JP2988764B2 - 直流電圧型加速器の加速管 - Google Patents
直流電圧型加速器の加速管Info
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- JP2988764B2 JP2988764B2 JP3299106A JP29910691A JP2988764B2 JP 2988764 B2 JP2988764 B2 JP 2988764B2 JP 3299106 A JP3299106 A JP 3299106A JP 29910691 A JP29910691 A JP 29910691A JP 2988764 B2 JP2988764 B2 JP 2988764B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を高電圧で加
速する直流電圧型加速器（以下、直流型加速器と称す
る。）の加速管に関し、特に高電圧を複数の電極に電圧
分割して印加することで傾斜電場を形成する加速管の分
圧用抵抗器に関する。
速する直流電圧型加速器（以下、直流型加速器と称す
る。）の加速管に関し、特に高電圧を複数の電極に電圧
分割して印加することで傾斜電場を形成する加速管の分
圧用抵抗器に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速に加速した荷電粒子を原子核の実験
や医療用に利用することが広く行われている。例えば主
として電子線を加速しＸ線に変換して患部に照射する放
射線治療である。特に近年は高速電子を急角度で曲げる
と接線方向に電磁波がでるシンクロトン軌道放射光（Ｓ
ＯＲ光）によりサブミクロンの超ＬＳＩパターンを形成
する技術が注目されている。
や医療用に利用することが広く行われている。例えば主
として電子線を加速しＸ線に変換して患部に照射する放
射線治療である。特に近年は高速電子を急角度で曲げる
と接線方向に電磁波がでるシンクロトン軌道放射光（Ｓ
ＯＲ光）によりサブミクロンの超ＬＳＩパターンを形成
する技術が注目されている。
【０００３】電子線又はイオンを高速に加速する装置と
して直流高電圧で加速する直流型と呼ばれる加速装置が
利用されており、この直流型加速器は比較的小型で精密
なエネルギ精度が得られるという特徴がある。直流高電
圧を得るには静電気を移動させて蓄積する静電方式や共
振変圧器に発生する交流高圧の位相を制限して利用する
方式等がある。
して直流高電圧で加速する直流型と呼ばれる加速装置が
利用されており、この直流型加速器は比較的小型で精密
なエネルギ精度が得られるという特徴がある。直流高電
圧を得るには静電気を移動させて蓄積する静電方式や共
振変圧器に発生する交流高圧の位相を制限して利用する
方式等がある。
【０００４】静電方式の装置としてはバンデグラーフ形
加速器、ペレットチェーン形加速器、及び図４に示すよ
うな電荷搬送絶縁円盤を用いた装置がある。図４の細部
についての説明はここでは省略するが、絶縁円盤６を回
転することにより各電極を経由して順次電荷が輸送され
高電圧が発生される。そしてこの高電圧が図示の加速管
１０の部分に印加される。高電圧が生じる部分にはＳＦ
6 等の電気絶縁性の非常に良好な絶縁性ガスが封止され
ている。バンデグラーフ形やペレットチェーン形は絶縁
円盤の替わりにベルト又はペレットチェーンを用いる
が、加速管１０の部分や絶縁性ガスを封止する点は同様
であり、この点は直流型加速器すべてについて共通して
いる。
加速器、ペレットチェーン形加速器、及び図４に示すよ
うな電荷搬送絶縁円盤を用いた装置がある。図４の細部
についての説明はここでは省略するが、絶縁円盤６を回
転することにより各電極を経由して順次電荷が輸送され
高電圧が発生される。そしてこの高電圧が図示の加速管
１０の部分に印加される。高電圧が生じる部分にはＳＦ
6 等の電気絶縁性の非常に良好な絶縁性ガスが封止され
ている。バンデグラーフ形やペレットチェーン形は絶縁
円盤の替わりにベルト又はペレットチェーンを用いる
が、加速管１０の部分や絶縁性ガスを封止する点は同様
であり、この点は直流型加速器すべてについて共通して
いる。
【０００５】荷電粒子は高電圧の電場で加速されるが、
集束した荷電粒子ビームを得るためには傾斜電場を形成
して加速する必要がある。図５は傾斜電場を形成する加
速管の例を断面図で示した図である。図５において、１
は導電性で中心に円形の穴を有する円盤電極であり、加
速方向に複数個存在する。４は各円盤電極を相互に絶縁
すると同時に真空室３を形成する部材である。５はイオ
ン発生部であり、希薄なガスに高周波や高電圧、或いは
フィラメントを点灯することによりガスを陽イオンと電
子に分解し、プラズマ状態にする。
集束した荷電粒子ビームを得るためには傾斜電場を形成
して加速する必要がある。図５は傾斜電場を形成する加
速管の例を断面図で示した図である。図５において、１
は導電性で中心に円形の穴を有する円盤電極であり、加
速方向に複数個存在する。４は各円盤電極を相互に絶縁
すると同時に真空室３を形成する部材である。５はイオ
ン発生部であり、希薄なガスに高周波や高電圧、或いは
フィラメントを点灯することによりガスを陽イオンと電
子に分解し、プラズマ状態にする。
【０００６】円盤電極群のうち両端の電極には前述のよ
うにして発生された高電圧が印加されるが、その中間の
電極にはこの高電圧を電圧分割した分電圧が印加され
る。各円盤電極１の中心部には紡錘型の電場が形成さ
れ、この電場が荷電粒子を集束するように作用する。イ
オン発生部５で発生された荷電粒子は、真空室３内を各
円盤電極１の形成する電場により加速され高速の荷電粒
子として射出される。
うにして発生された高電圧が印加されるが、その中間の
電極にはこの高電圧を電圧分割した分電圧が印加され
る。各円盤電極１の中心部には紡錘型の電場が形成さ
れ、この電場が荷電粒子を集束するように作用する。イ
オン発生部５で発生された荷電粒子は、真空室３内を各
円盤電極１の形成する電場により加速され高速の荷電粒
子として射出される。
【０００７】近年直流型加速器は多くの分野に利用され
つつあるが、それに伴って装置の小型化と粒子速度の高
速化が要望されている。加速器を小型化するため高電圧
発生部に前述の絶縁円盤を用いる方式を用いる等の改良
が施されているが、これに加えて加速管の小型化も求め
られている。また粒子の高速化には印加電圧を高くする
ことが必要であり、現在では静電方式で数百万eVを印加
する装置もある。
つつあるが、それに伴って装置の小型化と粒子速度の高
速化が要望されている。加速器を小型化するため高電圧
発生部に前述の絶縁円盤を用いる方式を用いる等の改良
が施されているが、これに加えて加速管の小型化も求め
られている。また粒子の高速化には印加電圧を高くする
ことが必要であり、現在では静電方式で数百万eVを印加
する装置もある。
【０００８】高電圧発生部や加速管には上記のような高
電圧が印加されるため、高耐圧の絶縁を行い放電が発生
しないようにすることが重要である。そこで加速管は、
図５に示すように、円盤電極１を絶縁部材４で支持し、
全体を絶縁性ガスで封止している。耐圧を増加させるに
は高電圧が印加される部分の間を離せば良いが、装置が
大型化するという問題がある。そこで絶縁性ガスとして
ＳＦ6を高圧にして封止するのが一般的である。このＳ
Ｆ6 を高圧で封止すると、非常に良好な電気絶縁性を有
し、両端の円盤電極間の距離を２５cm程度として百万eV
を印加することができる。
電圧が印加されるため、高耐圧の絶縁を行い放電が発生
しないようにすることが重要である。そこで加速管は、
図５に示すように、円盤電極１を絶縁部材４で支持し、
全体を絶縁性ガスで封止している。耐圧を増加させるに
は高電圧が印加される部分の間を離せば良いが、装置が
大型化するという問題がある。そこで絶縁性ガスとして
ＳＦ6を高圧にして封止するのが一般的である。このＳ
Ｆ6 を高圧で封止すると、非常に良好な電気絶縁性を有
し、両端の円盤電極間の距離を２５cm程度として百万eV
を印加することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述のように各円盤電
極１には両端の円盤電極間に印加される高電圧を分圧し
た電圧を印加する必要がある。電圧を分圧するもっとも
一般的な方法は、抵抗による電圧分割である。そこで図
６の(a) に示すように各円盤電極１の間に抵抗器２を配
置して接続することが考えられる。このような形で抵抗
器２を配置すれば装置が大きくなることはない。しかし
加速管の両端の円盤電極間の距離を２５cm程度に小型化
し、円盤電極の数を２４個とした場合、各電極間の距離
は１０mm程度である。このような部分に配置できる小型
の抵抗器２は、図６の(b) に示すような構造のものに限
られる。
極１には両端の円盤電極間に印加される高電圧を分圧し
た電圧を印加する必要がある。電圧を分圧するもっとも
一般的な方法は、抵抗による電圧分割である。そこで図
６の(a) に示すように各円盤電極１の間に抵抗器２を配
置して接続することが考えられる。このような形で抵抗
器２を配置すれば装置が大きくなることはない。しかし
加速管の両端の円盤電極間の距離を２５cm程度に小型化
し、円盤電極の数を２４個とした場合、各電極間の距離
は１０mm程度である。このような部分に配置できる小型
の抵抗器２は、図６の(b) に示すような構造のものに限
られる。
【００１０】しかし図６の(b) に示すような小型抵抗器
を用いて電圧分割を行うと、被覆膜２３の耐圧が不充分
であるため被覆膜を介して放電が発生するという問題が
生じる。このような放電を防ぐためには被覆膜２３をよ
り高耐圧の材料に変えることが考えられるが、適当な材
料がないのが現状である。またもしそのような材料が存
在するとしても非常に高価であり、これまでの製造工程
がそのまま使用できない場合には非常なコスト増加を招
く恐れが大きい。また現在使用されている高耐圧の抵抗
器は大型であり、図６の(a) に示すような形で各電極間
に配置することはできず、もし高耐圧の抵抗器を使用す
る場合には装置が大型化するという問題がある。
を用いて電圧分割を行うと、被覆膜２３の耐圧が不充分
であるため被覆膜を介して放電が発生するという問題が
生じる。このような放電を防ぐためには被覆膜２３をよ
り高耐圧の材料に変えることが考えられるが、適当な材
料がないのが現状である。またもしそのような材料が存
在するとしても非常に高価であり、これまでの製造工程
がそのまま使用できない場合には非常なコスト増加を招
く恐れが大きい。また現在使用されている高耐圧の抵抗
器は大型であり、図６の(a) に示すような形で各電極間
に配置することはできず、もし高耐圧の抵抗器を使用す
る場合には装置が大型化するという問題がある。
【００１１】そこで現在の直流型加速器の加速管では図
７に示すように、各円盤電極１にコロナ針９を立て、隣
接する円盤電極１との間でコロナ放電を行わせて分圧を
行っている。このコロナ放電による分圧は、構造が非常
に簡単であるという利点があるが、コロナ放電は不安定
であるため電圧分割の精度が悪く、ビームの収束具合が
悪化する等の問題がある。また印加する電圧を変える場
合にはコロナ針と円盤電極との間隔を変える必要があ
り、製品毎に適切な間隔を設定しなければならないた
め、製造工程が複雑化する。更にコロナ放電のためコロ
ナ針の先端が消耗し、先端部の変形や円盤電極との距離
の変化のため電圧分割の値が変化するという問題があ
る。もし各電極に印加される電圧が所定の値からずれる
とビームの集束性が劣化する等の問題が生じる。
７に示すように、各円盤電極１にコロナ針９を立て、隣
接する円盤電極１との間でコロナ放電を行わせて分圧を
行っている。このコロナ放電による分圧は、構造が非常
に簡単であるという利点があるが、コロナ放電は不安定
であるため電圧分割の精度が悪く、ビームの収束具合が
悪化する等の問題がある。また印加する電圧を変える場
合にはコロナ針と円盤電極との間隔を変える必要があ
り、製品毎に適切な間隔を設定しなければならないた
め、製造工程が複雑化する。更にコロナ放電のためコロ
ナ針の先端が消耗し、先端部の変形や円盤電極との距離
の変化のため電圧分割の値が変化するという問題があ
る。もし各電極に印加される電圧が所定の値からずれる
とビームの集束性が劣化する等の問題が生じる。
【００１２】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、小型で且つ安定した傾斜電場が得られる直流型
加速器の加速管を低コストで実現することを目的とす
る。
であり、小型で且つ安定した傾斜電場が得られる直流型
加速器の加速管を低コストで実現することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の直流型加速器の
加速管は、上記問題点を解決するため、小型抵抗器の被
覆膜をはがし、その部分の絶縁にはより高耐圧の絶縁材
料である既に封止されている絶縁性ガスを利用する。す
なわち本発明の加速管は、電気絶縁性ガスで封止され荷
電粒子を高電圧で加速する直流型加速器の加速管であっ
て、荷電粒子が加速される真空室、真空室の周囲に配置
され相互に絶縁して加速方向に配列された複数の電極で
構成され両端の電極に高電圧が印加される電極群、及び
複数の電気抵抗器で構成され電極群の両端の電極に印加
される高電圧を分圧して電極群の中間の電極に順次印加
する分電圧を生成する電気抵抗器群を備え、真空室に傾
斜電場を形成する直流型加速器の加速管において、電気
抵抗器は抵抗体表面のすくなくとも一部が露出してお
り、露出部分は電気絶縁性ガスで絶縁されることを特徴
としている。
加速管は、上記問題点を解決するため、小型抵抗器の被
覆膜をはがし、その部分の絶縁にはより高耐圧の絶縁材
料である既に封止されている絶縁性ガスを利用する。す
なわち本発明の加速管は、電気絶縁性ガスで封止され荷
電粒子を高電圧で加速する直流型加速器の加速管であっ
て、荷電粒子が加速される真空室、真空室の周囲に配置
され相互に絶縁して加速方向に配列された複数の電極で
構成され両端の電極に高電圧が印加される電極群、及び
複数の電気抵抗器で構成され電極群の両端の電極に印加
される高電圧を分圧して電極群の中間の電極に順次印加
する分電圧を生成する電気抵抗器群を備え、真空室に傾
斜電場を形成する直流型加速器の加速管において、電気
抵抗器は抵抗体表面のすくなくとも一部が露出してお
り、露出部分は電気絶縁性ガスで絶縁されることを特徴
としている。
【００１４】
【作用】例えばＳＦ6 のような絶縁性ガスは、高耐圧の
抵抗器で使用される被覆膜用絶縁材料よりも更に絶縁性
が良好である。加速管で使用される電気抵抗器は絶縁性
ガス中に保持されるため、抵抗体の表面を露出した状態
としても絶縁性ガスで絶縁されることになり、被覆膜用
絶縁材料で絶縁したのに比べて絶縁性は向上する。
抵抗器で使用される被覆膜用絶縁材料よりも更に絶縁性
が良好である。加速管で使用される電気抵抗器は絶縁性
ガス中に保持されるため、抵抗体の表面を露出した状態
としても絶縁性ガスで絶縁されることになり、被覆膜用
絶縁材料で絶縁したのに比べて絶縁性は向上する。
【００１５】抵抗器には被覆材料が必要でなくなるため
その分だけ小型化することが可能である。これまでの高
耐圧抵抗器は絶縁被膜が大きな部分を占めるため、絶縁
被膜を除去できる分の効果は大である。また絶縁被膜を
形成する工程がなくなるため、抵抗器のコストも低減可
能である。更に電圧分割を電気抵抗器で行うため、コロ
ナ針による電圧分割に比べて安定で、高精度の電圧分割
が可能である。
その分だけ小型化することが可能である。これまでの高
耐圧抵抗器は絶縁被膜が大きな部分を占めるため、絶縁
被膜を除去できる分の効果は大である。また絶縁被膜を
形成する工程がなくなるため、抵抗器のコストも低減可
能である。更に電圧分割を電気抵抗器で行うため、コロ
ナ針による電圧分割に比べて安定で、高精度の電圧分割
が可能である。
【００１６】
【実施例】図１は本発明の直流型加速器の加速管の実施
例を示す図である。本発明は、どのような形状の加速管
でも良好な絶縁性ガスに封止されているものであれば適
用可能であるが、一般的には図１に示すような円盤電極
１を有することが多く、電気抵抗器２を除く部分は図５
とほぼ同様である。このような形状の加速管に本発明を
適用すれば、電気抵抗器２を円盤電極１の間に配置可能
な小型のものにすることができ、高電圧を印加する直流
加速管を小型化できる。
例を示す図である。本発明は、どのような形状の加速管
でも良好な絶縁性ガスに封止されているものであれば適
用可能であるが、一般的には図１に示すような円盤電極
１を有することが多く、電気抵抗器２を除く部分は図５
とほぼ同様である。このような形状の加速管に本発明を
適用すれば、電気抵抗器２を円盤電極１の間に配置可能
な小型のものにすることができ、高電圧を印加する直流
加速管を小型化できる。
【００１７】図１の加速管で使用する電気抵抗器の形状
例を図２に示す。図２において、２１が抵抗体であり、
２２は接続端子を有するキャップである。通常は図６に
示すように絶縁材料で作られた被覆膜２３が抵抗体２１
及びキャップ２２を覆うが、本発明の加速管に使用され
る抵抗器は、図２に示すように抵抗体２１がそのまま露
出している。
例を図２に示す。図２において、２１が抵抗体であり、
２２は接続端子を有するキャップである。通常は図６に
示すように絶縁材料で作られた被覆膜２３が抵抗体２１
及びキャップ２２を覆うが、本発明の加速管に使用され
る抵抗器は、図２に示すように抵抗体２１がそのまま露
出している。
【００１８】図２の電気抵抗器は円柱状のベース上に抵
抗体２１を形成している。ベースの絶縁性は良好である
が、ＳＦ6 等の絶縁性ガスの方がベースよりも更に絶縁
性が良好な場合には、図３に示すようにらせん状の抵抗
体２１の間にベース２４の部分を掘り込んで、隣接する
抵抗体２１の間にベース２４を介しての絶縁距離を長く
し、隣接する抵抗体２１の間は絶縁性ガスにより絶縁す
ると耐圧が更に向上する。
抗体２１を形成している。ベースの絶縁性は良好である
が、ＳＦ6 等の絶縁性ガスの方がベースよりも更に絶縁
性が良好な場合には、図３に示すようにらせん状の抵抗
体２１の間にベース２４の部分を掘り込んで、隣接する
抵抗体２１の間にベース２４を介しての絶縁距離を長く
し、隣接する抵抗体２１の間は絶縁性ガスにより絶縁す
ると耐圧が更に向上する。
【００１９】また以上の説明はベース上に薄膜状の抵抗
体を形成した電気抵抗器であるが、ベースがなく抵抗体
のみで作られた電気抵抗器の場合にも、通常使用する被
覆膜を除くことにより周囲との絶縁が絶縁性ガスによっ
て行われるため耐圧が向上する。
体を形成した電気抵抗器であるが、ベースがなく抵抗体
のみで作られた電気抵抗器の場合にも、通常使用する被
覆膜を除くことにより周囲との絶縁が絶縁性ガスによっ
て行われるため耐圧が向上する。
【００２０】
【発明の効果】本発明により、直流型加速器の加速管を
小型化し、最大印加電圧を上げることが可能になる。更
に安定した電圧分割が可能になるため集束性の良好な安
定したイオンビームが得られる上、印加電圧の変更にも
対応可能な加速管が低コストで実現できる。
小型化し、最大印加電圧を上げることが可能になる。更
に安定した電圧分割が可能になるため集束性の良好な安
定したイオンビームが得られる上、印加電圧の変更にも
対応可能な加速管が低コストで実現できる。
【図１】本発明の直流型加速器の加速管の実施例の基本
的構成を示す図である。
的構成を示す図である。
【図２】本発明で使用される電圧分割用の電気抵抗器の
例を示す図である。
例を示す図である。
【図３】らせん状の抵抗体の間のベースを掘り込んだ電
気抵抗器の例を示す図である。
気抵抗器の例を示す図である。
【図４】絶縁円盤による高電圧発生器を有する直流型加
速器を示す図である。
速器を示す図である。
【図５】加速管の構造例を示す図である。
【図６】傾斜電場形成のため電極にそれぞれ印加する分
電圧を小型抵抗器の分圧により生成する例を示す図であ
る。
電圧を小型抵抗器の分圧により生成する例を示す図であ
る。
【図７】コロナ針による電圧分割の従来例を示す図であ
る。
る。
１…電極 ２…電気抵抗器 ３…真空室 ４…支持部材 ６…絶縁円盤 ９…コロナ針 １０…加速管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−84839（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−200699（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−85100（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−174163（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 5/03 H01C 1/026
Claims (1)
- 【請求項１】 電気絶縁性ガスで封止され、荷電粒子を
高電圧で加速する直流電圧型加速器の加速管であって、 荷電粒子が加速される真空室、 該真空室の周囲に配置され、相互に絶縁して加速方向に
配列された複数の電極で構成され、両端の電極に高電圧
が印加される電極群、及び複数の電気抵抗器で構成さ
れ、前記電極群の両端の電極に印加される前記高電圧を
電圧分割して、前記電極群の中間の電極に順次印加する
分電圧を生成する電気抵抗器群を備え、前記真空室に傾
斜電場を形成する直流電圧型加速器の加速管において、 前記電気抵抗器は、抵抗体表面のすくなくとも一部が露
出しており、露出部分は前記電気絶縁性ガスで絶縁され
ることを特徴とする直流電圧型加速器の加速管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3299106A JP2988764B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 直流電圧型加速器の加速管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3299106A JP2988764B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 直流電圧型加速器の加速管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05135899A JPH05135899A (ja) | 1993-06-01 |
| JP2988764B2 true JP2988764B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=17868217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3299106A Expired - Lifetime JP2988764B2 (ja) | 1991-11-14 | 1991-11-14 | 直流電圧型加速器の加速管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988764B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8558486B2 (en) * | 2010-12-08 | 2013-10-15 | Gtat Corporation | D. c. Charged particle accelerator, a method of accelerating charged particles using d. c. voltages and a high voltage power supply apparatus for use therewith |
| CN108718478A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-10-30 | 中广核达胜加速器技术有限公司 | 一种大气环境下使用的加速管 |
| IT201900009798A1 (it) * | 2019-06-21 | 2020-12-21 | Univ Degli Studi Padova | Apparato acceleratore elettrostatico di particelle cariche e relativo modulo acceleratore |
-
1991
- 1991-11-14 JP JP3299106A patent/JP2988764B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05135899A (ja) | 1993-06-01 |
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