JP2742770B2 - 高周波粒子加速装置 - Google Patents
高周波粒子加速装置Info
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- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＶＨＦ帯およびＵＨＦ
帯等の高周波粒子加速装置に関する。
帯等の高周波粒子加速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、放射線プロセッシングに用いられ
ている低、中エネルギの電子加速器（５ＭｅＶ以下）は
すべて直流加速器である。２ＭｅＶ以下の高周波粒子加
速装置が、ロシヤでプロセッシング用に使用されている
が、バンチャがないため、粒子のエネルギが広くなる問
題がある。
ている低、中エネルギの電子加速器（５ＭｅＶ以下）は
すべて直流加速器である。２ＭｅＶ以下の高周波粒子加
速装置が、ロシヤでプロセッシング用に使用されている
が、バンチャがないため、粒子のエネルギが広くなる問
題がある。
【０００３】従来より研究用に利用されてきた高周波線
形粒子（電子またはイオン）加速装置では、直流電圧で
引き出された荷電粒子を粒子加速空胴の最適の高周波加
速位相に合わせるため、高周波加速器と入射器との間に
バンチャ（粒子を高周波の狭い位相範囲に集める装置を
バンチャという）を設置するようにしていた。
形粒子（電子またはイオン）加速装置では、直流電圧で
引き出された荷電粒子を粒子加速空胴の最適の高周波加
速位相に合わせるため、高周波加速器と入射器との間に
バンチャ（粒子を高周波の狭い位相範囲に集める装置を
バンチャという）を設置するようにしていた。
【０００４】このような従来の高周波粒子加速装置にあ
っては、図１３に示すように、入射器１０１からの電子
またはイオンを、バンチャ１０２のバンチャ空胴および
高周波加速器１０３の高周波加速空胴を順次通過させ
て、加速を行う構成が採られている。この場合には、バ
ンチャ１０２および加速器１０３への高周波電力の供給
は次のように行うようにしている。高周波信号発生器１
０４の出力を、高周波位相調整器１０５ａ、１０５ｂに
てそれぞれ位相を調整してから、高周波増幅器（高周波
振幅調整器）１０６ａ、１０６ｂにてそれぞれ電力増幅
し、この増幅された高周波電力をバンチャ１０２および
高周波加速器１０３にそれぞれ供給するようにしてい
る。なお、これとは別に、高周波加速器１０３の高周波
加速空胴よりピックアップした高周波信号をバンチャ１
０２へ供給するように構成する場合もある。
っては、図１３に示すように、入射器１０１からの電子
またはイオンを、バンチャ１０２のバンチャ空胴および
高周波加速器１０３の高周波加速空胴を順次通過させ
て、加速を行う構成が採られている。この場合には、バ
ンチャ１０２および加速器１０３への高周波電力の供給
は次のように行うようにしている。高周波信号発生器１
０４の出力を、高周波位相調整器１０５ａ、１０５ｂに
てそれぞれ位相を調整してから、高周波増幅器（高周波
振幅調整器）１０６ａ、１０６ｂにてそれぞれ電力増幅
し、この増幅された高周波電力をバンチャ１０２および
高周波加速器１０３にそれぞれ供給するようにしてい
る。なお、これとは別に、高周波加速器１０３の高周波
加速空胴よりピックアップした高周波信号をバンチャ１
０２へ供給するように構成する場合もある。
【０００５】図１４は、前述のような構成の高周波粒子
加速装置において、加速粒子が時間的にどのような運動
をするかを示したものであり、横軸は時間（高周波電圧
位相角度）、縦軸は粒子の位置である。
加速装置において、加速粒子が時間的にどのような運動
をするかを示したものであり、横軸は時間（高周波電圧
位相角度）、縦軸は粒子の位置である。
【０００６】各時間にバンチャ１０２を通過する粒子
（電子またはイオン）は、このバンチャ１０２で速度を
変えられ、その後は一定速度で運動するので、時間が経
つとともに図１４において直線で示されるように運動す
る。バンチャ１０２の入口では、例えば電子が一様に分
布するが、バンチャ１０２の入力電界に相応して速度が
変化する。そのため、電子線が高周波加速空胴の入口に
向けて走っていくと、図１４に示すように電子線に粗密
が生じる。しかして、多くの電子が集まったバンチが高
周波加速器１０３内の加速ギャップの位置で高周波加速
位相と同期するようにバンチャ電圧と位相とが調整され
る。
（電子またはイオン）は、このバンチャ１０２で速度を
変えられ、その後は一定速度で運動するので、時間が経
つとともに図１４において直線で示されるように運動す
る。バンチャ１０２の入口では、例えば電子が一様に分
布するが、バンチャ１０２の入力電界に相応して速度が
変化する。そのため、電子線が高周波加速空胴の入口に
向けて走っていくと、図１４に示すように電子線に粗密
が生じる。しかして、多くの電子が集まったバンチが高
周波加速器１０３内の加速ギャップの位置で高周波加速
位相と同期するようにバンチャ電圧と位相とが調整され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の前
記高周波粒子加速装置は、この種の装置についての知識
を十分に持っている者にとっては非常に便利で、極めて
有用な装置であるが、その知識があまりない者が、例え
ば産業用加速器として利用する場合には、操作が複雑で
あり、適切に利用するのは困難であるという問題点があ
った。
記高周波粒子加速装置は、この種の装置についての知識
を十分に持っている者にとっては非常に便利で、極めて
有用な装置であるが、その知識があまりない者が、例え
ば産業用加速器として利用する場合には、操作が複雑で
あり、適切に利用するのは困難であるという問題点があ
った。
【０００８】しかも、従来の高周波粒子加速装置には、
高周波位相調整器１０５ａ、１０５ｂおよび高周波増幅
器（高周波振幅調整器）１０６ａ、１０６ｂが必要とな
り、装置として複雑になる。
高周波位相調整器１０５ａ、１０５ｂおよび高周波増幅
器（高周波振幅調整器）１０６ａ、１０６ｂが必要とな
り、装置として複雑になる。
【０００９】さらに、バンチャ１０２が高いＱ値を持つ
高周波加速空胴の場合には、バンチャ１０２の共振周波
数、高周波位相および高周波電圧の自動調整が必要とな
る。
高周波加速空胴の場合には、バンチャ１０２の共振周波
数、高周波位相および高周波電圧の自動調整が必要とな
る。
【００１０】そこで、本発明者は、これらの問題点を解
決するため、静電容量分割による高周波粒子加速装置を
先に提案した。すなわち、ＴＭモードまたはＴＥＭモー
ドの粒子加速空胴の第１の内部導体に、粒子線を高周波
加速位相に同調させるためのバンチャギャップを絶縁物
を使用して配設する。前記第１、第２の内導体間のギャ
ップの静電容量と、バンチャギャップの静電容量との静
電容量分割により、バンチ電圧が得られるように構成し
たものである。
決するため、静電容量分割による高周波粒子加速装置を
先に提案した。すなわち、ＴＭモードまたはＴＥＭモー
ドの粒子加速空胴の第１の内部導体に、粒子線を高周波
加速位相に同調させるためのバンチャギャップを絶縁物
を使用して配設する。前記第１、第２の内導体間のギャ
ップの静電容量と、バンチャギャップの静電容量との静
電容量分割により、バンチ電圧が得られるように構成し
たものである。
【００１１】しかしながら、前記提案の静電容量分割に
よる高周波粒子加速装置は、バンチ電圧を、例えば５ｋ
Ｖ以上に高くする必要がある場合、その絶縁物の絶縁破
壊が問題点であった。
よる高周波粒子加速装置は、バンチ電圧を、例えば５ｋ
Ｖ以上に高くする必要がある場合、その絶縁物の絶縁破
壊が問題点であった。
【００１２】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記静電容量分割方式の問題点を解消し、極
めて簡単な構成で、絶縁物の使用を必要とせず、かつ装
置の安定性や耐久性の向上を図った高周波粒子加速装置
を提供することにある。
その目的は前記静電容量分割方式の問題点を解消し、極
めて簡単な構成で、絶縁物の使用を必要とせず、かつ装
置の安定性や耐久性の向上を図った高周波粒子加速装置
を提供することにある。
【００１３】本発明の他の目的は極めて簡単な構成で、
高周波電力を粒子加速空胴に供給するのに応じてバンチ
ャに加速空胴電圧位相と常に逆位相の高周波電力を自動
的に供給でき、かつ操作が容易な高周波粒子加速装置を
提供することにある。
高周波電力を粒子加速空胴に供給するのに応じてバンチ
ャに加速空胴電圧位相と常に逆位相の高周波電力を自動
的に供給でき、かつ操作が容易な高周波粒子加速装置を
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、高周波、例えばＴＭモードまたはＴ
ＥＭモードの粒子加速空胴の内部に、粒子線を高周波加
速位相に同期させるため、前記粒子線の入口側から順
に、筒状の第１、第２の内導体を前記粒子線の軸線上
に、互いにギャップを介して配設し、かつ該第１の内導
体の前記粒子線の入口端と、前記第２の内導体の前記粒
子線の出口端とを、前記加速空胴外導体に接合してイン
ダクタンスを構成し、前記ギャップ間の静電容量と共に
共振空胴を形成して、高周波で荷電粒子を加速させる装
置において、次のとおりである。
の本発明の構成は、高周波、例えばＴＭモードまたはＴ
ＥＭモードの粒子加速空胴の内部に、粒子線を高周波加
速位相に同期させるため、前記粒子線の入口側から順
に、筒状の第１、第２の内導体を前記粒子線の軸線上
に、互いにギャップを介して配設し、かつ該第１の内導
体の前記粒子線の入口端と、前記第２の内導体の前記粒
子線の出口端とを、前記加速空胴外導体に接合してイン
ダクタンスを構成し、前記ギャップ間の静電容量と共に
共振空胴を形成して、高周波で荷電粒子を加速させる装
置において、次のとおりである。
【００１５】（１） 前記第１の内導体に、一部切り欠
きを設けてインダクタンスを有するバンチ用ギャップを
形成させ、高周波電力を前記インダクタンスとの分割に
て前記バンチ用ギャップに供給するようにしたことを特
徴とする。
きを設けてインダクタンスを有するバンチ用ギャップを
形成させ、高周波電力を前記インダクタンスとの分割に
て前記バンチ用ギャップに供給するようにしたことを特
徴とする。
【００１６】（２） 前記（１）において、前記第１の
内導体に設けられる一部切り欠きが、該内導体外周の複
数箇所に対称的に設けられることを特徴とする。
内導体に設けられる一部切り欠きが、該内導体外周の複
数箇所に対称的に設けられることを特徴とする。
【００１７】（３） 前記（１）において、前記第１の
内導体に設けられる一部切り欠きが、前記第１の内導体
の前記粒子線の入口端と前記加速空胴外導体との間に接
合された筒状導体で、その形状および大きさが前記第１
の内導体と異なる導体の外周の複数箇所に対称的に設け
られることを特徴とする。
内導体に設けられる一部切り欠きが、前記第１の内導体
の前記粒子線の入口端と前記加速空胴外導体との間に接
合された筒状導体で、その形状および大きさが前記第１
の内導体と異なる導体の外周の複数箇所に対称的に設け
られることを特徴とする。
【００１８】（４） 前記第１の内導体に一部切り欠き
を設け、かつその内部に筒状の第３の内導体を前記軸線
上に配設し、該第１、第３の内導体の前記粒子線の出口
端側を互いに接合して、該第３の内導体の入口側に、前
記加速空胴外導体との間にバンチ用ギャップを形成さ
せ、前記第１の内導体の前記切り欠き部のインダクタン
スと、前記加速空胴外導体のインダクタンスとに基づく
インダクタンス分割により、前記切り欠き部に分割され
る前記高周波電力を、前記バンチ用ギャップに供給する
ようにしたことを特徴とする。（５） 前記（１）ないし（４）のいずれかにおいて、
前記加速空胴外導体の前記粒子線の出口側に、前記第２
の内導体が除去されていることを特徴とする。
を設け、かつその内部に筒状の第３の内導体を前記軸線
上に配設し、該第１、第３の内導体の前記粒子線の出口
端側を互いに接合して、該第３の内導体の入口側に、前
記加速空胴外導体との間にバンチ用ギャップを形成さ
せ、前記第１の内導体の前記切り欠き部のインダクタン
スと、前記加速空胴外導体のインダクタンスとに基づく
インダクタンス分割により、前記切り欠き部に分割され
る前記高周波電力を、前記バンチ用ギャップに供給する
ようにしたことを特徴とする。（５） 前記（１）ないし（４）のいずれかにおいて、
前記加速空胴外導体の前記粒子線の出口側に、前記第２
の内導体が除去されていることを特徴とする。
【００１９】
【作用】本発明は以上のように構成されているので、粒
子加速空胴に高周波電力を供給するのに応じて、高周波
電力は前記粒子加速空胴よりインダクタンス分割にてバ
ンチャに自動的に供給されるため、そのバンチャに印加
される高周波電圧の位相は前記粒子加速空胴電圧の位相
と常に逆位相となるとともに、前記バンチャには、絶縁
物の使用を必要としない。
子加速空胴に高周波電力を供給するのに応じて、高周波
電力は前記粒子加速空胴よりインダクタンス分割にてバ
ンチャに自動的に供給されるため、そのバンチャに印加
される高周波電圧の位相は前記粒子加速空胴電圧の位相
と常に逆位相となるとともに、前記バンチャには、絶縁
物の使用を必要としない。
【００２０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図１ないし図５は、本発明
の高周波粒子加速装置の第１実施例を示す図で、図１
は、バンチャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示す断
面斜視図、図２は、図１のII−II線による断面図、図３
は、ＴＥＭモードの高周波粒子加速装置の一例で、電界
（破線）および電流（実線）を示す図、図４は、一計算
例による電界分布図、図５は、図１の高周波粒子加速装
置の集中定数による等価回路図である。
を例示的に詳しく説明する。図１ないし図５は、本発明
の高周波粒子加速装置の第１実施例を示す図で、図１
は、バンチャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示す断
面斜視図、図２は、図１のII−II線による断面図、図３
は、ＴＥＭモードの高周波粒子加速装置の一例で、電界
（破線）および電流（実線）を示す図、図４は、一計算
例による電界分布図、図５は、図１の高周波粒子加速装
置の集中定数による等価回路図である。
【００２１】図１において、高周波粒子加速装置１は、
粒子加速空胴２を形成する円筒状の外導体３と、該外導
体３内の中心軸線上に配設された円筒状の第１、第２の
内導体４、５とからなり、粒子線、例えば電子線は、前
記中心軸線に沿って、前記外導体３の両端板３ａ、３ｂ
の中心に設けられた入口穴６から出口穴７を経て、前記
外導体３の中心軸を貫通するようになっている。
粒子加速空胴２を形成する円筒状の外導体３と、該外導
体３内の中心軸線上に配設された円筒状の第１、第２の
内導体４、５とからなり、粒子線、例えば電子線は、前
記中心軸線に沿って、前記外導体３の両端板３ａ、３ｂ
の中心に設けられた入口穴６から出口穴７を経て、前記
外導体３の中心軸を貫通するようになっている。
【００２２】円筒状の前記第１、第２の内導体４、５
は、前記外導体３内を貫通する電子線の軸線上に、前記
電子線の入口側から順に（直列に）、かつ互いに加速ギ
ャップ８を間に介して配設されるとともに、前記第１の
内導体４は、その電子線の入口端が前記外導体３の一方
の端板３ａの入口穴６に接合され、前記第２の内導体５
は、その電子線の出口端が前記外導体３の他方の端板３
ｂの出口穴７に接合されている。同時に、前記第１、第
２の内導体４、５は、前記電子線が入射、貫通される貫
通穴を有する筒状の第１、第２のステム４ａ，５ａを形
成している。
は、前記外導体３内を貫通する電子線の軸線上に、前記
電子線の入口側から順に（直列に）、かつ互いに加速ギ
ャップ８を間に介して配設されるとともに、前記第１の
内導体４は、その電子線の入口端が前記外導体３の一方
の端板３ａの入口穴６に接合され、前記第２の内導体５
は、その電子線の出口端が前記外導体３の他方の端板３
ｂの出口穴７に接合されている。同時に、前記第１、第
２の内導体４、５は、前記電子線が入射、貫通される貫
通穴を有する筒状の第１、第２のステム４ａ，５ａを形
成している。
【００２３】かくして、前記外導体３と前記第１、第２
の内導体４、５とで共振器９が構成される。そして、図
２に示すように、前記第１の内導体４に一部で、かつ外
周面から半径方向に断面が扇形状の切り欠き１１ａを、
複数箇所（本実施例では２箇所）等分に設けることによ
り、バンチ用ギャップ１１が形成されている。
の内導体４、５とで共振器９が構成される。そして、図
２に示すように、前記第１の内導体４に一部で、かつ外
周面から半径方向に断面が扇形状の切り欠き１１ａを、
複数箇所（本実施例では２箇所）等分に設けることによ
り、バンチ用ギャップ１１が形成されている。
【００２４】なお、本実施例の場合、前記粒子加速空胴
２の形はどのようなものであっても良いが、高周波励振
モードはＴＭモードか、またはＴＥＭモードである。
２の形はどのようなものであっても良いが、高周波励振
モードはＴＭモードか、またはＴＥＭモードである。
【００２５】ところで、図３に、前記第１の内導体４の
一部に前記切り欠き１１ａがない、すなわち前記第１の
ステム４ａに前記バンチ用ギャップ１１がない状態の前
記高周波粒子加速装置１で、電力フィーダ１２から高周
波電力が供給され、ＴＥＭの高周波電界が発生している
場合の電界および電流を示すと、電気力線は点線のよう
になり、その高周波電流は粒子加速空胴２の内壁面を実
線の矢印で示す方向に沿って流れる。この場合、第１、
第２のステム４ａ，５ａの内部には電界が発生せず、前
記装置１内を通過する電子線は、加速ギャップ８におい
てのみ高周波電磁界の作用を受ける。
一部に前記切り欠き１１ａがない、すなわち前記第１の
ステム４ａに前記バンチ用ギャップ１１がない状態の前
記高周波粒子加速装置１で、電力フィーダ１２から高周
波電力が供給され、ＴＥＭの高周波電界が発生している
場合の電界および電流を示すと、電気力線は点線のよう
になり、その高周波電流は粒子加速空胴２の内壁面を実
線の矢印で示す方向に沿って流れる。この場合、第１、
第２のステム４ａ，５ａの内部には電界が発生せず、前
記装置１内を通過する電子線は、加速ギャップ８におい
てのみ高周波電磁界の作用を受ける。
【００２６】そこで、図１に示されるように、前記第１
のステム４ａの一部に切り欠き１１ａを設けて、前記バ
ンチ用ギャップ１１が形成されると、前記電子（荷電粒
子）の通路に高周波電磁界が漏洩してくる。その電界分
布を有限要素法で計算した結果の一例を図４に示す。横
軸は、前記外導体３内の左端からの距離（ｍ）にある位
置、縦軸は電界強度（相対値）である。このことを集中
定数回路（集中定数による等価回路）で表すと図５のよ
うになり、その高周波電圧（バンチ電圧）Ｖbは、高周
波電流Ｉc と等価インダクタンスＬb により、次式で与
えられる。
のステム４ａの一部に切り欠き１１ａを設けて、前記バ
ンチ用ギャップ１１が形成されると、前記電子（荷電粒
子）の通路に高周波電磁界が漏洩してくる。その電界分
布を有限要素法で計算した結果の一例を図４に示す。横
軸は、前記外導体３内の左端からの距離（ｍ）にある位
置、縦軸は電界強度（相対値）である。このことを集中
定数回路（集中定数による等価回路）で表すと図５のよ
うになり、その高周波電圧（バンチ電圧）Ｖbは、高周
波電流Ｉc と等価インダクタンスＬb により、次式で与
えられる。
【００２７】
【数１】Ｖb ＝ｊωＬb ×Ｉc （ここで、ｊは虚数、ωは高周波の角周波数である）
【００２８】図５に示される集中定数回路は、前記バン
チ用ギャップ１１のインダクタンスＬb 、粒子加速空胴
２内の加速ギャップ８の静電容量Ｃ0 および外導体３の
インダクタンスＬの直列回路になる。すなわちバンチ用
ギャップ１１のインダクタンスＬb は、加速ギャップ８
の静電容量Ｃ0 に対して直列に接続され、バンチャ９を
励振する高周波電力は、粒子加速空胴２よりインダクタ
ンス分割にて供給されることになる。また、図５の回路
から明かなように、本実施例の高周波粒子加速装置１で
は、バンチ電圧Ｖb はバンチ用ギャップ１１のインダク
タンスＬb を変えることにより変えられるが、バンチ電
圧Ｖb の位相は粒子加速空胴２の電圧の位相と常に逆位
相となる。なお、前記式においては、前記バンチ用ギャ
ップ１１の静電容量の影響は、極めて小さいので無視し
た。
チ用ギャップ１１のインダクタンスＬb 、粒子加速空胴
２内の加速ギャップ８の静電容量Ｃ0 および外導体３の
インダクタンスＬの直列回路になる。すなわちバンチ用
ギャップ１１のインダクタンスＬb は、加速ギャップ８
の静電容量Ｃ0 に対して直列に接続され、バンチャ９を
励振する高周波電力は、粒子加速空胴２よりインダクタ
ンス分割にて供給されることになる。また、図５の回路
から明かなように、本実施例の高周波粒子加速装置１で
は、バンチ電圧Ｖb はバンチ用ギャップ１１のインダク
タンスＬb を変えることにより変えられるが、バンチ電
圧Ｖb の位相は粒子加速空胴２の電圧の位相と常に逆位
相となる。なお、前記式においては、前記バンチ用ギャ
ップ１１の静電容量の影響は、極めて小さいので無視し
た。
【００２９】この場合、前記空間１０は単なる電圧発生
のための空間であり、該空間１０自身が共振しているわ
けではない。すなわち、該空間１０は粒子加速空胴２の
共振回路の一部を構成しているのである。
のための空間であり、該空間１０自身が共振しているわ
けではない。すなわち、該空間１０は粒子加速空胴２の
共振回路の一部を構成しているのである。
【００３０】このようにして、電子線は、前記バンチ用
ギャップ１１における前記バンチ電圧Ｖb にてバンチさ
れ、その後に加速ギャップ８において加速される。
ギャップ１１における前記バンチ電圧Ｖb にてバンチさ
れ、その後に加速ギャップ８において加速される。
【００３１】図６は、本実施例の高周波粒子加速装置１
の具体例の一部断面を示した側面図である。加速空胴２
は、１／４波長同軸共振器が向かい合ったシングルギャ
ップ型で、高周波のモードはＴＥＭプッシュプルモード
である。電子線の電子は、前記第１、第２の内導体４、
５（第１、第２のステム４ａ，５ａ）の間に形成されて
いる加速ギャップ８で加速される。前記バンチャ９は、
発生した高周波電界を有効的に電子に作用させるため、
バンチ用ギャップ１１は間隔５ｍｍで向かい合った内径
２０ｍｍの導体で構成されており、第１の内導体４の一
部になっている。
の具体例の一部断面を示した側面図である。加速空胴２
は、１／４波長同軸共振器が向かい合ったシングルギャ
ップ型で、高周波のモードはＴＥＭプッシュプルモード
である。電子線の電子は、前記第１、第２の内導体４、
５（第１、第２のステム４ａ，５ａ）の間に形成されて
いる加速ギャップ８で加速される。前記バンチャ９は、
発生した高周波電界を有効的に電子に作用させるため、
バンチ用ギャップ１１は間隔５ｍｍで向かい合った内径
２０ｍｍの導体で構成されており、第１の内導体４の一
部になっている。
【００３２】前記バンチ用ギャップ１１から前記加速ギ
ャップ８までの距離は、電子の入射エネルギ（速さ）と
加速用の高周波周波数によって決まり、本具体例では周
波数１８２ＭＨｚ、入射電圧５ｋＶで１５０ｍｍであっ
た。このときのバンチ電圧は約３ｋＶである。
ャップ８までの距離は、電子の入射エネルギ（速さ）と
加速用の高周波周波数によって決まり、本具体例では周
波数１８２ＭＨｚ、入射電圧５ｋＶで１５０ｍｍであっ
た。このときのバンチ電圧は約３ｋＶである。
【００３３】前記具体例において、空間電荷効果を無視
した計算では、前記バンチャ９の高周波電圧位相の−１
００度から２０度の間に、バンチ用ギャップ１１を通過
した電子が、加速高周波電圧の位相の７０度から１００
度内で、加速ギャップ８に到達することが判明した。こ
れはバンチャ９を通過した電子の約１／３にあたる。
した計算では、前記バンチャ９の高周波電圧位相の−１
００度から２０度の間に、バンチ用ギャップ１１を通過
した電子が、加速高周波電圧の位相の７０度から１００
度内で、加速ギャップ８に到達することが判明した。こ
れはバンチャ９を通過した電子の約１／３にあたる。
【００３４】本具体例による加速装置において、電子を
加速したところ、直流入射電流の約６０％が加速され、
バンチ用ギャップ１１のない場合（３０％）の２倍であ
った。また、そのエネルギ分解能は、加速された電子を
偏向磁石によって曲げることにより測定された。その結
果は、図７に示される加速電子のエネルギスペクトル図
のように、半値幅で約４％であった。
加速したところ、直流入射電流の約６０％が加速され、
バンチ用ギャップ１１のない場合（３０％）の２倍であ
った。また、そのエネルギ分解能は、加速された電子を
偏向磁石によって曲げることにより測定された。その結
果は、図７に示される加速電子のエネルギスペクトル図
のように、半値幅で約４％であった。
【００３５】図８、図９および図１０は、本発明の高周
波粒子加速装置の第２実施例を示す図で、図８は、バン
チャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示す断面斜視
図、図９は、図８のIX−IX線による断面図、図１０は、
図９の変形例を示す断面図で、図１に示す部材と同一部
材には、同一符号を付してその説明を省略する。
波粒子加速装置の第２実施例を示す図で、図８は、バン
チャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示す断面斜視
図、図９は、図８のIX−IX線による断面図、図１０は、
図９の変形例を示す断面図で、図１に示す部材と同一部
材には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】図８に示される高周波粒子加速装置２１
は、ステムの直径が異なるバンチ電圧発生部の例であ
り、前記電子線の軸線上の、前記第１の内導体４の前記
電子線の入口端と前記加速空胴外導体３の端板３ａとの
間に配設、接合された円筒状導体２２で、その内径が前
記第１の内導体４の外径より大きい円筒状導体２２が、
扇形状導体２３を介して、前記第１の内導体４の前記電
子線の入口端に接合されている。そして、前記円筒状導
体２２の外周の複数箇所（図９では２箇所、図１０では
４箇所）に、切り欠き２４ａを等分に設けることによ
り、バンチ用ギャップ２４が形成されている。動作は、
前記第１実施例のものと同様である。
は、ステムの直径が異なるバンチ電圧発生部の例であ
り、前記電子線の軸線上の、前記第１の内導体４の前記
電子線の入口端と前記加速空胴外導体３の端板３ａとの
間に配設、接合された円筒状導体２２で、その内径が前
記第１の内導体４の外径より大きい円筒状導体２２が、
扇形状導体２３を介して、前記第１の内導体４の前記電
子線の入口端に接合されている。そして、前記円筒状導
体２２の外周の複数箇所（図９では２箇所、図１０では
４箇所）に、切り欠き２４ａを等分に設けることによ
り、バンチ用ギャップ２４が形成されている。動作は、
前記第１実施例のものと同様である。
【００３７】図１１は、本発明の高周波粒子加速装置の
第３実施例を示し、バンチャ結合型高周波粒子加速装置
の構造を示す断面斜視図、図１２は、図１１のXII ー XI
I 線による断面図で、図１に示す部材と同一部材には、
同一符号を付してその説明を省略する。
第３実施例を示し、バンチャ結合型高周波粒子加速装置
の構造を示す断面斜視図、図１２は、図１１のXII ー XI
I 線による断面図で、図１に示す部材と同一部材には、
同一符号を付してその説明を省略する。
【００３８】図１１に示される高周波粒子加速装置３１
は、前記第１のステム４ａ（第１の内導体４）周辺の構
成が異なるバンチ電圧発生部の例である。前記第１の内
導体４の代わりに、前記第２の内導体５より大きい内、
外径の切り欠きのある筒状の第１の内導体３２を、前記
第１の内導体４の位置に配設するとともに、前記外導体
３の一方の端板３ａに接合し、該第１の内導体３２の内
側に、円筒状の第３の内導体３３を前記電子線の軸線上
に配設して、それぞれの前記電子線の出口端側を環状導
体３４で接合する。そして、前記加速空胴外導体３の端
板３ａと前記第３の内導体３３の前記電子線の入口端と
の間に、バンチ用ギャップ３５を形成させる。
は、前記第１のステム４ａ（第１の内導体４）周辺の構
成が異なるバンチ電圧発生部の例である。前記第１の内
導体４の代わりに、前記第２の内導体５より大きい内、
外径の切り欠きのある筒状の第１の内導体３２を、前記
第１の内導体４の位置に配設するとともに、前記外導体
３の一方の端板３ａに接合し、該第１の内導体３２の内
側に、円筒状の第３の内導体３３を前記電子線の軸線上
に配設して、それぞれの前記電子線の出口端側を環状導
体３４で接合する。そして、前記加速空胴外導体３の端
板３ａと前記第３の内導体３３の前記電子線の入口端と
の間に、バンチ用ギャップ３５を形成させる。
【００３９】かくして、前記空間（バンチャ空胴）１０
を励振する高周波電力を、前記第１内導体３２の切り欠
き部のインダクタンス分割にて、前記バンチ用ギャップ
３５に供給することができる。
を励振する高周波電力を、前記第１内導体３２の切り欠
き部のインダクタンス分割にて、前記バンチ用ギャップ
３５に供給することができる。
【００４０】この高周波粒子加速装置３１で、ＴＭ０１
０モードの高周波電界が発生している場合の電界および
電流を図１１に示すと、電気力線は点線のようになり、
その高周波電流は粒子加速空胴２の内壁面を実線の矢印
で示す方向に沿って流れる。
０モードの高周波電界が発生している場合の電界および
電流を図１１に示すと、電気力線は点線のようになり、
その高周波電流は粒子加速空胴２の内壁面を実線の矢印
で示す方向に沿って流れる。
【００４１】なお、図１、図８および図１１に示す各実
施例において、前記加速空胴外導体の前記粒子線の出口
側に、前記第２の内導体がない場合でも、その作用は同
様である。また、本発明の技術は前記実施例における態
様に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
施例において、前記加速空胴外導体の前記粒子線の出口
側に、前記第２の内導体がない場合でも、その作用は同
様である。また、本発明の技術は前記実施例における態
様に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
高周波粒子加速装置によれば、バンチャと粒子加速空胴
とを一体型とし、かつ両者を高周波的にインダクタンス
結合し、該バンチャを励振する高周波電力を前記粒子加
速空胴よりインダクタンス分割にて供給するようにした
ので、構成が極めて簡単で、前記バンチャには絶縁物の
使用を必要としない。このため、前記装置の安定性や耐
久性の向上を図ることができる。
高周波粒子加速装置によれば、バンチャと粒子加速空胴
とを一体型とし、かつ両者を高周波的にインダクタンス
結合し、該バンチャを励振する高周波電力を前記粒子加
速空胴よりインダクタンス分割にて供給するようにした
ので、構成が極めて簡単で、前記バンチャには絶縁物の
使用を必要としない。このため、前記装置の安定性や耐
久性の向上を図ることができる。
【００４３】また、高周波電力を粒子加速空胴に供給す
れば、それに応じてバンチャに逆相の高周波電力を自動
的に供給でき、かつ構成が極めて簡単で、操作が容易に
なるという効果を有する。
れば、それに応じてバンチャに逆相の高周波電力を自動
的に供給でき、かつ構成が極めて簡単で、操作が容易に
なるという効果を有する。
【図１】本発明の高周波粒子加速装置の第１実施例を示
す図で、バンチャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示
す断面斜視図である。
す図で、バンチャ結合型高周波粒子加速装置の構造を示
す断面斜視図である。
【図２】図１のII−II線による断面図である。
【図３】ＴＥＭモードの高周波粒子加速装置の一例で、
電界（破線）および電流（実線）を示す図である。
電界（破線）および電流（実線）を示す図である。
【図４】一計算例による電界分布図である。
【図５】図１の高周波粒子加速装置の集中定数による等
価回路図である。
価回路図である。
【図６】第１実施例の高周波粒子加速装置１の具体例の
一部断面を示した側面図である。
一部断面を示した側面図である。
【図７】図６の高周波粒子加速装置１の具体例の加速電
子エネルギスペクトル図である。
子エネルギスペクトル図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す図で、バンチャ結合
型高周波粒子加速装置の構造を示す断面斜視図である。
型高周波粒子加速装置の構造を示す断面斜視図である。
【図９】図８のIX−IX線による断面図である。
【図１０】図９の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例を示し、バンチャ結合型
高周波粒子加速装置の構造を示す断面図である。
高周波粒子加速装置の構造を示す断面図である。
【図１２】図１１のXII ー XII 線による断面図である。
【図１３】従来の高周波粒子加速装置の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図１４】バンチャ通過後の粒子の運動を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
１、２１、３１ 高周波粒子加速装置 ２ 粒子加速空胴 ３ 外導体 ４、３２ 第１の内導体 ５ 第２の内導体 ６ 入口穴 ７ 出口穴 ８ 加速ギャップ １０ バンチャのある側の空間 １１、２４ ３５ バンチ用ギャップ １１ａ、２４ａ 切り欠き ２２ 円筒状導体 ２３ 扇形状導体 ３３ 第３の内導体 ３４ 環状導体
Claims (5)
- 【請求項１】 高周波粒子加速空胴の内部に、粒子線を
高周波加速位相に同期させるため、前記粒子線の入口側
から順に、筒状の第１、第２の内導体を前記粒子線の軸
線上に、互いにギャップを介して配設し、かつ該第１の
内導体の前記粒子線の入口端と、前記第２の内導体の前
記粒子線の出口端とを、前記加速空胴外導体に接合して
インダクタンスを構成し、前記ギャップ間の静電容量と
共に共振空胴を形成して、高周波で荷電粒子を加速させ
る装置において、 前記第１の内導体に、一部切り欠きを設けてインダクタ
ンスを有するバンチ用ギャップを形成させ、高周波電力
を前記インダクタンスとの分割にて前記バンチ用ギャッ
プに供給するようにしたことを特徴とする高周波粒子加
速装置。 - 【請求項２】 前記第１の内導体に設けられる一部切り
欠きが、該内導体外周の複数箇所に対称的に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波粒子加速装
置。 - 【請求項３】 前記第１の内導体に設けられる一部切り
欠きが、前記第１の内導体の前記粒子線の入口端と前記
加速空胴外導体との間に接合された筒状導体で、その形
状および大きさが前記第１の内導体と異なる導体の外周
の複数箇所に対称的に設けられることを特徴とする請求
項１に記載の高周波粒子加速装置。 - 【請求項４】 高周波粒子加速空胴の内部に、粒子線を
高周波加速位相に同期させるため、前記粒子線の入口側
から順に、筒状の第１、第２の内導体を前記粒子線の軸
線上に、互いにギャップを介して配設し、かつ該第１の
内導体の前記粒子線の入口端と、前記第２の内導体の前
記粒子線の出口端とを、前記加速空胴外導体に接合して
インダクタンスを構成し、前記ギャップ間の静電容量と
共に共振空胴を形成して、高周波で荷電粒子を加速させ
る装置において、 前記第１の内導体に一部切り欠きを設け、かつその内部
に筒状の第３の内導体を前記軸線上に配設し、該第１、
第３の内導体の前記粒子線の出口端側を互いに接合し
て、該第３の内導体の入口側に、前記加速空胴外導体と
の間にバンチ用ギャップを形成させ、前記第１の内導体
の前記切り欠き部のインダクタンスと、前記加速空胴外
導体のインダクタンスとに基づくインダクタンス分割に
より、前記切り欠き部に分割される前記高周波電力を、
前記バンチ用ギャップに供給するようにしたことを特徴
とする高周波粒子加速装置。 - 【請求項５】 前記加速空胴外導体の前記粒子線の出口
側に、前記第２の内導体が除去されていることを特徴と
する請求項１ないし４項のいずれかに記載の高周波粒子
加速装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7085825A JP2742770B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 高周波粒子加速装置 |
| EP05015806A EP1603371B1 (en) | 1995-04-12 | 1996-04-10 | Radio-frequency particle accelerator |
| DE69636966T DE69636966T2 (de) | 1995-04-12 | 1996-04-10 | Radiofrequenz-Teilchenbeschleuniger |
| DE69635200T DE69635200T2 (de) | 1995-04-12 | 1996-04-10 | Radiofrequenz-Teilchenbeschleuniger |
| EP96105651A EP0738101B1 (en) | 1995-04-12 | 1996-04-10 | Radio-frequency particle accelerator |
| US08/631,452 US5814940A (en) | 1995-04-12 | 1996-04-12 | Radio frequency particle accelerator having means for synchronizing the particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7085825A JP2742770B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 高周波粒子加速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288097A JPH08288097A (ja) | 1996-11-01 |
| JP2742770B2 true JP2742770B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=13869637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7085825A Expired - Lifetime JP2742770B2 (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | 高周波粒子加速装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5814940A (ja) |
| EP (2) | EP1603371B1 (ja) |
| JP (1) | JP2742770B2 (ja) |
| DE (2) | DE69635200T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100290829B1 (ko) * | 1999-03-25 | 2001-05-15 | 정기형 | 전자빔 가속기를 이용한 산업용 엑스선원 및 전자선원 |
| US6912238B2 (en) * | 2003-04-10 | 2005-06-28 | Lockheed Martin Corporation | Particle beam device |
| US7206379B2 (en) * | 2003-11-25 | 2007-04-17 | General Electric Company | RF accelerator for imaging applications |
| US7558374B2 (en) * | 2004-10-29 | 2009-07-07 | General Electric Co. | System and method for generating X-rays |
| US7315140B2 (en) * | 2005-01-27 | 2008-01-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Cyclotron with beam phase selector |
| JP4035621B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2008-01-23 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 誘導加速装置及び荷電粒子ビームの加速方法 |
| US10566169B1 (en) * | 2008-06-30 | 2020-02-18 | Nexgen Semi Holding, Inc. | Method and device for spatial charged particle bunching |
| TWI403020B (zh) * | 2009-07-24 | 2013-07-21 | Nat Univ Tsing Hua | 可模式選擇之磁旋管之作用結構 |
| US8564224B2 (en) * | 2010-06-11 | 2013-10-22 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | High average current, high quality pulsed electron injector |
| US9867272B2 (en) * | 2012-10-17 | 2018-01-09 | Cornell University | Generation and acceleration of charged particles using compact devices and systems |
| JP6650146B2 (ja) * | 2015-12-25 | 2020-02-19 | 三菱重工機械システム株式会社 | 加速空洞及び加速器 |
| RU2713233C1 (ru) * | 2019-03-25 | 2020-02-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского Сибирского отделения Российской академии наук (ИХКГ СО РАН) | Способ формирования электронного пучка в высокочастотном ускорителе |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4140942A (en) * | 1977-06-29 | 1979-02-20 | Institut Yadernoi Fiziki Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr | Radio-frequency electron accelerator |
| FR2527413A1 (fr) * | 1982-05-19 | 1983-11-25 | Commissariat Energie Atomique | Accelerateur lineaire de particules chargees comportant des tubes de glissement |
| US5038077A (en) * | 1989-01-31 | 1991-08-06 | The United States Of American As Represented By The Secretary Of The Navy | Gyroklystron device having multi-slot bunching cavities |
| US5144193A (en) * | 1990-12-07 | 1992-09-01 | The United State Of America As Represented By The Department Of Energy | High field pulsed microwiggler comprising a conductive tube with periodically space slots |
| JPH06298799A (ja) * | 1992-04-07 | 1994-10-25 | Takeda Chem Ind Ltd | ヒトアンジオテンシンｉｉタイプ１レセプター、その製造法および用途 |
| JP2529924B2 (ja) * | 1993-04-05 | 1996-09-04 | 電気興業株式会社 | 高周波粒子加速装置 |
-
1995
- 1995-04-12 JP JP7085825A patent/JP2742770B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-04-10 DE DE69635200T patent/DE69635200T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-10 DE DE69636966T patent/DE69636966T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-10 EP EP05015806A patent/EP1603371B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-10 EP EP96105651A patent/EP0738101B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-12 US US08/631,452 patent/US5814940A/en not_active Expired - Fee Related
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| EP0738101A1 (en) | 1996-10-16 |
| EP1603371A2 (en) | 2005-12-07 |
| EP1603371A3 (en) | 2006-03-01 |
| US5814940A (en) | 1998-09-29 |
| DE69636966T2 (de) | 2007-06-14 |
| DE69636966D1 (de) | 2007-04-19 |
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| DE69635200D1 (de) | 2006-02-02 |
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