JPH03283399A

JPH03283399A - 線形加速器

Info

Publication number: JPH03283399A
Application number: JP8467690A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Ogasawara; 宗博小笠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1991-12-13

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、マイクロ波を用いて６ノミ粒子を加速する線
形加速器に関する。

（従来の技術）荷電粒子を加速して高エネルギ粒子を得る粒子加速器に
は種々のタイプがある。それらの中にマイクロ波を用い
て荷電粒子を加速する線形加速器がある。このような線
形加速器、たとえば電子を加速する線形加速器は、一般
に第９図に示すように構成されている。

すなわち、進行波管で構成された加速管１を備えており
、この加速管１内には円環状に形成された円環板２が図
中左から右に向かって所定の間隔で配置されている。

加速管１の図中左端側は、加速管１内へマイクロ波入力
Ａを導入するためのＲＦカップ３を介して電子銃４に接
続されている。加速管１０図中右端側はＲＦカップラ５
に接続されており、このＲＦカップラ５の壁には加速さ
れた電子ビームを送り出すための出射孔６が形成されて
いる。そして、ＲＦカップラ５で導かれたマイクロ波Ｂ
は、整合終端７へと導かれて吸収される。また、加速管
１の回りには、電子ビームを集束させるために軸方向の
磁場を発生する電磁石８が配置されている。

このように構成された線形加速器では、電子銃４から加
速管１に入射された低エネルギの電子がマイクロ波電場
によって連続的に加速される。そして、大きな運動エネ
ルギの与えられた電子は、出射孔６を通って目的の場所
へと案内される。

ここで、加速管１内の領域ａはパンチャーと呼ばれ、位
相速度が軸方向に′沿って増加し、電子が徐々に加速さ
れる領域である。また、領域すは位相速度が光速度に近
い領域で、この領域すで荷電粒子が所望の運動エネルギ
を得るまで加速される。

しかしながら、上記のように構成された線形加速器にあ
っては、次のような問題があった。すなわち、この線形
加速器では、加速に必要なマイクロ波入力の全パワーを
位相速度の遅い領域ａのなかでも最も遅い領域を介して
入射するようにしている。この入射領域では位相速度を
早くできないので、円環板２の間隔を狭くする必要があ
る。たとえば、２８５６Ｍ　Ｈｚ、　　２π／３モード
で使用する通常の加速管に７９ＫｃＶの電子を入射する
場合を例にとると、位相速度が光速の２分の１であるの
で、円環板２の間隔を１７．５ｍｓ程度に設定する必要
がある。今、円環板２の厚みを５１とすると、円環板２
の実際の隙間は１２．５ｎｍとなり、非常に狭いものに
なる。さらに低いエネルギで入射する場合には、円環板
２の間隔をさらに狭くする必要がある。このため、マイ
クロ波入射部分で放電が起こり易くなり、入力可能なマ
イクロ波パワーが制限される問題があった。特に、近年
ではＳバンド帯の周波数に代わって、その３〜４倍も高
い周波数であるＸバンド帯が使われようとしており、こ
の場合には円環板２の間隔がＳバンド帯のそれのＩ／３
〜ｌ／４となるので放電の問題が一層深刻となる。

一方、第１０図に示すように、両端にＲＦカップラ３，
５を備えた位相速度の異なるｎ個の加速管１ａ、ｌｂ、
・・・１ｎをそれぞれドリフト管９を介して直列に接続
した線形加速器も考えられている。

この線形加速器では、パンチャー領域ａに位置する各加
速管の長さや電場強度を最適化できるので、放電の問題
を解消できる。この線形加速器は、エネルギ幅等のビー
ムの質が問題になる大型の加速器等に適用されている。

しかし、第１０図に示される線形加速器では、ドリフト
管を介して複数の加速管を直列に接続するとともに各加
速管に個別にマイクロ波を入射および出射させるＲＦカ
ップラを設ける必要があるので、全体が大型化するのを
免れ得ず、たとえば医療用に使用されるもののように、
特に小型化の要求される用途には適用できない問題があ
った。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の線形加速器では、全体の小型化を図
った状態で高いエネルギの荷電粒子を得ることが困難で
あった。

そこで本発明は、このような問題を解決できる線形加速
器を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明は、加速管内にマ
イクロ波を導入して荷電粒子を加速するようにした線形
加速器において、前記加速管を、マイクロ波入力のパワ
ーを左右に振り分ける機能を備えたＲＦカップラと、こ
のＲＦカップラを境にして一方側に接続されるとともに
マイクロ波入力パワーの大半が供給される主加速管と、
前記ＲＦカップラを境にして他方側に前記主加速管と同
軸的に接続されるとともにマイクロ入力パワーの残りが
供給される予備加速用の従加速管とで構成している。

（作　用）本発明に係る線形加速管では、従加速管がほぼパンチャ
ーに相当している。そして、荷電粒子の加速に必要なマ
イクロ波入力の全パワーが従加速管と主加速管との間に
設けられたＲＦカップラを介して供給され、この供給さ
れたマイクロ波入力パワーの大半が主加速管に供給され
、残りが従加速管に供給される。このような構成である
と、加速管内にマイクロ波入力を導入するためのＲＦカ
ップラの位置を位相速度に合わせて選ぶことができる。

したがって、位相速度の大きい領域にＲＦカップラを位
置させれば、この部分での円環板の軸方向間隔を広くで
きることになり、放電の問題を解消できることになる。

また、パンチャーの長さも０由に設定することができる
。したがって、１本の加速管、つまり小型の加速管でエ
ネルギの揃った高いエネルギの荷電粒子を得ることが可
能となる。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には電子を加速する線形加速器に本発明を適用し
た一例が示されている。

この線形加速器は１本の加速管１１を備えている。この
加速管１１は、マイクロ波入力Ｃのパワーを左右に振り
分ける機能を鋺えた入力用ＲＦカップラ１２と、この入
力用ＲＦカップラ１２の一方側に接続された主加速管１
３と、入力用ＲＦカップラ１２の他方側に主加速管１３
と同軸的に接続された従加速管１４とで構成されている
。

人力用ＲＦカップラ１２は、導波管１５を介して図示し
ないマイクロ波供給源に接続されている。

なお、供給路の途中にはセラミックス製の封止壁１６が
設けられている。人力用ＲＦカップラ１２の第１図中右
壁には、マイクロ波入力Ｃのパワーの大半を主加速管１
３側に向かわせる円環板を兼ねた孔１７が形成されてい
る。また、入力用ＲＦカップラ１２の第１図中左壁には
、第２図に示すように中心部にビームホール１８が形成
されている。なお、ビームホール１８の大きさは加速電
磁場に対してはカットオフになる値に形成されている。

また、ビームホール１８の回りで、導波管１５の軸心線
を中心とする対称的な位置にはスリット１９が形成され
ている。このスリット１９の存在によってマイクロ波入
力Ｃのパワーの一部が従加速管１４側に伝わる。すなわ
ち、マイクロ波入力Ｃのパワーの大半が図中矢印Ｃ１で
示すように主加速管１３側に伝わり、残りが図中矢印Ｃ
２で示すように従加速管１４側に伝わるようになってい
る。

主加速管１３は進行波管で構成されている。そして、主
加速管１３の内部には円環板２０が所定の間隔で配置さ
れている。一方、従加速管１４は後進波管で構成されて
いる。この従加速管１４内には第１図中左から右に向か
うにしたがって間隔が広くなる関係に円環板２１が配置
されている。

そして、これら円環板２１には結合用のスリット２２が
同軸的に形成されている。

主加速管１３の第１図中右端は出力用ＲＦカップラ２３
に接続されており、このＲＦカップラ２３の壁には加速
されたビームを送り出すための出射孔２４が形成されて
いる。そして、出力用ＲＦカップラ２３に到達したマイ
クロ波り、は整合終端２５へと導かれて吸収される。

一方、従加速管１４の第１図中左端は、出力用ＲＦカッ
プラ２６を介して電子銃２７に接続されている。そして
、出力用ＲＦカップラ２６に到達したマイクロ波Ｄ２は
整合終端２８へと導かれて吸収される。なお、第１図中
、２９ａ、２９ｂは、集束用の磁場を発生するための電
磁石を示している。

このように構成された線形加速器では、導波管１５を介
して供給されたマイクロ波入力Ｃのパワーの大半が人力
用ＲＦカップラ１２を介して主加速管１３内に供給され
、残りのパワーが従加速管１４内に供給される。主加速
管１３内に供給されたマイクロ波パワーは、進行波とし
て主加速管１３内を第１図中右方向に伝搬し、出力用Ｒ
Ｆカップラ２３を介して整合終端２５で吸収される。−
方、従加速管１４内に供給されたマイクロ波バワ−は、
後進波として従加速管１４内を第１図中左方向に伝搬し
、出力用ＲＦカップラ２６を介して整合終端２８で吸収
される。

電子銃２７から入射された電子は従加速管１４内で徐々
に加速されながらバンチされる。このバンチされた電子
は、主加速管１３内で所望の運動エネルギーを得るまで
加速される。したがって、この実施例では従加速管１４
の占める領域ａがパンチャーとして機能し、また主加速
管１３の占める領域すが電子に所望の運動エネルギを与
える領域となる。

このような構成であると、加速管１１内にマイクロ波入
力を導入するための入力用ＲＦカップラ１２の位置を位
相速度に合わせて選ぶことができる。したがって、位相
速度の大きい領域に入力用ＲＦカップラ１２を位置させ
れば、この部分での円環板の軸方向間隔を広くできるこ
とになり、放電の問題を解消できることになる。また、
領域ａで示すパンチャーの長さも自由に設定することが
できる。したがって、１本の加速管、つまり小型ノ加速
管でエネルギの揃った高いエネルギの電子を得ることが
可能となる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、種
々嚢形することができる。

すなわち、第３図に示すように、従加速管１４内に結合
空胴３１を設け、従加速管１４内にπ／２モードを励起
させる定在波管構成にしてもよい。

また、第４図に示す例では、従加速管１４内に位相速度
の比較的速い領域ｄと遅い領域ｅとを設定している。そ
して、領域ｄで余ったマイクロ波パワーのうち、領域ｅ
を励起する最適のパワーを越える分をマイクロ波吸収体
３２を含む減衰領域３３で減衰させ、残りのパワーを領
域ｅに伝えるようにしている。また、領域ｅで余ったマ
イクロ波パワーを同軸状の整合終端３４て吸収させるよ
うにしている。

このような構成であると、前記実施例と同様の効果が得
られることは勿論のこと、パワーの割り当てを第１図に
示す例より最適化できる。また、従加速管側へ出力用Ｒ
Ｆカップラを設ける必要がないので、構成を一層簡単化
できる。

また、第５図に示す例では、主加速管１３の終端部に同
軸状の整合終端３５を設けている。したがって、この例
では主加速管１３側の出力用ＲＦカップラを省略するこ
とができる。

また、第６図に示す例では、人力用ＲＦカップラ１２と
従加速管１４とを加速管の外周部に設けられたデチュー
ニング機構３６を有する結合度の異なるｎ個の結合空胴
３７．〜３７ｎを介して結合させている。

このような構成であると、ｎ個の結合空胴３７１〜３７
ｎのうちで不要なものをデチューンさせることにより、
従加速管１４へ伝わるパワーを最適化することができる
。

また、第７図に示す例では、パンチャー領域ａの途中に
入力用ＲＦカップラ１２を介在させ、パンチャー領域ａ
内の特に領域ｆへのパワーを低くしている。

このような構成であると、第４図に示した例と同様の効
果が得られる。そして、この場合には第４図における減
衰領域３３を省略することが可能となる。

また、第８図には入力用ＲＦカップラー１２に周波数調
整機構を付加した例が示されている。この例では、２個
のチューナー３８ａ、３８ｂで管の壁を対称的に押した
り、引たりすることによって入力用ＲＦカップラ１２内
の電場の対称性を崩すことなく共振周波数を調整できる
ようにしている。このような周波数調整機構を設けても
よい。

また、上記各例では電子を加速する線形加速器を対象に
しているが、イオンを加速するものにも適用できること
は勿論である。さらに、電子銃をドリフト管を介して従
加速管に接続するようにしてもよい。

［発明の効果］本発明によれば、加速器の大型化を招くことなく、１本
の加速管でエネルギの揃った高い運動エネルギーの荷電
粒子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る線形加速器の概略構成
図、第２図は同加速器に組込まれた入力用ＲＦカップラ
ーの横断面図、第３図乃至第８図はそれぞれ変形例を説
明するための局部的な概略構成図、第９図および第１０
図は従来の線形加速器の概略構成を示す図である。１１、ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｃ、ｌｉｄ、ｌｉｅ・・・
加速管、１２・・・入力用ＲＦカップラ、１３・・・主
加速管、１４・・・従加速管、１８・・・ビームホール
、１９．２２・・・結合用スリット、２０．２１・・・
円環板、２３．２６・・・出力用ＲＦカップラ、２５．
２８・・・整合終端、２７・・・電子銃、２９ａ、２９
ｂ・・・電磁石、３４．３５・・・同軸状の整合終端、
３９ａ。３９ｂ・・・チューナー

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加速管内にマイクロ波を導入して荷電粒子を加速
するようにした線形加速器において、前記加速管は、マ
イクロ波入力のパワーを左右に振り分ける機能を備えた
ＲＦカップラと、このＲＦカップラを境にして一方側に
接続されるとともにマイクロ波入力パワーの大半が供給
される主加速管と、前記ＲＦカップラを境にして他方側
に前記主加速管と同軸的に接続されるとともにマイクロ
波入力パワーの残りが供給される予備加速用の従加速管
とで構成されていることを特徴とする線形加速器。
（２）前記従加速管は、後進波管または定在波管で構成
されていることを特徴とする請求項１記載の線形加速器
。
（３）前記ＲＦカップラと前記従加速管とは、上記ＲＦ
カップラの壁にマイクロ波導入用導波管軸を中心にして
対称関係に設けられた複数個のスリットによって結合さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の線形加速器
。
（４）前記ＲＦカップラと前記従加速管とは、少なくと
も１つ以上の側置空胴を介して結合されていることを特
徴とする請求項１に記載の線形加速器。