チューナにより、前記空洞が前記高周波電力に共振する
   ように調節し、前記ベイン電極で囲まれた空間に形成さ
   れた加速電磁場により、空洞内の軸線方向に粒子を加速
   する高周波線型加速器において、 前記エンドチューナを回動自在なループで構成し、該ル
   ープの回動角度を変えることで、ベイン電極の端部を通
   過する磁束量を調節するようにしたことを特徴とする高
   周波線型加速器。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記ループをパ
   イプで構成し、該パイプ内に冷却用流体を流すようにし
   たことを特徴とする高周波線型加速器。