JP2004241347A - Circular accelerator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that incidence efficiency is reduced when a low energy beam emitted from an ion source is transported to a beam incident port of a circular accelerator through a beam transport system because the beam is influenced by a leaking magnetic field and deflected since the beam transport system passes between electromagnets constituting the circular accelerator, to prevent the beam from being influenced by the leaking magnetic field by deflecting and injecting the beam in a direction perpendicular to the circular accelerator. <P>SOLUTION: In this circular accelerator, a charged beam is circulated and accelerated, and the beam transport system is provided in a plane vertical to a circulating beam orbital plane of the circular accelerator, and not influenced by the leaking magnetic field. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽子や電子などの荷電粒子(荷電ビーム)を加速する粒子線加速器に関し、特に周回軌道上を繰り返し加速する円形加速器に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
荷電ビームを周回させて加速する円形加速器には、よく知られているように、例えばFFAG( Fixed Field Alternating Gradient )加速器、シンクロトロン、サイクロトロン加速器などがある。FFAGは荷電ビームの偏向、収束磁場が一定のもとで加速を行う。このFFAGに加速すべきビームを入射させるには、FFAGの外部または内部の何れでも行えるが、一般には内部から入射するよう設計されている。この場合FFAGの内部空間はスペースが狭く、イオン源とこのイオン源から出たビームをFFAGに入射させるまでのビーム輸送系を構成する各機器は、前記内部空間に収まらない場合が多い。このような場合、従来イオン源をFFAGの外部に設置し、前記空間スペースの問題点を解消しようとしていることが示されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】
DEVELOPMENT OF A FFAG PROTON SYNCHROTRON.Proceedings of EPAC2000,Vienna,Austria(P582 Fig1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記非特許文献1に示された配置では、イオン源を出たビームがFFAG加速器の偏向、収束電磁石の間を通過するため、その電磁石の漏れ磁場によって偏向および発散力を受けてビーム軌道(入射軌道)が外れ、FFAGへの入射効率が低下するという問題点があった。
この発明は前記課題を解決するためになされたもので、イオン源から出たビームを円形加速器の内側空間の垂直方向から偏向させながら入射可能なビーム輸送系を設けることにより、ビーム入射効率を低下させることのない円形加速器を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
ビーム入射部を有しビームを周回加速する磁気的に分離された複数の電磁石を有する円形加速器であって、前記ビーム入射部にはイオン源と、前記イオン源からのビームを前記円形加速器のビーム入射口まで輸送するビーム輸送系が設けられており、前記ビーム輸送系が前記円形加速器の周回ビーム軌道面に対して垂直な平面内に設けられているものである。
【0006】
【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を図に基づいて説明する。
図1は、例えば入射時のエネルギ100KeVの陽子を5MeVまで加速する円形加速器100の断面図である。図2はその平面配置図である。なお図1のフロア20は機器の上下方向を示すために画かれたものである。ここで円形加速器100はFFAG加速器の例を示す。また、入射されたビームを高エネルギまで加速する手段としては、高周波加速や誘導加速方式があるが、この実施の形態1では誘導加速方式の例を示す。図1、図2に示す円形加速器100は磁気的に分離された複数の偏向、収束電磁石2、真空ダクト3、イオン源10、入射偏向電磁石11、インフレクタ1、ベータトロンコア4、コイル電源5、コイル6で構成されている。
【0007】
次に、前記構成の円形加速器100の動作を説明する。
イオン源10で作り出されたビームは、入射偏向電磁石11で図1のビーム軌道12に示されるように、180°偏向され、インフレクタ1によって真空ダクト3内の周回ビーム軌道に導かれる。
ここでイオン源10からインフレクタ1までをビーム入射部50と称し、さらにイオン源10のビーム取り出し口10aを出たビームが、前記インフレクタ1のビーム入射口1aに入るまでのビーム輸送路を、ビーム輸送系60と称することにする。
この実施の形態1の特徴の1つは、前記ビーム入射部50が円形加速器100に近接して設けられ、かつ前記ビーム輸送系60が円形加速器100の周回ビーム軌道面100aに対し垂直な平面内にあり、さらにビーム軌道12に示すように偏向軌道を有して設けられていることにある。その構造の詳細は後述する。
磁気的に分離された複数の偏向、収束電磁石2は、図2に示す例では加速するビームの周回軌道上に8個所設けられ、ビームの偏向と収束を行うよう配置されている。ベータトロンコア4は強磁性体で構成され、ビームの周回軌道をまたがって真空ダクト3と偏向収束電磁石2を囲むよう配置されている。コイル電源5からコイル6に交流電流を供給すると、ベータトロンコア4の周囲にはファラデーの誘導則から磁場の時間変化に比例した電場がベータトロンコア4を取り囲むよう誘起される。周回ビームに対しては導電体の真空ダクト3があるために、前記電場は存在しないが、図2に示したように電気的に絶縁された加速ギャップ7を設けることにより、そこに電場が集中しその電界によってビームが加速される。
【0008】
イオン源10のイオン発生部は100KVで電気的に浮かされており、ここで作り出されたビームは100KeVのエネルギを有するビームとなっている。この100KeVのエネルギビームは偏向、収束電磁石2等からの漏れ磁場による影響が問題となる。例えば1にわたって5ガウスの磁場が存在すれば、5.5mmも偏向される。前記イオン源10は図1に示すように、円形加速器100の周回ビーム軌道面100aの下部側に配置されていて、円形加速器100のコンパクト化がはかられている。
前述したようにイオン源10からのビームは、ビーム輸送系60の入射偏向電磁石11による180°偏向のビーム軌道12を通り、偏向、収束電磁石2の間に設けられたビーム入射口1aのインフレクタ1に達する。すなわち、ビーム輸送系60は前記偏向、収束電磁石2の間で、円形加速器100の中央部、かつ周回ビーム軌道面100aの下部側に、前記入射偏向電磁石11が設けられることによって形成されている。図1、図2に基づいてさらに詳説すれば、前記ビーム輸送系60は、周回ビーム軌道面100aに対して垂直な平面内に設けられているとともに、前記垂直な平面内で、前記入射偏向電磁石11の作る180°の偏向軌道を有している。また、前記ビーム輸送系60を含む前記ビーム入射部50のイオン源10は、円形加速器100に近接して設けられている。
【0009】
入射偏向電磁石11は、図1に示した図の垂直方向に磁場を発生させるものであり、ビーム軌道12を挟むように磁極が設けられている。一般にはコイルを備えた電磁石が用いられるが、永久磁石であってもよい。入射偏向電磁石11において、ビームは180°偏向されて、円形加速器100のビーム入射口1aのインフレクタ1で水平方向(図1の図の垂直方向)に偏向され、円形加速器100に入射される。入射されたビームは加速されエネルギの増加に伴い周回軌道半径を広げていく。
【0010】
ここで前記イオン源10のビーム取り出し口10aから出射されたビームは、前記ビーム輸送系60内で広がるため、何らかの収束手段を設けて広がりを少なくし、効率良いビーム入射を行う必要がある。前記入射偏向電磁石11は水平方向(図の垂直方向)の収束力は存在するが、垂直方向(図の水平方向)には収束力がないため何からの収束手段が必要となる。そのため入射偏向電磁石11のビーム入口、出口の磁極に傾きをもたせて(通常は磁極端面とビーム軌道は垂直)、収束機能を得る。傾きの方向により水平方向発散、垂直方向収束かまたはその逆となるが、垂直方向に収束力が得られる方向とする。この場合、水平方向は発散となるがその内部磁場そのものが水平方向に収束作用をもつため全体としては収束力となる。円形加速器100の内側にはベータトロンコア4が設けてあり、それからの漏れ磁場も存在する。そのためイオン源ビーム取り出し口10a、およびビーム入射口1aと入射偏向電磁石11までの空間はできるだけ短い方が漏れ磁場の影響を受けにくい。この実施の形態1では入射偏向電磁石11のコイル端部を鞍型としビーム進行方向のコイル端長を短くして前記空間を短くする。また、この鞍型コイルの端面にシールド用端板を設けて外部漏れ磁場および入射偏向電磁石11の漏れ磁場をシールドし、円形加速器100に入射されるビームへの影響を少なくしても良い。
【0011】
このようにこの実施の形態1による構成では、イオン源10からビーム入射口1aに到るビーム入射部50のビーム輸送系60が円形加速器100の周回ビーム軌道面100aに対して垂直な平面内にあり、かつ垂直な平面内で偏向軌道を有するとともに、前記ビーム輸送系60内を通るビーム経路の殆どの部分が、入射偏向電磁石11内にあるため、外部の磁場は入射偏向電磁石11によって遮蔽され、ビームへの影響を極めて少なくすることができる。
この結果、設計計画に近いビーム輸送が可能となり、ビーム入射効率を下げることはない。またコンパクトなビーム輸送系60を実現可能としている。なお、ベータトロンコア4は、図3に示すように周回軌道上に2カ所設けるような構造であってもよい。
【0012】
実施の形態2.
実施の形態2のビーム入射部50を図4に基づいて説明する。前述の実施の形態1では、入射部50のイオン源10を円形加速器100の周回ビーム軌道面100aの下部側に配置した例を示したが、この実施の形態2の図4に示すように周回ビーム軌道面100aの上部側に設けている。この場合イオン源10の機器配置上の制約が少なくなりイオン源設計上の自由度が増加するとともに、イオン源10のメンテナンスが容易となり、また円形加速器100の組み立てが容易なるという効果がある。またさらに図5に示すようにイオン源10を円形加速器100本体から離して配置する方式では、前記利点が更に大きくなる。
この場合、ビーム輸送系60が長くなるため、ビームを収束させる機器が必要となる。収束機器13には、例えば四極電磁石、永久磁石、ソレノイドコイル等の諸手段があり、適宜選択して使用する。なお四極電磁石は少なくとも1個以上設け、望ましくは2台ペアとする。
【0013】
実施の形態3.
実施の形態3のビーム入射部50を図6に基づいて説明する。図に示すように、この実施の形態3によるビーム輸送系60はビーム収束機器13を、入射偏向電磁石11とビーム入射口1aとの間、およびイオン源10との間に設けている。このような構成を採用すると、入射ビームの形状の調整が可能となる。すなわちイオン源10からの出射ビーム形状が不確かであったり、また出射ビームの時系列的な形状変化などに対して、例えば前記ビーム輸送系60に設けた図示省略のビームモニタからの信号によって前記収束機器13を制御し、入射ビーム形状や位置調整を行う。さらには、円形加速器100の本体への入射パラメータの最適化も行えるという効果もある。なお収束機器13は入射偏向電磁石11の入出側に設ける例を示したがいずれか片側のみとしてもよい。
【0014】
実施の形態4.
実施の形態4のビーム入射部50を図7に基づいて説明する。
図に示すように、この実施の形態4によるビーム輸送系60は90°のビーム偏向を行う入射偏向電磁石11aを2台設けるとともに、それらの間に収束機器13を配置している。
このような構成を採用する理由を以下に述べる。
イオン源10の100KVの高圧電源の出力変動は有限であるため結果として出射ビームエネルギは変化する。例えば高圧電源の±0.2%の変動があった場合、ビームは±0.4mm変化する。これを避けるため、前記の如く90°の入射偏向電磁石11aを2台とそれらの間に収束機器13を2台設けた。入射偏向電磁石11aのそれぞれの磁場強度を収束機器13のパラメータによって、ビーム入射口1aにおけるエネルギの異なるビームの位置変化(周回ビーム軌道面100aに対して垂直方向に位置がずれる)をほぼゼロにすることが可能である。なお、この実施の形態4では収束機器13を2台用いる例を示しているが、それぞれの入射偏向電磁石11aの端部収束力の選び方により1台でもよい場合があり、台数は限定されるものではない。これは許容可能なビームサイズも考慮してこれらのパラメータが最適化される。またさらに、実施の形態3の図6に示したようにこの実施の形態4でも入射偏向電磁石11aとイオン源10やビーム入射口1aとの間にも収束機器13を配置すれば、更に最適な設計が可能となる。
【0015】
実施の形態5.
実施の形態5のビーム入射部50を図8に基づいて説明する。図に示すように、この実施の形態5によれば、イオン源10のビーム取り出し口10aが周回ビーム軌道面100aに対して垂直になるようイオン源10が設置されているとともに、入射偏向電磁石11aが90°の偏向角を有し、前記イオン源10と入射偏向電磁石11aとの間に収束用機器13が設けられているものである。このような構成では、ビーム入射部50をコンパクトにすることができるとともに、入射偏向電磁石11aが小型化され、低コスト化がはかれるという効果がある。なおイオン源10は周回ビーム軌道面100aの上部側に設けてもよい。
【0016】
実施の形態6.
入射偏向電磁石11はよく知られているように磁場勾配を持たせて偏向磁場方向の収束力を得る方法を採用してもよい。通常はビーム軌道半径方向に弱くなる磁場勾配をつける。この場合、端部収束は不要となり電磁石磁極端部の形状が単純となる。
このようにこの実施の形態6の構成によれば、収束機器13の設置が必ずしも必要とせず、入射部50の全体設計が容易となり、コストの低減化がはかれる。但し、収束機器13を設置すればより効果的な収束が可能となるのは言うまでもない。
【0017】
実施の形態7.
前記実施の形態においては、加速手段として誘導加速方式を用いる方式で説明したが、高周波加速の方式であっても同様の効果が得られる。
【0018】
【発明の効果】
この発明は、以上述べたような構成の円形加速器であるので、以下のような効果がある。
ビーム入射部を有しビームを周回加速する磁気的に分離された複数の電磁石を有する円形加速器であって、ビーム入射部にはイオン源と、イオン源からのビームを円形加速器のビーム入射口まで輸送するビーム輸送系が設けられており、ビーム輸送系が円形加速器の周回ビーム軌道面に対して垂直な平面内に設けられているものであるので、ビーム輸送系が円形加速器の偏向収束電磁石の間を通らないため、その漏れ磁場の影響を受けず、更にビーム輸送系の入射偏向電磁石内の軌道が殆どであるため、円形加速器の他の構成機器の漏れ磁場の影響も受けにくい。この結果、ビーム輸送系におけるビーム偏向が防止でき、円形加速器への入射効率低減を避けられるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の円形加速器の断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1の円形加速器の平面配置図である。
【図3】この発明の実施の形態1の他の様態を示す円形加速器の平面配置図である。
【図4】この発明の実施の形態2のビーム入射部を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態2の他の様態のビーム入射部を示す図である。
【図6】この発明の実施の形態3のビーム入射部を示す図である。
【図7】この発明の実施の形態4のビーム入射部を示す図である。
【図8】この発明の実施の形態5のビーム入射部を示す図である。
【符号の説明】
1 インフレクタ、1a ビーム入射口、2 偏向収束電磁石、
4 ベータトロンコア、5 電源、6 コイル、10 イオン源、
10a ビーム取り出し口、11,11a 入射偏向電磁石、
12 ビーム軌道、50 ビーム入射部、60 ビーム輸送系、
100 円形加速器、100a 周回ビーム軌道面。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a particle accelerator for accelerating charged particles (charged beams) such as protons and electrons, and more particularly to a circular accelerator for repeatedly accelerating on a circular orbit.
[0002]
[Prior art]
As is well known, for example, a circular accelerator that circulates and accelerates a charged beam includes, for example, an FFAG (Fixed Field Alternating Gradient) accelerator, a synchrotron, and a cyclotron accelerator. The FFAG accelerates the deflection and convergence of the charged beam under a constant magnetic field. The beam to be accelerated can be made incident on the FFAG either outside or inside the FFAG, but is generally designed to enter from the inside. In this case, the internal space of the FFAG has a narrow space, and an ion source and each device constituting a beam transport system until a beam emitted from the ion source is incident on the FFAG often cannot be accommodated in the internal space. In such a case, it is disclosed that a conventional ion source is installed outside the FFAG to solve the problem of the space (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-patent document 1]
DEVELOPMENT OF A FFAG PROTON SYNCHROTRON. Proceedings of EPAC2000, Vienna, Austria (P582 FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the arrangement shown in Non-Patent Document 1, the beam exiting the ion source passes between the deflection and converging electromagnets of the FFAG accelerator. (Incident trajectory) is deviated, and the incident efficiency to the FFAG is reduced.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and reduces the beam incidence efficiency by providing a beam transport system capable of entering a beam emitted from an ion source while deflecting the beam from the vertical direction of the inner space of the circular accelerator. It is intended to provide a circular accelerator that does not cause it to run.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A circular accelerator having a plurality of magnetically separated electromagnets having a beam incident portion and orbiting the beam, wherein the beam incident portion has an ion source and a beam from the ion source. A beam transport system for transporting the beam to the entrance is provided, and the beam transport system is provided in a plane perpendicular to the orbital plane of the circular accelerator.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a circular accelerator 100 that accelerates, for example, protons having an energy of 100 KeV at the time of incidence to 5 MeV. FIG. 2 is a plan layout view thereof. The floor 20 in FIG. 1 is drawn to show the vertical direction of the device. Here, the circular accelerator 100 is an example of an FFAG accelerator. As means for accelerating the incident beam to high energy, there are a high frequency acceleration and an induction acceleration method. In the first embodiment, an example of the induction acceleration method will be described. The circular accelerator 100 shown in FIGS. 1 and 2 includes a plurality of magnetically separated deflection, focusing electromagnets 2, vacuum ducts 3, ion sources 10, incident deflection electromagnets 11, inflectors 1, betatron cores 4, and coil power supplies 5. , A coil 6.
[0007]
Next, the operation of the circular accelerator 100 having the above configuration will be described.
The beam generated by the ion source 10 is deflected by 180 ° by the incident deflection electromagnet 11 as shown in the beam trajectory 12 of FIG. 1 and guided by the inflector 1 to the orbiting beam trajectory in the vacuum duct 3.
Here, a portion from the ion source 10 to the inflector 1 is referred to as a beam incident portion 50, and a beam transport path from the beam exiting the beam outlet 10a of the ion source 10 to the beam entrance 1a of the inflector 1 is shown. , Beam transport system 60.
One of the features of the first embodiment is that the beam incidence unit 50 is provided in the vicinity of the circular accelerator 100 and the beam transport system 60 is located in a plane perpendicular to the orbiting beam orbit plane 100 a of the circular accelerator 100. And a deflection trajectory as shown in the beam trajectory 12. Details of the structure will be described later.
In the example shown in FIG. 2, a plurality of magnetically separated deflecting and converging electromagnets 2 are provided at eight locations on the orbit of the beam to be accelerated, and are arranged to deflect and converge the beam. The betatron core 4 is made of a ferromagnetic material, and is arranged so as to surround the vacuum duct 3 and the deflection converging electromagnet 2 over the orbit of the beam. When an alternating current is supplied from the coil power supply 5 to the coil 6, an electric field proportional to the time change of the magnetic field is induced around the betatron core 4 so as to surround the betatron core 4 according to Faraday's induction law. The electric field does not exist for the orbiting beam due to the presence of the conductive vacuum duct 3, but the electric field is concentrated there by providing the electrically insulated acceleration gap 7 as shown in FIG. The electric field accelerates the beam.
[0008]
The ion generator of the ion source 10 is electrically floated at 100 KV, and the beam generated here is a beam having an energy of 100 KeV. The energy beam of 100 KeV is deflected and affected by the leakage magnetic field from the focusing electromagnet 2 and the like. For example, if a magnetic field of 5 Gauss is present over 1 m, it will be deflected 5.5 mm . As shown in FIG. 1, the ion source 10 is disposed below the orbital beam orbital surface 100a of the circular accelerator 100 so that the circular accelerator 100 can be made compact.
As described above, the beam from the ion source 10 passes through the beam trajectory 12 of 180 ° deflection by the incident deflection electromagnet 11 of the beam transport system 60, and the inflector of the beam entrance 1a provided between the deflection and focusing electromagnets 2 Reach one. That is, the beam transport system 60 is formed by providing the incident deflection electromagnet 11 between the deflecting and converging electromagnets 2 at the center of the circular accelerator 100 and below the orbiting beam orbital surface 100a. More specifically, based on FIG. 1 and FIG. 2, the beam transport system 60 is provided in a plane perpendicular to the orbiting beam orbital plane 100a, and in the perpendicular plane, 11 has a 180 ° deflection trajectory. Further, the ion source 10 of the beam incident part 50 including the beam transport system 60 is provided near the circular accelerator 100.
[0009]
The incident deflection electromagnet 11 generates a magnetic field in the vertical direction in the drawing shown in FIG. 1, and has magnetic poles so as to sandwich the beam trajectory 12. Generally, an electromagnet provided with a coil is used, but a permanent magnet may be used. In the incident deflecting electromagnet 11, the beam is deflected by 180 °, is deflected in the horizontal direction (vertical direction in FIG. 1) by the inflector 1 at the beam entrance 1a of the circular accelerator 100, and is incident on the circular accelerator 100. The incident beam is accelerated and the orbital radius is increased with an increase in energy.
[0010]
Here, since the beam emitted from the beam outlet 10a of the ion source 10 spreads in the beam transport system 60, it is necessary to reduce the spread by providing some converging means and perform efficient beam incidence. The incident deflection electromagnet 11 has a converging force in the horizontal direction (vertical direction in the figure), but does not have a converging force in the vertical direction (horizontal direction in the figure), so some converging means is required. Therefore, the magnetic poles at the entrance and exit of the beam of the incident deflecting electromagnet 11 are inclined (normally, the magnetic pole face is perpendicular to the beam trajectory) to obtain a converging function. Depending on the direction of the inclination, the divergence in the horizontal direction and the convergence in the vertical direction or vice versa, but the direction in which the convergence force is obtained in the vertical direction. In this case, although the divergence occurs in the horizontal direction, the internal magnetic field itself has a convergence action in the horizontal direction, so that the convergence force is obtained as a whole. Betatron core 4 is provided inside circular accelerator 100, and there is also a leakage magnetic field therefrom. Therefore, the shorter the space between the ion source beam extraction port 10a and the beam entrance 1a and the incident deflection electromagnet 11, the less the influence of the leakage magnetic field. In the first embodiment, the coil end of the incident deflection electromagnet 11 is formed in a saddle shape, and the coil end length in the beam traveling direction is shortened to shorten the space. Further, a shield end plate may be provided on an end face of the saddle coil to shield the external leakage magnetic field and the leakage magnetic field of the incident deflection electromagnet 11 so as to reduce the influence on the beam incident on the circular accelerator 100.
[0011]
As described above, in the configuration according to the first embodiment, the beam transport system 60 of the beam entrance 50 extending from the ion source 10 to the beam entrance 1 a is located within a plane perpendicular to the orbiting beam orbit plane 100 a of the circular accelerator 100. And has a deflection trajectory in a vertical plane, and because most of the beam path through the beam transport system 60 is in the incident deflection electromagnet 11, an external magnetic field is shielded by the incident deflection electromagnet 11. And the effect on the beam can be extremely reduced.
As a result, beam transport close to the design plan becomes possible, and the beam incidence efficiency is not reduced. Further, a compact beam transport system 60 can be realized. The betatron core 4 may have a structure provided at two locations on the orbit as shown in FIG.
[0012]
Embodiment 2 FIG.
The beam incident part 50 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, an example is shown in which the ion source 10 of the incident unit 50 is arranged below the orbiting beam orbital surface 100a of the circular accelerator 100. However, as shown in FIG. It is provided on the upper side of the beam track surface 100a. In this case, restrictions on the arrangement of the ion source 10 are reduced, so that the degree of freedom in designing the ion source 10 is increased. In addition, the maintenance of the ion source 10 is facilitated and the circular accelerator 100 is easily assembled. Further, in the system in which the ion source 10 is arranged away from the main body of the circular accelerator 100 as shown in FIG. 5, the above advantage is further enhanced.
In this case, since the beam transport system 60 becomes longer, a device for converging the beam is required. The convergence device 13 includes various means such as a quadrupole electromagnet, a permanent magnet, and a solenoid coil. Note that at least one or more quadrupole electromagnets are provided, and preferably two pairs are used.
[0013]
Embodiment 3 FIG.
The beam incident part 50 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the beam transport system 60 according to the third embodiment has the beam focusing device 13 provided between the incident deflection electromagnet 11 and the beam entrance 1 a and between the ion source 10. When such a configuration is employed, the shape of the incident beam can be adjusted. That is, when the shape of the beam emitted from the ion source 10 is uncertain or the shape of the emitted beam changes in time series, for example, the convergence is controlled by a signal from a beam monitor (not shown) provided in the beam transport system 60. The device 13 is controlled to adjust the shape and position of the incident beam. Further, there is an effect that the parameters of incidence on the main body of the circular accelerator 100 can be optimized. Although the convergence device 13 is provided on the entrance and exit side of the incident deflection electromagnet 11, it may be provided on only one side.
[0014]
Embodiment 4 FIG.
The beam incident part 50 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, a beam transport system 60 according to the fourth embodiment has two incident deflection electromagnets 11a for deflecting a beam at 90 °, and a converging device 13 disposed between them.
The reason for employing such a configuration will be described below.
Since the output fluctuation of the high voltage power supply of 100 KV of the ion source 10 is finite, the output beam energy changes as a result. For example, if there is a ± 0.2% variation in the high voltage power supply, the beam will vary ± 0.4 mm . To avoid this, two 90 ° incident deflection electromagnets 11a and two converging devices 13 are provided between them as described above. The magnetic field strength of each of the incident deflection electromagnets 11a is reduced by the parameters of the convergence device 13 so that a change in the position of the beam having a different energy at the beam entrance 1a (displacement in a direction perpendicular to the orbiting beam orbital surface 100a) is substantially zero. It is possible. In the fourth embodiment, an example is shown in which two converging devices 13 are used. However, one converging device 13 may be used depending on how to select the end converging force of each of the incident deflection electromagnets 11a, and the number is limited. is not. This optimizes these parameters taking into account also the allowable beam size. Furthermore, as shown in FIG. 6 of the third embodiment, even in the fourth embodiment, if the focusing device 13 is also arranged between the incident deflection electromagnet 11a and the ion source 10 or the beam entrance 1a, a further optimum configuration can be obtained. Design becomes possible.
[0015]
Embodiment 5 FIG.
The beam incident part 50 according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in the figure, according to the fifth embodiment, the ion source 10 is installed so that the beam extraction port 10a of the ion source 10 is perpendicular to the orbiting beam orbit plane 100a, and the incident deflection electromagnet 11a Has a deflection angle of 90 °, and a convergence device 13 is provided between the ion source 10 and the incident deflection electromagnet 11a. With such a configuration, the beam incident portion 50 can be made compact, and the size of the incident deflection electromagnet 11a can be reduced, so that the cost can be reduced. The ion source 10 may be provided on the upper side of the orbiting beam orbital surface 100a.
[0016]
Embodiment 6 FIG.
As is well known, the incident deflection electromagnet 11 may adopt a method of giving a magnetic field gradient to obtain a converging force in the direction of the deflection magnetic field. Usually, a magnetic field gradient that weakens in the radial direction of the beam orbit is provided. In this case, end convergence is not required, and the shape of the electromagnet pole tip becomes simple.
As described above, according to the configuration of the sixth embodiment, the installation of the focusing device 13 is not always necessary, and the overall design of the incidence unit 50 is facilitated, and the cost is reduced. However, it goes without saying that more effective convergence becomes possible if the convergence device 13 is installed.
[0017]
Embodiment 7 FIG.
In the above-described embodiment, the description has been given of the method using the induction acceleration method as the acceleration means. However, the same effect can be obtained by the high-frequency acceleration method.
[0018]
【The invention's effect】
Since the present invention is a circular accelerator having the above-described configuration, it has the following effects.
A circular accelerator having a beam incident part and a plurality of magnetically separated electromagnets for orbiting a beam, wherein the beam incident part has an ion source and a beam from the ion source to a beam entrance of the circular accelerator. A beam transport system for transport is provided, and the beam transport system is provided in a plane perpendicular to the orbital beam orbit plane of the circular accelerator. Since it does not pass through the gap, it is not affected by the leakage magnetic field, and since the orbit in the incident deflection electromagnet of the beam transport system is almost the same, it is hardly affected by the leakage magnetic field of other components of the circular accelerator. As a result, there is an excellent effect that beam deflection in the beam transport system can be prevented, and a decrease in the efficiency of incidence on the circular accelerator can be avoided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a circular accelerator according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a plan layout view of the circular accelerator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a circular accelerator showing another embodiment of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a beam incident part according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a beam incident portion according to another embodiment of the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a beam incident part according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a beam incident part according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a beam incident part according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 inflector, 1a beam entrance, 2 deflection focusing electromagnet,
4 betatron core, 5 power supply, 6 coil, 10 ion source,
10a beam outlet, 11, 11a incident deflection electromagnet,
12 beam orbital, 50 beam entrance, 60 beam transport system,
100 circular accelerator, 100a orbital orbital plane.

Claims (20)

ビーム入射部を有しビームを周回加速する磁気的に分離された複数の電磁石を有する円形加速器であって、
前記ビーム入射部にはイオン源と、前記イオン源からのビームを前記円形加速器のビーム入射口まで輸送するビーム輸送系が設けられており、前記ビーム輸送系が前記円形加速器の周回ビーム軌道面に対して垂直な平面内に設けられていることを特徴とする円形加速器。
A circular accelerator having a plurality of magnetically separated electromagnets having a beam incident portion and orbitally accelerating the beam,
The beam incident portion is provided with an ion source and a beam transport system for transporting a beam from the ion source to a beam entrance of the circular accelerator, and the beam transport system is provided on a circular beam orbit plane of the circular accelerator. A circular accelerator, which is provided in a plane perpendicular to the circular accelerator.
前記ビーム輸送系が、前記円形加速器の周回ビーム軌道面に対し垂直な平面内で偏向軌道を有することを特徴とする請求項1に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 1, wherein the beam transport system has a deflection trajectory in a plane perpendicular to a circular beam trajectory plane of the circular accelerator. 前記ビーム入射部が、前記円形加速器の中央部でかつ、前記ビーム入射口に近接して設けられていることを特徴とする請求項2に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 2, wherein the beam incident portion is provided at a central portion of the circular accelerator and close to the beam incident port. 前記偏向軌道が、入射偏向電磁石によって形成されていることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 2, wherein the deflection trajectory is formed by an incident deflection electromagnet. 前記入射偏向電磁石が、180°の偏向角を有することを特徴とする請求項4に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 4, wherein the incident deflection electromagnet has a deflection angle of 180 °. 前記偏向軌道が、90°の偏向角を有する2台の入射偏向電磁石によって形成されていることを特徴とする請求項4に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 4, wherein the deflection trajectory is formed by two incident deflection electromagnets having a deflection angle of 90 °. 前記イオン源のビーム取り出し口が、前記周回ビーム軌道面に対して垂直に設けられているとともに、前記入射偏向電磁石が90°の偏向角を有していることを特徴とする請求項2に記載の円形加速器。The beam extraction port of the ion source is provided perpendicular to the orbital beam orbital plane, and the incident deflection electromagnet has a deflection angle of 90 °. Circular accelerator. 前記入射偏向電磁石のビーム軌道に面する磁極端面は、ビーム入射面に対して角度を有していることを特徴とする請求項4または請求項7に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 4 or 7, wherein a pole tip surface of the incident deflection electromagnet facing a beam trajectory has an angle with respect to the beam incident surface. 前記ビーム輸送系に、ビーム収束用機器が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 4, wherein a beam focusing device is provided in the beam transport system. 前記ビーム収束用機器が、前記イオン源と前記入射偏向電磁石との間に設けられていることを特徴とする請求項9に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 9, wherein the beam focusing device is provided between the ion source and the incident deflection electromagnet. 前記ビーム収束用機器が、前記イオン源と前記入射偏向電磁石との間、および前記入射偏向電磁石と前記ビーム入射口との間に設けられていることを特徴とする請求項9に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 9, wherein the beam converging device is provided between the ion source and the incident deflection electromagnet and between the incident deflection electromagnet and the beam entrance. . 前記2台の入射偏向電磁石の間に、ビーム収束用機器が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 6, wherein a beam focusing device is provided between the two incident deflection electromagnets. 前記ビーム収束用機器が、四極電磁石で構成されていることを特徴とする請求項9または請求項12のいずれか1項に記載の円形加速器。The circular accelerator according to any one of claims 9 to 12, wherein the beam focusing device comprises a quadrupole electromagnet. 前記ビーム収束用機器が、ソレノイドコイルで構成されていることを特徴とする請求項9または請求項12のいずれか1項に記載の円形加速器。The circular accelerator according to any one of claims 9 to 12, wherein the beam convergence device is configured by a solenoid coil. 前記ビーム収束用機器が、四極電磁石とソレノイドコイルで構成されていることを特徴とする請求項9または請求項12のいずれか1項に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 9, wherein the beam focusing device includes a quadrupole electromagnet and a solenoid coil. 前記ビーム入射部が、前記円形加速器の周回ビーム軌道面より下部側に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の円形加速器。4. The circular accelerator according to claim 3, wherein the beam incident unit is provided below a circular beam trajectory plane of the circular accelerator. 5. 前記ビーム入射部が、前記円形加速器の周回ビーム軌道面より上部側に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の円形加速器。4. The circular accelerator according to claim 3, wherein the beam incident portion is provided above a circular beam orbit plane of the circular accelerator. 5. 前記偏向電磁石は、端部が鞍型のコイルを有するとともに、前記鞍型コイル外端面に端板を設けたことを特徴とする請求項4に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 4, wherein the bending electromagnet has a saddle-shaped coil at an end, and an end plate is provided on an outer end surface of the saddle-shaped coil. 更に、ベータトロンコアと、前記コアに設けられたコイルおよび交流電源を備えたベータトロンであることを特徴とする請求項1に記載の円形加速器。The circular accelerator according to claim 1, further comprising a betatron having a betatron core, a coil provided in the core, and an AC power supply. 前記ベータトロンコアが前記円形加速器の入射偏向電磁石を挟むよう2分割構造であることを特徴とする請求項19に記載の円形加速器。20. The circular accelerator according to claim 19, wherein the betatron core has a two-part structure so as to sandwich the incident bending electromagnet of the circular accelerator.
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