JPH02223200A - 荷電粒子ビーム冷却方法 - Google Patents
荷電粒子ビーム冷却方法Info
- Publication number
- JPH02223200A JPH02223200A JP1041706A JP4170689A JPH02223200A JP H02223200 A JPH02223200 A JP H02223200A JP 1041706 A JP1041706 A JP 1041706A JP 4170689 A JP4170689 A JP 4170689A JP H02223200 A JPH02223200 A JP H02223200A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particle beam
- charged particle
- cyclotron
- maser
- energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 12
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 claims description 30
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 3
- 241001102832 Meseres Species 0.000 abstract 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 15
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/003—Manipulation of charged particles by using radiation pressure, e.g. optical levitation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
- H05H13/04—Synchrotrons
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
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〕
本発明はシンクロトロ／放射光発生装置、電子ビーム蓄
積リング、電子加速器等の電子ビーム装置ならびにイオ
ン加速器、イオンビーム蓄積リング、イオンビーム冷却
リング等のイオンビーム装置における荷電粒子ビームの
冷却方法に関する。
積リング、電子加速器等の電子ビーム装置ならびにイオ
ン加速器、イオンビーム蓄積リング、イオンビーム冷却
リング等のイオンビーム装置における荷電粒子ビームの
冷却方法に関する。
高品質の電子ビームを得るには電子ビームを冷却してエ
ネルギーの一様化を図ると共に電子ビームのエミツタン
スを極めて小さくすることが要求されるがエミツタンス
を向上させる方法は今日まで発明されていない。
ネルギーの一様化を図ると共に電子ビームのエミツタン
スを極めて小さくすることが要求されるがエミツタンス
を向上させる方法は今日まで発明されていない。
電子を除く荷電粒子すなわちイオンのビームエネルギー
の一様化とエミツタンスの向上には統計的冷却法と呼ば
れる補正加速制御による方法のみが実用されている。し
かし、この方法ではイオンビームの冷却に長時間を要し
荷電粒子ビームの加速繰りかえしの多い加速器や内部標
的を装着した荷電粒子ビーム蓄積リングでは使用出来な
い。例えば陽子ビームのエネルギーを統計的冷却法で数
十分の−まで一様化するには数分を要する程度である。
の一様化とエミツタンスの向上には統計的冷却法と呼ば
れる補正加速制御による方法のみが実用されている。し
かし、この方法ではイオンビームの冷却に長時間を要し
荷電粒子ビームの加速繰りかえしの多い加速器や内部標
的を装着した荷電粒子ビーム蓄積リングでは使用出来な
い。例えば陽子ビームのエネルギーを統計的冷却法で数
十分の−まで一様化するには数分を要する程度である。
本発明はこれら全ての課題を解決し、すべてのｉｔ粒子
ビームをパルスビームとｉ１Ｍビームの何れを問わず瞬
時に冷却することを目的とするものである。
ビームをパルスビームとｉ１Ｍビームの何れを問わず瞬
時に冷却することを目的とするものである。
上記目的を達成するために本発明はリング型荷電粒子加
速器、荷電粒子ビーム蓄積リング。
速器、荷電粒子ビーム蓄積リング。
荷電粒子ビーム冷却リングにおいて荷電粒子ビームのエ
ミツタンスを小さくする手段として、荷電粒子ビームの
垂直面内の運動エネルギーを積極的に荷電粒子サイクロ
トロン・メーザとして放射させるために荷電粒子ビーム
に沿ったソレノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド
磁場発生部中で荷電粒子ビームの進行方向に逆行または
同方向にメーザ誘発用高周波を投射すると共に誘発効率
を飛躍的に高める目的で荷電粒子に干渉性サイクロトロ
ン旋回運動をさせるためにサイクロトロン旋回運動の位
相角補正用のソレノイド磁場を別にビームに沿って発生
させることを特徴とするものである。
ミツタンスを小さくする手段として、荷電粒子ビームの
垂直面内の運動エネルギーを積極的に荷電粒子サイクロ
トロン・メーザとして放射させるために荷電粒子ビーム
に沿ったソレノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド
磁場発生部中で荷電粒子ビームの進行方向に逆行または
同方向にメーザ誘発用高周波を投射すると共に誘発効率
を飛躍的に高める目的で荷電粒子に干渉性サイクロトロ
ン旋回運動をさせるためにサイクロトロン旋回運動の位
相角補正用のソレノイド磁場を別にビームに沿って発生
させることを特徴とするものである。
さらに荷電粒子ビームの全エネルギーの一様化をはかる
手段としてビーム軸方向のエネルギーの非一様部分をサ
イクロトロン旋回運動に転換した上で、エミツタンス向
上の手段と同じ手段でサイクロトロン・メーザによる放
射冷却させることによってエミツタンスの向上と同時に
ビーム全エネルギーの一様化をすることを特徴とするも
のである。
手段としてビーム軸方向のエネルギーの非一様部分をサ
イクロトロン旋回運動に転換した上で、エミツタンス向
上の手段と同じ手段でサイクロトロン・メーザによる放
射冷却させることによってエミツタンスの向上と同時に
ビーム全エネルギーの一様化をすることを特徴とするも
のである。
請求項１に閃して、一般に電子シンクロトロンの様なリ
ング型加速器や電子蓄積リング等の電子ビーム装置にお
いてはシンクロトロン放射（ＳＲ放射と略称）によって
ビーム進行方向のエネルギーの減少と一様化を生ずるの
と同時にビーム方向に垂直な面内の横ぶれ運動を増大す
る効果がある。横ぶれ増加を厳密な表現で言い換えれば
電子ビームの軸方向に対する傾斜角度と電子ビームの軸
方向に垂直な面内の広がりの積で定義されるエミツタン
スが増加するのである。エミツタンスの増加に伴いリン
グ中の電子ビームの軌道振幅が大きくなり遂に安定軌道
から脱落する電子が生じてリングの真空槽内壁を衝撃し
て内壁から吸着ガスや内壁構成物質の一部を叩き出し、
これが電子ビームの劣化の原因となっている。電子ビー
ム蓄積リング内のビームの蓄積時間の限界の直接原因は
真空劣化にあるがその根本原因はＳＲ放射に伴う電子ビ
ームのエミツタンスの増加にある。
ング型加速器や電子蓄積リング等の電子ビーム装置にお
いてはシンクロトロン放射（ＳＲ放射と略称）によって
ビーム進行方向のエネルギーの減少と一様化を生ずるの
と同時にビーム方向に垂直な面内の横ぶれ運動を増大す
る効果がある。横ぶれ増加を厳密な表現で言い換えれば
電子ビームの軸方向に対する傾斜角度と電子ビームの軸
方向に垂直な面内の広がりの積で定義されるエミツタン
スが増加するのである。エミツタンスの増加に伴いリン
グ中の電子ビームの軌道振幅が大きくなり遂に安定軌道
から脱落する電子が生じてリングの真空槽内壁を衝撃し
て内壁から吸着ガスや内壁構成物質の一部を叩き出し、
これが電子ビームの劣化の原因となっている。電子ビー
ム蓄積リング内のビームの蓄積時間の限界の直接原因は
真空劣化にあるがその根本原因はＳＲ放射に伴う電子ビ
ームのエミツタンスの増加にある。
そこで、このような電子ビームのエミツタンスらのビー
ム高品質化がはかれるわけである。
ム高品質化がはかれるわけである。
電子を除く荷電粒子すなわちイオンビームの装置におい
てはＳＲ放射は生じないが、イオン源から得られるイオ
ンビームのエミツタンスが電子の場合に比べて極めて大
きく、そのためエミツタンス向上の要請は電子ビーム装
置と同様に強い。本発明では電子、イオン両者を含む全
ての荷電粒子に共通する以下の手段が提供される。即ち
、荷電粒子装置内に設置したツレ／イド磁場発生部では
荷電粒子ビーム軸方向にソレノイド磁場Ｌ（テスラ）が
発生していて荷電粒子は軸に垂直な面内でω’ｃ ”
ｅ Ｂ ｏ ／ ｍ ｏの角周波数でサイクロトロン旋
回運動をする。ここでｅおよびｍｏは夫々荷電粒子の電
荷および静止質量であって以下全ての物理量は実用単位
系で与えられているものとする。このとき荷電粒子ビー
ム軸方向に垂直な面内の運動エネルギーｆを電子サイク
ロトロン・メーザの発生原理を拡張した本発明による荷
電粒子サイクロトロン・メーザの発生原理を援用して放
射させてエミツタンスの向上をはかる。
てはＳＲ放射は生じないが、イオン源から得られるイオ
ンビームのエミツタンスが電子の場合に比べて極めて大
きく、そのためエミツタンス向上の要請は電子ビーム装
置と同様に強い。本発明では電子、イオン両者を含む全
ての荷電粒子に共通する以下の手段が提供される。即ち
、荷電粒子装置内に設置したツレ／イド磁場発生部では
荷電粒子ビーム軸方向にソレノイド磁場Ｌ（テスラ）が
発生していて荷電粒子は軸に垂直な面内でω’ｃ ”
ｅ Ｂ ｏ ／ ｍ ｏの角周波数でサイクロトロン旋
回運動をする。ここでｅおよびｍｏは夫々荷電粒子の電
荷および静止質量であって以下全ての物理量は実用単位
系で与えられているものとする。このとき荷電粒子ビー
ム軸方向に垂直な面内の運動エネルギーｆを電子サイク
ロトロン・メーザの発生原理を拡張した本発明による荷
電粒子サイクロトロン・メーザの発生原理を援用して放
射させてエミツタンスの向上をはかる。
荷電粒子サイクロトロン・メーザを放射させるために誘
発用高周波をソレノイド磁場中に装置した高周波共振器
で発生させるが、その角周波数♂は荷電粒子静止座標系
で次の共鳴条件をみたす必要がある。
発用高周波をソレノイド磁場中に装置した高周波共振器
で発生させるが、その角周波数♂は荷電粒子静止座標系
で次の共鳴条件をみたす必要がある。
Ｊ ／ω’ｃａｌ＋χ（２πｖｓ／ω’６ ）−（ＴＬ
／ｍｏｃ”）ここでＣは光速であり、また冷却を最も
効率良くする値はχ２−α５８である。またνは荷電粒
子の干渉性旋回運動を撹乱する幾つかの原因が発生する
時間的割合であって荷電粒子サイクロトロン・メーザ発
生の条件 （ω％／２πν’＞＜＜ ／！１（Ｉｃ” ＞＞ １を
左右する。これら２つの条件下でのサイクロトロン・メ
ーザによる放射冷却で生ずるエミツタンスの減衰時間τ
はχ２−０．５８の場合である。ここで誘発用高周波の
進行方向が荷電粒子ビームと同方向の場合ε＝１９反対
方向の場合ε＝−１である。β＝ Ｖ ／ ＣでＶは荷
電粒子速度、ｒｐは荷電粒子の古典半径。ωは高周波共
振器で発生するメーザ誘発用高周波の角周波数でωとは
ドツプラー効果の式 ％式％ でむすばれている。Ｉ（ω）は誘発用高周波のボインテ
ングベクトルの大きさ即ちエネルギー流密度である。
／ｍｏｃ”）ここでＣは光速であり、また冷却を最も
効率良くする値はχ２−α５８である。またνは荷電粒
子の干渉性旋回運動を撹乱する幾つかの原因が発生する
時間的割合であって荷電粒子サイクロトロン・メーザ発
生の条件 （ω％／２πν’＞＜＜ ／！１（Ｉｃ” ＞＞ １を
左右する。これら２つの条件下でのサイクロトロン・メ
ーザによる放射冷却で生ずるエミツタンスの減衰時間τ
はχ２−０．５８の場合である。ここで誘発用高周波の
進行方向が荷電粒子ビームと同方向の場合ε＝１９反対
方向の場合ε＝−１である。β＝ Ｖ ／ ＣでＶは荷
電粒子速度、ｒｐは荷電粒子の古典半径。ωは高周波共
振器で発生するメーザ誘発用高周波の角周波数でωとは
ドツプラー効果の式 ％式％ でむすばれている。Ｉ（ω）は誘発用高周波のボインテ
ングベクトルの大きさ即ちエネルギー流密度である。
請求項２に関して。
以上説明した装置でエミツタンスの向上がはかれるのは
ＩＭｅＶ （メガ電子ボルト）程度の極く低エネルギー
の電子ビームに限定され実用性が甚だ薄い。それは荷電
粒子のエネルギー増大に伴って９粒子群の高周波共振器
内を通過する時間ｔ ＝Ｌ、／β７ｃ、（Ｌｏは共振器
の空洞長）が短かく、干渉性サイクロトロン旋回運動の
回数がこの時間内に限定されν〜（ｔ８）−１＝β７
ｃ ／ Ｌ ａの増大によってメーザ誘発条件（ωｃ’
／２πν勺（Ｔ、／ ｍｏｃ’ ）＞１がみたされなく
なるからである。請求項２ではサイクロトロ／旋回運動
のコヒーレ／７−即ち干渉性をリング中で保持するため
にサイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣと略称）部のソ
レノイド磁場と逆方向で大きさの等しい補正用ソレノイ
ド磁場をビームリング中に導入すると共にメーザ誘発用
高周波を荷電粒子のリング周回周波数ｆでトリガーする
か又は同期させることにする。これによって荷電粒子ビ
ームのサイクロトロン旋回運動は常にメーザ誘発用高周
波と同位相であることが保証され理論上ν“→０となり
得る。
ＩＭｅＶ （メガ電子ボルト）程度の極く低エネルギー
の電子ビームに限定され実用性が甚だ薄い。それは荷電
粒子のエネルギー増大に伴って９粒子群の高周波共振器
内を通過する時間ｔ ＝Ｌ、／β７ｃ、（Ｌｏは共振器
の空洞長）が短かく、干渉性サイクロトロン旋回運動の
回数がこの時間内に限定されν〜（ｔ８）−１＝β７
ｃ ／ Ｌ ａの増大によってメーザ誘発条件（ωｃ’
／２πν勺（Ｔ、／ ｍｏｃ’ ）＞１がみたされなく
なるからである。請求項２ではサイクロトロ／旋回運動
のコヒーレ／７−即ち干渉性をリング中で保持するため
にサイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣと略称）部のソ
レノイド磁場と逆方向で大きさの等しい補正用ソレノイ
ド磁場をビームリング中に導入すると共にメーザ誘発用
高周波を荷電粒子のリング周回周波数ｆでトリガーする
か又は同期させることにする。これによって荷電粒子ビ
ームのサイクロトロン旋回運動は常にメーザ誘発用高周
波と同位相であることが保証され理論上ν“→０となり
得る。
現実にはνを存限にとどめる幾つかの原因がある。その
一つはリング中の磁場の強弱部分を高速荷電粒子が通過
する際に共鳴現象を生じてビームの軸方向のエネルギー
と軸に垂直面内のエネルギーが相互に転換することが考
えられる。しかし、この種の共鳴を生じさせないように
ビームリング装置を設計することは容易であり、スピン
偏極粒子ビームの共鳴減偏極現象に対する対策と似た配
慮で解決できる。
一つはリング中の磁場の強弱部分を高速荷電粒子が通過
する際に共鳴現象を生じてビームの軸方向のエネルギー
と軸に垂直面内のエネルギーが相互に転換することが考
えられる。しかし、この種の共鳴を生じさせないように
ビームリング装置を設計することは容易であり、スピン
偏極粒子ビームの共鳴減偏極現象に対する対策と似た配
慮で解決できる。
δ内の荷電粒子密度１０ ｍ 程度ではνり０、Ｉ
Ｓ で全く問題ではないことが示される。
Ｓ で全く問題ではないことが示される。
次に荷電粒子がリング中の磁場境界を横断する時受ける
ビーム軸垂直面内の電磁的衝撃がシフ値を大きくするこ
とが考えられるが、これも荷電粒子の集団が狭い時間帯
に横断すれば干渉性におよぼす効果は小さいことがわか
る。
ビーム軸垂直面内の電磁的衝撃がシフ値を大きくするこ
とが考えられるが、これも荷電粒子の集団が狭い時間帯
に横断すれば干渉性におよぼす効果は小さいことがわか
る。
結局リング中に配列されている全ての磁場のビーム軸上
の成分Ｂｓ（ｓ）のビーム・リングに沿った総和がＯす
なわち＋Ｂｓ（ｓ）ｄｓメ０であればサイクロトロン旋
回運動の干渉性は保証され（２πν３／ω２）ｚΔω／
ω又は（２πν４／ω之）ｚΔｆ／ｆ程度のνとなる。
の成分Ｂｓ（ｓ）のビーム・リングに沿った総和がＯす
なわち＋Ｂｓ（ｓ）ｄｓメ０であればサイクロトロン旋
回運動の干渉性は保証され（２πν３／ω２）ｚΔω／
ω又は（２πν４／ω之）ｚΔｆ／ｆ程度のνとなる。
従ってサイクロトロン・メーザ冷却効率を高めるには周
波数変動、ΔωやΔｆを小さ（することが重要であるが
メーザ誘発用高周波は定常波で十分であるからΔω／ω
ｂ１０−４より良くすることは困難ではない。
波数変動、ΔωやΔｆを小さ（することが重要であるが
メーザ誘発用高周波は定常波で十分であるからΔω／ω
ｂ１０−４より良くすることは困難ではない。
今−例として７＝４００つまり２００ＭｅＶ（メガ電子
ボルト）のエネルギーの電子＋ＢＯ＝６テスラでビーム
軸反対方向進行波に相当の周波数ω／２π＝２１０ＭＨ
２（メガヘルツ）の誘発高周波を定常波としてＣＭＣ部
に発生させその電力を！（ω）＝１１耀・ｍ とすると
冷却時間η−１τ＝１μｓ（マイクロ秒）が得られる。
ボルト）のエネルギーの電子＋ＢＯ＝６テスラでビーム
軸反対方向進行波に相当の周波数ω／２π＝２１０ＭＨ
２（メガヘルツ）の誘発高周波を定常波としてＣＭＣ部
に発生させその電力を！（ω）＝１１耀・ｍ とすると
冷却時間η−１τ＝１μｓ（マイクロ秒）が得られる。
ここにη＝α０７はＣＭＣ部の長さの全リング長に対す
る割合である。ここでは（２πν′／ω： ）’１０−
’の標準的な値を採用している。
る割合である。ここでは（２πν′／ω： ）’１０−
’の標準的な値を採用している。
次に：ｙ＝ａ８即チエネルギー；６（１，７ＧｅＶ（ギ
ガ電子ボルト）の陽子についてＢｏ”６テスラの磁場と
ビーム方向進行波とした周波数０．５０ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の誘発高周波をＩ（ω）２１、 ｔ ＭＷ・ｍ
の電力で定常波としてＣＭＣ部に発生した場合は（２π
ν１／ωＣ）ｚｔｏ−％ｐ高性能のものではη＝０．０
４でη−１τ＝１０μＳの冷却時間が期待される。
ガ電子ボルト）の陽子についてＢｏ”６テスラの磁場と
ビーム方向進行波とした周波数０．５０ＧＨｚ（ギガヘ
ルツ）の誘発高周波をＩ（ω）２１、 ｔ ＭＷ・ｍ
の電力で定常波としてＣＭＣ部に発生した場合は（２π
ν１／ωＣ）ｚｔｏ−％ｐ高性能のものではη＝０．０
４でη−１τ＝１０μＳの冷却時間が期待される。
同じ陽子ビームの場合に対して誘発用高周波の周波数を
ビーム軸方向と反対方向の進行波とした周波数１７ＭＨ
ｚにすると僅かＩ（ω）ｚ２１蒲・ｍ の電力ではマ同
じ冷却時間が期待される。従って誘発用高周波の周波数
をビーム軸に対し正方向、逆方向の進行波のどちらに合
わせて共鳴を取るかはソレノイド磁場と高周波共振器の
製作技術上の問題で決めれば良い。
ビーム軸方向と反対方向の進行波とした周波数１７ＭＨ
ｚにすると僅かＩ（ω）ｚ２１蒲・ｍ の電力ではマ同
じ冷却時間が期待される。従って誘発用高周波の周波数
をビーム軸に対し正方向、逆方向の進行波のどちらに合
わせて共鳴を取るかはソレノイド磁場と高周波共振器の
製作技術上の問題で決めれば良い。
請求項＆に関して
サイクロトロ／・メーザ冷却はビーム軸方向のエネルギ
ー即ち実質上荷電粒子の加速全エネルギーの一様化機能
も持っている。説明の便宜上、こ＼ではｍｌ ＝０とし
て議論する。この場合、冷却部の人口で荷電粒子運動量
の分散微分りがＯではなく、又最小運動量ａの粒子軌道
はビーム中心軸にはν平行に調整されているものとする
。この場合、ＣＭＣ部に流入した荷電粒子はビーム軸垂
直面内でＤ′Δｐの運動量を待ったサイクロトロン旋回
運動を一斉に始める。こ−にΔｐ＝ｍ６ｃ・Δ７／βは
荷電粒子￥の運動ｆｆ１Ｎ艮 からの偏差値である。そ
こでエミツタンス向上のための垂直面内のエネルギー即
の冷却の場合の議論をＴＩ ＝（Ｄ′Δｐ）’ ／ （
２ｍｏ） ＝（Ｄ’・ΔＴ／β）２・（＋ｗｏＣ”／２
）と置換えてそのま＼全エネルギー冷却に適用出来る。
ー即ち実質上荷電粒子の加速全エネルギーの一様化機能
も持っている。説明の便宜上、こ＼ではｍｌ ＝０とし
て議論する。この場合、冷却部の人口で荷電粒子運動量
の分散微分りがＯではなく、又最小運動量ａの粒子軌道
はビーム中心軸にはν平行に調整されているものとする
。この場合、ＣＭＣ部に流入した荷電粒子はビーム軸垂
直面内でＤ′Δｐの運動量を待ったサイクロトロン旋回
運動を一斉に始める。こ−にΔｐ＝ｍ６ｃ・Δ７／βは
荷電粒子￥の運動ｆｆ１Ｎ艮 からの偏差値である。そ
こでエミツタンス向上のための垂直面内のエネルギー即
の冷却の場合の議論をＴＩ ＝（Ｄ′Δｐ）’ ／ （
２ｍｏ） ＝（Ｄ’・ΔＴ／β）２・（＋ｗｏＣ”／２
）と置換えてそのま＼全エネルギー冷却に適用出来る。
冷却時間は２τとなる。つまり以上の方法で同一のＣＭ
Ｃ部内で垂直面内のエネルギーとビーム軸方向のエネル
ギーが夫々τ、２τの冷却時間で冷却される。
Ｃ部内で垂直面内のエネルギーとビーム軸方向のエネル
ギーが夫々τ、２τの冷却時間で冷却される。
Ｄ′の大きさはサイクロトロン・メーザの条件（ω艷／
２πν”） （Ｔｉ ／ｍａｃ ”） （１／３ωＳ／
２πν４）・（Ｄ＝Δ７ｆ／β）２） １をみたすよう
に決めれば良い。
２πν”） （Ｔｉ ／ｍａｃ ”） （１／３ωＳ／
２πν４）・（Ｄ＝Δ７ｆ／β）２） １をみたすよう
に決めれば良い。
以下本発明による荷電粒子ビーム冷却方法の一実施例に
ついて図面を参照して説明する。
ついて図面を参照して説明する。
図面は本発明方法をシンクロトロン放射光発生装置に実
施した際の該装置の概要配置図であって荷電粒子ビーム
入射系１．ビーム集束磁石２゜ビーム偏向磁石３２粒子
サイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣ）誘発用高周波共
振器４．ソレノイド磁石５．補正用ソレノイド磁石６．
加速高周波共振器７．放射光発生部８の各要素で措成さ
れている。
施した際の該装置の概要配置図であって荷電粒子ビーム
入射系１．ビーム集束磁石２゜ビーム偏向磁石３２粒子
サイクロトロン・メーザ冷却（ＣＭＣ）誘発用高周波共
振器４．ソレノイド磁石５．補正用ソレノイド磁石６．
加速高周波共振器７．放射光発生部８の各要素で措成さ
れている。
しかして、入射系１から粒子ビーム装置系内へ入射され
た粒子ビームは集束磁石２（一般には４極磁石が使用さ
れる。）通過後偏向磁石３により偏向され、ＣＭＣ誘発
用高周波共振器４において粒子ビームのエミツタンスと
ビームエネルギー分解能の向上がはかられることにより
ビームが高品質化する。即ちＣＭＣ誘発用高周波共振器
４では粒子ビーム軸方向にソレノイド磁石により磁場Ｂ
ｏが発生していて、荷電粒子は軸に垂直な面内でサイク
ロトロン旋回運動をしている。そして、この荷電粒子ビ
ームに逆行執＼＼又は同方向にＣＭＣ部のメーザ−１−
ｍ発用高周波共振器４内で高周波を投射することにより
荷電粒子サイクロトロン・メーザが発生し。
た粒子ビームは集束磁石２（一般には４極磁石が使用さ
れる。）通過後偏向磁石３により偏向され、ＣＭＣ誘発
用高周波共振器４において粒子ビームのエミツタンスと
ビームエネルギー分解能の向上がはかられることにより
ビームが高品質化する。即ちＣＭＣ誘発用高周波共振器
４では粒子ビーム軸方向にソレノイド磁石により磁場Ｂ
ｏが発生していて、荷電粒子は軸に垂直な面内でサイク
ロトロン旋回運動をしている。そして、この荷電粒子ビ
ームに逆行執＼＼又は同方向にＣＭＣ部のメーザ−１−
ｍ発用高周波共振器４内で高周波を投射することにより
荷電粒子サイクロトロン・メーザが発生し。
荷電粒子ビームのエミツタンスを飛躍的に向上させる。
又、該誘発用高周波共振器入口における荷電粒子運動量
の分散微分Ｄ′の値が適当な値となるようにビーム集束
磁石２ならびにビーム偏向磁石３を調整しておけば、サ
イクロトロン・メーザによる放射冷却効果によって荷電
粒子ビームのエミツタンスの向上と同時に軸方向のビー
ムエネルギーの冷却即ちエネルギーの一様化も達成され
る。
の分散微分Ｄ′の値が適当な値となるようにビーム集束
磁石２ならびにビーム偏向磁石３を調整しておけば、サ
イクロトロン・メーザによる放射冷却効果によって荷電
粒子ビームのエミツタンスの向上と同時に軸方向のビー
ムエネルギーの冷却即ちエネルギーの一様化も達成され
る。
ＣＭＣ誘発用高周波共振器４を出た荷電粒子ビームは補
正用ソレノイド磁石６の軸方向磁場によってサイクロト
ロン旋回の位相角がＣＭＣ誘発用高周波共振器４に入る
前と同じになり集束磁石２とビーム偏向磁石３により再
び集束性と運動量分散又は分散微分を調整され放射光発
生部８で超高輝度で単色性に秀れた放射光を発生させる
ことが出来る。荷電粒子ビームは更にビーム集束磁石２
とビーム偏向磁石３を経て加速高周波共振器７で補助加
速され再びＣＭＣ誘はかられる。
正用ソレノイド磁石６の軸方向磁場によってサイクロト
ロン旋回の位相角がＣＭＣ誘発用高周波共振器４に入る
前と同じになり集束磁石２とビーム偏向磁石３により再
び集束性と運動量分散又は分散微分を調整され放射光発
生部８で超高輝度で単色性に秀れた放射光を発生させる
ことが出来る。荷電粒子ビームは更にビーム集束磁石２
とビーム偏向磁石３を経て加速高周波共振器７で補助加
速され再びＣＭＣ誘はかられる。
以上は９本発明のビーム冷却法をシンクロトロン放射光
発生装置に適用した場合について説明したが電子以外の
荷電粒子蓄積リングや加速器に適用するときは放射光発
生部８は不要で、かわりに他の種類の実験装置を装着さ
せることも可能である。また９以上の説明におけるｄを
ω杢の整数倍の値に置き換えた値に対応する高周波周波
数ω の誘発用高周波を用いても差し支えない。
発生装置に適用した場合について説明したが電子以外の
荷電粒子蓄積リングや加速器に適用するときは放射光発
生部８は不要で、かわりに他の種類の実験装置を装着さ
せることも可能である。また９以上の説明におけるｄを
ω杢の整数倍の値に置き換えた値に対応する高周波周波
数ω の誘発用高周波を用いても差し支えない。
以上説明したように２本発明によれば荷電粒子ビームに
沿ったソレノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド磁
場発生部中で荷電粒子ビームに逆行又は同方向にサイク
ロトロン・メーザ４゜ 誘発用高周波を投射することにより荷電粒子ビームのエ
ミツタンスとエネルギー分解能を極めて高品質化するこ
とが可能で単色性と明るさが極めて秀れた荷電粒子ビー
ムを得ることが出来、さらに、ＣＭＣＭ発用高周波共振
器４を出た荷電粒子ビームに補正用ソレノイド磁石６に
よる軸方向磁場をかけることによって、サイクロトロン
旋回の位相角がＣＭＣ誘発用高周波共振器４に入る前と
同じになり、再びＣＭＣ誘発用高周波共振器４内の繰り
かえしのサイクロトロン・メーザによる放射冷却でビー
ムの高品質化が図れるという顕著な効果を奏する。
沿ったソレノイド磁場発生部を設置し、該ソレノイド磁
場発生部中で荷電粒子ビームに逆行又は同方向にサイク
ロトロン・メーザ４゜ 誘発用高周波を投射することにより荷電粒子ビームのエ
ミツタンスとエネルギー分解能を極めて高品質化するこ
とが可能で単色性と明るさが極めて秀れた荷電粒子ビー
ムを得ることが出来、さらに、ＣＭＣＭ発用高周波共振
器４を出た荷電粒子ビームに補正用ソレノイド磁石６に
よる軸方向磁場をかけることによって、サイクロトロン
旋回の位相角がＣＭＣ誘発用高周波共振器４に入る前と
同じになり、再びＣＭＣ誘発用高周波共振器４内の繰り
かえしのサイクロトロン・メーザによる放射冷却でビー
ムの高品質化が図れるという顕著な効果を奏する。
図面は本発明方法を実施するための一例としてのシンク
ロトロン放射光発生装置の概要配置図である。 １・・・荷電粒子ビーム入射系 ２・・・ビーム集束磁石 ３・・・ビーム偏向磁石 ４・・・ＣＭＣ誘発用高周波共振器 ５・・・ソレノイド磁石 ６・・・補正用ソレノイド磁石 ７・・・加速高周波共振器 ８・・・放射光発生部
ロトロン放射光発生装置の概要配置図である。 １・・・荷電粒子ビーム入射系 ２・・・ビーム集束磁石 ３・・・ビーム偏向磁石 ４・・・ＣＭＣ誘発用高周波共振器 ５・・・ソレノイド磁石 ６・・・補正用ソレノイド磁石 ７・・・加速高周波共振器 ８・・・放射光発生部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電子ならびにイオンを総称する荷電粒子の加速器、
蓄積リング等の荷電粒子ビーム装置において、荷電粒子
ビームに沿って設置されたソレノイド磁場発生部内にサ
イクロトロン・メーザ誘発用高周波共振器を設置し、荷
電粒子ビームの進行方向に逆行または同方向に、サイク
ロトロン・メーザ誘発用高周波を投射することによって
、荷電粒子ビームのビーム軸垂直面内での熱運動エネル
ギーを積極的にサイクロトロン・メーザの形で放射させ
て、粒子ビームのエミッタンスを小さくすることを特長
とする荷電粒子ビーム冷却方法。 ２）請求項１の方法において、サイクロトロン・メーザ
誘発用高周波共振器を出た荷電粒子ビームに粒子ビーム
のサイクロトロン旋回運動の位相角補正用のソレノイド
磁場をかけて、荷電粒子に干渉性サイクロトロン旋回運
動の機能を保持させることによりサイクロトロン・メー
ザ誘発効率を高めることを特徴とする荷電粒子ビーム冷
却方法。 ３）請求項１または２の方法において、ビーム偏向磁石
の運動量分散性を用いてビーム軸方向のエネルギーの非
一様部分をサイクロトロン旋回運動に転換した上でサイ
クロトロン・メーザ誘発用高周波を投射することにより
荷電粒子ビームのエミッタンスの向上と同時にビーム全
エネルギーの一様化を図ることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム冷却方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041706A JP2782076B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 荷電粒子ビーム冷却方法 |
| US07/582,215 US5138271A (en) | 1989-02-23 | 1990-02-23 | Method for cooling a charged particle beam |
| DE69023885T DE69023885T2 (de) | 1989-02-23 | 1990-02-23 | Verfahren zur kühlung eines strahles geladener teilchen. |
| PCT/JP1990/000218 WO1990010368A1 (en) | 1989-02-23 | 1990-02-23 | Method of cooling charged particle beam |
| EP90903429A EP0426861B1 (en) | 1989-02-23 | 1990-02-23 | Method of cooling charged particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041706A JP2782076B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 荷電粒子ビーム冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02223200A true JPH02223200A (ja) | 1990-09-05 |
| JP2782076B2 JP2782076B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=12615871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041706A Expired - Fee Related JP2782076B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 荷電粒子ビーム冷却方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5138271A (ja) |
| EP (1) | EP0426861B1 (ja) |
| JP (1) | JP2782076B2 (ja) |
| DE (1) | DE69023885T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990010368A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0720178A1 (en) | 1994-12-28 | 1996-07-03 | Research Development Corporation Of Japan | Coherent particle beam |
| JP2007139525A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 陽電子ビーム集束方法および集束装置 |
| JP2020202015A (ja) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | 株式会社日立製作所 | 加速器、粒子線治療システムおよびイオン取り出し方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09223850A (ja) * | 1996-02-19 | 1997-08-26 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | スーパーハードレーザーの発生方法及びその装置 |
| US5854531A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-29 | Science Applications International Corporation | Storage ring system and method for high-yield nuclear production |
| EP1421833A4 (en) * | 2001-08-30 | 2006-04-05 | Tolemac Llc | ANTIPROTONE PRODUCTION AND RELEASE FOR THE PRESENTATION AND TERMINATION OF UNWANTED CELLS |
| US20070007468A1 (en) * | 2005-07-07 | 2007-01-11 | Schmidt Willard H | Inhomogeneous magnetic field cyclotron |
| US7501640B2 (en) * | 2007-02-24 | 2009-03-10 | Larson Delbert J | Low energy electron cooling system and method for increasing the phase space intensity and overall intensity of low energy ion beams |
| US8604722B2 (en) * | 2009-09-30 | 2013-12-10 | Muons, Inc. | Particle beam cooling device |
| US8063390B2 (en) * | 2010-03-03 | 2011-11-22 | Larson Delbert J | Electron cooling system and method for increasing the phase space intensity and overall intensity of ion beams in multiple overlap regions |
| US20110215720A1 (en) * | 2010-03-03 | 2011-09-08 | Larson Delbert J | Segmented Electron Gun, Beam and Collector System and Method for Electron Cooling of Particle Beams |
| RU2462009C1 (ru) * | 2011-06-08 | 2012-09-20 | Мурадин Абубекирович Кумахов | Способ изменения направления движения пучка ускоренных заряженных частиц, устройство для осуществления этого способа, источник электромагнитного излучения, линейный и циклический ускорители заряженных частиц, коллайдер и средство для получения магнитного поля, создаваемого током ускоренных заряженных частиц |
| JP6486141B2 (ja) * | 2015-02-26 | 2019-03-20 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | 粒子線治療装置および粒子線調整方法 |
| JP6640480B2 (ja) * | 2015-07-29 | 2020-02-05 | 株式会社東芝 | 粒子線ビーム輸送システム、及びそのセグメント |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3412337A (en) * | 1966-08-24 | 1968-11-19 | Atomic Energy Commission Usa | Beam spill control for a synchrotron |
| US4631743A (en) * | 1983-09-22 | 1986-12-23 | Agency Of Industrial Science & Technology | X-ray generating apparatus |
| JPS6222400A (ja) * | 1985-07-22 | 1987-01-30 | 株式会社東芝 | 電子ビ−ムによるイオンビ−ムの冷却装置 |
| JPS62147642A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-01 | Hidetsugu Ikegami | 粒子ビ−ム瞬間冷却法 |
| US4780683A (en) * | 1986-06-05 | 1988-10-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Synchrotron apparatus |
| JPH0722040B2 (ja) * | 1986-06-05 | 1995-03-08 | 三菱電機株式会社 | 粒子ビ−ム加速装置 |
| JP2555112B2 (ja) * | 1987-12-07 | 1996-11-20 | 株式会社日立製作所 | 荷電粒子ビーム冷却法 |
| US5291567A (en) * | 1992-07-21 | 1994-03-01 | Eastman Kodak Company | Electro-optic waveguide deflector using a nonlinear optic film or liquid-crystal overlay cell for use in an optical pickup head |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP1041706A patent/JP2782076B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-02-23 DE DE69023885T patent/DE69023885T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-23 EP EP90903429A patent/EP0426861B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-23 WO PCT/JP1990/000218 patent/WO1990010368A1/ja active IP Right Grant
- 1990-02-23 US US07/582,215 patent/US5138271A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0720178A1 (en) | 1994-12-28 | 1996-07-03 | Research Development Corporation Of Japan | Coherent particle beam |
| JP2007139525A (ja) * | 2005-11-17 | 2007-06-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 陽電子ビーム集束方法および集束装置 |
| JP2020202015A (ja) * | 2019-06-06 | 2020-12-17 | 株式会社日立製作所 | 加速器、粒子線治療システムおよびイオン取り出し方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69023885T2 (de) | 1996-08-08 |
| JP2782076B2 (ja) | 1998-07-30 |
| EP0426861A1 (en) | 1991-05-15 |
| US5138271A (en) | 1992-08-11 |
| DE69023885D1 (de) | 1996-01-11 |
| WO1990010368A1 (en) | 1990-09-07 |
| EP0426861A4 (en) | 1992-05-13 |
| EP0426861B1 (en) | 1995-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6201851B1 (en) | Internal target radiator using a betatron | |
| US6545436B1 (en) | Magnetic containment system for the production of radiation from high energy electrons using solid targets | |
| JPH02223200A (ja) | 荷電粒子ビーム冷却方法 | |
| Henri et al. | Active galactic nuclei as high energy engines | |
| Xia et al. | CEPC Z-pole polarization design studies | |
| US3450931A (en) | Cyclotron motion linear accelerator | |
| Dimov et al. | Compensated proton beam production in an accelerating ring at a current above the space charge limit | |
| Nerush et al. | Radiation emission by extreme relativistic electrons and pair production by hard photons in a strong plasma wakefield | |
| RU2058676C1 (ru) | Способ охлаждения пучка заряженных частиц | |
| US2943265A (en) | Electron cyclotron | |
| Norum et al. | Polarized beams in a muon collider | |
| EP0715381B1 (en) | Method and apparatus for generating gamma-ray laser | |
| US3390293A (en) | High energy particle generator | |
| Ferrari et al. | Pulsed high-energy radiation from oblique magnetic rotators | |
| Parkhomchuk et al. | Electron cooling for RHIC | |
| JP2893457B2 (ja) | 高輝度電子ビーム発生方法 | |
| JP3456132B2 (ja) | 電磁波発生方法及び電磁波発生装置 | |
| Carmignani | Principles of synchrotron radiation | |
| Ermakov et al. | Design of a linear accelerator with a magnetic mirror on the beam energy of 45 MeV | |
| Meshcherov et al. | V. Rybalko, V. Sazhin, MRTI Russia, 113519. A. Vasiliev, MAE Russia. | |
| WIDE et al. | V. Rybalko, V. Sazhin, MRTI Russia, 113519. A. Vasiliev, MAE Russia. | |
| Balakin et al. | A superhigh energy colliding electron-positron beam facility (VLEPP) | |
| Edwards | TESLA Parameters Update: A Progress Report On The Tesla collider Design | |
| Baldwin | Photoneutron generation with electron undulators | |
| Chew et al. | High Energy Accelerators at the University of California Radiation Laboratory |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |