JP5448149B2 - 分散型低電圧加速装置による円形粒子線加速器 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子を加速する粒子線加速器に係わり、特に加速装置で使用する一次電流の電圧値、電流値を低く抑えながら、粒子線を十分な速度まで、加速させるようにした分散型低電圧加速装置による円形粒子線加速器に関する。

粒子線を相対論レベルの高エネルギーまで加速する円形加速器の加速手法として、従来から、サイクロトロン、マイクロトロン、シンクロトロン、ＦＦＡＧ、円形粒子線加速器が知られている。

図１５に示す従来型の円形粒子線加速器１０１は、粒子線の通り路となる複数の真空ダクト１０２を連結して形成される正多角形状（ほぼ円形状）の加速路１０３と、加速路１０３と連通する真空ダクト１０４によって構成され、粒子発生源で得られた粒子を加速路１０３内に導く入射路１０５と、加速路１０３と連通する真空ダクト１０６によって構成され、加速路１０３で十分に加速された粒子集群を取り出す出射路１０７と、加速路１０３の各所に配置され、加速路１０３内で加速される粒子集群の進路を偏向させる複数の偏向電磁石１０８と、加速路１０３に取り付けられ、加速路１０３内の粒子集群を閉じ込めながら、加速させる加速装置１０９とを備えている。

そして、粒子発生源で得られた粒子を粒子発生源→入射路１０５→加速路１０３なる経路で加速路１０３内に導き、各偏向電磁石１０８によって、加速路１０３内の粒子集群を偏向させて、粒子集群の軌道を加速路１０３の中心線とほぼ一致させながら、加速装置１０９によって、加速路１０３内の粒子集群を連続的に加速させた後、十分に加速させた粒子集群を加速路１０３→出射路１０７→ターゲットなる経路で、ターゲットに導く。

特開２００６−０３２２８１号公報 特開２００６−３１００１３号公報

ところで、このような円形粒子線加速器１０１で使用される加速装置１０９は、図１６に示す如く厚さ数ｃＭ程度のトロイダルコア１１０などを多層化させた磁性体１１１と、磁性体１１１に巻き付けられる一次巻き線１１２と、磁性体１１１に巻き付けられる二次巻き線１１３とによって表すことができる。これを真空管を用いたスイッチングで数十ＫＶの高電圧を発生させる。

近年の半導体技術の発展により、真空管でのスイッチングの役割を半導体で置き換えることが可能となってきた。円形粒子線加速器に関しては高応答（周波数特性の優れた物）の半導体素子は耐電圧性能に限界があるが、多直列接続及び同時スイッチングにより、高電圧出力が可能となる。駆動装置１１４内で、直列に接続された多数の半導体スイッチング素子１１５を同時にオンさせ、直列に接続された多数のコンデンサ１１６に蓄積されている電荷を放電させることにより、一次巻き線１１２に高電圧（ここでは例として１６ＫＶ）、大電流の一次電流（１波長分の高周波駆動電流）を供給し、このとき発生する磁束によって、二次巻き線１１３に誘導起電圧を発生させ、加速路１０３内の粒子集群を加速させる。

この際、各半導体スイッチング素子１１５のスイッチングタイミングがずれると、各半導体スイッチング素子１１５の少なくともいずれか１つが過負荷状態になり、破損してしまう恐れがある。このため、このような加速装置１０９では、安全性の観点から、各半導体スイッチング素子１１５の耐圧値を半分にした値を設計値にして、加速装置１０９を設計しなければならず、コスト高になってしまうという問題があった。

また、一次巻き線１１２に対し、１６ＫＶに達する高電圧、大電流の一次電流を供給しなければならないことから、駆動装置１１４などを構成する抵抗器、伝送線（例えば、同軸ケーブル）１１７などの個別受動素子を高耐圧仕様にしなければならない。このため、各個別受動素子が大型化し、その分だけ内部インダクタンスが増加してしまい周波数特性の劣化につながるデメリットとなるだけでなく、これを補正するために高電圧部と低電圧部を近づける等の処置を施しここでの耐電圧の問題が再浮上するという問題があった。

また、このような従来の円形粒子線加速器１０１では、加速装置１０９によって、粒子集群を閉じ込めるとき、時間的に変化する電圧（１波長分の高周波駆動電圧）を必要とすることから、加速装置１０９に一次電流を供給する駆動装置１１４の回路構成が複雑になってしまうという問題があった。

さらに、このような従来の円形粒子線加速器１０１では、粒子集群を加速するのに必要な１波長分の高周波駆動電圧値と、粒子集群を閉じ込めるのに必要な１波長分の高周波駆動電圧値とが異なることから、複数の駆動装置１１４によって、異なる電圧値の高周波駆動電圧を生成させなければならず、システム全体の製造コストが高くなってしまうという問題があった。

工学的問題のみならず、ビーム物理の観点からも問題が発生する。円形粒子線加速器における加速装置の従来技法は、「加速装置を１箇所に（もしくは局在的に）配置し、電磁石技術で粒子集群を加速装置に繰り返し入射する徐々にエネルギーを高めていく」ことを基本概念としている。粒子群は１回当り数ＫＶから数ＭＶの加速を受け、これを繰り返す事で、数ＧｅＶから数ＴｅＶの高エネルギーまで到達する。この過程において、粒子群は次の加速を得るまで、円形粒子線加速器１周分の長い距離を走行しなければならない。粒子群は同極の電荷を有しているので、クーロン力により、粒子群内の粒子それぞれに対して反発力を常に発生、且つ、受けている。この力により自発的に粒子群が散逸してしまい、損失となる。粒子進行方向に対して垂直方向の散逸現象は、相対論的ローレンツ力により、粒子のエネルギーの３乗に比例した自発的散逸抑止効果があり、その抑止効果で不足する部分は従来技術では多極電磁石での集束効果で補う形としている。他方、粒子進行方向の散逸現象は、加速器の出力強度性能を決定する一要因である。粒子進行方向の散逸現象は、粒子のエネルギーの１乗に比例した自発的散逸抑止しかない。直線型加速器においては大きな問題ではないが、円形粒子線加速器においては、粒子の運動量（もしくはエネルギー）が１％程度異なると加速装置に到達させることができず、損失につながる。加速器の大出力化を目指し粒子数を増やしていくとクーロン力が増え上述のような現象が起こる。その一例と示した物が図１７であり、１／４周後、半周後、３／４周後、１周後になるにつれ左右に散逸してしまう。この散逸による運動量偏差は図１８のように距離とともに増えていく。このような損失過程の原因は、長い距離を走行することにある。これが短い距離で済む概念があれば加速器出力の大強度化が期待できる。

本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる円形粒子線加速器を提供することを目的としている。

また、請求項２では、加速装置を稼働させるのに必要な駆動装置の回路構成を簡素化させて、システム全体のコストを大幅に低減させ、さらに加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる円形粒子線加速器を提供することを目的としている。

また、請求項３では、単一の高周波駆動電圧で、加速装置を稼働させて、システム全体のコストを大幅に低減させ、さらに加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる円形粒子線加速器を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、請求項１では、加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、粒子走行距離が円形加速器の周長より短くなるように加速路の各的にセクション毎に各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込めさせながら、加速させるＮ（但し、Ｎは整数）台の加速装置と、指定された周期で、粒子が円形加速器を１周するための要する時間を１波長とする高周波電圧、またはパルス電圧を各々、発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置とを備え、前記各駆動装置を協調動作させて、前記各加速装置に粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴としている。

また、請求項２では、加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、粒子走行距離が短くなるように加速路の各ストレートセクションに各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込める処理、または加速させる処理のいずれかを行うＮ（但し、Ｎは整数）台の加速装置と、先頭閉じ込め用のパルス電圧発生回路、後方閉じ込め用のパルス電圧発生回路、加速用のパルス電圧発生回路のいずれかを持ち、指定された周期で、指定された電圧値のパルス電圧を各々、発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置とを備え、前記各加速装置を構成する、粒子集群の先頭閉じ込め処理を行う各加速装置、粒子集群の後方閉じ込め処理を行う各加速装置、粒子集群の加速処理を行う各加速装置を協調動作させて、粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴としている。

また、請求項３では、加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、粒子走行距離が短くなるように加速路の各ストレートセクションに各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込める動作（台数Ｌ台、但し、Ｌは整数）、または加速させる動作（台数Ｎ台、但し、Ｎは整数）のいずれか一方を行うＬ×Ｎ台の加速装置と、指定された周期で、指定された電圧値にされた、１波長分の高周波駆動電圧、またはパルス電圧を発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｌ×Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置とを備え、前記加速路内の粒子集群を閉じ込めるのに必要な本来の誘導起電圧値と、加速させるのに必要な本来の誘導起電圧値との比率“Ｍ：１”（但し、Ｍは整数）に基づき、前記各加速器のうち、Ｌ×Ｎ×（Ｍ−１）／Ｍ台に閉じ込め動作を割り当てるとともに、Ｌ×Ｎ×１／Ｍ台に加速動作を割り当てて、前記各駆動装置を協調動作させ、粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴としている。

本発明による、請求項１の円形粒子線加速器では、加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる。

また、請求項２の円形粒子線加速器では、加速装置を稼働させるのに必要な駆動装置の回路構成を簡素化させて、システム全体のコストを大幅に低減させ、さらに加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる。

また、請求項３の円形粒子線加速器では、単一の高周波駆動電圧、パルス電圧で、加速装置を稼働させて、システム全体のコストを大幅に低減させ、さらに加速装置を稼働させる際の電圧値、電流値を低く抑えさせながら、短い時間で、十分な速度まで、粒子集群を加速させることができる。

本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項１に対応する形態を示す概略平面図である。 図１に示す各加速装置、各駆動装置の電気的な特性を示す等価回路図である。 一般的な円形粒子線加速器で使用されている各加速装置、各駆動装置の電気的な特性を示す等価回路図である。 図１に示す円形粒子線加速器で使用されている各加速装置、各駆動装置の電気的な特性と、一般的な円形粒子線加速器で使用されている各加速装置、各駆動装置の電気的な特性とを示す表である。 図１に示す円形粒子線加速器と、一般的な円形粒子線加速器とを示す概略平面図である。 本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項２に対応する形態を示す概略平面図である。 図６に示す各加速装置、各駆動装置のうち、先端閉じ込め処理を行う加速装置、駆動装置の電気的な特性を示す等価回路図である。 図７に示す加速装置、駆動装置で、先端閉じ込め処理される先頭閉じ込め粒子群、加速粒子群の一例を示す模式図である。 図６に示す各加速装置、各駆動装置のうち、後方閉じ込め処理を行う加速装置、駆動装置の電気的な特性を示す等価回路図である。 図９に示す加速装置、駆動装置で、後方閉じ込め処理される後方閉じ込め粒子群、加速粒子群の一例を示す模式図である。 図６に示す各加速装置、各駆動装置のうち、加速処理を行う加速装置、駆動装置の電気的な特性を示す等価回路図である。 図１１に示す加速装置、駆動装置で、加速処理される加速粒子群の一例を示す模式図である。 本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項３に対応する形態を示す概略平面図である。 図１３に示す各加速装置の詳細な構成例を示す概略平面図である。 従来から知られている円形粒子線加速器の一例を示す概略構成図である。 図１５に示す加速装置部分の一般的な回路構成例を示す等価回路図である。 自己場による粒子進行方向分散の様子を示す模式図である。 粒子走行距離に対する運動量の散逸現象の一例を示す図である。

１．本発明の第１の実施の形態
図１は本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項１に対応する形態を示す概略平面図である。

図１に示す円形粒子線加速器１ａは、粒子集群の通り路となる複数の真空ダクト２を連結して形成される正多角形状（ほぼ円形状）の加速路３と、加速路３と連通する真空ダクト４によって構成され、粒子発生源で得られた粒子を加速路３内に導く入射路５と、加速路３と連通する真空ダクト６によって構成され、加速路３で十分に加速された粒子集群を取り出す出射路７と、加速路３の各所に配置され、加速路３内で加速される粒子集群の進路を偏向させる複数の偏向電磁石８と、加速路３の各ストレートセクション（偏向電磁石８が無いスペース）９に取り付けられ、加速させるＮ台、例えば１６台の加速装置１０ａとを備えている。

そして、粒子発生源で得られた粒子を粒子発生源→入射路５→加速路３なる経路で加速路３内に導き、各偏向電磁石８によって、加速路３内の粒子集群を偏向させて、粒子集群の軌道を加速路３の中心線とほぼ一致させながら、Ｎ台の加速装置１０ａによって、加速路３内の粒子集群を連続的に加速させた後、十分に加速させた粒子集群を加速路３→出射路７→ターゲットなる経路で、ターゲットに導く。

各加速装置１０ａは各々、粒子集群の通り路となる加速空洞と、加速空洞内に配置される筒状の磁性体と、磁性体に巻き付けられる一次巻き線と、磁性体に巻き付けられる二次巻き線（加速空洞のギャップを含む部分）とを備えており、電気的には、図２に示す如く厚さ数センチメートル程度のトロイダルコア２０などによって構成される磁性体２１と、磁性体２１に巻き付けられる一次巻き線２２と、磁性体２１に巻き付けられる二次巻き線２３とによって表すことができる。

そして、各駆動装置２４の半導体スイッチング素子２５を同時にスイッチングさせて、各コンデンサ２６に蓄積されている電荷を各々、放電させることにより、１ＫＶ程度の電圧値で、各一次巻き線２２に一次電流（１波長分の高周波駆動電流、または短いパルス電流、長いパルス電流）を各々、供給し、このとき発生する磁束によって、各二次巻き線２３に誘導起電圧を各々、発生させ、これらを重畳させた誘導起電圧で、加速路３内の粒子集群を閉じ込めながら、加速させる。

このように、この形態では、１ＫＶ程度の電圧値を持つ１波長分の高周波駆動電圧、または短いパルス電圧、長いパルス電圧で稼働させることができるＮ台の加速装置１０ａによって、Ｎ×１ＫＶに相当する誘導起電圧で、加速路３内の粒子集群を閉じ込めながら、加速させることができることから、図３（図１６に対応する図）に示す如くＮＫＶの電圧値を持つ１波長分の高周波駆動電圧で、加速路３内の粒子集群を閉じ込めながら、加速させる１台の加速装置１０９と同等な加速性能を得ることができる（請求項１の効果）。

さらに、各半導体スイッチング素子２５が電気的に分離されているので、制御の自由度を大幅に高めさせることができるとともに、各半導体スイッチング素子２５のスイッチングタイミングがずれても、各半導体スイッチング素子２５が過負荷状態にならないようにすることができる。これにより、図４の比較表２７に示す如く各半導体スイッチング素子２５の耐圧値などをそのまま使用して、各駆動装置２４を設計することができ、コストを抑制させることかできる（請求項１の効果）。

また、各駆動装置２４を構成する抵抗器、伝送線（例えば、同軸ケーブル）２８などの個別受動素子を高耐圧仕様にする必要が無いことから、各個別受動素子を小型化させることができるのみならず、各個別受動素子の高周波特性を向上させることができる（請求項１の効果）。

さらに、各加速装置１０ａを小型化させることができ、これによって最近、小型化が進んだ粒子線を出し入れする機器、補正電磁石、粒子線診断装置などと組み合わせることにより、図５に示す如く各ストレートセクション９を小さくして、円形粒子線加速器１ａ全体をコンパクト化させることができる（請求項１の効果）。

２．本発明の第２の実施の形態
図６は本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項２に対応する形態を示す概略平面図である。なお、図６において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。

図６に示す円形粒子線加速器１ｂが、図１に示す円形粒子線加速器１ａと異なる点は、閉じ込め機能、加速機能を併せ持つ加速装置１０ａに代えて、閉じ込め機能、または加速機能のうち、いずれか一方の機能のみを持つ加速装置１０ｂを配置したことである。

この際、粒子集群の先端閉じ込め機能のみを持たせるときには、図７に示す駆動装置３１を使用して、加速装置１０ｂをパルス駆動する。

図７に示す駆動装置３１は、１ＫＶ〜３ＫＶ程度の電圧値となるように充電されるコンデンサ３２と、コンデンサ３２に蓄積されている電荷を放電させる半導体スイッチング素子３３と、コンデンサ３２に蓄積されている電荷を使用して、クロス方式（逆相方式）で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一時電流を供給し、磁性体３５に磁束を発生させるパルス伝送線（同軸ケーブル）３６と、一次巻き線３４に対する給電が終了したとき、一次巻き線３４に生じる逆起電流を通過させる帰還ダイオード３７と、帰還ダイオード３７がオン状態になっているとき、逆起電流を通過させながら、減衰させる抵抗器３８とを備えている。

そして、コンデンサ３２に十分な電荷を蓄積させた状態で、半導体スイッチング素子３３をオンさせて、コンデンサ３２の正電極側→パルス伝送線３６→加速装置１０ｂの一次巻き線３４→パルス伝送線３６→半導体スイッチング素子３３→コンデンサ３２の負電極側なる経路で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一次電流を供給して、加速装置１０ｂの二次巻き線３９に誘導起電圧を発生させ、図８に示す如く加速路３内を通過する粒子集群の先端部分（先端閉じ込め粒子群）の速度を遅くさせて、粒子集群の中央部分（加速粒子群）に集合させる。

この後、半導体スイッチング素子３３をオフさせて、コンデンサ３２の放電を停止させるとともに、加速装置１０ｂを構成する一次巻き線３４の正電圧側→パルス伝送線３６→抵抗器３８→帰還ダイオード３７→パルス伝送線３６→加速装置１０ｂを構成する一次巻き線３４の負電圧側なる経路で流れる帰還電流を抵抗器３８で減衰させて、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に発生した逆起電圧を急激に減衰させる。

また、粒子集群の後方閉じ込め機能のみを持たせるときには、図９に示す駆動装置４１を使用して、加速装置１０ｂをパルス駆動する。

図９に示す駆動装置４１は、１ＫＶ〜３ＫＶ程度の電圧値となるように充電されるコンデンサ４２と、コンデンサ４２に蓄積されている電荷を放電させる半導体スイッチング素子４３と、コンデンサ４２に蓄積されている電荷を使用して、ストレート方式（同相方式）で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一時電流を供給し、磁性体３５に磁束を発生させるパルス伝送線（同軸ケーブル）４４と、一次巻き線３４に対する給電が終了したとき、一次巻き線３４に生じる逆起電流を通過させる帰還ダイオード４５と、帰還ダイオード４５がオン状態になっているとき、逆起電流を通過させながら、減衰させる抵抗器４６とを備えている。

そして、コンデンサ４２に十分な電荷を蓄積させた状態で、半導体スイッチング素子４３をオンさせて、コンデンサ４２の正電極側→パルス伝送線４４→加速装置１０ｂを構成する一次巻き線３４→パルス伝送線４４→半導体スイッチング素子４３→コンデンサ４２の負電極側なる経路で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一次電流を供給して、加速装置１０ｂの二次巻き線３９に誘導起電圧を発生させ、図１０に示す如く加速路３内を通過する粒子集群の後方部分（後方閉じ込め粒子群）の速度を速くさせて、粒子集群の中央部分（加速粒子群）に集合させる。

この後、半導体スイッチング素子４３をオフさせて、コンデンサ４２の放電を停止させるとともに、加速装置１０ｂを構成する一次巻き線３４の正電圧側→パルス伝送線４４→抵抗器４６→帰還ダイオード４５→パルス伝送線４４→加速装置１０ｂを構成する一次巻き線３４の負電圧側なる経路で流れる帰還電流を抵抗器４６で減衰させて、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に発生した逆起電圧を急激に減衰させる。

また、粒子集群の加速機能のみを持たせるときには、図１１に示す駆動装置５１を使用して、加速装置１０ｂをパルス駆動する。

図１１に示す駆動装置５１は、１ＫＶ程度の電圧値となるように充電されるコンデンサ５２と、コンデンサ５２に蓄積されている電荷を放電させる半導体スイッチング素子５３と、コンデンサ５２に蓄積されている電荷を使用して、フライバック方式で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一時電流を供給し、磁性体３５に磁束を発生させるパルス伝送線（同軸ケーブル）５４とを備えている。

そして、コンデンサ５２に十分な電荷を蓄積させた状態で、半導体スイッチング素子５３をオンさせて、コンデンサ５２の正電極側→パルス伝送線５４→加速装置１０ｂの一次巻き線３４→パルス伝送線５４→半導体スイッチング素子５３→コンデンサ５２の負電極側なる経路で、加速装置１０ｂの一次巻き線３４に一次電流を供給して、加速装置１０ｂの二次巻き線３９に誘導起電圧を発生させ、図１２に示す如く加速路３内を通過する粒子集群（加速粒子群）を加速させる。

このように、この形態では、各半導体スイッチング素子３３、４３、５３として、一般的に入手可能な低電圧規格の半導体スイッチング素子を使用させて、各コンデンサ３２、４２、５２の放電時間を制御させ、パルス状の一次電流を出力させるようにしているので、簡単なパルス回路だけで、駆動装置３１、４１、５１を構成させることができ、これによって駆動装置３１、４１、５１の製造コストを飛躍的に低減させることができる。

３．本発明の第３の実施の形態
図１３は、本発明による円形粒子線加速器のうち、請求項３に対応する形態を示す概略平面図である。なお、図１３において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。

図１３に示す円形粒子線加速器１ｃが図１に示す円形粒子線加速器１ａと異なる点は、閉じ込め機能、加速機能を併せ持つ加速装置１０ａに代えて、閉じ込め機能、または加速機能のうち、いずれか一方の機能のみを持つ加速装置１０ｃを配置するとともに、これら各加速装置１０ｃを駆動する駆動装置の出力電圧を同一（または、ほぼ同一）にして、駆動装置の規格化を容易にさせ、システム全体の製造コストを低減させるようにしたことである。

各加速装置１０ｃは、図１４に示す如く５００Ｖ程度の電圧値にされた１波長分の高周波駆動電圧を使用して、閉じ込め機能、または加速機能のうち、いずれか一方の機能のみを実現する第１加速器６１と、この第１加速器６１に隣接するように配置され、５００Ｖ程度の電圧値にされた１波長分の高周波駆動電圧を使用して、閉じ込め機能、または加速機能のうち、いずれか一方の機能のみを実現する第２誘導加速器６２とによって構成される。

そして、ストレートセクション９の一方に配置される加速装置１０ｃ、例えば粒子集群（加速粒子群）の先頭側となる加速装置１０ｃの第１加速器６１に、高周波駆動電圧の平坦な部分（頂点部分）を使用させて、粒子集群の加速処理を行わせる。

また、ストレートセクション９の一方に配置される加速装置１０ｃ、例えば粒子集群（加速粒子群）の先頭側となる加速装置１０ｃの第２加速器６２と、ストレートセクション９の他方に配置される加速装置１０ｃ、例えば粒子集群（加速粒子群）の後方側となる加速装置１０ｃの第１加速器６１と、第２誘導加速器６２とに、高周波駆動電圧の傾き部分を使用させて、粒子集群の閉じ込め処理を行わせる。

これにより、円形粒子線加速器１ｃにおいて、加速処理に必要な電圧値と、閉じ込め処理に必要な電圧値との比を“１：３”に保持させながら、高電圧、大電流に対応するように特化され、加速機能、閉じ込め機能を併せ持つ機能結合型の加速装置１０ａに比べ、汎用性を高くさせるとともに、低電圧化をさらに進めさせ、また磁性体などの寸法を小さくさせることができる。

この結果、円形粒子線加速器１ｃ全体の製造コストをさらに低減させることができるとともに、局在化自動制御を容易にさせることができる。

１ａ、１ｂ、１ｃ：円形粒子線加速器
２：真空ダクト
３：加速路
４：真空ダクト
５：入射路
６：真空ダクト
７：出射路
８：偏向電磁石
９：ストレートセクション
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：加速装置
２０：トロイダルコア
２１：磁性体
２２：一次巻き線
２３：二次巻き線
２４：駆動装置
２５：半導体スイッチング素子
２６：コンデンサ
３１：駆動装置
３２：コンデンサ
３３：半導体スイッチング素子
３４：一次巻き線
３５：磁性体
３６：パルス伝送線
３７：帰還ダイオード
３８：抵抗器
３９：二次巻き線
４１：駆動装置
４２：コンデンサ
４３：半導体スイッチング素子
４４：パルス伝送線
４５：帰還ダイオード
４６：抵抗器
５１：駆動装置
５２：コンデンサ
５３：半導体スイッチング素子
５４：パルス伝送線
６１：第１加速器
６２：第２誘導加速器

Claims (3)

1. 加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、
   粒子走行距離が円形加速器の周長より短くなるように加速路の各的にセクション毎に各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込めさせながら、加速させるＮ（但し、Ｎは整数）台の加速装置と、
   指定された周期で、粒子が円形加速器を１周するための要する時間を１波長とする高周波電圧、またはパルス電圧を各々、発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置と、を備え、
   前記各駆動装置を協調動作させて、前記各加速装置に粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴とする円形粒子線加速器。
2. 加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、
   粒子走行距離が短くなるように加速路の各ストレートセクションに各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込める処理、または加速させる処理のいずれかを行うＮ（但し、Ｎは整数）台の加速装置と、
   先頭閉じ込め用のパルス電圧発生回路、後方閉じ込め用のパルス電圧発生回路、加速用のパルス電圧発生回路のいずれかを持ち、指定された周期で、指定された電圧値のパルス電圧を各々、発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置と、を備え、
   前記各加速装置を構成する、粒子集群の先頭閉じ込め処理を行う各加速装置、粒子集群の後方閉じ込め処理を行う各加速装置、粒子集群の加速処理を行う各加速装置を協調動作させて、粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴とする円形粒子線加速器。
3. 加速装置を使用して、粒子集群を閉じ込め、加速させる円形粒子線加速器において、
   粒子走行距離が短くなるように加速路の各ストレートセクションに各々、分散的に配置され、前記加速路内の粒子集群を閉じ込める動作（台数Ｌ台、但し、Ｌは整数）、または加速させる動作（台数Ｎ台、但し、Ｎは整数）のいずれか一方を行うＬ×Ｎ台の加速装置と、
   指定された周期で、指定された電圧値にされた、１波長分の高周波駆動電圧、またはパルス電圧を発生し、前記各加速装置を個別単位、またはグループ単位で駆動するＭ（但し、Ｍは“Ｍ≦Ｌ×Ｎ”を満たす整数）台の駆動装置と、を備え、
   前記加速路内の粒子集群を閉じ込めるのに必要な本来の誘導起電圧値と、加速させるのに必要な本来の誘導起電圧値との比率“Ｍ：１”（但し、Ｍは整数）に基づき、前記各加速器のうち、Ｌ×Ｎ×（Ｍ−１）／Ｍ台に閉じ込め動作を割り当てるとともに、Ｌ×Ｎ×１／Ｍ台に加速動作を割り当てて、前記各駆動装置を協調動作させ、粒子集群の閉じ込め処理、加速処理を行なわせることを特徴とする円形粒子線加速器。

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