JPH01246800A - マイクロトロンタイプの電子加速器 - 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 本発明は、互いに離れたほぼ平行で平らな２つの磁極片
を有する真空空間が設けられており、これらの磁極片の
間にほぼ均一な静磁界が維持でき、真空空間内で磁極片
の間にマイクロ波共振空胴が挿入されており、電子を供
給しかつ加速器に注入する手段が設けられており、前記
の電子は、均一磁界の作用を受けかつマイクロ波共振空
胴に交差する度に加速を受けて、磁極片に対して平行な
平面内の円形軌道内で動き、かつ電子を十分に加速した
後に加速器から取出す手段が設けられている、マイクロ
トロンタイプの電子加速器に関する。

従来の技術 このような電子加速器は、文献！ｌヌオボ・シメント、
シリーズＸ、第６８Ａ巻、第５１３〜５４５頁から公知
である。加速器内に注入された電子は、１回転毎にマイ
クロ波共振空胴の電界内で加速され、常に増大する円形
軌道内で動く。加速される度にこのような長くなる円形
軌道を走行するために必要な時間は、マイクロ波の振動
時間の整数倍だけ増加する。前記の文献には、均一磁界
の値、マイクロ波共振空胴にかかる加速電圧及びマイク
ロ波周波数の間に存在する関係に関する広範囲の議論が
含まれている。

マイクロトロンタイプの周知の電子加速器において、電
子注入は熱陰極によって行われる。このような熱陰極は
、マイクロ波共振空胴の内側又は外側に配置でき、共振
空胴の外側に配置すると有利である。注入のこの方法に
含まれた問題は、最終的にはマイクロトロンから引出す
ことができる電子流が、制限された注入のために制限さ
れたものだけになってしまうことにある。注入は、熱陰
極と第１加速電極のために利用できる空間が限られたも
のだけであるということにより制限される。

陰極の拡大は、可能であったとしても、問題の解決には
ならない。なぜなら陰極により放出される電子は、特に
正確に方向付けられているはずであり、かつ正しい位相
を有するからである。陰極を拡大した場合、もはやこれ
らの要求を満たすことはできない。従って熱電極を使用
した場合、実際に平均でほぼ１２０ｍＡ以上の電子流の
電流強度はマイクロパルスとして得られないことがわか
った。

前記文献に記載された加速器は、例えば６０ｍＡのピー
ク電流を生じる。

最近このような電子加速器が、数＋ＭｅＶのオーダの高
エネルギーのかつエネルギー分布に関して優れた品質を
有し従っていわゆる自由電子レーザーに使用する電子ビ
ーム発生器として適当な電子を供給できるということの
ため、マイクロトロンに興味が持たれている。マイクロ
トロンを使用する際の欠点は、電流強度が並であるとい
うことにある。

発明の目的 本発明の目的は、最終的に装置から取出すべき加速され
た電子ビームの一層高い電流強度を得るように、周知の
マイクロトロンを改善することにある。

発明の構成 本発明によればこの課題は、次のようなマイクロトロン
タイプの電子加速器によって解決される。

すなわち電子注入手段が、電子の円形軌道に対して所定
の角度をなして一方の磁極片を通して電子ビームを注入
する手段を有し、前記電子ビームが、外部電子源によっ
て供給され、かつ転向磁石が、注入されたビームを電子
の円形軌道の平面内に転向するため磁極片の間に挿入さ
れる。

マイクロトロンへの電子の外部注入は、すでに文献、イ
ン・インストルメンツ・アンド・エクスペリメンタル・
チク“ニク、第２４巻、第３号、第１部、１９８１年５
月−６月、第５７９〜５８１頁に記載されていることが
明らかである。この文献は、関連して計算を行った外部
注入についての提案に関するものである。注入は、第１
の軌道に対してほぼ３５？の接線角度をなして円形軌道
の平面内で共振空胴の軸線近・くに行われると記載され
ている。前記の提案が実際に実現されたかどうかはわか
らないが、この提案による処理によれば、極めて不都合
な寄生振動モードが専大されることがある点を改善でき
るとは思われない。

本発明によれば、前記の理論的提案とは相違して、加速
すべき電子は、加速器の一方の磁極片を通して外部から
注入される。注入ビームが磁極片を横切る場所において
、この磁極片は例えば通路を持っていてもよい。注入ビ
ームは、加速された電子の円形軌道の平面に対して所定
の方向に、例えば垂直に向けられているので、このビー
ムはごの平面の方向へ転向しなければならない。この機
能は転向磁石によって果たされる。

装置の磁極片の間に挿入された転向磁石は、磁極片の間
の均一磁界に作用を及ぼすので、必要ならば、このよう
な作用に関して修正を行わなければならず、そのため修
正手段を設けることができる。均一磁界に対する転向磁
石の作用をできるだけ減少するため、転向磁石は次のよ
うに構成すると有利である。すなわち前記磁石の磁界を
できるだけ多量に前記磁石及びその内部に制限する。さ
らに転向磁石は、電子の円形軌道内でマイクロ波共振空
胴に対して直径上に対向する位置に配置すると有利であ
る。

転向磁石は、転向後に注入した電子が電子の円形軌道内
で動くことができるように、前記の軌道内に配置しなけ
ればならない。さらに転向磁石は電子の円形軌道の近く
で混乱を生じてはいけない。

そのため比較的大きな軌道（大きな直径）に転向磁石を
配置すると望ましいことがある。なぜならこのような軌
道によれば、マイクロ波共振空胴に対して直径上に対向
する位置において隣接する軌道までの距離は、同様に比
較的大きく、適当な寸法の転向磁石のために空間が設け
られるようになっているからである。しかしここでいっ
しょになる軌道が大きいと、注入される電子のエネルギ
ーは高くなければない。なぜなら前記軌道内で走行する
加速された電子に速度を加え、いっしょに走行できるよ
うにしなければならないからである。

前記の問題を避は又は解決するため、外部電子源からの
電子の注入は高エネルギーで行わなければならない。使
用した外部電子源は、例えば数十ｋｅＶのエネルギーを
有する電子を供給する直線加速器であり、注入前にすで
に電子をＭｅＶ　レヘルまで加速する別の加速器に結合
されている。

転向磁石により隣接する電子円形軌道に及ぼされる作用
は、基本モードより高いモードでマイクロトロンを動作
させることによりさらに制限される。基本モードとは、
連続した軌道に関する回転がマイクロ波共振空胴におい
てマイクロ波の正確に１振動時間だけ増加するモードで
ある。高次モードにおいて連続する軌道に関する回転の
差は、２又はそれ以上の振動時間である。その場合、連
続した軌道の間の直径の差も、従って前記軌道の間の距
離も、さらに大きい。さらに連続する軌道の間の距離は
、マイクロ波共振空胴内のマイクロ波の周波数を適当に
選択するこ上により、作用を及ぼすことができる。１．
３　Ｇ１）ｚの周波数に対して軌道間の距離は、例えば
３ＧＩｌｚの周波数の場合よりも長い。もちろんマイク
ロ波範囲の周波数（すなわちｃｍの波長を有する）を選
ばなければならない。

さらに本発明による装置においては、いわゆる「集群」
の技術を有利に選択できる。この技術を使用する際、注
入すべき一連の電子の一部をわずかに遅らせ、かつ別の
一部をわずかに加速する手段が設けられているので、い
くらかの時間の後ニ、いわゆる電子の集群がビーム中に
形成される。ちょうど外部注入の場合、本発明によるマ
イクロトロンにおいて、このような技術はおおいに有利
である。

実施例 本発明の実施例を以下の図面によって詳細に説明する。

第１図及び第２図には、本発明によるマイクロトロンの
実施例の最も基本的な部品が極めて概略的に示しである
。マイクロトロンは、互いに離れた平行な２つの磁極片
ｌ及び２を有し、これら磁極片は、はぼ平らで円形であ
る。磁極片ｌ及び２は、真空空間（図示せず）内に配置
されている。

磁極片１と２の間にはマイクロ波共振空胴３が挿入され
ている。マイクロ波共振空胴３は、それ自体周知の構造
のものであり、かつ例えばひだの付いた管を有する中空
部材である。マイクロ波共振空胴３内において、例えば
数Ｇ１）ｚの程度の周波数を有する、すなわち例えばほ
ぼ１０ｃｍの波長を有する振動が発生される。窓４によ
れば、加速器内で動き回る電子はマイクロ波共振空胴３
を通過できる。電子が正しい位相でマイクロ波共振空胴
３内に達した場合。これら電子は、この中で電界により
加速されるので、それからこれら電子は、存在する磁界
の作用を受けてマイクロトロン内の円形軌道に沿って動
き、その際この円形軌道は、加速前に電子が動く軌道よ
りも大きな直径を有する。常に電子が、正しい位相でマ
イクロ波共振空胴３内に達する場合、これら電子は、常
にさらに加速され、かつ太き（なった円形軌道（図には
それぞれ破線及び点５で示し”ζある）に沿って動く。

最も外側の円形軌道において電子は、最終的に管６を通
ってマイクロトロンから取出される。

マイクロトロン、マイクロ波共振空胴３及び放出管６の
構造、及びこれらの動作は、例えば前記のヌオボ・シメ
ントの文献から公知である・本発明による装置において
新規なものは、装置内へ電子を注入する方法である。本
発明によればこのことは、磁極片ｌにある適当な通路７
を介して円形軌道の平面に対して所定の角度をなして磁
、　　　　　　　極片ｌと２の間において、外部の加速
器、例えば直線加速器によって装置の外側で形成された
電子ビームを導入することによって行われる。導入され
るビームは、第２図において矢印８で示される。

ビーム８が空間内に入る場所において磁極片ｌと２の間
に、転向磁石９が挿入されており、この転向磁石はビー
ム８を転向させて、このビームが円形軌道５の平面内に
延び、かつ磁界の作用によってこのような円形軌道５に
沿って動くようにする。転向磁石９は、むしろ概略的に
示されており、かつ特に２つの磁石コイル１０及び１）
を有し、これらのコイルは、それれ磁極片１及び２の外
側へ延びた線１２と１３、及び１４と１５を介して給電
され、磁極片の外側でこれらの線は電源（図示せず）に
接続されている。電子ビーム８は、磁石９によって転向
した後に電子がマイクロ波共振空胴３を通りかつこのマ
イクロ波共振空胴３によりさらに加速されるような円形
軌道５に沿って動くように加速された電子を含んでいな
ければならない。

ビーム８は、円形軌道５上に配置された、特にマイクロ
波共振空胴３に対して直径上に対向した場所からマイク
ロトロン内に適当に導入される。

この時次の円形軌道５までの距離は、転向磁石９が次の
円形軌道５に交差しないように、又はさもなければ乱さ
ないようにしなければならない。さらに専門家は、転向
磁石９による磁極片ｌと２の間の均一磁界の妨害をでき
るだけ逆転するために適当な修正手段を考えることがで
きる。転向磁石９が適当に構成されており、それにより
この転向磁石の磁界が、実質的に磁石内に集中しており
、かつ磁石材料が、磁極片１と２の間の磁界をほとんど
乱さないような量で使用されている場合、前記の妨害は
できるだけわずかになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子加速器の実施例の最も重要な
部分を示す概略平面図、第２図は、第１図に示すような
装置のｎ−ｎ線に沿った断面図である。 １．２・・・磁極片、３・・・マイクロ波共振空胴、４
・・・窓、５・・・円形軌道、６・・・管、７・・・通
路、８・・・ビーム、９・・・転向磁石、１０．１）・
・・磁石コイル、１２．１３．１４．１５・・・線。 代理人　弁理士　　１）代　蒸　治

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに離れたほぼ平行で平らな２つの磁極片を有
   する真空空間が設けられており、これらの磁極片の間に
   ほぼ均一な静磁界が維持でき、真空空間内で磁極片の間
   にマイクロ波共振空胴が挿入されており、電子を供給し
   かつ加速器に注入する手段が設けられており、前記の電
   子は、均一磁界の作用を受けかつマイクロ波共振空胴に
   交差する度に加速を受けて、磁極片に対して平行な平面
   内の円形軌道内で動き、電子を十分に加速した後に加速
   器から取出す手段が設けられている、マイクロトロンタ
   イプの電子加速器において、 電子注入手段が、電子の円形軌道に対して所定の角度を
   なして一方の磁極片を通して電子を注入する手段を有し
   、電子ビームの注入が外部電子源によって行われ、かつ
   転向磁石が、注入されたビームを電子の円形軌道の平面
   内に転向するため磁極片の間に挿入されることを特徴と
   する、マイクロトロンタイプの電子加速器。
2. （２）転向磁石が、できるだけ多量に磁石及びその内部
   に磁界を制限するように構成されている、請求項１記載
   の電子加速器。
3. （３）転向磁石が、電子の円形軌道内でマイクロ波共振
   空胴に対して直径上に対向する位置に配置されている請
   求項１又は２記載の電子加速器。
4. （４）注入すべき電子を供給する手段が、比較的コンパ
   クトな電子集群を得るため、一連の電子の先頭の電子を
   わずかに遅らせかつ後部の電子をわずかに加速する手段
   を有する、請求項１〜３の１つに記載の電子加速器。