JP3868103B2 - Charged particle beam trajectory forming apparatus and operating method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム軌道の形成装置及びその運転方法に関し、特に偏向電磁石の端部近傍に、漏れ磁場を遮蔽するためのフィールドクランプを有する荷電粒子ビーム軌道の形成装置及びその運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シンクロトロン等の荷電粒子ビームの周回軌道の円弧状部分が、偏向電磁石により画定される。この偏向電磁石の端部から漏れる磁場を遮蔽するために、その端部近傍に、磁性材料で形成されたフィールドクランプが配置される。さらに、周回軌道の他の部分に、軌道に沿って進行する荷電粒子ビームの進行方向を制御するためのステアリング電磁石が配置される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、シンクロトロン等の荷電粒子ビーム軌道の形成装置の小型化が望まれている。このためには、荷電粒子ビームの周回軌道を小型化する必要がある。従来の装置ではステアリング電磁石を配置する場所を確保する必要があり、これが小型化の妨げとなる。
【0004】
本発明の目的は、小型化に適した荷電粒子ビーム軌道の形成装置及びその運転方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、荷電粒子ビームの円弧状軌道を画定する偏向電磁石と、前記円弧状軌道の端部における前記偏向電磁石からの漏れ磁場の影響が及ぶ位置に配置され、磁性材料により形成され、該円弧状軌道に連続する前記荷電粒子ビームの軌道に沿った貫通孔を有するフィールドクランプと、前記貫通孔内に、前記円弧状軌道の軌道面に垂直な双極磁場を励起するように、前記フィールドクランプに巻き付けられたコイルとを有し、前記偏向電磁石の磁極の入出射端面と、前記フィールドクランプの前記偏向電磁石側の端面とが平行に配置されており、該フィールドクランプの該偏向電磁石側の端面が、前記円弧状軌道に連続する前記荷電粒子ビームの軌道に対して斜めに配置されている荷電粒子ビーム軌道の形成装置が提供される。
【0006】
フィールドクランプの貫通孔内に励起された双極磁場は、軌道に沿って進行する荷電粒子ビームの進行方向を軌道面内で変化させる。フィールドクランプに巻き付けられたコイルに流す電流を調整することにより、荷電粒子ビームの進行方向を微調整することができる。
【0007】
本発明の他の観点によると、上記荷電粒子ビーム軌道の形成装置の運転方法であって、前記円弧状軌道内に荷電粒子ビームを入射する工程と、前記コイルに流す電流を調整して、前記荷電粒子ビームの進行方向を微調整する工程とを有する荷電粒子ビーム軌道の形成装置の運転方法が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1(A)は、本発明の実施例による荷電粒子ビーム軌道の形成装置の軌道面における断面図を示し、図1(B)は、図1(A)の一点鎖線B1−B1における断面図を示す。図1(A)は、図1(B)の一点鎖線A1−A1における断面図に相当する。
【0009】
半円弧に沿って相互に対向配置された1対の磁極2により、半円弧状の軌道1aが画定される。1対の磁極2の間隙部に真空容器5が配置され、円弧状軌道1aは真空容器5の内部に配置される。1対の磁極2の各々は、リターンヨーク10を介して接続される。リターンヨーク10は、半円弧状軌道1aの外周側の半円弧状部分及びその両端を結ぶ直線状部分において、軌道面を横切る。
【0010】
円弧状軌道1aの両端に、それぞれ直線軌道1b及び1cが連続する。直線軌道1b及び1cに対応して、リターンヨーク10に貫通孔11b及び11cが形成されている。1対の磁極2を、それぞれ主コイル15A及び15Bが取り囲んでいる。主コイル15A及び15Bは、磁極2の外周側においてはその外周面に沿って配置され、内周側においては、リターンヨーク10の内面に沿ってほぼ直線状に配置されている。磁極2、リターンヨーク10、及び主コイル15A、15Bにより、偏向電磁石が構成される。
【0011】
半円弧状軌道1aの両端近傍に、それぞれ鉄等の磁性材料により形成されたフィールドクランプ20b及び20cが配置されている。フィールドクランプ20b及び20cは、それぞれ直線軌道1b及び1cに沿った貫通孔21b及び21cを有する。
【0012】
主コイル15A及び15Bに直流電流を流すと、磁極2、磁極間の間隙部、及びリターンヨーク10により画定される閉磁路内に磁場が励起される。この磁場により、荷電粒子ビームがその進行方向と直交する方向の力を受け、半円弧状軌道1aに沿って進行する。フィールドクランプ20b及び20cは、半円弧状軌道1aの両端における磁極2からの漏れ磁場の影響が及ぶ位置に配置され、漏れ磁場を遮蔽する。
【0013】
図2(A)は、フィールドクランプ20cの軌道面における断面図を示し、図2(B)は、図2(A)の一点鎖線B2−B2における断面図を示す。図2(A)は、図2(B)の一点鎖線A2−A2における断面図に相当する。なお、もう一方のフィールドクランプ20bは、フィールドクランプ20cと鏡面対称の関係にある。
【0014】
磁極2の入出射端面が、直線軌道1cに対して斜めに加工されている。磁極2の端面を軌道面に垂直投影した像と直線軌道1cに垂直な平面とのなす角をθとすると角度θは、例えば30.7°である。貫通孔21cは長方形の断面形状を有し、その相互に対向する1対の面は軌道面に平行であり、他の1対の面は、直線軌道1cに平行で、かつ軌道面に垂直である。
【0015】
フィールドクランプ20cの磁極2に対向する端面は、磁極2の端面にほぼ平行であり、直線軌道1cに対して斜めに加工されている。相互に対向する2つの端面の直線軌道1cに沿った間隔gは、例えば10cmである。フィールドクランプ20cの他方の端面は、直線軌道1cに対して垂直に加工されている。
【0016】
フィールドクランプ20cに鎖交するように、2つの補助コイル22A及び22Bが巻かれている。補助コイル22A及び22Bは、それぞれ貫通孔21cの軌道面に垂直な1対の面を画定する部分に配置される。
【0017】
補助コイル22A及び22Bに矢印Iで示す方向の電流、即ち補助コイル22A及び22B内において軌道面(図2(A)の紙面)を同一方向に横切るような磁場を励磁する方向の電流を流す。図2(B)に示すように、補助コイル22A及び22Bの各々と鎖交する磁場25が形成され、貫通孔21c内に、軌道面にほぼ垂直な双極磁場が形成される。
【0018】
この双極磁場は、直線軌道1cに沿って進行する荷電粒子ビームの進行方向を、軌道面内で変化させる。補助コイル22A及び22Bに流す電流を調節することにより、荷電粒子ビームの進行方向を微調整することができる。すなわち、フィールドクランプ20b及び20cが、ステアリング磁石の機能を果たす。このため、ステアリング磁石専用の設置場所を確保する必要がなくなり、軌道を小型化することが可能になる。
【0019】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子ビームの偏向電磁石の入出射端に配置されるフィールドクランプにコイルを巻き付け、このコイルにより双極磁場を発生させることにより、フィールドクランプにステアリング磁石の機能を持たせることができる。ステアリング磁石用の場所を確保する必要がないため、荷電粒子ビームの軌道形成装置の小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による荷電粒子ビームの軌道形成装置の断面図である。
【図2】本発明の実施例によるフィールドクランプの断面図である。
【符号の説明】
1a 半円弧状軌道
1b、1c 直線軌道
2 磁極
5 真空容器
10 リターンヨーク
11a、11b 貫通孔
15A、15B 主コイル
20a、20b フィールドクランプ
21 貫通孔
22A、22B 補助コイル
25 磁場[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charged particle beam trajectory forming apparatus and a method for operating the charged particle beam trajectory, and more particularly to a charged particle beam trajectory forming apparatus having a field clamp for shielding a leakage magnetic field in the vicinity of an end portion of a deflecting electromagnet.
[0002]
[Prior art]
An arcuate portion of a circular orbit of a charged particle beam such as a synchrotron is defined by a deflecting electromagnet. In order to shield the magnetic field leaking from the end portion of the deflection electromagnet, a field clamp made of a magnetic material is disposed in the vicinity of the end portion. Further, a steering electromagnet for controlling the traveling direction of the charged particle beam traveling along the orbit is disposed in the other part of the orbit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, downsizing of charged particle beam orbit forming apparatuses such as synchrotrons has been desired. For this purpose, it is necessary to reduce the orbit of the charged particle beam. In the conventional apparatus, it is necessary to secure a place for arranging the steering electromagnet, which hinders downsizing.
[0004]
An object of the present invention is to provide a charged particle beam trajectory forming apparatus suitable for miniaturization and an operating method thereof.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a deflecting electromagnet that defines an arc-shaped trajectory of a charged particle beam and a magnetic material disposed at the end of the arc-shaped trajectory are affected by a leakage magnetic field from the deflecting electromagnet. A field clamp having a through-hole along the trajectory of the charged particle beam continuous to the arc-shaped trajectory, and exciting a dipole magnetic field perpendicular to the trajectory plane of the arc-shaped trajectory in the through-hole, the have a coil wound around the field clamp, and input and output end face of the pole of the bending electromagnet, the field and the deflection electromagnet side end face of the clamp are arranged in parallel, said field clamp deflection electromagnet the end surface of the side is, forming apparatus of the charged particle beam orbit is disposed obliquely with respect to the trajectory of the charged particle beam to be continuous with the arcuate track is provided .
[0006]
The dipole magnetic field excited in the through hole of the field clamp changes the traveling direction of the charged particle beam traveling along the orbit in the orbit plane. By adjusting the current flowing through the coil wound around the field clamp, the traveling direction of the charged particle beam can be finely adjusted.
[0007]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating the charged particle beam orbit forming apparatus, by adjusting the step of entering the charged particle beam in the arc-shaped orbit, the current applied to the coil, the There is provided a method of operating a charged particle beam trajectory forming apparatus including a step of finely adjusting a traveling direction of a charged particle beam.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a cross-sectional view of a track surface of a charged particle beam trajectory forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line B1-B1 of FIG. Indicates. FIG. 1A corresponds to a cross-sectional view taken along one-dot chain line A1-A1 in FIG.
[0009]
A semicircular arc-shaped track 1a is defined by a pair of
[0010]
Linear tracks 1b and 1c are connected to both ends of the arc-shaped track 1a, respectively. Through
[0011]
[0012]
When a direct current is passed through the main coils 15 </ b> A and 15 </ b> B, a magnetic field is excited in the closed magnetic path defined by the
[0013]
2A is a cross-sectional view of the
[0014]
The incident / exit end face of the
[0015]
The end face of the
[0016]
Two
[0017]
A current in a direction indicated by an arrow I is supplied to the
[0018]
This dipole magnetic field changes the traveling direction of the charged particle beam traveling along the linear trajectory 1c in the trajectory plane. The traveling direction of the charged particle beam can be finely adjusted by adjusting the current flowing through the
[0019]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a coil is wound around a field clamp disposed at the entrance / exit end of a deflecting electromagnet for a charged particle beam, and a bipolar magnetic field is generated by this coil, whereby a steering magnet is attached to the field clamp. Can have a function. Since it is not necessary to secure a place for the steering magnet, it is possible to reduce the size of the charged particle beam trajectory forming apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a charged particle beam trajectory forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a field clamp according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a Semicircular arc-shaped track 1b,
Claims (3)
前記円弧状軌道の端部における前記偏向電磁石からの漏れ磁場の影響が及ぶ位置に配置され、磁性材料により形成され、該円弧状軌道に連続する前記荷電粒子ビームの軌道に沿った貫通孔を有するフィールドクランプと、
前記貫通孔内に、前記円弧状軌道の軌道面に垂直な双極磁場を励起するように、前記フィールドクランプに巻き付けられたコイルと
を有し、
前記偏向電磁石の磁極の入出射端面と、前記フィールドクランプの前記偏向電磁石側の端面とが平行に配置されており、該フィールドクランプの該偏向電磁石側の端面が、前記円弧状軌道に連続する前記荷電粒子ビームの軌道に対して斜めに配置されている荷電粒子ビーム軌道の形成装置。A deflection electromagnet defining an arcuate trajectory of the charged particle beam;
Arranged at a position where the influence of the leakage magnetic field from the deflecting electromagnet reaches at the end of the arcuate track, is formed of a magnetic material, and has a through-hole along the track of the charged particle beam continuous to the arcuate track A field clamp,
It said the through hole, so as to excite the vertical dipole field the raceway surface of the arcuate track, have a coil wound around the said field clamp,
The entrance / exit end face of the magnetic pole of the deflection electromagnet and the end face on the deflection electromagnet side of the field clamp are arranged in parallel, and the end face on the deflection electromagnet side of the field clamp is continuous with the arcuate track. An apparatus for forming a charged particle beam trajectory arranged obliquely with respect to the trajectory of the charged particle beam.
前記円弧状軌道内に荷電粒子ビームを入射する工程と、
前記コイルに流す電流を調整して、前記荷電粒子ビームの進行方向を微調整する工程とを有する荷電粒子ビーム軌道の形成装置の運転方法。A deflecting electromagnet that defines an arcuate orbit that forms a part of the orbit of the charged particle beam, and a magnetic material that is disposed at the end of the arcuate orbit at the position affected by the leakage magnetic field from the deflecting magnet. A field clamp having a through-hole along the trajectory of the charged particle beam continuous to the arc-shaped trajectory, and exciting a dipole magnetic field perpendicular to the trajectory plane of the arc-shaped trajectory in the through-hole, the have a coil wound around the field clamp, and input and output end face of the pole of the bending electromagnet, the field and the deflection electromagnet side end face of the clamp are arranged in parallel, said field clamp deflection electromagnet the end surface of the side is, the method of operating a charged particle beam orbit forming apparatus of the charged particle beam orbit is disposed obliquely with respect to the continuing to the arcuate track There,
Injecting a charged particle beam into the arcuate trajectory;
A method of operating a charged particle beam trajectory forming apparatus, comprising: adjusting a current flowing through the coil to finely adjust a traveling direction of the charged particle beam.
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