JP6913002B2 - 永久磁石を含むコンパクトな電子加速器 - Google Patents

Description

本発明は、中心軸Ｚｃ上でセンタリングされた共振空洞を有し、且ついくつかの半径方向経路に沿って電子を加速するために使用される発振電界を生成する電子加速器に関する。ロードトロン（登録商標）は、このような電子加速器の一例である。本発明による電子加速器は、従来技術の加速器よりもコンパクトであり得、且つより少ない電力供給を必要とし得る。この結果、モバイル電子加速器の提供が初めて可能となる。電子加速器を構成する要素は、より効率的且つ多様な製造を提供するように設計される。

共振空洞を有する電子加速器は当技術分野で周知である。例えば、（特許文献１）は、
（ａ）中空閉鎖導体からなる共振空洞であって、
・中心軸Ｚｃを有し、且つ外側導体セクションを形成する内側表面を有する外側円筒形部分を含む外側壁と、
・外側壁内に封入され、及び中心軸Ｚｃを有し、且つ内側導体セクションを形成する外側表面を有する内側円筒形部分を含む内側壁と
を含み、中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ外側円筒形部分及び内側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍに関して対称である、共振空洞と、
（ｂ）ミッドプレーンＰｍに沿って、外側導体上の導入入口開口部から中心軸Ｚｃまで電子ビームを共振空洞内に半径方向に注入するように適合された電子供給源と、
（ｃ）共振空洞に結合され、且つ外側導体から内側導体に向かって、及び内側導体から外側導体に向かって延在するミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って電子ビームの電子を加速するために、周波数（ｆ_ＲＦ）で発振する電界Ｅを外側導体と内側導体との間に生成するように適合されたＲＦシステムと、
（ｄ）それぞれミッドプレーンＰｍ内に位置し、且つ電子供給源から電子ビーム出口まで中心軸Ｚｃを通過する１つの半径方向軌跡から異なる半径方向軌跡に電子ビームの軌跡を偏向させるように適合されたいくつかの電磁石を有する磁石システムと
を含む電子加速器について記述している。以下では、「ロードトロン」という用語は、「共振空洞を有する電子加速器」の同義語として使用される。

図１（ｂ）に示されているように、電子ビームの電子は、外側導体セクションと内側導体セクションとの間及び内側導体セクションと外側導体セクションとの間にＲＦシステムによって生成された電界Ｅにより、共振空洞の直径（２つの半径、２Ｒ）に沿って加速される。発振電界Ｅは、まず、外側導体セクションと内側導体セクションとの間の距離にわたって電子を加速させる。電界の極性は、電子が内側円筒形部分内に含まれる共振空洞の中心周辺のエリアを横断した際に変化する。この共振空洞の中心周辺のエリアは、一定速度でその軌跡を継続させる電子に対する電界からの遮蔽を提供する。次いで、電子は、内側導体セクションと外側導体セクションとの間に含まれるその軌跡のセグメント内で再度加速される。電界の極性は、電子が電磁石によって偏向された際に再度変化する。次いで、このプロセスは、電子ビームが、ロードトロンから排出されるターゲットエネルギーに到達するために必要とされる回数だけ反復される。従って、ミッドプレーンＰｍ内の電子の軌跡は花の形状を有する（図１（ｂ）を参照されたい）。

ロードトロンは、ビームライン及びビームスキャニングシステムなどの外部機器と組み合わせることができる。ロードトロンは、殺菌、ポリマー改質、パルプ処理、食品の低温殺菌、検出及びセキュリティ目的などに使用することができる。

現在、既知のロードトロンは、大きいサイズを有し、大きい製造費用を有し、且つそれらを使用するためのエネルギーの大規模な電源を必要とする。既知のロードトロンは、固定場所に着座し且つ既定の構成を有するように設計される。異なる場所における電子ビームの適用は更なるビームラインの引き回しを必要とし、これは、関連するあらゆる更なる費用及び技術的問題を伴う。

産業界には、相対的に少ないエネルギーを消費し、好ましくはモバイルユニットである、相対的に小さく、コンパクトであり、多様であり、且つ安価なロードトロンに対する需要が存在する。但し、相対的に小さい直径の共振空洞は、相対的に短い距離にわたって電子を加速させるために相対的に大きい電力を必要とし、これは、このようなコンパクトなロードトロンのエネルギー消費にとって有害である。ロードトロンのサイズとは無関係に、エネルギー消費は、（特許文献２）に記述されているように、ＲＦ供給源をアライメントさせることにより、且つロードトロンのデューティサイクルの一部分においてのみ電子を加速させることにより低減することができる。但し、この場合にも、エネルギー消費は共振空洞が小さいほど大きくなる。

また、相対的に小さい直径を有する共振空洞は、相対的に小さい外周を有し、この結果、電子供給源及び磁石システムのすべての電磁石を共振空洞に接続するために利用可能な空間が低減される。小さくコンパクトなロードトロンの製造は、従来技術のロードトロンよりも複雑であり且つ費用を要する。

本発明は、移動可能であり且つ製造の費用効率に優れた、低エネルギーを必要とするコンパクトなロードトロンを提案する。これらの利点については、以下の節で更に詳細に説明する。

欧州特許第０３５９７７４号明細書 欧州特許第２８０４４５１号明細書

本発明は、添付の独立請求項で定義されている。好適な実施形態は、従属請求項で定義されている。具体的には、本発明は、共振空洞、電子供給源、ＲＦシステム、及び少なくとも１つの磁石ユニットを有する電子加速器に関する。

共振空洞は、中空閉鎖導体からなり、
・中心軸Ｚｃを有し、且つ外側導体セクション（ｌｏ）を形成する内側表面を有する外側円筒形部分を含む外側壁と、
・外側壁内に封入され、及び中心軸Ｚｃを有し、且つ内側導体セクション（ｌｉ）を形成する外側表面を有する内側円筒形部分を含む内側壁と
を含む。共振空洞は、中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ外側円筒形部分及び内側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍに関して対称である。

電子供給源は、ミッドプレーンＰｍに沿って、外側導体セクション上の導入入口開口部から中心軸Ｚｃまで共振器空洞内に電子のビームを半径方向に注入するように適合されている。

ＲＦシステムは、共振空洞に結合され、且つ外側導体セクションから内側導体セクションに向かって、及び内側導体セクションから外側導体セクションに向かって延在するミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って電子ビームの電子を加速させるために、周波数（ｆ_ＲＦ）で発振する電界Ｅを外側導体セクションと内側導体セクションとの間に生成するように適合されている。

少なくとも１つの磁石ユニットは、ミッドプレーンＰｍの両側に位置決めされ、且つ少なくとも１つの偏向ウィンドウにより共振空洞と流体連通する偏向チャンバ内に磁界を生成するように適合されている、第１及び第２永久磁石から構成された偏向磁石を含み、磁界は、少なくとも１つの偏向ウィンドウを通じて、共振空洞から出る電子ビームをミッドプレーンＰｍ内の第１半径方向軌跡に沿って偏向させ、且つ少なくとも１つの偏向ウィンドウを通じて又は第２偏向ウィンドウを通じて、ミッドプレーンＰｍ内の第２半径方向軌跡に沿って中心軸に向かって電子ビームを共振空洞内にリダイレクトするように適合されており、前記第２半径方向軌跡は第１半径方向軌跡と異なる。

第１及び第２永久磁石は、好ましくは、個別の磁石要素の１つ又は複数の列を含み、且つミッドプレーンＰｍに関して偏向チャンバの両側に配設されている、ミッドプレーンＰｍに平行なアレイにおいて並んで配列されたいくつかの個別の磁石要素によってそれぞれ形成されている。この結果、このような個別の磁石要素のうちの１つ又はいくつかの追加又は除去による磁界の微調整が可能である。好ましくは、個別の磁石要素は、矩形の直方体、立方体、又は円筒体などのプリズムの形状である。

また、磁石ユニットは、個別の磁石要素を支持する磁石表面と、支持要素の厚さだけ磁石表面から分離されたチャンバ表面とをそれぞれ含む第１及び第２支持要素を含み得、前記チャンバ表面は、偏向チャンバの壁を形成するか、又はそれに連続している。好ましくは、第１及び第２支持要素のそれぞれのチャンバ表面及び磁石表面は、平坦であり且つミッドプレーンＰｍに平行である。望ましい大きさの磁界を生成するために必要とされる別個の要素の数に応じて、第１及び第２支持要素のそれぞれのチャンバ表面は、磁石表面の表面積よりも小さい表面積を有することができる。この場合、第１及び第２支持要素のそれぞれは、好ましくは、共振空洞から離れており、且つ磁石表面をチャンバ表面に結合するテーパー化された表面を含む。

また、本発明の電子加速器は、第１及び第２支持要素の磁石表面に個別の磁石要素を追加するか、又はそれから個別の磁石要素を除去するツールを含むこともできる。ツールは、アレイの所与の列において望まれるいくつかの個別の磁石要素を受け入れるための細長いプロファイル、好ましくは、Ｌプロファイル又はＣプロファイルと、細長いプロファイルに沿って個別の磁石要素を押し出すための、細長いプロファイル上に摺動可能に取り付けられた細長いプッシャとを含む。

また、磁石ユニットは、第１及び第２支持要素をその望ましい位置に保持するヨークを含むこともできる。好ましくは、ヨークは、第１及び第２支持要素の位置の微調整を可能にする。

好適な一実施形態では、本発明の電子加速器の共振空洞は、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第１半体シェル（１１）と、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第２半体シェル（１２）と、
・第１及び第２半体シェル間にミッドプレーンＰｍのレベルで挟持された内径Ｒの中心リング要素（１３）と
によって形成されている。この実施形態では、外側導体セクションを形成する表面は、第１及び第２半体シェルの円筒形外側壁の内側表面により、且つ好ましくは第１及び第２半体シェルの両方の内側表面と同一平面である中心リング要素の内側エッジにより形成されている。

第１及び第２半体シェルのそれぞれは、円筒形外側壁、底蓋、及び底蓋から突出する中心ピラーを含むことができる。また、電子加速器は、第１及び第２半体シェルの中心ピラー間に挟持された中心チャンバを含むこともできる。中心チャンバは、中心軸Ｚｃの円筒形周壁を含み、開口部は、対応する偏向ウィンドウ及び導入入口開口部と半径方向にアライメントされる。好ましくは、内側導体セクションを形成する表面は、中心ピラーの外側表面により、且つその間に挟持された中心チャンバの周壁により形成されている。

中心リング要素の一部分は、第１及び第２半体シェルの両方の外側壁の外側表面を越えて半径方向に延在することができる。これは、少なくとも１つの磁石ユニットが、その結果、中心リング要素の前記一部分上に装着され得るという点で有利である。

少なくとも１つの磁石ユニットの偏向チャンバは、中心リング要素の厚さ内に中空化空洞によって形成され得、偏向ウィンドウは、中心リング要素の中心に対向する中心リング要素の内側エッジに形成されている。

好ましくは、本発明による電子加速器は、Ｎ個の磁石ユニット（ここで、、Ｎ＞１である）を含み、ｎ個の磁石ユニット（ここで、１≦ｎ≦Ｎである）の偏向磁石は、第１及び第２永久磁石から構成されている。

好ましくは、少なくとも１つの磁石ユニットは、０．０５Ｔ〜１．３Ｔ、好ましくは０．１Ｔ〜０．７Ｔに含まれる磁界を偏向チャンバ内に形成する。

例として且つ添付の図面を参照して、本発明のこれらの及び更なる態様について更に詳細に説明することとする。

図１は、本発明による電子加速器の一例を概略的に示し、（ａ）は、プレーン（Ｘ，Ｙ）上の断面であり、及び（ｂ）は、（Ｘ、Ｚ）に垂直のプレーン（Ｘ，Ｙ）上の図である。 図２は、本発明による電子加速器を概略的に示し、（ａ）は、本発明の好適な一実施形態の様々な要素の分解図であり、（ｂ）は、使用するためにスタンド上で取り付けの準備が整っており、及び（ｃ）は、中心リング及び偏向チャンバの構造の一実施形態の拡大図である。 図３は、本発明による好適なロードトロンで使用される磁石ユニットの一例を示し、（ａ）は、プレーン（Ｚ，ｒ）に沿った断面図であり、ここで、ｒはミッドプレーンＰｍ内に位置し、且つ中心軸Ｚｃと交差し、及び（ｂ）は、磁石ユニットに対して個別の磁石ユニットを追加又は除去するためのツールを示す斜視図である。 図４は、（ａ）１０ＭｅＶ及び（ｂ）６ＭｅＶの電子ビームについて、ロードトロンから抽出された電子ビームの方向が修正され得る方式を示す。

これらの図の縮尺は正確ではない。

ロードトロン
図１及び図２は、本発明によるロードトロンであって、
（ａ）中空閉鎖導体からなる共振空洞（１）と、
（ｂ）電子供給源（２０）と、
（ｃ）真空システム（図示せず）と、
（ｄ）ＲＦシステム（７０）と、
（ｅ）少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）を含む磁石システムと
を含むロードトロンの一例を示す。

共振空洞
共振空洞（１）は、
（ａ）中心軸Ｚｃと、
（ｂ）中心軸Ｚｃと同軸である外側円筒形部分を含み、且つ外側導体セクション（１ｏ）を形成する内側表面を含む外側壁と、
（ｃ）外側壁内に封入され、及び中心軸Ｚｃと同軸の内側円筒形部分を有し、且つ内側導体セクション（１ｉ）を形成する外側表面を含む内側壁と、
（ｄ）外側壁及び内側壁を結合し、これにより共振空洞を閉鎖する２つの底蓋（１１ｂ、１２ｂ）と、
（ｅ）中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ内側円筒形部分及び外側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍと
を含む。ミッドプレーン及び中央軸の交差は共振空洞の中心を定義する。

共振空洞（１）は、ミッドプレーンＰｍに関して２つの対称部分に分割される。このミッドプレーンに関する共振空洞の対称性は、共振空洞の形状に関するものであり、例えば、ＲＦシステム（７０）又は真空システムを接続するための任意の開口部の存在を無視している。従って、共振空洞の内側表面は、ドーナツ形容積の形態の中空閉鎖導体を形成する。

ミッドプレーンＰｍは、垂直方向であってもよく、水平方向であってもよく、又はロードトロンが安着する地面に関して任意の適切な向きを有することもできる。好ましくは、これは垂直方向である。

共振空洞（１）は、ＲＦシステム（７０）及び真空システム（図示せず）を接続するための開口部を含むことができる。これらの開口部は、好ましくは、２つの底蓋（１１ｂ、１２ｂ）のうちの少なくとも１つに生成される。

また、外側壁は、ミッドプレーンＰｍと交差する開口部も含む。例えば、外側壁は、共振空洞（１）内に電子ビーム（４０）を導入するための導入入口開口部を含む。また、外側壁は、望ましいエネルギーに加速された電子ビーム（４０）を共振空洞から排出するための電子ビーム出口（５０）も含む。また、外側壁は、共振空洞を対応する偏向チャンバ（３１、以下を参照されたい）と流体連通させる偏向ウィンドウ（３１ｗ）も含む。一般に、ロードトロンは、いくつかの磁石ユニットと、いくつかの偏向ウィンドウとを含む。

ロードトロンは、一般に、電子ビームの電子を１〜５０ＭｅＶ、好ましくは３〜２０ＭｅＶ、更に好ましくは５〜１０ＭｅＶであり得るエネルギーに加速させる。

内側壁は、直線状の半径方向軌跡に沿った内側円筒形部分を通じた電子ビームの通過を可能にする、対応する偏向ウィンドウ（３１ｗ）と半径方向にアライメントされた開口部を含む。

中空閉鎖導体からなる共振空洞（１）の表面は、導電性材料から製造される。例えば、導電性材料は、金、銀、プラチナ、アルミニウムのうちの１つであってもよく、好ましくは銅である。外側及び内側壁及び底蓋は、導電性材料の層によって被覆された鋼から製造することができる。

共振空洞（１）は、０．３ｍ〜４ｍ、好ましくは０．４ｍ〜１．２ｍ、更に好ましくは０．５ｍ〜０．７ｍの直径２Ｒを有することができる。

中心軸Ｚｃに平行に計測された共振空洞（１）の高さは、０．３ｍ〜４ｍ、好ましくは０．４ｍ〜１．２ｍ、更に好ましくは０．５ｍ〜０．７ｍであってもよい。ミッドプレーンＰｍに平行に計測された、共振空洞（１）、電子供給源（２０）、真空システム、ＲＦシステム（７０）及び１つ又は複数の磁石ユニットを含むロードトロンの直径は、１〜５ｍ、好ましくは１．２〜２．８ｍ、更に好ましくは１．４〜１．８ｍであってもよい。中心軸Ｚｃに平行に計測されたロードトロンの高さは、０．５〜５ｍ、好ましくは０．６〜１．５ｍ、更に好ましくは０．７〜１．４ｍであってもよい。

電子供給源、真空システム及びＲＦシステム
電子供給源（２０）は、電子ビーム（４０）を生成し、且つミッドプレーンＰｍに沿って導入入口開口部を通じて中心軸Ｚｃに向かって共振空洞内に導入するように適合されている。例えば、電子供給源は、電子ガンであってもよい。当業者には周知のように、電子ガンは、正確な運動エネルギーを有する狭くてコリメートされた電子ビームを生成する電気コンポーネントである。

真空システムは、共振空洞（１）から空気をポンピング排出し、且つその内部に真空を生成する真空ポンプを含む。

ＲＦシステム（７０）は、カプラを介して共振空洞（１）に結合されており、通常、ＲＦ信号を生成するために共振周波数ｆ_ＲＦで発振するように設計された発振器を含み、これには、チェーンの末尾で望ましい出力パワーを実現するように１つの増幅器又は増幅器のチェーンが後続されている。従って、ＲＦシステムは、共振空洞内に共振半径方向電界Ｅを生成する。共振半径方向電界Ｅは、例えば、外側導体セクションから内側導体セクションに向かって、且つその後、内側導体セクションから偏向ウィンドウ（３１ｗ）に向かってミッドプレーンＰｍ内に位置した軌跡に沿って電子ビーム（４０）の電子を加速させるために発振する。共振半径方向電界Ｅは、一般に、「ＴＥ００１」タイプであり、これは、電界が横方向（「ＴＥ」）であり、回転対称性を有し（第１の「０」）、空洞の１つの半径に沿って相殺されず（第２の「０」）、且つ中心軸Ｚに平行な方向において前記電界のハーフサイクルであることを定義する。

磁石システム
磁石システムは、ミッドプレーンＰｍの両側に位置決めされ、且つ偏向チャンバ（３１）内に磁界を生成するように適合されている、第１及び第２永久磁石（３２）から構成された偏向磁石を含む少なくとも１つの磁石ユニット（３０１）を含む。偏向チャンバは、少なくとも１つの偏向ウィンドウ（３１ｗ）によって共振空洞（１）と流体連通する。

好ましくは、磁石システムは、いくつかの磁石ユニット（３０ｉ、ここで、ｉ＝１，２，．．．Ｎである）を含む。Ｎは、磁石ユニットの合計数に等しく、且つ１〜１５、好ましくは４〜１２、更に好ましくは５〜１０である。磁石ユニットの数Ｎは、所与のエネルギーでロードトロンを出る前の電子ビーム（４０）の電子の（Ｎ＋１）回の加速に対応する。例えば、図４は、（ａ）では、１０ＭｅＶの電子ビームを生成する９個の磁石ユニット（３０ｉ）を含むロードトロンを示す一方、（ｂ）では、ロードトロンは、６ＭｅＶの電子ビームを生成する５個の磁石ユニットを含む。

電子ビームは、電子供給源（２０）により、ミッドプレーンＰｍに沿って導入入口開口部を通じて共振空洞内に注入される。電子ビームは、ミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡を辿り、前記軌跡は、
（ａ）第１開口部を通じて内側壁と交差し、
（ｂ）共振空洞の中心（即ち、中心軸Ｚｃ）と交差し、
（ｃ）第２開口部を通じて内側壁と交差し、
（ｄ）第１偏向ウィンドウ（３１ｗ）を通じて外側壁と交差し、
（ｅ）第１偏向チャンバ（３１）と交差する。
次いで、電子ビームは、磁石ユニット（３０ｉ）の偏向磁石によって偏向され、且つ第１又は第２偏向ウィンドウを通じて、異なる半径方向軌跡に沿って共振空洞内に再導入される。電子ビームは、ターゲットエネルギーに到達する時点まで、このような経路をＮ回にわたって辿ることができる。次いで、電子ビームは、電子ビーム出口（５０）を通じて共振空洞から抽出される。

永久磁石
従来技術のロードトロンは、電子ビームの軌跡を共振空洞内に偏向させて戻すために使用される磁石ユニット内に電磁石を使用するが、本発明によるロードトロンは、少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）の偏向磁石が第１及び第２永久磁石（３２）から構成されているという点でこのような従来技術のロードトロンと異なる。

一般に、ロードトロンは、複数の磁石ユニット（３０ｉ）を含む。合計でＮ個の磁石ユニット（ここで、Ｎ＞１である）を含む好適な一実施形態では、ｎ個の磁石ユニット（ここで、１≦ｎ≦Ｎである）は、第１及び第２永久磁石（３２）から構成された偏向磁石を含む。例えば、図４（ａ）に示されているロードトロンは、Ｎ＝９個の磁石ユニットを含み、図４（ｂ）に示されているロードトロンは、Ｎ＝５個の磁石ユニットを含む。図４（ａ）及び（ｂ）において、すべての磁石ユニットが永久磁石を含む（ｎ＝Ｎ）。本発明によるロードトロンは、ロードトロンの１つ又は複数（Ｎ−ｎ）個の磁石ユニットが電磁石であり得るように、Ｎ個の磁石ユニットのうちの少なくとも１つが永久磁石を含むことを必要とする。実際には、ロードトロンは、例えば、１つの電磁石（即ち、ｎ＝Ｎ−１）、又は２つの電磁石（即ち、ｎ＝Ｎ−２）、又は３つの電磁石（即ち、ｎ＝Ｎ−３）を含むことができる。

ロードトロンは、好ましくは、最大で１つの電磁石を含む。例えば、電子供給源（２０）の反対側に配置された第１磁石ユニット（３０１）は、他の（Ｎ−１）個の磁石ユニットと異なることが可能であり、なぜなら、電子ビームが他の磁石ユニットよりも低い速度で前記第１磁石ユニットに到達するからである。電子ビームを発振電界と同相で共振空洞内に戻すために、第１磁石ユニット内の偏向経路は、（Ｎ−１）個の残りの磁石ユニットとわずかに異なっていなければならない。従って、第１磁石ユニット（３０１）を電磁石とすることにより、対応する偏向チャンバ（３１）内で生成される磁界の容易な微調整を可能にし得る。

すべての磁石ユニットが電磁石を装備している従来技術のロードトロンから、少なくとも１つの磁石ユニット、好ましくはいくつかの磁石ユニットが永久磁石を装備している本発明によるロードトロンへの変化は、結果論として容易なステップであると思われ得るが、これは事実と異なり、且つ当業者は、以下の理由から、このようなステップの採用に対して強い偏見を持つことになるであろう。ロードトロンは、電子ビームが図１（ｂ）に示されている花形状の経路を辿ることを保証するために正確な微調整を必要とする非常に洗練された装置である。ＲＦシステム及び共振空洞の寸法は、望ましい周波数ｆ_ＲＦで発振し、且つ波長λ_ＲＦを有する電界の生成を保証しなければならない。具体的には、ロードトロン構成は、偏向チャンバ（３１）を通じた第１半径方向軌跡に沿った中心軸Ｚｃから磁石ユニット（３０ｉ）までの、且つ第２半径方向軌跡に沿った磁石ユニット（３０ｉ）から中心軸Ｚｃまでの戻りの、電子が移動するループ（即ち、図１（ｂ）に示されている花形状の経路の１つの花びら）の距離Ｌが電界の波長λ_ＲＦの倍数である、即ち、Ｌ＝Ｍλ_ＲＦであることを保証しなければならず、この場合、Ｍは整数であり、好ましくは、Ｍは１に等しく、且つ従ってＬ＝λ_ＲＦである。

偏向チャンバ内で電子ビームが辿る円形の経路の半径は、偏向磁石の第１及び第２永久磁石（３２）間に生成される磁界の大きさに依存する。ロードトロンのそれぞれの且つすべての磁石ユニット内の前記磁界の微調整は、電子ビームが発振電界と同相状態で予め確立された花形状の経路を辿ることを保証するために不可欠である。これは、コイル内に送られる電流を単純に制御することにより、電磁石によって容易に実現することができる。１つの磁石ユニットにおける電子ビームの偏向経路のすべての逸脱が他の磁石ユニット内で再現され、且つ電子ビームの最終的な半径方向軌跡が電子ビーム出口（５０）からオフセットされ、これにより、ロードトロンが機能不能且つ危険な状態になり得る程度まで増幅される。

対照的に、永久磁石は、使用される材料に固有の所与の磁界を生成し、且つ永久磁石の容積を変更することによってのみ変更することができる。従って、当業者は、ロードトロンの磁石ユニットの何れかに永久磁石を使用することに対して強い偏見を有しており、なぜなら、偏向チャンバ内における磁界の微調整が不可能であるか、又は少なくとも電磁石よりも格段に困難であると思われるからである。永久磁石から小片又は断片を切り取ることは実行可能な選択肢ではなく、なぜなら、これは、制御及び再現性を欠いているからである。この理由のみからしても、当業者には、第１及び第２永久磁石（３２）から構成された偏向磁石を装備した磁石ユニットにより、第１及び第２電磁石から構成された偏向磁石を装備したロードトロンの磁石ユニットを置換することは理解可能ではなく、なぜなら、ロードトロンの適切な動作を保証するための磁界の微調整が実現可能でないからである。

本発明では、少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）の偏向磁石が第１及び第２永久磁石（３２）から構成されている。偏向チャンバ内の磁界の微調整の欠如に関する当業者の偏見は、本発明では、以下の好適な実施形態によって克服される。図３に示されているように、第１及び第２永久磁石によって生成される偏向チャンバ内の磁界Ｂｚは、ミッドプレーンＰｍに平行なアレイにおいて並んだ状態でいくつかの個別の磁石要素（３２ｉ）を配列することによって第１及び第２永久磁石のそれぞれを形成することにより、微調整することができる。アレイは、個別の磁石要素の１つ又は複数の列によって形成される。アレイは、ミッドプレーンＰｍに関して偏向チャンバの両側に配設される。個別の磁石要素は、好ましくは、矩形の直方体、立方体、又は円筒体などのプリズムの形状である。別個の矩形の直方体磁石要素は、互いに上下に積層され且つ磁力によって互いに付着する２つの立方体により形成することができる。

それぞれのアレイ内の個別の磁石要素の数を変更することにより、偏向チャンバ内に生成される磁界を相応して変更することができる。例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ永久磁石材料の１２×１２×１２ｍｍの立方体を２×２で積層することにより、寸法１２×１２×２４ｍｍの矩形直方体の個別の磁石要素を形成することができる。フェライト又はＳｍ−Ｃｏ永久磁石などの他の磁性材料を代わりに使用することもできる。偏向チャンバの反対側に配設された１つのこのような個別の磁石要素は、約３．９×１０^−３テスラ（Ｔ）（＝３８．３ガウス（Ｇ）、ここで、１Ｇ＝１０^−４Ｔである）の磁界を生成することができる。約０．６Ｔ（＝６０６０Ｇ）の望ましい磁界Ｂｚの場合、偏向チャンバの両側に１５６個のこのような個別の磁石要素が必要とされる。これらは１２×１３のアレイで構成することができる。従って、偏向チャンバ内の磁界Ｂｚは、アレイに対して個別の磁石要素を１つずつ追加又は除去することにより、３．９×１０^−３／６×１０^−１＝０．６％の個別のステップで調整することができる。図３（ａ）のグラフは、偏向チャンバの両側に配設される個別の要素の列の数の２つの例における、半径方向ｒに沿った偏向チャンバ内の磁界を示す。実線は、破線よりも相対的に大きい数の個別の磁石要素によって生成された大きい磁界を示す。これらの計測値は、本発明に従って形成された、具体的には個別の磁石要素によって形成された永久磁石により、偏向チャンバの全体にわたって非常に一定の磁界を得ることができることを示す。

個別の磁石要素のアレイから製造された永久磁石を使用することにより、個々の偏向チャンバ内の磁界の非常に重要な微調整が可能となることにより、永久磁石の使用は、電磁石の使用と比べていくつかの利点を提供する。第１に、ロードトロンの全体的なエネルギー消費が低減され、なぜなら、永久磁石は電力供給される必要がないからである。これは、限られた電源容量を有するエネルギー供給源に接続されるモバイルユニットの場合に有利である。上述のように、（特許文献２）に記述されているように、ロードトロンのデューティサイクルの一部分においてのみＲＦ供給源を提供することによっても、ロードトロンの電源ニーズは共振空洞の直径２Ｒの減少に伴って増大する。従って、永久磁石の使用は、ロードトロンのエネルギー消費の減少に寄与する。

永久磁石は、共振空洞の外側壁に対して直接的に結合させることが可能である一方、電磁石のコイルは、前記外側壁から一定の距離に位置決めしなければならない。磁石ユニットが外側壁に直接隣接した状態となることを可能にすることにより、ロードトロンの構造は、図２（ａ）及び（ｃ）を参照して後述するように、大幅に単純化され且つ製造費用が相応して低減される。更に、永久磁石は、何らの電気配線、水冷システム、過熱に対する断熱も必要とせず、例えば、水の流動又は流れを調節するように構成された何らのコントローラも必要としない。また、磁石ユニットに結合されるこれらの要素の欠如も製造費用を大幅に低減する。

使用時、電磁石を装備した従来技術のロードトロンが停電を経験した場合、電磁石は磁界の生成を休止するが、磁石ユニットのすべての強磁性コンポーネントによって生成される残留磁界は持続することになる。電源が回復されると、それぞれの磁石ユニット内に望ましい磁界を生成するように機器の全体を較正する必要がある。これはデリケートなプロセスである。停電は、固定設備ではそれほど頻繁に発生し得ないが、様々な容量及び品質の電気設備にプラグ接続されるモバイルユニットの場合に頻繁となる。

図３（ａ）に示されているように、それぞれの磁石ユニットは、個別の磁石要素を支持する磁石表面（３３ｍ）と、支持要素の厚さだけ磁石表面から分離されたチャンバ表面（３３ｃ）とをそれぞれ含む第１及び第２支持要素（３３）を含む。チャンバ表面は、偏向チャンバの壁を形成するか、又はそれに連続している。図３（ａ）では、２つの支持要素のチャンバ表面は、偏向チャンバの第１及び第２反対側壁に連続しており、偏向チャンバは、図２（ａ）との関係において後述するように、中心リング要素（１３）内の空洞として形成される。第１及び第２支持要素は、上述のように、個別の磁石要素（３２ｉ）から形成された第１及び第２永久磁石（３２）からの磁界を駆動するために、強磁性材料から製造しなければならない。第１及び第２支持要素が偏向チャンバの第１及び第２反対側壁に連続している場合、前記壁も同一の理由で強磁性材料から製造しなければならない。

第１及び第２支持要素のそれぞれのチャンバ表面及び磁石表面は、好ましくは、平坦であり且つミッドプレーンＰｍに平行である。図３（ａ）に示されているように、第１及び第２支持要素のそれぞれのチャンバ表面は、磁石表面の表面積よりも小さい表面積を有する。これは、例えば、０．２〜０．７Ｔ（＝２０００〜７０００Ｇ）の磁界を偏向チャンバ内に生成するために個別の磁石要素のアレイ内で必要とされる数の列が、チャンバエリアを越えて更に半径方向に延在する場合に発生し得る。これは問題とはならず、なぜなら、磁力線が共振空洞から離れており、且つ磁石表面をチャンバ表面に結合しているテーパー化された表面（３３ｔ）に沿って、第１及び第２支持要素を通じて磁石表面の最も遠い部分からチャンバ表面まで駆動され得るからである。第１及び第２支持要素のこれらのテーパー化された表面は、個別の磁石要素によって入手可能である磁界の範囲を拡幅することになり、なぜなら、その結果、偏向チャンバ内の均一な磁界を維持しつつ、磁石表面の面積がチャンバ表面の面積を上回り得るからである。

磁界の安定性の理由から、例えば、第１及び第２支持要素が個別の磁石要素の最大容量に負荷印加されると、支持要素内における磁界の飽和に到達するように第１及び第２支持要素を寸法設定することが好ましい。

偏向チャンバ内で必要とされる磁界は、偏向ウィンドウ（３１ｗ）を通じて半径方向軌跡に沿って共振チャンバを出る電子ビームの軌跡を１８０°超の角度の円の円弧で折り曲げることにより、電子ビームの軌跡を第２半径方向軌跡に沿って共振チャンバ内に戻るように駆動するのに十分でなければならない。例えば、図１（ｂ）に示されている９個の磁石ユニット（３０ｉ）を含むロードトロンでは、角度は１９８°に等しくてもよい。円の円弧の半径は４０〜８０ｍｍ、好ましくは５０〜６０ｍｍのレベルであってもよい。従って、チャンバ表面は、６５〜８０ｍｍのレベルの半径方向における長さを有していなければならない。このような円の円弧に電子ビームを折り曲げるのに必要とされる磁界は、偏向対象の電子ビームのエネルギー（速度）に応じて０．０５Ｔ〜１．３Ｔ、好ましくは０．１Ｔ〜０．７Ｔのレベルである。例示を目的とした例として、それぞれ約３９Ｇ（＝３．９×１０^−３Ｔ）の磁界を生成する、上述の半径方向に沿って計測された１２ｍｍ幅の個別の磁石要素を使用することにより、１２個の個別の磁石要素の１３個の列のアレイで配列された１５６個の別個の要素が、その内部に０．６Ｔの磁界を生成するために偏向チャンバの両側に必要とされる。それぞれの列が１ｍｍの距離だけその隣接する列から分離されている場合、１５６個の別個の磁石要素を支持するために、半径方向に計測された少なくとも１６０ｍｍの磁石表面の長さが必要とされる（＝１３列×１２ｍｍ＋１２インターバル×１ｍｍ＝１６０ｍｍ）。従って、この例では、磁石表面の長さは、半径方向に沿ったチャンバ表面の長さの２〜２．３倍だけ大きいレベルになり得る（＝１６０／８０〜１６０／７０＝２〜２．３）。

従って、個別の磁石要素のアレイは、８〜２０列、好ましくは１０〜１５列という列の最大数を数えることができ、それぞれの列は、８〜１５個の個別の磁石要素、好ましくは１０〜１４個の個別の磁石要素を数える。それぞれのアレイ内の別個の要素の数が多いほど、偏向チャンバ内の磁界Ｂｚのより微細な調整を実行することができる。

磁石表面に対する個別の磁石ユニットの追加及び除去は、これを目的として特別に設計されたツールにより容易に実行することができる。図３（ｂ）に示されているように、ツール（６０）は、細長いプロファイル（６１）を含む。細長いプロファイル（６１）は、好ましくは、いくつかの望ましい個別の磁石要素を所与のアレイの列に受け入れるためのＬプロファイル又はＣプロファイルである。個別の磁石要素を細長いプロファイルに沿って押し出すために、細長いプロファイル上に細長いプッシャ（６２）が摺動可能に取り付けられている。望ましい数の個別の磁石要素が装填されたツールは、個別の磁石要素の導入対象であるアレイの列に対向するように位置決めされる。個別の磁石要素は、列に沿ってプッシャによって押し出される。個別の磁石要素が細長いプロファイル上に装填されると、個別の要素は互いに反発し、且つ個別の要素を互いに分離する空間を伴って、個別の要素自体が細長いプロファイルの長さに沿って分散される。細長いプッシャによって個別の磁石要素を押し出す際に初期抵抗を克服しなければならず、且つ次いで、個別の磁石要素はアレイによりそのまま吸収され、且つ互いに接触した状態で対応する列に沿ってアライメントされる。

アレイからの個別の磁石要素の列又は列の一部分の除去は、除去対象の列のレベルでツール（６０）を位置決めし、且つ列の他方の側において個別の磁石要素を押し出すように列に沿って細長いプッシャによって押し出すことにより、ツール（６０）によって非常に容易に実現することができる。ツール（６０）により、偏向チャンバ内の磁界は、個々の個別の磁石要素又は個別の磁石要素の列全体の除去又は追加により容易に変更することが可能であり、且つ微調整も実行することができる。これは、工場では装置提供者により又は現場ではエンドユーザーにより実行することができる。

第１及び第２支持要素などの磁石ユニットの要素を定位置に保持するために、且つ特に磁力線が閉ループを形成した状態における磁石ユニットの磁気回路の閉路を保証するために、磁気ユニットは、図３に示されているヨーク（３５）を含む。ヨークは、磁束戻り経路として機能するその動作を保証するために強磁性材料から製造しなければならない。ヨークは、好ましくは、第１及び第２支持要素の位置の微調整を可能にする。

電子加速器のモジュラー構造
図４に示されているように、ロードトロンは、いくつかの異なる構成で供給することができる。例えば、異なるユーザーは、異なるエネルギーの電子ビームを生成するロードトロンを必要とし得る。ロードトロンから出る電子ビームのエネルギーは、出口（５０）に到達する前に電子ビームが辿る半径方向加速軌跡の数によって制御することが可能であり、この軌跡の数は、ロードトロン内の有効な磁石ユニットの数に依存する。図４（ａ）のロードトロン（＝左列）は、９個の磁石ユニットを含み、且つ１０ＭｅＶの電子ビームを生成するように構成されている。図４（ｂ）のロードトロン（＝右列）は、５個の磁石ユニットを含み、且つ６ＭｅＶの電子ビームを生成するように構成されている。異なるユーザーは、所与の向きの軌跡に沿ってロードトロンを出る加速された電子ビームを必要とし得る。図４（ａ１）及び図４（ｂ１）のロードトロン（＝最上部の行）は、水平方向に（即ち、０°の角度で）ロードトロンを出る電子ビームを生成する。図４（ａ２）及び図４（ｂ２）（＝中間の行）並びに図４（ａ３）及び図４（ｂ３）（＝最下部の行）のロードトロンは、垂直方向にそれぞれ下方に（即ち、−９０°の角度で）且つ上方に（即ち、９０°の角度で）ロードトロンを出る電子ビームを生成する。

従来技術のロードトロンは、一般に、「水平方向に」、即ち、そのミッドプレーンＰｍが水平方向であり、且つロードトロンが安着した表面に平行である状態で位置決めされる。ロードトロンを（垂直方向に）中心軸Ｚｃを中心として回転させることにより、電子ビーム出口（５０）をミッドプレーンＰｍに沿って任意の方向に方向付けすることができる。但し、ミッドプレーンから外に（例えば、ミッドプレーンに関して４５°、又は９０°、又は２７０°で垂直方向に）電子ビーム出口（５０）を方向付けることは可能ではない。本発明のロードトロンは、好ましくは、「垂直方向に」、即ち、中心軸Ｚｃが水平方向であり、且つロードトロンが安着した表面に平行であり、その結果、ミッドプレーンＰｍが垂直方向となる状態で位置決めされる。垂直方向の向きに設置されたロードトロンユニットは、いくつかの利点を有する。第１に、これは、ロードトロンによって占有される地面上の面積の減少に結び付く。この結果、ロードトロンの設置に必要とされる空間が、モバイルロードトロンユニットが貨物自動車の荷台内に設置され得る程度まで低減される。第２に、ロードトロンの垂直方向の向きは、電子ビーム出口（５０）を空間の任意の方向に方向付けることを可能にする。ロードトロンは、ミッドプレーンＰｍに沿った任意の方向に到達するように、例えば、図４に示されている（水平方向の）中心軸Ｚｃを中心として回転させることも可能であり、且つ空間内の任意の方向に到達するように、中心軸Ｚｃと交差するミッドプレーンＰｍの垂直方向軸を中心として回転させることもできる。製造費用を低減するために、後述するように、モジュール又は要素の新しい組が開発されており、これにより、電子ビーム出口の任意の向きを有するロードトロンの製造がモジュール又は要素の同一の組によって可能となっており、その結果、電子ビーム出口（５０）の任意の方向に適した「クロッキングシステム」が実現されている。

これまで、異なる構成を有する２つのロードトロンは、ロードトロンの多くの部分の個別の再設計を必要とし、前記部分は、個々に特注及び製造しなければならない。上述のように、本発明は、あらゆる構成のロードトロンに共通する要素又はモジュールの組を含む、完全に革新的な概念を提案している。要素自体ではなく、要素の組立体を変更することにより、ロードトロンの異なる構成を得ることができる。この結果、ロードトロンの製造に必要とされるツール及びモールドの数が大幅に低減され、これにより製造費用を低減することができる。

図２（ａ）の分解図には、本発明によるロードトロンのモジュラー構造が示されている。ロードトロンの共振空洞は、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第１半体シェル（１１）と、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第２半体シェル（１２）と、
・第１及び第２半体シェル間にミッドプレーンＰｍのレベルで挟持された内径Ｒの中心リング要素（１３）と
によって形成される。

図２（ａ）を参照すると、第１及び第２半体シェルのそれぞれは、円筒形外側壁、底蓋（１１ｂ、１２ｂ）、及び底蓋から突出する中心ピラー（１５ｐ）を含む。中心チャンバ（１５ｃ）を第１及び第２半体シェルの中心ピラー間に挟持することができる。

上述のように、共振空洞は回転円環体様の形状を有する。共振空洞の内側表面全体が導体材料から製造される。具体的には、外側導体セクション（１ｏ）を形成する表面は、第１及び第２半体シェルの円筒形外側壁の内側表面により、好ましくは第１及び第２半体シェルの両方の内側表面と同一平面上に位置した中心リング要素の内側エッジにより形成される。内側導体セクション（１ｉ）を形成する表面は、中心ピラーの外側表面により、且つその間に挟持された中心チャンバの周壁により形成される。

図２（ａ）及び図３（ａ）で見ることができるように、中心リング要素（１３）は、その厚さによって互いに分離された第１及び第２主表面を有する。中心リング要素の一部分は、第１及び第２半体シェルの両方の外側壁の外側表面を越えて半径方向に延在し、これにより、半径方向に外向きに延在するフランジを形成する。磁石ユニット（３０ｉ）は、前記フランジ上に取り付け及び装着することができる。磁石ユニットとフランジとの間における装着は、好ましくは、磁石ユニットをミッドプレーンＰｍ及び電子ビームの軌跡と微細にアライメントさせるためのある程度の遊びを許容する。具体的には、磁石ユニットは、好ましくは、磁石ユニットをミッドプレーンに関して完全な対称性を有するように位置決めするために半径方向に傾斜させることが可能であり、中心軸Ｚｃに平行な方向に沿って平行運動させることが可能であり、電子ビーム軌跡との完全なアライメントのためにミッドプレーンＰｍに平行に平行運動させることも可能であり、中心軸Ｚｃに平行な軸を中心として回転させることもできる。

最も好ましい一実施形態では、少なくとも１つの磁石ユニットの偏向チャンバ（３１）は、中心リング構造の厚さ内に中空化空洞によって形成され得、偏向ウィンドウ（３１ｗ）は、中心リング要素の中心及び中心軸Ｚｃに対向する中心リング要素の内側エッジに形成される。好ましくは、ロードトロンのいくつかの偏向チャンバ、更に好ましくはすべての偏向チャンバは、中心リング要素の厚さ内に個々の中空化空洞によって形成され、対応する偏向ウィンドウは、中心軸Ｚｃに対向する中心リング要素の内側エッジ内に形成される。この構造は、以下の理由から従来技術の設計と比較してロードトロンの製造費用を格段に低減する。

電磁石は、その間に磁界が形成されるコイルを含むため、共振空洞の外側壁に直接隣接した状態で配置することができない。従って、電磁石が提供された従来技術のロードトロン内の偏向チャンバは、共振空洞を出た電子ビームの半径方向軌跡とアライメントされた１つのパイプと、共振空洞内に戻るように進入する電子ビームの半径方向軌跡とアライメントされたもう１つのパイプという２つのパイプによって共振空洞に結合された個別のコンポーネントとして製造される。２つのパイプは、一端では磁石ユニットに、且つ他端では共振空洞の外側壁に結合されなければならない。パイプの結合は、溶接、ねじ留め、リベット結合、及びこれらに類似したもののうちの１つ又は複数によって実行することができる。結合の気密性を保証するために封止Ｏリングが使用されてもよい。この結合動作は、熟練技術者によってのみ手作業で実行することができる。これは、時間を要し、多大な費用を要し、且つ異なるコンポーネント（チューブやチャンバなど）のミスアライメントのリスクを伴う。

永久磁石を使用することにより、磁石ユニットは、共振空洞の外側壁に直接隣接した状態で配置することができる。中心リング要素の厚さ内に中空化空洞として偏向チャンバを提供することにより、偏向チャンバは、すべて単一のリング形状のプレートから正確に自動的に機械加工することができる。次いで、このように形成されたそれぞれの偏向チャンバ上で磁石ユニットを中心リングに結合することができる。これらの動作は、上述のように、２つの溶接されたパイプによってそれぞれの個々の磁石ユニットを外側共振空洞に結合する場合よりも格段に正確であり、再現可能であり、迅速であり、且つ費用効率に優れている。

偏向チャンバ（３１）は、以下のように、費用効果に優れた方式により形成することができる。上述のように、中心リング要素は、リング形状のプレートの厚さによって分離された第１及び第２主表面を含むリング形状のプレートから製造することができる。図２（ａ）及び（ｃ）に示されているように、偏向チャンバを形成するそれぞれの空洞は、第１主表面において且つリング形状のプレートの内側エッジにおいて開口した凹部を形成することによって生成することができる。凹部は、機械加工、ウオータージェット切削、レーザーアブレーション、又は当技術分野で既知の任意の他の技法により形成することができる。次いで、凹部を封止し、且つ内側エッジにおいてのみ開口された空洞を形成して１つ又は複数の偏向ウィンドウを形成するようにカバープレート（１３ｐ）を第１主表面に結合することができる。封止リングを使用することにより、中心リング要素とカバープレートとの間の境界面を封止することができる。カバープレートは、溶接により又はねじ若しくはリベットにより固定することができる。

図２（ａ）は、カバープレート（１３ｐ）によって第１主表面上で閉鎖され、且つ１つの偏向チャンバ当たり単一の細長い偏向ウィンドウ（１３ｗ）を有する中心リング要素の内側エッジにおいて開口した、８個の偏向チャンバが提供された中心リング要素（１３）を示す。単一の細長いウィンドウは、少なくとも、共振空洞を出て且つこれに戻るように進入する電子ビームの軌跡を包含するために周囲方向に延在していなければならない。

図２（ｃ）に示されている一代替実施形態では、それぞれの偏向チャンバは、上述の実施形態と同様の単一の大きい偏向ウィンドウの代わりに、２つの相対的に小さい偏向ウィンドウにより内側エッジにおいて開口することができる。第１偏向ウィンドウは、共振器を出た電子ビームの半径方向出口軌跡とアライメントされ、且つ第２偏向ウィンドウは、偏向チャンバ内で電子ビームが辿る１８０°超の角度の円形軌跡の下流の、共振空洞内に戻るように進入する電子ビームの半径方向進入軌跡とアライメントされる。これらの設計によれば、偏向ウィンドウ（１３ｗ）が電子ビームの望ましい半径方向軌跡との完全且つ再現可能なアライメント状態にある状態で、複数の偏向空洞を単一の又はいくつかの自動化された動作で形成することができる。

ロードトロンの製造を更に合理化するために、第１及び第２半体シェルは、同一の形状を有し、且つそれぞれ共振空洞の気密性を保証するように封止手段（１４）によって中心リング要素に結合されていることが好ましい。従って、半体シェルは、共振空洞の第１又は第２半体シェルの何れを形成するかとは無関係に連続的に製造することができる。上述の円筒形外側壁に加えて、第１及び第２半体シェルのそれぞれは、底蓋（１１ｂ、１２ｂ）と、底蓋から突出する中心ピラー（１５ｐ）とを含むことができる。内側導体セクション（１ｉ）は、第１及び第２半体シェルが中心リング要素の両側で結合された際に第１及び第２ピラーが接触することにより形成することができる。代わりに、図２（ａ）に示されているように、中心チャンバ（１５ｃ）を第１及び第２半体シェルの中心ピラー間に挟持することもできる。中心チャンバは、中心軸Ｚｃの円筒形周壁を含む。中心チャンバを伴って又は伴うことなく、開口部は、対応する偏向ウィンドウ、導入入口開口部、及び電子ビーム出口（５０）とアライメントされた状態で、中心チャンバ又は第１及び第２ピラーの周壁上で半径方向に分布する。従って、内側導体セクションを形成する表面は、中心ピラーの外側表面により、且つ中心チャンバが使用されている場合にはその間に挟持された中央チャンバの周壁により形成される。

上述のモジュールによれば、共振空洞は、ボルト、リベット、溶接、はんだ付けなどの当技術分野で周知の手段により、第２半体シェル（１２）を中心リング要素（１３）に組み付けることにより形成することができる。このように形成された組立体は、導入入口開口部及び電子ビーム出口（５０）が提供され、いくつかの偏向ウィンドウ（３１ｗ）が偏向チャンバと流体連通し、且つ中心チャンバの円筒型壁内の対応する開口部と半径方向にアライメントされた状態にある共振空洞を完成させるために、中心チャンバが第１及び第２ピラー間に挟持された状態で第１半体シェルに組み付けることができる。中心リング要素（１３）の一部分が半径方向に外向きに延在し、且つ偏向チャンバを封入するフランジを形成している状態で、偏向チャンバの対応する位置で磁石ユニットを前記フランジに結合することができる。このように製造された組立体内では、電気配線は必要とされず、なぜなら、永久磁石には電力供給する必要がないからである。この結果、製造の費用及び使用の費用が相当に低減される。

第１半体シェルは、ＲＦシステム（７０）に対する結合のために少なくとも１つの開口部を含む。図２（ｂ）に示されているように、前記少なくとも１つの開口部が中心軸Ｚｃからオフセットされている場合、第１半体シェルの角度位置は、ＲＦシステムに関するこのような開口部の位置により設定される。このようにして得られた組立体は、図２（ｂ）に示されているように、この組立体を２つのプレート間に挟持し、これにより磁石ユニットを定位置に堅固に保持することによって更に安定化させることができる。次いで、全体をスタンド内に位置決めすることができる。ＲＦシステム（７０）は、第１半体シェルの底蓋内の開口部に結合することができる。機能するために電力を必要とするのはＲＦシステムのみであり、なぜなら、電磁石と異なり、永久磁石は電力供給される必要がないからである。従って、すべての電気配線は、標準的なユニットとして別個に製造され得るＲＦシステム内に集中する。これは、製造のために有利であるが、この結果、相対的に少ない数の電源接続を必要とするモバイルロードトロンユニットの製造が更に容易にもなる。

以上、図４に示されている様々なロードトロンの構成について説明することにより、ロードトロンの構成が電子ビーム（４０）のエネルギー及び向きの観点において用途に応じて変化し得る方式を示した。上述のモジュラー構造によれば、モジュール又は要素の同一の組により、すべての構成を得ることができる。図４のロードトロン内の白色中心円は、第１半体シェルの底蓋（１１ｂ）を表す。底蓋（１１ｂ）には、その向きが固定されており且つ変更不可である、ＲＦシステムを結合するための２つの開口部が提供されている。これらの開口部は、図４では、左手側の黒色円と右手側の白色円とによって示されており、これは、すべての構成で第１半体シェルの角度向きが固定状態に維持されることを示す。

ロードトロンによって生成される電子ビームの所与のエネルギー（例えば、図４（ａ１〜３）のロードトロンでは１０ＭｅＶ、図４（ａ１〜３）のロードトロンでは６ＭｅＶ）において、出口（５０）の角度向きは、その位置が固定状態に留まらなければならない第１半体シェルに関する中心リング要素（１３）と、任意選択により第２半体シェルとの角度向きを変化させることにより変更することができる。

所与の電子ビームの向き（例えば、図４（ａ１）及び（ｂ１）では０°、図４（ａ２）及び（ｂ２）では−９０°、図４（ａ３）及び（ｂ３）では９０°）において、電子ビームのエネルギーは、起動される磁石ユニットの数を変化させることにより変更することができる。これは、いくつかの磁石ユニットを単純に除去又は追加することにより、又は代わりにいくつかの磁石ユニットに対して個別の磁石要素を除去又は装填することにより実現することができる。図４（ｂ）におけるシェーディングが施された磁石ユニット（３０ｉ）は、有効な磁石ユニットを表し、点線のアウトラインを有する白色ボックスは、無効な磁石ユニットを表す。出口（５０）は、それぞれの偏向チャンバ内で半径方向に分岐した溝を提供することにより、容易に回転させることができる。電子ビームの半径方向軌跡を折り曲げるための磁界が存在していない状態で、電子ビームは、このような溝を通じて且つロードトロンから外にその半径方向軌跡を継続させ得る。

図４に示されている異なる構成のすべては、図２（ａ）に示されているモジュールの単一の組によって実現することができる一方、従来のロードトロンによれば、それぞれの新しい構成は、それぞれの新しい構成に固有の組立と共にコンポーネントの新しい再設計を必要とすることになるであろう。このようなコンポーネントの単一の組によるロードトロンの製造の合理化は、製造費用の大幅な低減を可能にし、且つ同時にこのように製造されたロードトロンの相対的に高度な再現性及び信頼性も許容する。

今や、より少ない電力接続部を必要とする、相対的に小さい寸法を有するモバイルロードトロンを製造することができる。このようなモバイルロードトロンは、貨物自動車内に積載されることが可能であり、且つ必要とされるところまで搬送することができる。また、貨物自動車は、完全に自立型となるように発電機を搬送することもできる。

１ｉ 内側導体
１о 外側導体
１ 共振空洞
１１ 第１半体シェル
１１ｂ 第１半体シェルの底蓋
１２ 第２半体シェル
１２ｂ 第２半体シェルの底蓋
１３ 中心リング
１３ｐ カバープレート
１４ 封止Ｏリング
２０ 電子供給源
３０１．．． 個々の磁石ユニット
３０ｉ 磁石ユニット（全体として）
３１ｗ 偏向ウィンドウ
３１ 偏向チャンバ
３２ｉ 個別の磁性要素
３２ 永久磁石
３３ｃ チャンバ表面
３３ｍ 磁石表面
３３ 支持要素
３５ 磁石ユニットのヨーク
４０ 電子ビーム
５０ 電子ビーム出口
６０ 磁石要素を追加又は除去するツール
６１ ツールの細長いプロファイル
６２ ツールの細長いプッシャ
７０ ＲＦシステム

Claims (15)

1. （ａ）中空閉鎖導体からなる共振空洞（１）であって、
   ・中心軸Ｚｃを有し、且つ外側導体セクション（１о）を形成する内側表面を有する外側円筒形部分を含む外側壁と、
   ・前記外側壁内に封入され、且つ中心軸Ｚｃの内側円筒形部分であって、内側導体セクション（１ｉ）を形成する外側表面を有する内側円筒形部分を含む内側壁と
   を含み、前記中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ前記外側円筒形部分及び内側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍに関して対称である、共振空洞（１）と、
   （ｂ）前記ミッドプレーンＰｍに沿って前記外側導体セクション上の導入入口開口部から前記中心軸Ｚｃまで電子ビーム（４０）を前記共振空洞内に半径方向に注入するように適合された電子供給源（２０）と、
   （ｃ）前記共振空洞に結合され、且つ前記外側導体セクションから前記内側導体セクションに向かって、且つ前記内側導体セクションから前記外側導体セクションに向かって延在する前記ミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って前記電子ビームの電子を加速するために、周波数（ｆ_ＲＦ）で発振する電界Ｅを前記外側導体セクションと前記内側導体セクションとの間に生成するように適合されたＲＦシステムと、
   （ｄ）少なくとも１つの偏向ウィンドウ（３１ｗ）により前記共振空洞と流体連通する偏向チャンバ（３１）内に磁界を生成するように適合された偏向磁石を含む少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）であって、前記磁界は、前記少なくとも１つの偏向ウィンドウを通じて、前記共振空洞から出る電子ビームを前記ミッドプレーンＰｍ内の第１半径方向軌跡に沿って偏向し、且つ前記少なくとも１つの偏向ウィンドウを通じて又は第２偏向ウィンドウを通じて、前記ミッドプレーンＰｍ内の第２半径方向軌跡に沿って前記中心軸Ｚｃに向かって前記電子ビームを前記共振空洞内にリダイレクトするように適合されており、前記第２半径方向軌跡は前記第１半径方向軌跡と異なる、少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）と
   を含む電子加速器において、前記偏向磁石は、前記ミッドプレーンＰｍの両側に位置決めされた第１及び第２永久磁石（３２）から構成されていることを特徴とする電子加速器。
2. 請求項１に記載の電子加速器において、前記第１及び第２永久磁石（３２）は、個別の磁石要素の１つ又は複数の列を含み、且つ前記ミッドプレーンＰｍに関して前記偏向チャンバの両側に配設されている、前記ミッドプレーンＰｍに平行なアレイにおいて並んで配列されたいくつかの個別の磁石要素（３２ｉ）によってそれぞれ形成されていることを特徴とする電子加速器。
3. 請求項２に記載の電子加速器において、前記個別の磁石要素は、矩形の直方体、立方体、又は円筒体を含むプリズムの形状であることを特徴とする電子加速器。
4. 請求項２又は３に記載の電子加速器において、第１及び第２支持要素（３３）を含み、前記第１及び第２支持要素（３３）の各々は、前記個別の磁石要素を支持する磁石表面（３３ｍ）と、それぞれの支持要素の厚さだけ前記磁石表面から分離されたチャンバ表面（３３ｃ）とを含み、前記チャンバ表面は、前記偏向チャンバの壁を形成するか、又はそれに連続していることを特徴とする電子加速器。
5. 請求項４に記載の電子加速器において、前記第１及び第２支持要素のそれぞれの前記チャンバ表面及び磁石表面は、平坦であり且つ前記ミッドプレーンＰｍに平行であることを特徴とする電子加速器。
6. 請求項５に記載の電子加速器において、前記第１及び第２支持要素のそれぞれの前記チャンバ表面は、前記磁石表面の表面積よりも小さい表面積を有し、及び前記第１及び第２支持要素のそれぞれは、前記共振空洞から離れており、且つ前記磁石表面を前記チャンバ表面に結合するテーパー化された表面（３３ｔ）を含むことを特徴とする電子加速器。
7. 請求項４乃至６の何れか１項に記載の電子加速器において、前記第１及び第２支持要素の前記磁石表面に個別の磁石要素を追加するか、又はそれから個別の磁石要素を除去するツール（６０）を含み、前記ツールは、前記アレイの所与の列内において望まれるいくつかの個別の磁石要素を受け入れるための細長いプロファイル（６１）、好ましくは、Ｌプロファイル又はＣプロファイルと、前記細長いプロファイルに沿って前記個別の磁石要素を押し出すための、前記細長いプロファイル上に摺動可能に取り付けられた細長いプッシャ（６２）とを含むことを特徴とする電子加速器。
8. 請求項４乃至７の何れか１項に記載の電子加速器において、ヨークは、前記第１及び第２支持要素をその望ましい位置に保持し、前記ヨークは、好ましくは、前記第１及び第２支持要素の前記位置の微調整を可能にすることを特徴とする電子加速器。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の電子加速器において、前記共振空洞は、
   ・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第１半体シェル（１１）と、
   ・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第２半体シェル（１２）と、
   ・前記第１及び第２半体シェル間に前記ミッドプレーンＰｍのレベルで挟持された内径Ｒの中心リング要素（１３）と
   によって形成され、
   前記外側導体セクションを形成する前記内側表面は、前記第１及び第２半体シェルの前記円筒形外側壁の内側表面により、且つ好ましくは第１及び第２半体シェルの両方の前記内側表面と同一平面である前記中心リング要素の内側エッジにより形成されていることを特徴とする電子加速器。
10. 請求項９に記載の電子加速器において、
    ・前記第１及び第２半体シェルのそれぞれは、前記円筒形外側壁、底蓋（１１ｂ、１２ｂ）、及び前記底蓋から突出する中心ピラー（１５ｐ）を含み、及び
    ・中心チャンバ（１５ｃ）は、前記第１及び第２半体シェルの前記中心ピラー間に挟持され、前記中心チャンバは、中心軸Ｚｃの円筒形周壁を含み、開口部は、対応する偏向ウィンドウ及び前記導入入口開口部と半径方向にアライメントされ、
    前記内側導体セクションを形成する前記外側表面は、前記中心ピラーの外側表面により、且つその間に挟持された前記中心チャンバの前記円筒形周壁により形成されていることを特徴とする電子加速器。
11. 請求項９又は１０に記載の電子加速器において、前記中心リング要素の一部分は、第１及び第２半体シェルの両方の前記外側壁の外側表面を越えて半径方向に延在し、前記少なくとも１つの磁石ユニットは、前記中心リング要素の前記一部分上に装着されていることを特徴とする電子加速器。
12. 請求項１１に記載の電子加速器において、前記少なくとも１つの磁石ユニットの前記偏向チャンバは、前記中心リング要素の厚さ内に中空化空洞によって形成され、前記偏向ウィンドウは、前記中心リング要素の中心に対向する前記中心リング要素の前記内側エッジに形成されていることを特徴とする電子加速器。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電子加速器において、Ｎ個の磁石ユニット（ここで、Ｎ＞１である）を含み、ｎ個の磁石ユニット（ここで、１≦ｎ≦Ｎである）の前記偏向磁石は、第１及び第２永久磁石（３２）から構成されていることを特徴とする電子加速器。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電子加速器において、前記少なくとも１つの磁石ユニットは、０．０５Ｔ〜１．３Ｔに含まれる磁界を前記偏向チャンバ内に形成することを特徴とする電子加速器。
15. 請求項１４に記載の電子加速器において、前記磁界が０．１Ｔ〜０．７Ｔであることを特徴とする電子加速器。

Images