JP2003133133A - 電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置 - Google Patents
電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置Info
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Abstract
以上の速い繰返しのシンクロトロン用電磁石等の磁場強
度を可能とする磁界発生装置を提供する。 【解決手段】 通常電磁石(4)の鉄芯および鉄ヨー
クと永久磁石(5)を、ビームの進行方向である縦方向
に交互に配置し、これらを共通のコイル(8)で励磁す
るようになす。
Description
永久磁石をビームの進行方向である縦方向に組み合わせ
た磁界発生装置に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、高エネルギー物理学、原子核物理
学、エネルギー科学、物質・材料科学、生命科学、医療
利用研究等に利用可能な、シンクロトロン、サイクロト
ロン、貯蔵リング(ストレージリング)等の円形荷電粒
子加速器において、荷電粒子を偏向及び収束・発散させ
るために必要な磁界を形成する、電磁石と永久磁石を縦
方向に組み合わせた磁界発生装置に関するものである。
おいて荷電粒子を偏向及び収束・発散させるために使用
する磁界発生装置としては、電磁石を用いるのが大半で
あった。電磁石は従来型の主に銅コイルで励磁するもの
(以下、通常電磁石と呼ぶ)と超伝導線のコイルで励磁
するもの(以下、超伝導電磁石と呼ぶ)とに大別され
る。
類され、交流電磁石はさらに、繰返し周期が秒のオーダ
ーの遅い繰返し電磁石と、繰返し周期が数十分の一秒の
速い繰返し電磁石、そしてさらに高速のパルス電磁石に
分類される。
しいが、磁場強度は繰返しの周波数や磁場の上がり方
(磁場が一定値に達するまでの速さを立ち上がり速度と
いう)に依存しており、直流磁場の方が高く、繰返しや
立ち上がり速度が高速になるにつれて磁場強度は低くな
る。これは電磁石で一般的に使用する鉄の特性、特に鉄
の比透磁率が繰返し周波数に依存するからである。
クロトロン電磁石は通常電磁石である。これは鉄の比透
磁率が高いことを利用して、ビームを加速する空隙(ギ
ャップ)での磁場の分布を精度良く、しかもできるだけ
高くするのに役立っている。
電磁石に使用する材料にも依存するが、鉄を使用した場
合は、磁場強度は1テスラくらいから電流との比例関係
ほどには上がらなくなる。これを飽和という。数秒の遅
い繰返し周波数のシンクロトロン電磁石でも1.5テス
ラ程度でとどまり、速い繰返しにすると、1.5テスラ
より低くせざるを得なくなる。直流磁石の場合、磁場強
度が3テスラまで上がる例があるが、それは特殊な例で
ある。
電流と呼ばれる電流による空間分布のずれが問題となる
が、電流を上げても損失が少ないので、大電流で容易に
励磁することができる。そのため鉄を使う必要がなく飽
和の問題は少ない。しかしながら、超伝導電磁石は通常
電磁石と比べて繰返し周波数を高くとれないという欠点
がある。
の場合でも、1.5テスラを多少超えるぐらいが限度で
あり、超伝導電磁石では磁場強度はその数倍まで上げら
れるが、繰返し周波数を上げられないという欠点があ
る。
久磁石は磁気回路を工夫すれば、通常の鉄芯入りの電磁
石よりも大幅に高い磁場強度を得ることが可能であるこ
とが判ってきた(磁界発生装置(特願2001−086
098))が、永久磁石の磁場は特別の工夫をしない限
り直流磁場なので、加速器への応用としては、FFAG
加速器やサイクロトロン等を除いて応用の仕方に制約が
あった。
の事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点
を解消し、円形荷電粒子加速器において、荷電粒子を偏
向及び収束・発散させるために必要な高強度の磁界を形
成する、電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界
発生装置を提供することを課題としている。
の課題を解決するものとして、まず第1には、電磁石の
鉄芯および鉄ヨークの少なくとも一方と永久磁石を、ビ
ームの進行方向である縦方向に交互に配置し、これを共
通のコイルで励磁するようになしたことを特徴とする電
磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置を
提供する。
銅コイルであることを特徴とする電磁石と永久磁石を縦
方向に組み合わせた磁界発生装置を提供する。さらに、
第3には、第1の発明におけるコイルが、超伝導コイル
であることを特徴とする電磁石と永久磁石を縦方向に組
み合わせた磁界発生装置を提供する。
石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置は、通常電磁石
の磁場強度をさらに上げることを目的としており、永久
磁石を用いて磁場を可変にする方法として、電磁石と永
久磁石を組み合わせて磁場の変動部分を銅コイルの鉄芯
電磁石に、バイアス部分を永久磁石に機能分担させるハ
イブリッド磁石とする。なお、超伝導電磁石と永久磁石
を組み合わせても良い。
成としては、電磁石の鉄芯および鉄ヨークの少なくとも
一方と永久磁石を、ビームの進行方向である縦方向に交
互に配置し、これを共通のコイルで励磁するようになし
ており、共通のコイルとしては、銅コイルを用いても良
いし、あるいは超伝導コイルを用いても良い。
有する発明では、発明者(熊田)が開発した「永久磁石
組込型高磁場発生装置」(特願2001−21587
4)があるが、この出願の発明の電磁石と永久磁石を縦
方向に組み合わせた磁界発生装置は、上記の発明とは別
の方法で解決しようというものである。
4)およびこの出願の発明のいずれにおいても、発明者
(熊田)等が開発した小型高磁場永久磁石と電磁石を組
み合わせた磁気回路を用いる。
挿入するようにしたが、この出願の発明の方法では、永
久磁石を、電磁石のビーム方向において外側、あるいは
電磁石と電磁石の間に挿入するようにした。
垂直な面内にあり、永久磁石を電磁石の内側に挿入した
場合、これを「電磁石と永久磁石を横方向に組み合わせ
る」といい、電磁石のビーム方向における外側に永久磁
石を置いた場合、これを「電磁石と永久磁石を縦方向に
組み合わせる」という。
向に組み合わせた磁界発生装置では、電磁石と永久磁石
とを横方向に配置する方式と比較して、電磁石の空隙
(ギャップ)を小さくとれるという利点が得られる。
を縦方向に組み合わせた磁界発生装置を用いることで、
通常のシンクロトロンでは1.5テスラ程度の最高磁場
しか出せなかったものが、磁場強度が2テスラ以上の速
い繰返しのシンクロトロンが得られる可能性が生まれ、
シンクロトロン型加速器の小型化への可能性が出てく
る。また、装置の軽量化が図れる可能性があるため、粒
子線治療装置の回転ガントリーの構造設計が楽になるな
どの利点も得られる。
し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく
説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定される
ものではなく、細部については様々な態様が可能である
ことは言うまでもない。
す。銅コイル(1)、鉄芯(2)、鉄ヨーク(3)で構
成される通常電磁石(4)であって、この断面図にビー
ムの進行方向(縦方向)に交互に配置されるべき永久磁
石(5)の外径を重ね合わせて示してある。
うな異方永久磁石材料(6)および鉄芯(7)から成
り、飽和磁極を用いた改良ハ−ルバッハ型磁界発生装置
(熊田他 特願2001−086098)を用い、その
磁場強度は3テスラに設定してある。
装置からなる3テスラ永久磁石(5)(縦方向の磁石長
は0.64m)と1.8テスラ通常電磁石(4)(縦方
向の磁石長は0.64m)をビームの進行方向(縦方
向)にそれぞれ交互に配置し共通銅励磁コイル(8)で
取り巻き、90度の偏向磁石を構成したものを示す。こ
の例では最大磁場(取出磁場)と最小磁場(入射磁場)
の磁場強度の比が2:1で、最大平均磁場が2.56テ
スラになるように設定してある。
発明によって、電磁石と高磁場永久磁石を縦方向に組み
合わせることで平均最高磁場で2.5テスラを超える可
変磁場の磁石を作ることができる。また、この出願の発
明の電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生
装置を用いた場合、一例として完全電離の炭素イオンの
75MeV入射、300MeV取出の直径8m強の小型
シンクロトロンや従来の医療用加速器のサイズを大幅に
小さくできる可能性を有する磁界発生装置が提供され
る。
た断面図である。
永久磁石を例示した図である。
縦方向に組み合わせた90度偏向磁石を示した図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 電磁石の鉄芯および鉄ヨークの少なくと
も一方と永久磁石を、ビームの進行方向である縦方向に
交互に配置し、それらを共通のコイルで励磁するように
なしたことを特徴とする電磁石と永久磁石を縦方向に組
み合わせた磁界発生装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のコイルが、銅コイルであ
ることを特徴とする電磁石と永久磁石を縦方向に組み合
わせた磁界発生装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のコイルが、超伝導コイル
であることを特徴とする電磁石と永久磁石を縦方向に組
み合わせた磁界発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001329856A JP3948511B2 (ja) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | 電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001329856A JP3948511B2 (ja) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | 電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP3948511B2 JP3948511B2 (ja) | 2007-07-25 |
Family
ID=19145677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001329856A Expired - Lifetime JP3948511B2 (ja) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | 電磁石と永久磁石を縦方向に組み合わせた磁界発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3948511B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018075402A (ja) * | 2005-11-18 | 2018-05-17 | メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド | 荷電粒子放射線治療 |
CN110461083A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 中国科学技术大学 | 一种跳变磁铁 |
CN110491621A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-22 | 中国科学技术大学 | 一种跳变磁铁 |
-
2001
- 2001-10-26 JP JP2001329856A patent/JP3948511B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018075402A (ja) * | 2005-11-18 | 2018-05-17 | メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド | 荷電粒子放射線治療 |
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US10722735B2 (en) | 2005-11-18 | 2020-07-28 | Mevion Medical Systems, Inc. | Inner gantry |
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