JP2022051400A - 磁場測定装置、サイクロトロンの製造方法、及びサイクロトロン - Google Patents

Abstract

【課題】磁場測定用のケーブルの断線を抑制できる磁場測定装置、サイクロトロンの製造方法、及びサイクロトロンを提供する。【解決手段】磁場測定装置１は、サイクロトロン５１の一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間に配置され、磁場分布を測定するホールセンサ２１を備える。従って、磁場測定装置１は、ホールセンサ２１によって、一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間の磁場分布を測定することができる。ここで、ケーブル２０は、サイクロトロン５１の中心部側から径方向の外側へ延びており、磁極５５Ａ，５５Ｂの外周側に配置される側壁５３ａに及ぶ。この場合、サイクロトロン５１の中心部からケーブル２０を引き出す構成とは異なり、ホールセンサ２１を回転させた場合であっても、中心部と側壁５３ａとの間の空間を利用して捻れの影響を低減できる。【選択図】図２

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り ▲１▼展示日 令和１年９月２３日 ▲２▼展示会名、開催場所 ｔｈｅ ２２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（南アフリカ、ケープタウン、ウェスティンホテル） ［刊行物等］ ▲１▼開催日 令和１年９月２７日 ▲２▼集会名、開催場所 ｔｈｅ ２２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（南アフリカ、ケープタウン、ウェスティンホテル） ［刊行物等］ ▲１▼ウェブサイトの掲載日 令和１年１１月２８日 ▲２▼ウェブサイトのアドレス（ＵＲＬ）ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｐｉｉ／Ｓ０１６８９００２１９３１４８４６

本発明は、磁場測定装置、サイクロトロンの製造方法、及びサイクロトロンに関するものである。

従来、下記特許文献１に記載のサイクロトロンが知られている。この種のサイクロトロンでは、荷電粒子を所望の軌道で加速するために、荷電粒子の加速空間には磁極によって所望の磁場が形成される必要がある。従ってサイクロトロンの製造時には、磁極の間の領域の二次元的な磁場分布を実測し、所望の磁場が得られることを確認する必要がある。

特開２０１６-２０７４５４号公報

しかしながら、上記のような二次元的な磁場分布を得るためには、対象の領域内の多数の測定点において磁束密度を各々測定する必要がある。ここで、当該領域にセンサなどの測定部を配置する場合、当該測定部にケーブルを接続すると共に、当該ケーブルをサイクルトロンの外部に引き出す必要がある。このとき、ケーブルをサイクロトロンの中心部（プラグを通して）から外部へ引き出すと、測定部を回転させた場合などにケーブルに捻れが発生して、断線などが生じる可能性がある。従って、ケーブルの断線を抑制できるように、ケーブルを引き回すことが求められる。

従って、本発明は、磁場測定用のケーブルの断線を抑制できる磁場測定装置、サイクロトロンの製造方法、及びサイクロトロンを提供することを目的とする。

本発明の磁場測定装置は、サイクロトロンの磁場分布を測定する磁場測定装置であって、サイクロトロンの一対の磁極の間に配置され、磁場分布を測定する測定部と、測定部に接続されるケーブルと、を備え、ケーブルは、サイクロトロンの中心部側から径方向の外側へ延びており、磁極の外周側に配置される側壁に及ぶ。

本発明の磁場測定装置は、サイクロトロンの一対の磁極の間に配置され、磁場分布を測定する測定部を備える。従って、磁場測定装置は、測定部によって、一対の磁極の間の磁場分布を測定することができる。ここで、ケーブルは、サイクロトロンの中心部から、一対の磁極の間を通ってサイクロトロンの側壁に及ぶ。この場合、サイクロトロンの中心部からケーブルを引き出す構成とは異なり、測定部を回転させた場合であっても、中心部と側壁との間の空間を利用して捻れの影響を低減できる。これにより、磁場測定用のケーブルの断線を抑制できる。

磁場測定装置は、サイクロトロンの中心部から側壁へ延びて、ケーブルを配置するダクトを更に備え、ダクトは、サイクロトロンの中心軸線が延びる方向から見て、磁極のバレー領域を通るように配置されてよい。この場合、ケーブルは、ダクト内に配置された状態にて、側壁の適切な位置まで引き回される。また、ダクトは、空間が確保された磁極のバレー領域に配置されているため、磁場測定を阻害しない位置に配置することができる。

ダクトは、非磁性材料によって構成されてよい。この場合、ダクトの磁場に対する影響を抑制することができる。

ダクトには、ケーブルを案内するケーブルガイドが設けられてよい。この場合、ダクト内にてケーブルが、移動時の摩擦によって損傷することが抑制される。

ダクトは、サイクロトロンの中心部から径方向の一方に延びる第１の部分と、径方向の他方に延びる第２の部分と、を有し、前記第１の部分、及び前記第２の部分において、側壁に支持されてよい。この場合、ダクトは、両持ち梁構造にて、安定した状態で側壁に支持される。

ダクトは、サイクロトロンの中心部で支持されると共に、側壁に支持される。この場合、ダクトは、両持ち梁構造にて、安定した状態で中心部及び側壁に支持される。

磁場測定装置は、ケーブルに対して張力を付与する張力付与機構を更に備えてよい。この場合、張力付与機構がケーブルに張力を付与することで、測定部が回転した場合でも、ケーブルの緩みを抑制することができる。

本発明に係るサイクロトロンの製造方法は、上述の磁場測定装置にて、サイクロトロンの一対の磁極の間の磁場分布を測定する測定工程と、測定工程の測定結果に基づいて、サイクロトロンの磁場分布を調整する調整工程と、を備える。

本発明に係るサイクロトロンによれば、上述の磁場測定装置と同趣旨の作用・効果を得ることができる。

本発明に係るサイクロトロンは、一対の磁極と、中心部から側壁へ延びて、ケーブルを収容可能なダクトと、を備え、ダクトは、中心軸線が延びる方向から見て、磁極のバレー領域を通るように配置されてよい。

本発明に係るサイクロトロンによれば、ケーブルは、ダクト内に配置された状態にて、側壁の適切な位置まで引き回される。また、ダクトは、空間が確保された磁極のバレー領域に配置されているため、磁場測定を阻害しない位置に配置することができる。

サイクロトロンは、サイクロトロンの一対の磁極の間に配置され、磁場分布を測定する測定部と、測定部に接続され、ダクトに配置されるケーブルと、を更に備え、測定部は、荷電粒子の周回軌道を回避する位置へ移動可能に設けられてよい。この場合、ケーブルの断線を抑制した状態にて、所望のタイミングにて磁場分布の測定を行うことができる。

本発明によれば、磁場測定用のケーブルの断線を抑制できる磁場測定装置、サイクロトロンの製造方法、及びサイクロトロンすることができる。

サイクロトロンの平面図であり、上の磁極を取り除いた状態を示す図である。 サイクロトロンの磁極と、当該磁極の間に磁場測定装置を設置した状態を示す分解斜視図である。 ダクトと磁極との位置関係を示す概略平面図である。 ケーブル台座に対するケーブルの巻き付け状態を示す概念図である。 張力付与機構の例を示す概念図である。

以下、図１～図５を参照しながら本発明に係る磁場測定装置の実施形態について説明する。磁場測定装置１は、サイクロトロンの磁場分布を測定する磁場測定装置である。

本実施形態においては、磁場測定装置１が図１に示すようなサイクロトロン５１の磁場分布を測定する場合を例として説明する。また、磁場測定装置１による測定対象のサイクロトロン５１は、荷電粒子の螺旋状の周回軌道Ｂが鉛直面上にあるように配置されてもよく、水平面上にあるように配置されてもよいが、本実施形態においては、サイクロトロン５１の周回軌道Ｂが水平面上にあるものとする。また、以下の説明で用いる「径方向」、「周方向」、及び「軸方向」との文言は、サイクロトロン５１が備える円柱状の磁極５５Ａ，５５Ｂの径方向、周方向、及び軸方向を意味するものとする。

図１は、サイクロトロン５１の平面図であり、磁極５５Ｂを取り除いた状態を示す図である。図２は、サイクロトロン５１の磁極５５Ａ，５５Ｂと、当該磁極５５Ａ，５５Ｂの間に磁場測定装置１を設置した状態を示す分解斜視図である。

図１及び図２に示されるように、サイクロトロン５１は、真空容器５３、磁極５５Ａ，５５Ｂ、ディ電極５７Ａ，５７Ｂ、インフレクタ５９、静電デフレクタ６１、及びマグネティックチャンネル６３，６４を有する。真空容器５３は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。

磁極５５Ａ，５５Ｂは、軸線Ｚを中心軸線とする円柱状をなす。磁極５５Ａ，５５Ｂは、真空容器５３内に上下一対で互いの間に軸方向のギャップをあけて設けられ、当該ギャップ内に荷電粒子の周回軌道Ｂが形成される。磁極５５Ａ，５５Ｂは、周回軌道Ｂに対して上下面対称の形状をなしている。磁極５５Ａの上面及び磁極５５Ｂの下面には、螺旋状に湾曲した４つの凸部と、４つの凹部とが、周方向に交互に配列され形成されている。磁極５５Ａ及び磁極５５Ｂの上記凸部同士で挟まれた領域がヒル領域５６ｈであり、上記凹部同士で挟まれた領域がバレー領域５６ｖである。このような磁極５５Ａ，５５Ｂのそれぞれの周囲に超伝導コイルが配置され、粒子加速に必要な磁場が周回軌道Ｂ上に形成される。

ディ電極５７Ａ，５７Ｂは、真空容器５３内で磁極５５Ａ，５５Ｂの中心の位置（軸線Ｚ上の位置）に対し互いに点対称に設けられ、粒子加速に必要な電場を形成する電極である。インフレクタ５９は、磁極５５Ａ，５５Ｂの中心の位置（軸線Ｚ上の位置）に設けられ、イオン源（図示せず）から送られてきた荷電粒子を偏向して、周回軌道Ｂ上に送り出す。

サイクロトロン５１では、磁極５５Ａと磁極５５Ｂとの間に磁場を発生させると共に、ディ電極５７Ａ，５７Ｂに高周波電圧が付与されることで、インフレクタ５９から送り出された荷電粒子は、加速されつつ螺旋状の周回軌道Ｂを進行する。そして、磁極５５Ａ，５５Ｂの外周部の位置に達した荷電粒子は、静電デフレクタ６１で周回軌道から分けられ、更にマグネティックチャンネル６３，６４の導入ギャップを通過して偏向と集束を繰り返し、ビーム引出ダクトを通じて外部に引き出され出射される。

磁場測定装置１は、上記の磁極５５Ａ，５５Ｂによって周回軌道Ｂの位置に形成される二次元的な磁場分布を測定する装置である。このような磁場分布測定は、例えば、サイクロトロン５１の製造時において、磁極５５Ａ，５５Ｂの磁場の調整のために実行される。磁場分布測定作業においては、図２に示されるように、磁場測定装置１の測定ユニット２が、磁極５５Ａと磁極５５Ｂとの間に上下に挟まれて設置される。

図２に示されるように、磁場測定装置１は、測定ユニット２と、ダクト３０と、制御部４０と、を備える。測定ユニット２は、磁場分布の測定を行うための機器を備えるユニットである。測定ユニット２は、θステージ３と、Ｒステージ５と、θアクチュエータ７と、Ｒアクチュエータ９と、ケーブル台座１０と、を備えている。また、測定ユニット２は、Ｒステージ５に保持される複数のホールセンサ２１（測定部）を備えている。

θステージ３は、磁極５５Ａ，５５Ｂよりも小径の円板状をなす部材であり、磁極５５Ａ，５５Ｂに対して同軸で軸線Ｚ周りに回転可能であるように支持されている。Ｒステージ５は、磁極５５Ａ，５５Ｂの中心位置を通り径方向に延在する長尺板状をなす部材であり、θステージ３に対し、径方向に直線的にスライド可能であるように支持されている。Ｒステージ５は、その一部がθステージ３の外周縁から径方向外側に突出する位置までスライド可能である。例えば、Ｒステージ５の移動を径方向にガイドするガイド部が、θステージ３に設けられている。

θアクチュエータ７は、磁極５５Ａ，５５Ｂに対して位置固定されており、θステージ３の外周縁近傍に位置している。θアクチュエータ７は例えば磁極５５Ａ，５５Ｂに固定されてもよい。θアクチュエータ７は、駆動ギアと従動ギアの機構により、θステージ３を軸線Ｚ周りに回転させる。Ｒアクチュエータ９は、θステージ３に固定され、Ｒステージ５の側縁部近傍に位置している。Ｒアクチュエータ９はモータの回転をＲステージ５の直線運動に変換するラックアンドピニオン機構によって構成される。

複数のホールセンサ２１はＲステージ５上において、当該Ｒステージ５のスライド方向（径方向）に沿って並んでいる。本実施形態においては、平面視で、すべてのホールセンサ２１が径方向に一直線で等間隔で並ぶものとする。また、各ホールセンサ２１は、周回軌道Ｂが存在する仮想平面上に位置している。なお、周回軌道Ｂが存在する仮想平面は、「メディアンプレーン」などと呼ばれる場合がある。各ホールセンサ２１は、自機の現在位置における磁束密度をセンシングし、センシング信号を出力する。各ホールセンサ２１は、上述したようなθステージ３及びＲステージ５の動作によって、軸線Ｚの位置を原点とするＲθ平面内で二次元的に移動される。

ケーブル台座１０は、θステージ３の中心部、すなわち磁極５５Ａ，５５Ｂの中心部に設けられる。ケーブル台座１０は、測定ユニット２内の各種機器に接続されたケーブル２０を支持し、且つダクト３０へ案内するための台座である。ケーブル台座１０は、θステージ３に固定されることで、当該θステージ３と共に回転する。ケーブル台座１０は、Ｒステージ５のスライド方向の移動を阻害しないように設けられている。ケーブル台座１０は、軸方向における磁極５５Ｂ側へ突出する円柱状の軸部１０ａ（図４参照）を有する。

磁場測定装置１は、複数のケーブル２０を備える。磁場測定装置１は、少なくとも複数のホールセンサ２１のそれぞれと接続される複数のケーブル２０を備える。また、測定ユニット２には、ホールセンサ２１の他、前述のθアクチュエータ７、Ｒアクチュエータ９、エンコーダ、リミットセンサ、温度センサなどの種々の機器が取り付けられており、磁場測定装置１は、これらの機器に接続されたケーブル２０も有する。なお、構成の理解を容易とするために、図２においては、一つのホールセンサ２１に接続された一束のケーブル２０のみが示されており、他のケーブル２０は省略されている。なお、図２では、測定ユニット２のケーブル２０とダクト３０のケーブル２０とが分離されているが、両者は接続されている。

ホールセンサ２１に接続されたケーブル２０は、ケーブル台座１０寄りの位置において、支持部２２を介してθステージ３に支持され、動きが拘束された状態となっている。その一方、ケーブル２０は、ホールセンサ２１付近の位置では、θステージ３に対して支持されておらず、撓みを有した状態でフリーな状態となっている。これにより、Ｒステージ５の移動に伴ってホールセンサ２１が移動した場合、支持部２２によってケーブル台座１０のケーブル２０の移動は規制されつつ、ケーブル２０も撓みの範囲でホールセンサ２１と共に移動することができる（図２の破線で示すケーブル２０を参照）。

ここで、図４（ａ）を参照し、ケーブル２０がケーブル台座１０にどのように支持されているかについて説明する。ホールセンサ２１側から延びてきたケーブル２０は、ケーブル台座１０の軸部１０ａに巻き付けられ、ダクト３０側へ延びる。なお、説明のため、ケーブル２０のうち、ケーブル台座１０よりもホールセンサ２１側の部分をセンサ側ケーブル２０ａと称し、ケーブル台座１０よりもダクト側ケーブル２０ｂと称する場合がある。なお、図４（ａ）では、センサ側ケーブル２０ａの所定の位置に移動ポイントＰ１を仮想的に設定する。θステージ３と共にホールセンサ２１が回転すると、移動ポイントＰ１が破線の矢印で示すような旋回起動を描きながら、ケーブル台座１０の周りを旋回する。これにより、ケーブル２０のうち、ケーブル台座１０に巻き付けられていた部分が、センサ側ケーブル２０ａとして巻き戻される（図４（ｂ）（ｃ）参照）。

図２に示すように、ダクト３０は、サイクロトロン５１の中心部から側壁５３ａへ延びて、ケーブル２０を配置する部材である。ダクト３０は、測定ユニット２よりも軸方向において磁極５５Ｂ側に配置される。従って、ケーブル２０は、測定ユニット２のケーブル台座１０において軸方向の磁極５５Ｂ側に案内される。そして、測定ユニット２からのケーブル２０は、サイクロトロン５１の中心部において、ダクト３０に入り込む。ケーブル２０は、ダクト３０内で引き回されて、サイクロトロン５１の外部まで引き出され、制御部４０に接続される。

制御部４０は、測定ユニット２を制御して、磁場分布の測定を行う。制御部４０は、θアクチュエータ７及びＲアクチュエータ９を制御して、各ホールセンサ２１を移動させる。また、各ホールセンサ２１からの測定信号を受信することで、磁場分布を取得する。制御部４０は、サイクロトロン５１の外部に配置されている。

次に、図３を参照して、ダクト３０の構成について詳細に説明する。図３は、ダクト３０と磁極５５Ａとの位置関係を示す概略平面図である。図３では、測定ユニットは省略されている。なお、磁極５５Ａと磁極５５Ｂとは、メディアンプレーンを基準として対象な構成を有する。従って、ダクト３０と磁極５５Ａのヒル領域５６ｈ及びバレー領域５６ｖとの位置関係は、ダクト３０と磁極５５Ｂのヒル領域５６ｈ及びバレー領域５６ｖとの位置関係と等しくなる。

ダクト３０は、軸部３１と、第１の部分３２と、第２の部分３３と、を備える。軸部３１は、サイクロトロン５１の中心部に配置される円柱状の部材である。ダクト３０は、非磁性材料によって構成される。具体的に、非磁性材料として、アルミニウムなどの非磁性金属、樹脂などの材料が採用されてよい。軸部３１は、ケーブル台座１０の軸部１０ａの上側に配置され、ケーブル台座１０から案内されたケーブル２０を第１の部分３２へ案内する。第１の部分３２は、サイクロトロン５１の中心部側、すなわち軸部３１から径方向の外側の一方に延びる。第２の部分３３は、軸部３１から径方向の外側の他方に延びる。第２の部分３３は、軸部３１周りに第１の部分３２を１８０°回転させた位置に配置される。

ダクト３０は、軸方向から見て、磁極５５Ａ，５５Ｂのバレー領域５６ｖを通るように配置される。具体的には、ダクト３０の第１の部分３２は、四つのバレー領域５６ｖのうち、一のバレー領域５６ｖに配置される。また、第２の部分３３は、第１の部分３２が配置されるバレー領域５６ｖの反対側のバレー領域５６ｖに配置される。なお、ダクト３０は、メディアンプレーンよりも磁極５５Ｂ側に配置されているため、第１の部分３２及び第２の部分３３は、磁極５５Ｂのバレー領域５６ｖ内に収容されるように配置される。バレー領域５６ｖは螺旋状に湾曲しているため、第１の部分３２及び第２の部分も、当該形状に追従するように螺旋状の形状を有する。ただし、第１の部分３２及び第２の部分は、軸方向から見て、複数段階で屈曲することによって、螺旋状の形状をなしている。第１の部分３２及び第２の部分３３は、螺旋状の形状をなす底壁部３４と、底壁部３４の幅方向における両端から立ち上がる側壁部３６,３７と、を有する（図２も参照）。側壁部３６，３７は、底壁部３４の螺旋状の形状に対応して複数段階に屈曲する。

第１の部分３２の径方向における外側の端部３２ａは、真空容器５３の側壁５３ａに設けられたブラケット４１に取り付けられる。ブラケット４１は、ビームを取り出す取出口５３ｂに設けられている。従って、第１の部分３２に引き回されたケーブル２０は、取出口５３ｂからサイクロトロン５１の外部へ引き出される。このように、ケーブル２０は、サイクロトロン５１の中心部から、一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間を通ってサイクロトロン５１の側壁５３ａに及ぶ。なお、図示されていないケーブル２０を含め、全てのケーブル２０を第１の部分３２に引き回す場合、第２の部分３３にはケーブル２０が配置されない。この場合、第２の部分３３は、ダミーのダクトとして機能する。ただし、第２の部分３３にもケーブル２０を引き回してよい。

第２の部分３３の径方向における外側の端部３３ａは、真空容器５３の側壁５３ａに設けられたブラケット４２に取り付けられる。このように、ダクト３０は、径方向の外側の両端部３２ａ，３３ａにおいて、側壁５３ａに支持される。ダクト３０は、第１の部分３２の端部３２ａ、及び第２の部分３３の端部３３ａにおいて、側壁５３ａに支持される。ダクト３０は、ケーブル台座１０からは若干浮いており支持されていないため、両端部３２ａ，３３ａにて両持ち梁構造を構成する。

ここで、ダクト３０の第１の部分３２には、ケーブル２０を案内するケーブルガイド４４が設けられる。ケーブルガイド４４は、第１の部分３２が螺旋状に屈曲する部分に配置される。ケーブルガイド４４は、例えば、回転軸に支持されたローラーによって構成されてよい。この場合、ケーブル２０が長手方向に移動しても、ケーブルガイド４４は、ローラーを回転させてケーブル２０をガイドすることができる。ただし、ケーブルガイド４４は、ローラーのように回転する部材でなくともよく、角に丸み付けをした柱部材などであってもよい。

図５に示すように、磁場測定装置１は、ケーブル２０に対して張力を付与する張力付与機構６０を備える。例えば、ケーブル２０に対して張力が付与されていない場合、図４（ｂ）に示すように、ホールセンサ２１が回転することでケーブル２０がケーブル台座１０から巻き戻された場合、センサ側ケーブル２０ａに緩みが発生する。この場合、ケーブル２０が整然とせず、装置駆動時に問題を発生する可能性がある。例えば、ケーブル２０が装置を拘束して装置の駆動を妨げたり、ケーブル２０の破損などが発生する。その一方、張力付与機構７０が設けられている場合、図４（ｃ）に示すように、ホールセンサ２１が回転することでケーブル２０がケーブル台座１０から巻き戻された場合、張力ＴＳの影響により、センサ側ケーブル２０ａに緩みが発生することが抑制される。

張力付与機構７０の具体的な例について説明する。例えば、図５（ａ）に示すように、張力付与機構７０は、ケーブル２０を案内するガイド部材７１と、ケーブル２０に取り付けられた重り７２と、をサイクロトロン５１の外部に備える。この場合、ケーブル２０は、ガイド部材７１に支持された状態で、重り７２によって引っ張られることで、張力を付与される。あるいは、図５（ｂ）に示すように、張力付与機構７０は、ケーブル２０を巻き取るモーター７３をサイクロトロン５１の外部に備える。この場合、モーター７３は、ケーブル２０に緩みが発生したときに、巻き取ることで張力を付与する。あるいは、図５（ｃ）に示すように、張力付与機構７０は、ケーブル２０に弾性力を付与するバネ部材７４をサイクロトロン５１の外部に備える。この場合、バネ部材７４は、ケーブル２０を常時引っ張ることで、ケーブル２０の緩みの発生を抑制する。あるいは、図５（ｄ）に示すように、張力付与機構７０は、サイクロトロン５１の内部にバネ部材７４を備えてよい。なお、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すケーブル２０の先端は、張力付与機構７０よりも更に引き出されており、制御部４０に接続されている。

上述の磁場測定装置１を用いたサイクロトロン５１の製造方法について説明する。まず、製造場所にて、サイクロトロン５１の製作・組立を行う製作・組立工程を実行する。次に、磁場測定装置１を用いて磁極５５Ａ，５５Ｂの間の磁場分布を測定する測定工程を実行する。ここで、磁場分布が所望の分布となっていない場合、測定工程の測定結果に基づいて、サイクロトロン５１の磁場分布を調整する調整工程を実行する。このような測定工程と調整工程を必要に応じて繰り返し行うことで、所望の磁場分布を得られるように設定する。磁場分布の調整が完了したら、磁場測定装置１をサイクロトロン５１から取り外す。これにより、サイクロトロン５１の製造が完了する。

なお、サイクロトロン５１は、磁場測定装置１を内部に備えたままであってもよい。ただし、この場合、ホールセンサ２１、及びその他の磁場測定装置１が荷電粒子の周回軌道を回避する位置へ移動可能に設けられている。

次に、本実施形態に係る磁場測定装置１、サイクロトロン５１、サイクロトロン５１の製造方法について説明する。

本実施形態の磁場測定装置１は、サイクロトロン５１の一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間に配置され、磁場分布を測定するホールセンサ２１を備える。従って、磁場測定装置１は、ホールセンサ２１によって、一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間の磁場分布を測定することができる。ここで、ケーブル２０は、サイクロトロン５１の中心部から、一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間を通ってサイクロトロン５１の側壁５３ａに及ぶ。この場合、サイクロトロン５１の中心部からケーブル２０を引き出す構成とは異なり、ホールセンサ２１を回転させた場合であっても、中心部と側壁５３ａとの間の空間を利用して捻れの影響を低減できる。これにより、磁場測定用のケーブル２０の断線を抑制できる。

磁場測定装置１は、サイクロトロン５１の中心部から側壁５３ａへ延びて、ケーブル２０を配置するダクト３０を更に備え、ダクト３０は、サイクロトロン５１の中心軸線が延びる方向から見て、磁極５５Ａ，５５Ｂのバレー領域５６ｖを通るように配置されてよい。この場合、ケーブル２０は、ダクト３０内に配置された状態にて、側壁５３ａの適切な位置まで引き回される。また、ダクト３０は、空間が確保された磁極５５Ａ，５５Ｂのバレー領域５６ｖに配置されているため、磁場測定を阻害しない位置に配置することができる。

ダクト３０は、非磁性材料によって構成されてよい。この場合、ダクト３０の磁場に対する影響を抑制することができる。

ダクト３０には、ケーブル２０を案内するケーブルガイド４４が設けられてよい。この場合、ダクト３０内にてケーブル２０が、移動時の摩擦によって損傷することが抑制される。

ダクト３０は、サイクロトロン５１の中心部から径方向の一方に延びる第１の部分３２と、径方向の他方に延びる第２の部分３３と、を有し、第１の部分３２、及び第２の部分３３において、側壁５３ａに支持されてよい。この場合、ダクト３０は、両持ち梁構造にて、安定した状態で側壁５３ａに支持される。

磁場測定装置１は、ケーブル２０に対して張力を付与する張力付与機構６０を更に備えてよい。この場合、張力付与機構６０がケーブル２０に張力を付与することで、ホールセンサ２１が回転した場合でも、ケーブル２０の緩みを抑制することができる。

本実施形態に係るサイクロトロン５１の製造方法は、上述の磁場測定装置１にて、サイクロトロン５１の一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間の磁場分布を測定する測定工程と、測定工程の測定結果に基づいて、サイクロトロン５１の磁場分布を調整する調整工程と、を備える。

本実施形態に係るサイクロトロン５１によれば、上述の磁場測定装置１と同趣旨の作用・効果を得ることができる。

本実施形態に係るサイクロトロン５１は、一対の磁極５５Ａ，５５Ｂと、中心部から側壁５３ａへ延びて、ケーブル２０を収容可能なダクト３０と、を備え、ダクト３０は、中心軸線が延びる方向から見て、磁極５５Ａ，５５Ｂのバレー領域５６ｖを通るように配置されてよい。

本実施形態に係るサイクロトロン５１によれば、ケーブル２０は、ダクト３０内に配置された状態にて、側壁５３ａの適切な位置まで引き回される。また、ダクト３０は、空間が確保された磁極５５Ａ，５５Ｂのバレー領域５６ｖに配置されているため、磁場測定を阻害しない位置に配置することができる。

サイクロトロン５１は、サイクロトロン５１の一対の磁極５５Ａ，５５Ｂの間に配置され、磁場分布を測定するホールセンサ２１と、ホールセンサ２１に接続され、ダクト３０に配置されるケーブル２０と、を更に備え、ホールセンサ２１は、荷電粒子の周回軌道を回避する位置へ移動可能に設けられてよい。この場合、ケーブル２０の断線を抑制した状態にて、所望のタイミングにて磁場分布の測定を行うことができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

上述の実施形態では、ダクト３０は、第１の部分３２及び第２の部分３３を有していたが、第２の部分３３が省略されてもよい。この場合、ダクト３０の中心部がケーブル台座１０から浮いた状態であると、ダクト３０が片持ち梁の構造となる。従って、ダクト３０は、サイクロトロン５１の中心部においてケーブル台座１０で支持されると共に、側壁５３ａに支持されてよい。この際、ダクト３０の軸部３１は、ベアリングを介してケーブル台座１０に支持されていることが好ましい。この場合、ダクト３０は、両持ち梁構造にて、安定した状態で中心部及び側壁５３ａに支持される。

上述の実施形態では、ダクト３０の第１の部分３２及び第２の部分３３の全域がバレー領域５６ｖに配置されていた。これに代えて、第１の部分３２及び第２の部分３３の一部がヒル領域５６ｈに存在してもよい。具体的には、内周側においては磁極５５Ａのヒル領域５６ｈと磁極５５Ｂのヒル領域５６ｈとの間の隙間が大きくなっているため、当該内周側の領域にダクト３０の一部が配置されてよい。

１…磁場測定装置、２１…ホールセンサ（測定部）、２０…ケーブル、３０…ダクト、３２…第１の部分、３３…第２の部分、４４…ケーブルガイド、５１…サイクロトロン、５５Ａ，５５Ｂ…磁極、５６ｖ…バレー領域、７０…張力付与機構、Ｚ…中心軸線。

Claims (10)

1. サイクロトロンの磁場分布を測定する磁場測定装置であって、
   前記サイクロトロンの一対の磁極の間に配置され、磁場分布を測定する測定部と、
   前記測定部に接続されるケーブルと、を備え、
   前記ケーブルは、前記サイクロトロンの中心部から、一対の前記磁極の間を通って前記サイクロトロンの側壁に及ぶ、磁場測定装置。
2. 前記サイクロトロンの中心部から前記側壁へ延びて、前記ケーブルを配置するダクトを更に備え、
   前記ダクトは、前記サイクロトロンの中心軸線が延びる方向から見て、前記磁極のバレー領域を通るように配置される、請求項１に記載の磁場測定装置。
3. 前記ダクトは、非磁性材料によって構成される、請求項２に記載の磁場測定装置。
4. 前記ダクトには、前記ケーブルを案内するケーブルガイドが設けられる、請求項２又は３に記載の磁場測定装置。
5. 前記ダクトは、前記サイクロトロンの前記中心部から径方向の一方に延びる第１の部分と、前記径方向の他方に延びる第２の部分と、を有し、前記第１の部分、及び前記第２の部分において、前記側壁に支持される、請求項２～４の何れか一項に記載の磁場測定装置。
6. 前記ダクトは、前記サイクロトロンの前記中心部で支持されると共に、前記側壁に支持される、請求項２～４の何れか一項に記載の磁場測定装置。
7. 前記ケーブルに対して張力を付与する張力付与機構を更に備える、請求項１～６の何れか一項に記載の磁場測定装置。
8. 請求項１～７の何れか一項に記載の磁場測定装置にて、前記サイクロトロンの一対の磁極の間の磁場分布を測定する測定工程と、
   前記測定工程の測定結果に基づいて、前記サイクロトロンの前記磁場分布を調整する調整工程と、を備える、サイクロトロンの製造方法。
9. 一対の磁極と、
   中心部から側壁へ延びて、ケーブルを収容可能なダクトと、を備え、
   前記ダクトは、中心軸線が延びる方向から見て、前記磁極のバレー領域を通るように配置される、サイクロトロン。
10. 前記サイクロトロンの一対の磁極の間に配置され、磁場分布を測定する測定部と、
    前記測定部に接続され、前記ダクトに配置されるケーブルと、を更に備え、
    前記測定部は、荷電粒子の周回軌道を回避する位置へ移動可能に設けられる、請求項９に記載のサイクロトロン。
    
    

Images