JP2001076899A - 荷電粒子入射蓄積装置 - Google Patents
荷電粒子入射蓄積装置Info
- Publication number
- JP2001076899A JP2001076899A JP25276899A JP25276899A JP2001076899A JP 2001076899 A JP2001076899 A JP 2001076899A JP 25276899 A JP25276899 A JP 25276899A JP 25276899 A JP25276899 A JP 25276899A JP 2001076899 A JP2001076899 A JP 2001076899A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charged particle
- orbit
- incident
- storage device
- electromagnets
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】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
い荷電粒子入射蓄積装置を提供する。 【解決手段】周回加速器の周回軌道上に２極磁石と反対
の極性を有する２極磁石を対向して設置して周回軌道と
入射軌道をつくり、連続して荷電粒子を入射できるよう
にした荷電粒子入射蓄積装置。
パルス電場やパルス磁場を用いずに、連続して行う新し
い荷電粒子入射蓄積装置を提供する。 【解決手段】周回加速器の周回軌道上に２極磁石と反対
の極性を有する２極磁石を対向して設置して周回軌道と
入射軌道をつくり、連続して荷電粒子を入射できるよう
にした荷電粒子入射蓄積装置。
Description
【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。
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。
【０００２】
【従来の技術】シンクロトロンは、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
へビームを入射するには、パルス磁場やパルス電場を用
いて、パルス的に行っている。
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
へビームを入射するには、パルス磁場やパルス電場を用
いて、パルス的に行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】初期加速器から高エネ
ルギー加速器への入射はパルス的に行っており、入射効
率が有限であるとともに、高繰り返し入射ができないと
いった原理的問題がある。
ルギー加速器への入射はパルス的に行っており、入射効
率が有限であるとともに、高繰り返し入射ができないと
いった原理的問題がある。
【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荷電粒子入射蓄積装置を提供す
ることにより、周回加速器に大電流の蓄積を可能にす
る。
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荷電粒子入射蓄積装置を提供す
ることにより、周回加速器に大電流の蓄積を可能にす
る。
【０００５】その手段は、周回加速器の周回軌道上に２
極磁石を設置して入射軌道をつくり、反対の極性を有す
る２極磁石を設置して周回軌道をつくり、連続して荷電
粒子を入射できるようにした荷電粒子入射蓄積装置であ
る。
極磁石を設置して入射軌道をつくり、反対の極性を有す
る２極磁石を設置して周回軌道をつくり、連続して荷電
粒子を入射できるようにした荷電粒子入射蓄積装置であ
る。
【０００６】さらには、前期荷電粒子入射蓄積装置から
でた荷電粒子が発散するのを防ぐために、極性の異なる
２台の２極磁石を設置して荷電粒子を収束させるように
したことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置である。
でた荷電粒子が発散するのを防ぐために、極性の異なる
２台の２極磁石を設置して荷電粒子を収束させるように
したことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置である。
【０００７】さらには、前記の収束を行うために、４極
磁石を用いたことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置で
ある。
磁石を用いたことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置で
ある。
【０００８】さらには、連続して荷電粒子を入射できる
ようにした荷電粒子入射蓄積装置の荷電粒子周回軌道上
にエネルギー減衰装置と加速空洞を置いて、ビームのエ
ミッタンスを減少してビームを安定に周回するようにし
た荷電粒子入射蓄積装置である。
ようにした荷電粒子入射蓄積装置の荷電粒子周回軌道上
にエネルギー減衰装置と加速空洞を置いて、ビームのエ
ミッタンスを減少してビームを安定に周回するようにし
た荷電粒子入射蓄積装置である。
【０００９】さらには、前記エネルギー減衰装置として
アンジュレータまたはウイグラーを使用したことを特徴
とする荷電粒子入射蓄積装置である。
アンジュレータまたはウイグラーを使用したことを特徴
とする荷電粒子入射蓄積装置である。
【００１０】さらには、前記エネルギー減衰装置として
制動放射やトランジション放射あるいはチャネリング放
射を発生させる薄膜やワイヤー状のターゲットを使用し
たことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置である。
制動放射やトランジション放射あるいはチャネリング放
射を発生させる薄膜やワイヤー状のターゲットを使用し
たことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置である。
【００１１】さらには、前記エネルギー減衰装置として
ビームダクトにガスを封入して制動放射やチェレンコフ
放射を発生させるようにしたことを特徴とする荷電粒子
入射蓄積装置である。
ビームダクトにガスを封入して制動放射やチェレンコフ
放射を発生させるようにしたことを特徴とする荷電粒子
入射蓄積装置である。
【００１２】さらには、前記エネルギー減衰装置として
高周波空洞を使用したことを特徴とする荷電粒子入射蓄
積装置である。
高周波空洞を使用したことを特徴とする荷電粒子入射蓄
積装置である。
【００１３】さらには、前記エネルギー減衰装置として
逆コンプトン散乱を利用したことを特徴とする荷電粒子
入射蓄積装置である。
逆コンプトン散乱を利用したことを特徴とする荷電粒子
入射蓄積装置である。
【００１４】さらには、前記荷電粒子入射蓄積装置のそ
れぞれで使われる周回加速器にマイクロトロンを使用し
て、加速と蓄積を同一装置で行うようにした荷電粒子入
射蓄積装置である。
れぞれで使われる周回加速器にマイクロトロンを使用し
て、加速と蓄積を同一装置で行うようにした荷電粒子入
射蓄積装置である。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の荷電粒子入射蓄積装置の平面
図である。図１を参照しながら、本発明の荷電粒子入射
蓄積装置についてまずその原理を述べる。荷電粒子の一
種である電子ビーム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。図中８から１２、８'から１１'はいずれ
も２極磁石であり、斜線と斑点の塗りつぶしは、極性が
反転していることを示している。１で示される電子軌道
は、ライナック等の入射器からの入射軌道を示す。２及
び３は、シンクロトロンや放射光装置の周回軌道の一部
を示し、２から３に向かって周回している。磁石８と
８'、９と９'の対は、それぞれ磁場の絶対値を等しく
し、幅も等しくしている。１０と１０'は必ずしも同じ
強さ、同じ大きさである必要はないが、ここでは等しく
している。１０'と１１は同じ極性で、サイズも磁力も
同じであるから、一体で作っても良い。１１'は９'と同
じ極性で、磁力と幅が等しいが、縦には、少し長い。１
２は１１と同じ必要はない。この磁石群の中で、９、
９'、８、８'は必要不可欠であるが、他の磁石に関して
は、様々な構成があり得る。磁石１２で電子は、進行方
向に対して左に向かって力を受け、円軌道を描き、１０
との境界を垂直に進入するよう磁場の強さを決めてい
る。磁石１０で電子は、今度は逆向きに力を受け、９で
は再度左向きに力を受けて進行し、磁石９と９'の境界
近傍を通過し８と８'の境界近傍を通り、軌道３に抜け
る。８を出た電子ビームは、その折線方向が周回軌道３
と平行になるように磁場を与えている。即ち、水平方向
の運動量成分がゼロになるようにしている。一方、周回
する電子は、１１'へ垂直に入射し、進行方向に対し右
向きに偏向を受け、１１と１０'で左に偏向し９'で右に
偏向し、入射電子と同じく、９と９'の境界から、８と
８'の境界を通過して、３に抜ける。それ以降、電子は
電子軌道２及び３を通る周回軌道を繰り返し周回するの
で、入射は、パルス磁場やパルス電場を用いることなく
静かに行うことができる。なお、磁石１０、１０'、１
１、１１'、１２は本発明の不可欠な要素ではなく、周
回電子は、磁石１０'に直接進入する構成としても良い
し、９と９'の境界に進入するようにしても良い。本構
成の場合、入射が完了して入射蓄積装置のすべての磁場
を落とした場合に、周回電子は影響を受けずに、２から
３に直進するという特徴がある。
図である。図１を参照しながら、本発明の荷電粒子入射
蓄積装置についてまずその原理を述べる。荷電粒子の一
種である電子ビーム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。図中８から１２、８'から１１'はいずれ
も２極磁石であり、斜線と斑点の塗りつぶしは、極性が
反転していることを示している。１で示される電子軌道
は、ライナック等の入射器からの入射軌道を示す。２及
び３は、シンクロトロンや放射光装置の周回軌道の一部
を示し、２から３に向かって周回している。磁石８と
８'、９と９'の対は、それぞれ磁場の絶対値を等しく
し、幅も等しくしている。１０と１０'は必ずしも同じ
強さ、同じ大きさである必要はないが、ここでは等しく
している。１０'と１１は同じ極性で、サイズも磁力も
同じであるから、一体で作っても良い。１１'は９'と同
じ極性で、磁力と幅が等しいが、縦には、少し長い。１
２は１１と同じ必要はない。この磁石群の中で、９、
９'、８、８'は必要不可欠であるが、他の磁石に関して
は、様々な構成があり得る。磁石１２で電子は、進行方
向に対して左に向かって力を受け、円軌道を描き、１０
との境界を垂直に進入するよう磁場の強さを決めてい
る。磁石１０で電子は、今度は逆向きに力を受け、９で
は再度左向きに力を受けて進行し、磁石９と９'の境界
近傍を通過し８と８'の境界近傍を通り、軌道３に抜け
る。８を出た電子ビームは、その折線方向が周回軌道３
と平行になるように磁場を与えている。即ち、水平方向
の運動量成分がゼロになるようにしている。一方、周回
する電子は、１１'へ垂直に入射し、進行方向に対し右
向きに偏向を受け、１１と１０'で左に偏向し９'で右に
偏向し、入射電子と同じく、９と９'の境界から、８と
８'の境界を通過して、３に抜ける。それ以降、電子は
電子軌道２及び３を通る周回軌道を繰り返し周回するの
で、入射は、パルス磁場やパルス電場を用いることなく
静かに行うことができる。なお、磁石１０、１０'、１
１、１１'、１２は本発明の不可欠な要素ではなく、周
回電子は、磁石１０'に直接進入する構成としても良い
し、９と９'の境界に進入するようにしても良い。本構
成の場合、入射が完了して入射蓄積装置のすべての磁場
を落とした場合に、周回電子は影響を受けずに、２から
３に直進するという特徴がある。
【００１６】問題は、周回電子の安定性である。ベータ
トロン振動による軌道のずれや、エネルギーの広がりが
及ぼす影響である。中心エネルギーからずれた電子につ
いては、ウイグラー構造の特性上、１１'に垂直に進入
した電子は、曲率が異なるために、異なる偏向を受ける
が、必ず、９'の出口で、進入方向と同一の直線上を進
む。しかし１１'へ垂直に進入しない電子や中心からず
れた電子は、９と９'の境界を進行せず、進入角度が大
きいほど９または９'の内部に侵入する。このような電
子ビームは、発散をし、安定には周回しない。そこで、
８と８'は収束を行うための２極磁石である。従って極
性が９、９'とはそれぞれ逆転している。軌道４と５は
このような発散したビームが９と９'で収束している様
子を示している。
トロン振動による軌道のずれや、エネルギーの広がりが
及ぼす影響である。中心エネルギーからずれた電子につ
いては、ウイグラー構造の特性上、１１'に垂直に進入
した電子は、曲率が異なるために、異なる偏向を受ける
が、必ず、９'の出口で、進入方向と同一の直線上を進
む。しかし１１'へ垂直に進入しない電子や中心からず
れた電子は、９と９'の境界を進行せず、進入角度が大
きいほど９または９'の内部に侵入する。このような電
子ビームは、発散をし、安定には周回しない。そこで、
８と８'は収束を行うための２極磁石である。従って極
性が９、９'とはそれぞれ逆転している。軌道４と５は
このような発散したビームが９と９'で収束している様
子を示している。
【００１７】周回電子ビームの水平方向（電子ビームに
対して垂直）の安定性をみるために、磁石９と９'の断
面を図２に示す。２４は磁力線の方向を示す。２３はコ
イルである。２２が２極磁石９に、２１が２極磁石９
‘に対応している。電子は、紙面の裏から表へ抜けるよ
うに進む。図からわかるように、周回電子ビームが通過
する２つの磁石の境界領域には４極成分が発生してい
る。電子が境界から左にずれた場合は左向きに力が働
き、右にずれた場合は右向きに力が働き、ビームは発散
する。中心には磁場は発生していない。一方、垂直方向
には、中心から上にずれた電子には下向きの、下にずれ
た電子には上向きの力が働き、ビームは収束する。磁石
８と８'では、磁極が反転するので、水平方向に収束
し、垂直方向に発散する。結果としてビームは、９、
９'及び８、８'を通過して、発散と収束を繰り返すこと
により、安定な平行ビームが作られる。いわゆる強収束
の原理である。以上の機構には、キッカーやパータベー
タなどのパルス磁場や電場は一切使用していないので、
大きなベータトロン振動は励起されず、電子ビームは静
かに周回する。また、入射は連続的に行って何ら支障が
ない。なお、８と８'には、通常の４極磁石を使うこと
もできる。
対して垂直）の安定性をみるために、磁石９と９'の断
面を図２に示す。２４は磁力線の方向を示す。２３はコ
イルである。２２が２極磁石９に、２１が２極磁石９
‘に対応している。電子は、紙面の裏から表へ抜けるよ
うに進む。図からわかるように、周回電子ビームが通過
する２つの磁石の境界領域には４極成分が発生してい
る。電子が境界から左にずれた場合は左向きに力が働
き、右にずれた場合は右向きに力が働き、ビームは発散
する。中心には磁場は発生していない。一方、垂直方向
には、中心から上にずれた電子には下向きの、下にずれ
た電子には上向きの力が働き、ビームは収束する。磁石
８と８'では、磁極が反転するので、水平方向に収束
し、垂直方向に発散する。結果としてビームは、９、
９'及び８、８'を通過して、発散と収束を繰り返すこと
により、安定な平行ビームが作られる。いわゆる強収束
の原理である。以上の機構には、キッカーやパータベー
タなどのパルス磁場や電場は一切使用していないので、
大きなベータトロン振動は励起されず、電子ビームは静
かに周回する。また、入射は連続的に行って何ら支障が
ない。なお、８と８'には、通常の４極磁石を使うこと
もできる。
【００１８】次に、入射した電子ビームを安定に周回さ
せるためにもう一つ重要な手法は、入射したビームのエ
ミッタンスを減少させることである。そのためには、急
速なダンピングもしくはクーリングを起こさせることで
ある。ダンピングやクーリングを起こさせる手段は強制
的なエネルギーの減衰と加速を繰り返す方法である。エ
ネルギーを減衰する手段は色々あり、１．アンジュレー
タやウイグラーを用いて強制的に放射を起こす方法、
２．ターゲットを挿入して制動放射、チャネリング放
射、トランジション放射等を行わせる方法、３．ガスを
挿入して制動放射やチェレンコフ放射を行わせる方法、
４．高周波空洞を用いて減速を行わせる方法、５．レー
ザーと電子ビームを衝突させて逆コンプトン散乱を行わ
せる方法等がある。偏向磁石部分でエネルギーを減衰さ
せると放射のリコイルのためにエミッタンスは増大する
が、直線部分では変わらないかもしくは減少する。エネ
ルギーが減衰した分を高周波加速空洞で補うことにより
エミッタンスはさらに減少する。減衰は大きいほどダン
ピングは急速に起こる。高周波加速空洞は、ビームの水
平運動量成分が大きな場所において、水平運動量成分を
減衰するのが良い。また、減衰手段を置く場所は、ビー
ムの水平方向運動量成分が最も小さい場所に置くのが良
い。
せるためにもう一つ重要な手法は、入射したビームのエ
ミッタンスを減少させることである。そのためには、急
速なダンピングもしくはクーリングを起こさせることで
ある。ダンピングやクーリングを起こさせる手段は強制
的なエネルギーの減衰と加速を繰り返す方法である。エ
ネルギーを減衰する手段は色々あり、１．アンジュレー
タやウイグラーを用いて強制的に放射を起こす方法、
２．ターゲットを挿入して制動放射、チャネリング放
射、トランジション放射等を行わせる方法、３．ガスを
挿入して制動放射やチェレンコフ放射を行わせる方法、
４．高周波空洞を用いて減速を行わせる方法、５．レー
ザーと電子ビームを衝突させて逆コンプトン散乱を行わ
せる方法等がある。偏向磁石部分でエネルギーを減衰さ
せると放射のリコイルのためにエミッタンスは増大する
が、直線部分では変わらないかもしくは減少する。エネ
ルギーが減衰した分を高周波加速空洞で補うことにより
エミッタンスはさらに減少する。減衰は大きいほどダン
ピングは急速に起こる。高周波加速空洞は、ビームの水
平運動量成分が大きな場所において、水平運動量成分を
減衰するのが良い。また、減衰手段を置く場所は、ビー
ムの水平方向運動量成分が最も小さい場所に置くのが良
い。
【００１９】本発明の入射法は、従来のパルス磁場を使
う方式に対して、非常に大きな特徴を持つ。連続で入射
できるため、電子は周回軌道上に連続に分布する結果と
なる。最大蓄積電流値は、空間電荷効果による不安定性
で制限される。従来方式では、電子ビームはバンチ状で
あるため、バンチ内の空間電荷効果で最大電流値が制限
された。そしてバンチの数は、数１０であった。しか
し、本方式では、入射器のバンチ構造そのままで周回す
るため、数１０から数１００倍のバンチが形成され、最
大電流も数１０から数１００倍になる。同期をずらせ
ば、さらに大量のビームを蓄積できる。放射光による損
失分を補う高周波空洞は、従来は数１００メガＨｚの運
転をしているが、本方式ではギガＨｚの運転が可能にな
る。なぜならば、本方式では、大きなベータトロン振動
を励起しないために、位相が大きくずれることなく、ギ
ガＨｚの運転が可能になる。こうして、本発明は、シン
クロトロンに大電流の蓄積を可能にする。
う方式に対して、非常に大きな特徴を持つ。連続で入射
できるため、電子は周回軌道上に連続に分布する結果と
なる。最大蓄積電流値は、空間電荷効果による不安定性
で制限される。従来方式では、電子ビームはバンチ状で
あるため、バンチ内の空間電荷効果で最大電流値が制限
された。そしてバンチの数は、数１０であった。しか
し、本方式では、入射器のバンチ構造そのままで周回す
るため、数１０から数１００倍のバンチが形成され、最
大電流も数１０から数１００倍になる。同期をずらせ
ば、さらに大量のビームを蓄積できる。放射光による損
失分を補う高周波空洞は、従来は数１００メガＨｚの運
転をしているが、本方式ではギガＨｚの運転が可能にな
る。なぜならば、本方式では、大きなベータトロン振動
を励起しないために、位相が大きくずれることなく、ギ
ガＨｚの運転が可能になる。こうして、本発明は、シン
クロトロンに大電流の蓄積を可能にする。
【００２０】本発明で使用する一連の磁石は、スタンダ
ードな技術で製作可能のため、特に詳述しないが、１Ｇ
ｅＶの電子を入射する場合について、おおよそのサイズ
を次に与える。０．５テスラーの磁場を発生する場合、
最大のふれを０．３ｍにするには各磁石の幅を、約２ｍ
とする。従って、装置の全長は、約１０ｍのものであ
る。もっと強い磁場を使用すれば、短くすることができ
る。磁石９（９'）及び磁石８（８'）の磁極間の間隙は
なるべく狭くするのが良く、ここでは１ｃｍとしてい
る。また磁石９と９'及び、８と８'の間隔をそれぞれ２
ｃｍとしている。磁石８（８'）、９（９'）、１０（１
０'）、１１、１１'、１２'のいずれかの間隔は、数１
０ｃｍ以上開けてもさしつかえない。図２は、電磁石の
構成を示しているが、永久磁石を使う方が磁極間隙や、
磁石間隔を狭くできるという特徴がある。
ードな技術で製作可能のため、特に詳述しないが、１Ｇ
ｅＶの電子を入射する場合について、おおよそのサイズ
を次に与える。０．５テスラーの磁場を発生する場合、
最大のふれを０．３ｍにするには各磁石の幅を、約２ｍ
とする。従って、装置の全長は、約１０ｍのものであ
る。もっと強い磁場を使用すれば、短くすることができ
る。磁石９（９'）及び磁石８（８'）の磁極間の間隙は
なるべく狭くするのが良く、ここでは１ｃｍとしてい
る。また磁石９と９'及び、８と８'の間隔をそれぞれ２
ｃｍとしている。磁石８（８'）、９（９'）、１０（１
０'）、１１、１１'、１２'のいずれかの間隔は、数１
０ｃｍ以上開けてもさしつかえない。図２は、電磁石の
構成を示しているが、永久磁石を使う方が磁極間隙や、
磁石間隔を狭くできるという特徴がある。
【００２１】次に、本発明の荷電粒子入射蓄積装置をマ
イクロトロン型加速器に適用し、加速と蓄積を同一加速
器で実施した例につき図３を参照して述べる。図３は、
通常のレーストラック型マイクロトロンの構成要素であ
る、一対の電磁石３１、電子銃３２、ウイグラー３４、
加速空洞３３で構成されている。この図では電子ビーム
を６回加速した後に、入射蓄積のための偏向磁石１０'
に導いている。加速空洞３３は、シングルセル構造にし
ているので、一回に約1MeVの加速をして、全体で6MeVに
している。高エネルギーが必要な場合は、マルチセル構
造にしても良い。偏向磁石１０'で曲げられたビーム
は、本発明の荷電粒子入射蓄積装置である２極磁石９'
に進入して逆方向に曲げられ、周回軌道３８と平行にな
って、減速空洞３７、アンジュレータ３９を通過して、
入射軌道３５を通る。一周の後に電子ビームは、２極磁
石８'で少し曲げられ、加速空洞３６を通過し、周回軌
道３８に近づく。周回軌道３８は、２極磁石９、９'と
８、８'の中心を通る軌道である。周回の度に電子ビー
ムは、８'で収束し、９'で発散し、やがて中心を通る周
回軌道に近づくという仕組みである。このようなことが
可能なのは、２極磁石８（８'）と９（９'）の磁場は、
その中心で急速にゼロになるからである。実施例は、荷
電粒子入射蓄積装置を、磁石群１０'、９（９'）、８
（８'）のみで構成している。磁石群９（９'）、８
（８'）は、永久磁石を使用している。加速空洞３６
は、ダンピングを行うための加速空洞であり、加速空洞
３３と同じ周波数を持つ。ここではやはり１セルの空洞
を用いて約1MeVの加速を行っているが、マルチセルの空
洞を用いて数MeVの加速を行うならばダンピングは一層
急速に進む。もちろん加速した分だけを減速しなけれ
ば、電子ビームを繰り返し周回させることはできない。
本実施例では、アンジュレーター３９でコヒーレント放
射を発生してダンピングを行うとともに、減速用空洞３
７で減速を行わせている。トータルのエネルギー減衰量
と加速量は等しいように加速空洞、減速空洞、アンジュ
レータを調整している。加速空洞３６と減速用空洞３７
とアンジュレータ３９の位置は色々あり得るが、本実施
例では、加速空洞３６を電子ビーム軌道が、周回軌道に
対して最も傾いた位置に置いている。また減速空洞の位
置や、アンジュレータの位置で、電子ビームは平行ビー
ムになっているので減速してもビームの発散は起こらな
い。本実施例は、アンジュレーターからの放射を利用す
るとともに、ファブリペロー光共振器４０を設置して、
自由電子レーザー発振を行わせることも可能にしてい
る。既に述べたように、ダンピングを行う目的や放射を
利用する目的でターゲットを挿入して制動放射やトラン
ジション放射を発生しても良いし、直線部分にガスを充
填して、制動放射やチェレンコフ放射を発生しても良い
し、レーザーを電子の進行方向と逆向きに投入して電子
と衝突させて逆コンプトン散乱を起こさせても良い。タ
ーゲットを挿入するときには、ターゲットを減速空洞３
７の入り口に挿入するのが良い。ガスを挿入するには、
３９の位置に単管を置き、その両端をカプトンで封じ、
ガス導入バルブを取り付けてガスを封入するのが良い。
レーザーの投入は、光共振器４０を置くポートを利用す
る。減速用空洞３７の適当な位置は、荷電粒子入射蓄積
装置の詳細図である図１を参照して、磁石９（９'）と
８（８'）の間に置くのが良い。なぜなら、この位置で
電子ビームの水平方向運動量成分が最も小さくなるから
である。本実施例の荷電粒子入射蓄積装置は図１の基本
例に対して、２極磁石９（９'）と２極磁石８（８'）の
間に、減速空洞３７、アンジュレータ３９、２台の偏向
磁石３１が挟まった形になっている。本実施例は、全体
の大きさが３ｍｘ０．９ｍであり、磁石群全体を真空槽
に入れるという構造にしているが、真空槽は図示してい
ない。本実施例の別の利用法としては、ビーム入射後
に、偏向磁石３１の磁場を増強して、電子エネルギーを
上げて、偏向磁石３１から放射光を発生させることも可
能であるが、この場合、偏向磁石３１はもっと大型とな
る。
イクロトロン型加速器に適用し、加速と蓄積を同一加速
器で実施した例につき図３を参照して述べる。図３は、
通常のレーストラック型マイクロトロンの構成要素であ
る、一対の電磁石３１、電子銃３２、ウイグラー３４、
加速空洞３３で構成されている。この図では電子ビーム
を６回加速した後に、入射蓄積のための偏向磁石１０'
に導いている。加速空洞３３は、シングルセル構造にし
ているので、一回に約1MeVの加速をして、全体で6MeVに
している。高エネルギーが必要な場合は、マルチセル構
造にしても良い。偏向磁石１０'で曲げられたビーム
は、本発明の荷電粒子入射蓄積装置である２極磁石９'
に進入して逆方向に曲げられ、周回軌道３８と平行にな
って、減速空洞３７、アンジュレータ３９を通過して、
入射軌道３５を通る。一周の後に電子ビームは、２極磁
石８'で少し曲げられ、加速空洞３６を通過し、周回軌
道３８に近づく。周回軌道３８は、２極磁石９、９'と
８、８'の中心を通る軌道である。周回の度に電子ビー
ムは、８'で収束し、９'で発散し、やがて中心を通る周
回軌道に近づくという仕組みである。このようなことが
可能なのは、２極磁石８（８'）と９（９'）の磁場は、
その中心で急速にゼロになるからである。実施例は、荷
電粒子入射蓄積装置を、磁石群１０'、９（９'）、８
（８'）のみで構成している。磁石群９（９'）、８
（８'）は、永久磁石を使用している。加速空洞３６
は、ダンピングを行うための加速空洞であり、加速空洞
３３と同じ周波数を持つ。ここではやはり１セルの空洞
を用いて約1MeVの加速を行っているが、マルチセルの空
洞を用いて数MeVの加速を行うならばダンピングは一層
急速に進む。もちろん加速した分だけを減速しなけれ
ば、電子ビームを繰り返し周回させることはできない。
本実施例では、アンジュレーター３９でコヒーレント放
射を発生してダンピングを行うとともに、減速用空洞３
７で減速を行わせている。トータルのエネルギー減衰量
と加速量は等しいように加速空洞、減速空洞、アンジュ
レータを調整している。加速空洞３６と減速用空洞３７
とアンジュレータ３９の位置は色々あり得るが、本実施
例では、加速空洞３６を電子ビーム軌道が、周回軌道に
対して最も傾いた位置に置いている。また減速空洞の位
置や、アンジュレータの位置で、電子ビームは平行ビー
ムになっているので減速してもビームの発散は起こらな
い。本実施例は、アンジュレーターからの放射を利用す
るとともに、ファブリペロー光共振器４０を設置して、
自由電子レーザー発振を行わせることも可能にしてい
る。既に述べたように、ダンピングを行う目的や放射を
利用する目的でターゲットを挿入して制動放射やトラン
ジション放射を発生しても良いし、直線部分にガスを充
填して、制動放射やチェレンコフ放射を発生しても良い
し、レーザーを電子の進行方向と逆向きに投入して電子
と衝突させて逆コンプトン散乱を起こさせても良い。タ
ーゲットを挿入するときには、ターゲットを減速空洞３
７の入り口に挿入するのが良い。ガスを挿入するには、
３９の位置に単管を置き、その両端をカプトンで封じ、
ガス導入バルブを取り付けてガスを封入するのが良い。
レーザーの投入は、光共振器４０を置くポートを利用す
る。減速用空洞３７の適当な位置は、荷電粒子入射蓄積
装置の詳細図である図１を参照して、磁石９（９'）と
８（８'）の間に置くのが良い。なぜなら、この位置で
電子ビームの水平方向運動量成分が最も小さくなるから
である。本実施例の荷電粒子入射蓄積装置は図１の基本
例に対して、２極磁石９（９'）と２極磁石８（８'）の
間に、減速空洞３７、アンジュレータ３９、２台の偏向
磁石３１が挟まった形になっている。本実施例は、全体
の大きさが３ｍｘ０．９ｍであり、磁石群全体を真空槽
に入れるという構造にしているが、真空槽は図示してい
ない。本実施例の別の利用法としては、ビーム入射後
に、偏向磁石３１の磁場を増強して、電子エネルギーを
上げて、偏向磁石３１から放射光を発生させることも可
能であるが、この場合、偏向磁石３１はもっと大型とな
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明の荷電粒子入射蓄積法は、従来の
パルス磁場を使う方式に対して、非常に大きな特徴を持
つ。連続で入射できるため、電子は周回軌道上に連続に
分布する結果となる。最大蓄積電流値は空間電荷効果に
より制限されているが、従来法では、電子ビームはバン
チ状であり、バンチの数は、数１０であった。しかし、
本方式では、入射器のバンチ構造でそのまま周回するた
め、数１０から数１００倍のバンチが形成されて、最大
電流も数１０から数１００倍になる。同期をずらせば、
さらに大量のビームを蓄積できる。さらにはマイクロト
ロン型加速器に適用して、加速と蓄積機能を同時に有す
る蓄積リングを構成し、自由電子レーザーやＸ線発生装
置を高輝度化することができる。さらにはまた、マイク
ロトロン加速器で加速と蓄積を１台の装置で行わせるこ
とにより、きわめて小型の放射光装置や自由電子レーザ
ーやハードＸ線発生装置を提供する。
パルス磁場を使う方式に対して、非常に大きな特徴を持
つ。連続で入射できるため、電子は周回軌道上に連続に
分布する結果となる。最大蓄積電流値は空間電荷効果に
より制限されているが、従来法では、電子ビームはバン
チ状であり、バンチの数は、数１０であった。しかし、
本方式では、入射器のバンチ構造でそのまま周回するた
め、数１０から数１００倍のバンチが形成されて、最大
電流も数１０から数１００倍になる。同期をずらせば、
さらに大量のビームを蓄積できる。さらにはマイクロト
ロン型加速器に適用して、加速と蓄積機能を同時に有す
る蓄積リングを構成し、自由電子レーザーやＸ線発生装
置を高輝度化することができる。さらにはまた、マイク
ロトロン加速器で加速と蓄積を１台の装置で行わせるこ
とにより、きわめて小型の放射光装置や自由電子レーザ
ーやハードＸ線発生装置を提供する。
【図１】本発明に係わる荷電粒子入射装置の概念的な平
面図である。
面図である。
【図２】荷電粒子入射蓄積装置に用いる２極磁石９と９
‘の断面図である。
‘の断面図である。
【図３】本発明の荷電粒子入射蓄積装置をマイクロトロ
ンに適用し、加速と蓄積を同一加速器で実施した構成図
である。
ンに適用し、加速と蓄積を同一加速器で実施した構成図
である。
１．入射器からの入射軌道 ２．周回電子軌道 ３．周回電子軌道 ４．中心軌道からずれた電子軌道 ５．中心軌道からずれた電子軌道 ６．入射軌道 ７．周回軌道 ８．電磁石の概略平面図 ９．電磁石の概略平面図 １０．電磁石の概略平面図 １１．電磁石の概略平面図 ８'． 電磁石の概略平面図 ９' 電磁石の概略平面図 １０' 電磁石の概略平面図 １１' 電磁石の概略平面図 １２ 電磁石の概略平面図 ２１．電磁石９の断面構造 ２２．電磁石９'の断面構造 ２３．電磁石コイル ２４．磁力線の向きを示す ３１．マイクロトロン磁石 ３２．電子銃 ３３．マイクロトロン加速空洞 ３４．ウイグラー ３５．入射蓄積装置 ３６．高周波加速空洞 ３７．減速用高周波空洞 ３８．定常周回軌道 ３９．アンジュレーター ４０．光共振器
Claims (10)
- 【請求項１】周回加速器の周回軌道上に２極磁石と反対
の極性を有する２極磁石を対向して設置して周回軌道と
入射軌道をつくり、連続して荷電粒子を入射できるよう
にした荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項２】請求項１の荷電粒子入射蓄積装置からでた
荷電粒子が発散するのを防ぐために、極性の異なる１対
の２極磁石を設置して荷電粒子を収束させるようにした
ことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項３】請求項２の収束を行うために、４極磁石を
用いたことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項４】連続して荷電粒子を入射できるようにした
荷電粒子入射蓄積装置の荷電粒子周回軌道上にエネルギ
ー減衰装置と加速空洞を置いて、ビームのエミッタンス
を減少してビームを安定に周回するようにした荷電粒子
入射蓄積装置。 - 【請求項５】請求項４のエネルギー減衰装置としてアン
ジュレータまたはウイグラーを使用したことを特徴とす
る荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項６】請求項４のエネルギー減衰装置として制動
放射やトランジション放射あるいはチャネリング放射を
発生させる薄膜やワイヤー状のターゲットを使用したこ
とを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項７】請求項４のエネルギー減衰装置としてビー
ムダクトにガスを封入して制動放射やチェレンコフ放射
を発生させるようにしたことを特徴とする荷電粒子入射
蓄積装置。 - 【請求項８】請求項４のエネルギー減衰装置として空洞
を使用したことを特徴とする荷電粒子入射蓄積装置。 - 【請求項９】請求項４のエネルギー減衰装置として逆コ
ンプトン散乱を利用したことを特徴とする荷電粒子入射
蓄積装置。 - 【請求項１０】請求項１から請求項９の荷電粒子入射蓄
積装置のいずれかで使われる周回加速器にマイクロトロ
ンを使用して、加速と蓄積を同一装置で行うようにした
荷電粒子入射蓄積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25276899A JP2001076899A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 荷電粒子入射蓄積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25276899A JP2001076899A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 荷電粒子入射蓄積装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001076899A true JP2001076899A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17242036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25276899A Withdrawn JP2001076899A (ja) | 1999-09-07 | 1999-09-07 | 荷電粒子入射蓄積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001076899A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018533043A (ja) * | 2015-08-28 | 2018-11-08 | パウル・シェラー・インスティトゥート | Ｅｕｖ領域での測定用のコンパクトな光源 |
| CN109814148A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-28 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统 |
-
1999
- 1999-09-07 JP JP25276899A patent/JP2001076899A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018533043A (ja) * | 2015-08-28 | 2018-11-08 | パウル・シェラー・インスティトゥート | Ｅｕｖ領域での測定用のコンパクトな光源 |
| CN109814148A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-28 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统 |
| CN109814148B (zh) * | 2019-03-14 | 2023-02-03 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种探测器的高能准单能电子束地面标定系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Palmer | Prospects for high energy e+ e-linear colliders | |
| Hogan | Electron and positron beam–driven plasma acceleration | |
| US20120126727A1 (en) | Sub-Nanosecond Beam Pulse Radio Frequency Quadrupole (RFQ) Linear Accelerator System | |
| Merminga | Energy recovery linacs | |
| EP0426861B1 (en) | Method of cooling charged particle beam | |
| JP2001326100A (ja) | 直流電子ビーム加速装置およびその直流電子ビーム加速方法 | |
| Lindstrøm | Emittance growth and preservation in a plasma-based linear collider | |
| US4780682A (en) | Funnel for ion accelerators | |
| US7015661B2 (en) | Method and apparatus for accelerating charged particles | |
| JP2001076899A (ja) | 荷電粒子入射蓄積装置 | |
| Ferrario et al. | Recent advances and novel ideas for high brightness electron beam production based on photo-injectors | |
| Bryzgunov et al. | Efficiency improvement of an electron collector intended for electron cooling systems using a Wien filter | |
| Setiniyaz et al. | Pushing the capture limit of thermionic gun linacs | |
| Alexandrov et al. | JINR tau-charm factory design considerations | |
| Takeda | Japan Linear Collider (JLC) | |
| Bernard et al. | The TESLA test facility linac injector | |
| Zimmermann | Collider beam physics | |
| Brinkmann et al. | The machine project for ELFE@ DESY | |
| Alesini | Linear accelerators | |
| Boulton | Optimisation of energy and brightness transformer stages in a plasma Wakefield accelerator | |
| JP2001052896A (ja) | 粒子加速・蓄積装置 | |
| Corlett et al. | Feasibility study for a recirculating linac-based facility for femtosecond dynamics | |
| Billinge et al. | Design Concept for a 100 GeV e+-e-Storage Ring | |
| Raubenheimer | Ion effects in future circular and linear accelerators | |
| Takeda et al. | Electron Linac of Test Accelerator Facility for Linear Collider |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |