JP2003109800A - 電子加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低エネルギーの電子ビームの入射と、低磁場
強度の偏向電磁石の利用とにより、大電流を蓄積するこ
とのできる電子加速装置を得る。 【解決手段】 第１の電子ビームを周回させるための高
周波加速空洞を有する蓄積軌道と、蓄積軌道の外部から
蓄積軌道に第２の電子ビームを入射するための入射軌道
と、蓄積軌道を変化させて入射軌道を作成するためのパ
ルス電磁石と、第２の電子ビームを入射軌道に導入する
ためのセプタム電磁石を有する入射手段とを備え、第１
の電子ビームを加速しながら放射光を発生する電子加速
装置であって、パルス電磁石は、第２の電子ビームの入
射軌道への入射時に、入射軌道と蓄積軌道とのずれ量の
最大値が第２の電子ビームのビームサイズの１．２５倍
の値とセプタム電磁石の厚さとの加算値以下となるよう
に入射軌道を作成する電子加速装置を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、医療診断や半導
体の加工などに利用される電子加速施設に関し、特に電
子加速装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子ビームを蓄積して、電子
ビームを加速しながら放射光を発生する電子加速施設
は、よく知られている。図１１は一般的な電子加速施設
を示す斜視図、図１２は図１１に示した電子加速施設に
設置させる従来の電子加速装置を概略的に示す概略図で
ある。

【０００３】図１１において、電子加速施設は、電子加
速装置１１、入射用電子直線加速器（入射器）１２、電
子シンクロトロン１３、ビーム輸送路１４および電源１
５により構成されている。また、電子加速装置１１は、
入射装置１１１を備えている。

【０００４】さらに、図１２において、電子加速装置１
１は、セプタム電磁石１１１Ａ（入射装置１１１）、加
速電界Ｅを励振させる高周波加速空洞１１３、パルス電
磁石２０１、入射軌道２０２および蓄積軌道２０３によ
り構成されている。入射装置１１１は、電子ビームを取
り込むためのセプタム電磁石１１１Ａを備えている。

【０００５】電子加速装置１１は、リング状に並べた偏
向電磁石で電子に円形軌道をとらせ、円形軌道の途中に
置いた高周波加速空洞１１３で電子を加速させる。そし
て、高速で走る電子が偏向電磁石による磁界で曲げられ
ると、エネルギーの一部が光（放射光）として放出され
る。

【０００６】円形軌道上には、高エネルギーの電子（電
子ビーム）が蓄積（貯蔵）されており、高周波加速空洞
１１３からエネルギーを補給されながら、長時間にわた
って光を放出し続ける。

【０００７】次に、図１１および図１２を参照しなが
ら、従来の電子加速装置を備えた電子加速施設の動作に
ついて説明する。

【０００８】まず、電子（電子ビーム）は入射用電子直
線加速器１２で発生し、加速される。次に、電子ビーム
に所定のエネルギーを持たせるために、電子ビームを電
子シンクロトロン１３に入射させ、円運動しながら加速
させる。

【０００９】所定のエネルギーを持った電子ビームは、
ビーム輸送路１４を経由し、入射装置１１１のセプタム
電磁石１１１Ａを用いて電子加速装置（貯蔵リング）１
１に入射する。

【００１０】次に、パルス電磁石２０１で電子ビームが
周回している蓄積軌道２０３を変化させて、電子ビーム
が入射するための入射軌道２０２を作成する。このと
き、入射軌道２０２がセプタム電磁石１１１Ａに最も近
づいた時点で、電子ビーム（入射電子ビーム）は入射軌
道２０２に入り、その後、電子ビームの蓄積軌道２０３
に入る。

【００１１】蓄積軌道２０３に入った電子ビーム（蓄積
電子ビーム）は、電子加速装置１１の中で蓄積（貯蔵）
され、円形軌道の蓄積軌道２０３に沿って円運動する。
このように、電子加速装置１１の中で円運動している
間、電子ビームは放射光を放出する。なお、電子ビーム
は放射減衰により放射光を放出すると、エネルギーの一
部を失うが、電子加速装置１１の高周波加速空洞１１３
中で運動エネルギーが与えられて、高いエネルギー状態
に復帰されることにより、円運動を続けることができ
る。

【００１２】次の電子ビームの入射は、蓄積電子ビーム
のビームサイズが放射減衰によって小さくなるまで行わ
れない。なぜなら、電子ビームはエネルギーを失うと電
子ビームのビームサイズが小さくなるが、電子ビームの
ビームサイズが小さくなっていない状態で次の電子ビー
ムを入射すると、周回（円運動）をしている電子ビーム
がセプタム電磁石１１１Ａに衝突して、電子ビームを失
ってしまうからである。従って、電子ビームのビームサ
イズが小さくなったら次の電子ビームを入射するという
動作を繰り返す。

【００１３】従来の電子加速装置１１において、入射の
周期（周波数）は、放射減衰時間の値と同程度に設定さ
れている。

【００１４】この種の電子加速装置は、例えば、「Ｋ．
Ｙｏｓｈｉｄａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｃｏｍｐａｃｔ ｓｙ
ｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ
ｔｈｅ ＨＳＲＣ，ｊｏｕｎａｌ ｏｆ Ｓｙｎｃｈ
ｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ， Ｖｏｌ．５ Ｐ
ａｒｔ３，１９９８，ｐ３４５−ｐ３４７」（吉田他、
ＨＳＲＣのコンパクト放射光源、放射光ジャーナル）に
示されている。

【００１５】一般に、放射減衰時間は、電子加速装置１
１に入射する電子ビームのエネルギーの２乗と、電子ビ
ームを円運動させる偏向電磁石の磁場強度（偏向磁場強
度）とに反比例するので、放射減衰時間を短くするに
は、入射電子ビームのエネルギーを上げ、偏向磁場強度
を上げることが必要である。

【００１６】例えば、入射する電子ビームのエネルギー
が１５０ＭｅＶ程度で、偏向電磁石の偏向磁場強度が
１．４Ｔ程度のコンベンショナルな電子加速装置の場
合、１秒〜２秒の放射減衰時間となる。

【００１７】次に、従来の電子加速装置１１の電子ビー
ム入射方法について、図１３の水平（ｘ軸）方向（軌道
平面方向）の位相平面説明図を用いて説明する。

【００１８】図１３は従来の電子加速装置１１を用いた
場合を示し、ある周期での入射の位相平面を時間毎に４
分割して示している。

【００１９】まず、ステップＳ１３０１において、楕円
中を電子ビームが周回（ターン）し、入射軌道２０２を
蓄積軌道２０３へ近づけていく過程について説明する。
この過程は、セプタム電磁石１１１Ａの位置を楕円の外
側にずらしていくことに対応（外側から入射を行う場
合）する。

【００２０】ここでは、入射時の水平方向の蓄積軌道
（２０３）のベータトロン振動数の小数部を０．２５ま
たは０．７５付近としている。従って、入射された電子
ビームを周回（ターン）毎にプロットすると、ステップ
Ｓ１３０１に示すように、楕円の１／４毎の位置に存在
することとなる。

【００２１】そして、４ターン目に電子ビームが再度セ
プタム電磁石１１１Ａの位置付近に到達し、この時点で
電子ビームがセプタム電磁石１１１Ａの位置より外側に
あると、その電子ビームは、セプタム電磁石１１１Ａに
衝突して失なわれてしまう。

【００２２】従って、電子ビームが４ターンするまで
に、セプタム電磁石１１１Ａの位置を外側にずらして、
４ターン目の電子ビームがセプタム電磁石１１１Ａより
中に入るようにしておく必要がある。このことは、入射
軌道２０２を作成するパルス電磁石２０１（パータベー
タ）を所定の時間で励磁することで達成される。

【００２３】次に、ステップＳ１３０２において、１回
の入射が終了した時点での電子ビームの位相平面につい
て説明する。

【００２４】このとき、セプタム電磁石１１１Ａは、電
子ビームのアクセプタンスより外側に位置し、電子ビー
ムは、磁石配置によって決まる楕円上を周回し、ステッ
プＳ１３０２に示すように、数１００μｓｅｃ程度でア
クセプタンスの楕円内を埋め尽くすと考えることができ
る。

【００２５】続いて、ステップＳ１３０３において、電
子ビームは、偏向電磁石による磁界中で、円軌道の中心
に向かって力を受け、前述のように放射光（Ｓｙｎｃｈ
ｒｏｔｒｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を放射する。放射
光を放射した電子ビームは、エネルギーを失うが、失わ
れたエネルギーは、高周波加速空洞１１３で高周波電界
により補充される。

【００２６】このとき、放射光の放射は、ある広がりを
持った方向に行われるので、電子ビームのエネルギーの
減少は、電子ビームの進行方向および横方向ともに生じ
る。

【００２７】ところが、高周波加速空洞１１３によるエ
ネルギーの補充は、主として電子ビームの進行方向のみ
であるため、電子ビームの横方向の運動量は時間と共に
失われていく。結果的に、位相平面上において、楕円の
面積は縮小していくこととなる。この現象を放射減衰と
呼ぶ。

【００２８】この放射減衰により、電子ビームのエミッ
タンスは減少し、放射減衰と放射励起とがつりあったエ
ミッタンスに収束する。

【００２９】最後に、ステップＳ１３０４において、電
子ビームのエミッタンスが十分に小さくなった後、次の
入射が開始される。

【００３０】入射軌道２０２を作成する時には、位相平
面上のセプタム電磁石１１１Ａの位置が実効的に内側に
ずれている。入射電子ビームは、セプタム電磁石１１１
Ａの位置に近づき、楕円上の電子ビームが蓄積軌道２０
３を回転する。そして、前述のステップＳ１３０１の入
射過程に入る。

【００３１】前述のように、電子ビームのエミッタンス
が大きいと、電子ビームは入射軌道２０３を作成した時
にセプタム電磁石１１１Ａと衝突して失われてしまう。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子加速装置は
以上のように、通常の磁場強度の偏向電磁石を用いて、
１００ＭｅＶ〜１５０ＭｅＶ程度の低エネルギーの電子
ビームの入射を行う場合には、放射減衰時間が長くなっ
てしまい、高い周波数（短い周期）での入射ができない
ので、入射と次の入射との間に、残留ガスとの衝突によ
って電子加速装置１１内の電子ビームが急速に失われて
しまう。そして、この電子ビームの減衰量と入射による
電流の増加量とがつりあった時間以降は蓄積電流が増加
しないので、大電流の蓄積を実現することができないと
いう問題があった。

【００３３】また、例えば、入射エネルギーが１５０Ｍ
ｅＶと低エネルギーであっても、偏向電磁石の磁場強度
が２．７Ｔと高い磁場強度である場合には、放射減衰時
間が０．５秒と比較的短く、２Ｈｚ程度の周波数での入
射を実現することができるが、このような高磁場強度の
電磁石の消費電力が大きい。さらに、電子ビームのエミ
ッタンスを小さくしなければならない場合には、高磁場
強度が望ましくない。従って、このような高磁場強度の
電磁石を用いた電子加速施設は用途が限定されてしまう
という問題があった。

【００３４】さらに、大電流の加速を行うためには、前
段の加速器（従来のシンクロトロン）で高エネルギー
（放射減衰時間が十分短くなるエネルギー）になるまで
加速する必要があった。しかしその加速器を加えた分、
電子加速施設が大型となり、産業用装置や医療用装置と
しての普及が難しいという問題があった。

【００３５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、低エネルギーの電子ビームを入
射して、低磁場強度の偏向電磁石を利用することによ
り、大電流を蓄積することのできる電子加速装置を得る
ことを目的とする。

【００３６】また、この発明は、産業用装置や医療用装
置への普及を目指して、コンパクトな電子加速施設にす
るための電子加速装置を得ることを目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電子加速
装置は、第１の電子ビームを周回させるための高周波加
速空洞を有する蓄積軌道と、蓄積軌道の外部から蓄積軌
道に第２の電子ビームを入射するための入射軌道と、蓄
積軌道を変化させて入射軌道を作成するためのパルス電
磁石と、第２の電子ビームを入射軌道に導入するための
セプタム電磁石を有する入射手段とを備え、第１の電子
ビームを加速しながら放射光を発生する電子加速装置で
あって、パルス電磁石は、第２の電子ビームの入射軌道
への入射時に、入射軌道と蓄積軌道とのずれ量の最大値
が第２の電子ビームのビームサイズの１．２５倍の値と
セプタム電磁石の厚さとの加算値以下となるように入射
軌道を作成するものである。

【００３８】また、この発明に係る電子加速装置は、第
２の電子ビームの入射周期を、第１の電子ビームの放射
減衰時間の４倍以上に設定したものである。

【００３９】また、この発明に係る電子加速装置の入射
手段は、蓄積軌道の歪みを補正するための歪み補正手段
を含み、蓄積軌道の歪みをあらかじめ補正して入射軌道
に第２の電子ビームを入射させるものである。

【００４０】また、この発明に係る電子加速装置は、放
射光を被験者に照射されて被験者の医療診断に用いられ
るものである。

【００４１】さらに、この発明に係る電子加速装置は、
放射光を被加工物に照射されて被加工物の加工に用いら
れるものである。

【００４２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、図面を参照
しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明
する。図１はこの発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【００４３】図１において、電子加速装置１１Ａは、セ
プタム電磁石１１１Ａ（図２参照）を備え、電子ビーム
を入射する入射装置１１１と、電子が周回する真空ダク
ト１１２と、電子を加速する高周波加速空洞１１３と、
電子を偏向させる（曲げる）偏向電磁石１１４とから構
成されている。なお、中央に存在するのは、電子加速装
置１１Ａに電子ビームを入射する入射器（マイクロトロ
ン）１２Ａである。

【００４４】図２はこの発明の実施の形態１を示す説明
図である。図２において、前述（図１参照）と同様のも
のについては、同一符号が付されている。

【００４５】図２においては、入射軌道を作るパルス電
磁石２０１と、電子ビームが入射される入射軌道２０２
と、高エネルギーの電子ビームが蓄積されている蓄積軌
道２０３とが示されている。

【００４６】以下に、図３のフローチャートを参照しな
がら、図１および図２に示したこの発明の実施の形態１
による電子加速装置の動作について説明する。

【００４７】図３において、まず、電子ビームは、セプ
タム電磁石１１１Ａから入射される（ステップＳ３０
１）。

【００４８】次に、入射軌道２０２を作成する（ステッ
プＳ３０２）。

【００４９】このとき、入射軌道２０２は、電子ビーム
の入射時に、蓄積軌道２０３の一部または全ての軌道を
パルス電磁石２０１で変化させることにより、セプタム
電磁石１１１Ａに近づく方向に作成される。

【００５０】ただし、蓄積軌道２０３上には、前回入射
した電子ビーム（蓄積電子ビーム）が周回しており、入
射軌道２０２は、所定の距離Ｄ（図２参照）までしかセ
プタム電磁石１１１Ａに近づくことができない。

【００５１】その後、パルス電磁石２０１の励磁が最大
になった時に、入射軌道２０２はセプタム電磁石１１１
Ａに最も近づき、入射軌道２０２と蓄積軌道２０３との
ずれが最大となる。

【００５２】続いて、パルス電磁石２０１の励磁が減衰
し、入射軌道２０２が蓄積軌道２０３に戻っていく時間
の間に、電子ビームはセプタム電磁石１１１Ａから入射
される（ステップＳ３０３）。

【００５３】次に、入射が終了する（ステップＳ３０
４）と、蓄積電子ビームは、入射軌道２０２と蓄積軌道
２０３との差程度の電子ビーム径（ビームサイズ）とな
り、振動しながら蓄積軌道２０３を周回する。

【００５４】仮に、この状態で、再度入射軌道２０２を
作成して次の電子ビームを入射すると、前回入射して蓄
積軌道２０３を周回している蓄積電子ビームのビームサ
イズが大きすぎるために、セプタム電磁石１１１Ａに衝
突してしまい、蓄積電子ビームを失ってしまう。

【００５５】従って、電子ビーム入射後は、放射減衰に
より蓄積電子ビームのビームサイズが十分小さくなる
（放射減衰時間が経過する）まで、次の入射を行わない
（ステップＳ３０５）。すなわち、放射減衰（ステップ
Ｓ３０５）の終了後にステップＳ３０１に戻る。

【００５６】こうして、電子ビームビームサイズが小さ
くなった時点で、次の入射を開始し、以降この動作を繰
り返す。

【００５７】次に、ステップＳ３０５における放射減衰
について具体的に説明する。

【００５８】放射減衰とは、電子ビームが円運動の中心
（蓄積軌道２０３の中心）に向かって力を受けて軌道が
曲げられるときに、放射光が発生することにより、横方
向運動のエネルギーが減衰して、電子ビームのエミッタ
ンスが小さくなっていく現象のことである。この現象
は、蓄積電子ビームのビームサイズが小さくなっていく
ことに相当する。

【００５９】放射減衰後の蓄積電子ビームのエミッタン
スは、入射直後の広がった（大きい）蓄積電子ビームの
エミッタンスの１／ｅになる。ただし、ｅは、素電荷
（１．６０２×１０^-19Ｃ）である。

【００６０】この放射減衰時間よりも短い周期で電子ビ
ームを入射すると、蓄積軌道２０３を周回している蓄積
電子ビームがセプタム電磁石１１１Ａに衝突し、蓄積電
子ビームを失ってしまい、電子加速装置１１Ａでの蓄積
電流が増加しないと考えられている。

【００６１】次に、図４および図５を参照しながら、こ
の発明の実施の形態１による電子ビームの入射方法につ
いて、さらに詳しく説明する。

【００６２】図４はこの発明の実施の形態１による入射
方法を示す説明図であり、前述の図１３に対応してい
る。図４において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４は、あ
る回の入射について、水平（ｘ軸）方向の位相平面を時
間毎に４分割して示している。

【００６３】図５はこの発明の実施の形態１による入射
方法を示す説明図であり、図５において、入射する電子
ビーム（入射電子ビーム）の位置５０１と、入射軌道２
０２（入射時の蓄積軌道の変異（ずれ）が最大となる時
間における入射電子ビームの位置）および蓄積軌道２０
３の位置２０２Ａ、２０３Ａとが示されている。

【００６４】図４において、始めに、電子ビームの入射
条件を示す（ステップＳ４０１）。まず、入射軌道２０
２および蓄積軌道２０３のずれを小さくして、蓄積軌道
２０３内の電子ビームを蓄積可能な領域（アクセプタン
ス）の一番外側にのみ入射する。ステップＳ４０１で
は、セプタム電磁石１１１Ａの位置がアクセプタンスの
外側すれすれに位置していることに対応する。

【００６５】また、入射軌道２０２および蓄積軌道２０
３のずれの最大値（図２、図５の距離Ｄに相当）は、セ
プタム電磁石１１１Ａの厚さと入射する電子ビームのビ
ームサイズの１．２５倍の値との和（図５における厚さ
Ｂ＋ビームサイズＣ×１．２５）以下とする。

【００６６】なお、入射電子ビームは、中心部の電子密
度が高い正規分布に近い分布をしており、その境界は厳
密ではない。この実施の形態１の場合、正規分布の１σ
の幅の２倍程度をビーム境界（電子ビームサイズＣ）と
考えている。ただし、電子ビームサイズＣの１．２５倍
までは、この実施の形態１と同様の効果を有する。

【００６７】次に、ある回の入射が終了した時点での蓄
積電子ビームを示す（ステップＳ４０２）。セプタム電
磁石１１１Ａの位置は、蓄積電子ビームのアクセプタン
スより外側になる。

【００６８】蓄積電子ビームは、水平方向のチューンを
振動数として、磁石配置から決まる楕円上を周回し、数
１００μsec程度で、ステップＳ４０２に示すように、
ある楕円内を埋め尽くすと考えることができる。すなわ
ち、従来の入射手法（図１３内のステップ１３０２）と
比較して、アクセプタンスの外側に集中した密度分布と
なる。

【００６９】次に、ある回の入射が終了（ステップＳ４
０２）すると、電子ビームは放射減衰を開始する（ステ
ップＳ４０３）。ただし、次の入射までの時間が短いの
で、蓄積電子ビームは十分に減衰しきらず、かなり大き
なビームサイズのままである。

【００７０】そして、次の入射を開始する（ステップＳ
４０４）。前述の通り、入射軌道２０２および蓄積軌道
２０３のずれが大きくなると、蓄積電子ビームの一部は
セプタム電磁石１１１Ａと衝突して失われてしまう。

【００７１】蓄積電子ビームは、ベータトロン振動数の
周期で振動しているので、異なるターン時に、セプタム
電磁石１１１Ａに衝突した部分の電子ビーム消失部分が
ずれることになり、蓄積電子ビームの楕円は多角形の形
状となる。このような状態で、次の入射を開始して（ス
テップＳ４０１）、以降ステップＳ４０１〜Ｓ４０４を
繰り返し行う。

【００７２】このとき、セプタム電磁石１１１Ａに衝突
する蓄積電子ビームのパワーは、１５０ＭｅＶのエネル
ギーで１０Ｈｚ入射の場合、約１０Ｗ程度であり、何ら
問題とならない。

【００７３】入射後の蓄積電子ビームは、入射の繰り返
し過程で徐々に減衰していくので、セプタム電磁石１１
１Ａに衝突して失われる蓄積電子ビームは、入射後のあ
る一定時間の蓄積電子ビームのみである。

【００７４】以上のように、電子加速装置１１Ａは、セ
プタム電磁石１１１Ａに衝突して一部の蓄積電子ビーム
を失ってしまうが、放射減衰時間より大幅に高い周波数
で電子ビームを入射することができるので、大電流を蓄
積することが実現できる。

【００７５】次に、図６および図７を参照しながら、コ
ンピュータシミュレーションにより、この入射方法を実
験した結果について説明する。

【００７６】図６および図７は、入射周波数（Ｒｅｐｅ
ｔｉｔｉｏｎ）と最大加速電流（最大蓄積電流）（Ｃｕ
ｒｒｅｎｔ）との関係を示す特性図であり、図６はこの
発明の実施の形態１による入射方法における特性図、図
７は従来の入射方法における特性図を示している。

【００７７】図６および図７においては、放射減衰時間
が１秒の場合と２秒の場合とを計算したときの特性が示
されている。これらの時間値は、偏向磁場強度１．４Ｔ
程度の偏向電磁石を用いた電子加速装置１１Ａ、１１に
エネルギー１５０ＭｅＶの電子ビームを入射した場合の
放射減衰時間に相当する。

【００７８】図７において、最大加速電流は、秒単位の
放射減衰時間の値にほぼ等しい入射周波数の条件の場合
（放射減衰時間１秒に対して、入射周波数１Ｈｚ程度）
が最適であり、入射周波数を高くさせるに従い、最大加
速電流は減少していくことがわかる。

【００７９】これは、従来の入射方法の場合、入射周波
数が高いと、ほとんどの電子ビームがセプタム電磁石１
１１Ａに衝突して失われてしまうので、最大加速電流が
最適な、放射減衰時間程度の周波数で入射が行われてい
ることを示す。

【００８０】一方、この発明による入射方法を示す図６
において、入射周波数が低い場合には、図７（従来の入
射方法）と比べて最大加速電流が小さい。しかし、入射
周波数を高くするに従って、この発明の入射方法の方が
最大加速電流が大きくなることがわかる。

【００８１】図６においては、放射減衰時間が２秒の場
合に、入射周波数が１０Ｈｚ近傍で最大加速電流が最大
となる。また、放射減衰時間が１秒の場合には、入射周
波数の高い方が最大加速蓄積電流が大きくなっており、
入射周波数が２０Ｈｚではまだ飽和していない。

【００８２】このように、この発明の入射方法で、秒単
位の放射減衰時間の値よりも高い周波数（１０〜２０Ｈ
ｚ）で電子ビームの入射を行うことにより、最大加速電
流（最大蓄積電流）の増大が可能であることがわかる。

【００８３】以上のような入射方法により、高い周波数
での入射が可能であり、蓄積電流の増大が可能となる。

【００８４】従って、医療診断装置や放射光加工装置な
どの電子加速施設で、この電子加速装置を用いれば、従
来、必要であったブースターシンクロトロンは必要な
く、電子加速施設全体の縮小を図ることができ、電子加
速施設の大きさの原因で普及が難しかった医療用装置や
産業用装置としての普及が望める。

【００８５】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、電子ビームの入射周期（入射周波数）について言及
しなかったが、放射減衰時間の値の４倍以上に設定して
もよい。

【００８６】図８および図９は、この発明の実施の形態
２に係る入射周波数および最大加速電流の関係を従来特
性と対比して示した特性図である。

【００８７】図８は放射減衰時間が１秒の場合、図９は
放射減衰時間が２秒の場合で入射方法の関係を示してい
る。

【００８８】図８および図９より、従来と比べてこの発
明の入射方法による効果の相違が顕著となるのは、入射
周波数を秒単位の放射減衰時間の値の４倍程度以上（放
射減衰時間１秒時、入射周波数４Ｈｚ、放射減衰時間２
秒時、入射周波数８Ｈｚ）とした条件であることがわか
る。

【００８９】以上のように、入射周波数を放射減衰時間
の値の４倍程度以上とすることにより、上記実施の形態
１の入射方法による効果が顕著となり、最大蓄積電流の
増大が可能である。さらに、上記実施の形態１のよう
に、電子加速施設の縮小を図ることができる。

【００９０】実施の形態３．なお、上記実施の形態１、
２では、蓄積軌道の歪み（ＣＯＤ）について言及しなか
ったが、歪み（ＣＯＤ）を補正してもよい。

【００９１】次に、図１０を参照しながら、蓄積軌道２
０３の歪み（ＣＯＤ）が、蓄積電流（蓄積電子ビーム）
に与える影響について説明する。

【００９２】この発明においては、アクセプタンス境界
付近に電子ビームを入射するので、平衡軌道の歪み（Ｃ
ＯＤ）が最大加速電流に与える影響が大きい。アクセプ
タンスとは、電子ビームが安定周回可能な位相平面上の
領域のことである。

【００９３】図１０はこの発明の実施の形態３に係るシ
ミュレーション実験の結果を示す特性図である。図１０
において、横軸が水平方向（軌道平面方向）のセプタム
電磁石１１１Ａの位置での歪み（ＣＯＤ）、縦軸が最大
加速電流である。

【００９４】図１０において、歪み（ＣＯＤ）が１．５
ｍｍ以上になると、急激に最大加速電流が減少すること
がわかる。従って、大電流加速時にはあらかじめ蓄積電
子ビームの歪み（ＣＯＤ）を１．５ｍｍ以下に補正して
入射を行うのが望ましい。

【００９５】この関係は、電子加速装置１１Ａのパラメ
ータにより若干の変動があるが、セプタム電磁石１１１
Ａの位置における水平方向の歪み（ＣＯＤ）をミリ（ｍ
ｍ）オーダで制御することは現状技術ではそれほど難し
くなく、実現可能である。

【００９６】以上のように、電子ビームの入射方法（手
段）や、蓄積軌道２０３の歪み補正方法（手段）を用い
た電子加速装置を備えれば、低エネルギー入射および低
磁場強度の偏向電磁石の利用でも、大電流の蓄積が可能
である。

【００９７】従って、上記実施の形態１、２のように、
医療診断装置や放射光加工装置などの電子加速施設の縮
小を図ることができる。

【００９８】実施の形態４．なお、上記実施の形態１〜
３では、電子加速装置１１Ａへ電子ビームを入射する入
射器１２Ａとしてマイクロトロンを用いたが、線形加速
器を用いてもよい。

【００９９】ただし、マイクロトロンを用いた入射器１
２Ａと比較して、線形加速器は入射器部分が長くなる。

【０１００】線形加速器を用いた入射器１２Ａによる電
子ビームの入射方法などは全て上記実施の形態１〜３と
同様であるので省略する。

【０１０１】入射器１２Ａをマイクロトロンから線形加
速器に変えても、上記実施の形態１〜３と同様の効果を
得ることができる。

【０１０２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第１
の電子ビームを周回させるための高周波加速空洞を有す
る蓄積軌道と、蓄積軌道の外部から蓄積軌道に第２の電
子ビームを入射するための入射軌道と、蓄積軌道を変化
させて入射軌道を作成するためのパルス電磁石と、第２
の電子ビームを入射軌道に導入するためのセプタム電磁
石を有する入射手段とを備え、第１の電子ビームを加速
しながら放射光を発生する電子加速装置であって、パル
ス電磁石は、第２の電子ビームの入射軌道への入射時
に、入射軌道と蓄積軌道とのずれ量の最大値が第２の電
子ビームのビームサイズの１．２５倍の値とセプタム電
磁石の厚さとの加算値以下となるように入射軌道を作成
するので、短い周期（高い周波数）で低エネルギーの電
子ビームを入射して、低磁場強度の偏向電磁石を利用す
ることができ、蓄積電流を増大させることのできる電子
加速装置が得られる効果がある。

【０１０３】また、この発明によれば、第２の電子ビー
ムの入射周期は、第１の電子ビームの放射減衰時間の４
倍以上に設定されたので、低エネルギーの電子ビームの
入射を繰り返すことにより、大電流の電子ビームを加速
することのできる電子加速装置が得られる効果がある。

【０１０４】また、この発明によれば、入射手段は、蓄
積軌道の歪みを補正するための歪み補正手段を含み、蓄
積軌道の歪みをあらかじめ補正して入射軌道に第２の電
子ビームを入射させるので、大電流の電子ビームを加速
することのできる電子加速装置が得られる効果がある。

【０１０５】また、この発明によれば、放射光は、被験
者に照射されて被験者の医療診断に用いられるので、電
子加速施設全体の大きさを縮小する（コンパクトにす
る）ことのできる電子加速装置が得られる効果がある。

【０１０６】さらに、この発明によれば、放射光は、被
加工物に照射されて被加工物の加工に用いられるので、
電子加速施設全体の大きさを縮小する（コンパクトにす
る）ことのできる電子加速装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す構成図であ
る。

【図２】 この発明の実施の形態１を示す説明図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１による動作を示すフ
ローチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１による入射方法を示
す説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態１による入射方法を示
す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による入射方法にお
ける特性図である。

【図７】 従来の入射方法における特性図である。

【図８】 この発明の実施の形態２に係る入射周波数お
よび最大加速電流の関係を従来特性と対比して示した特
性図である。

【図９】 この発明の実施の形態２に係る入射周波数お
よび最大加速電流の関係を従来特性と対比して示した特
性図である。

【図１０】 この発明の実施の形態３に係るシミュレー
ション実験の結果を示す特性図である。

【図１１】 一般的な電子加速施設を示す斜視図であ
る。

【図１２】 電子加速施設に設置させる従来の電子加速
装置を概略的に示す概略図である。

【図１３】 従来の電子加速装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１１、１１Ａ 電子加速装置、１２、１２Ａ 入射器
（入射用電子直線加速器）、１３ 電子シンクロトロ
ン、１４ ビーム輸送路、１５ 電源、１１１、１１１
Ａ 入射装置（セプタム電磁石）、１１２ 真空ダク
ト、１１３ 高周波加速空洞、１１４ 偏向電磁石、２
０１ パルス電磁石、２０２、２０２Ａ 入射軌道、２
０３、２０３Ａ 蓄積軌道、５０１ 入射電子ビームの
位置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電子ビームを周回させるための高
   周波加速空洞を有する蓄積軌道と、 前記蓄積軌道の外部から前記蓄積軌道に第２の電子ビー
   ムを入射するための入射軌道と、 前記蓄積軌道を変化させて前記入射軌道を作成するため
   のパルス電磁石と、 前記第２の電子ビームを前記入射軌道に導入するための
   セプタム電磁石を有する入射手段とを備え、 前記第１の電子ビームを加速しながら放射光を発生する
   電子加速装置であって、 前記パルス電磁石は、前記第２の電子ビームの前記入射
   軌道への入射時に、前記入射軌道と前記蓄積軌道とのず
   れ量の最大値が前記第２の電子ビームのビームサイズの
   １．２５倍の値と前記セプタム電磁石の厚さとの加算値
   以下となるように前記入射軌道を作成することを特徴と
   する電子加速装置。
2. 【請求項２】 前記第２の電子ビームの入射周期は、前
   記第１の電子ビームの放射減衰時間の４倍以上に設定さ
   れたことを特徴とする請求項１に記載の電子加速装置。
3. 【請求項３】 前記入射手段は、前記蓄積軌道の歪みを
   補正するための歪み補正手段を含み、前記蓄積軌道の歪
   みをあらかじめ補正して前記入射軌道に前記第２の電子
   ビームを入射させることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の電子加速装置。
4. 【請求項４】 前記放射光は、被験者に照射されて前記
   被験者の医療診断に用いられることを特徴とする請求項
   １から請求項３までのいずれかに記載の電子加速装置。
5. 【請求項５】 前記放射光は、被加工物に照射されて前
   記被加工物の加工に用いられることを特徴とする請求項
   １から請求項３までのいずれかに記載の電子加速装置。