JP3093553B2 - エネルギー可変型高周波四重極ライナック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えばイオン注入器等
に利用される、低エネルギーの荷電ビームの加速を効率
よく行う、エネルギー可変型の高周波四重極ライナック
（以下、ＲＦＱ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｑ
ｕ−ａｄｒｕｐｏｌｅ）ライナックという）に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図２５は、例えば１９８９年１２月１２
〜１４日に開催の「プロシィーディングス オブ ザ
セブンス シンポジューム オン アクセルレータ サ
イエンス アンド テクノロジー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ７ｔｈＳｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ
Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」に発表された「ストラクチャ
アンド アール・エフキャラクタリスティックス オブ
ザ アイ・エヌ・エス ２５．５−ＭＨz スプリット
コアキシャル アール・エフ・キュー（Ｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ ａｎｄＲＦ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉ−ｓｔｉｃ
ｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＮＳ ２５．５−ＭＨz Ｓｐｌｉ
ｔ Ｃｏａｘｉａｌ ＲＦＱ）」（論文集第９２〜９４
頁）に示された、従来の分割同軸型のＲＦＱライナック
を簡略化して示す一部切欠斜視図である。図において、
１は円筒空洞、２はこの円筒空洞１内に配置されて、荷
電粒子を収束および加速するための高周波四重極電界を
発生する電極としての波打ち電極であり、３は波打ち電
極２を補強する背板である。４は対向した１対の波打ち
電極２を円筒空洞１に短絡するステムであり、５は真空
排気あるいは高周波入力、周波数チューナ等の取り付け
に使うポートである。なお、円筒空洞１に波打ち電極２
を取り付けたものを加速空洞と呼ぶ。これらは全て導電
体でできている。

【０００３】図２６はその波打ち電極２だけを拡大して
表した斜視図であり、図２７は図２５に示したＲＦＱラ
イナックのビーム軸方向の断面図、図２８はそのＡ−
Ａ’矢示断面図およびＢ−Ｂ’矢示断面図である。な
お、図２７および図２８には電流と磁界のパスをあわせ
て示しており、背板３の記載は省略している。

【０００４】また、図２９はリエントラント型空洞を示
す断面図であり、図において６は内導体である。図３０
は内導体６の形状を変形させたリエントラント型空洞を
示す断面図で、図３１はこの図３０の内導体をさらに１
組増やして図２７に示した分割同軸型空洞に近づけた４
電極空洞の断面図である。

【０００５】図３２ないし図３７は別の型のＲＦＱライ
ナックの電極部分または加速空洞を示す斜視図あるいは
断面図である。図３２は角型電極の概略を示す斜視図
で、図において７がその角型電極（ここではこのように
呼ぶ）であり、リング状の導電体に先の尖った２本の金
属棒を取り付けた構造となっている。この角型電極７は
図２５における波打ち電極２の代わりに取り付けられ
る。なお、この角型電極７の付けられた加速空洞を角型
電極型ＲＦＱライナックと呼ぶ。図３３は４ロッド電極
型ＲＦＱライナックの電極部の概略を示す斜視図、図３
４はそのロッド電極の形状を示す斜視図である。図にお
いて８がロッド電極であり、図３３に示すようにステム
４に支持されて円筒空洞１の中に取り付けられる。図３
５は４ヴェイン型ＲＦＱライナックを示す断面図、図３
６はその一部切欠正面図である。図において、９はその
先端部分が波打ち電極２と同じ形状をしているヴェイ
ン、１０は高周波を入力するループカプラ（高周波シス
テム）であり、１１はサイドチューナ、１２はチューナ
駆動機構である。図３７はダブルＨ型（Ｄｏｕｂｌｅ−
Ｈ型）ＲＦＱライナックを示す断面図であり、図３５の
ヴェイン９の代わりに開いたパイプが２個付いた構造を
しており、電極としてはロッド電極８などが付けられ
る。

【０００６】次に動作について説明する。ＲＦＱライナ
ックは荷電ビームを高周波電界により収束すると同時に
加速する装置であり、一般には原子核実験等を行なうた
めの高エネルギー加速器の初段部などに用いられる。こ
のＲＦＱライナックは高周波四重極電界により荷電粒子
を集束・加速するものであるため、電極形状とか加速空
洞の構造は１つに限定されない。図２５と図３２から図
３７に示すものがその代表的なものであるが、図２５な
いし図２８に示す分割同軸型ＲＦＱライナックについて
は、この発明の実施例として代表的に説明するためここ
で詳しく説明しておく。

【０００７】図２５における波打ち電極２は図２６に示
すように、ビーム軸方向に波打つ形状になっている（こ
の波打ちをモジュレーションという）。この対向する一
対の波打ち電極２に同符号の交流電圧を与え、他の一対
の波打ち電極２にはその逆符号の交流電圧を与えると、
荷電ビームの通過する４つの波打ち電極２に囲まれたア
パーチャ内には四重極電界が発生する。この四重極電界
により荷電ビームは収束力を受けるが、波打ち形状によ
りビーム進行方向にも電界が発生するため、その成分に
より加速も受ける。波打ち周期は交流電圧の波長とビー
ム速度の積に比例した値でなければならいため（この理
由は後に説明する）、荷電ビームが加速されるに伴って
その周期は長くなるように作られる。従って、一度波打
ち電極２が加工されてしまうと、交流電圧の周波数によ
り荷電ビームの速度はきまる。つまり、周波数を変えな
い限り取り出しビームのエネルギーは変わらないことに
なる。なお、この波打ち電極２への交流電圧の与え方
は、加速空洞内に高周波電力を供給し、定在波を立たせ
る（共振状態）方式を用いる。この方式は効率よく電力
を供給できる。

【０００８】以下に、分割同軸型空洞ではなぜ上記の様
な電圧が４つの波打ち電極に発生するのか、どのような
電磁界が発生しているのか説明する。図２９は荷電粒子
を加速するために一般によく用いられているリエントラ
ント型空洞である。このリエントラント型空洞は同軸共
振空洞の内導体６を中心で切り離すことにより、その間
隙に電界を集中発生させ、その電界で粒子を加速するも
のである。電界、磁界の分布、表面電流のパスを図中に
示す。切り離された内導体６間の電位差は内導体６の円
筒断面にわたって一様である。

【０００９】図３０は上記リエントラント型空洞を変形
して強い電界のできる領域を広げたものである。電磁界
分布、電流パスは図２９に示したリエントラント型空洞
と同じであり、内導体６間の電位差も一定となる。ま
た、図３１は内導体をさらに１組増やした構造であり、
内導体６の代わりに波打ち電極２を用いたものである。
この空洞を３台つなぎ合わせたものが図２５ないし図２
８に示したＲＦＱライナックと等価となる。図２７およ
び図２８に電磁界および電流パスを示すが、波打ち電極
間電圧は先に説明した四重極電界を発生させるに必要な
電圧となり、更にビーム進行方向に一定となる。なお、
図３１における背板３は波打ち電極２を機械的に補強す
るためのものである。

【００１０】図２７および図２８において、４本の波打
ち電極２は各々一体物か分割して加工された後につなぎ
合わされたもので、いずれにしても高周波的には一体物
である。従って、高周波電力は加速空洞の任意の一ヶ所
から供給すれば波打ち電極２全体に渡って所定の電位分
布を得ることができる。ここで、つなぎ合わせ面を図２
８に示すようなＡ−Ａ’矢示断面、Ｂ−Ｂ’矢示断面の
ようにした理由は、空洞内を真空に引くときに真空排気
ユニットが１台でよいこと、１箇所から高周波電力を供
給する場合空洞全体に高周波が伝わりやすい等のためで
ある。つなぎ面をビームが通過する部分以外を完全に覆
っても、波打ち電極がつながっている以上、１ヶ所から
高周波電力を供給しても他の空洞に伝わる。また、つな
ぎ面、すなわちステム４をなくしても、波打ち電極間電
圧分布は上記構造と同じものが得られるが、電極は一方
でしか支えられていないため、長くなると機械的に不安
定となり実用的でなくなる。そして一般的には、電極を
安定に固定するために図２７，２８では図示を省略した
背板３を電極に取り付ける。

【００１１】このような加速空洞に高周波電力が効率よ
く供給されるためには、高周波の周波数が加速空洞の共
振周波数に一致しなければならない。共振周波数は一般
の電気回路では並列に接続されたキャパシタンスＣとイ
ンダクタンスＬの積により決まり、次式で与えられる。

【００１２】

【数１】

【００１３】この加速空洞の場合、キャパシタンスＣと
しては、波打ち電極２の間のキャパシタンスＣ_VVと波打
ち電極２と、ステム４の間のキャパシタンスＣ_VSとの和
として与えられる。またインダクタンスＬとしては、波
打ち電極２を取り巻くようにできる磁界から得られるイ
ンダクタンスＬ_T と、ステム４を取り巻くようにできる
磁界から得られるインダクタンスＬ_S から次式のように
与えられる。

【００１４】

【数２】

【００１５】ここで、ｌ_m はステム４にて仕切られた区
間の長さ、ｒ_C は円筒空洞１の内半径、ｒ_E は波打ち電
極２の実効的半径である。従って、高周波の周波数が決
まっている場合、加速空洞の共振周波数が等しくなるよ
うに電極間ギャップ長、円筒空洞１の断面積を決めなけ
ればならない。一般には、電極間ギャップはできるだけ
低い電圧で高電界を発生できるように決められるため、
それにより決まるキャパシタンスＣから必要な共振周波
数が得られるように円筒空洞１の断面積が決められる。
しかしながら、実際に製作する場合、製作誤差が必ず生
じるために共振周波数はわずかにずれる。それを補正す
るために一般的には金属ブロックを円筒空洞１内に出し
入れするチューナを設け、それを出し入れすることによ
り等価的にインダクタンスＬ_T を変え共振周波数を微調
整する。このような調整方式では、共振周波数の変化幅
は約１％である。

【００１６】電極としては、波打ち電極２の他に図３２
に示すような角型電極７が用いられる場合もある。これ
はリング状の導電体に先の尖った２本の金属棒が付けら
れ角型電極７が上下あるいは左右の背板３に取り付けら
れる構造である。図３２に示すように、ある角型電極７
を上下の背板３に付け、次の角型電極７は左右の背板３
に付けるというように交互に取り付けると、角型電極７
の間には四重極電界が発生する。

【００１７】また、図３３に示すような電極を円筒空洞
１に設置しても同様の四重極電界が得られる。この電位
分布は、２つのステム４とそれにつながる２本のロッド
電極８を一組として考える。ステム４の付け根（ロッド
電極８とは反対側）をアース電位と考えると、よく知ら
れる同軸共振器と等価な構造となり、電圧はそれぞれの
ステム４の付け根でゼロ、ロッド電極８中心で最大とな
る分布が得られる。また、キャパシタンスはロッド電極
８において非常に大であるため、ロッド電極８の部分で
の位相の変化は小さく、ロッド電極８間電位差はステム
４間では略一定となる。なお、図３４はこのロッド電極
８のみを取り出して詳細に示した斜視図である。

【００１８】そのほかに、図３５および図３６に示した
４ヴェイン型のものもある。これは先端が波打ち電極２
と同一の構造をしたヴェイン９が４枚、円筒空洞１の内
部に取り付けられたものである。なお、円筒空洞１の両
端部には図３６に示すように空間が設けられており、こ
の空間があることによりヴェイン９を取り囲むように磁
界を発生させることができる。これによって、この４枚
のヴエイン９の先端部が電極として作用し、荷電粒子の
収束および加速を行う。この時、ヴェイン９間のキャパ
シタンスがビーム軸に沿って一定ならばヴェイン９間の
電圧も一定となる。図３５におけるサイドチューナ１１
は電界分布調整及び共振周波数調整のために設けられた
もので、先に分割同軸型ＲＦＱライナックで少し触れた
共振周波数調整用チューナと構造的には同等のものであ
る。また、図３５，図３６には高周波電力を供給するた
めのループカプラ１０も描かれている。

【００１９】さらに、図３７はダブルＨ型と呼ばれるも
ので、ヴェイン９の代わりに割れたパイプが２個付いた
ような構造をしており、その割れた部分に例えば図３４
に示したロッド電極８が付けられるものである。

【００２０】ところで、共振周波数（運転周波数）を変
えると出射ビームのエネルギーが変えられることは上に
述べたが、この方式による従来のＲＦＱライナックの一
例を以下に説明する。

【００２１】図３８は１９８９年１２月１２〜１４日に
開催の「プロシィーディングス オブ ザ セブンス
シンポジューム オン アクセルレータ サイエンス
アンドテクノロジー（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ
ｔｈｅ ７ｔｈ Ｓｙｍｐ−ｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｃ
ｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅ−ｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ）」に発表された「アクセルレーション
エクスペリメンツオブ ア バリアブル エナジー
アール・エフ・キュー ドリブン バイ アン エル・
シー タンク サーキット（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
Ｅｘｐｘ−ｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ａ Ｖａｒｉａｂ
ｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ ＲＦＱ Ｄｒ−ｉｖｅｎ ｂｙ
ａｎ ＬＣ−ｔａｎｋ Ｃｉｒｃｕｉｔ）」（論文集第
９５〜９７頁）に示された、従来のエネルギー可変型Ｒ
ＦＱライナックを示す概念図であり、図３９はその等価
回路図である。図において１３はタンク型インダクタン
ス、１４は可変キャパシタンス、１５は高周波電源であ
る。

【００２２】このエネルギー可変型ＲＦＱライナックは
加速空洞全体が共振器になっているわけではなく、波打
ち電極２と並列に集中定数的な可変キャパシタンス１４
とタンク型のインダクタンス１３を接続し共振回路を形
作っているものである。このように集中定数的な可変キ
ャパシタンス１４を使用しているため、電力効率は悪い
が共振周波数を容易に大幅に変えられる利点がある。

【００２３】一方、ビームの通過効率を問題にしないな
ら、単一加速空洞で高周波電力を下げることにより様々
なエネルギーのビームを取り出すことができる。先ずＲ
ＦＱライナックのビーム加速方法について説明する。Ｒ
ＦＱライナックに限らず高周波で加速するライナックは
全てのセルで加速されるように周期構造をしており、加
速により粒子速度が早くなる分だけセルの長さを長くす
る。そして、一般的には各セル中心を通過する時の高周
波位相（同期位相φ_S ）は常に一定となるように設計さ
れる。つまり、粒子があるセル中心から次のセル中心ま
で行く時に変化する高周波位相が常に２π（加速空洞の
タイプにより異なるがＲＦＱラナックの場合はπ）とな
るように電極は設計される。

【００２４】上記説明は同期粒子に対するものである
が、入射ビームはたとえ予めバンチされていても有限の
長さを持つため、各セル中心での高周波位相は粒子によ
って異なり、エネルギー増加が異なる。従って、設計通
りに加速されてゆく粒子（同期粒子）に対して他の粒子
はエネルギーが徐々に変わってゆく。

【００２５】しかし、同期粒子に対する高周波の加速位
相（φ_S ）をcos波の−９０度から０度の間に設定すれ
ば、同期粒子以外の粒子はエネルギー、位相的に同期粒
子の回りを振動しながら加速されてゆく。その最外郭の
粒子が位相−エネルギー平面上で描く軌跡をセパラトリ
クスと呼び、その外側にいる粒子は位相振動しないため
にセルを進んでゆくうちに減速位相で通過するところも
あり、結果的に加速されずに出射される。セパラトリク
スはφ_S ＝−９０度のとき最も大きく（但し平均すると
加速されない）、φ_S ＝０度で消滅する。即ち、φ_S ＝
０度では同期粒子は最も効率よく加速されるが、その回
りの粒子は加速減速を繰り返し平均すると加速電圧はゼ
ロとなる。

【００２６】次に、加速空洞に入力する高周波電力を変
えて電極電圧を変えても同期粒子の速度（またはエネル
ギー）は変わらないことを説明する。ここで、各セルで
のエネルギー増加分は次式で表される。

【００２７】

【数３】

【００２８】ここで、Ｖ₀ は電極間電圧、Ｔはセル内の
電界分布及びセルを通過する時の高周波位相の変化を考
慮した係数である。各セル長は上式から得られるエネル
ギー増加を基に決められ電極が設計される。従って、同
期粒子とはあくまでも１セルを通過する時に設計値のΔ
Ｗを得る粒子のことである。従って、Ｖ₀ が変わっても
同期粒子に対しては上式のΔＷが一定となるような加速
のされ方をするため、Ｖ₀ が変化するとφ_S が変化する
ことになる。なお、ここではＴの変化は無視する。即
ち、変わったφ_S のタイミングで入射された粒子が同期
粒子となり、元の同期粒子は非同期粒子となってエネル
ギー的には新同期粒子の回りを振動しながら加速される
ことになる。

【００２９】電極電圧を上げる場合はφ_S が−９０度に
限りなく近づいてゆくだけだが、下げる場合はφ_S ＝０
度でセパラトリクスが消滅するため、それ以下に下げて
も粒子が加速されない状況は変わらない。ただし、加速
減速を繰り返すために結果として加速されないというこ
とであるから、この場合は位相振動が数回以上行われる
ようなライナックに対するものである。位相振動が１回
程度以下のライナックでは取り出しビームのエネルギー
幅は大きくなるが中心エネルギーは変わって取り出され
る。

【００３０】次に、ＲＦＱライナックの場合に付いて説
明する。ＲＦＱライナックでは一般に連続ビームを入射
し、加速しながらバンチしてゆき（φ_S は最初は−９０
度で徐々に最終値に近づける）、φ_S が最終値に達した
後でφ_S 一定で加速する。このφ_S 一定の領域を加速部
とよぶ。この方式により、より多くの粒子を加速できる
ことになる。この時の様子を図４０に示す。同図は横軸
を高周波の位相、縦軸をエネルギーで表したものである
（Ｅ_in：入射エネルギー、Ｅ_ex：出射エネルギー）。同
図の左側に通常加速の場合を示すが、連続ビームが加速
されながらバンチされてゆく様子が分かる。また、位相
振動のためにバンチビームはあるエネルギー幅を持つこ
とになる。

【００３１】加速電圧が設計値から変化するとφ_S が変
わることは先に述べたが、加速電圧が高くなるとφ_S は
−９０度方向に変化し、低くなると０度方向に変化す
る。すなわち、加速電圧が低くなりすぎると一部の領
域、例えば加速部でセパラトリクスは消滅する。図４０
の右側に加速電圧を２０％下げた場合のセパラトリクス
の消滅の様子を示す。従って、加速部での位相振動が約
１回以下となるように設計すればエネルギー幅が広がる
ため、必要とするエネルギーで出てきた粒子だけを使用
すればよい。この場合、加速部に達するまでにも多くの
粒子がセパラトリクスからはみだすため、出射ビームの
エネルギーは非常に広がり、単位エネルギー幅当たりの
粒子数は極めて少なくなる。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】従来のＲＦＱライナッ
クは以上のように構成されているので、取り出すビーム
の速度、つまりエネルギーを大幅に変えることは困難な
ものであり、また、ビーム電流が非常に少ないなどの問
題点があり、原子核実験用の高エネルギー加速器の初段
部等、エネルギー可変である必要のないところに用いる
場合には特に問題はないが、同じ荷電粒子に対してエネ
ルギーを大幅に変えられることが要求される例えばイオ
ン注入器等には、このようなＲＦＱライナックを単独で
用いることができないという問題点があった。

【００３３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、加速空洞の電力効率を下げず、
さらに単位エネルギー幅当たりのビーム電流を極端に悪
くすることもなく、エネルギーを任意に変えることがで
きるＲＦＱライナックを得ることを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る高周波四
重極ライナックは、加速空洞内に設置された電極の間に
発生する高周波四重極電界によって荷電粒子を収束およ
び加速する高周波四重極ライナックにおいて、上記電極
をその全体を所定の電極間電圧の下で設計するととも
に、前記１つの加速空洞をそのビーム軸方向に上流側加
速空洞と下流側加速空洞に高周波的に２分割し、前記下
流側加速空洞に対して前記上流側加速空洞と同じレベル
あるいはそれよりも低いレベルの高周波電力を印加する
ことができる高周波システムを設けたものである。

【００３５】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記上流側加速空洞と下流側加速空洞の分割比を等
しくしたものである。

【００３６】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記電極が前記下流側加速空洞の同期位相を一定に
するものである。

【００３７】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記上流側加速空洞と下流側加速空洞に高周波電力
を供給する高周波システムを、その一方は自励振とし、
他方はその周波数で運転する他励振としたものである。

【００３８】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記加速空洞内の電極をビーム軸方向に切り離し、
その間にビーム通過窓が開けられた導電体による仕切板
を、前記加速空洞断面を覆うように設置することによっ
て、前記加速空洞のビーム軸方向への高周波的な２分割
を行うものである。

【００３９】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、高周波四重極電界によって荷電粒子を収束および加
速する電極が内部に設置される加速空洞を、そのビーム
軸方向に上流側加速空洞と下流側加速空洞に高周波的に
２分割し、前記下流側加速空洞の高周波電力レベルを前
記上流側加速空洞の高周波電力レベルに比べて低くした
ことを特徴とするエネルギー可変型高周波四重極ライナ
ックにおいて、上流側加速空洞と下流側加速空洞に高周
波電力を供給する高周波システムを、その一方は自励振
とし、他方はその周波数で運転する他励振としたもので
ある。

【００４０】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、高周波四重極電界によって荷電粒子を収束および加
速する電極が内部に設置される加速空洞を、そのビーム
軸方向に上流側加速空洞と下流側加速空洞に高周波的に
２分割し、前記下流側加速空洞の高周波電力レベルを前
記上流側加速空洞の高周波電力レベルに比べて低くした
ことを特徴とするエネルギー可変型高周波四重極ライナ
ックにおいて、前記加速空洞内の電極をビーム軸方向に
切り離し、その間にビーム通過窓が開けられた導電体に
よる仕切板を、前記加速空洞断面を覆うように設置する
ことによって、前記加速空洞のビーム軸方向への高周波
的な２分割を行うものである。

【００４１】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記仕切板に高周波が通過できない程度の穴を施し
たものである。

【００４２】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、真空排気ダクトから前記上流側加速空洞と下流側加
速空洞に分岐して接続される真空分岐ダクトを設けたも
のである。

【００４３】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記電極の電極切り離し間隔をセル長の偶数倍にし
たものである。

【００４４】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記上流側加速空洞と下流側加速空洞の高周波位相
を相対的に変える位相調整手段を持つものである。

【００４５】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記仕切板のビーム通過窓の穴径と前記電極切り離
し位置の前後のセルにおける最小径を一致させるもので
ある。

【００４６】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記電極の電極切り離し位置を波打ちのトップまた
はボトムにするものである。

【００４７】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記仕切板のビーム通過窓の周辺に、その厚みを薄
くした薄板領域を形成したものである。

【００４８】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、前記仕切板と電極の間隔を、隣接する電極が最接近
する間隔より大きく又は一致させるものである。

【００４９】この発明に係る高周波四重極ライナック
は、４ヴェイン型ＲＦＱライナックの場合、前記仕切板
と電極の間隔を、隣接する電極が最接近する間隔の半分
より大きく又は一致させるものである。

【００５０】

【作用】この発明における電極がその全体を所定の電極
間電圧の下で設計されている高周波四重極ライナックに
おいて、その１つの加速空洞をそのビーム軸方向に上流
側加速空洞と下流側加速空洞に高周波的に２分割すると
ともに、前記下流側加速空洞に対して前記上流側加速空
洞と同じレベルあるいはそれよりも低いレベルの高周波
電力を印加することができる高周波システムを設けたの
で、高周波的に２分割された下流側加速空洞の高周波電
力レベルを上流側加速空洞のそれよりも低くすることに
より、上流側加速空洞では正常に加速され、下流側加速
空洞でのみ位相振動の条件を外すことを可能とし、エネ
ルギーの広がりを小さくしてエネルギーの異なるビーム
を取り出すことができるＲＦＱライナックを実現する。

【００５１】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、上流側加速空洞と下流側加速空洞の分割
比を等しくしたことにより、２つの加速空洞の高周波電
力損失をほぼ等しくできる。

【００５２】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、電極によって下流側加速空洞の同期位相
を一定にするようにしたことにより、下流側加速空洞の
全てのセルでセパラトリクスが消滅する高周波レベルを
ほぼ等しくできる。

【００５３】この発明における２分割された加速空洞
は、その一方を自励振、他方をその周波数で運転する他
励振とすることにより、温度変化等によって共振周波数
が変わっても、他励振されている側の加速空洞はそれに
追随して信号発生器の周波数が変わるため、加速空洞の
共振周波数を信号発生器の出力周波数に保とうとする周
波数チューナシステムは片方の加速空洞にだけ設ければ
よくなる。

【００５４】この発明における仕切板は、加速空洞内の
電極をビーム軸方向に切り離し、その間にビーム通過窓
が開けられた導電体により形成し加速空洞断面を覆うよ
うに設置されているので、電力損失を最小限にした加速
空洞の高周波的な分割を実現する。

【００５５】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、仕切板に高周波が通過できない程度の穴
を施したことにより、真空的には１つの空洞と見なせる
ようになるため排気ユニットを１セットに削減でき、ま
た、仕切板では高周波電流が中心部から外側又はその反
対に流れようとするため電流方向に穴を開けたことにな
り電気抵抗が低減される。

【００５６】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、真空排気ダクトから上流側加速空洞と下
流側加速空洞に分岐して接続される真空分岐ダクトを設
けたことにより、仕切板に真空排気用の穴を設けること
なく、仕切板での電力損失が抑えられる。

【００５７】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、電極の電極切り離し間隔をセル長の偶数
倍にしたことにより、上流側電極を出たときの位相でビ
ームを下流側電極に入射させることができるため、２つ
の加速空洞の相対的高周波位相の調整が不要となる。

【００５８】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、位相調整手段を設けて、上流側および下
流側加速空洞の高周波位相差を相対的に変えられるよう
にしたことにより、電極切り離し間隔を任意に選ぶこと
ができるため、電極切り離し位置でのビーム損失を最小
限にすることができる。

【００５９】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、仕切板のビーム通過窓の穴径と電極切り
離し位置の前後のセルにおける最小径を一致させるよう
にしたことにより、最小のビーム損失で加速空洞の高周
波的な独立度が高められる。

【００６０】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、電極の電極切り離し位置を波打ちのトッ
プまたはボトムにしたことにより、電極切り離し位置で
の漏れ電界を最小にできるためビームに与える影響を最
小にできる。

【００６１】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、仕切板の厚みをビーム通過窓の周辺で薄
くしたことにより、仕切板の機械的強度を損なうことな
く電極切り離し間隔を最少にすることができる。

【００６２】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、仕切板と電極の間隔を、隣接する電極が
最接近する間隔より大きく又は一致させたことにより、
放電限界的な問題のない、ビーム損失の少ない装置が得
られる。

【００６３】この発明におけるエネルギー可変型ＲＦＱ
ライナックは、４ヴェイン型ＲＦＱライナックの場合、
仕切板と電極の間隔を、隣接する電極が最接近する間隔
の半分より大きく又は一致させたことにより、放電限界
的な問題のない、ビーム損失の少ない装置が得られる。

【００６４】そして、これらの効果は、高周波四重極電
界によって荷電粒子を収束および加速する電極が内部に
設置される加速空洞を、そのビーム軸方向に上流側加速
空洞と下流側加速空洞に高周波的に２分割するととも
に、前記下流側加速空洞の高周波電力レベルを前記上流
側加速空洞の高周波電力レベルに比べて低くしたエネル
ギー可変型高周波四重極ライナックにおいても同様に得
られる。

【００６５】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
は請求項１及び請求項３に記載の発明の一実施例による
エネルギー可変型ＲＦＱライナックを示す構成図であ
る。図において、３１は円筒形の上流側加速空洞、３２
はこの上流側加速空洞３１に接続された円筒形の下流側
加速空洞であり、３３はこれら両加速空洞３１，３２を
接続するフランジである。３４は加速空洞３１，３２の
共振周波数にほぼ等しい運転周波数の高周波信号を発生
する信号発生器（高周波システム）であり、３５は信号
発生器３４からの高周波信号を増幅して各加速空洞３
１，３２のループカプラ１０に供給する高周波アンプ
（高周波システム）である。３６は加速空洞３１，３２
の製作誤差による共振周波数のずれを補正し、また完成
後は温度による加速空洞３１，３２の構造変化等に伴う
共振周波数の変化を補正する周波数チューナ（高周波シ
ステム）、３７は加速空洞３１，３２内の高周波レベル
をモニタループで（高周波システム）あり、３８はモニ
タループ３７と信号発生器３４からの信号の位相差を一
定に保つように周波数チューナ３６を制御するチューナ
制御装置（高周波システム）である。なお、このエネル
ギー可変型ＲＦＱライナックの加速空洞３１，３２の内
部には、従来例であげた例えば図２６に示す波打ち電極
２が設置されている。

【００６６】次に動作について説明する。加速空洞３
１，３２の内部はそれぞれ、例えば従来例で示した図２
５のような構造をしており、その波打ち電極２内を荷電
ビームは通過する。ここで、加速空洞３１，３２の断面
形状は円形に限定されるものではなく、例えば四角であ
ってもよい。上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２
は高周波的には独立しており、各々の空洞に接続された
高周波アンプ３５によってそれぞれ独立に各加速空洞３
１，３２内の高周波レベル（電極電圧レベル）を調整す
ることができる。即ち、外見的には１つの加速空洞のよ
うに見えてはいるが高周波的には２つに分割された空洞
となっている。

【００６７】なお、この加速空洞の分割の仕方として
は、図２に示すように完全に独立した２つの加速空洞３
１，３２を真空ダクト３９を介してつなぎ合わせる方法
も考えられる。しかしながら、一般にＲＦＱライナック
は低エネルギー（低速度）領域で使用し、荷電ビームに
強い収束力を与えるため、荷電ビームは加速空洞を離れ
るとすぐに広がってしまう。そのため図２に示す方法を
用いた場合、真空ダクト部３９に収束用磁石を設ける必
要が生じる。さらに、バンチも広がるために下流側加速
空洞３２である程度再バンチしなければならず、電極設
計が複雑になるだけでなく効率の悪い装置となってしま
う。

【００６８】図１に示す接続部は、この図２に示した真
空ダクト部３９を除いて上流側加速空洞３１と下流側加
速空洞３２とを直接接続したものと考えてもよいし、一
体空洞内部を上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２
に高周波的に分離したものと考えてもよく、その方法は
限定しない。

【００６９】ここで、この実施例１では高周波システム
は一般的なものを用いており、高周波信号を発生する信
号発生器３４からの信号を２台の高周波アンプ３５で増
幅して上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２にそれ
ぞれ入力するものである。なお、従来例で示した高周波
電源１５はこの信号発生器３４と高周波アンプ３５を一
体にしたものである。高周波アンプ３５と加速空洞３
１，３２との電気的結合には一般にループカプラー１０
を用いる。

【００７０】また、周波数チューナ３６は例えば金属ブ
ロックを加速空洞３１，３２の内部に出し入れするもの
で、従来例で挙げたサイドチューナ１１と原理的には同
じであり、その数は１台に限るものではない。これは、
加速空洞３１，３２の製作誤差等により生じる共振周波
数の誤差を補正するとともに、運転時に温度変化等によ
り生じる共振周波数変動を補正するためのものである。
製作誤差による共振周波数誤差は、製作後に一度補正す
るだけでよいため周波数チューナ３６は固定式のもので
よい。しかし、運転時の温度変化等による変動は随時補
正しなければならないため可動式でなければならない。
ここでの補正方法は、信号発生器３４の出力高周波と加
速空洞３１，３２内の高周波の位相差を常時測定し、位
相差がある一定の値を保持するように周波数チューナ３
６を出し入れするものである。つまり、加速空洞３１，
３２の共振周波数が変わると上記位相差が変化する原理
を利用したものである。位相差の検出と周波数チューナ
３６の制御はチューナ制御装置３８で行う。

【００７１】次に、この加速空洞を用いたビームシミュ
レーション結果の一例について説明する。まず、電極設
計は最大の出射エネルギーに対して通常の設計を行う。
ここで、図３はビーム軸に沿った電極パラメータとビー
ムエネルギーの変化を示す説明図であり、波打ち電極２
を例にして計算した場合の、ビーム軸に沿った電極パラ
メータの一例とその時のビームエネルギーを示してい
る。なお、加速粒子はリン（Ｐ、質量数３１）の一荷で
あり、運転周波数は２５ＭＨz とした。ここでｍは電極
の波打ちの度合いを表す量であり、波打ちのない場合は
ｍ＝１で、この場合ビーム軸方向の電界成分（加速成
分）は存在しない。波の深さが大きくなるほどｍの値は
大きくなり加速成分も大きくなる。

【００７２】またφ_S は同期位相であり、直流ビームを
効果的に捕獲できるように−９０度から始まり、バンチ
させた後は一定値に保つ。なおバンチングの過程でのこ
の同期位相φ_S の変化のさせ方は、どのような性能を必
要とするかによって異なるもので、この発明とは直接関
係がないためここでは触れない。ただし、この実施例で
は同期位相φ_S ＝−２５度に一旦バンチさせた後にφ_S
＝−１５度とし、その後は一定にするという特殊なやり
方をしている。これは計算に同期位相φ_S の変化方法に
ある制約条件を設けて計算するプログラムを使ってお
り、バンチ後の同期位相φ_S を−１５度として計算する
と正常解がないという結果になるため、その値を−２５
度で計算したものである。ここで、同期位相φ_S の値が
小さいほどセパラトリクスが小さくなって、設計製作誤
差等に対してビーム損失を招き易くなるため、一般には
最終値は−３０度から−２５度程度に選ばれる。しかし
ながら、小さいほど加速効率をあげられることと、わず
かの電極電圧減でセパラトリクスを消滅できるため、−
１５度という値はこの実施例によるエネルギー可変型Ｒ
ＦＱライナックでは有効である。

【００７３】なお、電極電圧（電極間電圧）はビーム軸
に沿って一定としている。ただし、加速電圧は図３に示
す波打ち電極２の波打ちの度合いを示す値ｍが１ではゼ
ロであり、この値が大きいほど大きくなるため、ビーム
軸に沿って変化している。これはバンチを効果的に行う
ためである。

【００７４】図４は図３に示した計算例において、単一
空洞を電極パラメータで高周波的に分離しないで電極電
圧を全体的に変えた場合の出力ビームのエネルギー分布
を示す説明図であり、図５は本発明の下流側加速空洞３
２の電極電圧だけを変えた場合の出力ビームのエネルギ
ー分布、図６は電極電圧を下げた時にビームエネルギー
がビーム軸に沿ってどのように変わるかを分かりやすく
示したものである。

【００７５】電極パラメータで高周波的に分離しないで
電極電圧を全体的に変えた場合、すなわち従来例で述べ
た単一空洞の高周波レベルを変えた場合の出力ビームの
エネルギー分布は図４に示すようになる。図４の横軸は
出射ビームのエネルギー、縦軸はビーム強度であり、い
くつかの電極電圧に対して行った計算結果が示されてい
る。なお、図中のＶ_n は最大出射エネルギーが得られる
電極電圧（設計値）で規格化した値であり、Ｖ_n ＝１が
その設計値である。計算は１００個の粒子に対して行っ
ており、最大出射エネルギー（１．５８ＭｅＶ）の１０
％のエネルギー間隔でその間に存在する粒子数をプロッ
トしている。従って、この場合には全粒子数が１００で
あるため％と同じ意味を持つ。

【００７６】この値Ｖ_n の減少に伴つてエネルギーは下
がるが、エネルギー幅が広がることがわかる。例えばこ
の荷電ビームをイオン注入に用いると、注入イオンの深
さに大きな広がりを持つため、この中からある許容でき
るエネルギー幅のイオンだけを使用することになり、必
然的に使用できるイオン数は少なくなる。また、わずか
な電極電圧の変化でビームのエネルギー分布が大きく変
わるため、高周波システムの制御が難しくなる。図４に
は電極電圧を上げた場合の結果についても示している
が、中心エネルギーは殆ど変わらないことが分かる。

【００７７】これに対して、図３に破線で示す位置で電
極を２分割し、下流側加速空洞３２の電極電圧だけを変
えた場合、その出力ビームのエネルギー分布は図５に示
すようになる。この場合、Ｖ_n の値によってはエネルギ
ー幅は多少広がるが、全てが鋭いピークを持つため、任
意のエネルギー幅に対するビーム強度を大幅に下げずに
エネルギーを下げられることがわかる。ここでは上流側
電極はＶ_n ＝１として計算した。この時のビーム軸に沿
ったエネルギー変化をわかりやすく示すと図６のように
なる。

【００７８】この実施例１では下流側電極でφ_S を一定
にしているため、セパラトリクスが消滅する電極電圧は
下流側電極の全てのセルでほぼ等しくなり、容易に効果
的な電極パラメータの決定ができる。

【００７９】実施例２． なお、上記実施例１では図３に示したように、下流側加
速空洞３２（下流側電極）は上流側加速空洞３１（上流
側電極）に比べて短くなっているものについて説明した
が、両者の長さをほぼ等しくするように設計してもよ
い。そのようにすると、両加速空洞３１，３２での電力
損失をほぼ等しくすることができるため、高周波アンプ
３５としては同一仕様のものを２台用意すればよく、コ
ストを下げられる利点がある。具体的には、例えば図３
に示したパラメータを延長して上流側電極と下流側電極
の長さがほぼ等しくなるようにすればよい。その場合、
当然出射エネルギーは上がるが、その長さが位相振動の
約一周期分以下であれば同等の効果が得られる。ただ
し、この場合には電極パラメータの設定に制約を受ける
欠点を持つことになる。例えば出射エネルギーを任意に
選べないなどの制約であり、出射エネルギーを固定する
とビーム軸に沿ったパラメータの最適化が容易でなくな
る。因に、この実施例２は請求項２に記載の発明に対応
している。

【００８０】実施例３． また、上記実施例１では下流側加速空洞３２における同
期位相φ_S を一定としたものを示したが、例えばφ_S ＝
−２５度になった時点でセパラトリクスに対して荷電ビ
ームの存在領域がある程度小さくなっていれば、そこか
ら後を下流側加速空洞３２とし、下流側加速空洞３２で
は徐々にφ_S を最終値に変える方式でも同様の効果が得
られる。セパラトリクスとビーム存在領域がほぼ等しい
バンチングの過程でＶ_n を変えると、従来例と同様にエ
ネルギー幅が大きくなる。

【００８１】実施例４． また、上記実施例１では分割同軸型ＲＦＱライナックを
用いたが、従来例で示した４ロッド電極型、角型電極
型、ダブルＨ型等の他のタイプのＲＦＱライナックであ
ってもよく、上記実施例と同様の効果が得られる。

【００８２】実施例５． 次にこの発明の実施例５を図について説明する。図７は
請求項４に記載の発明の一実施例によるエネルギー可変
型ＲＦＱライナックを示す構成図であり、加速空洞に関
しては実施例１と同一構成となっている。実施例１との
違いは、加速空洞３１，３２の一方、この場合には上流
側加速空洞３１の高周波システムを自励振とした点にあ
る。図７において、５０は上流側加速空洞３１内のモニ
タループ３７で検出した高周波の位相を変えて信号発生
器３４にフィードバックして閉ループを形成することに
より、上流側加速空洞３１の共振周波数で自発的に発振
させる位相調整器（高周波システム）である。なお、他
の部分は実施例１で同一符号を付したものと同一であ
り、その説明は省略する。

【００８３】次に動作について説明する。加速空洞３
１，３２は一般に温度変化により構造が変形し共振周波
数が変化する。空洞共振器型の加速空洞３１，３２はＱ
値が高いため、入力する高周波電力の周波数と共振周波
数がほぼ一致していないと入力インピーダンスが大きく
変わり高周波を入力できなくなる。このため、実施例１
で示したように、一般に共振周波数の変動を補正する周
波数チューナ３６が付けられ、共振周波数を一定に保つ
ようにする。この場合、信号発生器３４からの信号の周
波数は固定されており、このようなシステムを他励振と
よぶ。

【００８４】これに対して図７に示すように、上流側加
速空洞３１内の高周波をモニタループ３７で検出し、そ
の位相を位相調整器５０で適当に変えて信号発生器３４
にフィードバックすることによって閉ループを形成する
と、上流側加速空洞３１の共振周波数で発振し運転でき
る。この場合、信号発生器３４は信号発生器としてでは
なく単に前段アンプの役割をになうことになる。これ
は、電子回路工学の発振器において、アンプ出力の位相
を適当に変えて入力側に戻すことにより自発的に発振す
る自励発振器と同じ原理であり、このような高周波シス
テムが自励振である。従って、この自励振においては温
度変化等によって上流側加速空洞３１の共振周波数が変
わると運転周波数も変わる。

【００８５】一方、下流側加速空洞３２の高周波システ
ムは実施例１の場合と同様に他励振として、自励振によ
る上流側加速空洞３１の共振周波数で決まる周波数で運
転する。ここで、運転周波数が変わるとビームエネルギ
ーも変わる。しかし、温度変化等によるエネルギー変化
は、加速空洞３１，３２が一般に冷却されていることも
あり、イオン注入器等の単独使用では無視できるほど小
さく問題はない。

【００８６】このような自励振とすることにより、上流
側加速空洞３１には共振周波数保持用の周波数チューナ
３６、チューナ制御装置３８は不要となり、コストを下
げられるだけでなく運転制御も簡単になる。

【００８７】ここで、下流側加速空洞３２にも同様の高
周波システムを設け自励振にすると周波数チューナ３６
は不要になる。しかしこの場合、２つの周波数で運転す
ることになり、２つの加速空洞３１，３１の位相差が時
間的に変動するためビーム損失が大きくなる。従って、
下流側加速空洞３２は上流側加速空洞３１で決まる周波
数で運転する他励振としている。

【００８８】なお、上流側加速空洞３１を他励振とし下
流側加速空洞３２を自励振としても同様の効果が得られ
る。また、上記実施例では上流側加速空洞３１に周波数
チューナ３６が付けられていないが、製作誤差等で共振
周波数が設計値から大きくずれる可能性のある場合は周
波数チューナ３６を取り付け、共振周波数の調整を行
う。この場合は、一般に製作直後に一度調整するだけで
すむため、周波数チューナ３６は固定式の安価なもので
もよく、可動型とするにしても極めて簡単なものでよ
い。

【００８９】実施例６． 次にこの発明の実施例６を図について説明する。図８は
請求項５に記載した発明の一実施例によるエネルギー可
変型ＲＦＱライナックの加速空洞３１，３２を示すビー
ム軸方向の断面図であり、分割同軸型を例にして表した
ものである。図９はそのビーム軸と直角方向の断面図
で、図９（ａ）はＣ−Ｃ’断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ’断
面図、（ｃ）はＥ−Ｅ’断面図である。図において、５
１は導電体にて形成され、加速空洞断面を全体的に覆う
ように配置されて、上流側加速空洞３１と下流側加速空
洞３２を高周波的に分離する仕切板であり、５２は荷電
ビームを通すために仕切板５１の中央部に開けられたビ
ーム通過窓である。なお、１〜４は図２５に同一符号を
付した従来のそれらと同一であるため、その説明は省略
する。

【００９０】次に動作について説明する。分割同軸型加
速空洞の構造的原理については従来例で説明した通りで
ある。従来例との違いは、円筒空洞１の中央部付近に仕
切板５１を設けたことであり、波打ち電極２もその点で
切り離している。仕切板５１は図９（ｃ）に示すよう
に、円筒空洞１の断面を覆う円盤状の形をしており中心
部にビーム通過窓５２が開けられている。また、この仕
切板５１は円筒空洞１の側壁に接触しており、その接触
部分に例えば高周波コンタクタなどを使うと、高周波抵
抗をより小さくできて有効である。

【００９１】なお、仕切板５１と波打ち電極２との接触
に関しては、図８に示す上下の波打ち電極２とは接触し
ており、紙面に垂直方向の波打ち電極２とは切り離され
ている。従って、仕切板５１は等価的には図９（ｂ）に
示すステム４と同様の役割を果たす。しかしながら、仕
切板５１は円筒空洞１の断面をビーム通過窓５２を除い
て分離することができても、電力効率の悪い加速空洞に
なるとか、単位エネルギー幅当たいて全面的に覆ってい
るため、上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２の磁
気的結合を非常に弱くしており、さらに切り離した波打
ち電極２同士が互いに見えないくらいにビーム通過窓５
２を小さくしているため、切り離した波打ち電極２同士
のキャパシティブな結合も非常に弱くなる。このため、
例えば上流側加速空洞３１だけに高周波電力を入力して
も、それが下流側加速空洞３２に伝播されることはな
い。従って、上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２
の高周波レベルを独立に変えられることになる。

【００９２】なお、上記実施例では波打ち電極２を用い
たものを示したが、従来例で示した角型電極、４ロッド
電極、４ヴェイン型、ダブルＨ型等に適用しても同様の
効果が得られる。各々の概略断面を図１０から図１３に
示す。図１０は角型電極型ＲＦＱライナックに適用した
場合の断面図であり、図１１は４ロッド電極型ＲＦＱラ
イナックに、図１２は４ヴェイン型ＲＦＱライナック
に、図１３はダブルＨ型ＲＦＱライナックにそれぞれ適
用した場合の断面図である。なお、図１１の４ロッド電
極型ＲＦＱライナックでは、仕切板５１はステム４とス
テム４の中間に配置する。

【００９３】また、上記実施例では仕切板５１は加速空
洞をほぼ等分割する位置に設けた場合について説明した
が、必ずしもほぼ等分割にしなくともよい。図１４はそ
のような場合の、図８と同様の分割同軸型ＲＦＱライナ
ックを示す断面図である。図示の例では、上流側加速空
洞３１が下流側加速空洞３２より充分大きくなるように
分割されており、仕切板５１はその上流側加速空洞３１
と下流側加速空洞３２との間に配置されている。

【００９４】実施例７． なお、上記実施例６では対向している２対の波打ち電極
２を両方ともビーム方向に切り離して、その間に仕切板
５１を挿入するものを示したが、仕切板５１のビーム通
過窓５２を長穴として、２対の波打ち電極２のうちの一
方を切断せずにその長穴によるビーム通過窓５２内に挿
通するようにしてもよい。なお、この長穴によるビーム
通過窓５２内に挿通された波打ち電極２は仕切板５１と
接触するように挿通されている。このようにすれば、波
打ち電極２の一方を加速空洞の分割位置で切り離すこと
なく一体物として製作することが可能となり、波打ち電
極２をより強固に固定することができる。

【００９５】実施例８． また、上記実施例６では仕切板５１の中央部にビーム通
過窓５２のみを開けたものについて説明したが、高周波
が通過できない程度の穴を多数開けると、上流側加速空
洞３１と下流側加速空洞３２は真空的には一体となり、
どちらか一方から真空排気を行うだけでよくなりコスト
を低減できる。図１５はそのような仕切板５１の一例を
示す正面図であり、図中、５３は仕切板５１に放射線状
に開けられた高周波が通過できない程度の長穴である。
また、図１６は上記実施例６の場合の真空排気系の概略
図であり、図において、５４は真空排気ユニット、５５
は真空排気ユニット５４を上流側加速空洞３１あるいは
下流側加速空洞３２に接続している真空排気ダクトであ
る。因に、この実施例８は請求項６に記載の発明に対応
している。

【００９６】実施例６に示した仕切板５１は、中央部に
ビーム通過窓５２しか開いていないため、真空排気は図
１６に示すように上流側加速空洞３１および下流側加速
空洞３２でそれぞれ個別に行わなければならない。しか
し、図１５に示すように、仕切板５１に高周波が通過で
きない程度の長穴５３を多数開けると、上流側加速空洞
３１と下流側加速空洞３２は真空的には一体となる。従
って、１つの真空排気ユニット５４によって加速空洞３
１，３２のどちらか一方から真空排気を行うだけでよく
なるため、１系統分の真空排気ユニット５４と真空排気
ダクト５５のコストを削減できる。ここで、この仕切板
５１に穴を開けることは高周波抵抗を大きくするため、
仕切板５１での電力損失が大きくなるが、図１５に示す
ように長穴５３を放射線状に開けると高周波抵抗は小さ
くなる。なぜならば、高周波電流は電極接触部から円筒
空洞１側壁に向かって流れる（ただし交流であるため電
流の向きは時間的に交番する）ために、電流の向きに長
軸を有する長穴５３を開けることによって高周波抵抗を
小さくすることができ、仕切板５１での電力損失を軽減
できる。

【００９７】実施例９． また、上記実施例８では１つの真空排気ユニット５４で
上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２の真空排気を
行うため、仕切板５１に長穴５３を開けたものを示した
が、図１７に示すように、１つの真空排気ユニット５４
から上流側加速空洞３１と下流側加速空洞３２に分岐し
て接続された真空分岐ダクト５６を用いれば、ビーム通
過窓５２以外の穴を開けなくても、１系統分の真空排気
ユニット５４と真空排気ダクト５５を削減することが可
能となる。これによって、仕切板５１に開けた穴による
高周波抵抗の増大が防止でき、仕切板５１での電力損失
を最小限まで低減できる。なお、この場合、真空分岐ダ
クト５６は必然的に長くなるため、径の大きいものを使
用した方が効果的である。因に、この実施例９は請求項
７に記載の発明に対応している。

【００９８】実施例１０． また、上記各実施例においては波打ち電極２の電極切り
離し間隔を特に規定してはいないが、この電極切り離し
間隔を２セル分に選ぶと、上流側加速空洞３１と下流側
加速空洞３２の位相差を変える必要がなくなる。図１８
は電極切り離し間隔が任意に選ばれた場合の電極切り離
し位置付近のビーム軸方向の断面を、荷電粒子がビーム
軸を進む時の高周波位相の変化とともに示した説明図
で、その断面は波打ち電極２のビーム軸に対して垂直な
互いに直交する二平面（ｘ，ｙ）による断面がいっしょ
に示されている。図１９は実施例１０による電極切り離
し位置付近のビーム軸方向の断面を、荷電粒子がビーム
軸を進む時の高周波位相の変化とともに示した説明図
で、この場合も波打ち電極２のビーム軸に対して垂直な
互いに直交する二平面（ｘ，ｙ）による断面がいっしょ
に示されている。因に、この実施例１０は請求項８に記
載の発明に対応している。

【００９９】波打ち電極２は波打ちの半周期、つまりボ
トムとトップの間を荷電粒子が進む時に高周波位相がπ
だけ変わるように設計されており、それを１セルと呼
ぶ。電極の波打ち（モジュレーション）によって生じる
電界のビーム軸成分（ｚ成分）は、隣合うセルでは反対
の向きになっているため、高周波位相がπだけ変わるこ
とによって荷電粒子は全てのセルで加速を受ける条件が
存在する。従って、荷電粒子が上流側電極（上流側加速
空洞３１）を出た時の高周波位相は、下流側電極（下流
側加速空洞３２）に入った時の高周波位相とほぼ一致し
ていなければならない。

【０１００】図１８に示した例では電極切り離し間隔を
任意に選んでいるため、何らかの方法によって上流側加
速空洞３１と下流側加速空洞３２との位相を変えなけれ
ばならない。これに対して、図１９に示すように電極切
り離し間隔を２セル分に選ぶと、上流側加速空洞３１と
下流側加速空洞３２の位相差を変える必要がなくなって
高周波位相調整が不要と成り、高周波システムが簡素化
されてコストが低減でき、さらにビーム調整も容易とな
る。なお、この電極切り離し間隔は２セルでなくても１
セルの偶数倍であれば同じ効果が得られる。

【０１０１】実施例１１． 次にこの発明の実施例１１を図について説明する。図２
０は請求項９に記載の発明の一実施例によるエネルギー
可変型ＲＦＱライナックを示す構成図である。この実施
例１１は信号発生器３４からの高周波信号が下流側加速
空洞３２の高周波アンプ３５には位相調整手段を介して
供給されている点で実施例１とは異なっている。図中の
５７がこの位相調整手段として用いられている、図７に
符号５０を付したものと同等の位相調整器である。な
お、波打ち電極２の電極切り離し位置付近の構造は図１
８と同様である。

【０１０２】前記実施例１０においては、波打ち電極２
の１セルの長さが長くなれば電極切り離し間隔も必然的
に長くなる。ＲＦＱライナックでは一般に強い収束力で
荷電ビームを収束させているため、電極を離れるとビー
ム径は急速に大きくなる。従って、この電極切り離し間
隔が長いほど下流側電極あるいは仕切板５１に衝突して
失われる荷電ビームが多くなる。特に、荷電ビームが通
過できるアパーチャがビーム径にほぼ等しくなるような
領域に波打ち電極２の電極切り離し位置があると、この
損失は大きなものとなる。

【０１０３】これを避けるためには、仕切板５１と波打
ち電極２の間の距離はその相互間で放電が起きない最短
の距離であることが望ましい。しかしながら、他方で実
施例９で説明したように荷電粒子が上流側電極を出ると
きの高周波位相は下流側電極に入るときの位相にほぼ一
致していなければならない。そのため、図２０に示すよ
うに、信号発生器３４と下流側加速空洞３２の高周波ア
ンプ３５との間に位相を大きくずらすことのできる位相
調整器５７を設け、上流側加速空洞３１と下流側加速空
洞３２の高周波位相を相対的に変えている。なお、この
位相調整器５７は信号発生器３４と高周波アンプ３５の
間の電気長を変えられるものであり、変化幅は最大２π
でよい。これにより、波打ち電極２の電極切り離し間隔
は任意に選ぶことが可能となる。

【０１０４】実施例１２． また、上記各実施例においては、仕切板５１のビーム通
過窓５２の穴径と電極切り離し位置前後のセルの最小径
との関係について特に言及してはいないが、それらをほ
ぼ一致させると、最小のビーム損失で加速空洞３１，３
２の高周波的な独立度を高めることができる。

【０１０５】ここで、仕切板５１のビーム通過窓５２
は、大きすぎると上流側加速空洞３１と下流側加速空洞
３２との高周波結合が大きくなり、各々を独立に制御で
きなくなる。また、それを小さくしすぎると仕切板５１
に荷電ビームが衝突して失われてしまうという問題が生
じる。波打ち電極２あるいは４ロッド電極８の場合、ビ
ーム軸から電極トップまでの距離を半径とするビームア
パーチャ（１セルを通して最小ビームアパーチャとな
る）よりもビーム径が大きくなると、ビームは電極に当
たり出す。従って、電極切り離し位置の前後のセルにお
ける最小ビームアパーチャと仕切板５１のビーム通過窓
５２の径をほぼ等しくすることにより、ビーム通過窓５
２を最も効果的なものとすることができる。因に、この
実施例１２は請求項１０に記載の発明に対応している。

【０１０６】実施例１３． また、上記各実施例では波打ち電極２の電極の切り離し
位置を特に限定してはいなかったが、図１８に示すよう
に、波打ちのトップあるいはボトムで波打ち電極２を切
り離すと、切り離し空間に漏れ出す電界を最小にするこ
とができ、ビームに与える影響を小さくすることができ
る。なぜなら、この点では電界はビーム軸に垂直な成分
しか発生せず、この点で切り離すと漏れ電界は最小とな
る。因に、この実施例１３は請求項１１に記載の発明に
対応している。

【０１０７】実施例１４． 次にこの発明の実施例１４を図について説明する。図２
１は請求項１２に記載の発明の一実施例によるエネルギ
ー可変型ＲＦＱライナックを示す断面図で、同図（ａ）
は電極切り離し点付近の断面をビーム軸方向の波打ち電
極２のビーム軸に対して垂直な互いに直交する二平面
（ｘ，ｙ）についていっしょに示したものであり、同図
（ｂ）はビーム軸と直交する平面の断面を示したもので
ある。図において、６０は仕切板５１のビーム通過窓５
１が開けられている中央部の電極近傍においてその板厚
を薄くした薄板領域である。また、６１は波打ち電極２
および背板３を仕切板５１に固定するためのＬ金具で、
例えばネジで固定する。なお、その他の部分はすでに説
明ずみであるため、その説明は省略する。

【０１０８】電極切り離し間隔はできるだけ短い方が望
ましいことは実施例１１で説明した通りであるが、この
電極切り離し間隔をより短くできる方法について示した
のが図２１に示したこの実施例１３である。加速空洞３
１，３２の内径は運転周波数によって異なるが、一般に
５０ｃｍ程度の大きさになる。従って仕切板も同程度の
大きさになるため、薄すぎると取付精度が悪くなるとか
運転中の熱変形が起こりやすくなるなどの問題が生じ
る。また、一般に加速空洞３１，３２およびステム４、
波打ち電極２は冷却しており、仕切板５１も冷却する場
合が多い。この場合、冷却構造を考慮すると仕切板５１
は厚い方が製作が容易となる。

【０１０９】そこで、図２１に示すように、仕切板５１
の波打ち電極２と対抗する中心部付近（図２１（ｂ）に
ハッチングを施した部分）のみを薄くして薄板領域６０
を形成すれば、強度的にも問題がなく、かつ電極切り離
し間隔を短くすることが可能となる。なお、薄板領域６
０のビーム通過窓５２に面した部分が丸くなっているの
は放電対策のためである。また、波打ち電極２に仕切板
５１が接触する部分（ｘ方向）で仕切板５１の厚みを変
えている理由は、漏れ電界をより少なくするためであ
る。

【０１１０】実施例１５． また、実施例７で説明した、仕切板５１のビーム通過窓
５２を長穴として、波打ち電極２のうちの一方の対をそ
の長穴内に挿通する場合には、図２２に示すように、切
り離された波打ち電極２と対抗する中心部付近（図２２
（ｂ）にハッチングを施した部分）のみを薄くして薄板
領域６０を形成する。この構造ではビーム通過窓５２と
して長穴が開けられており、波打ち電極２をその長穴に
挿通するようにしたため、仕切板５１に接触する電極２
は切り離すことなく一体物で製作することが可能とな
る。そのため、波打ち電極２の固定をより強固にでき
る。

【０１１１】実施例１６． また、上記実施例１４，１５では薄板領域６０を仕切板
５１と一体物で製作したものについて述べたが、図２３
に示すように薄板領域を仕切板５１の本体とは別個に作
成し、それらを組み付けるようにしてもよく、上記実施
例１４と同様の効果が得られる。図２３において、６２
は仕切板５１の中央部の電極近傍に大きく開けられた仕
切板開口部であり、６３は仕切板５１より薄い導電性板
材より成り、中心部にビーム通過窓５２が開けられた仕
切板薄板（薄板領域）である。この仕切板薄板６３を仕
切板５１の仕切板開口部６２にネジ止めなどで取りつけ
ることによって薄板領域を実現する。

【０１１２】実施例１７． また、上記各実施例においては、仕切板と電極の間隔
と、隣接する電極が最接近する間隔との関係について特
に言及してはいないが、前者を後者とほぼ等しいか若干
大きくすると、分割同軸型ＲＦＱライナックにおいて、
放電限界的な問題のない、ビーム損失の少ない装置を実
現することができる。

【０１１３】ここで、ＲＦＱライナックで加速効率をよ
り高く、さらに同一運転周波数でより重いイオンを加速
するためには、電界強度をできるだけ高くしなければな
らない。従って、そのようなＲＦＱライナックでは電極
の放電限界が重要なパラメータとなる。

【０１１４】図２４はその電極先端付近を拡大して示し
た断面図である。電極断面形状はセル中心（波打ち形状
のトップとボトムの中間）では４回対称であり、その曲
率半径は一般にビーム軸から電極先端までの距離に等し
くされる。この場合、隣合う電極の距離はｇ＝０．８２
８ｒ₀ となり、１セルを通して最も接近する。従って電
極表面電界強度も最大となり、平行平板的に考えた場
合、電極間電圧をＶ₀ とすると電極表面電界強度はＥ＝
１．２０７Ｖ₀ ／ｒ₀ となる。図２４に示す断面形状一
定の２次元数値計算によると、最大電界強度はＥ＝１．
３６Ｖ₀ ／ｒ₀ となる。また、波打ちを考慮した３次元
形状で計算すると、セルのパラメータにより異なるが多
少それよりも大きな値となる。

【０１１５】一方、分割同軸型ＲＦＱライナックでは一
対の電極は仕切板に接続される。従って、他の一対の電
極と仕切板の電位差はＶ₀ である。この間隔は短いほど
よいが、短すぎるとここで放電限界が決まってしまうた
め、放電しないぎりぎりの間隔が望ましい。電極と仕切
板との対向面は、電極の角の加工にもよるがほぼ平行平
板的に考えられる。従って、この間隔は上述したように
隣合う電極が最接近する間隔にほぼ等しいかそれよりも
少し大きくした値に選べば、多少余裕のある間隔になる
ため効果的である。因に、この実施例１７は請求項１３
に記載の発明に対応している。

【０１１６】実施例１８． なお、上記実施例１７では分割同軸型ＲＦＱライナック
の場合について説明したが、４ヴェイン型ＲＦＱライナ
ックの場合には、仕切板と電極との間隔を隣接する電極
が最接近する間隔の半分にほぼ等しいか若干大きくして
おけばよい。すなわち、４ヴェイン型ＲＦＱライナック
では、４電極（ヴェインの先端部）はそれぞれ仕切板か
ら離されており、仕切板はアース電位であり、４電極は
それに対して＋Ｖ₀ ／２および−Ｖ₀ ／２の電位差とな
っている。従って、仕切板と電極との間隙は実施例１７
に示した分割同軸型ＲＦＱライナックとは異なり、隣合
う電極が最接近する間隔のほぼ半分かそれよりも少し大
きくした値に選べば、多少余裕のある間隔になるため効
果的である。これによって、４ヴェイン型ＲＦＱライナ
ックにおいても、放電限界的な問題のない、ビーム損失
の少ない装置が実現できる。因に、この実施例１８は請
求項１４に記載の発明に対応している。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電極
全体が所定の電極間電圧の下で設計された１つの加速空
洞をビーム軸方向に高周波的に２分割して、下流側加速
空洞の高周波レベルを相対的に下げるように構成したの
で、電力効率を下げることなく様々なエネルギーのビー
ムを効果的に取り出すことができる効果がある。

【０１１８】この発明によれば、上流側加速空洞と下流
側加速空洞の分割比が等しくなるように構成したので、
２つの加速空洞の高周波電力損失がほぼ等しくなり、２
台の高周波アンプを同一仕様で製作できる効果がある。

【０１１９】この発明によれば、電極によって下流側加
速空洞の同期位相が一定になるように構成したので、下
流側加速空洞の全てのセルでセパラトリクスが消滅する
高周波レベルがほぼ等しくなり、その結果、取り出しビ
ームのエネルギーの広がりを小さくできるため容易に効
果的な電極パラメータを決定できる効果がある。

【０１２０】この発明によれば、高周波システムを２分
割した加速空洞の一方は自励振とし、他方をその周波数
で運転する他励振とするように構成したので、高周波シ
ステムの簡素化が可能となり、コストの低減、さらには
装置の信頼性の向上をはかることができる効果がある。

【０１２１】この発明によれば、電極をビーム軸方向に
切り離しその間に導電体の仕切板を設置するように構成
したので、加速空洞の高周波的な分割をより確実に行う
ことができる効果がある。

【０１２２】この発明によれば、仕切板に高周波が通過
できない程度の穴を施すように構成したので、真空的に
は１つの空洞と見なせるようになるため排気ユニットを
１セットに削減できるとともに、仕切板での電力損失を
低減できる効果がある。

【０１２３】この発明によれば、真空排気ダクトから上
流側加速空洞と下流側加速空洞に分岐して接続される真
空分岐ダクトを設けるように構成したので、仕切板に真
空排気用の穴を設けることなく、仕切板での電力損失を
低減できる効果がある。

【０１２４】この発明によれば、電極の電極切り離し間
隔をセル長の偶数倍になるように構成したので、２つの
加速空洞の相対的高周波位相の調整が不要になるととも
に、ビーム調整が容易になる効果がある。

【０１２５】この発明によれば、上流側と下流側の加速
空洞の高周波位相を相対的に変えるための位相調整手段
を設けるように構成したので、電極切り離し間隔を任意
に選択することが可能となり、電極切り離し点前後のセ
ル長が長くても切り離し間隔を短くすることができ、そ
の位置でのビーム損失を少なくできる効果がある。

【０１２６】この発明によれば、仕切板のビーム通過窓
の穴径と電極切り離し位置の前後のセルにおける最小径
を一致させるように構成したので、最小のビーム損失で
加速空洞の高周波的な独立度が高められる効果がある。

【０１２７】この発明によれば、電極の電極切り離し位
置を波打ちのトップまたはボトムにするように構成した
ので、電極切り離し位置での漏れ電界を最小にできるた
めビームに与える影響を最小にできる効果がある。

【０１２８】この発明によれば、仕切板の厚みをその中
央部の電極近傍で薄くするように構成したので、電極切
り離し間隔を短くでき、その位置でのビーム損失を最少
にすることができる効果がある。

【０１２９】この発明によれば、仕切板と電極の間隔
を、隣接する電極が最接近する間隔より大きく又は一致
させるように構成したので、放電限界的な問題のない、
ビーム損失の少ない装置が得られる効果がある。

【０１３０】この発明によれば、４ヴェイン型ＲＦＱラ
イナックの場合、仕切板と電極の間隔を、隣接する電極
が最接近する間隔の半分より大きく又は一致させるよう
に構成したので、放電限界的な問題のない、ビーム損失
の少ない装置が得られる効果がある。

【０１３１】そして、これらの効果は、高周波四重極電
界によって荷電粒子を収束および加速する電極が内部に
設置される加速空洞を、そのビーム軸方向に上流側加速
空洞と下流側加速空洞に高周波的に２分割するととも
に、前記下流側加速空洞の高周波電力レベルを前記上流
側加速空洞の高周波電力レベルに比べて低くしたエネル
ギー可変型高周波四重極ライナックにおいても同様に得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるエネルギー可変型Ｒ
ＦＱライナックを示す構成図である。

【図２】この発明の不適当な適用例による加速空洞を示
す構成図である。

【図３】この発明の実施例１における、波打ち電極を例
に計算したビーム軸に沿った電極パラメータの一例とそ
の時のエネルギーを示す説明図である。

【図４】図３に示した計算例において、電極を分割しな
いで電極電圧を全体的に変えた場合の出力ビームのエネ
ルギー分布を示す説明図である。

【図５】図３に示した計算例において、電極を分割して
下流側加速空洞の電極電圧だけを変えた場合の出力ビー
ムのエネルギー分布を示す説明図である。

【図６】図５に示した下流側加速空洞の電極電圧だけを
変えた時の、ビームエネルギーのビーム軸に沿った変化
を示す説明図である。

【図７】この発明の実施例５によるエネルギー可変型Ｒ
ＦＱライナックを示す構成図である。

【図８】この発明の実施例６によるエネルギー可変型分
割同軸型ＲＦＱライナックを示すビーム軸方向の断面図
である。

【図９】図８のＣ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’およびＥ−Ｅ’にお
ける断面図である。

【図１０】この発明の実施例６によるエネルギー可変型
角型電極型ＲＦＱライナックを示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例６によるエネルギー可変型
４ロッド電極型ＲＦＱライナックを示す断面図である。

【図１２】この発明の実施例６によるエネルギー可変型
４ヴェイン型ＲＦＱライナックを示す断面図である。

【図１３】この発明の実施例６によるエネルギー可変型
ダブルＨ型ＲＦＱライナックを示す断面図である。

【図１４】この発明の実施例６によるエネルギー可変型
分割同軸型ＲＦＱライナックの他の構成例を示す断面図
である。

【図１５】この発明の実施例８によるエネルギー可変型
ＲＦＱライナックにて用いられる仕切板を示す正面図で
ある。

【図１６】この発明の実施例８における加速空洞内の排
気を説明するための真空排気系を示す概略構成図であ
る。

【図１７】この発明の実施例９による真空排気系を示す
概略構成図である。

【図１８】この発明の実施例６における電極切り離し位
置付近をビーム軸方向の高周波位相の変化とともに示す
説明図である。

【図１９】この発明の実施例１０による電極切り離し位
置付近をビーム軸方向の高周波位相の変化とともに示す
説明図である。

【図２０】この発明の実施例１１によるエネルギー可変
型ＲＦＱライナックを示す構成図である。

【図２１】この発明の実施例１４における電極切り離し
位置付近を示す断面図である。

【図２２】この発明の実施例１５における電極切り離し
位置付近を示す断面図である。

【図２３】この発明の実施例１６における電極切り離し
位置付近を示す断面図である。

【図２４】この発明の実施例１７における波打ち電極の
先端付近を示す断面図である。

【図２５】従来の分割同軸型ＲＦＱライナックを示す一
部切欠斜視図である。

【図２６】その波打ち電極を示す斜視図である。

【図２７】従来の分割同軸型ＲＦＱライナックの概略断
面を電流および磁界のパスとともに示した説明図であ
る。

【図２８】図２７のＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’における断
面図である。

【図２９】従来のリエントラント型加速空洞を示す断面
図である。

【図３０】図２９の内胴体を変形したリエントラント型
加速空洞を示す断面図である。

【図３１】分割同軸型空洞の原理を示す４電極空洞の断
面図である。

【図３２】従来の角型電極型ＲＦＱライナックの電極部
を示す斜視図である。

【図３３】従来の４ロッド電極型ＲＦＱライナックの電
極部を示す斜視図である。

【図３４】図３３のロッド電極の詳細を示す斜視図であ
る。

【図３５】従来の４ヴェイン型ＲＦＱライナックを示す
断面図である。

【図３６】従来の４ヴェイン型ＲＦＱライナックを示す
一部切欠正面図である。

【図３７】従来のダブルＨ型ＲＦＱライナックを示す断
面図である。

【図３８】従来の周波数可変によるエネルギー可変型Ｒ
ＦＱライナックを示す概略図である。

【図３９】図３８に示すエネルギー可変型ＲＦＱライナ
ックの等価回路図である。

【図４０】従来のＲＦＱライナックにて荷電ビームがバ
ンチされながら加速される様子を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 波打ち電極（電極） ７ 角型電極（電極） ８ ロッド電極（電極） ９ ヴェイン（電極） １０ ループカプラ（高周波システム） ３１ 上流側加速空洞 ３２ 下流側加速空洞 ３４ 信号発生器（高周波システム） ３５ 高周波アンプ（高周波システム） ３６ 周波数チューナ（高周波システム） ３７ モニタループ（高周波システム） ３８ チューナ制御装置（高周波システム） ５０ 位相調整器（高周波システム） ５１ 仕切板 ５２ ビーム通過窓 ５７ 位相調整器（位相調整手段） ６０ 薄板領域 ６３ 仕切板薄板（薄板領域）

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速空洞内に設置された電極の間に発生
   する高周波四重極電界によって荷電粒子を収束および加
   速する高周波四重極ライナックにおいて、上記電極をその全体を所定の電極間電圧の下で設計する
   とともに、 前記１つの加速空洞をそのビーム軸方向に上
   流側加速空洞と下流側加速空洞に高周波的に２分割し、前記下流側加速空洞に対して前記上流側加速空洞と同じ
   レベルあるいはそれよりも低いレベルの高周波電力を印
   加することができる高周波システムを設けた ことを特徴
   とするエネルギー可変型高周波四重極ライナック。
2. 【請求項２】 前記上流側加速空洞と下流側加速空洞の
   分割比を等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の
   エネルギー可変型高周波四重極ライナック。
3. 【請求項３】 前記電極が前記下流側加速空洞の同期位
   相を一定にすることを特徴とする請求項１に記載のエネ
   ルギー可変型高周波四重極ライナック。
4. 【請求項４】 前記上流側加速空洞と下流側加速空洞に
   高周波電力を供給する高周波システムを、その一方は自
   励振とし、他方はその周波数で運転する他励振としたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のエネルギー可変型高周
   波四重極ライナック。
5. 【請求項５】 前記加速空洞内の電極をビーム軸方向に
   切り離し、その間にビーム通過窓が開けられた導電体に
   よる仕切板を、前記加速空洞断面を覆うように設置する
   ことによって、前記加速空洞のビーム軸方向への高周波
   的な２分割を行うことを特徴とする請求項１に記載のエ
   ネルギー可変型高周波四重極ライナック。
6. 【請求項６】 高周波四重極電界によって荷電粒子を収
   束および加速する電極が内部に設置される加速空洞を、
   そのビーム軸方向に上流側加速空洞と下流側加速空洞に
   高周波的に２分割し、前記下流側加速空洞の高周波電力
   レベルを前記上流側加速空洞の高周波電力レベルに比べ
   て低くしたことを特徴とするエネルギー可変型高周波四
   重極ライナックにおいて、 上流側加速空洞と下流側加速空洞に高周波電力を供給す
   る高周波システムを、その一方は自励振とし、他方はそ
   の周波数で運転する他励振としたことを特徴とするエネ
   ルギー可変型高周波四重極ライナック。
7. 【請求項７】 高周波四重極電界によって荷電粒子を収
   束および加速する電極が内部に設置される加速空洞を、
   そのビーム軸方向に上流側加速空洞と下流側加速空洞に
   高周波的に２分割し、前記下流側加速空洞の高周波電力
   レベルを前記上流側加速空洞の高周波電力レベルに比べ
   て低くしたことを特徴とするエネルギー可変型高周波四
   重極ライナックにおいて、 前記加速空洞内の電極をビーム軸方向に切り離し、その
   間にビーム通過窓が開けられた導電体による仕切板を、
   前記加速空洞断面を覆うように設置することによって、
   前記加速空洞のビーム軸方向への高周波的な２分割を行
   うことを特徴とするエネルギー可変型高周波四重極ライ
   ナック。
8. 【請求項８】 前記仕切板に高周波が通過できない程度
   の穴を施したことを特徴とする請求項５から請求項７の
   うちのいずれか一項記載のエネルギー可変型高周波四重
   極ライナック。
9. 【請求項９】 真空排気ダクトから前記上流側加速空洞
   と下流側加速空洞に分岐して接続される真空分岐ダクト
   を設けたことを特徴とする請求項５から請求項７のうち
   のいずれか一項記載のエネルギー可変型高周波四重極ラ
   イナック。
10. 【請求項１０】 前記電極の電極切り離し間隔をセル長
    の偶数倍にしたことを特徴とする請求項５から請求項７
    のうちのいずれか一項記載のエネルギー可変型高周波四
    重極ライナック。
11. 【請求項１１】 前記上流側加速空洞と下流側加速空洞
    の高周波位相を相対的に変える位相調整手段を持つこと
    を特徴とする請求項５から請求項７のうちのいずれか一
    項記載のエネルギー可変型高周波四重極ライナック。
12. 【請求項１２】 前記仕切板のビーム通過窓の穴径と前
    記電極切り離し位置の前後のセルにおける最小径を一致
    させることを特徴とする請求項５から請求項７のうちの
    いずれか一項記載のエネルギー可変型高周波四重極ライ
    ナック。
13. 【請求項１３】 前記電極の電極切り離し位置を波打ち
    のトップまたはボトムにすることを特徴とする請求項５
    から請求項７のうちのいずれか一項記載のエネルギー可
    変型高周波四重極ライナック。
14. 【請求項１４】 前記仕切板のビーム通過窓の周辺に、
    その厚みを薄くした薄板領域を形成したことを特徴とす
    る請求項５から請求項７のうちのいずれか一項記載のエ
    ネルギー可変型高周波四重極ライナック。
15. 【請求項１５】 前記仕切板と電極の間隔を、隣接する
    電極が最接近する間隔より大きく又は一致させることを
    特徴とする請求項５から請求項７のうちのいずれか一項
    記載のエネルギー可変型高周波四重極ライナック。
16. 【請求項１６】 ４ヴェイン型ＲＦＱライナックの場
    合、前記仕切板と電極の間隔を、隣接する電極が最接近
    する間隔の半分より大きく又は一致させることを特徴と
    する請求項５から請求項７のうちのいずれか一項記載の
    エネルギー可変型高周波四重極ライナック。