JP2913232B2 - ビーム加速器 - Google Patents
ビーム加速器Info
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン等の荷電粒子ビ
ームを高周波電場を印加することによって直線的に加速
するビーム加速器に関するものである。
ームを高周波電場を印加することによって直線的に加速
するビーム加速器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種のビーム加速器はライナ
ックと呼ばれており、ＲＦＱライナック、アルバレライ
ナック、ＩＨライナック等、構造の異なる種々のものが
あり、これらライナックは加速される荷電粒子ビームの
エネルギーに応じて使い分けられている。例えば、ＲＦ
Ｑライナックは高周波電場によって、加速と集束とを同
時に行なうために、特に、低いエネルギー領域で加速効
率及びＲＦ電力効率が良く、核子当たり１MeV 程度以下
の低エネルギー領域で使用されるのが普通である。一
方、アルバレライナック等は構造上の制約のため、核子
当たり１MeV 以下のエネルギー領域で、動作を行なうも
のを製作することは困難である。このため、アルバレラ
イナック等は核子当たり１MeV 程度以上の中エネルギー
領域で使用されている。
ックと呼ばれており、ＲＦＱライナック、アルバレライ
ナック、ＩＨライナック等、構造の異なる種々のものが
あり、これらライナックは加速される荷電粒子ビームの
エネルギーに応じて使い分けられている。例えば、ＲＦ
Ｑライナックは高周波電場によって、加速と集束とを同
時に行なうために、特に、低いエネルギー領域で加速効
率及びＲＦ電力効率が良く、核子当たり１MeV 程度以下
の低エネルギー領域で使用されるのが普通である。一
方、アルバレライナック等は構造上の制約のため、核子
当たり１MeV 以下のエネルギー領域で、動作を行なうも
のを製作することは困難である。このため、アルバレラ
イナック等は核子当たり１MeV 程度以上の中エネルギー
領域で使用されている。
【０００３】したがって、核子当たり１MeV 以下の低エ
ネルギーの荷電粒子ビームを中エネルギーまで加速する
ために、構造の異なる２台のビーム加速器、例えば、Ｒ
ＦＱライナックと、アルバレライナック（または、ＩＨ
ライナック）とを縦続接続し、これら両ライナックを同
時に運転する構成が掲示されている。
ネルギーの荷電粒子ビームを中エネルギーまで加速する
ために、構造の異なる２台のビーム加速器、例えば、Ｒ
ＦＱライナックと、アルバレライナック（または、ＩＨ
ライナック）とを縦続接続し、これら両ライナックを同
時に運転する構成が掲示されている。
【０００４】例えば、図６に示されたビーム加速器はＲ
ＦＱライナック１１と、アルバレライナック１２とを縦
続接続した構成を有しており、各ライナック１１及び１
２は個別のキャビティとして構成されている。この場
合、入射する荷電粒子ビーム（以下、単に、入射ビーム
と呼ぶ）はＲＦＱライナック１１側から与えられ、ＲＦ
Ｑライナック１１で加速された後、ＲＦＱライナック１
１とアルバレライナック１２との間に設けられたビーム
導通孔を介して、アルバレライナック１２に導かれてい
る。アルバレライナック１２では、荷電粒子ビームを更
に加速して、出射ビームとして出力している。
ＦＱライナック１１と、アルバレライナック１２とを縦
続接続した構成を有しており、各ライナック１１及び１
２は個別のキャビティとして構成されている。この場
合、入射する荷電粒子ビーム（以下、単に、入射ビーム
と呼ぶ）はＲＦＱライナック１１側から与えられ、ＲＦ
Ｑライナック１１で加速された後、ＲＦＱライナック１
１とアルバレライナック１２との間に設けられたビーム
導通孔を介して、アルバレライナック１２に導かれてい
る。アルバレライナック１２では、荷電粒子ビームを更
に加速して、出射ビームとして出力している。
【０００５】このような構成を採用した場合、図６に示
されているように、ライナックを個々に励振するため
に、高周波発生器１３からの高周波出力をＲＦ信号分配
器１４を介して、両ライナック１１及び１２に導く必要
がある。このため、各ライナック１１及び１２と、ＲＦ
信号分配器１４との間には、ＲＦアンプ１６及び１７が
設けられると共に、各ライナックにおけるるＲＦ振幅を
一定に保つために、ＲＦ振幅調整器１８及び１９が各ラ
イナック毎に設けられなければならない。更に、各ライ
ナックにおけるＲＦ位相差を一定に保つために、ＲＦ位
相調整器２０をいずれか一方のライナック（図では、ア
ルバレライナック側）に取り付ける必要がある。
されているように、ライナックを個々に励振するため
に、高周波発生器１３からの高周波出力をＲＦ信号分配
器１４を介して、両ライナック１１及び１２に導く必要
がある。このため、各ライナック１１及び１２と、ＲＦ
信号分配器１４との間には、ＲＦアンプ１６及び１７が
設けられると共に、各ライナックにおけるるＲＦ振幅を
一定に保つために、ＲＦ振幅調整器１８及び１９が各ラ
イナック毎に設けられなければならない。更に、各ライ
ナックにおけるＲＦ位相差を一定に保つために、ＲＦ位
相調整器２０をいずれか一方のライナック（図では、ア
ルバレライナック側）に取り付ける必要がある。
【０００６】以上述べたように、上述した縦続接続構成
を採用した場合、２組のＲＦアンプ１６，１７及びＲＦ
振幅調整器１８，１９を設ける必要があると共に、ＲＦ
位相調整装置２０も必要である等、構成において複雑で
あり、しかも、装置全体の運転も難しくなるという欠点
がある。
を採用した場合、２組のＲＦアンプ１６，１７及びＲＦ
振幅調整器１８，１９を設ける必要があると共に、ＲＦ
位相調整装置２０も必要である等、構成において複雑で
あり、しかも、装置全体の運転も難しくなるという欠点
がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、簡単
な構成で、低エネルギーから中エネルギーまで、電荷粒
子ビームを加速できるビーム加速器を提供することであ
る。
な構成で、低エネルギーから中エネルギーまで、電荷粒
子ビームを加速できるビーム加速器を提供することであ
る。
【０００８】本発明の他の目的は、ビームの加速運転も
極めて容易なビーム加速器を提供することである。
極めて容易なビーム加速器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ビーム
加速軸に沿って入射するビームを高周波電場によって加
速するビーム加速器において、予め定められたモードで
励振される単一のキャビティ内に、前記予め定められた
モードで励振され、且、互いに異なる構造を有する第１
及び第２のライナックユニットを前記ビームの入射側か
ら、順次、ビーム加速軸に沿って設けたことを特徴とす
るビーム加速器が得られる。
加速軸に沿って入射するビームを高周波電場によって加
速するビーム加速器において、予め定められたモードで
励振される単一のキャビティ内に、前記予め定められた
モードで励振され、且、互いに異なる構造を有する第１
及び第２のライナックユニットを前記ビームの入射側か
ら、順次、ビーム加速軸に沿って設けたことを特徴とす
るビーム加速器が得られる。
【００１０】
【作用】これによって、ＲＦ信号発生器からの高周波電
力を振幅調整器並びにＲＦアンプをそれぞれ一つ設ける
だけで、低エネルギーの荷電粒子ビームを中エネルギー
まで、加速することができる。
力を振幅調整器並びにＲＦアンプをそれぞれ一つ設ける
だけで、低エネルギーの荷電粒子ビームを中エネルギー
まで、加速することができる。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、本発明の一実施例に係る
ビーム加速器２１は、単一の導電性外筒部２２内に、互
いに構造の異なる２つのライナックユニット（後述）を
収容した構成を備えている。図１に示されたビーム加速
器２１には、単一のＲＦ信号発生器１３からの高周波電
力が単一の振幅調整器２３、ＲＦアンプ２４、及びＲＦ
伝送ラインを介して与えられており、この高周波電力に
よって、ビーム加速器２１は予め定められたモードで励
振され、入射ビームを加速し、出力ビームとして出力す
る。
ビーム加速器２１は、単一の導電性外筒部２２内に、互
いに構造の異なる２つのライナックユニット（後述）を
収容した構成を備えている。図１に示されたビーム加速
器２１には、単一のＲＦ信号発生器１３からの高周波電
力が単一の振幅調整器２３、ＲＦアンプ２４、及びＲＦ
伝送ラインを介して与えられており、この高周波電力に
よって、ビーム加速器２１は予め定められたモードで励
振され、入射ビームを加速し、出力ビームとして出力す
る。
【００１２】以下、ＴＥ111 モードを用いた例をあげ、
本発明のビーム加速器を説明する。
本発明のビーム加速器を説明する。
【００１３】図２を図１と共に参照すると、図２の電導
性外筒部２２内のビーム入射側には、ＲＦＱライナック
ユニット２６が配置されており、他方、ビーム出力側に
は、ＩＨライナックユニット２７が設けられている。ま
た、電導性外筒部側壁の中央部には、ビーム通過口が設
けられており、高周波電力は電導性外筒部の所定の位置
に設けられた高周波電力導入装置（図示せず）から導入
される。
性外筒部２２内のビーム入射側には、ＲＦＱライナック
ユニット２６が配置されており、他方、ビーム出力側に
は、ＩＨライナックユニット２７が設けられている。ま
た、電導性外筒部側壁の中央部には、ビーム通過口が設
けられており、高周波電力は電導性外筒部の所定の位置
に設けられた高周波電力導入装置（図示せず）から導入
される。
【００１４】図２に示されたＲＦＱライナックユニット
２６は、本発明者によって提案された特開平３−１４２
７６８号に示されたＲＦＱライナックと同様な構成を有
している。具体的に言えば、ＲＦＱライナック２６は電
導性外筒部２２の内壁からビーム加速軸方向に、突出し
て設けられた一組または複数組の電導性金属板２６１及
び２６２を有している。図示された電導性金属板２６１
及び２６２は互いに対向するように、配置されている。
更に、電導性金属板２６１及び２６２の内側空間には、
４枚の電導性翼部２６３〜２６６がビーム加速軸を囲む
ように、９０度の角度間隔をおいて配置されている。
２６は、本発明者によって提案された特開平３−１４２
７６８号に示されたＲＦＱライナックと同様な構成を有
している。具体的に言えば、ＲＦＱライナック２６は電
導性外筒部２２の内壁からビーム加速軸方向に、突出し
て設けられた一組または複数組の電導性金属板２６１及
び２６２を有している。図示された電導性金属板２６１
及び２６２は互いに対向するように、配置されている。
更に、電導性金属板２６１及び２６２の内側空間には、
４枚の電導性翼部２６３〜２６６がビーム加速軸を囲む
ように、９０度の角度間隔をおいて配置されている。
【００１５】また、電導性金属板２６１及び２６２と、
４枚の電導性金属板２６３〜２６６とは、一対の電導性
介挿板２６７及び２６８によって電気的に接続されてい
る。具体的に言えば、一対の電導性介挿板２６７は互い
に対向する位置にある一対の電導性翼部２６３及び２６
５を図２の下部に設けられた電導性金属板２６１と電気
的に接続しており、他方、もう一対の電導性介挿板２６
８は互いに対向する位置にあるもう一対の電導性翼部２
６４及び２６６を図２の上部に設けられた電導性金属板
２６２と電気的に接続している。
４枚の電導性金属板２６３〜２６６とは、一対の電導性
介挿板２６７及び２６８によって電気的に接続されてい
る。具体的に言えば、一対の電導性介挿板２６７は互い
に対向する位置にある一対の電導性翼部２６３及び２６
５を図２の下部に設けられた電導性金属板２６１と電気
的に接続しており、他方、もう一対の電導性介挿板２６
８は互いに対向する位置にあるもう一対の電導性翼部２
６４及び２６６を図２の上部に設けられた電導性金属板
２６２と電気的に接続している。
【００１６】上記した構成を有するＲＦＱライナックユ
ニット２６は、高周波電力が導入されたキャビティのＴ
Ｅ111 モードが励振された場合、先に引用した特開平３
−１４２７６８号明細書にも記載されているように、４
枚の電導性翼部２６３〜２６６間のビーム加速軸の周り
に、４重極電場が形成され、荷電粒子ビームの加速を行
なうことができる。
ニット２６は、高周波電力が導入されたキャビティのＴ
Ｅ111 モードが励振された場合、先に引用した特開平３
−１４２７６８号明細書にも記載されているように、４
枚の電導性翼部２６３〜２６６間のビーム加速軸の周り
に、４重極電場が形成され、荷電粒子ビームの加速を行
なうことができる。
【００１７】一方、ＲＦＱライナックユニット２６の後
段に配置されたＩＨライナックユニット２７はＲＦＱラ
イナックユニットの場合と同様に、一対の電導性金属板
２７１及び２７２と、各電導性金属板２７１及び２７２
に対してステム２７３を介して電気的に接続されたドリ
フトチューブと呼ばれる複数個の電極２７５を備えてい
る。ここで、各電極２７５内には、４極磁石（図示せ
ず）がビーム加速軸を囲むように組み込まれており、こ
の４極磁場によってビームは集束作用をうける。また、
各電極２７５の長さと各電極２７５間の間隔は、出射側
に近いものほど長くなっておりビーム加速軸に沿って入
射する荷電粒子ビームをタイミング良く加速、集束でき
る様に配置されている。そして、図示されたＩＨライナ
ックユニット２７の電極２７５は交互に上側及び下側の
電導性金属板２７１及び２７２にステム２７３によって
接続されている。
段に配置されたＩＨライナックユニット２７はＲＦＱラ
イナックユニットの場合と同様に、一対の電導性金属板
２７１及び２７２と、各電導性金属板２７１及び２７２
に対してステム２７３を介して電気的に接続されたドリ
フトチューブと呼ばれる複数個の電極２７５を備えてい
る。ここで、各電極２７５内には、４極磁石（図示せ
ず）がビーム加速軸を囲むように組み込まれており、こ
の４極磁場によってビームは集束作用をうける。また、
各電極２７５の長さと各電極２７５間の間隔は、出射側
に近いものほど長くなっておりビーム加速軸に沿って入
射する荷電粒子ビームをタイミング良く加速、集束でき
る様に配置されている。そして、図示されたＩＨライナ
ックユニット２７の電極２７５は交互に上側及び下側の
電導性金属板２７１及び２７２にステム２７３によって
接続されている。
【００１８】上記した構成を有するＩＨライナック２７
は、高周波電力が導入されキャビティのＴＦ111 モード
が励振されると、電極２７５間のギャップに加速電場が
発生して、荷電粒子ビームの加速、集束を行なうことが
できる。
は、高周波電力が導入されキャビティのＴＦ111 モード
が励振されると、電極２７５間のギャップに加速電場が
発生して、荷電粒子ビームの加速、集束を行なうことが
できる。
【００１９】図３乃至図５を参照すると、図２に示され
たビーム加速器に対して、ＲＦ信号発生器１３からの予
め定められた周波数の高周波電力がＲＦアンプ２３で増
幅され供給されると、ＴＥ111 モードが励振される。こ
のとき、ＲＦＱライナックユニット２６には、図３及び
図４に破線で示すような高周波電流が流れ、ＩＨライナ
ックユニット２７には、図３及び図５に破線で示すよう
な高周波電流が流れる。図示された電流の方向は高周波
電流の半周期毎に反転する。より具体的に述べれば、図
示された高周波電流の半周期において、ＲＦＱライナッ
クユニット２６には、電導性金属板２６２の表面、及
び、電導性介挿板２６８を通って、対向する一対の電導
性翼部２６４及び２６６に流れた後、もう一対の電導性
翼部２６３及び２６５を介して、電導性金属板２６２に
流れる。この結果、４枚の電導性翼部間には、ビーム加
速軸方向に、４極電場が発生し、この電場によって、荷
電粒子ビームはビーム加速軸に沿って加速、集束され
る。
たビーム加速器に対して、ＲＦ信号発生器１３からの予
め定められた周波数の高周波電力がＲＦアンプ２３で増
幅され供給されると、ＴＥ111 モードが励振される。こ
のとき、ＲＦＱライナックユニット２６には、図３及び
図４に破線で示すような高周波電流が流れ、ＩＨライナ
ックユニット２７には、図３及び図５に破線で示すよう
な高周波電流が流れる。図示された電流の方向は高周波
電流の半周期毎に反転する。より具体的に述べれば、図
示された高周波電流の半周期において、ＲＦＱライナッ
クユニット２６には、電導性金属板２６２の表面、及
び、電導性介挿板２６８を通って、対向する一対の電導
性翼部２６４及び２６６に流れた後、もう一対の電導性
翼部２６３及び２６５を介して、電導性金属板２６２に
流れる。この結果、４枚の電導性翼部間には、ビーム加
速軸方向に、４極電場が発生し、この電場によって、荷
電粒子ビームはビーム加速軸に沿って加速、集束され
る。
【００２０】ＲＦＱライナックユニット２６によって、
加速された荷電粒子ビームはＩＨライナックユニット２
７によって更に加速される。この場合、ＩＨライナック
ユニット２７では、図３及び図５に示すように、図示さ
れた高周波電流の半周期において、電導性金属板２７１
側からステム２７３を介して、一つ置きに配置された電
極２７５に高周波電流が流れ、続いて、ギャップを介し
て隣接した電極２７５に流れる。この結果として、電極
間には、加速電場が発生し、これによって、荷電粒子ビ
ームはビーム加速軸に沿って加速される。
加速された荷電粒子ビームはＩＨライナックユニット２
７によって更に加速される。この場合、ＩＨライナック
ユニット２７では、図３及び図５に示すように、図示さ
れた高周波電流の半周期において、電導性金属板２７１
側からステム２７３を介して、一つ置きに配置された電
極２７５に高周波電流が流れ、続いて、ギャップを介し
て隣接した電極２７５に流れる。この結果として、電極
間には、加速電場が発生し、これによって、荷電粒子ビ
ームはビーム加速軸に沿って加速される。
【００２１】この実施例では、ＲＦＱライナックユニッ
ト２６によって低エネルギーの荷電粒子ビームを加速し
た後、ＩＨライナックユニット２７によって中エネルギ
ーまで加速して、出射側から出力することができる。こ
のように、本発明では、単一のキャビティ内に、互いに
異なる構成を有し、共通のモードで励振できるライナッ
クユニットを収容することにより、低エネルギーから１
０MeV 程度の中エネルギーまで、単一のビーム加速器に
より加速できる。
ト２６によって低エネルギーの荷電粒子ビームを加速し
た後、ＩＨライナックユニット２７によって中エネルギ
ーまで加速して、出射側から出力することができる。こ
のように、本発明では、単一のキャビティ内に、互いに
異なる構成を有し、共通のモードで励振できるライナッ
クユニットを収容することにより、低エネルギーから１
０MeV 程度の中エネルギーまで、単一のビーム加速器に
より加速できる。
【００２２】
【発明の効果】本発明では、単一のキャビティに収容さ
れた２つのライナックユニットを共通のＲＦ信号発生器
からの高周波電力で励振しているから、ＲＦアンプ、振
幅調整器を２組設ける必要がなくなり、構成を簡略化す
ることができる。
れた２つのライナックユニットを共通のＲＦ信号発生器
からの高周波電力で励振しているから、ＲＦアンプ、振
幅調整器を２組設ける必要がなくなり、構成を簡略化す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るビーム加速器の構成を
説明するためのブロック図である。
説明するためのブロック図である。
【図２】図１に示されたビーム加速器の一部をより詳細
に説明するための斜視図である。
に説明するための斜視図である。
【図３】図２に示された部分における電流分布を説明す
るための図である。
るための図である。
【図４】図３に示された部分の一部における電流分布を
更に詳細に説明するための図である。
更に詳細に説明するための図である。
【図５】図３に示された部分の他の一部における電流分
布を説明するための図である。
布を説明するための図である。
【図６】従来のビーム加速器の構成を説明するためのブ
ロック図である。
ロック図である。
１３ ＲＦ信号発生器 ２１ ビーム加速器 ２２ 電導性外筒部 ２３ 振幅調整器 ２４ ＲＦアンプ ２６ ＲＦＱライナックユニット ２７ ＩＨライナックユニット ２６１，２６２ 電導性金属板 ２６３〜２６６ 電導性翼部 ２６７，２６８ 電導性介挿板 ２７１，２７２ 電導性金属板 ２７３ ステム ２７５ 電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ビーム加速軸に沿って入射するビームを
高周波電場によって加速するビーム加速器において、予
め定められたモードで励振される単一のキャビティ内
に、前記予め定められたモードで励振され、且つ、互い
に異なる構造を有する第１及び第２のライナックユニッ
トを前記ビームの入射側から、順次、ビーム加速軸に沿
って、設けた構造を備え、前記予め定められたモード
は、ＴＥ11N（N=0、1、2・・・）モードであることを特
徴とするビーム加速器。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたビーム加速器にお
いて、前記キャビティ内のビーム入射側に配置された第
１のライナックユニットはＲＦＱライナックユニットに
よって構成されており、他方、前記キャビティ内のビー
ム出射側に配置された第２のライナックユニットはＩＨ
ライナックユニットによって構成されていることを特徴
とするビーム加速器。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載されたビーム加
速器において、前記第１及び第２のライナックユニット
は共通の高周波発生手段によってＴＥ11N（N=0、1、2・
・・）モードで励振されることを特徴とするビーム加速
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222592A JP2913232B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ビーム加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8222592A JP2913232B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ビーム加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05290997A JPH05290997A (ja) | 1993-11-05 |
| JP2913232B2 true JP2913232B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=13768471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8222592A Expired - Fee Related JP2913232B2 (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | ビーム加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913232B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5546743A (en) * | 1994-12-08 | 1996-08-20 | Conner; Paul H. | Electron propulsion unit |
| EP2964003A4 (en) * | 2013-02-28 | 2016-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | METHOD FOR PRODUCING A HIGH FREQUENCY ACCELERATOR, HIGH FREQUENCY ACCELERATOR AND RINGER ACCELERATOR SYSTEM |
| CN103354696B (zh) * | 2013-06-27 | 2016-01-13 | 中国科学院近代物理研究所 | 高频电聚焦高梯度离子加速装置 |
| CN115279008A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-11-01 | 杭州嘉辐科技有限公司 | 一种医用离子直线加速器 |
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1992
- 1992-04-03 JP JP8222592A patent/JP2913232B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH05290997A (ja) | 1993-11-05 |
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