JP2001085199A - 荷電粒子用加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能を維持したまま、製作に要する手間や費
用を削減できる荷電粒子用加速装置を提供する。 【解決手段】 ビームを偏向させる磁界を発生するコイ
ル３と、該コイルにより偏向されてビーム軌道面１１上
を周回する前記ビームを加速する加速手段と、前記ビー
ム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向し、前記
ビームを収束する磁界を発生する磁性部材５と、該磁性
部材が固定されるヨーク９とを備える荷電粒子用加速装
置において、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第
１の磁性部５１と、前記ビーム軌道面から離れた第２の
磁性部５２とを有し、第１の磁性部は溶融凝固法により
製作されたものであり、第２の磁性部は第１の磁性部と
は異なる方法により製作されたものである。また、第１
の磁性部は第２の磁性部より透磁率が高いものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子用加速装
置に関し、特に、ビームを収束する磁界を発生する磁性
部材の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の荷電粒子用加速装置(サイクロト
ロン)として、ＭＳＵ（ミシガン州立大学）の例が知ら
れている。図１０は、文献（「Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｆｏ
ｒ ａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｔｙｐ
ｅ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＮＧ ＣＹＣＬＯＴＲ
ＯＮ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃａｎｃｅｒ Ｔｈ
ｅｒａｐｙ」１９９３年２月、ミシガン州立大学の国立
超伝導サイクロトロン研究所刊行、ｐ２）に示された従
来のサイクロトロンの一部を分解して示す鳥瞰図であ
る。このサイクトロンは、電磁石内のビーム軌道面上で
荷電粒子を加速し、加速後の荷電粒子を電磁石の外に取
り出し、この荷電粒子を種々の用途(ターゲットに当て
て放射性同位元素を作る、陽子線治療など）に使用する
ものである。

【０００３】図１０において、１はサイクロトロン、３
は超電導コイル、５は磁性部材、７は加速空洞、９はヨ
ーク、１１はビーム（荷電粒子）軌道面、１２は超電導
コイル３の軸であり、Ｚ軸である。なお、コイル３の軸
１２をＺ軸とした場合、サイクロトロンのＺ軸に直交す
る面すなわちＺ軸対称面がビーム軌道面１１であり、ビ
ーム軌道面１１上にＸ軸及びＹ軸がある。磁性部材５は
ビーム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向配置
されており、図１１に示すように、各磁性部材５は符号
１４で示す円周方向に４個に分割されてコイル３の軸１
２の周りにリング状に配置されている。超伝導コイル３
の直径は約３ｍである。

【０００４】次に動作について説明する。超電導コイル
３で荷電粒子を偏向させる磁界を発生させる。このコイ
ルは１対のソレノイドコイルである。サイクロトロン１
の内部は常温空間であり、この空間にヨーク９に取り付
けた磁性部材５が存在する。磁性部材５は主に荷電粒子
を収束する磁界を発生する。上記空間には、荷電粒子を
加速する加速空洞７も挿入されている。初期の荷電粒子
はサイクロトロン中心部（Ｚ軸近傍かつビーム軌道面近
傍）で形成され、ビーム軌道面１１上を周回中に加速空
洞７で加速され半径が大きくなる。荷電粒子は、所定の
エネルギーに達するとサイクロトロン外部に取り出す。
ヨーク９は磁性部材５を支持・固定すると同時に、超電
導コイル３が発生する磁界が外部へ漏れるのを遮蔽す
る。図１０はサイクロトロンのＺ軸方向上側のヨーク９
を上側に分解した様子を示している。

【０００５】図１２は図１０のサイクロトロンの要部の
断面図を示す。図において、Ｒは径方向を示している。
図では磁性部材５の断面を示しており、加速空洞７は示
していない。磁性部材５はＺ方向に数十ｃｍの厚みがあ
り、材料として高透磁率の純鉄を使用する場合が多い。
磁性部材５は一般にビーム軌道面１１からＺ軸１２方向
に２ｃｍ〜３ｃｍ程度しか離れておらず（ギャップ１３
は４ｃｍ〜６ｃｍ）、しかも超電導コイル３が高磁界を
発生するため、磁性部材５は飽和しており、超電導コイ
ル３の磁界に加えて、ほぼ２Ｔの大きな磁界をビーム軌
道面１１上に発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子用加速
装置は以上のように構成されており、１周に亘り４個
（ビーム軌道面１１を挟んで全合計８個）の磁性部材５
をＺ軸１２に関し回転対称に配置している。このため、
円周方向１４に対し４回凹凸で変化する磁界を発生す
る。即ち、ほぼｃｏｓ４θで変化する磁界を発生する。
ここで、θは図１０のビーム軌道面１１におけるＸ軸か
らの角度である。ところで、この磁性部材５の設置位置
等に誤差があると上記ｃｏｓ４θで変化する磁界以外に
ｃｏｓθで変化する磁界成分が発生する。この磁界成分
があると、荷電粒子の共鳴と呼ばれる現象が生じ、荷電
粒子が広がり、荷電粒子はビームチェンバー等に当たっ
て失われてしまう。

【０００７】したがって、この磁性部材５には、工作
精度が高いこと、ヨーク９に対して高精度に取り付け
られること、および磁気モーメントの大きさが一定で
あること（透磁率が一定であること）が必要である。特
に、磁性部材５が４個付いている例では、Ｚ軸１２に対
し、厳密に４回対称で磁性部材５を製作・配置する必要
がある。この対称性がずれると上記ｃｏｓθで変化する
磁界が発生する原因になる。同様に、上下各４個（上下
合わせて８個）の磁性部材５の透磁率も同じにする必要
がある。

【０００８】ところで、加工歪みがあると透磁率が低下
すると言われている。切削加工等で製作した磁性部材５
には大きな加工歪みが発生し、この歪みの大きさは各磁
性部材５毎に異なると考えらる。このため、各磁性部材
５には透磁率に差が生じ、上記ｃｏｓθで変化する磁界
の発生原因になる。

【０００９】磁性部材５の製作方法の一つに、磁性体を
溶融後凝固させて製作する方法、例えば鋳造法で製作す
る方法が知られている。この製法では、磁性部材５を加
工する必要が少なく、加工歪みを低減できるため、磁性
体の透磁率が一定で、４個の磁性部材５の個体差も小さ
くなる利点がある。但し、厚さ数十ｃｍ、半径１００ｃ
ｍもの磁性部材５全体を高精度に鋳造で製作するには、
手間と膨大な費用を要していた。

【００１０】更に、鋳造法ではなく、鍛造、切削加工等
で磁性部材５を製作する場合にも、従来は磁性部材５全
体を高精度に加工する必要があり、やはり手間と膨大な
費用を要していた。

【００１１】更に、高い透磁率を得るため、磁性部材５
全体を純鉄で構成している場合が多く、純鉄は価格も高
価なため、磁性部材５の製作費が高くなるという問題点
があった。

【００１２】図１２において、磁界の対称性に影響を与
える最も重要な要因は４対の磁性部材５のＺ軸１２方向
のギャップ１３の差である。各磁性部材５間でギャップ
１３がばらつくと円周方向１４にｃｏｓθに比例する大
きな磁界が発生する。片側４個（ビーム軌道面１１上下
で８個）の磁性部材５のギャップ１３を同じにするに
は、従来の製作法では位置精度が確保できず、実測に基
づいて磁性部材５とヨーク９間にスペーサを挟み込む等
の位置調整が必要である。しかしながら、１個の磁性部
材５の重量は通常１トン程度であることを考慮に入れる
と、この位置調整に大変な手間を要していた。

【００１３】以上述べてきたように、磁性部材５の製作
は、重量も大きくかつ手間を要すため、高価になるとい
う欠点があった。このため、荷電粒子用加速装置の製作
費が高くつく原因の一つになっていた。

【００１４】本発明は、上記のような従来のものの問題
点を解決するためになされたものであり、性能を維持し
たまま、製作に要する手間や費用を削減できる荷電粒子
用加速装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る荷電粒子用加速装置は、ビームを偏向させる磁界を発
生するコイルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道
面上を周回する前記ビームを加速する加速手段と、前記
ビーム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向し、
前記ビームを収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁
性部材が固定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装
置において、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第
１の磁性部と、前記ビーム軌道面から離れた第２の磁性
部とを有し、第１の磁性部は溶融凝固法により製作され
たものであり、第２の磁性部は第１の磁性部とは異なる
方法により製作されたものである。

【００１６】本発明の第２の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、ビームを偏向させる磁界を発生するコイルと、
該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回する前
記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道面を挟
んで所定のギャップを有して対向し、前記ビームを収束
する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固定され
るヨークとを備える荷電粒子用加速装置において、前記
磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性部と、前
記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有し、第１
の磁性部は第２の磁性部より透磁率が高いものである。

【００１７】本発明の第３の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、ビームを偏向させる磁界を発生するコイルと、
該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回する前
記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道面を挟
んで所定のギャップを有して対向し、前記ビームを収束
する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固定され
るヨークとを備える荷電粒子用加速装置において、前記
磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性部と、前
記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有し、第１
の磁性部は第２の磁性部より加工精度が良いものであ
る。

【００１８】本発明の第４の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、ビームを偏向させる磁界を発生するコイルと、
該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回する前
記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道面を挟
んで所定のギャップを有して対向し、前記ビームを収束
する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固定され
るヨークとを備える荷電粒子用加速装置において、前記
磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性部と、前
記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有し、第１
の磁性部は第２の磁性部に位置調整可能に固定されてい
るものである。

【００１９】本発明の第５の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、前記第１ないし４の何れかの構成において、第
１の磁性部はビーム軌道面に近くしかも外周側に位置し
ているものである。

【００２０】本発明の第６の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、前記第１ないし５の何れかの構成において、磁
性部材が円周方向に複数個に分割されてコイルの軸の周
りにリング状に配置されているものである。

【００２１】本発明の第７の構成に係る荷電粒子用加速
装置は、前記第６の構成において、第１の磁性部に補助
コイルを備えたものである。

【００２２】本発明の第１の方法に係る荷電粒子用加速
装置の製造方法は、入射されたビームを偏向させる磁界
を発生するコイルと、該コイルにより偏向されてビーム
軌道面上を周回する前記ビームを加速する加速手段と、
前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向
し、前記ビームを収束する磁界を発生する磁性部材と、
該磁性部材が固定されるヨークとを備える荷電粒子用加
速装置の製造方法において、前記磁性部材の全体を粗加
工した後、前記磁性部材の前記ビーム軌道面に近い部分
をさらに高精度に加工するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１および図２は
本発明の実施の形態１による荷電粒子用加速装置である
サイクロトロンを説明するための図であり、具体的に
は、図１は要部の構成を示す断面図、図２は磁性部材の
１つを拡大して示す斜視図である。他の構成は例えば図
１０で示した従来のものと同様である。なお、図１では
磁性部材５の断面を示しており、加速空洞７は示してい
ない。図において、３は超電導コイル、５は磁性部材で
あり、本実施の形態では、磁性部材５は円周方向１４に
４個に分割されてコイル３の軸１２の周りにリング状に
配置されている。９はヨーク、１１はビーム軌道面、１
２はコイルの軸（Ｚ軸）、１４は円周方向を示す矢印で
ある。５１はビーム軌道面１１に近い第１の磁性部、５
２はビーム軌道面１１から離れた第２の磁性部である。
本実施の形態では、第１の磁性部５１と第２の磁性部５
２は共に例えば純鉄で形成されており、第１の磁性部５
１は溶融凝固法（例えば鋳造法）により製作され、第２
の磁性部５２は溶融凝固方以外の切削法、鍛造法等の方
法で製作されている。

【００２４】磁性部材５の磁気モーメントがビーム軌道
面上１１に作る磁界は、ビーム軌道面１１に近い側の磁
性部材５の磁気モーメントが発生する磁界の寄与が最も
大きく、ビーム軌道面１１から遠ざかるにつれて弱くな
る。磁性部材５の厚みはＺ方向に数十ｃｍあるため、ビ
ーム軌道面１１からＺ軸１２方向に離れた位置にある磁
性部材５の磁気モーメントが発生する磁界の、ビーム軌
道面１１への寄与は小さい。したがって、ビーム軌道面
１１からＺ軸１２方向に遠い磁性部材５には工作精度、
透磁率等に差が生じてもビーム軌道面上１１に作る磁界
への影響は少ない。そこで、本実施の形態では、磁性部
材５をビーム軌道面１１に近い第１の磁性部５１とビー
ム軌道面１１から離れた第２の磁性部５２とに２分割
し、ビーム軌道面１１から近い第１の磁性部５１として
は鋳造法で製作した磁性部材を用いて透磁率の個体差を
低減し、ビーム軌道面１１から離れた第２の磁性部５２
としては加工歪みは多いが安価に製作できる切削法や鍛
造法等で製作した磁性部材を用いた。これにより、荷電
粒子用加速装置の性能を低下させることなく高価な鋳造
部の体積を大幅に減少させることが可能となり、しかも
体積が減少するので鋳造がより容易になり、磁性部材５
の製作コストを低減することができる。

【００２５】なお、上記実施の形態では、片側４個で合
計８個の磁性部材５を用いた場合について説明したが、
これに限るものではなく、例えば、片側３個の磁性部材
５を配置したサイクロトロンも一般に使用される。この
場合にもｃｏｓθの磁界が荷電粒子の損失に繋がるの
で、上記実施の形態１と同様に構成することにより同様
の効果が得られる。また、磁性部材５を円周方向に分割
しないで用いる場合もあり、この場合にもビーム軌道面
１１から近い第１の磁性部５１としては鋳造法で製作し
た磁性部材を用いて透磁率の円周方向１４のばらつきを
低減し、ビーム軌道面１１から離れた第２の磁性部５２
としては加工歪みは多いが安価に製作できる切削法や鍛
造法等で製作した磁性部材を用ることにより、上記実施
の形態１と同様の効果が得られる。なお、円周方向に分
割されない場合、荷電粒子の収束力は、円周方向に分割
したものに比べて弱くなる。また、コイル３は超電導コ
イルであったが常電導コイルであってもよい。これら
は、以下の各実施の形態では特に断らないが同様であ
る。

【００２６】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２による荷電粒子用加速装置を説明するための図であ
り、具体的には、磁性部材の１つを示す斜視図である。
本実施の形態では、図３に示すように、ビーム軌道面１
１に近い側の磁性部５１をさらに外周側に位置する磁性
部５３と内周側に位置する磁性部５４とに分割し、ビー
ム軌道面１１に近くしかも外周側に位置する磁性部５３
を第１の磁性部として溶融凝固法（例えば鋳造法）によ
り製作し、残りの磁性部５２と５４を第２の磁性部とし
て溶融凝固法とは異なる切削法や鍛造法等の方法で製作
した。なお、第１の磁性部５３と第２の磁性部５２、５
４は共に例えば純鉄で形成した。ビーム軌道面１１に近
い位置でも特に磁界精度の要求が厳しい領域は、半径が
大きな荷電粒子の取り出し付近すなわち図３で示した第
１の磁性部５３の辺りであり、この部分５３のみを溶融
凝固法で製作してもよく、この場合、溶融凝固法で製作
する部分が実施の形態１に比べてより小さくなり、より
製作が容易になる。

【００２７】実施の形態３．次に本発明の実施の形態３
による荷電粒子用加速装置について説明する。本実施の
形態では、図２で示した第１の磁性部５１を第２の磁性
部５２より透磁率の高い磁性体で形成した。従来技術の
説明で、磁性部材５は高い透磁率を得るため、純鉄で構
成する場合が多いと述べた。また、実施の形態１で、ビ
ーム軌道面１１の磁界は、ビーム軌道面１１に近い磁性
部材５の寄与が大きく、ビーム軌道面１１からＺ軸方向
に離れた磁性部材５の寄与は小さいことを説明した。し
たがって、本実施の形態のように、ビーム軌道面１１に
近い第１の磁性部５１のみを高価であるが高透磁率かつ
飽和磁化の大きい磁性材料である例えば純鉄で形成し、
ビーム軌道面１１からＺ軸１２方向に離れた第２の磁性
部５２は安価であるが純鉄より透磁率が低く飽和磁界が
小さいＳＳ４１（ＪＩＳ規格）等の磁性材料で構成すれ
ば、磁性部材５全体を純鉄で形成する場合に比べて安価
に製作できる。数値計算では、純鉄の量が磁性部材５全
体の１／３〜１／４程度以上であれば、全体が純鉄の場
合の磁界と大差なくなる。

【００２８】なお、図３で示した実施の形態２と同様
に、磁性部材５をビーム軌道面１１に近くしかも外周側
に位置する第１の磁性部５３と、残りの第２の磁性部５
２、５４とに分割し、第１の磁性部５３のみを純鉄で構
成してもよい。

【００２９】実施の形態４．図４および図５は本発明の
実施の形態４による荷電粒子用加速装置を説明するため
の図であり、具体的には、図４は実施の形態４に係る磁
性部材の１つを示す斜視図、図５は製造途中の磁性部材
の１つを示す斜視図である。本実施の形態においては、
第１の磁性部５１と第２の磁性部５２は共に例えば純鉄
で形成されており、第１の磁性部５１を第２の磁性部５
２より加工精度良く形成した。磁性部材５のうちビーム
軌道面１１に近い部分が作る磁界の寄与が大きいため、
Ｚ軸１２方向に沿ってビーム軌道面１１に近い磁性部材
すなわち第１の磁性部５１を高精度に加工すればよく、
ビーム軌道面１１から遠い側の第２の磁性部５２の加工
精度は悪くてもビーム軌道面１１の磁界分布にはほとん
ど影響しない。したがって、本実施の形態におけるよう
に、第１の磁性部５１を第２の磁性部５２より加工精度
良く形成することにより、高精度加工が必要な磁性部材
の面積が小さくなり、加工時間を短縮でき、しかも加工
費が安くなる。

【００３０】なお、ここで言う加工精度とは加工面の荒
さおよび寸法精度の両方であり、例えばビーム軌道面１
１に面する磁性部材５の面が荒く凹凸があると均一な磁
界が得られず、また、寸法精度が悪く例えばビーム軌道
面１１からの距離や対向する磁性部材５との間の距離が
場所によって異なる場合には所望の磁界分布が得られな
い。

【００３１】製造方法は、まず図５に示すように、磁性
部材５全体を粗加工した後、図４に示すように第１の磁
性部５１のみを高精度で加工すれば、容易に効率良く加
工することが可能である。

【００３２】なお、図３で示した実施の形態２と同様
に、磁性部材５をビーム軌道面１１に近くしかも外周側
に位置する第１の磁性部５３と、残りの第２の磁性部５
２、５４とに分割し、第１の磁性部５３に第２の磁性部
５２、５４より高精度に加工されたものを用いてもよ
い。

【００３３】実施の形態５．図６は本発明の実施の形態
５による荷電粒子用加速装置を説明するための図であ
り、具体的には磁性部材の構成を示す断面図である。図
において、３１は第１の磁性部５１を第２の磁性部５２
に固定する手段であり例えばボルト等が用いられる。３
３は第２の磁性部５２に対する第１の磁性部５１の傾き
を調整するためのスペーサである。磁性部材５はビーム
軌道面１１または対向する磁性部材５との距離が一定に
なるように調整する必要がある。また、磁性部材５のう
ちビーム軌道面１１に近い部分が作る磁界の寄与が大き
いのは前述したとおりである。したがって、第１の磁性
部５２を固定した後（ヨーク９等に取り付けた後）、第
１の磁性部５１を、スペーサ３３を用いてその傾きを調
整しながらボルト３１により最適な位置に固定すること
により、ビーム軌道面１１または対向する磁性部材５と
の距離を調整すれば、重量の大きな磁性部材５全体の位
置調整をすることなく、体積が小さくかつ軽量な第１の
磁性部５１のみの調整を行えばよいので、調整作業が容
易でかつ所望の磁界分布を得ることが可能となる。な
お、ボルト３１は第１の磁性部５１を貫通しているが、
Ｚ軸１２に関して４回対称に配置すれば問題ない。

【００３４】以上は、Ｚ軸１２方向の位置調整について
述べたが、Ｚ軸１２方向の位置調整に加えて、第１の磁
性部５１をＺ軸１２に直交する平面上でＺ軸１２に対称
に配置するとより好ましい。図７は本発明の実施の形態
５による荷電粒子用加速装置を説明するための図であ
り、具体的には４個の第１の磁性部５１を高精度でＺ軸
１２に関し４回対称に配置するための取付金具を示す斜
視図である。図において、３５は取付金具である。３６
は第１の磁性部５１を図中破線で示すように４回対称に
取付金具３５に固定するためのねじ孔であり、図示しな
いが第１の磁性部５１の所定の位置にもこれらのねじ孔
３６と対応するねじ孔が設けられている。３７はねじ孔
３６よりも径の大きな孔である。

【００３５】第１の磁性部５１を第２の磁性部５２へ固
定するには、まず、ねじ孔３６を用いて４個の第１の磁
性部５１を取付金具３５に４回対称に固定する。次に、
この状態で、第１の磁性部５１を予めヨーク９に取り付
けた第２の磁性部５２の上に取付金具３５の４回対称の
軸とコイルの中心軸（Ｚ軸）１２とを一致させて配置す
る。次に、この状態で取付金具３５の孔３７からこの孔
３７の径よりも十分小さな径を有するねじを第１の磁性
部５１を貫通して第２の磁性部５２に届くようにねじ込
むことによりに、第１の磁性部５１を第２の磁性部５２
に固定する。その後、ねじ孔３６のねじを外して取付金
具３５を取り除けば、高精度で４回対称に第１の磁性部
５１を第２の磁性部５２に取り付けることができる。な
お、第１の磁性部５１を貫通して第２の磁性部５２に届
くようにねじをねじ込んで第１の磁性部５１を第２の磁
性部５２に固定する時に、第１の磁性部５１と第２の磁
性部５２の間にスペーサ３３を挟んでＺ軸１２方向の位
置調整も同時に行ってもよい。

【００３６】実施の形態６．図８および図９は本発明の
実施の形態６による荷電粒子用加速装置を説明するため
の図であり、具体的には図８は磁性部材の構成を示す斜
視図、図９は図８の磁性部材の断面図である。なお、図
２〜図５はＸ軸より下側にある磁性部材の１つを示して
いたが、図８はＸ軸より上側にある磁性部材の１つを示
している。図において、１５は第１の磁性部５１のＲ方
向に沿った磁場分布を補正するための補正コイルであ
る。本実施の形態では、上記各実施の形態１〜５のうち
の何れかの構成において、第１の磁性部５１に補正コイ
ル１５を備えたものであり、補正コイル１５を備えるこ
とにより、上記各実施の形態の効果に加えて、第１の磁
性部５１のＲ方向に沿った磁場分布を補正することがで
きるので、より性能の向上した荷電粒子用加速装置が得
られる。なお、図３に示したように、磁性部材５をビー
ム軌道面１１に近くしかも外周側に位置する第１の磁性
部５３と、残りの第２の磁性部５２、５４とに分割した
場合には、補正コイル１５は第１の磁性部５３と第２の
磁性部の一部５４とに設けるとよい。

【００３７】なお、補正コイル１５を挿入するために、
元々磁性部材５がＺ軸１２方向に沿って分割されている
サイクロトロンでは、新たに磁性部材５を第１の磁性部
５１と第２の磁性部５２とに分割する必要がなく、磁性
部材５に上記実施の形態１〜５のうちの何れかの構成を
導入すれば、より磁性部材の製作が安価になる。

【００３８】実施の形態７．なお、上記各実施の形態の
うち、複数の実施の形態の構成を同時に採用してもよ
く、その場合はより安価でかつ性能の低下の少ない荷電
粒子用加速装置を提供することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の第１の構成によれば、ビームを
偏向させる磁界を発生するコイルと、該コイルにより偏
向されてビーム軌道面上を周回する前記ビームを加速す
る加速手段と、前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャッ
プを有して対向し、前記ビームを収束する磁界を発生す
る磁性部材と、該磁性部材が固定されるヨークとを備え
る荷電粒子用加速装置において、前記磁性部材は前記ビ
ーム軌道面に近い第１の磁性部と、前記ビーム軌道面か
ら離れた第２の磁性部とを有し、第１の磁性部は溶融凝
固法により製作されたものであり、第２の磁性部は第１
の磁性部とは異なる方法により製作されたものであるの
で、性能を維持したまま、製作に要する手間や費用を削
減できる荷電粒子用加速装置を提供することができる。

【００４０】本発明の第２の構成によれば、ビームを偏
向させる磁界を発生するコイルと、該コイルにより偏向
されてビーム軌道面上を周回する前記ビームを加速する
加速手段と、前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャップ
を有して対向し、前記ビームを収束する磁界を発生する
磁性部材と、該磁性部材が固定されるヨークとを備える
荷電粒子用加速装置において、前記磁性部材は前記ビー
ム軌道面に近い第１の磁性部と、前記ビーム軌道面から
離れた第２の磁性部とを有し、第１の磁性部は第２の磁
性部より透磁率が高いものであるので、性能を維持した
まま、製作に要する手間や費用を削減できる荷電粒子用
加速装置を提供することができる。

【００４１】本発明の第３の構成によれば、ビームを偏
向させる磁界を発生するコイルと、該コイルにより偏向
されてビーム軌道面上を周回する前記ビームを加速する
加速手段と、前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャップ
を有して対向し、前記ビームを収束する磁界を発生する
磁性部材と、該磁性部材が固定されるヨークとを備える
荷電粒子用加速装置において、前記磁性部材は前記ビー
ム軌道面に近い第１の磁性部と、前記ビーム軌道面から
離れた第２の磁性部とを有し、第１の磁性部は第２の磁
性部より加工精度が良いものであるので、性能を維持し
たまま、製作に要する手間や費用を削減できる荷電粒子
用加速装置を提供することができる。

【００４２】本発明の第４の構成によれば、ビームを偏
向させる磁界を発生するコイルと、該コイルにより偏向
されてビーム軌道面上を周回する前記ビームを加速する
加速手段と、前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャップ
を有して対向し、前記ビームを収束する磁界を発生する
磁性部材と、該磁性部材が固定されるヨークとを備える
荷電粒子用加速装置において、前記磁性部材は前記ビー
ム軌道面に近い第１の磁性部と、前記ビーム軌道面から
離れた第２の磁性部とを有し、第１の磁性部は第２の磁
性部に位置調整可能に固定されているので、性能を維持
したまま、製作に要する手間や費用を削減できる荷電粒
子用加速装置を提供することができる。

【００４３】本発明の第５の構成によれば、前記第１な
いし４の何れかの構成において、第１の磁性部はビーム
軌道面に近くしかも外周側に位置しているので、性能を
維持したまま、製作に要する手間や費用をより削減でき
る荷電粒子用加速装置を提供することができる。

【００４４】本発明の第６の構成によれば、前記第１な
いし５の何れかの構成において、磁性部材が円周方向に
複数個に分割されてコイルの軸の周りにリング状に配置
されているので、分割されていない場合に比べてより強
い荷電粒子収束力を得ることができる。

【００４５】本発明の第７の構成によれば、前記第６の
構成において、第１の磁性部に補助コイルを備えたの
で、第１の磁性部のＲ方向に沿った磁場分布を補正する
ことができ、より性能の向上した荷電粒子用加速装置が
得られる。

【００４６】本発明の第１の方法に係る荷電粒子用加速
装置の製造方法は、入射されたビームを偏向させる磁界
を発生するコイルと、該コイルにより偏向されてビーム
軌道面上を周回する前記ビームを加速する加速手段と、
前記ビーム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向
し、前記ビームを収束する磁界を発生する磁性部材と、
該磁性部材が固定されるヨークとを備える荷電粒子用加
速装置の製造方法において、前記磁性部材の全体を粗加
工した後、前記磁性部材の前記ビーム軌道面に近い部分
をさらに高精度に加工するので、性能を維持したまま、
製作に要する手間や費用を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図３】 本発明の実施の形態２による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図４】 本発明の実施の形態４による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図５】 本発明の実施の形態４による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図６】 本発明の実施の形態５による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図７】 本発明の実施の形態５による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図８】 本発明の実施の形態６による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図９】 本発明の実施の形態６による荷電粒子用加速
器を説明する図である。

【図１０】 従来のサイクロトロンの全体的な構成を示
す鳥瞰図である。

【図１１】 図１０の磁性部材の配置を示す平面図であ
る。

【図１２】 図１０で示した従来のサイクロトロンの要
部の構成を示す断面図である。ある。

【符号の説明】

１ 荷電粒子用加速装置、３ コイル、５ 磁性部材、
５１，５３ 第１の磁性部、５２，５４ 第２の磁性
部、７ 加速空洞、９ ヨーク、１１ ビーム軌道面、
１２ Ｚ軸、１３ ギャップ、１４ 円周方向を示す矢
印、１５ 補正コイル、３１ ボルト、３３ スペー
サ、３５ 取付金具、３６ ねじ孔、３７ 貫通孔。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビームを偏向させる磁界を発生するコイ
   ルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回
   する前記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道
   面を挟んで所定のギャップを有して対向し、前記ビーム
   を収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固
   定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装置におい
   て、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性
   部と、前記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有
   し、第１の磁性部は溶融凝固法により製作されたもので
   あり、第２の磁性部は第１の磁性部とは異なる方法によ
   り製作されたものであることを特徴とする荷電粒子用加
   速装置。
2. 【請求項２】 ビームを偏向させる磁界を発生するコイ
   ルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回
   する前記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道
   面を挟んで所定のギャップを有して対向し、前記ビーム
   を収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固
   定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装置におい
   て、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性
   部と、前記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有
   し、第１の磁性部は第２の磁性部より透磁率が高いこと
   を特徴とする荷電粒子用加速装置。
3. 【請求項３】 ビームを偏向させる磁界を発生するコイ
   ルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回
   する前記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道
   面を挟んで所定のギャップを有して対向し、前記ビーム
   を収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固
   定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装置におい
   て、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性
   部と、前記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有
   し、第１の磁性部は第２の磁性部より加工精度が良いこ
   とを特徴とする荷電粒子用加速装置。
4. 【請求項４】 ビームを偏向させる磁界を発生するコイ
   ルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道面上を周回
   する前記ビームを加速する加速手段と、前記ビーム軌道
   面を挟んで所定のギャップを有して対向し、前記ビーム
   を収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁性部材が固
   定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装置におい
   て、前記磁性部材は前記ビーム軌道面に近い第１の磁性
   部と、前記ビーム軌道面から離れた第２の磁性部とを有
   し、第１の磁性部は第２の磁性部に位置調整可能に固定
   されていることを特徴とする荷電粒子用加速装置。
5. 【請求項５】 第１の磁性部はビーム軌道面に近くしか
   も外周側に位置していることを特徴とする請求項１ない
   し４の何れかに記載の荷電粒子用加速装置。
6. 【請求項６】 磁性部材が円周方向に複数個に分割され
   てコイルの軸の周りにリング状に配置されていることを
   特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の荷電粒子
   用加速装置。
7. 【請求項７】 第１の磁性部に補助コイルを備えたこと
   を特徴とする請求項６記載の荷電粒子用加速装置。
8. 【請求項８】 入射されたビームを偏向させる磁界を発
   生するコイルと、該コイルにより偏向されてビーム軌道
   面上を周回する前記ビームを加速する加速手段と、前記
   ビーム軌道面を挟んで所定のギャップを有して対向し、
   前記ビームを収束する磁界を発生する磁性部材と、該磁
   性部材が固定されるヨークとを備える荷電粒子用加速装
   置の製造方法において、前記磁性部材の全体を粗加工し
   た後、前記磁性部材の前記ビーム軌道面に近い部分をさ
   らに高精度に加工することを特徴とする荷電粒子用加速
   装置の製造方法。