JP2002093600A

JP2002093600A - 荷電粒子加速装置

Info

Publication number: JP2002093600A
Application number: JP2000363793A
Authority: JP
Inventors: Sadao Miura; 禎雄三浦; Akito Takahashi; 章人高橋; Noritada Habara; 教忠羽原; Yuuichirou Shinnou; 祐一朗神納; Naoki Hisanaga; 直樹久永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-03-29
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: JP3457941B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プリバンチャの偏平化を容易に達成せしめる
事が出来、結果としてビーム加速電圧を低くし且つ加速
管の小型化も可能ならしめる事が出来る発明の提供。【解決手段】電子銃とバンチャとの間に、若しくは電
子銃と、レギュラー部の加速管を構成する加速空洞との
間に、単空洞型のプリバンチャを一体的に介装するとと
もに、前記プリバンチャに供給される高周波電界と前記
加速空洞側に供給される高周波電界を夫々別系統で供給
するように構成したことを特徴とする荷電粒子加速装置
であって、特に前記プリバンチャブロック外径を該ブロ
ックに直列に連接するバンチャブロック及び加速空洞ブ
ロック外径より大なる円板状に形成するとともに、該円
板状プリバンチャブロックの背面側に、高周波給電用コ
ネクタをビーム軸線方向と並行に連結させるとともに、
前記プリバンチャの加速モードがＴＭ０２であり、加速
空洞側の加速モードがＴＭ０１に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子核物理学の研
究、医療や電子滅菌装置用のみならず、画像処理用等の
様々な分野への応用が期待される小型の荷電粒子加速装
置に係り、例えば荷電粒子ビームの通過方向に沿って複
数個連続して直列配置した加速空洞と、該隣接する加速
空洞の側壁間を結合穴を介して連通させた結合空洞とを
有するいわゆるＳＩＤＥＣＯＵＰＬＥＳＴＲＵＣＴ
ＵＲＥ構造の加速管(以下ＳＣＳ型加速管という)を用い
た荷電粒子加速装置に好適に適用されるものであるが、
これ以外にＡＰＳ（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＰｅｒｉ
ｏｄｉｃＳｔｒｕｃｔｕｒｅ) 型加速管(変形ＡＰＳ
加速管も含む)を用いた荷電粒子加速装置、ＡＣＳ(Ａｎ
ｎｕａｌａｒＣｏｕｐｌｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅ)
型加速管を用いた荷電粒子加速装置ＤＡＷ(Ｄｉｓｋ
ＡｎｄＷａｓｈｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ)型加速管
を用いた荷電粒子加速装置にも好適に適用されるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、荷電粒子ビームの通過方向に
沿って複数個連続して直列配置した加速空洞と、該隣接
する加速空洞の側壁間を結合穴を介して連通させた結合
空洞とを接合してなるいわゆるＳＣＳ型加速管は公知で
ある。

【０００３】ＳＣＳ型加速管の１例を図４の公知部分を
中心に説明する。導波管１に導入された高周波は加速空
胴２内に電磁場を励起する。さらに、高周波は加速空胴
２内の側面にあけられた結合穴４より結合空胴３を通過
して隣接の加速空胴２へ同様の電磁場を励起する。こう
して高周波は加速空胴２に連なる空胴２、３へ次々に伝
磁場を励起していく。一方電子は、不図示の電子銃より
放出されてビームホール５を通過して、加速空胴２に励
起された電磁場により加速される。このようなＳＣＳ型
加速管構造は、加速効率は良いのでよく使用されてい
る。

【０００４】かかる電子線加速器において、短パルス電
子ビームを得るために、電子銃と前記ＳＣＳ型加速管と
の間に、この電子銃から発せられる電子ビームを入射し
てそのビーム密度の変調を行うとともに、該電子ビーム
の加速を行うためのバンチャー部を介装した技術が特開
平６−７６９９１号に提案されており、更に前記バンチ
ャー部の前段にプリバンチャを設けることにより、電子
銃カソードから放射される電子ビームのパルス幅を圧縮
して、バンチャーによる電子ビームの集群功率を向上さ
せる試みもなされている。(特開平７-２６３１９７)
尚、プリバンチャは、供給される高周波電力から発生す
る高周波電界により電子を加速、減速する単一の加速空
洞である。

【０００５】そしてこのようなプリバンチャは、前記特
開平７-２６３１９７や特開平５-２１７６９５に示すよ
うに、電子銃と加速管との間に夫々筒部を介して別体と
して介装されている。

【０００６】更に特許３０１０１６９号において、図７
に示すように、バンチャと付加陽極との間にプリバンチ
ャを介装して一体化した技術が開示されている。かかる
技術は、高電界小形定在波線形加速器において陰極１０
２と付加陽極１１２間に直流電圧を印加して電子を励起
する手段と、電子銃１０１と第１加速空洞１６の間に軸
対称に配置するリエントラント空洞(プリバンチャ)１１
３の中に励起電子を注入する手段と、電界または磁界の
軸対称的に配置する開口１１５を通してマイクロ波電界
によって電子を変調する手段と、軸対称なビーム開口１
１４を伝送する間に、電子を集束する手段と、ビーム開
口１１４を通して集束された遅い電子を、第１加速空洞
(バンチャ)１１６の高いマイクロ波加速電界により加速
する手段と、マイクロ波電力と電気的に結合する円盤状
の空洞１１７を通して第２加速空洞１１８に電気的に結
合する手段と、適切な電子銃電圧（約１０〜３０ＫＶ）
と励起マイクロ波の波長によって定まるビーム開口１１
４の軸方向の長さである適切なドリフトスペース移動距
離と変調電力（約５ＫＷ）の選定により、ほとんど全て
の電子が第１加速空洞(バンチャ)１１６の中において捕
獲され、加速され、さらに第２加速空洞１１８により光
速度に近い速度に加速する手段とで構成されている。

【０００７】かかる従来技術は、電子速度の比較的遅い
最初の加速段階で加速マイクロ波電界に強く影響を受け
ることから、付加陽極１１２、リエントラント空洞(プ
リバンチャ)１１３、ビーム開口１１４、開口１１５、
第１加速空洞１１６、空洞１１７のそれぞれの構造を軸
対称に構成することによって、軸対称な電子ビーム分布
を作る。これにより加速電子ビーム分布が軸対称にな
り、Ｘ線の強度分布が均一になる。前述の電圧設定条件
により、ほとんど全ての集束された電子は第１加速器
(バンチャ)１１６の中に注入されかつ加速されるので、
電子のバックボンバードメントによる電子銃の破壊を回
避することができる。

【０００８】従ってかかる従来技術によれば、電子銃１
０１、プリバンチャ１１３及び第１加速空洞(バンチャ)
以降の加速管を一体化し、プリバンチャの偏平化を容易
に達成せしめる事が出来、結果としてビーム加速電圧を
低くし且つ加速管の小型化も可能ならしめる事が出来
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
技術は、プリバンチャへ供給される高周波電力の供給が
導波管２５より供給され、加速管とは同一系統としたた
めに、次のような問題があることが見出された。即ちプ
リバンチャへ供給される高周波電力は電子銃よりの加速
電子の電流値や加速エネルギの変化に対応して調整する
必要があり、一方加速管に導入される高周波に依存させ
ると、目的とするプリバンチャの効果が見いだせないこ
とが知見された。

【００１０】特にプリバンチャに供給される高周波電力
はプリバンチャの開口の大きさと使用目的に基づいて決
定され、使用目的が異なる場合、プリバンチャへの供給
高周波電力と導波管１への供給電力は夫々異なって制御
する必要がある。例えばプリバンチャへの供給電力が１
ｋｗと一定させても使用目的によって導波管側への供給
高周波電力を４０ＭＷ〜２０ＭＷに変化させる必要もあ
るが、前記従来技術のようにプリバンチャへ供給される
高周波電力が、加速管とは同一系統とした技術において
は、このような場合に対応できず、荷電粒子加速装置を
夫々目的毎に専用化しなければならない。

【００１１】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ビ
ーム加速電圧を低くし且つ加速管の小型化も可能ならし
めるとともに、荷電粒子加速装置の汎用的利用を可能に
した発明を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、電子銃とバンチャとの間に、若しくは電子銃と、レ
ギュラー部の加速管を構成する加速空洞との間に、単空
洞型のプリバンチャを一体的に介装するとともに、前記
プリバンチャに供給される高周波電界と前記加速空洞側
に供給される高周波電界を夫々別系統で供給するように
構成したことを特徴とし、好ましくは請求項２に記載の
ように、前記プリバンチャ空洞外径を加速管を構成する
加速空洞外径より大に設定するとともに、前記プリバン
チャの加速モードを加速空洞側の加速モードと異ならせ
た事を特徴とし、更に好ましくは請求項３に記載のよう
に、前記プリバンチャに供給される高周波電界の周波数
と前記加速空洞側に供給される高周波電界の周波数が一
致するように、前記加速モードを異ならせたことを特徴
とする。

【００１３】そして具体的には、前記プリバンチャの加
速モードをＴＭ０２、加速空洞側の加速モードをＴＭ０
１に設定することにより、前記プリバンチャブロックの
外径をこれに連接するバンチャブロックや加速空洞ブロ
ックの外径の二倍程度に設定でき、更にその機械的な構
成として請求項５に記載のように、前記プリバンチャブ
ロックを単空洞形成凹部が電子銃のアノードフランジ面
側に開口する円板状に形成して、前記アノードフランジ
面に直接取り付けるとともに、該円板状プリバンチャブ
ロックの背面側に、高周波給電用コネクタを取り付けた
ことを特徴とする。

【００１４】かかる発明によれば、プリバンチャの偏平
化を容易に達成せしめる事が出来、結果としてビーム加
速電圧を低くし且つ加速管の小型化も可能ならしめる事
が出来るとともに、使用目的が異なる場合においても、
プリバンチャへの供給高周波電力と導波管１への供給電
力は夫々異なって制御する事が出来、例えばプリバンチ
ャへの供給電力が１ｋｗと一定させても使用目的によっ
て導波管側への供給高周波電力を４０ＭＷ〜２０ＭＷに
変化させることが可能となり、前記従来技術のように、
荷電粒子加速装置を夫々目的毎に専用化する事なく汎用
的利用が可能となる。

【００１５】そしてまた本発明は、請求項５に記載のよ
うに、前記プリバンチャを構成するブロック外径を該ブ
ロックに直列に連接するバンチャブロック及び加速空洞
ブロック外径より大なる円板状に形成するとともに、該
円板状プリバンチャブロックの背面側に、高周波給電用
コネクタをビーム軸線方向と並行に連結させることによ
り、プリバンチャの偏平化と加速管の小型化が一層容易
に達成できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１７】本発明の第１実施例を図４に示す。図４
は、加速電圧２５ｋＶの電子銃７０、空洞プリバンチャ
１０、セルバンチャ１１、サイドカップル型レギュラー
部１２からなる加速管で、サイドカップル型レギュラー
部１２は、荷電粒子ビームの通過方向に沿って複数個連
続して直列配置した加速空洞２と、該隣接する加速空洞
２の側壁間を結合穴４を介して連通させた結合空洞３と
を接合して構成する。ビームの不安定なバンチャ部１１
についてはディスク空洞を三つ直列配置した３セルディ
スクロード型構造とするとともに、電子のバックスキャ
ッタリングによる電子銃カソード７の寿命低下を防ぐた
め、電子銃７０とバンチャ部１１間には、プリバンチャ
１０を設けるとともに、ビーム加速電圧を２５ｋＶ／ｍ
と低い値に設定したため、加速中のビームの発散を防ぐ
ため、電子銃７０−プリバンチャ１０−バンチャ１１間
は機械的制約の許す限り短く、言い換えれば偏平なディ
スク空洞として構成した。

【００１８】尚、電子銃７０は、カソード７を囲撓する
ファラデーカップ８とアノードフランジ９とにより構成
する。プリバンチャ空洞１００Ａは単空洞型とし、この
空洞には加速管本体(レギュラー部)１２とは別個の高周
波を供給するように構成するとともに、その周波数を一
致させる為にプリバンチャ空洞１００Ａ外径をバンチャ
１００及び加速管レギュラー部１２を構成する加速空洞
２外径と同一に設定した。言い換えれば、プリバンチャ
１０、バンチャブロック１１Ａ及び加速空洞ブロック２
０外径を同一外径に設定し、プリバンチャ空洞１００Ａ
に加速管本体(レギュラー部)１２とは別個の高周波を供
給するように構成するとともに、その周波数を一致させ
るように外径を同一に設定した。

【００１９】更に本発明者は、本実施例を、病院などで
の廃棄物の滅菌を目的とした分散型滅菌装置に適用する
ために、加速管本体を小さく且つ前記電子銃の加速電圧
を低く、具体的には、１５０〜２５０ＫＶ／ｍ以下、好
ましくは１００ＫＶ／ｍ以下、更に好ましくは２５ＫＶ
／ｍ程度に設定するために、電子銃とプリバンチャを含
むバンチャ部及び加速管とを夫々筒部を介することなく
一体化して、更にプリバンチャを極力偏平化してビーム
距離を短くした。

【００２０】次にかかる実施例の作用を説明する。電子
ビームの透過率を改善するために、電子銃７０とバンチ
ャ１００間にプリバンチャ空洞１００Ａを挿入すると、
プリバンチャ空洞１００Ａ内のＺ方向の電場は図１(Ｂ)
に示す通りで、これが時間的に振動している。電子銃７
０からの連続した電子ビームがプリバンチャ空洞１００
Ａに入射すると、そこでのＺ方向の電場が正の時には加
速され、負の時には減速されるが、電子銃７０の加速電
圧に対してプリバンチャ空洞１００Ａの電場は小さいた
め、電子の速度は、完全には０にはならず、図６に示す
ように、電子がＺ方向にある距離Ｌを進む間に、特定の
位置に集群する。この集群した電子ビーム群を、第１空
洞内のＺ方向の電場が、時間的に正方向であるときにバ
ンチャ１００（第１空洞）に入射してやれば、ほとんど
全ての電子は加速され、加速管を透過する。これは、電
子銃加速電圧、プリンバンチャ電場（すなわち入力高周
波パワー）が、電子銃―プリバンチャ−バンチャ間距離
に大きく依存している。装置全体の小型化を達成するた
めには、高圧同軸線で電子銃部に高電圧を供給できる必
要があり、このため電子銃電圧は２０ＫＶ〜４０ＫＶ程
度に押さえる必要がある。このような低電圧で電子ビー
ムを長距離輸送した場合、空間電荷効果により電子ビー
ムの特性は大幅に劣化する。このため、高電界のにバン
チャ１００（第１空洞）に入るまでの距離感を極力短く
する必要があり、特に本実施例においては、電子銃７０
のアノードフランジ９―プリバンチャ空洞１００Ａ及
び、必要に応じてプリバンチャ空洞１００Ａ−バンチャ
１００間も真空フランジ等で取り合い、取外し可能な構
造としている。また、プリバンチャ若しくは加速管の電
場を可変できるように、プリバンチャへの高周波は、加
速管とは別系統としたことは前記したとおりである。

【００２１】かかる実施例によれば、電子銃高圧を低く
設定できる。電子ビームが電子銃へ逆戻りしないため、
電子銃に損傷を与える心配がない。電子の透過率が高
く、効率が良いとともに、プリバンチャの偏平化を容易
に達成せしめる事が出来、結果としてビーム加速電圧を
低くし且つ加速管の小型化も可能ならしめる事が出来る
とともに、使用目的が異なる場合においても、プリバン
チャへの供給高周波電力と導波管１への供給電力は夫々
異なって制御する事が出来、例えばプリバンチャへの供
給電力が１ｋｗと一定させても使用目的によって導波管
側への供給高周波電力を４０ＭＷ〜２０ＭＷに変化させ
ることが可能となり、前記従来技術のように、荷電粒子
加速装置を夫々目的毎に専用化する事なく汎用的利用が
可能となった。

【００２２】しかしながら本実施例では、前記プリバン
チャブロック外周に、加速管本体とは別個の高周波を供
給するためのコネクタ１５を設けねばならず、このこと
はプリバンチャ１０の偏平化に制約を受けて、その分ビ
ーム加速電圧を低くすることが出来ず、且つ加速管の小
型化も効果的に達成できない。

【００２３】そこで本発明者は更に改良を加えて、図１
のような、超小型Ｃバンド定在波型加速管型電子滅菌装
置を提案する。図１(Ａ)は、本発明の他の実施形態に係
る、超小型Ｃバンド定在波型加速管型電子滅菌装置を示
す概略図で、本装置は、加速電圧２５ｋＶの電子銃７
０、空洞プリバンチャ部１０、セルバンチャ部１１、サ
イドカップル型レギュラー部１２からなる加速管で、全
長は電子銃を含めて約６００ｍｍであり、ＦＲ入力パワ
ー３．８ＭＷで、１６０ｍＡ、約９ＭｅＶのビームが得
られるように構成している。

【００２４】本実施例の加速管は、従来の集約型滅菌装
置用でなく、病院などでの廃棄物の滅菌を目的とした分
散型滅菌装置用であり、加速管本体を小さくする必要が
ある。このため、ＲＦ(高周波)周波数は、加工の容易さ
も考慮して、Ｃ−バンドの５７１２ＭＨｚを選択した。

【００２５】又、加速管レギュラー部１２についてはシ
ャントインピーダンスを高くとれるサイドカップル型構
造を採用した。サイドカップル型構造とは、荷電粒子ビ
ームの通過方向に沿って複数個連続して直列配置した加
速空洞２と、該隣接する加速空洞２の側壁間を結合穴４
を介して連通させた結合空洞３とを接合してなる前記し
たＳＣＳ型加速管構造である。

【００２６】ビームの不安定なバンチャ部１１について
は一対のバンチャブロック１１Ａの直列接合によってデ
ィスク空洞を三つ直列配置した３セルディスクロード型
構造とすることにより、加速電場の軸対称性の崩れによ
る電子ビームの曲がりを押さえた。なお、バンチャブロ
ック１１Ａ外径については加速空洞ブロック２０外径と
同一に設定してある。

【００２７】さらに、電子のバックスキャッタリングに
よる電子銃カソード７の寿命低下を防ぐため、電子銃７
０とバンチャ部１１間には、加速管本体とは高周波電界
を独立して供給できるように、ＲＦ別フィードのプリバ
ンチャ１０を設けた点は前記実施例と同様である。

【００２８】電子銃加速電圧は、制御機器のコストを考
慮して、２５ｋＶと低い値に設定したため、加速中のビ
ームの発散を防ぐため、プリバンチャ１０の偏平単一空
洞１０Ａを形成するプリバンチャブロック１０Ｂは機械
的制約の許す限り短く、言い換えれば後記に詳細に説明
するように偏平な円盤状とした。

【００２９】前記加速管レギュラー部(加速管本体)１２
の実効シャントインピーダンスは１３０Ω／ｍと設定
し、加速ビームは１００ｍＡ、１０ＭｅＶとし、最大２
５０ｍＡまで加速できることとし、ＲＦ(高周波)源はコ
ストを考慮して５ＭＷ以下となるように加速管長さ、結
合空洞３と加速空洞２との結合係数βを例えば２．３に
決定した。また、バンチャ部１１の実効シャントインピ
ーダンスはレギュラー部１２に比べて低くなり、加速管
全体としてのシャントインピーダンスは低くなるものと
予想される。このため、ビームエネルギー、ビーム電流
値には１０％の余裕をもたせて設定した。

【００３０】電子銃７０のカソード７はＥＩＭＡＣＹ
−６４６Ｂ(商品名)を選択した。本カソード７は直径φ
８ｍｍ、最大ビーム電流０．７５Ａと本加速管の仕様と
しては十分である。ウェネルト形状は、バンチャ１１の
第１空洞中心で最小ビーム径となるよう、解析コードＥ
−ＧＵＮを用いて設計した。図５(Ａ)にそのシュミレー
ション結果を示す。バンチャ１１の第１空洞中心で約φ
２ｍｍ弱のビーム径となっていることがわかる。

【００３１】同時に電子銃単体でのビーム試験を行なっ
た。実機電子銃を用いて、アノードフランジ９とファラ
デーカップ８を製作し、ワイヤースキャナーにてビーム
径と電流値を測定した。Ｉ＝０．２２Ａの時のビーム径
測定結果を図５(Ｂ)に示す。ビーム径は２σ（正規分布
でピークに対して１３．５％の値）の値をプロットし
た。軸方向距離は図５(Ａ)のシュミレーションと合わせ
てある。ビーム径は図５(Ａ)のＥ−ＧＵＮシュミレーシ
ョンとほぼ等しいが、バンチャ１１の第１空洞中心でや
や径方向に広がり傾向であることがわかる。

【００３２】次に本発明の要旨たるプリバンチャ１０に
ついて説明する。９、１０は夫々中央にビームホール５
を開設する電子銃側のアノードフランジ９とプリバンチ
ャ空洞１０Ａを形成する円蓋型プリバンチャフランジ１
０Ｂで、夫々ＭＯ型真空フランジで形成し、接合されて
いる。本真空フランジは、真空側内面に凸凹ができず、
また、フランジ面同士が完全に接触するため、放電防止
及び、電子銃の倒れ防止に有用である。

【００３３】ＲＦフィードの関係から図３(Ｂ)に示すＴ
Ｍ０２加速モードを採用した。プリバンチャ空洞１０Ａ
の周波数はｓｕｐｅｒｆｉｓｈを用いて計算し、ギャッ
プ電圧は、バンチャ第１空洞中心で最小バンチ長となる
よう設計した。プリバンチャ１０でのビームローディン
グはほとんど無いため、カップリング係数βは１で設計
した。バンチングの焦点距離は約２０ｍｍで、プリバン
チャ１０の入力ＲＦ(高周波)電力は約１ｋＷ程度と設定
した。入力ＲＦ(高周波)電力はＮ型高周波給電コネクタ
１５にて供給することとした。

【００３４】即ち、プリバンチャ空洞１０Ａは単空洞型
とし、図３及び図２に示すように、前記プリバンチャ空
洞１０Ａの加速モードをＴＭ０２(図３、図２(Ｂ)参照)
にし、又加速空洞２側の加速モードをＴＭ０１(図３
(Ａ)参照)に設定すると、ＴＭ０２のλｃ＝１．１３８
０、ＴＭ０１のλｃ＝２．６１３０であるために、前記
プリバンチャ空洞１１Ａに供給される高周波電界の周波
数と前記加速空洞２側に供給される高周波電界の周波数
を一致させつつプリバンチャ空洞１０Ａ外径を加速空洞
２外径より大、具体的には２〜３倍程度に設定する事が
出来る。

【００３５】即ち、図２(Ａ)に示すように、図４の前記
実施例においては、前記プリバンチャ空洞１０Ａの加速
モードを、加速空洞２側の加速モードと同一のＴＭ０１
(図３(Ａ)参照)に設定しなければ、前記プリバンチャ空
洞１１Ａに供給される高周波電界の周波数と前記加速空
洞２側に供給される高周波電界の周波数を一致させるた
めには、図４に示すように、前記プリバンチャブロック
(フランジ)１００Ｂ外径を該ブロックに直列に連接する
バンチャブロックや加速空洞ブロック２０外径と同一に
設定しなければならないが、本発明においては、図２
(Ｂ)に示すように、前記プリバンチャ空洞１０Ａの加速
モードを、加速空洞２側の加速モードのＴＭ０１(λｃ
＝２．６１３０)よりλｃが小さいＴＭ０２（λｃ＝
１．１３８０）に設定することにより、前記プリバンチ
ャ空洞１１Ａに供給される高周波電界の周波数と前記加
速空洞２側に供給される高周波電界の周波数を一致させ
る場合、図１及び図２(Ｂ)に示すように、前記プリバン
チャブロック(フランジ)１００Ｂ外径を該ブロックに直
列に連接するバンチャブロックや加速空洞ブロック２０
外径とより大きく具体的には２〜３倍程度に設定する事
が出来る。

【００３６】これにより該円蓋状プリバンチャブロック
１０Ｂの背面側に、高周波給電用コネクタ１５をビーム
軸線方向と並行に連結させることが可能となる。

【００３７】バンチャ部１１は加速電場の軸対称性を確
保するため３セルディスクロード型としている。バンチ
ャ部１１のギャップ電圧は低い方がバックスキャッタリ
ングのエネルギーが低くなるが、あまりに低いと、電子
ビーム速度が相対論領域に入らず、ＲＦ(高周波)パワー
変動や、ビーム電流値が少ない時のビームローディング
の変化に対して、レギュラー部１２でのビーム位相とＲ
Ｆ位相の変動が大きくなってしまう。そのため、バンチ
ャ部１１のギャップ電圧はやや高めに設定した。バンチ
ャ部１１の空洞間のカップリングはｓｕｐｅｒｆｉｓｈ
にてギャップ電圧設計値となるように、ディスクビーム
ホール径を設計した。空洞長さは、各空洞での電子平均
速度を手計算にて求め、その後、レギュラー部を１２含
めて軸対称に設定し、具体的には５次元のＰＩＣ（Ｐａ
ｒｔｉｃｌｅ−ｉｎ−ｃｅｌｌ）ＣｏｄｅＥＭＳＹＳ
を用いてビームシュミレーションを行ない、詳細に空洞
長を決定した。

【００３８】レギュラー部１２は結合穴４によるＱ値の
劣化等を約１５％と見積もり、ｓｕｐｅｒｆｉｓｈで計
算上実効シャントインピーダンス１５０ＭΩ／ｍとなる
ように設計した。ビームホール径はφ３．７ｍｍとなっ
た。加速空洞ブロック２０と結合空洞ブロック３０間の
結合は３％と設定し、解析コードＭＡＦＩＡにて結合穴
４の大きさを決定した。

【００３９】前記レギュラー部１２の加速管本体の材質
は無酸素銅製とし、加速空洞ブロック２０内面は超精密
加工旋盤により０．１Ｓに仕上げた。結合空洞ブロック
３０は２分割構造とし、結合空洞ブロック３０と加速空
洞ブロック２０を単体にて真空ろう付けした後、各加速
空洞ブロック２０同士を真空ろう付けにより組立てた。

【００４０】前記結合穴４はビーム軸に対して４５°に
傾けたフライス盤にてエンドミル加工し、結合穴４の入
口／出口周縁に鋭利なエッジがたつことを防ぐと同時
に、結合穴４の開口面積を自由に変えられる加工にして
いる。加速空洞の周波数はノーズコーン高さを修正加
工することで調整し、５７１２±０．５Ｍｈｚ以下に追
い込んだ。

【００４１】かかる実施形態によれば、ＲＦ入力パワー
５ＭＷ以下、１０ＭｅＶ，１００ｍＡ級のＣバンド加速
管を得ることが出来、該加速管は、その小型である利点
を生かして、電子滅菌装置用のみならず、医療用、画像
処理用等の様々な分野への応用が期待される。

【００４２】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、プリ
バンチャの偏平化を容易に達成せしめる事が出来、結果
としてビーム加速電圧を低くし且つ加速管の小型化も可
能ならしめる事が出来るとともに、荷電粒子加速装置の
汎用的利用を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (Ａ)は本発明の実施形態に係る、超小型Ｃバ
ンド定在波型加速管型電子滅菌装置を示す概略図、(Ｂ)
はプリバンチャ空洞内のＺ方向の電場を示すである。

【図２】 (Ａ)は図４のプリバンチャ空洞の加速モード
ＴＭ０１状態、(Ｂ)は図１のプリバンチャ空洞の加速モ
ードＴＭ０２の状態を示す作用図である。

【図３】 (Ａ)は加速空洞や図４のプリバンチャの加速
モードＴＭ０１の波形図、(Ｂ)は図１のプリバンチャの
加速モードＴＭ０２の波形図を示す。

【図４】本発明の他の実施例に係る、超小型Ｃバンド
定在波型加速管型電子滅菌装置を示す概略図である。

【図５】 (Ａ)は電子銃のカソード〜ンチャ１１の第１
空洞までの解析コードＥ−ＧＵＮを用いて設計したシュ
ミレーション結果を示す。(Ｂ)は電子銃のカソード〜ン
チャ１１の第１空洞までのＩ＝０．２２Ａの時のビーム
径測定結果を示す。

【図６】電子がＺ方向にある距離Ｌを進む間に、特定の
位置に集群する作用図で縦軸が距離、横軸がＶＳｉｎω
ｔの高周波Ｓｉｎ波長の時間軸である。

【図７】バンチャと付加陽極との間にプリバンチャを介
装して一体化した技術が開示されている高電界小形定在
波線形加速器の従来技術を示す。

【符号の説明】

２加速空洞３結合空洞４結合穴７電子銃カソード８ファラデーカップ９アノードフランジ１０プリバンチャ部１０Ａプリバンチャ空洞１０Ｂ円蓋型プリバンチャフランジ１１バンチャ部１１Ａバンチャブロック１２サイドカップル型レギュラー部１５Ｎ型高周波給電コネクタ７０電子銃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽原教忠名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者神納祐一朗名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者久永直樹名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内Ｆターム(参考） 2G085 AA04 BA01 BA04 BA05 BA07 BA08 BA19 BB12 BB15 BB20 BE06 BE10 DA04 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子銃とバンチャとの間に、若しくは電
子銃と、レギュラー部の加速管を構成する加速空洞との
間に、単空洞型のプリバンチャを一体的に介装するとと
もに、前記プリバンチャに供給される高周波電界と前記
加速空洞側に供給される高周波電界を夫々別系統で供給
するように構成したことを特徴とする荷電粒子加速装置
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子加速装置におい
て、前記プリバンチャ空洞外径を加速管を構成する加速空洞
外径より大に設定するとともに、前記プリバンチャの加
速モードを加速空洞側の加速モードと異ならせた事を特
徴とする荷電粒子加速装置。
【請求項３】前記プリバンチャに供給される高周波電
界の周波数と前記加速空洞側に供給される高周波電界の
周波数が一致するように、前記加速モードを異ならせた
ことを特徴とする請求項２記載の荷電粒子加速装置。
【請求項４】前記プリバンチャの加速モードがＴＭ０
２であり、加速空洞側の加速モードがＴＭ０１である事
を特徴とする請求項２記載の荷電粒子加速装置。
【請求項５】前記プリバンチャを構成するブロックを
単空洞形成凹部が電子銃のアノードフランジ面側に開口
する円板状に形成して、前記アノードフランジ面に直接
取り付けるとともに、該円板状プリバンチャブロックの
背面側に、高周波給電用コネクタを取り付けたことを特
徴とする請求項１記載の荷電粒子加速装置。
【請求項６】前記プリバンチャを構成するブロックの
外径を該ブロックに直列に連接するバンチャブロック及
び加速空洞ブロック外径より大なる円板状に形成すると
ともに、該円板状プリバンチャブロックの背面側に、高
周波給電用コネクタをビーム軸線方向と並行に連結させ
たことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子加速装置。