JP2003086399A - Charged particle beam emitting apparatus, circular accelerator and circular accelerator system - Google Patents

Charged particle beam emitting apparatus, circular accelerator and circular accelerator system

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JP2003086399A
JP2003086399A JP2001278027A JP2001278027A JP2003086399A JP 2003086399 A JP2003086399 A JP 2003086399A JP 2001278027 A JP2001278027 A JP 2001278027A JP 2001278027 A JP2001278027 A JP 2001278027A JP 2003086399 A JP2003086399 A JP 2003086399A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam emitting apparatus which can be miniaturized, cheaply produced, easily control emission and emit a good- quality charged particle beam. SOLUTION: The emitting apparatus comprises deflecting electromagnets 1, a sextupole electromagnet 2 which divides betatron oscillation of a charged particle beam into a stable region and a resonant region, an emission channel which takes out the charged particle beam from a circular orbital, and the sextupole electromagnet 2 and quadrupole electromagnets 3 which deflect a central momentum of the charged particle beam to a momentum uniquely determined from a magnetic field of the deflecting electromagnets 1 to narrow the stable region of the betatron oscillation, thereby transferring the charged particle beam to the resonant region of the betatron oscillation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は荷電粒子ビームを
周回させて出射する荷電粒子ビームの出射装置及び円形
加速器並びに円形加速器システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam emitting device for orbiting and emitting a charged particle beam, a circular accelerator, and a circular accelerator system.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、円形加速器中の荷電粒子ビーム
は、設計軌道を中心としてベータトロン振動をしながら
周回している。この際、後述する図10に示すようなセ
パラトリクスと呼ばれる安定限界が存在し、安定限界
内、すなわち、安定領域の荷電粒子ビームは安定した周
回を行うが、安定限界を越えた荷電粒子ビームは振動振
幅が増加して発散する性質を有する。この性質を利用し
て荷電粒子ビームを出射するため、従来の円形加速器に
おいては、四極電磁石を用いて、加速器1周当たりのベ
ータトロン振動数を表すチューンを整数±1/3に近づ
け六極電磁石を励磁(3次共鳴)すること等が行われて
いる。
2. Description of the Related Art Generally, a charged particle beam in a circular accelerator orbits around a design orbit while performing betatron oscillation. At this time, there is a stability limit called separatrix as shown in FIG. 10 which will be described later, and the charged particle beam within the stability limit, that is, in the stable region makes a stable orbit, but the charged particle beam exceeding the stability limit vibrates. It has the property of increasing in amplitude and diverging. Since the charged particle beam is emitted by utilizing this property, in the conventional circular accelerator, a quadrupole electromagnet is used to bring the tune representing the betatron frequency per one revolution of the accelerator close to an integer ± 1/3. Are excited (third-order resonance).

【0003】図8は、例えば、Nuclear Instruments an
d Methods in Physics Research A374(1996), "S
low beam extraction by a transverse RF field with
AM and FM", K. Noda et al., pp.269-277 の第270
頁に示されたこの種の従来の円形加速器の機器配置を示
す図であり、図において、101は偏向電磁石、102
はベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する出
射用六極電磁石、103はベータトロン振動数の調整及
び出射時に上記安定領域を狭めるために用いる四極電磁
石、104は出射チャネルの入口となる出射用静電電
極、105は荷電粒子ビームの周回軌道を上記電極に近
づけるために用いる出射用バンプ電磁石、106は荷電
粒子ビームを加速する高周波加速空胴、107はクロマ
ティシティ(ベータトロン振動数の運動量依存性)を調
整するために用いる六極電磁石である。
FIG. 8 shows, for example, Nuclear Instruments an
d Methods in Physics Research A374 (1996), "S
low beam extraction by a transverse RF field with
AM and FM ", K. Noda et al., Pp.269-277, 270.
It is a figure which shows the equipment arrangement of the conventional circular accelerator of this kind shown in the page, 101 is a bending electromagnet, 102 is a figure.
Is a sextupole electromagnet for splitting the betatron oscillation into a stable region and a resonance region, 103 is a quadrupole electromagnet used for adjusting the betatron frequency and narrowing the stable region at the time of extraction, and 104 is an exit serving as an entrance of the exit channel. Electrostatic electrode, 105 is an extraction bump electromagnet used to bring the orbit of the charged particle beam closer to the electrode, 106 is a high frequency acceleration cavity for accelerating the charged particle beam, 107 is chromaticity (momentum of betatron frequency) It is a sextupole electromagnet used for adjusting (dependency).

【0004】図9は、図8の円形加速器の動作パターン
を示す図である。図において、108のグラフは、偏向
電磁石101の磁場強度、109は六極電磁石102の
磁場強度、110は四極電磁石103の磁場強度、11
1は静電電極104の電界強度、112は出射用バンプ
電磁石105の磁場強度である。
FIG. 9 is a diagram showing an operation pattern of the circular accelerator shown in FIG. In the figure, the graph of 108 is the magnetic field strength of the deflection electromagnet 101, 109 is the magnetic field strength of the sextupole electromagnet 102, 110 is the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 103, and 11 is
1 is the electric field strength of the electrostatic electrode 104, and 112 is the magnetic field strength of the emitting bump electromagnet 105.

【0005】図10は位相空間(荷電粒子軌道の位置と
傾きを座標とした空間)における1/3整数共鳴のセパ
ラトリクス(ベータトロン振動の安定領域と共鳴領域の
境界)を示す図であり、図において、113aは出射開
始時のセパラトリクス、113bは出射終了直前のセパ
ラトリクス、114は静電電極104の電極ギャップで
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a separatorics (a boundary between a stable region of betatron oscillation and a resonance region) of 1/3 integer resonance in a phase space (a space in which the position and inclination of the charged particle orbit are coordinates). In FIG. 3, 113 a is a separatrix at the start of emission, 113 b is a separatrix immediately before the end of emission, and 114 is an electrode gap of the electrostatic electrode 104.

【0006】次に動作について説明する。荷電粒子ビー
ムは、図8に示すように、偏向電磁石101の磁場増加
と高周波加速空胴106の作用により加速され、偏向電
磁石101の磁場強度108と出射用六極電磁石102
の磁場強度109が一定の期間に出射される。出射期間
には四極電磁石103の磁場強度110の変化によって
ベータトロン振動の安定領域をセパラトリクス113a
からセパラトリクス113bのように狭め、ベータトロ
ン振動の振幅が大きな荷電粒子から順次共鳴状態にす
る。共鳴状態になった荷電粒子は振動の振幅を増加させ
ながらセパラトリクスの延長線に沿って電極ギャップ1
14に到達して周回軌道から取り出される。
Next, the operation will be described. As shown in FIG. 8, the charged particle beam is accelerated by the increase of the magnetic field of the deflection electromagnet 101 and the action of the high-frequency acceleration cavity 106, and the magnetic field intensity 108 of the deflection electromagnet 101 and the extraction hexapole electromagnet 102.
The magnetic field intensity 109 is emitted for a certain period. During the emission period, the stable region of the betatron oscillation is separated by the change of the magnetic field strength 110 of the quadrupole electromagnet 103.
To narrow like the Separatrix 113b, the charged particles having a large amplitude of betatron oscillation are sequentially brought into a resonance state. The charged particles in the resonance state increase the amplitude of the vibration, and the electrode gap 1 along the extension line of the separatrix.
It reaches 14 and is taken out from the orbit.

【0007】バンプ電磁石105は磁場強度112のよ
うに励磁するパルス電磁石で、出射時に荷電粒子ビーム
の周回軌道を静電電極104に近づけて出射中の荷電粒
子ビームが円形加速器の他の部分に衝突することを防ぐ
ために使用する。
The bump electromagnet 105 is a pulse electromagnet that excites like a magnetic field strength 112, and the orbit of the charged particle beam is made to approach the electrostatic electrode 104 at the time of extraction, and the charged particle beam being emitted collides with other portions of the circular accelerator. It is used to prevent

【0008】荷電粒子ビームの出射は上記安定領域が零
になった時点で終了するが、その途中で出射を停止する
場合には、四極電磁石103の磁場の変化方向を素早く
反転させることや、四極電磁石103と逆極性の磁場を
高速に発生させる四極電磁石を用いるなどの方法が用い
られる。
The emission of the charged particle beam ends when the stable region becomes zero, but if the emission is stopped in the middle of that, the direction of change of the magnetic field of the quadrupole electromagnet 103 can be quickly reversed or the quadrupole A method such as using a quadrupole electromagnet that rapidly generates a magnetic field having a polarity opposite to that of the electromagnet 103 is used.

【0009】静電電極104に到達した荷電粒子の軌道
の傾きは、図10に示すように、出射中に変化するた
め、出射された荷電粒子ビームのエミッタンス(位相空
間における面積)が図に斜線で示した領域のように大き
くなるので、静電電極104を電界強度111のように
変化させて軌道の傾きを補正することによりエミッタン
スを小さくすることが行われている。
As shown in FIG. 10, the inclination of the orbit of the charged particles reaching the electrostatic electrode 104 changes during the emission, so that the emittance (area in the phase space) of the emitted charged particle beam is shaded in the figure. Since the area becomes large as shown by, the emittance is reduced by changing the electrostatic electrode 104 like the electric field intensity 111 to correct the inclination of the trajectory.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子ビーム
の出射装置は以上のように構成されているので、出射さ
れる荷電粒子ビームのエミッタンスを小さくするために
は出射中に静電電極104の強度を変化させなければな
らず、それらの電源にはパターン制御の機能が必要であ
るという問題点があった。
Since the conventional apparatus for emitting a charged particle beam is configured as described above, in order to reduce the emittance of the emitted charged particle beam, the electrostatic electrode 104 is being emitted during the emission. There is a problem in that the power must be changed, and the power supply for them must have a pattern control function.

【0011】また、出射を途中で停止させるためには四
極電磁石103の励磁電流の変化方向を素早く反転させ
る機能を電源に付加することや、高速に動作する四極電
磁石を別途設置することが必要であった。
Further, in order to stop the emission on the way, it is necessary to add a function of quickly reversing the changing direction of the exciting current of the quadrupole electromagnet 103 to the power source or to separately install a quadrupole electromagnet that operates at high speed. there were.

【0012】また、出射効率を低下させないためにはバ
ンプ電磁石105を用いなければならず、製作コストの
増加や設置スペース確保のために加速器の小型化が難し
いなどの問題点があった。
In addition, the bump electromagnet 105 must be used in order not to reduce the emission efficiency, and there are problems that it is difficult to downsize the accelerator in order to increase the manufacturing cost and secure the installation space.

【0013】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、小型化が図れ、安価に製造するこ
とができるとともに、出射の調整が容易で、良質な荷電
粒子ビームを出射することができる荷電粒子ビームの出
射装置及び円形加速器並びに円形加速器システムを得る
ことを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is possible to reduce the size, manufacture at a low cost, and easily adjust the emission, and emit a high-quality charged particle beam. It is an object of the present invention to obtain a charged particle beam emitting device, a circular accelerator, and a circular accelerator system capable of performing the above.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明は、荷電粒子ビ
ームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記
荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領
域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上
記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビー
ムの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の
上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビーム
を上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運
動量変位制御手段とを備えた荷電粒子ビームの出射装置
である。
According to the present invention, there is provided a deflection electromagnet for orbiting a charged particle beam along an orbit, and a region dividing means for dividing betatron oscillation of the charged particle beam into a stable region and a resonance region. Extracting means for extracting the charged particle beam from the orbit, and displacing the central momentum of the charged particle beam to narrow the stable region of the betatron oscillation, thereby causing the charged particle beam to undergo the betatron oscillation. It is a charged particle beam emitting device provided with a momentum displacement control means for moving to a resonance region.

【0015】また、少なくとも上記出射手段の入口部分
に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビ
ームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心
運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上
記出射手段との距離を変化させる。
Further, by generating a momentum dispersion function at least at the entrance portion of the emitting means, the orbit of the charged particle beam is circulated in synchronization with the deviation of the central momentum of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field when the charged particle beam is emitted. And the distance between the emitting means and the emitting means are changed.

【0016】また、上記偏向電磁石の磁場に対する上記
荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベ
ータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子
ビームの出射を停止する。
Further, the direction of change of the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field of the deflection electromagnet is reversed to widen the stable region of betatron oscillation, thereby stopping the emission of the charged particle beam.

【0017】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記偏向電磁石の磁場が一
定の状態で上記高周波加速空胴の周波数を変化させて荷
電粒子ビームの運動量を変化させることにより運動量偏
位を制御する。
A high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the momentum of the charged particle beam is changed by changing the frequency of the high frequency accelerating cavity while the magnetic field of the deflection electromagnet is constant. Control momentum excursions.

【0018】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波
数が一定または上記高周波加速空胴に加速電界を発生さ
せない状態で偏向電磁石の磁場を変化させることにより
上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制
御する。
Further, a high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the magnetic field of the deflecting electromagnet is changed while the frequency of the high frequency accelerating cavity is constant or an accelerating electric field is not generated in the high frequency accelerating cavity. Controls the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field.

【0019】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波
数及び上記偏向電磁石の磁場を同時または順次に変化さ
せることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの
運動量偏位を制御する。
Further, a high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the momentum of the charged particle beam with respect to the magnetic field is changed by simultaneously or sequentially changing the frequency of the high frequency accelerating cavity and the magnetic field of the deflection electromagnet. Control the excursion.

【0020】また、上記荷電粒子ビームの運動量偏位と
上記ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段
から出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調
整する。
Also, the emittance of the charged particle beam emitted from the emitting means is adjusted by adjusting the relationship between the momentum excursion of the charged particle beam and the betatron frequency.

【0021】また、この発明は、荷電粒子ビームが周回
する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビーム
を周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電
粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に
分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周
回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの
中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記
安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上
記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量
変位制御手段とを備えた円形加速器である。
Further, according to the present invention, a duct including a circular orbit around which the charged particle beam orbits, a deflection electromagnet for orbiting the charged particle beam along the circular orbit, and a stable region for betatron oscillation of the charged particle beam. By dividing the stable region of the betatron oscillation by displacing the region dividing means for dividing into a resonance region, the emitting means for extracting the charged particle beam from the circular orbit, and the central momentum of the charged particle beam, It is a circular accelerator provided with a momentum displacement control means for moving the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation.

【0022】また、この発明は、荷電粒子ビームが周回
する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビーム
を周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電
粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に
分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周
回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの
中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記
安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上
記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量
変位制御手段とを備えた円形加速器と、上記荷電粒子ビ
ームを輸送する輸送ダクトと、上記輸送ダクトから分岐
する複数の分岐輸送ダクトと、上記輸送ダクトから上記
各々の分岐輸送ダクトに上記荷電粒子ビームの輸送の切
換を行う切換手段と、上記分岐輸送ダクトにより輸送さ
れた上記荷電粒子ビームを照射する照射室とを備えた円
形加速器システムである。
Further, according to the present invention, a duct containing a circular orbit around which the charged particle beam circulates, a deflection electromagnet for orbiting the charged particle beam along the circular orbit, and a betatron oscillation of the charged particle beam in a stable region. By dividing the stable region of the betatron oscillation by displacing the region dividing means for dividing into a resonance region, the emitting means for extracting the charged particle beam from the circular orbit, and the central momentum of the charged particle beam, A circular accelerator provided with a momentum displacement control means for moving the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation, a transportation duct for transporting the charged particle beam, and a plurality of branch transportation ducts branched from the transportation duct. And switching means for switching the transportation of the charged particle beam from the transportation duct to each of the branched transportation ducts. A circular accelerator system comprising a radiation chamber for irradiating the charged particle beam transported by the branch transport duct.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1に係る荷電粒子ビームの出射装置を有する
円形加速器を図に基づいて説明する。図1において、1
は荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電
磁石、2はベータトロン振動のセパラトリクスを形成す
る(すなわち、ベータトロン振動を安定領域と共鳴領域
に分割する)出射用六極電磁石である。3はベータトロ
ン振動数及びセパラトリクスの面積を調整するために用
いる四極電磁石である。本実施の形態においては、偏向
電磁石1が、偏向電磁石1の基準磁場から一意的に決ま
る運動量に対して荷電粒子ビームの中心運動量を変位さ
せてベータトロン振動の安定領域を狭めることにより荷
電粒子ビームをベータトロン振動の共鳴領域に移動させ
るための運動量変位制御手段を構成している。4は荷電
粒子ビームを周回軌道から取り出す出射チャネル(図示
せず)の入口となる出射用静電電極、6は荷電粒子ビー
ムを加速する高周波加速空胴、7はクロマティシティを
調整するために用いる六極電磁石である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. A circular accelerator having a charged particle beam emitting device according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1
Is a deflecting electromagnet that orbits a charged particle beam along a circular orbit, and 2 is an outgoing sextupole electromagnet that forms a separatrix of betatron oscillation (that is, divides betatron oscillation into a stable region and a resonance region). 3 is a quadrupole electromagnet used for adjusting the betatron frequency and the area of the separatrix. In the present embodiment, the deflection electromagnet 1 displaces the central momentum of the charged particle beam with respect to the momentum uniquely determined from the reference magnetic field of the deflection electromagnet 1 to narrow the stable region of the betatron oscillation. Constitutes a momentum displacement control means for moving the to the resonance region of the betatron oscillation. Reference numeral 4 is an electrostatic electrode for extraction which becomes an entrance of an extraction channel (not shown) for extracting the charged particle beam from the circular orbit, 6 is a high frequency acceleration cavity for accelerating the charged particle beam, and 7 is used for adjusting chromaticity. It is a sextupole electromagnet.

【0024】図2は荷電粒子ビームの出射に用いる機器
の動作パターンであり、8は偏向電磁石1の磁場強度、
9は出射用六極電磁石2の磁場強度、10は四極電磁石
3の磁場強度、15は高周波加速空胴6の加速電圧、1
6は六極電磁石7の磁場強度である。なお、図2に示す
B0,B1,B2は磁場強度の変化を示す点であるが、
偏向電磁石1の磁場強度8は、B0からB1に変化し、
さらにB2の方向に変化する。
FIG. 2 shows an operation pattern of the device used for emitting the charged particle beam. Reference numeral 8 denotes the magnetic field strength of the deflection electromagnet 1,
9 is the magnetic field strength of the extraction sextupole electromagnet 2, 10 is the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 3, 15 is the acceleration voltage of the high-frequency acceleration cavity 6, 1
6 is the magnetic field strength of the sextupole electromagnet 7. In addition, B0, B1, and B2 shown in FIG. 2 are points indicating changes in magnetic field strength,
The magnetic field strength 8 of the bending electromagnet 1 changes from B0 to B1,
Further, the direction changes to B2.

【0025】図3は静電電極4の場所における位相空間
であり、14は静電電極4の電極ギャップ、17aは偏
向電磁石1の磁場がB0の時のセパラトリクス、17b
は偏向磁場がB1の時のセパラトリクス、18は共鳴状
態に准った荷電粒子が静電電極4に接近する経路、19
aは偏向磁場がB0(基準磁場強度)の時の荷電粒子ビ
ームの中心、19bは偏向磁場がB1の時の荷電粒子ビ
ームの中心、19cは偏向磁場がB2の時の荷電粒子ビ
ームの中心である。
FIG. 3 shows a phase space at the position of the electrostatic electrode 4, 14 is an electrode gap of the electrostatic electrode 4, 17a is a separatrix when the magnetic field of the deflection electromagnet 1 is B0, and 17b.
Is a separatrix when the deflection magnetic field is B1, 18 is a path in which charged particles conforming to the resonance state approach the electrostatic electrode 4, 19
a is the center of the charged particle beam when the deflection magnetic field is B0 (reference magnetic field strength), 19b is the center of the charged particle beam when the deflection magnetic field is B1, and 19c is the center of the charged particle beam when the deflection magnetic field is B2. is there.

【0026】次に動作について説明する。荷電粒子ビー
ムの加速完了後に、高周波加速空胴6の加速電圧を零に
して、出射用六極電磁石2と四極電磁石3の磁場強度を
調整して荷電粒子ビームがベータトロン振動の安定領域
内に留まる大きさのセパラトリクス17aを形成する。
なお、出射時に加速電圧を零にするのは、出射された荷
電粒子ビームに加速周波数の時間構造を発生させないた
めである。
Next, the operation will be described. After the acceleration of the charged particle beam is completed, the acceleration voltage of the high-frequency acceleration cavity 6 is set to zero and the magnetic field strengths of the extraction hexapole electromagnet 2 and the quadrupole electromagnet 3 are adjusted so that the charged particle beam falls within the stable region of betatron oscillation. A separatorix 17a having a size that remains is formed.
The accelerating voltage is set to zero at the time of extraction so that the time structure of the acceleration frequency is not generated in the extracted charged particle beam.

【0027】その後、偏向電磁石1の磁場をB0からB
1に変化させ、荷電粒子ビームのエミッタンスに等しい
面積のセパラトリクス17bを形成する。この時、荷電
粒子ビームの中心は位置19aから位置19bに移動す
るので、荷電粒子ビームを静電電極4に接近させるため
にバンプ電磁石5を用いる必要はない。本実施の形態に
おいては、少なくとも出射チャネル入口部分に運動量分
散関数を発生させることにより、荷電粒子ビームの出射
時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動量の偏
位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出射手段
との距離を変化させる。
After that, the magnetic field of the deflection electromagnet 1 is changed from B0 to B.
1 to form the separatrix 17b having an area equal to the emittance of the charged particle beam. At this time, since the center of the charged particle beam moves from the position 19a to the position 19b, it is not necessary to use the bump electromagnet 5 to bring the charged particle beam close to the electrostatic electrode 4. In the present embodiment, by generating a momentum dispersion function at least at the entrance of the exit channel, the orbit of the charged particle beam is synchronized with the deviation of the central momentum of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field when the charged particle beam is exited. And the distance between the emitting means and the emitting means.

【0028】偏向電磁石1の磁場を更にB2の方向に変
化させていくと、セパラトリクスはその面積を減少させ
ながら位置19cの方向に移動する。セパラトリクスの
面積より大きなエミッタンスの荷電粒子はベータトロン
振動の共鳴を起こして経路18に沿って電極ギャップ1
4に移動して出射されるので、偏向電磁石1の磁場を変
化させるだけで荷電粒子ビームを出射することができ
る。このように、本実施の形態においては、高周波加速
空胴6の周波数が一定または高周波加速空胴6に加速電
界を発生させない状態で偏向電磁石1の磁場を変化させ
ることにより磁場に対する荷電粒子ビームの運動量偏位
を制御することができる。
When the magnetic field of the deflecting electromagnet 1 is further changed in the B2 direction, the separatrix moves in the direction of the position 19c while reducing its area. A charged particle with an emittance larger than the area of the separatrix causes a resonance of betatron oscillation and causes an electrode gap 1 along the path 18.
4, the charged particle beam can be emitted only by changing the magnetic field of the deflection electromagnet 1. As described above, in the present embodiment, the magnetic field of the deflection electromagnet 1 is changed while the frequency of the high-frequency acceleration cavity 6 is constant or the acceleration electric field is not generated in the high-frequency acceleration cavity 6, so that the charged particle beam with respect to the magnetic field is changed. Momentum excursions can be controlled.

【0029】出射は偏向電磁石1の磁場がB2になりセ
パラトリクスの面積が零になった時点で終了するが、そ
の磁場変化を図2の点線で示すように反転させれば、上
記と逆の過程が起こるので、四極電磁石3の磁場強度を
変化させることなく出射を途中で停止することができ
る。すなわち、本実施の形態においては、偏向電磁石の
磁場に対する荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を
反転させてベータトロン振動の安定領域を広げることに
より荷電粒子ビームの出射を停止する。
The emission ends when the magnetic field of the deflecting electromagnet 1 becomes B2 and the area of the separatrix becomes zero. However, if the change of the magnetic field is reversed as shown by the dotted line in FIG. Therefore, the emission can be stopped midway without changing the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 3. That is, in the present embodiment, the emission direction of the charged particle beam is stopped by reversing the changing direction of the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field of the deflection electromagnet to widen the stable region of betatron oscillation.

【0030】また、六極電磁石7を用いてクロマティシ
ティを適切に設定して出射中の経路18を図3に示すよ
うに一致させることにより、出射される荷電粒子ビーム
のエミッタンスを小さくすることが出来るので、静電電
極4の電界強度を変化させる必要はない。
Further, by setting the chromaticity appropriately by using the sextupole electromagnet 7 and matching the path 18 during the emission as shown in FIG. 3, the emittance of the emitted charged particle beam can be reduced. Therefore, it is not necessary to change the electric field strength of the electrostatic electrode 4.

【0031】以上のように、本実施の形態においては、
荷電粒子ビームの加速に用いる偏向電磁石1を利用し
て、偏向電磁石の磁場から一意的に決まる運動量に対し
て荷電粒子ビームの中心運動量を変化させることによ
り、運動量分散関数を利用してバンプ電磁石5を用いる
ことなく荷電粒子ビームの周回軌道を出射チャネルに近
づけ、同時に、クロマティシティを利用して四極電磁石
3の磁場を変化させることなくベータトロン振動の安定
領域を狭め、荷電粒子ビームを円形加速器から出射する
ものである。これにより、バンプ電磁石5が不要とな
り、また、四極電磁石3の磁場を変化させるための機能
を付加する必要もないので、製作コストを削減すること
ができるとともに装置の小型化が図れる。また、荷電粒
子ビームの出射の速やかな停止は、偏向磁場に対する荷
電粒子ビームの運動量の変化方向を反転させて、周回軌
道を出射チャネルから遠ざけるのと同時にベータトロン
振動の安定領域を広げることにより行うので、、四極電
磁石3の励磁電流の変化方向を素早く反転させる機能を
電源に付加することや、高速に動作する四極電磁石を別
途設置する必要もないため、その分のコストの削減が図
れる。また、出射される荷電粒子ビームのエミッタンス
調整は、六極電磁石7を用いてクロマティシティの値を
調整して静電電極4へ到達する荷電粒子の軌道の傾きを
揃えることにより行うので、出射の調整が容易で、良質
な荷電粒子ビームを出射できるとともに、静電電極4の
強度を変化させるためのパターン制御の機能を電源に付
加する必要がないので、製作コストの削減、装置の小型
化が図れる。
As described above, in the present embodiment,
By using the deflection electromagnet 1 used for accelerating the charged particle beam, the central momentum of the charged particle beam is changed with respect to the momentum uniquely determined from the magnetic field of the deflection electromagnet. The circular orbit of the charged particle beam is brought closer to the exit channel without using, and at the same time, the stability region of the betatron oscillation is narrowed by using the chromaticity without changing the magnetic field of the quadrupole electromagnet 3, and the charged particle beam is emitted from the circular accelerator. It goes out. This eliminates the need for the bump electromagnet 5 and also eliminates the need for adding a function for changing the magnetic field of the quadrupole electromagnet 3, so that the manufacturing cost can be reduced and the device can be downsized. In addition, the exit of the charged particle beam is quickly stopped by reversing the direction of change in the momentum of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field, and moving the orbit away from the exit channel and simultaneously expanding the stable region of betatron oscillation. Therefore, since it is not necessary to add a function of quickly reversing the changing direction of the exciting current of the quadrupole electromagnet 3 to the power source or to separately install a quadrupole electromagnet that operates at high speed, the cost can be reduced accordingly. Further, the emittance of the emitted charged particle beam is adjusted by adjusting the chromaticity value using the sextupole electromagnet 7 so that the inclinations of the trajectories of the charged particles reaching the electrostatic electrode 4 are made uniform. It is easy to adjust and can emit a high-quality charged particle beam, and it is not necessary to add a pattern control function for changing the intensity of the electrostatic electrode 4 to the power source. Therefore, the manufacturing cost can be reduced and the apparatus can be downsized. Can be achieved.

【0032】実施の形態2.図4は荷電粒子ビームの出
射に用いる機器の動作パターンであり、8は偏向電磁石
1の磁場強度、9は出射用六極電磁石2の磁場強度、1
0は四極電磁石3の磁場強度、15は高周波加速空胴6
の加速電圧、16は六極電磁石7の磁場強度である。本
実施の形態における装置の構成は基本的に図1に示した
ものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
Embodiment 2. FIG. 4 is an operation pattern of an apparatus used for emitting a charged particle beam, where 8 is the magnetic field strength of the deflection electromagnet 1, 9 is the magnetic field strength of the extraction hexapole electromagnet 2, and 1 is
0 is the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 3, 15 is the high frequency acceleration cavity 6
And 16 is the magnetic field strength of the sextupole electromagnet 7. Since the configuration of the device in this embodiment is basically the same as that shown in FIG. 1, the description thereof is omitted here.

【0033】上記実施の形態1では、荷電粒子ビームの
出射時に高周波加速空胴6の加速電圧を零にする場合に
ついて述べたが、本実施の形態においては、図4に示す
ように加速電圧15を継続して発生させておくようにす
る。これにより、出射を途中で停止した場合に円形加速
器内に残った荷電粒子ビームを減速して破棄することが
速やかに行え、装置の放射化を低減することができる。
In the first embodiment, the case where the acceleration voltage of the high frequency acceleration cavity 6 is set to zero when the charged particle beam is emitted has been described, but in the present embodiment, the acceleration voltage 15 is set as shown in FIG. To be generated continuously. Accordingly, when the emission is stopped halfway, the charged particle beam remaining in the circular accelerator can be decelerated and discarded promptly, and activation of the apparatus can be reduced.

【0034】なお、補足ながら、上記実施の形態1の場
合に、残留荷電粒子ビームを減速するためには、減速に
先立って残留荷電粒子ビームを高周波捕獲する必要があ
る。
Incidentally, in addition, in the case of the first embodiment, in order to decelerate the residual charged particle beam, it is necessary to capture the residual charged particle beam at a high frequency prior to the deceleration.

【0035】実施の形態3.図5は荷電粒子ビームの出
射に用いる機器の動作パターンであり、8は偏向電磁石
1の磁場強度、9は出射用六極電磁石2の磁場強度、1
0は四極電磁石3の磁場強度、20は高周波加速空胴6
の加速周波数、16は六極電磁石7の磁場強度である。
本実施の形態における装置の構成は基本的に図1に示し
たものと同様であるので、ここではその説明を省略す
る。
Embodiment 3. FIG. 5 is an operation pattern of an apparatus used for emitting a charged particle beam, where 8 is the magnetic field strength of the deflection electromagnet 1, 9 is the magnetic field strength of the extraction hexapole electromagnet 2, and 1 is
0 is the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 3, 20 is the high frequency acceleration cavity 6
And 16 is the magnetic field strength of the sextupole electromagnet 7.
Since the configuration of the device in this embodiment is basically the same as that shown in FIG. 1, the description thereof is omitted here.

【0036】上記実施の形態2では、偏向電磁石1の基
準磁場に対して荷電粒子ビームの運動量を偏位させるた
めに偏向電磁石1の磁場を変化させたが、本実施の形態
においては、図5に示すように、偏向磁場8が一定の状
態で高周波加速空胴6の加速周波数20を変化させて荷
電粒子ビームの運動量を変化させるようにする。加速周
波数の変更及びそれに対する荷電粒子ビームの応答は偏
向電磁石1の磁場の応答速度に比べて早いので、この手
段を用いれば、図5の期間Tl及び期間T2を短縮する
ことができ、荷電粒子ビームの出射の開始と停止を上記
実施の形態2に比べてさらに迅速に行うことが可能にな
る。また、荷電粒子ビームの出射を四極電磁石を用いて
停止させる従来の方法のような電磁石電源への機能付加
や電磁石の追加が不要なので、加速器の低コスト化や小
型化が可能になる。
In the second embodiment, the magnetic field of the deflecting electromagnet 1 is changed in order to deviate the momentum of the charged particle beam with respect to the reference magnetic field of the deflecting electromagnet 1, but in the present embodiment, FIG. As shown in, the acceleration frequency 20 of the high-frequency acceleration cavity 6 is changed while the deflection magnetic field 8 is constant to change the momentum of the charged particle beam. Since the change of the acceleration frequency and the response of the charged particle beam to the change are faster than the response speed of the magnetic field of the deflection electromagnet 1, the use of this means can shorten the period Tl and the period T2 of FIG. It is possible to start and stop the emission of the beam more quickly than in the second embodiment. Further, since it is not necessary to add a function to the electromagnet power source or to add an electromagnet, unlike the conventional method of stopping the emission of the charged particle beam using the quadrupole electromagnet, the cost and size of the accelerator can be reduced.

【0037】実施の形態4.図6は荷電粒子ビームの出
射に用いる機器の動作パターンであり、8は偏向電磁石
1の磁場強度、9は出射用六極電磁石2の磁場強度、1
0は四極電磁石3の磁場強度、20は高周波加速空胴6
の加速周波数、16は六極電磁石7の磁場強度である。
本実施の形態における装置の構成は基本的に図1に示し
たものと同様であるので、ここではその説明を省略す
る。
Fourth Embodiment FIG. 6 is an operation pattern of an apparatus used for emitting a charged particle beam, where 8 is the magnetic field strength of the deflection electromagnet 1, 9 is the magnetic field strength of the extraction hexapole electromagnet 2, and 1 is
0 is the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 3, 20 is the high frequency acceleration cavity 6
And 16 is the magnetic field strength of the sextupole electromagnet 7.
Since the configuration of the device in this embodiment is basically the same as that shown in FIG. 1, the description thereof is omitted here.

【0038】上記実施の形態2では、偏向電磁石1の磁
場を変化させることにより、また、上記実施の形態3で
は、高周波加速空胴を用いて荷電粒子ビームの運動量を
変化させることにより、セパラトリクスの面積の減少と
荷電粒子ビームの中心の移動を行ったが、本実施の形態
においては、図6に示すように、セパラトリクスの面積
が荷電粒子ビームのエミッタンスに等しくなるまでの出
射準備を偏向磁場8の変化により行い、出射の開始と停
止を高周波加速空胴の加速周波数20の変化により行う
ようにする。すなわち、本実施の形態においては、高周
波加速空胴6の周波数及び偏向電磁石1の磁場を同時ま
たは順次に変化させることにより偏向磁場に対する荷電
粒子ビームの運動量偏位を制御する。運動量分散関数が
小さい場合、上記実施の形態3では加速周波数の変化幅
が大きくなるが、本実施の形態によれば、そのような円
形加速器でも加速周波数20の変化幅を小さくすること
ができると共に、荷電粒子ビームの出射の開始と停止を
上記実施の形態3と同様に迅速に行うことができる。
In the second embodiment, the magnetic field of the deflection electromagnet 1 is changed, and in the third embodiment, the momentum of the charged particle beam is changed by using the high-frequency acceleration cavity, so that the separation of the separatrix is achieved. Although the area has been reduced and the center of the charged particle beam has been moved, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, preparation for extraction is performed until the area of the separatrix becomes equal to the emittance of the charged particle beam. And the start and stop of the extraction are performed by changing the acceleration frequency 20 of the high frequency acceleration cavity. That is, in this embodiment, the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field is controlled by changing the frequency of the high-frequency acceleration cavity 6 and the magnetic field of the deflection electromagnet 1 simultaneously or sequentially. When the momentum dispersion function is small, the change width of the acceleration frequency is large in the third embodiment, but according to the present embodiment, the change width of the acceleration frequency 20 can be made small even with such a circular accelerator. It is possible to quickly start and stop the emission of the charged particle beam as in the third embodiment.

【0039】実施の形態5.図7は静電電極4の場所に
おける位相空間であり、14は静電電極4の電極ギャッ
プ、17aは出射開始時(実施の形態1では偏向磁場が
Blの時)のセパラトリクス、17bは出射途中(実施
の形態1では偏向磁場がB2の時)のセパラトリクス、
18は共鳴状態になった荷電粒子が静電電極4に接近す
る経路、21は出射される荷電粒子ビームのエミッタン
スを表す四角形、19aは出射開始時の荷電粒子ビーム
の中心、19bは出射途中の荷電粒子ビームの中心であ
る。
Embodiment 5. FIG. 7 is a phase space at the position of the electrostatic electrode 4, 14 is the electrode gap of the electrostatic electrode 4, 17a is the separation phase at the start of extraction (when the deflection magnetic field is Bl in the first embodiment), and 17b is the middle of extraction. Sepatrix (when the deflection magnetic field is B2 in the first embodiment),
Reference numeral 18 is a path through which charged particles in a resonance state approach the electrostatic electrode 4, 21 is a quadrangle representing the emittance of the emitted charged particle beam, 19a is the center of the charged particle beam at the start of emission, and 19b is an intermediate portion of the emission. It is the center of the charged particle beam.

【0040】上記実施の形態1〜形態4では、共鳴状態
になった荷電粒子が静電電極4に接近する経路を荷電粒
子ビームの運動量偏位によらず一致させたが、本実施の
形態においては、図1に示した六極電磁石7を用いてク
ロマティシティの値を調整することにより接近経路18
を荷電粒子ビームの運動量偏位ごとに異なるようにし
て、出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを四角形
21のように増加させるようにする。すなわち、荷電粒
子ビームの運動量偏位とベータトロン振動数の関係を調
整して円形加速器から出射される荷電粒子ビームのエミ
ッタンスを調整する。この方法を用いれば、出射された
荷電粒子ビームの水平方向と垂直方向のエミッタンスの
比を自由に調整できるので、荷電粒子ビームを用いた放
射線医療システムにおけるビームスキャニング照射等に
好適な両方向のエミッタンスが等しい荷電粒子ビームを
出射することができる。
In the first to fourth embodiments described above, the paths in which the charged particles in the resonance state approach the electrostatic electrode 4 are matched regardless of the momentum deviation of the charged particle beam. Is adjusted by adjusting the chromaticity value using the sextupole magnet 7 shown in FIG.
Is made different for each momentum excursion of the charged particle beam, and the emittance of the emitted charged particle beam is increased like a square 21. That is, the emittance of the charged particle beam emitted from the circular accelerator is adjusted by adjusting the relationship between the momentum excursion of the charged particle beam and the betatron frequency. By using this method, the ratio of the emittance in the horizontal direction and the emittance in the vertical direction of the emitted charged particle beam can be freely adjusted, so that the emittance in both directions suitable for beam scanning irradiation in a radiation medical system using the charged particle beam can be adjusted. Equal charged particle beams can be emitted.

【0041】[0041]

【発明の効果】この発明は、荷電粒子ビームを周回軌道
に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビーム
のベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領
域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から
取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量
を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を
狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータト
ロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手
段とを備えた荷電粒子ビームの出射装置であるので、バ
ンプ電磁石が不要となり、少なくともその分だけ、小型
化が図れ、安価に製造することができるとともに、安定
領域を狭めることにより出射の調整を行うので、出射の
調整が容易で、良質な荷電粒子ビームを出射することが
できる。
According to the present invention, a bending electromagnet for orbiting a charged particle beam along an orbit, an area dividing means for dividing the betatron oscillation of the charged particle beam into a stable area and a resonance area, and the charged particle beam To move the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation by displacing the central momentum of the charged particle beam and narrowing the stable region of the betatron oscillation. Since it is a charged particle beam emitting device equipped with a momentum displacement control means, a bump electromagnet is not required, and at least that amount can be downsized and can be manufactured at low cost, and the stable region can be narrowed. Since the emission is adjusted, the emission can be easily adjusted and a high-quality charged particle beam can be emitted.

【0042】また、少なくとも上記出射手段の入口部分
に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビ
ームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心
運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上
記出射手段との距離を変化させるようにしたので、バン
プ電磁石を用いる必要がないので、不要とすることがで
きる。
Further, by generating a momentum dispersion function at least at the entrance of the extraction means, the orbit of the charged particle beam is synchronized with the deviation of the central momentum of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field when the charged particle beam is emitted. Since the distance to the emitting means is changed, it is not necessary to use the bump electromagnet, so that it can be eliminated.

【0043】また、上記偏向電磁石の磁場に対する上記
荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベ
ータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子
ビームの出射を停止するようにしたので、四極電磁石の
磁場強度を変化させる必要がないので、磁場強度を変更
させるための手段を不要とすることができる。
Further, since the changing direction of the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field of the deflection electromagnet is reversed to widen the stable region of the betatron oscillation, the extraction of the charged particle beam is stopped. Since it is not necessary to change the magnetic field strength of the electromagnet, means for changing the magnetic field strength can be eliminated.

【0044】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記偏向電磁石の磁場が一
定の状態で上記高周波加速空胴の周波数を変化させて荷
電粒子ビームの運動量を変化させることにより運動量偏
位を制御するようにしたので、荷電粒子ビームの出射の
開始と停止を迅速に行うことができる。
Further, a high-frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the momentum of the charged particle beam is changed by changing the frequency of the high-frequency accelerating cavity while the magnetic field of the deflection electromagnet is constant. Since the momentum deviation is controlled, it is possible to quickly start and stop the emission of the charged particle beam.

【0045】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波
数が一定または上記高周波加速空胴に加速電界を発生さ
せない状態で偏向電磁石の磁場を変化させることにより
上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制
御するようにしたので、高周波加速空胴の周波数を変化
させる必要もなく、高周波加速空胴に加速電界を発生さ
せる必要もなく、荷電粒子ビームの運動量偏位を制御す
ることができ、容易に制御することができる。
Further, a high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the magnetic field of the deflection electromagnet is changed while the frequency of the high frequency accelerating cavity is constant or an accelerating electric field is not generated in the high frequency accelerating cavity. Since the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field is controlled by the above, it is not necessary to change the frequency of the high frequency acceleration cavity and it is not necessary to generate an acceleration electric field in the high frequency acceleration cavity. It is possible to control the momentum deviation of the, and it is possible to easily control.

【0046】また、上記荷電粒子ビームを加速させる高
周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波
数及び上記偏向電磁石の磁場を同時または順次に変化さ
せることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの
運動量偏位を制御するようにしたので、容易に制御を行
うことができる。
Further, a high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the momentum of the charged particle beam with respect to the magnetic field is changed by simultaneously or sequentially changing the frequency of the high frequency accelerating cavity and the magnetic field of the deflection electromagnet. Since the deviation is controlled, the control can be easily performed.

【0047】また、上記荷電粒子ビームの運動量偏位と
上記ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段
から出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調
整するようにしたので、静電電極の電界強度を変化させ
る必要はない。
Since the relation between the momentum excursion of the charged particle beam and the betatron frequency is adjusted to adjust the emittance of the charged particle beam emitted from the emitting means, the electrostatic electrode It is not necessary to change the electric field strength.

【0048】また、この発明は、荷電粒子ビームが周回
する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビーム
を周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電
粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に
分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周
回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの
中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記
安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上
記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量
変位制御手段とを備えたので、出射の調整が容易な円形
加速器を得ることができる。
Further, according to the present invention, a duct including a circular orbit around which the charged particle beam orbits, a deflection electromagnet for orbiting the charged particle beam along the circular orbit, and a stable region for betatron oscillation of the charged particle beam. By dividing the stable region of the betatron oscillation by displacing the region dividing means for dividing into a resonance region, the emitting means for extracting the charged particle beam from the circular orbit, and the central momentum of the charged particle beam, Since the charged particle beam is provided with the momentum displacement control means for moving the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation, it is possible to obtain a circular accelerator whose emission can be easily adjusted.

【0049】また、この発明は、荷電粒子ビームが周回
する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビーム
を周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電
粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に
分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周
回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの
中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記
安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上
記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量
変位制御手段とを備えた円形加速器と、上記荷電粒子ビ
ームを輸送する輸送ダクトと、上記輸送ダクトから分岐
する複数の分岐輸送ダクトと、上記輸送ダクトから上記
各々の分岐輸送ダクトに上記荷電粒子ビームの輸送の切
換を行う切換手段と、上記分岐輸送ダクトにより輸送さ
れた上記荷電粒子ビームを照射する照射室とを備えたの
で、出射の調整が容易な円形加速器システムを得ること
ができる。
Further, according to the present invention, a duct including a circular orbit around which the charged particle beam orbits, a deflection electromagnet for orbiting the charged particle beam along the circular orbit, and a betatron oscillation of the charged particle beam in a stable region. By dividing the stable region of the betatron oscillation by displacing the region dividing means for dividing into a resonance region, the emitting means for extracting the charged particle beam from the circular orbit, and the central momentum of the charged particle beam, A circular accelerator provided with a momentum displacement control means for moving the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation, a transportation duct for transporting the charged particle beam, and a plurality of branch transportation ducts branched from the transportation duct. And switching means for switching the transportation of the charged particle beam from the transportation duct to each of the branched transportation ducts. , Since a radiation chamber for irradiating the charged particle beam transported by the branch transport duct, it is possible to adjust the emission obtained easily circular accelerator system.

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

【図1】 この発明の荷電粒子ビームの出射装置を有す
る円形加速器の構成を示した構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a circular accelerator having a charged particle beam emitting device of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1における出射装置の
動作パターンを示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation pattern of the emitting device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1における1/3整数
共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the separarix of 1/3 integer resonance according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態2における出射装置の
動作パターンを示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation pattern of the emission device according to the second embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態3における出射装置の
動作パターンを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation pattern of the emission device according to the third embodiment of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態4における出射機器の
動作パターンを示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation pattern of the emitting device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態5における1/3整数
共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a separarix of 1/3 integer resonance according to the fifth embodiment of the present invention.

【図8】 従来の荷電粒子ビーム出射装置(円形加速
器)の構成を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional charged particle beam emitting device (circular accelerator).

【図9】 従来の荷電粒子ビーム出射装置の動作パター
ンを示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an operation pattern of a conventional charged particle beam emission device.

【図10】 従来の荷電粒子ビーム出射装置の1/3整
数共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a separarix of 1/3 integer resonance of a conventional charged particle beam emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 偏向電磁石、2、102 出射用六極電磁
石、3,103 四極電磁石、4、104 出射用静電
電極、5、105 出射用バンプ電磁石、6、106
高周波加速空胴、7,107 六極電磁石、8,108
偏向電磁石の励磁パターン、9,109 出射用六極
電磁石の励磁パターン、10,110四極電磁石の励磁
パターン、11,111 出射用静電電極の電界印加パ
ターン、12,112 出射用バンプ電磁石の励磁パタ
ーン、14,114 出射用静電電極のギャップ、15
高周波加速空胴の加速電圧パターン、16 六極電磁
石の励磁パターン、17 セパラトリクス、18 出射
される荷電粒子の移動経路、19 荷電粒子ビームの中
心、20 高周波加速空胴の周波数パターン、21 出
射された荷電粒子ビームのエミッタンス、113a,1
13b 従来のセパラトリクス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Bending electromagnet, 2,102 Emission hexapole electromagnet, 3,103 Quadrupole electromagnet, 4,104 Emission electrostatic electrode, 5,105 Emission bump electromagnet, 6,106
High-frequency acceleration cavity, 7,107 hexapole electromagnet, 8,108
Excitation pattern of deflection electromagnet, 9,109 Excitation pattern of hexapole electromagnet for extraction, 10,110 Excitation pattern of quadrupole electromagnet, 11,111 Electric field application pattern of electrostatic electrode for extraction, 12,112 Excitation pattern of bump electromagnet for emission , 14, 114 Gap of electrostatic electrode for emission, 15
Acceleration voltage pattern of high-frequency acceleration cavity, 16 Excitation pattern of hexapole electromagnet, 17 Separatrix, 18 Movement path of emitted charged particles, 19 Center of charged particle beam, 20 Frequency pattern of high-frequency acceleration cavity, 21 Emitted Emittance of charged particle beam, 113a, 1
13b Conventional Separatrix.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回
させる偏向電磁石と、 上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共
鳴領域に分割する領域分割手段と、 上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手
段と、 上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベ
ータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上
記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領
域に移動させる運動量変位制御手段とを備えたことを特
徴とする荷電粒子ビームの出射装置。
1. A deflection electromagnet for orbiting a charged particle beam along a circular orbit, a region dividing means for dividing betatron oscillation of the charged particle beam into a stable region and a resonance region, and the charged particle beam for the circular orbit. Extraction means for extracting the charged particle beam from the extraction means, and displacement of the central momentum of the charged particle beam to narrow the stable region of the betatron oscillation, thereby controlling the momentum displacement to move the charged particle beam to the resonance region of the betatron oscillation. And a means for emitting the charged particle beam.
【請求項2】 少なくとも上記出射手段の入口部分に運
動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビーム
の出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動
量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出
射手段との距離を変化させることを特徴とした請求項1
に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
2. A circular orbit of the charged particle beam in synchronization with the deviation of the central momentum of the charged particle beam with respect to the deflection magnetic field when the charged particle beam is emitted by generating a momentum dispersion function at least at the entrance of the emitting means. The distance between the emitting means and the emitting means is changed.
The charged particle beam emitting device according to.
【請求項3】 上記偏向電磁石の磁場に対する上記荷電
粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベータ
トロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子ビー
ムの出射を停止することを特徴とした請求項1または2
に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
3. The emission of the charged particle beam is stopped by reversing the changing direction of the momentum excursion of the charged particle beam with respect to the magnetic field of the deflecting electromagnet to widen the stable region of betatron oscillation. Item 1 or 2
The charged particle beam emitting device according to.
【請求項4】 上記荷電粒子ビームを加速させる高周波
加速空洞をさらに備え、 上記偏向電磁石の磁場が一定の状態で上記高周波加速空
胴の周波数を変化させて荷電粒子ビームの運動量を変化
させることにより運動量偏位を制御することを特徴とし
た請求項1から3に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
4. A high-frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the frequency of the high-frequency accelerating cavity is changed to change the momentum of the charged particle beam while the magnetic field of the deflection electromagnet is constant. 4. The charged particle beam emitting apparatus according to claim 1, wherein the momentum excursion is controlled.
【請求項5】 上記荷電粒子ビームを加速させる高周波
加速空洞をさらに備え、 上記高周波加速空胴の周波数が一定または上記高周波加
速空胴に加速電界を発生させない状態で偏向電磁石の磁
場を変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒
子ビームの運動量偏位を制御することを特徴とした請求
項1から3に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
5. A high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam is further provided, and the magnetic field of the deflection electromagnet is changed while the frequency of the high frequency accelerating cavity is constant or an accelerating electric field is not generated in the high frequency accelerating cavity. 4. The charged particle beam emission device according to claim 1, wherein the momentum deviation of the charged particle beam with respect to the magnetic field is controlled by.
【請求項6】 上記荷電粒子ビームを加速させる高周波
加速空洞をさらに備え、 上記高周波加速空胴の周波数及び上記偏向電磁石の磁場
を同時または順次に変化させることにより上記磁場に対
する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御することを
特徴とした請求項1から3に記載の荷電粒子ビームの出
射装置。
6. A momentum of the charged particle beam with respect to the magnetic field, further comprising: a high frequency accelerating cavity for accelerating the charged particle beam, wherein the frequency of the high frequency accelerating cavity and the magnetic field of the deflection electromagnet are simultaneously or sequentially changed. The charged particle beam emitting apparatus according to claim 1, wherein the deviation is controlled.
【請求項7】 上記荷電粒子ビームの運動量偏位と上記
ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段から
出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調整す
ることを特徴とした請求項1から6に記載の荷電粒子ビ
ームの出射装置。
7. The emittance of the charged particle beam emitted from the emitting means is adjusted by adjusting the relationship between the momentum excursion of the charged particle beam and the betatron frequency. 6. The charged particle beam emitting device according to item 6.
【請求項8】 荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内
包するダクトと、 上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向
電磁石と、 上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共
鳴領域に分割する領域分割手段と、 上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手
段と、 上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベ
ータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上
記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領
域に移動させる運動量変位制御手段とを備えたことを特
徴とする円形加速器。
8. A duct including a circular orbit around which a charged particle beam circulates, a deflection electromagnet that orbits the charged particle beam along the circular orbit, and betatron oscillation of the charged particle beam into a stable region and a resonance region. Region dividing means for dividing, emitting means for extracting the charged particle beam from the orbit, and displacing the central momentum of the charged particle beam to narrow the stable region of the betatron oscillation, thereby the charged particle beam A circular accelerator comprising: a momentum displacement control means for moving the betatron to the resonance region of the betatron oscillation.
【請求項9】 荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内
包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿っ
て周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベー
タトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割
手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出
す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位
させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭める
ことにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振
動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを
備えた円形加速器と、 上記荷電粒子ビームを輸送する輸送ダクトと、 上記輸送ダクトから分岐する複数の分岐輸送ダクトと、 上記輸送ダクトから上記各々の分岐輸送ダクトに上記荷
電粒子ビームの輸送の切換を行う切換手段と、 上記分岐輸送ダクトにより輸送された上記荷電粒子ビー
ムを照射する照射室とを備えたことを特徴とする円形加
速器システム。
9. A duct that encloses a circular orbit around which a charged particle beam circulates, a deflection electromagnet that orbits the charged particle beam along the circular orbit, and betatron oscillation of the charged particle beam into a stable region and a resonance region. Region dividing means for dividing, emitting means for extracting the charged particle beam from the orbit, and displacing the central momentum of the charged particle beam to narrow the stable region of the betatron oscillation, thereby the charged particle beam A circular accelerator having a momentum displacement control means for moving the betatron oscillation to the resonance region, a transport duct for transporting the charged particle beam, a plurality of branch transport ducts branched from the transport duct, and the transport Switching means for switching transportation of the charged particle beam from the duct to each of the branch transportation ducts; Circular accelerator system characterized by comprising an irradiation chamber for irradiating the charged particle beam transported by a duct.
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