JP2909794B2 - Ｒｆｑ線形加速器 - Google Patents
Ｒｆｑ線形加速器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）線形加速
器に関し、さらに詳細には、４枚のヴェイン電極間に高
周波電場を発生させることにより、イオンを加速して出
射することができるものであって、複合加速器の初段加
速器や、医療研究あるいは半導体製造などのイオン注入
器に利用することのできるＲＦＱ線形加速器に関する。
Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）線形加速
器に関し、さらに詳細には、４枚のヴェイン電極間に高
周波電場を発生させることにより、イオンを加速して出
射することができるものであって、複合加速器の初段加
速器や、医療研究あるいは半導体製造などのイオン注入
器に利用することのできるＲＦＱ線形加速器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、イオン・ビームを収束させなが
ら、同時に加速させることができるＲＦＱ線形加速器が
開発された。
ら、同時に加速させることができるＲＦＱ線形加速器が
開発された。
【０００３】このＲＦＱ線形加速器とは、内部が真空状
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した四重極電極（４枚のヴェイン電極）
を、ビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、相対向するヴェイン電極は山と山、谷と谷とが
向かい合い、互いに９０度隔てた隣合うヴェイン電極の
山と谷とが隣合うように配置された構成となっている。
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した四重極電極（４枚のヴェイン電極）
を、ビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、相対向するヴェイン電極は山と山、谷と谷とが
向かい合い、互いに９０度隔てた隣合うヴェイン電極の
山と谷とが隣合うように配置された構成となっている。
【０００４】そして、これら４枚のヴェイン電極におい
て、一方の対向する一対のヴェイン電極と他方の対向す
る一対のヴェイン電極とは、互いの符号が異なるように
高周波電力を与えられ、さらに四重極電極間で囲まれた
中心部にイオン・ビームを入射させると、イオン・ビー
ムは高周波四重極電場によって収束されるとともに加速
されて、高エネルギのイオン・ビームとして筒状筐体か
ら出射されることになる。
て、一方の対向する一対のヴェイン電極と他方の対向す
る一対のヴェイン電極とは、互いの符号が異なるように
高周波電力を与えられ、さらに四重極電極間で囲まれた
中心部にイオン・ビームを入射させると、イオン・ビー
ムは高周波四重極電場によって収束されるとともに加速
されて、高エネルギのイオン・ビームとして筒状筐体か
ら出射されることになる。
【０００５】図７および図８には、上記したような従来
のＲＦＱ線形加速器が示されており、所謂、四翼型ＲＦ
Ｑ線形加速器と称されるＲＦＱ線形加速器が示されてい
るが、導電性の円筒状空洞１００内に、対向する各ヴェ
イン電極１０２、１０２および１０４、１０４を互いに
９０度位相をずらして配置して、この円筒状空洞１００
に各ヴェイン電極１０２、１０２および１０４、１０４
間を電気的に短絡させた空洞共振器を構成し、高周波導
入装置１０６から供給される高周波電力により、ヴェイ
ン電極１０２、１０２および１０４、１０４間に高周波
電場を発生させるようになっている。
のＲＦＱ線形加速器が示されており、所謂、四翼型ＲＦ
Ｑ線形加速器と称されるＲＦＱ線形加速器が示されてい
るが、導電性の円筒状空洞１００内に、対向する各ヴェ
イン電極１０２、１０２および１０４、１０４を互いに
９０度位相をずらして配置して、この円筒状空洞１００
に各ヴェイン電極１０２、１０２および１０４、１０４
間を電気的に短絡させた空洞共振器を構成し、高周波導
入装置１０６から供給される高周波電力により、ヴェイ
ン電極１０２、１０２および１０４、１０４間に高周波
電場を発生させるようになっている。
【０００６】図７および図８に示す上記した従来の四翼
型ＲＦＱ線形加速器においては、空洞共振器を用いて高
周波電場を発生させているために、電力損失を低く抑え
ることができるという利点を有している。
型ＲＦＱ線形加速器においては、空洞共振器を用いて高
周波電場を発生させているために、電力損失を低く抑え
ることができるという利点を有している。
【０００７】ところが、こうした従来の四翼型ＲＦＱ線
形加速器を半導体製造用のイオン打ち込みなどに使用す
る場合などには、使用するイオン種や必要なイオン・ビ
ームのエネルギに応じて、低い共振周波数が必要とされ
る場合があるが、このように低い共振周波数が必要な場
合には、空洞共振器のサイズが極めて大きくなってしま
い、スペース的に不利になるという問題点があった。
形加速器を半導体製造用のイオン打ち込みなどに使用す
る場合などには、使用するイオン種や必要なイオン・ビ
ームのエネルギに応じて、低い共振周波数が必要とされ
る場合があるが、このように低い共振周波数が必要な場
合には、空洞共振器のサイズが極めて大きくなってしま
い、スペース的に不利になるという問題点があった。
【０００８】また、このように装置全体のサイズが大型
化するため、その製造コストも高価になり、しかも技術
的にも実現困難な問題があった。
化するため、その製造コストも高価になり、しかも技術
的にも実現困難な問題があった。
【０００９】そこで、上記した種々の問題点を解決する
ために、例えば、図９および図１０に示すように、円筒
状空洞１２０の内部に、対向する各ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４を分割型に配置した分
割同軸型ＲＦＱ線形加速器が提案されている。
ために、例えば、図９および図１０に示すように、円筒
状空洞１２０の内部に、対向する各ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４を分割型に配置した分
割同軸型ＲＦＱ線形加速器が提案されている。
【００１０】上記した従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速
器では、一方の対向する一対のヴェイン電極１２２、１
２２をステム１２６、１２６を介してそれぞれ円筒状空
洞１２０の上下部に支持し、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１２４、１２４を円筒状空洞１２０の両方の端
面１２０ａ、１２０ａで支持し、高周波導入装置１２８
から供給される高周波電力により、ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４間に高周波電場を発生
させるように構成されている。
器では、一方の対向する一対のヴェイン電極１２２、１
２２をステム１２６、１２６を介してそれぞれ円筒状空
洞１２０の上下部に支持し、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１２４、１２４を円筒状空洞１２０の両方の端
面１２０ａ、１２０ａで支持し、高周波導入装置１２８
から供給される高周波電力により、ヴェイン電極１２
２、１２２および１２４、１２４間に高周波電場を発生
させるように構成されている。
【００１１】そして、上記した従来の分割同軸型ＲＦＱ
線形加速器においては、ヴェイン電極１２２、１２２お
よび１２４、１２４の間に高周波四重極電場が発生する
と、円筒状空洞１２０とヴェイン電極１２２、１２２を
支えるステム１２６、１２６との間にＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ方
向に高周波電流が流れるようになり、ステム１２６、１
２６およびヴェイン電極１２２、１２２および１２４、
１２４の周りに磁場が発生するようになる。
線形加速器においては、ヴェイン電極１２２、１２２お
よび１２４、１２４の間に高周波四重極電場が発生する
と、円筒状空洞１２０とヴェイン電極１２２、１２２を
支えるステム１２６、１２６との間にＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ方
向に高周波電流が流れるようになり、ステム１２６、１
２６およびヴェイン電極１２２、１２２および１２４、
１２４の周りに磁場が発生するようになる。
【００１２】図１１は、図９および図１０に示した上記
した分割同軸型ＲＦＱ線形加速器において、ヴェイン電
極１２２、１２２および１２４、１２４間の静電容量
（キャパシタンス）をＣV、ステム１２６、１２６の周
りのインダクタンスをＬS、ヴェイン電極１２２、１２
２および１２４、１２４の周りのインダクタンスをＬT
としたときの等価共振回路を示している。
した分割同軸型ＲＦＱ線形加速器において、ヴェイン電
極１２２、１２２および１２４、１２４間の静電容量
（キャパシタンス）をＣV、ステム１２６、１２６の周
りのインダクタンスをＬS、ヴェイン電極１２２、１２
２および１２４、１２４の周りのインダクタンスをＬT
としたときの等価共振回路を示している。
【００１３】図１１の等価共振回路より、この空洞共振
器の共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛ＣV（ＬS＋ＬT）｝1/2〕 によって与えられる。
器の共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛ＣV（ＬS＋ＬT）｝1/2〕 によって与えられる。
【００１４】従って、図９および図１０に示した上記し
た分割同軸型ＲＦＱ線形加速器にあっては、図７および
図８に示した従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較する
と、インダクタンスを大きくすることができるので、同
サイズの従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器よりも共振周波
数を低下させることができるようになるものであって、
空洞共振器のサイズの大型化を抑制することができるも
のであった。
た分割同軸型ＲＦＱ線形加速器にあっては、図７および
図８に示した従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較する
と、インダクタンスを大きくすることができるので、同
サイズの従来の四翼型ＲＦＱ線形加速器よりも共振周波
数を低下させることができるようになるものであって、
空洞共振器のサイズの大型化を抑制することができるも
のであった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器であっては、従来
の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較すると共振周波数を低
下させることができるものであったが、例えば、２０Ｍ
ＨZ 以下の共振周波数を得ようとすると、空洞共振器の
直径寸法および長さが大きいものになってしまう恐れが
あるという問題点があった。
た従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器であっては、従来
の四翼型ＲＦＱ線形加速器と比較すると共振周波数を低
下させることができるものであったが、例えば、２０Ｍ
ＨZ 以下の共振周波数を得ようとすると、空洞共振器の
直径寸法および長さが大きいものになってしまう恐れが
あるという問題点があった。
【００１６】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、低い共振周波数領域が必要な場合において、従来
の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器よりさらに小型化が可能
なＲＦＱ線形加速器を提供しようとするものである。
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、低い共振周波数領域が必要な場合において、従来
の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器よりさらに小型化が可能
なＲＦＱ線形加速器を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるＲＦＱ線形加速器は、内部が真空状
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した４枚のヴェイン電極を、上記筒状筐体
内のビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、上記４枚のヴェイン電極のうち相対向するヴェ
イン電極は山と山あるいは谷と谷とが向かい合い、かつ
上記４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合うヴェイン電
極は山と谷とが隣合うようにして配置し、上記４枚のヴ
ェイン電極の波形状に形成された上記先端部に囲まれた
上記ビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、上記筒状筐体内に、上記４枚のヴェイン
電極を上記ビーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の
中間筒体を配置し、上記中間筒体を導電性のステムを介
して上記筒状筐体の内側壁に支持するとともに、上記４
枚のヴェイン電極のうち、一方の対向する一対のヴェイ
ン電極を上記中間筒体の内壁面に支持し、かつ他方の対
向する一対のヴェイン電極を上記筒状筐体の上記ビーム
加速軸方向の両端部に支持するようにしたものである。
に、本発明におけるＲＦＱ線形加速器は、内部が真空状
態とされた導電性の筒状筐体内に、先端部を長さ方向に
波形状に形成した４枚のヴェイン電極を、上記筒状筐体
内のビーム加速軸に沿って直交するように対向させると
ともに、上記４枚のヴェイン電極のうち相対向するヴェ
イン電極は山と山あるいは谷と谷とが向かい合い、かつ
上記４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合うヴェイン電
極は山と谷とが隣合うようにして配置し、上記４枚のヴ
ェイン電極の波形状に形成された上記先端部に囲まれた
上記ビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、上記筒状筐体内に、上記４枚のヴェイン
電極を上記ビーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の
中間筒体を配置し、上記中間筒体を導電性のステムを介
して上記筒状筐体の内側壁に支持するとともに、上記４
枚のヴェイン電極のうち、一方の対向する一対のヴェイ
ン電極を上記中間筒体の内壁面に支持し、かつ他方の対
向する一対のヴェイン電極を上記筒状筐体の上記ビーム
加速軸方向の両端部に支持するようにしたものである。
【００１８】
【作用】上記のようにして構成された本発明によるＲＦ
Ｑ線形加速器は、他方の一対のヴェイン電極を内導体と
し中間筒体を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中
間筒体を内導体とし筒状筐体を外導体とする第二の同軸
線路が折り返されるように結合した折り返し同軸型の構
造となっており、各ヴェイン電極間で囲まれたビーム加
速軸領域に高周波電場が発生するとともに、ヴェイン電
極を囲むようにして中間筒体の内部に磁場が発生し、こ
の磁場により他方の一対のヴェイン電極および中間筒体
の内部に高周波電流を誘起する。
Ｑ線形加速器は、他方の一対のヴェイン電極を内導体と
し中間筒体を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中
間筒体を内導体とし筒状筐体を外導体とする第二の同軸
線路が折り返されるように結合した折り返し同軸型の構
造となっており、各ヴェイン電極間で囲まれたビーム加
速軸領域に高周波電場が発生するとともに、ヴェイン電
極を囲むようにして中間筒体の内部に磁場が発生し、こ
の磁場により他方の一対のヴェイン電極および中間筒体
の内部に高周波電流を誘起する。
【００１９】上記高周波電流は、筒状筐体の内面、ステ
ムの表面、中間筒体の外面を流れ、中間筒体の周りおよ
びステムの周りに磁場を発生させる。
ムの表面、中間筒体の外面を流れ、中間筒体の周りおよ
びステムの周りに磁場を発生させる。
【００２０】従って、本発明による折り返し同軸型構造
を備えたＲＦＱ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦ
Ｑ線形加速器の場合と比較して、他方の一対のヴェイン
電極と中間筒体との間の静電容量、および他方の一対の
ヴェイン電極周りのインダクタンスが付加されたことに
なり、同程度の大きさの従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器よりもさらに低い共振周波数を得ることができるの
で、小型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。
を備えたＲＦＱ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦ
Ｑ線形加速器の場合と比較して、他方の一対のヴェイン
電極と中間筒体との間の静電容量、および他方の一対の
ヴェイン電極周りのインダクタンスが付加されたことに
なり、同程度の大きさの従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器よりもさらに低い共振周波数を得ることができるの
で、小型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。
【００２１】
【実施例】以下図面に基づいて、本発明によるＲＦＱ線
形加速器の一実施例を詳細に説明するものとする。
形加速器の一実施例を詳細に説明するものとする。
【００２２】図１は、本発明によるＲＦＱ線形加速器の
第一の実施例を示す横断面図であり、図２は図１の縦断
面図であり、図３は本発明によるＲＦＱ線形加速器にお
ける等価共振回路図であって、内部が真空状態とされた
導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の内部には、導
電性の中間筒体１２が配置され、この中間筒体１２がス
テム１４、１４により筒状筐体１０の内側壁に支持され
ている。
第一の実施例を示す横断面図であり、図２は図１の縦断
面図であり、図３は本発明によるＲＦＱ線形加速器にお
ける等価共振回路図であって、内部が真空状態とされた
導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の内部には、導
電性の中間筒体１２が配置され、この中間筒体１２がス
テム１４、１４により筒状筐体１０の内側壁に支持され
ている。
【００２３】中間筒体１２の内部には、先端部を長さ方
向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極電
極）１６、１６および１８、１８が、ビーム加速軸に沿
って直交するように対向して配設され、相対向するヴェ
イン電極１６、１６および１８、１８は、それぞれ山と
山あるいは谷と谷とが向かい合うとともに、互いに９０
度隔てた隣合うヴェイン電極１６、１６とヴェイン電極
１８、１８とは、山と谷とが交互に隣合うように配置さ
れた構成とされている。
向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極電
極）１６、１６および１８、１８が、ビーム加速軸に沿
って直交するように対向して配設され、相対向するヴェ
イン電極１６、１６および１８、１８は、それぞれ山と
山あるいは谷と谷とが向かい合うとともに、互いに９０
度隔てた隣合うヴェイン電極１６、１６とヴェイン電極
１８、１８とは、山と谷とが交互に隣合うように配置さ
れた構成とされている。
【００２４】そして、これらのヴェイン電極１６、１６
および１８、１８のうちで、一方の対向する一対のヴェ
イン電極１６、１６は中間筒体１２の内壁面に電気的に
短絡されて支持されており、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１８、１８は筒状筐体１０の軸方向の両方の端
面１０ａに支持されることにより、空洞共振器が構成さ
れている。
および１８、１８のうちで、一方の対向する一対のヴェ
イン電極１６、１６は中間筒体１２の内壁面に電気的に
短絡されて支持されており、他方の対向する一対のヴェ
イン電極１８、１８は筒状筐体１０の軸方向の両方の端
面１０ａに支持されることにより、空洞共振器が構成さ
れている。
【００２５】さらに、筒状筐体１０の所定位置には高周
波導入装置２０が設置されており、この高周波導入装置
２０によって、一方の対向する一対のヴェイン電極１
６、１６と他方の対向するヴェイン電極１８、１８に、
互いの符号が異なるように高周波電力を与えられてい
る。
波導入装置２０が設置されており、この高周波導入装置
２０によって、一方の対向する一対のヴェイン電極１
６、１６と他方の対向するヴェイン電極１８、１８に、
互いの符号が異なるように高周波電力を与えられてい
る。
【００２６】ここにおいて、上記したように構成された
ＲＦＱ線形加速器は、図上水平方向に配置された左右の
ヴェイン電極１８、１８を内導体とするとともに中間筒
体１２を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中間導
体１２を内導体とするとともに筒状筐体１０を外導体と
する第二の同軸線路が、折り返されるように結合された
構造となっているものであって、以下の説明において
は、このような構造を備えた本発明によるＲＦＱ線形加
速器を、「折り返し同軸型ＲＦＱ線形加速器」と称して
説明することとする。
ＲＦＱ線形加速器は、図上水平方向に配置された左右の
ヴェイン電極１８、１８を内導体とするとともに中間筒
体１２を外導体とする第一の同軸線路の周りに、中間導
体１２を内導体とするとともに筒状筐体１０を外導体と
する第二の同軸線路が、折り返されるように結合された
構造となっているものであって、以下の説明において
は、このような構造を備えた本発明によるＲＦＱ線形加
速器を、「折り返し同軸型ＲＦＱ線形加速器」と称して
説明することとする。
【００２７】次に、上記したように構成された折り返し
同軸型ＲＦＱ線形加速器の動作原理について説明する。
同軸型ＲＦＱ線形加速器の動作原理について説明する。
【００２８】まず、各ヴェイン電極１６、１６および１
８、１８間で囲まれたビーム加速軸領域に高周波電場が
発生するとともに、ヴェイン電極１８、１８を囲むよう
にして、中間筒体１２の内部に磁場が発生する。この磁
場は、ヴェイン電極１８、１８および中間筒体１２の内
部に高周波電流を誘起する。
８、１８間で囲まれたビーム加速軸領域に高周波電場が
発生するとともに、ヴェイン電極１８、１８を囲むよう
にして、中間筒体１２の内部に磁場が発生する。この磁
場は、ヴェイン電極１８、１８および中間筒体１２の内
部に高周波電流を誘起する。
【００２９】この高周波電流は、筒状筐体１０の内面、
ステム１４、１４の表面、中間筒体１２の外面を流れ、
中間筒体１２の周りおよびステム１４、１４の周りに磁
場を発生させる。
ステム１４、１４の表面、中間筒体１２の外面を流れ、
中間筒体１２の周りおよびステム１４、１４の周りに磁
場を発生させる。
【００３０】図３には、本発明による折り返し同軸型Ｒ
ＦＱ線形加速器において、各ヴェイン電極１６、１６お
よび１８、１８間の静電容量をＣV1、左右のヴェイン電
極１８、１８と中間筒体１２との間の静電容量をＣV2、
ステム１４、１４の周りのインダクタンスをＬS、中間
筒体１２の周りのインダクタンスをＬT1、左右のヴェイ
ン電極１８、１８の周りのインダクタンスをＬT2とした
ときの等価共振回路が示されている。
ＦＱ線形加速器において、各ヴェイン電極１６、１６お
よび１８、１８間の静電容量をＣV1、左右のヴェイン電
極１８、１８と中間筒体１２との間の静電容量をＣV2、
ステム１４、１４の周りのインダクタンスをＬS、中間
筒体１２の周りのインダクタンスをＬT1、左右のヴェイ
ン電極１８、１８の周りのインダクタンスをＬT2とした
ときの等価共振回路が示されている。
【００３１】図３の等価共振回路から、本発明による折
り返し同軸型ＲＦＱにおける共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛（ＣV1＋ＣV2）（ＬS＋ＬT1＋
ＬT2）｝1/2〕 によって与えられる。
り返し同軸型ＲＦＱにおける共振周波数Ｆは、 Ｆ＝１／〔２π×｛（ＣV1＋ＣV2）（ＬS＋ＬT1＋
ＬT2）｝1/2〕 によって与えられる。
【００３２】従って、本発明による折り返し同軸型ＲＦ
Ｑ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器
の場合と比較して、ヴェイン電極１８、１８と中間筒体
１２との間の静電容量ＣV2、およびヴェイン電極１８、
１８周りのインダクタンスＬT2が付加されたことにな
り、低い共振周波数を必要とする場合にも、従来の分割
同軸型ＲＦＱ線形加速器と同程度の大きさにおいて、さ
らに共振周波数Ｆを下げることができるものであり、小
型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。
Ｑ線形加速器では、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器
の場合と比較して、ヴェイン電極１８、１８と中間筒体
１２との間の静電容量ＣV2、およびヴェイン電極１８、
１８周りのインダクタンスＬT2が付加されたことにな
り、低い共振周波数を必要とする場合にも、従来の分割
同軸型ＲＦＱ線形加速器と同程度の大きさにおいて、さ
らに共振周波数Ｆを下げることができるものであり、小
型のＲＦＱ線形加速器を得ることができる。
【００３３】図４および図５は、それぞれ本発明による
ＲＦＱ線形加速器の第二の実施例を示す横断面図および
縦断面図であり、第一の実施例と同一あるいは相当する
構成に関しては、同一の符号を付して示すことにより、
構成および作用の詳細な説明は省略するものとする。
ＲＦＱ線形加速器の第二の実施例を示す横断面図および
縦断面図であり、第一の実施例と同一あるいは相当する
構成に関しては、同一の符号を付して示すことにより、
構成および作用の詳細な説明は省略するものとする。
【００３４】この第二の実施例においては、内部が真空
状態とされた導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の
側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通するように同軸筐
体２２が設置されており、筒状筐体１０の内部に配置さ
れた導電性の中間筒体１２は、ステム１４により同軸筐
体２２の中心部を通って底壁面に支持されている。
状態とされた導電性の円筒空洞からなる筒状筐体１０の
側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通するように同軸筐
体２２が設置されており、筒状筐体１０の内部に配置さ
れた導電性の中間筒体１２は、ステム１４により同軸筐
体２２の中心部を通って底壁面に支持されている。
【００３５】同軸筐体２２の内部には、ステム１４の周
囲を囲む可動短絡板２４が設けられており、この可動短
絡板２４は図示しない駆動装置により作動アーム２６を
介して、ステム１４の長手方向に摺動自在に設置されて
いる。
囲を囲む可動短絡板２４が設けられており、この可動短
絡板２４は図示しない駆動装置により作動アーム２６を
介して、ステム１４の長手方向に摺動自在に設置されて
いる。
【００３６】従って、同軸筐体２２内の可動短絡板２４
を上下に摺動させ、ステム１４の電気的長さを変化させ
ることにより、ステム１４の周りのインダクタンスＬS
が 変化するので、筒状筐体１０の共振周波数を可変に
することができる。
を上下に摺動させ、ステム１４の電気的長さを変化させ
ることにより、ステム１４の周りのインダクタンスＬS
が 変化するので、筒状筐体１０の共振周波数を可変に
することができる。
【００３７】即ち、本発明の第一の実施例であるＲＦＱ
線形加速器の側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通する
ように同軸筐体２２を設置し、この同軸筐体２２の内部
にステム１４の周囲を囲む可動短絡板２４を設け、同軸
筐体２２内の可動短絡板２４を上下に摺動させ、ステム
１４の電気的長さを変化させることにより、ステム１４
の周りのインダクタンスＬSを変化させるようにしたの
で、筒状筐体１ ０の共振周波数を可変することができ
るようになる。
線形加速器の側壁部に、筒状筐体１０の内部と連通する
ように同軸筐体２２を設置し、この同軸筐体２２の内部
にステム１４の周囲を囲む可動短絡板２４を設け、同軸
筐体２２内の可動短絡板２４を上下に摺動させ、ステム
１４の電気的長さを変化させることにより、ステム１４
の周りのインダクタンスＬSを変化させるようにしたの
で、筒状筐体１ ０の共振周波数を可変することができ
るようになる。
【００３８】ここにおいて、上記した第二の実施例によ
るＲＦＱ線形加速器は、ステム１４の周りに設置された
同軸筐体２２内の可動短絡板２４により、ステム１４の
電気的長さを変えることで共振周波数を可変することが
できるものであるから、必要な共振周波数に応じて、同
軸筐体２２および可動短絡板２４の大きさを適宜選択す
れば、任意の共振周波数に可変できるＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。
るＲＦＱ線形加速器は、ステム１４の周りに設置された
同軸筐体２２内の可動短絡板２４により、ステム１４の
電気的長さを変えることで共振周波数を可変することが
できるものであるから、必要な共振周波数に応じて、同
軸筐体２２および可動短絡板２４の大きさを適宜選択す
れば、任意の共振周波数に可変できるＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。
【００３９】なお、共振周波数を可変とするための構成
は、上記した第二の実施例に示されたように、筒状筐体
１０と連通する同軸筐体２２内に可動短絡板２４を配置
する構成の他に、筒状筐体１０あるいは同軸筐体２２内
に、所謂、可動パネルあるいは可動箱などを配設するよ
うな構成としてもよい。
は、上記した第二の実施例に示されたように、筒状筐体
１０と連通する同軸筐体２２内に可動短絡板２４を配置
する構成の他に、筒状筐体１０あるいは同軸筐体２２内
に、所謂、可動パネルあるいは可動箱などを配設するよ
うな構成としてもよい。
【００４０】また、上記第一の実施例においてはステム
１４を二本とする一方で、第二実施例においてはステム
１４を一本としたが、ステム１４の本数や取付位置はこ
れに限定されるものではなく、ステム１４の本数および
取付け位置は、筒状筐体１０および中間筒体１２の容積
や高周波電力の大きさに対応して適宜選択するようにし
てよい。
１４を二本とする一方で、第二実施例においてはステム
１４を一本としたが、ステム１４の本数や取付位置はこ
れに限定されるものではなく、ステム１４の本数および
取付け位置は、筒状筐体１０および中間筒体１２の容積
や高周波電力の大きさに対応して適宜選択するようにし
てよい。
【００４１】さらに、中間筒体１２は筒状筐体１０の中
心部にある必要はなく、筒状筐体１０の中心部より偏心
した位置であってもよい。
心部にある必要はなく、筒状筐体１０の中心部より偏心
した位置であってもよい。
【００４２】さらにまた、筒状筐体１０や中間筒体１２
などの断面は円筒形に限らず、角筒形や多角筒形であっ
ても、電気的な作用に差異はないものである。
などの断面は円筒形に限らず、角筒形や多角筒形であっ
ても、電気的な作用に差異はないものである。
【００４３】図６は、本発明によるＲＦＱ線形加速器を
実機に適用した場合の要部を示す一部破断した斜視図で
あり、内部が真空状態とされた導電性の角筒状空洞から
なる筒状筐体３０の内部には、導電性の中間筒体３２が
配置され、この中間筒体３２の底面が支持ガイシ３４、
３４を介して筒状筐体３０の底面部に支持されていると
ともに、中間筒体３２の上部がステム３６により筒状筐
体３０の上面部に支持されている。
実機に適用した場合の要部を示す一部破断した斜視図で
あり、内部が真空状態とされた導電性の角筒状空洞から
なる筒状筐体３０の内部には、導電性の中間筒体３２が
配置され、この中間筒体３２の底面が支持ガイシ３４、
３４を介して筒状筐体３０の底面部に支持されていると
ともに、中間筒体３２の上部がステム３６により筒状筐
体３０の上面部に支持されている。
【００４４】上記中間筒体３２の内部には、先端部を長
さ方向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極
電極）３８、３８および４０、４０が、ビーム加速軸に
沿って直交するように配置されている。
さ方向に波形状に形成した４枚のヴェイン電極（四重極
電極）３８、３８および４０、４０が、ビーム加速軸に
沿って直交するように配置されている。
【００４５】そして、これらのヴェイン電極３８、３８
および４０、４０のうちの、一方の対向する一対のヴェ
イン電極３８、３８は中間筒体３２の内壁面に支持さ
れ、他方の対向する一対のヴェイン電極４０、４０は筒
状筐体３０の軸方向の両方の端面３０ａ、３０ａに支持
されていて、互いに符号の異なる高周波電力が与えられ
るようになされている。
および４０、４０のうちの、一方の対向する一対のヴェ
イン電極３８、３８は中間筒体３２の内壁面に支持さ
れ、他方の対向する一対のヴェイン電極４０、４０は筒
状筐体３０の軸方向の両方の端面３０ａ、３０ａに支持
されていて、互いに符号の異なる高周波電力が与えられ
るようになされている。
【００４６】また、上記ステム３６の周囲には、可動短
絡板４２が設けられており、この可動短絡板４２は図示
しない駆動装置によりステム３６に沿って上下に摺動自
在に設置されている。
絡板４２が設けられており、この可動短絡板４２は図示
しない駆動装置によりステム３６に沿って上下に摺動自
在に設置されている。
【００４７】そこで、上記筒状筐体３０の成形寸法を縦
７０ｃｍ、横７０ｃｍ、長さ１５０ｃｍとし、可動短絡
板４０の板厚７．５ｃｍとし、可動短絡板４２と中間筒
体３２の面との間隔を２ｃｍ〜３５ｃｍのストローク範
囲で摺動できるように設定したとき、最大の間隔３５ｃ
ｍで１６ＭＨｚの共振周波数が得られ、最小の間隔２ｃ
ｍで４０ＭＨｚの共振周波数が得られた。そして、この
時の荷電粒子の電荷ｑは最高値で４５０ＫｅＶ／ｑまで
加速することができた。
７０ｃｍ、横７０ｃｍ、長さ１５０ｃｍとし、可動短絡
板４０の板厚７．５ｃｍとし、可動短絡板４２と中間筒
体３２の面との間隔を２ｃｍ〜３５ｃｍのストローク範
囲で摺動できるように設定したとき、最大の間隔３５ｃ
ｍで１６ＭＨｚの共振周波数が得られ、最小の間隔２ｃ
ｍで４０ＭＨｚの共振周波数が得られた。そして、この
時の荷電粒子の電荷ｑは最高値で４５０ＫｅＶ／ｑまで
加速することができた。
【００４８】このように、図６に示す本発明によるＲＦ
Ｑ線形加速器によれば、可動短絡板４２をステム３６に
沿って摺動させることにより、共振周波数を１６ＭＨｚ
〜４０ＭＨｚの範囲で任意に変化させることができる。
Ｑ線形加速器によれば、可動短絡板４２をステム３６に
沿って摺動させることにより、共振周波数を１６ＭＨｚ
〜４０ＭＨｚの範囲で任意に変化させることができる。
【００４９】ところで、上記したＲＦＱ線形加速器にお
いては、ステムを片側に付けるなどのことを行ったとき
に、空洞内の電極配置の上下あるいは左右の対称性が崩
れ、そのためにヴェイン電極内の電場の対称性が悪くな
る場合がある。しかしながら、このような場合には、筒
状筐体の前後面から、中間筒体を包むようにしてキャッ
プ状電極を取り付けると、ヴェイン電極内の電場の対称
性をかなり回復することができる。図１２乃至図１５を
参照しながら、以下に詳細に説明する。
いては、ステムを片側に付けるなどのことを行ったとき
に、空洞内の電極配置の上下あるいは左右の対称性が崩
れ、そのためにヴェイン電極内の電場の対称性が悪くな
る場合がある。しかしながら、このような場合には、筒
状筐体の前後面から、中間筒体を包むようにしてキャッ
プ状電極を取り付けると、ヴェイン電極内の電場の対称
性をかなり回復することができる。図１２乃至図１５を
参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００５０】図６に示すＲＦＱ線形加速器においては、
筒状筐体３０内におけるヴェイン電極３８、３８および
４０、４０の配置は上下非対称になっており、このため
共振周波数が高くなると、ヴェイン電極３８、３８およ
び４０、４０内の電場の対称性が悪くなる。中間筒体３
２の出口付近で、対称軸からわずかに水平方向にずれた
場所（図１１上の破線示す箇所）での電場の計算例を図
１３に示す。
筒状筐体３０内におけるヴェイン電極３８、３８および
４０、４０の配置は上下非対称になっており、このため
共振周波数が高くなると、ヴェイン電極３８、３８およ
び４０、４０内の電場の対称性が悪くなる。中間筒体３
２の出口付近で、対称軸からわずかに水平方向にずれた
場所（図１１上の破線示す箇所）での電場の計算例を図
１３に示す。
【００５１】図１３において、横軸は垂直方向の位置
（目盛りはメートル）であり、縦軸は電場の水平方向成
分である。本来ならば、中心の部分は破線で示すように
水平になっていなければならないが、図１３における計
算例では実線で示すように傾いている。
（目盛りはメートル）であり、縦軸は電場の水平方向成
分である。本来ならば、中心の部分は破線で示すように
水平になっていなければならないが、図１３における計
算例では実線で示すように傾いている。
【００５２】ところが、図１４乃至図１５に示すよう
に、一方の端部を筒状筐体３０の軸方向の端面３０ａ、
３０ａにそれぞれ支持した一対の筒状のキャップ状電極
５０、５０を、中間筒体３２の両端部３２ａを包むよう
にしてそれぞれ取り付けると、図１３において破線で示
すように中心の部分が水平になる。
に、一方の端部を筒状筐体３０の軸方向の端面３０ａ、
３０ａにそれぞれ支持した一対の筒状のキャップ状電極
５０、５０を、中間筒体３２の両端部３２ａを包むよう
にしてそれぞれ取り付けると、図１３において破線で示
すように中心の部分が水平になる。
【００５３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５４】内部が真空状態とされた導電性の筒状筐体
内に、先端部を長さ方向に波形状に形成した４枚のヴェ
イン電極を、筒状筐体内のビーム加速軸に沿って直交す
るように対向させるとともに、４枚のヴェイン電極のう
ち相対向するヴェイン電極は山と山あるいは谷と谷とが
向かい合い、かつ４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合
うヴェイン電極は山と谷とが隣合うようにして配置し、
４枚のヴェイン電極の波形状に形成された先端部に囲ま
れたビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、筒状筐体内に、４枚のヴェイン電極をビ
ーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の中間筒体を配
置し、中間筒体を導電性のステムを介して筒状筐体の内
側壁に支持するとともに、４枚のヴェイン電極のうち、
一方の対向する一対のヴェイン電極を中間筒体の内壁面
に支持し、かつ他方の対向する一対のヴェイン電極を筒
状筐体のビーム加速軸方向の両端部に支持するようにし
たので、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器の場合と比
較して、他方の対向する一対のヴェイン電極と中間筒体
との間の静電容量、および他方の対向する一対のヴェイ
ン電極周りのインダクタンスが付加されたことになる。
内に、先端部を長さ方向に波形状に形成した４枚のヴェ
イン電極を、筒状筐体内のビーム加速軸に沿って直交す
るように対向させるとともに、４枚のヴェイン電極のう
ち相対向するヴェイン電極は山と山あるいは谷と谷とが
向かい合い、かつ４枚のヴェイン電極のうち互いに隣合
うヴェイン電極は山と谷とが隣合うようにして配置し、
４枚のヴェイン電極の波形状に形成された先端部に囲ま
れたビーム加速軸領域に入射された荷電粒子を、高周波
電場によって収束および加速して出射するＲＦＱ線形加
速器において、筒状筐体内に、４枚のヴェイン電極をビ
ーム加速軸方向に沿って包囲する導電性の中間筒体を配
置し、中間筒体を導電性のステムを介して筒状筐体の内
側壁に支持するとともに、４枚のヴェイン電極のうち、
一方の対向する一対のヴェイン電極を中間筒体の内壁面
に支持し、かつ他方の対向する一対のヴェイン電極を筒
状筐体のビーム加速軸方向の両端部に支持するようにし
たので、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加速器の場合と比
較して、他方の対向する一対のヴェイン電極と中間筒体
との間の静電容量、および他方の対向する一対のヴェイ
ン電極周りのインダクタンスが付加されたことになる。
【００５５】従って、本発明によれば、低い共振周波数
を必要とする場合にも、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器と同程度の大きさにおいて、さらに共振周波数を下
げることができるものであり、小型のＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。
を必要とする場合にも、従来の分割同軸型ＲＦＱ線形加
速器と同程度の大きさにおいて、さらに共振周波数を下
げることができるものであり、小型のＲＦＱ線形加速器
を得ることができる。
【図１】本発明によるＲＦＱ線形加速器の第一の実施例
を示す横断面図である。
を示す横断面図である。
【図２】図１に示すＲＦＱ線形加速器の縦断面図であ
る。
る。
【図３】本発明によるＲＦＱ線形加速器の等価共振回路
図である。
図である。
【図４】本発明によるＲＦＱ線形加速器の第二の実施例
を示す横断面図である。
を示す横断面図である。
【図５】図４に示すＲＦＱ線形加速器の縦断面図であ
る。
る。
【図６】本発明によるＲＦＱ線形加速器を実機に適用し
た場合の要部を示す一部を破断した斜視図である。
た場合の要部を示す一部を破断した斜視図である。
【図７】従来から使用されている四翼型ＲＦＱ加速器の
横断面図である。
横断面図である。
【図８】図７に示す四翼型ＲＦＱ線形加速器の縦断面図
である。
である。
【図９】従来の分割同軸型ＲＦＱ加速器を示す横断面図
である。
である。
【図１０】図９の分割同軸型ＲＦＱ加速器の縦断面図で
ある。
ある。
【図１１】従来の分割同軸型ＲＦＱ加速器における等価
共振回路図である。
共振回路図である。
【図１２】図６に示すＲＦＱ線形加速器において電場を
計算した位置を示す概略横断面図である。
計算した位置を示す概略横断面図である。
【図１３】図６に示すＲＦＱ線形加速器の図１２に示し
た電場を計算した位置における電場分布を示すグラフで
ある。
た電場を計算した位置における電場分布を示すグラフで
ある。
【図１４】図６に示すＲＦＱ線形加速器においてキャッ
プ状電極を取り付けた状態を示す概略横断面図である。
プ状電極を取り付けた状態を示す概略横断面図である。
【図１５】図６に示すＲＦＱ線形加速器においてキャッ
プ状電極を取り付けた状態を示す概略縦断面図である。
プ状電極を取り付けた状態を示す概略縦断面図である。
１０ 筒状筐体 １０ａ 端面 １２ 中間筒体 １４ ステム １６ ヴェイン電極 １８ ヴェイン電極 ２０ 高周波導入装置 ２２ 同軸筐体 ２４ 可動短絡板 ２６ 作動アーム ３２ 中間筒体 ３２ａ 端部 ５０ キャップ状電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮沢 佳敏 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 逸見 政武 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 千葉 利哉 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 矢野 安重 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 9/00
Claims (3)
- 【請求項１】 内部が真空状態とされた導電性の筒状筐
体内に、先端部を長さ方向に波形状に形成した４枚のヴ
ェイン電極を、前記筒状筐体内のビーム加速軸に沿って
直交するように対向させるとともに、前記４枚のヴェイ
ン電極のうち相対向するヴェイン電極は山と山あるいは
谷と谷とが向かい合い、かつ前記４枚のヴェイン電極の
うち互いに隣合うヴェイン電極は山と谷とが隣合うよう
にして配置し、前記４枚のヴェイン電極の波形状に形成
された前記先端部に囲まれた前記ビーム加速軸領域に入
射された荷電粒子を、高周波電場によって収束および加
速して出射するＲＦＱ線形加速器において、 前記筒状筐体内に、前記４枚のヴェイン電極を前記ビー
ム加速軸方向に沿って包囲する導電性の中間筒体を配置
し、前記中間筒体を導電性のステムを介して前記筒状筐
体の内側壁に支持するとともに、前記４枚のヴェイン電
極のうち、一方の対向する一対のヴェイン電極を前記中
間筒体の内壁面に支持し、かつ他方の対向する一対のヴ
ェイン電極を前記筒状筐体の前記ビーム加速軸方向の両
端部に支持するようにしたことを特徴とするＲＦＱ線形
加速器。 - 【請求項２】 前記中間筒体を前記筒状筐体の内側壁に
支持する前記ステムの電気的長さを可変する可変装置を
備えた請求項１記載のＲＦＱ線形加速器。 - 【請求項３】 前記中間筒体の両端部をつつみこむキャ
ップ状電極を備えた請求項１または２のいずれか１項に
記載のＲＦＱ線形加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27480693A JP2909794B2 (ja) | 1993-08-17 | 1993-10-07 | Ｒｆｑ線形加速器 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-223858 | 1993-08-17 | ||
| JP22385893 | 1993-08-17 | ||
| JP27480693A JP2909794B2 (ja) | 1993-08-17 | 1993-10-07 | Ｒｆｑ線形加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07111198A JPH07111198A (ja) | 1995-04-25 |
| JP2909794B2 true JP2909794B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=26525728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27480693A Expired - Fee Related JP2909794B2 (ja) | 1993-08-17 | 1993-10-07 | Ｒｆｑ線形加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2909794B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6744225B2 (en) | 2001-05-02 | 2004-06-01 | Riken | Ion accelerator |
| CN100364369C (zh) * | 2005-07-18 | 2008-01-23 | 北京大学 | 射频四极场加速器的调制方法 |
| CN113163569A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-23 | 散裂中子源科学中心 | 一种抑制rfq频漂的方法 |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP27480693A patent/JP2909794B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111198A (ja) | 1995-04-25 |
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