JP6042247B2 - cyclotron - Google Patents

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Description

本発明は、サイクロトロンに関する。   The present invention relates to a cyclotron.

荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力するサイクロトロンとして、例えば特許文献1に示すものが知られている。このサイクロトロンは、磁極として機能する一対のポールと、ポール間に配置される一対のディ電極を有する共振器と、を備えている。共振器は、所定の共振周波数で電場を発生させてディ電極間に形成される加速空間を通過する荷電粒子を加速する。   As a cyclotron that accelerates charged particles and outputs a charged particle beam, for example, the one shown in Patent Document 1 is known. This cyclotron includes a pair of poles functioning as magnetic poles, and a resonator having a pair of de-electrodes disposed between the poles. The resonator generates an electric field at a predetermined resonance frequency and accelerates charged particles passing through an acceleration space formed between the de-electrodes.

特開2002−43097号公報JP 2002-43097 A

ここで、上述のサイクロトロンにあっては、ディ電極の寸法誤差の影響などによって、メディアンプレーン(荷電粒子ビームが加速して進行する周回軌道が位置する平面)を中心とした上下の電場のバランスが崩れる場合がある。このように上下の電場のバランスが崩れた場合、例えば、コンタクトフィンガーの焼損、ポールの発熱などが生じることにより、荷電粒子の加速に影響が及ぼされる場合がある。   Here, in the above-described cyclotron, the balance between the upper and lower electric fields centered on the median plane (the plane on which the circular orbit where the charged particle beam accelerates and moves) is caused by the influence of the dimensional error of the electrode. It may collapse. In this way, when the balance between the upper and lower electric fields is lost, the acceleration of charged particles may be affected by, for example, contact finger burnout or pole heat generation.

そこで、本発明は、共振器の電場のバランスが崩れることを抑制し、荷電粒子の加速性能を向上できるサイクロトロンを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a cyclotron capable of suppressing the balance of the electric field of the resonator from being lost and improving the acceleration performance of charged particles.

本発明に係るサイクロトロンは、周方向に交互に形成される複数のバレー及び複数のヒルを有し、互いに対向する一対のポールと、一対のポールのバレーの間に設けられ、高周波電力が供給される共振器と、バレーに配置され、共振器からの高周波を検出する検出部と、共振器の共振周波数を調整可能な共振周波数調整部と、を備える。   The cyclotron according to the present invention has a plurality of valleys and a plurality of hills alternately formed in the circumferential direction, is provided between a pair of poles facing each other and a valley of the pair of poles, and is supplied with high-frequency power. A resonator, a detector disposed in the valley and detecting a high frequency from the resonator, and a resonance frequency adjusting unit capable of adjusting a resonance frequency of the resonator.

本発明に係るサイクロトロンは、バレーに配置され、共振器からの高周波を検出する検出部と、共振器の共振周波数を調整可能な共振周波数調整部とを備えている。従って、一対のポールの間の電場のバランスが崩れることによって共振器から高周波が漏れた場合、検出部によって当該漏れ高周波を検出することができる。また、共振周波数調整部は共振器の共振周波数を調整可能であるため、検出部による検出結果に基づいて、共振周波数の調整を行うことによって、電場のアンバランスを解消することが可能となる。以上によって、共振器の電場のバランスが崩れることを抑制し、荷電粒子の加速性能を向上することができる。   The cyclotron according to the present invention includes a detection unit that is disposed in a valley and detects a high frequency from the resonator, and a resonance frequency adjustment unit that can adjust the resonance frequency of the resonator. Therefore, when the high frequency leaks from the resonator due to the balance of the electric field between the pair of poles, the leakage high frequency can be detected by the detection unit. Further, since the resonance frequency adjustment unit can adjust the resonance frequency of the resonator, the electric field imbalance can be eliminated by adjusting the resonance frequency based on the detection result by the detection unit. By the above, it can suppress that the electric field balance of a resonator collapses, and can improve the acceleration performance of a charged particle.

本発明に係るサイクロトロンにおいて、検出部は、バレーの側壁に取り付けられてよい。共振器から漏れた高周波は、当該共振器に隣り合うヒルを通過し、バレーの側壁から底面へ向かう。従って、検出部をバレーの側壁に配置することで、共振器に近い位置で高周波を検出できる。   In the cyclotron according to the present invention, the detection unit may be attached to the side wall of the valley. The high frequency leaked from the resonator passes through the hill adjacent to the resonator and travels from the side wall of the valley to the bottom surface. Therefore, by arranging the detection unit on the side wall of the valley, it is possible to detect a high frequency at a position close to the resonator.

本発明に係るサイクロトロンにおいて、検出部は、径方向において、中心側に配置されていてよい。漏れ高周波は径方向の中心側の方が発生し易いため、検出部で漏れ高周波を検出し易くなる。   In the cyclotron according to the present invention, the detection unit may be arranged on the center side in the radial direction. Since the leakage high frequency is more likely to occur at the center side in the radial direction, the detection unit can easily detect the leakage high frequency.

本発明に係るサイクロトロンにおいて、共振周波数調整部は、ブロックチューナを有し、ブロックチューナは、一対のポールのバレー間における体積を変化させることによって共振周波数を調整してよい。これによって、共振周波数の調整を容易に行うことができる。   In the cyclotron according to the present invention, the resonance frequency adjustment unit may include a block tuner, and the block tuner may adjust the resonance frequency by changing the volume between the valleys of the pair of poles. Thereby, the resonance frequency can be easily adjusted.

本発明によれば、共振器の電場のバランスが崩れることを抑制し、荷電粒子の加速性能を向上できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that the balance of the electric field of a resonator breaks, and can improve the acceleration performance of a charged particle.

本発明の実施形態に係るサイクロトロンの内部の平面図である。It is a top view inside the cyclotron which concerns on embodiment of this invention. 図1のサイクロトロンが備える一対のポールの模式図である。It is a schematic diagram of a pair of pole with which the cyclotron of FIG. 1 is provided. 図1に示すIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line | wire shown in FIG. 図1に示すIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line shown in FIG.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るサイクロトロンの実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a cyclotron according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係るサイクロトロン1の内部の平面図である。図2は、図1のサイクロトロン1が備える一対のポール4A,4Bの模式図である。図3は、図1に示すIII−III線に沿った断面図である。図4は、図1に示すIV−IV線に沿った断面図である。なお、図3及び図4は、バレーの周方向における中央位置を示す線(図1において破線で示している)に沿った断面図である。本実施形態に係るサイクロトロン1は、イオン源(不図示)から荷電粒子を加速空間G内に供給し、加速空間G内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する円形加速器である。本実施形態のサイクロトロン1では、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Bが水平面上にあるものとする。なお、本発明のサイクロトロンは、周回軌道Bが鉛直面上にあるように配置してもよい。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子(重イオン)などが挙げられる。サイクロトロン1は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。本実施形態では、周方向に強弱のある磁束密度を形成するサイクロトロンであるAVF[Azimuthally Varying Field]サイクロトロンを例にして説明する。   FIG. 1 is a plan view of the inside of a cyclotron 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a pair of poles 4A and 4B provided in the cyclotron 1 of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. 3 and 4 are cross-sectional views along a line (indicated by a broken line in FIG. 1) indicating a central position in the circumferential direction of the valley. The cyclotron 1 according to the present embodiment is a circular accelerator that supplies charged particles from an ion source (not shown) into the acceleration space G, accelerates the charged particles in the acceleration space G, and outputs a charged particle beam. In the cyclotron 1 of the present embodiment, the spiral orbit B of the charged particle beam is on the horizontal plane. Note that the cyclotron of the present invention may be arranged so that the orbit B is on the vertical plane. Examples of the charged particles include protons and heavy particles (heavy ions). The cyclotron 1 is used as an accelerator for charged particle beam therapy, for example. In the present embodiment, an AVF [Azimutally Varying Field] cyclotron, which is a cyclotron that forms a magnetic flux density that is strong and weak in the circumferential direction, will be described as an example.

図1〜図4に示すように、サイクロトロン1は、ヨーク3と、一対のポール4A,4Bと、共振器5,6と、コイル7と、検出部8と、共振周波数調整部9と、を備える。   As shown in FIGS. 1 to 4, the cyclotron 1 includes a yoke 3, a pair of poles 4 </ b> A and 4 </ b> B, resonators 5 and 6, a coil 7, a detection unit 8, and a resonance frequency adjustment unit 9. Prepare.

ヨーク3は、真空容器2(図4参照)やコイル7を支持するものである。なお、真空容器2は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。ヨーク3内には、粒子加速に必要な磁場を形成するための磁極として機能する一対のポール4A,4Bが設けられている。ポール4A,4Bは、平面視で円形をなし、メディアンプレーンMP(荷電粒子ビームが加速して進行する周回軌道Bが位置する平面であり、図3,4において一点鎖線で示す)に対して上下面対称の形状を成している。ポール4A,4Bのそれぞれの周囲にコイル7が配置され、ポール4Aとポール4Bとの間に磁場が発生している。   The yoke 3 supports the vacuum vessel 2 (see FIG. 4) and the coil 7. The vacuum container 2 is a container for maintaining the acceleration space of charged particles in a high vacuum state. In the yoke 3, a pair of poles 4A and 4B functioning as magnetic poles for forming a magnetic field necessary for particle acceleration are provided. The poles 4A and 4B have a circular shape in a plan view, and are above the median plane MP (the plane on which the orbit B where the charged particle beam accelerates and travels is located, and is indicated by a dashed line in FIGS. 3 and 4). It has a symmetrical shape on the bottom. A coil 7 is arranged around each of the poles 4A and 4B, and a magnetic field is generated between the poles 4A and 4B.

図2は、ポール4A,4Bのみを模式的に示す斜視図である。図に示されるように、ポール4A,4Bは円柱状をなしている。以下で用いる「径方向」及び「周方向」との文言は、図1の方向から見たポール4A,4Bの輪郭形状である円の径方向及び周方向を意味するものとする。ポール4Aの上面には、螺旋状に湾曲した複数(本実施形態では4つ)の凸部であるヒル11Aと、複数(本実施形態では4つ)の凹部であるバレー12Aとが、周方向に交互に配列され形成されている。そして、ポール4Bの下面にも、螺旋状に湾曲した複数(本実施形態では4つ)の凸部であるヒル11Bと、複数(本実施形態では4つ)の凹部であるバレー12Bとが、周方向に交互に配列され形成されている。ヒル11Aとヒル11B、及びバレー12Aとバレー12Bは、互いにメディアンプレーンMPに対して面対称をなすようにギャップをあけて配置されている。なお、ここでポール4A,4Bのヒル11A,11Bとは、メディアンプレーンMPに向けて突出している部分であり、バレー12A、12Bとは、メディアンプレーンMPから離れるように凹んでいる部分である。ヒル11A,11Bの突出面11Aa,11Baは水平方向に広がる面であり、バレー12A,12Bの底面12Aa,12Baは水平方向に広がる面である。なお、ヒル11A,11Bの突出面11Aa,11Baは、中心から外周側へ向かってメディアンプレーンMPとの間の上下方向の距離が徐々に小さくなるように緩やかに湾曲している(図4参照)。また、ヒル11A,11Bの突出面11Aa,11Baとバレー12A,12Bの底面12Aa,12Baを接続する上下方向に広がる面を「バレー12A,12Bの側壁12Ab,12Bb」と称して以下の説明を行う。なお、ヒル11A,11B及びバレー12A,12Bの形状は、上記のような螺旋状に湾曲した形状に限られず、扇形であってもよい。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing only the poles 4A and 4B. As shown in the figure, the poles 4A and 4B are cylindrical. The terms “radial direction” and “circumferential direction” used below mean the radial direction and the circumferential direction of a circle which is the contour shape of the poles 4A and 4B as seen from the direction of FIG. On the upper surface of the pole 4A, a plurality of (four in the present embodiment) hills 11A that are spirally curved and a valley 12A that is a plurality of (four in the present embodiment) concave portions are circumferentially provided. Are alternately arranged. And on the lower surface of the pole 4B, there are a plurality of (four in the present embodiment) convex portions 11B that are spirally curved and a valley 12B that is a plurality (four in the present embodiment) concave portions, They are alternately arranged in the circumferential direction. The hill 11A and the hill 11B, and the valley 12A and the valley 12B are arranged with a gap so as to be symmetrical with respect to the median plane MP. Here, the hills 11A and 11B of the poles 4A and 4B are portions protruding toward the median plane MP, and the valleys 12A and 12B are portions recessed so as to be separated from the median plane MP. The protruding surfaces 11Aa and 11Ba of the hills 11A and 11B are surfaces extending in the horizontal direction, and the bottom surfaces 12Aa and 12Ba of the valleys 12A and 12B are surfaces extending in the horizontal direction. The projecting surfaces 11Aa and 11Ba of the hills 11A and 11B are gently curved so that the vertical distance from the median plane MP gradually decreases from the center toward the outer peripheral side (see FIG. 4). . Moreover, the surface which spreads to the up-down direction which connects protrusion surface 11Aa, 11Ba of hill 11A, 11B and bottom face 12Aa, 12Ba of valley 12A, 12B is called "the side wall 12Ab, 12Bb of valley 12A, 12B." . In addition, the shape of the hills 11A and 11B and the valleys 12A and 12B is not limited to the spirally curved shape as described above, and may be a sector shape.

ポール4Aとポール4Bとの間には、ヒル11Aとヒル11Bとで挟まれた狭いギャップのヒル領域15hと、バレー12Aとバレー12Bとで挟まれた広いギャップのバレー領域15vとが形成されている。ポール4Aとポール4Bとの対称面(メディアンプレーンMP)上に、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Bが形成される。なお、周方向に順番に、バレー領域15v,15v,15v,15vが形成されるものとし、ヒル領域15h,15h,15h,15hが形成されるものとする。バレー領域15vは、周方向においてヒル領域15h,15hと隣り合っている。バレー領域15vは、周方向においてヒル領域15h,15hと隣り合っている。バレー領域15vは、周方向においてヒル領域15h,15hと隣り合っている。バレー領域15vは、周方向においてヒル領域15h,15hと隣り合っている。 Between the pole 4A and the pole 4B, a hill region 15h having a narrow gap sandwiched between the hills 11A and 11B and a valley region 15v having a wide gap sandwiched between the valleys 12A and 12B are formed. Yes. A spiral orbit B of the charged particle beam is formed on the symmetry plane (median plane MP) between the pole 4A and the pole 4B. It is assumed that valley regions 15v 1 , 15v 2 , 15v 3 , 15v 4 are formed in order in the circumferential direction, and hill regions 15h 1 , 15h 2 , 15h 3 , 15h 4 are formed. The valley region 15v 1 is adjacent to the hill regions 15h 1 and 15h 4 in the circumferential direction. The valley region 15v 2 is adjacent to the hill regions 15h 2 and 15h 1 in the circumferential direction. The valley region 15v 3 is adjacent to the hill regions 15h 3 and 15h 2 in the circumferential direction. The valley region 15v 4 is adjacent to the hill regions 15h 4 and 15h 3 in the circumferential direction.

共振器5,6は、荷電粒子を加速するための高周波の電場を発生させる。共振器5,6は、一対のポール4A,4Bのバレー12A,12B間(バレー領域15v,15v)に配置され、図示されない高周波電源から高周波電力が供給される。共振器5,6は、所定の周波数(共振周波数)の電場を発生させるように設定されている。一方の共振器5は複数(本実施形態では4つ)のバレー領域15vのうち、一のバレー領域15vに配置される、他方の共振器6は、一方の共振器5が配置されるバレー領域15vに対して中心線を挟んで反対側のバレー領域15vに配置される(図1参照)。また、図3に示すように、共振器5は下側共振器5A及び上側共振器5Bを有し、共振器6は下側共振器6A及び上側共振器6Bを有している。下側共振器5A,6Aは、下側のポール4Aのバレー12Aに配置される。上側共振器5B,6Bは、上側のポール4Bのバレー12Bに配置される。 The resonators 5 and 6 generate a high-frequency electric field for accelerating charged particles. The resonators 5 and 6 are disposed between the valleys 12A and 12B of the pair of poles 4A and 4B (valley regions 15v 1 and 15v 3 ), and are supplied with high-frequency power from a high-frequency power source (not shown). The resonators 5 and 6 are set so as to generate an electric field having a predetermined frequency (resonance frequency). One resonator 5 is arranged in one valley region 15v1 among a plurality (four in this embodiment) of valley regions 15v, and the other resonator 6 is a valley in which one resonator 5 is arranged. is positioned on the opposite side of the valley regions 15v 3 with respect to the center line for the region 15v 1 (see FIG. 1). As shown in FIG. 3, the resonator 5 includes a lower resonator 5A and an upper resonator 5B, and the resonator 6 includes a lower resonator 6A and an upper resonator 6B. The lower resonators 5A and 6A are arranged in the valley 12A of the lower pole 4A. Upper resonators 5B and 6B are arranged in valley 12B of upper pole 4B.

下側共振器5A,6Aは、ディ電極(加速電極)21Aと、内導体(ステム)22A,23Aと、外導体24Aと、を備えている。上側共振器5B,6Bは、ディ電極(加速電極)21Bと、内導体(ステム)22B,23Bと、外導体24Bと、を備えている。   The lower resonators 5A and 6A include a de-electrode (acceleration electrode) 21A, inner conductors (stems) 22A and 23A, and an outer conductor 24A. The upper resonators 5B and 6B include de-electrodes (acceleration electrodes) 21B, inner conductors (stems) 22B and 23B, and an outer conductor 24B.

ディ電極21A,21Bは、真空容器2(図4参照)の内部で荷電粒子を加速するための電場を発生させる電極である。ディ電極21A,21Bは、両方ともバレー領域15v,15vに配置され、互いに上下方向に対向するように配置されている。ディ電極21A,21Bは、平面視でバレー領域15v,15vの形状に沿った形状に形成されている。ディ電極21A,21Bは、バレー12A,12Bの底面12Aa,12Baから離間しており、メディアンプレーンMP付近に形成される加速空間Gを形成するように、ヒル11A,11Bの突出面11Aa,11Baと略同位置に配置される。ポール4Aの中心部には、サイクロトロン1の外部又は内部に設けられたイオン源(図示せず)から送られてきた荷電粒子を偏向して、メディアンプレーンMP上に送るインフレクタ(不図示)が配置される。なお、内部イオン源を用いる場合はインフレクタは不要である。外導体24A,24Bは、ディ電極21A,21Bを囲むように設けられている。外導体24A,24Bは、少なくともバレー12A,12Bの底面12Aa,12Baに沿って広がり、ディ電極21A,21Bと上下方向において対向する壁部24Aa,24Baを有する。内導体22A,22Bは、上下方向に延びてディ電極21A,21Bと外導体24A,24Bの壁部24Aa,24Baとを連結する。内導体23A,23Bは、上下方向に延びてディ電極21A,21Bと外導体24A,24Bの壁部24Aa,24Baとを連結する。内導体22A,22Bはバレー領域15v,15vの内周側の領域に設けられ、内導体23A,23Bはバレー領域15v,15vの外周側の領域に設けられる。 The de-electrodes 21A and 21B are electrodes that generate an electric field for accelerating charged particles inside the vacuum vessel 2 (see FIG. 4). The de-electrodes 21A and 21B are both disposed in the valley regions 15v 1 and 15v 3 and are disposed so as to face each other in the vertical direction. The de-electrodes 21A and 21B are formed in a shape along the shape of the valley regions 15v 1 and 15v 3 in plan view. The de-electrodes 21A and 21B are separated from the bottom surfaces 12Aa and 12Ba of the valleys 12A and 12B, and the projecting surfaces 11Aa and 11Ba of the hills 11A and 11B are formed so as to form an acceleration space G formed near the median plane MP. Arranged at substantially the same position. At the center of the pole 4A, there is an inflector (not shown) that deflects charged particles sent from an ion source (not shown) provided outside or inside the cyclotron 1 and sends it on the median plane MP. Be placed. In addition, when using an internal ion source, an inflector is unnecessary. The outer conductors 24A and 24B are provided so as to surround the de-electrodes 21A and 21B. The outer conductors 24A and 24B have wall portions 24Aa and 24Ba extending along at least the bottom surfaces 12Aa and 12Ba of the valleys 12A and 12B and facing the de-electrodes 21A and 21B in the vertical direction. The inner conductors 22A and 22B extend in the vertical direction and connect the de-electrodes 21A and 21B to the wall portions 24Aa and 24Ba of the outer conductors 24A and 24B. The inner conductors 23A and 23B extend in the vertical direction and connect the de-electrodes 21A and 21B to the wall portions 24Aa and 24Ba of the outer conductors 24A and 24B. Inner conductors 22A, 22B are provided in the region of the inner peripheral side of the valley regions 15v 1, 15v 3, the inner conductor 23A, 23B is provided on the outer peripheral side of the region of the valley regions 15v 1, 15v 3.

サイクロトロン1では、ポール4Aとポール4Bとの間に磁場を発生させると共に、共振器5,6に高周波電力が供給されることで、荷電粒子ビームが、加速されつつ、メディアンプレーンMP上の螺旋状の周回軌道Bを進行する。径方向の外周側に達した荷電粒子ビームは、図示されないマグネティックチャネルやデフレクタを通過し、ビーム引出ダクトを通じて外部に引き出される。   In the cyclotron 1, a magnetic field is generated between the pole 4A and the pole 4B, and high frequency power is supplied to the resonators 5 and 6, whereby the charged particle beam is accelerated and spiraled on the median plane MP. The orbit B of the vehicle advances. The charged particle beam that has reached the outer peripheral side in the radial direction passes through a magnetic channel and a deflector (not shown), and is extracted to the outside through a beam extraction duct.

図1及び図4に示すように、検出部8は、バレー12Aに配置され、共振器5,6からの高周波を検出するセンサである。下側共振器5A,6Aと上側共振器5B,6Bとの間で電場のバランスが崩れることによって、加速空間Gからヒル領域15h側へ漏れ高周波が生じた場合に、検出部8は、当該高周波を検出することができる。当該検出部8として、高周波をピックアップする電極を設けてよい。検出部8は、ヒル領域15hを挟んで共振器5,6と隣り合うバレー領域15vに配置される。本実施形態では、バレー領域15v,15vに配置される。 As shown in FIGS. 1 and 4, the detection unit 8 is a sensor that is disposed in the valley 12 </ b> A and detects a high frequency from the resonators 5 and 6. When a high frequency leaks from the acceleration space G to the hill region 15h side due to the electric field balance being lost between the lower resonators 5A and 6A and the upper resonators 5B and 6B, the detection unit 8 Can be detected. As the detection unit 8, an electrode for picking up a high frequency may be provided. The detector 8 is disposed in a valley region 15v adjacent to the resonators 5 and 6 with the hill region 15h interposed therebetween. In the present embodiment, they are arranged in the valley regions 15v 2 and 15v 4 .

検出部8は、バレー領域15v,15v内であれば底面12Aa,12Ba及び側壁12Ab,12Bbのどこの位置に配置されてもよいが、漏れ高周波を共振器5,6に近い位置で検出することが好ましく、すなわち、バレー12A,12Bの側壁12Ab,12Bbに取り付けられることが好ましい。共振器5の漏れ高周波を検出するための検出部8は、共振器5に隣り合うヒル領域15hと、バレー領域15vとの間の側壁12Ab,12Bbに取り付けられてよく(図1及び図4に示す例では、当該側壁12Abに取り付けられている)、共振器5に隣り合うヒル領域15hと、バレー領域15vとの間の側壁12Ab,12Bbに取り付けられてよい。なお、これらの位置に取り付けられた検出部8が共振器6の漏れ高周波を検出してもよい。共振器6の漏れ高周波を検出するための検出部8は、共振器6に隣り合うヒル領域15hと、バレー領域15vとの間の側壁12Ab,12Bbに取り付けられてよく(図1及び図4に示す例では、当該側壁12Abに取り付けられている)、共振器6に隣り合うヒル領域15hと、バレー領域15vとの間の側壁12Ab,12Bbに取り付けられてよい。なお、これらの位置に取り付けられた検出部8が共振器5の漏れ高周波を検出してもよい。 The detection unit 8 may be disposed at any position on the bottom surfaces 12Aa and 12Ba and the side walls 12Ab and 12Bb as long as it is within the valley regions 15v 2 and 15v 4 , but the leakage high frequency is detected at a position close to the resonators 5 and 6. That is, it is preferable to attach to the side walls 12Ab and 12Bb of the valleys 12A and 12B. Detector 8 for detecting the leakage high frequency resonator 5, the Hill region 15h 1 adjacent to the resonator 5, the side walls 12Ab, well attached to 12Bb (FIGS. 1 and between the valley area 15v 2 in the example shown in 4, it is attached to the side wall 12Ab), and Hill area 15h 4 adjacent to the cavity 5, the side wall between the valley regions 15v 4 12Ab, may be attached to 12Bb. Note that the detection unit 8 attached at these positions may detect the leakage high frequency of the resonator 6. Detector 8 for detecting the leakage high frequency resonator 6, the Hill area 15h 3 adjacent to the resonator 6, the side walls 12Ab, well attached to 12Bb (FIGS. 1 and between the valley area 15v 4 in the example shown in 4, it is attached to the side wall 12Ab), and Hill area 15h 2 adjacent to the resonator 6, the side wall between the valley regions 15v 2 12Ab, may be attached to 12Bb. Note that the detection unit 8 attached at these positions may detect the leakage high frequency of the resonator 5.

また、検出部8は、バレー領域15v,15vのうち、径方向において、中心側に配置されている。具体的には、図4に示すように、バレー領域15vの径方向における中央位置に基準線CLを設定した場合、当該基準線CLよりも中心側(内周側)の領域E1に検出部8を配置する。ただし、基準線CL上、または基準線CLよりも外周側の領域E2に検出部8を配置してもよい。また、図4に示すように、検出部8が側壁12Abに配置されている場合、検出部8は、側壁12AbのメディアンプレーンMP側の領域に配置されている。ただし、側壁12Abの底面12Aa側の領域に配置してもよい。 The detection unit 8 of the valley regions 15v 2, 15v 4, in the radial direction, are arranged on the center side. Specifically, as shown in FIG. 4, when the reference line CL is set at the center position in the radial direction of the valley region 15v 2 , the detection unit is located in the region E1 on the center side (inner peripheral side) with respect to the reference line CL. 8 is arranged. However, the detection unit 8 may be arranged on the reference line CL or in a region E2 on the outer peripheral side of the reference line CL. As shown in FIG. 4, when the detection unit 8 is arranged on the side wall 12Ab, the detection unit 8 is arranged in a region on the median plane MP side of the side wall 12Ab. However, you may arrange | position in the area | region by the side of bottom face 12Aa of side wall 12Ab.

なお、図4では、検出部8はポール4A側に設けられているが、ポール4Bに設けてもよく、ポール4A,4Bの両方のバレー12A,12Bに設けてもよい。また、一のバレー12A,12Bに対して複数カ所に検出部8を設けてもよい。   In FIG. 4, the detection unit 8 is provided on the pole 4A side, but may be provided on the pole 4B or may be provided on both the valleys 12A and 12B of the poles 4A and 4B. Moreover, you may provide the detection part 8 in multiple places with respect to one valley 12A, 12B.

共振周波数調整部9は、共振器5,6の共振周波数を調整可能な機構である。共振周波数調整部9は、検出部8での検出結果に基づいて、共振器5,6の共振周波数を調整可能である。検出部8で検出する信号が最小となるように、共振周波数調整部9にて調整を行う。調整方法や調整のタイミングは特に限定されないが、例えば、サイクロトロン1の初期設定の際に、検出部8の検出結果を参照しながら、作業者が手作業で共振周波数調整部9を調整して共振周波数を調整してよい。または、(例えば、サイクロトロン1の共振周波数を変化させて使用する場合など)サイクロトロン1に共振周波数調整用の制御部を設け検出部8からの信号が小さくなるように共振周波数調整部9を制御することで共振周波数を調整してもよい。   The resonance frequency adjusting unit 9 is a mechanism capable of adjusting the resonance frequency of the resonators 5 and 6. The resonance frequency adjustment unit 9 can adjust the resonance frequency of the resonators 5 and 6 based on the detection result of the detection unit 8. The resonance frequency adjustment unit 9 performs adjustment so that the signal detected by the detection unit 8 is minimized. The adjustment method and the adjustment timing are not particularly limited. For example, when the cyclotron 1 is initially set, the operator manually adjusts the resonance frequency adjustment unit 9 while referring to the detection result of the detection unit 8 to resonate. The frequency may be adjusted. Or, for example, when the resonance frequency of the cyclotron 1 is changed and used, the control unit for adjusting the resonance frequency is provided in the cyclotron 1 and the resonance frequency adjustment unit 9 is controlled so that the signal from the detection unit 8 becomes small. Thus, the resonance frequency may be adjusted.

図1及び図3に示すように、共振周波数調整部9は、ブロックチューナ33を有している。ブロックチューナ33は、一対のポール4A,4Bのバレー領域15v,15vにおける体積を変化させることによって共振器5,6の共振周波数を調整する。ブロックチューナ33は、ディ電極21A,21Bと外導体24A,24Bとで囲まれる空間への突出量を変化させ(すなわち、当該空間の体積を変化させる)、共振器5,6の共振周波数を調整することができる。ブロックチューナ33の突出量を多くして空間の体積を少なくすることで、共振周波数を高くできる。 As shown in FIGS. 1 and 3, the resonance frequency adjusting unit 9 has a block tuner 33. The block tuner 33 adjusts the resonance frequency of the resonators 5 and 6 by changing the volume in the valley regions 15v 1 and 15v 3 of the pair of poles 4A and 4B. The block tuner 33 adjusts the resonance frequency of the resonators 5 and 6 by changing the amount of protrusion to the space surrounded by the de-electrodes 21A and 21B and the outer conductors 24A and 24B (that is, changing the volume of the space). can do. The resonance frequency can be increased by increasing the protruding amount of the block tuner 33 and reducing the volume of the space.

共振周波数調整部9の配置場所は特に限定されないが、バレー12A,12Bの底面12Aa,12Ba側に配置してよい。また、平面視における配置場所も特に限定されないが、磁束が極力多い場所に配置することが好ましい。共振周波数調整部9は、内導体22Aと内導体23Aとの間の領域から離間した位置に配置してよい。具体的には、図1に示す例では、共振周波数調整部9は、外周側の内導体23Aの近傍であって当該内導体23Aより外周側に配置されている。なお、共振周波数調整部9は、内周側の内導体22Aの近傍であって当該内導体22Aより内周側に配置してもよい。また、内導体22Aより外周側、且つ内導体23Aよりも内周側の領域であって、バレー12Aの周方向における中央位置を示す線(図1において破線で示されている)から周方向に離間した位置に共振周波数調整部9を配置してもよい。なお、共振周波数調整部9として、C(キャパシタ)チューナを用いてもよい。Cチューナは、共振器5,6の外周側の端部付近に設けてよい。   The arrangement location of the resonance frequency adjusting unit 9 is not particularly limited, but may be arranged on the bottom surface 12Aa, 12Ba side of the valleys 12A, 12B. Moreover, although the arrangement | positioning location in planar view is not specifically limited, It is preferable to arrange | position in the place where magnetic flux is as much as possible. The resonance frequency adjusting unit 9 may be disposed at a position separated from the region between the inner conductor 22A and the inner conductor 23A. Specifically, in the example shown in FIG. 1, the resonance frequency adjusting unit 9 is disposed in the vicinity of the inner conductor 23A on the outer peripheral side and on the outer peripheral side from the inner conductor 23A. The resonance frequency adjusting unit 9 may be disposed in the vicinity of the inner conductor 22A on the inner circumference side and on the inner circumference side from the inner conductor 22A. Further, it is a region on the outer peripheral side from the inner conductor 22A and on the inner peripheral side from the inner conductor 23A, and from the line (indicated by a broken line in FIG. 1) indicating the center position in the circumferential direction of the valley 12A in the circumferential direction. The resonance frequency adjusting unit 9 may be disposed at a spaced position. Note that a C (capacitor) tuner may be used as the resonance frequency adjusting unit 9. The C tuner may be provided in the vicinity of the outer peripheral end of the resonators 5 and 6.

次に、本実施形態に係るサイクロトロン1の作用・効果について説明する。   Next, the operation and effect of the cyclotron 1 according to the present embodiment will be described.

ここで、検出部8と共振周波数調整部9を備えていない従来のサイクロトロンにあっては、ディ電極21A,21Bの寸法誤差の影響などによって、メディアンプレーンMPを中心とした上下の電場のバランスが崩れる場合がある。このように上下の電場のバランスが崩れた場合、荷電粒子の加速に影響が及ぼされる場合がある。例えば、上下の電場のバランスが良好であればコンタクトフィンガー31(図1参照)には電流は流れないが、電場がアンバランスとなると、コンタクトフィンガー31に若干の電流が流れる。これによってコンタクトフィンガー31に熱が発生し、焼損する。コンタクトフィンガー31が焼損した場合、共振器5,6の共振周波数が変化することによって荷電粒子の加速性能が低下してしまう。また、ポール4A,4Bの発熱などが生じ、当該熱によってポール4A,4Bのヒル11A,11Bが歪み、磁場の傾きが変わることによって荷電粒子の加速性能が低下してしまう。   Here, in a conventional cyclotron that does not include the detection unit 8 and the resonance frequency adjustment unit 9, the balance of the upper and lower electric fields around the median plane MP is caused by the influence of the dimensional error of the deelectrodes 21A and 21B. It may collapse. Thus, when the balance between the upper and lower electric fields is lost, the acceleration of charged particles may be affected. For example, if the balance between the upper and lower electric fields is good, no current flows through the contact finger 31 (see FIG. 1). However, when the electric field is unbalanced, a slight current flows through the contact finger 31. As a result, heat is generated in the contact fingers 31 and burns out. When the contact finger 31 is burned out, the acceleration performance of the charged particles is deteriorated by changing the resonance frequency of the resonators 5 and 6. Moreover, the heat generation of the poles 4A and 4B occurs, the hills 11A and 11B of the poles 4A and 4B are distorted by the heat, and the acceleration performance of the charged particles is deteriorated by changing the gradient of the magnetic field.

一方、本実施形態に係るサイクロトロン1は、バレー12A,12Bに配置され、共振器5,6からの高周波を検出する検出部8と、共振器5,6の共振周波数を調整可能な共振周波数調整部9とを備えている。従って、一対のポール4A,4Bの間の電場のバランスが崩れることによって共振器5,6から高周波が漏れた場合(例えば図1及び図4に示す一点鎖線RF参照)、検出部8によって当該漏れ高周波を検出することができる。また、共振周波数調整部9は共振器5,6の共振周波数を調整可能であるため、検出部8による検出結果に基づいて、共振周波数の調整を行うことによって、電場のアンバランスを解消することが可能となる。以上によって、共振器5,6の電場のバランスが崩れることを抑制し、荷電粒子の加速性能を向上することができる。   On the other hand, the cyclotron 1 according to the present embodiment is disposed in valleys 12A and 12B, and a detection unit 8 that detects a high frequency from the resonators 5 and 6, and a resonance frequency adjustment that can adjust the resonance frequency of the resonators 5 and 6. Part 9. Therefore, when a high frequency leaks from the resonators 5 and 6 due to the balance of the electric field between the pair of poles 4A and 4B (see, for example, the alternate long and short dash line RF shown in FIGS. 1 and 4), the detection unit 8 causes the leakage. High frequency can be detected. In addition, since the resonance frequency adjustment unit 9 can adjust the resonance frequency of the resonators 5 and 6, the electric field imbalance can be eliminated by adjusting the resonance frequency based on the detection result by the detection unit 8. Is possible. By the above, it can suppress that the electric field balance of the resonators 5 and 6 breaks down, and can improve the acceleration performance of a charged particle.

また、本実施形態に係るサイクロトロン1において、検出部8は、バレー12A,12Bの側壁12Ab,12Bbに取り付けられる。共振器5,6から漏れた高周波は、当該共振器5,6に隣り合うヒル11A,11Bを通過し、バレー12A,12Bの側壁12Ab,12Bbから底面12Aa,12Baへ向かう。従って、検出部8をバレー12A,12Bの側壁12Ab,12Bbに配置することで、共振器5,6に近い位置で高周波を検出できる。   In the cyclotron 1 according to the present embodiment, the detection unit 8 is attached to the side walls 12Ab and 12Bb of the valleys 12A and 12B. The high frequency leaking from the resonators 5 and 6 passes through the hills 11A and 11B adjacent to the resonators 5 and 6 and travels from the side walls 12Ab and 12Bb of the valleys 12A and 12B to the bottom surfaces 12Aa and 12Ba. Therefore, by arranging the detector 8 on the side walls 12Ab and 12Bb of the valleys 12A and 12B, a high frequency can be detected at a position close to the resonators 5 and 6.

また、本実施形態に係るサイクロトロン1において、検出部8は、径方向において、中心側に配置される。漏れ高周波は径方向の中心側の方が発生し易いため、検出部8で漏れ高周波を検出し易くなる。   Moreover, in the cyclotron 1 according to the present embodiment, the detection unit 8 is disposed on the center side in the radial direction. Since the leakage high frequency is more likely to occur at the center in the radial direction, the detection unit 8 can easily detect the leakage high frequency.

また、本実施形態に係るサイクロトロン1において、共振周波数調整部9は、ブロックチューナ33を有し、ブロックチューナ33は、一対のポール4A,4Bのバレー12A,12B間における体積を変化させることによって共振周波数を調整する。これによって、共振周波数の調整を容易に行うことができる。   In the cyclotron 1 according to the present embodiment, the resonance frequency adjusting unit 9 includes a block tuner 33. The block tuner 33 resonates by changing the volume between the valleys 12A and 12B of the pair of poles 4A and 4B. Adjust the frequency. Thereby, the resonance frequency can be easily adjusted.

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述のサイクロトロン1では、ポール4A,4Bがヒル11A,11Bとバレー12A,12Bをそれぞれ4つ有していたが、4つより多くても少なくてもよい。また、サイクロトロンの種類も特に限定されず、リングサイクロトロン適用してもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described cyclotron 1, the poles 4A and 4B have four hills 11A and 11B and four valleys 12A and 12B, respectively, but may be more or less than four. Also, the type of cyclotron is not particularly limited, and a ring cyclotron may be applied.

1…サイクロトロン、4A,4B…ポール、5,6…共振器、7…コイル、8…検出部、9…共振周波数調整部、11A,11B…ヒル、12A,12B…バレー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cyclotron, 4A, 4B ... Pole, 5, 6 ... Resonator, 7 ... Coil, 8 ... Detection part, 9 ... Resonance frequency adjustment part, 11A, 11B ... Hill, 12A, 12B ... Valley.

Claims (3)

周方向に交互に形成される複数のバレー及び複数のヒルを有し、互いに対向する一対のポールと、
前記一対のポールの前記バレーの間に設けられ、高周波電力が供給される共振器と、
前記バレーに配置され、前記共振器からの高周波電流を検出する検出部と、
前記共振器の共振周波数を調整可能な共振周波数調整部と、を備え、
前記共振器は、高周波電源から供給される前記高周波電力により荷電粒子を加速させるための電場を発生させる加速電極と、前記バレーの表面に沿って設けられる外導体と、前記加速電極及び前記外導体を連結する内導体と、を有し、
前記検出部は、前記バレーの側壁に取り付けられるサイクロトロン。
A pair of poles having a plurality of valleys and a plurality of hills alternately formed in the circumferential direction and facing each other;
A resonator provided between the valleys of the pair of poles and supplied with high-frequency power;
A detector that is disposed in the valley and detects a high-frequency current from the resonator;
A resonance frequency adjustment unit capable of adjusting the resonance frequency of the resonator,
The resonator includes an acceleration electrode that generates an electric field for accelerating charged particles by the high-frequency power supplied from a high-frequency power source, an outer conductor provided along a surface of the valley, the acceleration electrode, and the outer conductor And an inner conductor connecting the
The detection unit is a cyclotron attached to a sidewall of the valley .
前記検出部は、径方向において、中心側に配置されている、請求項1に記載のサイクロトロン。 The cyclotron according to claim 1, wherein the detection unit is disposed on a center side in a radial direction. 前記共振周波数調整部は、ブロックチューナを有し、
前記ブロックチューナは、前記一対のポールの前記バレー間における体積を変化させることによって共振周波数を調整する、請求項1又は2に記載のサイクロトロン。
The resonance frequency adjustment unit has a block tuner,
Said block tuner adjusts the resonance frequency by changing the volume between the valley of the pair of poles, the cyclotron according to claim 1 or 2.
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