JPH01289100A - サイクロトロン - 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） この発明はサイクロトロンに関する。

（従来の技術） 周知のようにサイクロトロンでは、中空で半円形の加速
電極（デイ−電極）の一対を互いに向い合せ、両加速電
極間で繰り返しイオンのような粒子を加速して、高エネ
ルギーの粒子を得るようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来では加速された粒子を取り出すのに、その取り出し
用のディフレクタを、加速電極の外周近くに設置するの
を普通としていた。

ところでサイクロトロンで加速される粒子のエネルギー
Ｅと、磁極中での回転半径Ｒとは、近似的に次のように
表わされる。

Ｅ＝ｍω”Ｒ”／２ ここにｍは粒子の質量、ωはサイクロトロンの共鳴周波
数である。

この場合取出し回転半径Ｒは一定であるので、取り出そ
うとする粒子のエネルギーを変えようとすると、共鳴周
波数ωを変えなければならない。

しかし共鳴型のこの種加速器では、共鳴周波数ωを変え
ることは極めて困難であり、そのための構成も複雑かつ
大掛かりになる。

更に軽いイオンでは比電荷が大きく加速し易いが、重イ
オンになれば、たとえイオン価数を上げたとしても、比
荷重が十分にとれず、そのため取り出そうとするイオン
のエネルギーの変化は極めて困難なものになる。

ちなみに、あるサイクロトロンでは次のようになる。

加速粒子　　　加速エネルギー（ＭｅＶ）重陽子　　　
　　　４〜５０ Ａｒ　　　　　　　　７６〜６４０ Ｋｒ　　　　　　　　１６０〜５８０ Ｘｓ　　　　　　　　２５０〜５６０ このように重イオンになる程、エネルギーの変化は困難
となる。

この発明は粒子を取り出す有効半径を任意に変更できる
ようにすることによって、簡単に任意のエネルギーの粒
子の取り出しを可能とすることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は超伝導体からなるビームガイドを、ビーム取
り出し用のディフレクタ−の後ろに設置し、このディフ
レクタ−とともに、粒子の軌道回転半径方向に沿って移
動自在としたことを特徴とする。

（作用） 超伝導体では、そのマイスナー効果によりその内部に磁
場を入れない性質がある。したがって超伝導体よりなる
ビームガイドの中には磁場がなくなる。したがってディ
フレクタ−によって取り出され、ビームガイドの中に入
った粒子は、磁場の影響を受けないのでそのまま直進す
る。

したがってディフレクタ−の先端を、加速電極の半径方
向に沿って移動させたとすると、その移動位置における
軌道半径の粒子をディフレクタ−からビームガイドに取
り出すことができるようになる。これによって任意のエ
ネルギーをもつ粒子を取り出すことができるようになる
。

（実施例） この発明の実施例を図によって説明する。真空容器１の
内部に、半円形とされた中空の加速電極２．３を向い合
わせて設置し、これに別の高周波発生装置からの高周波
電圧を加える。そしてその全体を大きな電磁石の磁極４
，５の間にはさみ、強い磁場を加速電極２，３の領域全
体に垂直に加える。

加速電極２，３の間に設けられたイオン発生装置６から
のイオンは、加速電極２，３間で加速されるが、磁場の
ために曲げられ、再び加速電極２゜３間↓こ現れる。磁
場の強さが適当に選ばれてあり、イオンが半回転するの
に要する時間が高周波の半周期に等しくなるようにして
おけば、ここでもまた加速され、次々と毎回加速電極２
，３間で繰り返し加速される。

この加速に伴うイオンのエネルギーの増加に伴って、そ
の軌道回転半径Ｒも次第に大きくなっていく０以上の構
成並びに作用は従来のこの種サイクロトロンと特に相違
するものではない。

この発明にしたがい、イオンを取り出すためのディフレ
クタフの後ろに続いてビームガイド８を設置する。ビー
ムガイド８は超伝導体によってダクト状に構成されであ
る。ビームガイド８はイオンの回転軌道の接線方向に沿
って位置づけされているものとする。

ビームガイド８の後端は磁極４，５外の磁場のないとこ
ろまで延長されている。そしてその後方にビーム偏向器
９が設置されている。ビーム偏向器９は更に続くビーム
ラインにイオンを送るべく、必要な角度だけビーム方向
を曲げるのに使用される。ビームガイド８はビーム偏向
器９を回転中心として、矢印方向に沿って移動回転自在
に設置されている。

ビームガイド８は超伝導体によって構成されているため
、マイスナー効果によりその内部に磁極４．５間の磁場
は入り込まない。したがってディフレクタフによって取
り込められたイオンは、続いてビームガイド８に入るが
、前述したように磁場の影響を受けないので、そのまま
直進してビーム偏向器９に到達する。

ここでビームガイド８を移動回転させて、ディフレクタ
７をイオンの任意の回転半径の位置に移動させたとする
と、その軌道回転半径をもつイオンをこのディフレクタ
７によって取り出すことができるようになる。換言すれ
ばその軌道回転半径に対応するエネルギーをもつイオン
が得られるようになる。

したがって前人に基づき加速ビームのエネルギーを広い
範囲に渡ってしかも容易に自由に変えて得られるように
なる。ここでもし取出し半径Ｒをその最大値の１１５ま
で変えられるとするとエネルギーＥはその最大値の１７
２５まで変化させられる。

更にここにサイクロトロンはおよそ数百回転の回転数で
加速されるので、これまでの議論ではエネルギーは数百
分の１のとびとびの値になる。これでも変化ステップと
しては十分小さいが、もし必要なられずか１％でも加速
周波数を変えられる機構を付加すれば、完全に連続的に
エネルギーを変えることができる。

なおこの発明ではサイクロトロンとして、ＡＶＦ型サ型
ダイクロトロンングサイクロトロンなどにも適用可能で
あることは言うまでもない、またビームガイドは、その
中では磁場が存在しないようにすれば、液体ヘリウムで
冷した超伝導体でも。

液体窒素その他の冷媒で冷した超伝導体でも差し支えな
い。

第３図に超伝導体ビームガイドの一例のガイド断面図を
示す、８１は冷媒を入れる密封容器であり、超伝導体８
２がその中に入っており、冷媒８３の中に完全につかっ
ている。

（発明の効果） 以上詳述したようにこの発明によれば、複雑かつ大掛か
りな装置を使用することなく、容易にしかも広い範囲に
渡って任意のエネルギーのビームを取り出すことができ
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図は同じ
く要部の横断面図、第３図はビームガイドの一例を示す
断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに向き合わされた加速電極と、前記加速電極に垂直
   に磁場を加える磁極とを備え、前記両加速電極間で繰り
   返し粒子を加速するようにし、加速された粒子をディフ
   レクタによって前記加速電極の外部に取り出すようにし
   たサイクロトロンにおいて、超伝導体からなるビームガ
   イドを、前記ディフレクターの後ろに設置し、このビー
   ムガイドを前記ディフレクターとともに、粒子の軌道回
   転半径方向に沿って移動自在としてなるサイクロトロン
   。