JPH01204400A - 電子加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電子加速器に関するものであり、特に、比
較的簡単な構造と簡略化された制御とをもって、より多
くの加速された電子ビームを容易に得ることができる電
子加速器に関するものである。

［従来の技術］ 電子加速器として従来から知られているものは、電子の
軌道内部を貫く磁束の時間変化に起因して発生する誘導
電場によって電子を加速するようにされたベータトロン
装置である。

第５図は、−射的なベータトロン装置を示す概略構成図
であって、その第５図（Ａ＞は横断面図、第５図（Ｂ）
は上面図である。この第５図において、外鉄型変圧器の
鉄心（１）に設けられた内脚部（２）は、当該外鉄型変
圧器（１）の中心軸（１２〉に対して対称に配置されて
いる。この内脚部（２）に巻回して構成された電磁石（
１１）は、前記中心軸（１２）に直交した中心面（７）
に対して対称に配置された上方電磁石（１１Ｕ）および
下方電磁石（１１Ｌ）からなるものである。電子加速管
（３）は、その形状がちドーナツと呼ばれるものであっ
て、内部が真空の環状部からなり、前記内脚部（２）と
同心状に配置されている。また、電子銃（４）はドーナ
ツ（３）と関連して配置されており、初期加速した電子
を、外部がらドーナツ（３）に対して入射するようにさ
れている。

いま、電磁石（１１）を励磁したものとすると、電子を
加速するための周回方向の誘導電場Ｅが、電子の軌道内
部を貫く磁束Φ（１０）の時間変化で発生されるととも
に、電子の軌道領域に電子を周回させるための周回用磁
界Ｂ　ｙ（９）が発生される。なお、内脚部（２）の形
状・構造は、磁束Φ（１０）および周回用磁界Ｂ　ｖ（
９）が後述の式（１）ないし式（４）の関係を充たす空
隙部を有するようにされている。

また、（１３）は周回する電子ビームの軌道中心を示す
ものである。

第６図は、上記のようなベータトロン装置における、電
子のベータトロン運動を説明するための軌道図である。

この第６図で示されるように、中心軸（１２）の周辺に
環状に配置されたドーナツ（３）内部における電子は、
運動量Ｐおよび周回用磁界Ｂｖで規定される半径Ｒの円
軌道に沿って、その半径方向に振動しながら中心軸（１
２）を周回するようなベータトロン運動（１４）をする
ことになる。

前述された誘導電場Ｅは、磁束Φ（１０）の時間変化に
比例するような、電子が周回する軌道における周回方向
（軌道の接線方向）の誘導電場に相当するものである。

ここで、単位時間当たりの運動量Ｐの増大の程度は、下
記の式（１）で与えられる。

ｄＰ／ｄｔ＝ｅＥ ＝ｅ／２ｒＲ−ｄΦ／ｄｔ　・−・（１）また、運動量
Ｐと周回用磁界Ｂｙとの関係は、下記の式（２）で与え
られる。

Ｐ−ｅＢｖＲ・・・（２〉 そして、上記の式（１）および式（２）から、下記の式
（３）が導出される。

ｄΦ／ｄ　ｔ　＝　２πＲ２，ｄＢｖ／ｄｔ　　、−−
（３）ただし、 ｅ：電子の電荷、 ｄｔ：時間変化。

更に、周回用磁界Ｂｖは下記の式（４）のように表され
るものであり、また、第７図のように例示されるもので
ある。

Ｂｖ４＝＝Ｂ。　（Ｒ／Ｒ０）−・・−（４）ただし、 ０＜ｎ＜１、 Ｒｏ＝加速される電子ビームを保持する軌道の中心半径
（一定値）、 Ｂｏ＝前記中心半径Ｒ８における周回用磁界Ｂｖの値（
一定値）。

上記のような一般的なベータトロン装置を含む従来の電
子加速器においては、電子銃（４）からドーナツ（３）
の内部に向けて電子がパルス的に入射されており、これ
に同期して電磁石（１１）が励磁され、誘導電場Ｅおよ
び周回用磁束Ｂｖが発生されて、電子の周回・加速がな
される。このような従来の電子加速器においては、その
加速期間中には電子の周回軌道の中心軸（１２）からの
半径Ｒを一定値ＲＯに保持して、式（３）を充たすよう
にされている。

第８図は、従来の電子加速器における要部を示す概略図
であり、また、第９図は、当該電子加速器の一部である
ピーラ−の例示図である。°まず、第８図において、中
心軸（１２）を包囲するように環状のドーナツ（３）が
設けられており、その外周要部には電子銃（４）が装着
されている。、また、電子ビームが周回する半径Ｒ８の
軌道中心に沿って軌道変更装置（１５）が設けられてお
り、これで軌道変更された電子ビームは、ドーナツ（３
）の外周要部に設けられたピーラ−（８）を通してビー
ムダク）　（１６）から外部に導出される。なお、ピー
ラ−（８）は強磁性体もしくは磁界発生用コイルで構成
されたものであって、第９図で示されているように、そ
の内部には外部磁界が進入しないようにされている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電子加速器は以上のように構成されており、低エ
ネルギ状態から高エネルギ状態まで加速をするまで、対
象の電子を同一の周回軌道上に保持するような動作がな
されることから、次のような種々の問題点があった。即
ち、■電子ビームのエネルギが低い状形のときには電子
相互間のクーロン散乱力が大であることから、電子ビー
ムが多くなると、当該電子ビームが散乱してしまって、
高エネルギ状態のものが得られない、■電子ビームの取
り出し用の時間幅が周回軌道１周分の電子ビームの取り
出しの時間幅に対応していることから、当該時間幅か短
くなる。■誘導電場の時間変化と周回用磁束の時間変化
とを同期させねばならないことから、内脚部の構造・形
状の設定に制約がある：■取り出される電子ビームのエ
ミツタンスが大きくなることから、そのエネルギ分布が
余り狭域ではない：等の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、より多くの加速された電子ビームを得ること
、当該電子ビームの取り出しの時間幅を長くできる制御
をすること、周回用磁束を時間的に変化させる必要性を
なくすこと、よりシャープなエネルギ分布の電子ビーム
を得ること等が可能にされた電子加速器を得ることを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る電子加速器は、内脚部を有する鉄心；前
記内脚部を包囲して配置されており、電子銃、ピーラー
、およびビームダクトが備えられた電子加速管；前記内
脚部および前記電子加速管の周辺に設けられた、周回用
磁束を発生するための第１電磁石；および、前記内脚部
および前記電子加速管の周辺に設けられた、誘導電場を
発生するための第２電磁石；からなるものである。

［作用］ この発明においては、電子加速管内で電子を周回運動さ
せるために定常の周回用磁束を印加し、所定の誘導電場
によって電子の加速を行うときに、前記誘導電場が印加
される期間中は、前記電子加＝７− 連管に対して連続して電子を供給し、その周回軌道半径
が時間とともに増加して最外側部に達した電子を、前記
誘導電場が印加されている期間にわたって取り出すこと
ができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例である電子加速器を示す概略
構成図である。この第１図において、鉄心（１）の中心
軸（１２）を中心とする円筒状の内脚部（２八）が設け
られている。この内脚部（２八）は空隙部を有しておら
ず、従来例に比べて、それだけ構造が簡略化されている
。周回用磁界Ｂｖを発生させるための第１電磁石（５）
は、上部電磁石（５，、Ｉ＋）、（５Ｕ２）および下部
電磁石（５Ｌ＋）、（５Ｌ２）から構成されている。ま
た、誘導電場Ｅを発生させるための第２電磁石（６）は
、上部電磁石（６，Ｊ）および下部電磁石（６Ｌ）から
構成されている。なお、前記第５図ないし第９図で使用
された記号と同一の記号が付されているものは、同一ま
たは相当のものを示すものであるから、ここでは、更に
詳細な説明を省略する。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。いま、第１電磁石（５）が励磁されたもの
とすると、ドーナツ（３）の所定の領域には周回用磁界
Ｂｖ（９）が印加される。このとき、電子銃（４）に触
れずに周回するように初期加速された電子が、前記電子
銃（４）からドーナツ（３）の内側に向けて入射される
。一方、これに同期して第２電磁石（６）が励磁されて
、磁束Φ（１０）の時間変化に基づく誘導電場Ｅが発生
されて、ドーナツ（３）に入射された電子の加速がなさ
れる。

そして、この誘導電場Ｅが印加されている期間にわたっ
て、電子の加速が続行され、その周回半径は前記の式（
２）に従って増大していく。また、この期間中には、電
子銃（４）からの電子が連続的にドーナツ（３）に印加
される。かくして、時間的に早く入射された電子の方が
、より大きい半径の軌道を周回することになる。

第２図は、上記実施例の電子加速器における要部を示す
概略図である。この第２図においては、ピーラ−（８〉
の設置箇所は、ドーナツ（３）内を周回する電子の所定
のエネルキに対応する軌道半径上に選択されている。そ
して、誘導電場Ｅが印加されている期間中に、前記所定
のエネルギを有するまでに加速された電子が、ピーラ−
（８）を通してビームダクト（１６）から外部に取り出
される。

第３図は、この種の装置の動作を説明するための時間的
例示図である。その中で、第３図（Ａ＞は従来例の動作
を説明するためのものであり、これに対して、第３図（
Ｂ）はこの発明の実施例の動作を説明するためのもので
ある。

まず、第３図（Ａ）についてみると、電子銃からの電子
の入射がなされる期間は、り２０）で示されるように、
開始時点（Ｑ）から時点（ｔｏ）までである。

電磁石（１１）に対する励磁電流の時間的なパターンは
（２１）として示されている。誘導電場Ｅが印加される
期間は、（２２）で示されるように、開始時点（０）か
ら時点（ｔ、）までである。ドーナツ内の軌道変更装置
の動作期間は、（２３）で示されるように、時点（ｔｏ
）以後の時点（ｔｌ）から時点（ｔ３）までである。そ
して、電子ビームが外部に取り出される期間は、（２４
）で示されるように、時点（ｔｌ）から時点（ｔ３）以
前の時点（ｔ２）までである。この従来例においては、
ドーナツ内の軌道上に存在する電子は１周分たけである
から、取り出される電子ビームのパルス幅は、高々電子
ビームの１周分に相当する時間幅だけである。

次に、第３図（Ｂ）についてみると、電子銃からの電子
の入射がなされる期間は、（３０）で示される−ように
、開始時点（０）から時点（ｔ、）までであり、また、
電子ビームが外部に取り出される期間は、（３１）で示
されるように、時点（ｔ、）から時点（ｔ２）以後の時
点（ｔ３）までである。かくして、この発明の実施例に
よれは、時点（ｔ、）から時点（Ｌ３）までに複数周分
の電子ビームを取り出すことができる。更に、誘導電場
Ｅの印加時間を制御することにより、取り出される電子
ビームのパルス幅を長くすることもできる。

なお、上記実施例においては、ピーラ−の設置箇所とし
て、所定の電子エネルギに対応する軌道半径上の箇所が
選択されるものとして説明されたけれども、これに限ら
ず、前記所定の電子エネルギに対応させることなく、従
来例と同様に、適当な箇所に軌道変更装置を設けておき
、ここに到達した電子ビームの軌道を適宜変更すること
により、複数側回分の電子ビームを外部に取り出すよ、
うにすることもできる。

また、上記実施例においては、電子ビームの取り出しが
１回だけ行われる場合について説明されたけれども、磁
束Φ（１ｏ）とは反対方向の磁束が生じるような補助巻
線を設けておき、第２電磁石（６）を励磁以前の状態に
戻してから上記実施例における動作を繰り返すことによ
り、所望の回数にわたって電子ビームの取り出しを行う
ことができる。

ところで、上記実施例においては、磁束Φ（１０）を発
生させるために外鉄型変圧器（１）が使用されているけ
れども、ここで使用される鉄心は磁気飽和する性質を有
するものである。そこで、このような磁気飽和が生しる
ことを避けるために、空心の磁界コイルを使用すること
で同様な効果を奏することができる。第４図は、上記の
事情に鑑みて、上記実施例の一部を変形した変形例示図
である。

この第４図においては、空心の磁界コイル（６）が、空
心の長尺円筒状磁界コイル（ｅ＋）、第１、第２、第３
上部磁界コイル（６Ｕ１）、（６ＩＩ□）、（６，Ｊｊ
）、および、第１、第２、第３下部磁界コイル（６Ｌ＋
）、（６Ｌ２）、（６，３＞からなるものとして設けら
れている。そして、このために、空心の磁界コイル（６
）の励磁に基づく磁束Φ（１０）がドーナツ（３）の領
域内に生じないようにされている。なお、この変形例の
場合には、電子ビームの取り出しを複数回にわたって行
うための補助巻線は不要である。

［発明の効果］ 以上説明されたように、この発明に係る電子加速器は、
内脚部を有する鉄心：前記内脚部を包囲して配置されて
おり、電子銃、ピーラー、およびビームダクトが備えら
れた電子加速管：前記内脚部および前記電子加速管の周
辺に設けられた、周回用磁束を発生するための第１電磁
石：および、前記内脚部および前記電子加速管の周辺に
設けられた、誘導電場を発生するための第２電磁石；か
ら構成されており、電子を前記電子加速管内で周回運動
させるなめに定常の周回用磁束を印加し、所定の誘導電
場によって電子の加速を行うときに、前記誘導電場が印
加される期間は、前記電子加速管に対して連続して電子
を供給し、その周回軌道半径が時間とともに増加して最
外側部に達した電子を、前記誘導電場が印加されている
期間にわたって取り出すことができることから、より多
くの加速された電子ビームが得られること、前記加速さ
れた電子ビームの時間幅を長くできること、周回用磁界
を変化させる必要がないこと、よりシャープなエネルギ
分布の出力電子ビームが得られること等の様々な効果が
奏せられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である電子加速器を示す
概略構成図、第２図は、上記実施例の電子加速器におけ
る要部を示す概略図、第３図は、この種の装置の動作を
説明するための時間的例示図、第４図は、上記実施例の
一部を変形した変形例示図、第５図は、一般的なベータ
トロン装置を示す概略構成図、第６図は、上記一般的な
ベータトロン装置における電子のベータトロン運動を説
明する軌道図、第７図は、上記一般的なベータトロン装
置における周回用磁界Ｂｖの例示図、第８図は、従来の
電子加速器における要部を示す概略図、第９図は、前記
第８図の電子加速器の一部であるピーラ−の例示図であ
る。　　　−（１）は鉄心、（２Ｌ（２Δ）は内脚部、
（３）はドーナツ（電子加速管）、（４）は電子銃、（
５）は第１電磁石、（６）は第２電磁石、（８）はピー
ラ−２くっ）は周回用磁界Ｂｖ、　（１０）は磁束Φ、
（１６）はビームダクト。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内脚部を有する鉄心； 前記内脚部を包囲して配置されており、電子銃、ピーラ
   ー、およびビームダクトが備えられた電子加速管； 前記内脚部および前記電子加速管の周辺に設けられた、
   周回用磁束を発生するための第１電磁石；および 前記内脚部および前記電子加速管の周辺に設けられた、
   誘導電場を発生するための第２電磁石からなり、電子を
   前記電子加速管内で周回運動させるために定常の周回用
   磁束を印加し、所定の誘導電場によって電子の加速を行
   うときに、前記誘導電場が印加される期間中は前記電子
   加速管に対して連続して電子を供給し、その周回軌道半
   径が時間とともに増加して最外側部に達した電子を前記
   誘導電場が印加されている期間にわたって取り出すよう
   にされたことを特徴とする電子加速器。