JPH05198397A - Circular accelerator and, beam emitting method and device - Google Patents
Circular accelerator and, beam emitting method and deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを周回
させ、出射させる円形加速器と、円形加速器のビーム出
射方法及び出射装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circular accelerator for orbiting and emitting a charged particle beam, and a beam emitting method and an emitting device for the circular accelerator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の円形加速器では、電子やイオン等
の荷電粒子ビームを加速して周回させ、その周回軌道か
ら出射させた荷電粒子ビームを輸送系で輸送し、物理実
験や医療等に使用してきた。従来の荷電粒子ビームの出
射では、エー・アイ・ピー・コンファランス・プロシー
ディングズNo.１２７(１９８３年)(ＡＩＰ Conference
Proceedings ）の第５３頁から第６１頁において論じら
れているようにビームのベータトロン振動の共鳴が用い
られてきた。2. Description of the Related Art In a conventional circular accelerator, a charged particle beam of electrons or ions is accelerated to orbit, and the charged particle beam emitted from the orbit is transported by a transport system to be used for physical experiments and medical treatment. I've been In conventional charged particle beam emission, AIP Conference Proceedings No. 127 (1983) (AIP Conference
Resonance of the betatron oscillations of the beam has been used as discussed in Proceedings, pp. 53-61.
【０００３】ベータトロン振動の共鳴とは次のような現
象である。荷電粒子は左右又は上下に振動しながら周回
し、この振動をベータトロン振動という。ベータトロン
振動の周回軌道一周あたりの振動数をチューンと呼び、
チューンは周回軌道上に設けられた偏向電磁石や４極電
磁石などにより制御可能である。上記の従来例では、チ
ューンを整数±１／３に近づけると同時に、周回軌道上
に設けた共鳴発生用６極電磁石を励磁すると、周回して
いる荷電粒子のうち、ある境界以上の振幅を持つ荷電粒
子のベータトロン振動振幅が急激に増加する。この現象
をベータトロン振動の共鳴といい、前記境界を安定限界
と呼ぶ。共鳴の安定限界のベータトロン振動振幅の大き
さはチューンの整数±１／３からの偏差に依存し、この
偏差が小さい程小さくなる。そこで従来技術では、チュ
ーンを徐々に整数±１／３に近付け、すなわち安定限界
の大きさを徐々に小さくし、周回中の荷電粒子のうちベ
ータトロン振動振幅が大きな荷電粒子にまず共鳴を発生
させ、その後振動振幅が小さな荷電粒子に順次共鳴を発
生させて徐々に荷電粒子ビームを出射させていた。Resonance of betatron oscillation is the following phenomenon. The charged particles orbit while oscillating left and right or up and down, and this oscillation is called betatron oscillation. The frequency of one revolution of the betatron vibration is called a tune.
The tune can be controlled by a bending electromagnet, a quadrupole electromagnet, or the like provided on the orbit. In the above-mentioned conventional example, when the tune is brought close to an integer ± 1/3 and at the same time the 6-pole electromagnet for resonance generation provided on the orbit is excited, the charged particles having an orbit have an amplitude above a certain boundary. The betatron oscillation amplitude of charged particles increases sharply. This phenomenon is called betatron oscillation resonance, and the boundary is called the stability limit. The magnitude of the betatron oscillation amplitude at the resonance stability limit depends on the deviation from the tune integer ± 1/3, and the smaller the deviation, the smaller the amplitude. Therefore, in the conventional technique, the tune is gradually approached to an integer ± 1/3, that is, the size of the stability limit is gradually reduced, and resonance is first generated in the charged particles having a large betatron oscillation amplitude among the orbiting charged particles. After that, resonance was sequentially generated in the charged particles having a small vibration amplitude, and the charged particle beam was gradually emitted.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
次のような問題点が有った。SUMMARY OF THE INVENTION In the above prior art,
There were the following problems.
【０００５】第１に、安定限界を小さくすると、出射位
置に設けられたデフレクター壁にビームが衝突し荷電粒
子を取り出すことが出来ない。すなわち、荷電粒子のベ
ータトロン振動振幅はほぼ一様に分布しているが、ある
一定振幅以下のベータトロン振動振幅を持つ荷電粒子を
取り出すことが出来ないので、荷電粒子の出射効率が低
くなる。First, if the stability limit is reduced, the beam collides with the deflector wall provided at the emission position, and charged particles cannot be extracted. That is, the betatron oscillation amplitudes of the charged particles are substantially evenly distributed, but charged particles having a betatron oscillation amplitude less than a certain fixed amplitude cannot be taken out, so that the extraction efficiency of the charged particles becomes low.
【０００６】第２に、各安定限界における出射位置で出
射される荷電粒子の軌道勾配が変化する。出射用デフレ
クターは周回軌道に対して一定角度に設けられるので、
この角度からある一定角度以上ずれて出射される荷電粒
子ビームは出射用デフレクターを含めた輸送系の内壁に
衝突して消滅する。この結果、荷電粒子の出射効率が低
い，出射電流が変化し制御できないという問題点があっ
た。また、荷電粒子の軌道勾配が変わると、輸送系の出
口における出射位置も変化するという問題点があった。Secondly, the orbital gradient of the charged particles emitted at the emission position at each stability limit changes. Since the deflector for emission is installed at a constant angle with respect to the orbit,
The charged particle beam emitted with a deviation of a certain angle from this angle collides with the inner wall of the transport system including the deflector for emission and disappears. As a result, there are problems that the extraction efficiency of the charged particles is low and the extraction current changes, which makes it impossible to control. In addition, there is a problem that when the orbital gradient of the charged particles changes, the emission position at the exit of the transport system also changes.
【０００７】第３に、円形加速器一周ごとのベータトロ
ン振動振幅の増加量がビームの出射中に変化することに
より、ビーム径が変化するという問題点があった。Thirdly, there is a problem that the beam diameter changes due to a change in the increase amount of the betatron oscillation amplitude for each round of the circular accelerator during the emission of the beam.
【０００８】第４に、これらの結果、出射中に輸送系出
口における出射位置，出射電流、又はビーム径などが変
化するので、物理実験や医療用としては好ましくないと
いう問題点があった。Fourthly, as a result of these, the emission position, the emission current, the beam diameter, etc. at the exit of the transport system change during emission, which is not preferable for physical experiments and medical applications.
【０００９】第５に、安定限界の大きさを小さくするた
めに４極電磁石の励磁量を変化させる際に、安定限界は
一旦消滅した後、再び発生するので、一部のビームに共
鳴が発生せず出射効率が低下するという問題点があっ
た。Fifth, when changing the amount of excitation of the quadrupole electromagnet in order to reduce the size of the stability limit, the stability limit disappears and then re-occurs, so that resonance occurs in some beams. However, there is a problem that the emission efficiency is reduced.
【００１０】本発明の第１の目的は、周回中の荷電粒子
ビームの出射効率の高い円形加速器と、ビーム出射方法
及び出射装置を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a circular accelerator having a high extraction efficiency of a charged particle beam that is circulating, a beam extraction method, and an extraction device.
【００１１】本発明の第２の目的は、出射電流の大きい
円形加速器と、ビーム出射方法及び出射装置を提供する
ことにある。A second object of the present invention is to provide a circular accelerator having a large emission current, a beam emission method and an emission device.
【００１２】本発明の第３の目的は、輸送系からの出射
ビーム位置のほぼ一定な円形加速器と、ビーム出射方法
及び出射装置を提供することにある。A third object of the present invention is to provide a circular accelerator in which the position of the beam emitted from the transport system is substantially constant, and a method and an apparatus for emitting a beam.
【００１３】本発明の第４の目的は、輸送系からの出射
ビーム径のほぼ一定な円形加速器と、ビーム出射方法及
び出射装置を提供することにある。A fourth object of the present invention is to provide a circular accelerator in which the diameter of the beam emitted from the transport system is substantially constant, a method for emitting the beam, and an emitting apparatus.
【００１４】本発明の第５の目的は、出射電流を制御で
きる円形加速器と、ビーム出射方法及び出射装置を提供
することにある。A fifth object of the present invention is to provide a circular accelerator capable of controlling the extraction current, a beam extraction method and an extraction device.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の第１，第２の目
的を達成するために、荷電粒子ビームのベータトロン振
動を共鳴状態にすると共に、前記共鳴状態にする手段と
は別に前記荷電粒子ビームのベータトロン振動振幅を増
加する手段を設ける。In order to achieve the first and second objects of the present invention, the betatron oscillation of a charged particle beam is brought into a resonance state, and the charging is performed separately from the means for bringing the resonance state into the resonance state. Means are provided for increasing the betatron oscillation amplitude of the particle beam.
【００１６】本発明の第１から第５の目的を達成するた
めに、安定限界を実質的に一定にして、前記荷電粒子ビ
ームのベータトロン振動振幅を増加する手段を設ける。In order to achieve the first to fifth objects of the present invention, means are provided for increasing the betatron oscillation amplitude of the charged particle beam while keeping the stability limit substantially constant.
【００１７】本発明の第５の目的を達成するために、更
にベータトロン振動振幅の増加速度を制御する手段を設
ける。In order to achieve the fifth object of the present invention, means for controlling the increasing rate of the betatron oscillation amplitude are further provided.
【００１８】前記ベータトロン振動振幅を増加する手段
としては、以下のうちのいずれかの手段を用いる。As a means for increasing the betatron oscillation amplitude, any one of the following means is used.
【００１９】（１）ビームに時間的に変動する磁場を印
加する。(1) A time-varying magnetic field is applied to the beam.
【００２０】（２）ビームに時間的に変動する電場を印
加する。(2) A time-varying electric field is applied to the beam.
【００２１】（３）出射ビームと異なる粒子を出射ビー
ムに衝突させる。(3) Particles different from the outgoing beam are made to collide with the outgoing beam.
【００２２】[0022]
【作用】以下、本発明の作用を図を用いて説明する。図
１は、加速したビームを出射する円形加速器で、本発明
の概要を示す図である。円形加速器は、偏向電磁石３，
４極電磁石５，７，共鳴励起用電磁石９，出射用デフレ
クター１３等から構成される。共鳴励起用電磁石９は、
共鳴発生用の多重極磁場を発生させる電磁石である。座
標系はビーム周回方向をｓ，水平方向をｘ，垂直方向を
ｙとする。ビームは、周回軌道である設計軌道１の周囲
を振動しながら周回する。このベータトロン振動振幅は
ビームを構成する粒子毎に異なり、振幅の大きな粒子か
ら小さな粒子まで混在している。従って、設計軌道１を
周回中のビーム径は、ベータトロン振動振幅の最大値に
より決まる。ベータトロン振動の周回軌道一周あたりの
振動数をチューンと呼び、水平方向チューンをνｘ、垂
直方向チューンをνｙとする。水平，垂直方向チューン
νｘ，νｙの値は、収束用４極電磁石５及び発散用４極
電磁石７の励磁量により調整できる。The operation of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circular accelerator for emitting an accelerated beam and is a diagram showing an outline of the present invention. The circular accelerator has a bending electromagnet 3,
It is composed of a quadrupole electromagnet 5, 7, a resonance excitation electromagnet 9, an emission deflector 13, and the like. The electromagnet 9 for resonance excitation is
It is an electromagnet that generates a multipole magnetic field for resonance generation. In the coordinate system, the beam circulation direction is s, the horizontal direction is x, and the vertical direction is y. The beam orbits while oscillating around the design orbit 1 which is the orbit. The betatron oscillation amplitude differs depending on the particles forming the beam, and particles with large amplitude to small particles are mixed. Therefore, the beam diameter during orbit around the design orbit 1 is determined by the maximum value of the betatron oscillation amplitude. The frequency of the betatron vibration per round orbit is called a tune, and the horizontal tune is νx and the vertical tune is νy. The values of the horizontal and vertical tunes νx and νy can be adjusted by the excitation amounts of the focusing quadrupole electromagnet 5 and the diverging quadrupole electromagnet 7.
【００２３】４極電磁石５及び７を調整して水平方向チ
ューンνｘまたは垂直方向チューンνｙを整数±ｐ／ｑ
（既約分数）に近づけ、共鳴励起用電磁石９を励磁する
と、安定限界より大きなベータトロン振動振幅を持つ粒
子の振幅は共鳴により増加する。この時の共鳴をｑ次の
共鳴と呼ぶが、以下では３次の共鳴を例にとりビームを
水平方向から取り出す場合について説明する。The quadrupole electromagnets 5 and 7 are adjusted so that the horizontal tune νx or the vertical tune νy is an integer ± p / q.
When the resonance excitation electromagnet 9 is excited by approaching (reduced fraction), the amplitude of particles having a betatron oscillation amplitude larger than the stability limit increases due to resonance. The resonance at this time is called the q-th resonance, but the case of extracting the beam from the horizontal direction will be described below by taking the third-order resonance as an example.
【００２４】４極電磁石５及び７を調整して水平方向チ
ューンνｘを整数±１／３に近づけ、共鳴励起用電磁石
９（３次共鳴の場合は６極電磁石を使用）を励磁すると
振動振幅の大きな粒子に３次共鳴が励起される。図１の
出射用デフレクター１３が設置されているｓ方向位置を
ｓｏとし、ｓ＝ｓｏにおけるビームの周回毎のｘとｄｘ
／ｄｓの関係（位相空間）を図２に示す。図２に示す破
線が、位相空間における安定限界を示している。安定限
界より外側、即ちベータトロン振動振幅が安定限界より
大きな粒子は、共鳴により、一周毎に振動振幅が急激に
増加する。図２の安定限界を越えた粒子に付けた番号は
周回数を示している。安定限界は、チューンνｘの整数
±１／３からの偏差が小さいほど、共鳴発生用の多重極
磁場強度が大きいほど小さくなる。図２の２０（内側を
２０i，外側を２０oで示す）は、図１の出射用デフレク
ター１３の電極を示しており、電極２０に衝突する粒子
は失われ、電極２０の間の領域に入った粒子は円形加速
器の外へ出射される。By adjusting the quadrupole electromagnets 5 and 7 to bring the horizontal tune νx close to an integer ± 1/3 and exciting the resonance excitation electromagnet 9 (a 6-pole electromagnet is used in the case of the third resonance), the vibration amplitude is changed. The third resonance is excited in large particles. Let s-direction position where the deflector 13 for emission of FIG. 1 is installed be so, and x and dx for each orbit of the beam at s = so
The relationship (phase space) of / ds is shown in FIG. The broken line shown in FIG. 2 indicates the stability limit in the phase space. Particles that are outside the stability limit, that is, whose betatron oscillation amplitude is greater than the stability limit, have a sharp increase in the oscillation amplitude every revolution due to resonance. The numbers given to particles exceeding the stability limit in FIG. 2 indicate the number of turns. The stability limit becomes smaller as the deviation of the tune νx from the integer ± 1/3 becomes smaller and as the multipole magnetic field strength for resonance generation becomes larger. Reference numeral 20 in FIG. 2 (indicated by 20i on the inside and 20o on the outside) indicates an electrode of the emitting deflector 13 in FIG. 1. Particles colliding with the electrode 20 are lost and enter the area between the electrodes 20. The particles are emitted outside the circular accelerator.
【００２５】出射される粒子の出射用デフレクター位置
での軌道勾配ｄｘ／ｄｓは、図２から分かるように概ね
Ａに等しい。Ａは例えば周回軌道と出射用デフレクター
とのなす角度に設定される。円形加速器から出射される
ビーム径は、出射用デフレクターに入るビーム径で決ま
る。また、３次共鳴の場合、安定限界を越えた粒子の３
周毎の変位増加量（ｑ次共鳴の場合、ｑ周毎の変位増加
量）をターンセパレーションＴｓと呼ぶが、Ｔｓは安定
限界から離れるほど大きくなり、安定限界が小さいほど
小さくなる。従って、従来技術のように、ベータトロン
振動振幅の小さい粒子を出射するためにチューンを変化
させて安定限界を小さくすると、ターンセパレーション
Ｔｓも小さくなるので、安定限界がある程度小さくなる
と出射用デフレクターの壁を乗りこえることができず、
壁に衝突してビームは消滅する。ビームの出射効率は、
出射用デフレクターの壁の厚さをＴｄとすれば、一次評
価として、（Ｔｓ−Ｔｄ）／Ｔｓとなる。従って、安定
限界を小さくするほど出射効率は低くなる。一般的に、
ベータトロン振動振幅が小さいほど、周回ビームの分布
は多いので出射効率は低くなる。そこで、本発明では、
安定限界内にある荷電粒子をベータトロン振動振幅を増
加させることによって安定限界の外に移動させる。その
結果、安定限界を小さくしなければ取り出せなかったベ
ータトロン振動振幅の小さな粒子も、ある程度のターン
セパレーションＴｓを保ったまま出射できる。従って、
出射効率の高い、又は出射電流の大きい円形加速器と、
ビーム出射方法及び出射装置を提供出来る。The orbital gradient dx / ds of the emitted particles at the position of the deflector for emission is approximately equal to A as can be seen from FIG. A is set to, for example, an angle formed by the orbit and the deflector for emission. The diameter of the beam emitted from the circular accelerator depends on the diameter of the beam entering the deflector for emission. In the case of third-order resonance, 3
The displacement increase amount for each turn (in the case of q-order resonance, the displacement increase amount for each q turn) is called a turn separation Ts. Ts increases as the distance from the stability limit increases, and decreases as the stability limit decreases. Therefore, as in the prior art, if the stability limit is reduced by changing the tune in order to emit particles having a small betatron oscillation amplitude, the turn separation Ts is also reduced. Therefore, when the stability limit is reduced to some extent, the wall of the deflector for emission is reduced. I could not get over,
The beam strikes the wall and disappears. Beam extraction efficiency is
If the thickness of the wall of the deflector for emission is Td, the primary evaluation is (Ts-Td) / Ts. Therefore, the smaller the stability limit, the lower the emission efficiency. Typically,
The smaller the betatron oscillation amplitude, the larger the distribution of the orbiting beam and the lower the emission efficiency. Therefore, in the present invention,
Charged particles that are within the stability limit are moved out of the stability limit by increasing the betatron oscillation amplitude. As a result, even particles with a small betatron oscillation amplitude that could not be taken out without reducing the stability limit can be emitted while maintaining a certain degree of turn separation Ts. Therefore,
A circular accelerator with high emission efficiency or large emission current,
A beam extraction method and an extraction device can be provided.
【００２６】次に安定限界を実質的に一定に保つことの
作用について述べる。安定限界は、前述したように、チ
ューンと共鳴発生用の多重極電磁石の励磁量を調整する
ことにより制御できる。図２は代表粒子の位相空間上の
軌跡を示したもので、他の粒子は図の軌跡間をたどって
移動する。即ち、図２の軌跡間にも多数の粒子が存在す
る。振動振幅が増加したビームのうち出射されるもの
は、出射用デフレクターの２つの電極２０i，２０o間に
入射したビームである。従って、安定限界を一定に保つ
と、出射ビームの勾配、即ち出射角度を一定に保てるば
かりでなく出射ビーム径，出射位置も一定に保つことが
出来る。このように、出射位置が一定で、且つターンセ
パレーションＴｓが一定になると、出射効率（Ｔｓ−Ｔ
ｄ）／Ｔｓも一定となる。出射ビームの勾配、ターンセ
パレーションＴｓについては、出射前に安定限界を設定
する際のチューン選定、即ち４極電磁石の励磁量，共鳴
励起用電磁石の励磁量の大きさの調整により変えること
ができるので、出射効率は一定で大きな値になる。Next, the operation of keeping the stability limit substantially constant will be described. The stability limit can be controlled by adjusting the amount of excitation of the tune and the multipole electromagnet for generating resonance, as described above. FIG. 2 shows the trajectories of the representative particles in the phase space, and the other particles move along the trajectories in the figure. That is, many particles are present between the loci in FIG. Of the beams with increased vibration amplitude, the one emitted is the beam incident between the two electrodes 20i, 20o of the emission deflector. Therefore, if the stability limit is kept constant, not only the gradient of the outgoing beam, that is, the outgoing angle can be kept constant, but also the outgoing beam diameter and outgoing position can be kept constant. In this way, when the emission position is constant and the turn separation Ts is constant, the emission efficiency (Ts-T
d) / Ts also becomes constant. Since the gradient of the emitted beam and the turn separation Ts can be changed by selecting the tune when setting the stability limit before the emission, that is, by adjusting the excitation amount of the quadrupole electromagnet and the excitation amount of the resonance excitation electromagnet. The output efficiency is constant and has a large value.
【００２７】次に、ビームの特性を表わすエミッタンス
について説明する。ビームのエミッタンスはビームが位
相空間上で占める面積を表わし、ビームのサイズと軌道
勾配の分布幅の積に比例する。例えば、図５の位相空間
に示す安定限界内で周回中のビームのエミッタンスは、
図５の破線で囲まれた面積に等しい。一方、出射ビーム
の出射用デフレクター電極２０付近での位相空間を図６
に示す。出射ビームのエミッタンスは、デフレクター電
極２０i,２０o 間に入るビームの幅ΔＸと軌道勾配の変
化幅ΔＰの積に等しい。前述の安定限界を実質的に一定
にして共鳴を発生させると、図６に示す軌道勾配の変化
幅ΔＰは無視できる程度に小さく抑えられ、出射ビーム
のエミッタンスは一定で、小さな値に抑えることができ
る。Next, the emittance representing the beam characteristics will be described. The emittance of a beam represents the area occupied by the beam in the phase space, and is proportional to the product of the size of the beam and the distribution width of the orbital gradient. For example, the emittance of a beam circulating within the stability limit shown in the phase space of FIG.
It is equal to the area enclosed by the broken line in FIG. On the other hand, FIG. 6 shows the phase space near the deflector electrode 20 for emitting the emitted beam.
Shown in. The emittance of the outgoing beam is equal to the product of the width ΔX of the beam entering between the deflector electrodes 20i and 20o and the change width ΔP of the orbit gradient. When resonance is generated with the stability limit being substantially constant, the change width ΔP of the orbit gradient shown in FIG. 6 can be suppressed to a negligible level, and the emittance of the output beam can be suppressed to a small value. it can.
【００２８】次に、前記共鳴の安定限界内にある粒子の
ベータトロン振動振幅を増加させる手段について説明す
る。安定限界内の粒子の振動振幅を増加させるための手
段としては、課題を解決するための手段で示した３つの
方法に大別される。Next, the means for increasing the betatron oscillation amplitude of particles within the resonance stability limit will be described. Means for increasing the vibration amplitude of particles within the stability limit are roughly classified into three methods shown in the means for solving the problems.
【００２９】（１）の磁場は、出射する面が水平面の時
は垂直方向（ｙ方向）に、出射面が垂直面の時は水平方
向（ｘ方向）に印加する。これは、一周ごとの軌道勾配
の変化は小さいが、磁場によりビームの軌道勾配を変化
させ、この蓄積によりビームの振動振幅を大きくする。
磁場の時間変化は規則的，不規則的どちらでも良い。ビ
ームに磁場を印加する装置としては、電磁石，平行な線
状電極，平板電極、又は円弧状電極等を用いることがで
きる。これらの装置に時間的に変化する電流を流すこと
によりビームに時間変化する磁場が加わり、ベータトロ
ン振動振幅が増加する。The magnetic field (1) is applied in the vertical direction (y direction) when the emitting surface is horizontal, and in the horizontal direction (x direction) when the emitting surface is vertical. Although the change in the orbital gradient for each round is small, the orbital gradient of the beam is changed by the magnetic field, and the vibration amplitude of the beam is increased by this accumulation.
The time change of the magnetic field may be regular or irregular. As a device for applying a magnetic field to the beam, an electromagnet, a parallel linear electrode, a flat plate electrode, an arc electrode, or the like can be used. Passing a time-varying current through these devices adds a time-varying magnetic field to the beam, increasing the betatron oscillation amplitude.
【００３０】（２）の電場は、ビームの周回方向、即ち
ｓ方向に印加するか、又は出射する面が水平面の時は水
平方向（ｘ方向）に、出射面が垂直面の時は垂直方向
（ｙ方向）に印加する。ｓ方向に電場を印加するとビー
ムのエネルギーが変化する。ビームのエネルギーが変化
すると偏向電磁石部での軌道の曲率半径が変化するの
で、ベータトロン振動の中心軌道位置が変化し、結果的
にベータトロン振動振幅が変化する。ｘ方向又はｙ方向
に電場を印加する場合は、(１)の磁場と同様に、ビーム
に横方向の力を与えることにより軌道勾配を変化させ、
ベータトロン振動振幅を増加させる。電場の時間変化は
規則的，不規則的どちらでも良い。電場の印加は、平行
な線状電極，平板電極、又は円弧状電極等に時間変化す
る電流を流すか、ボタン状電極や板状電極に時間変化す
る電圧を印加するか、高周波空胴に高周波を印加するこ
とにより行う。従って、電場の場合は、印加方向がどの
方向であっても電場をｓ方向とｘ方向又はｙ方向に分解
できるので、上記の２つの作用が発生し、ベータトロン
振動振幅を増加できる。The electric field (2) is applied in the orbital direction of the beam, that is, in the s direction, or in the horizontal direction (x direction) when the emitting surface is a horizontal plane, and in the vertical direction when the emitting surface is a vertical surface. It is applied in the (y direction). The energy of the beam changes when an electric field is applied in the s direction. When the energy of the beam changes, the radius of curvature of the orbit at the deflecting electromagnet changes, so the position of the central orbit of the betatron oscillation changes, resulting in a change in the betatron oscillation amplitude. When an electric field is applied in the x-direction or the y-direction, the orbit gradient is changed by applying a lateral force to the beam, similar to the magnetic field in (1),
Increases betatron oscillation amplitude. The time change of the electric field may be regular or irregular. To apply an electric field, apply a time-varying current to parallel linear electrodes, flat plate electrodes, or arc-shaped electrodes, apply a time-varying voltage to button electrodes or plate electrodes, or apply high-frequency waves to the high-frequency cavity. Is applied. Therefore, in the case of an electric field, the electric field can be decomposed into the s-direction and the x-direction or the y-direction regardless of the direction of application, so that the above-described two actions occur and the betatron oscillation amplitude can be increased.
【００３１】また、電極や空胴に時間変化する信号を加
えると電場と同時に磁場も発生するので、主に電場の効
果を利用するときも磁場の効果が重畳され、主に磁場の
効果を利用するときも電場の効果が重畳される。どちら
の場合でもベータトロン振動振幅は増加するため、単一
の場合と同様にビームが出射できる。Further, when a time-varying signal is applied to the electrodes and cavities, a magnetic field is generated at the same time as the electric field. Therefore, when the effect of the electric field is mainly used, the effect of the magnetic field is superimposed, and the effect of the magnetic field is mainly used. The effect of the electric field is also superposed when doing. In both cases, the betatron oscillation amplitude increases so that the beam can be emitted as in the single case.
【００３２】ビームのベータトロン振動振幅を増加させ
るために、前述のようにビームの進行方向に垂直に時間
変化する電場又は磁場を印加する場合、その周波数成分
は、ベータトロン振動に同期する周波数成分を含んでい
ることが望ましい。これは、ベータトロン振動に同期す
る周波数成分を含む電磁場をビームに印加すると、電磁
場がベータトロン振動に同期し、効率的にベータトロン
振動振幅を増加できるためである。ベータトロン振動に
同期する電磁場の周波数は、チューンの小数部、又は１
からチューンの小数部を引いた値と周回周波数の積から
求めることができる。ビーム出射の際に共鳴を発生させ
るために多重極電磁石が必要であるが、多重極電磁石を
励磁すると、ビームのチューンはベータトロン振動振幅
に依存して変化する。即ち、ベータトロン振動振幅の大
きいビームと小さいビームのチューンは異なる。また、
ビームのベータトロン振動振幅は、大きな値から無限小
まで連続的に分布するので、ビームのチューンも連続的
に分布する。従って、外部から印加する電磁場に複数の
周波数成分を持たせ、それらをビームのチューンに近い
値にすれば、効率的にベータトロン振動振幅を増加させ
ることができる。特に、上述のようにビームのチューン
が連続的に分布するので、連続的な周波数成分を有する
ノイズで、かつ、ベータトロン振動に同期する周波数成
分を含む電磁場を用いることが望ましい。ただし、単一
の周波数でも、分布するビームのチューンに概ね等しい
周波数を持つ電磁場を用いることにより、ベータトロン
振動振幅を増加させることは可能である。この場合、上
記の複数の周波数成分を持つ高周波に比べ、大きな電磁
場強度が必要になる。In order to increase the betatron oscillation amplitude of the beam, when a time-varying electric field or magnetic field is applied perpendicularly to the traveling direction of the beam as described above, the frequency component is a frequency component synchronized with the betatron oscillation. It is desirable to include. This is because when an electromagnetic field including a frequency component synchronized with the betatron vibration is applied to the beam, the electromagnetic field is synchronized with the betatron vibration and the betatron vibration amplitude can be efficiently increased. The frequency of the electromagnetic field synchronized with the betatron oscillation is the fractional part of the tune, or 1
Can be obtained from the product of the orbital frequency and the value obtained by subtracting the fractional part of the tune. A multipole electromagnet is required to generate resonance when the beam is emitted, but when the multipole electromagnet is excited, the beam tune changes depending on the betatron oscillation amplitude. That is, the tune of a beam with a large betatron oscillation amplitude is different from that of a beam with a small betatron oscillation amplitude. Also,
Since the betatron oscillation amplitude of the beam is continuously distributed from a large value to an infinitesimal value, the tune of the beam is also continuously distributed. Therefore, if the electromagnetic field applied from the outside has a plurality of frequency components and the values thereof are close to the tune of the beam, the betatron oscillation amplitude can be efficiently increased. In particular, since the beam tune is continuously distributed as described above, it is desirable to use an electromagnetic field that is noise having continuous frequency components and that includes frequency components that are synchronized with betatron oscillation. However, even with a single frequency, it is possible to increase the betatron oscillation amplitude by using an electromagnetic field with a frequency approximately equal to the tune of the distributed beam. In this case, a large electromagnetic field strength is required as compared with the above-mentioned high frequency having a plurality of frequency components.
【００３３】また、外部から印加する電磁場に上述のノ
イズを用いた場合の別の効果を説明する。加速器の電磁
石の電流にリップルが含まれていると、これに同期して
チューンが時間的に変化し、図５の安定限界の大きさが
変化する。従って、従来のように図５の安定限界を徐々
に小さくする出射方法では、安定限界の大きさは電流リ
ップルに同期して振動しながら小さくなるので、ビーム
が間欠的に出射される可能性が高い。一方、強度がラン
ダムに変化する電磁場をビームに印加すると、ビームは
図５に示す位相空間内で拡散し、ベータトロン振動振幅
が増加する。この時、ノイズによるベータトロン振動振
幅の変化量をΔＡｎ，時間をｔ，定数をＤとすると、
(ΔＡｎ2）＝Ｄｔと表せる。ここで、(ΔＡｎ2）はビー
ムの振動振幅変化の全粒子についての平均値を示す。こ
れから、ビームの振動振幅変化の時間微分は０.５(Ｄ／
ｔ)0・5となり、短時間内の増加率は大きいが、長時間で
の増加率は小さくなる。従って、長時間かけてゆっくり
とビームの振動振幅を増加させる場合でも、電磁石電流
のリップル周期程度の時間内ではベータトロン振動振幅
の増加幅を安定限界の変化幅よりも大きくできるので、
電源リップルの影響をほとんど受けずにビームを出射す
ることができる。Another effect when the above-mentioned noise is used in the electromagnetic field applied from the outside will be described. When the current of the electromagnet of the accelerator contains ripples, the tune changes with time in synchronization with this, and the size of the stability limit in FIG. 5 changes. Therefore, according to the conventional extraction method of gradually reducing the stability limit in FIG. 5, the size of the stability limit decreases while oscillating in synchronization with the current ripple, so that the beam may be emitted intermittently. high. On the other hand, when an electromagnetic field whose intensity changes randomly is applied to the beam, the beam spreads in the phase space shown in FIG. 5, and the betatron oscillation amplitude increases. At this time, if the variation of the betatron oscillation amplitude due to noise is ΔAn, the time is t, and the constant is D,
It can be expressed as (ΔAn 2 ) = Dt. Here, (ΔAn 2 ) indicates the average value of the vibration amplitude change of the beam for all particles. From this, the time differential of the vibration amplitude change of the beam is 0.5 (D /
t) 0 · 5 next, although the large rate of increase within a short period of time, the rate of increase in long-term decreases. Therefore, even when the vibration amplitude of the beam is slowly increased over a long period of time, the increase width of the betatron vibration amplitude can be made larger than the change width of the stability limit within a time period of about the ripple period of the electromagnet current.
The beam can be emitted with almost no influence of the power supply ripple.
【００３４】更に（３）では、円形加速器を周回中のビ
ームとは別の粒子を円形加速器内に入れ周回ビームと衝
突させる。衝突により生じる散乱の結果、軌道勾配が変
化し、周回ビームのベータトロン振動振幅が増加する。
衝突させる粒子は、中性粒子でも荷電粒子でもどちらで
も良い。また、衝突させる粒子はガスとして注入して
も、薄膜として加速器内に設置しビームを衝突させても
良い。Further, in (3), particles other than the beam that is orbiting the circular accelerator are put into the circular accelerator to collide with the orbiting beam. As a result of collision-induced scattering, the orbital gradient changes and the betatron oscillation amplitude of the orbiting beam increases.
The particles to be collided may be neutral particles or charged particles. Further, the particles to be collided may be injected as a gas or may be provided as a thin film in the accelerator to collide the beam.
【００３５】最後に、ベータトロン振動振幅の増加速度
を制御する手段の作用について述べる。出射電流は、安
定限界内粒子のベータトロン振動振幅の増加速度を制御
することにより調整できる。上記の（１）又は（２）の
電磁場を用いてベータトロン振動振幅を増加させる場合
は、電極等に印加する信号強度を変えることにより、電
場又は磁場の強度を変化させる。出射電流を増加させ速
くビームを出射する場合は印加する信号強度を大きく
し、出射電流を減小させゆっくりビームを出射する場合
は印加する信号強度を小さくする。同様の方法を用いる
ことにより、出射過程で出射電流を時間的に変化させる
こともできる。更に、出射電流を一定に保つ場合には、
軌道周回中のビームの分布に合わせて増加速度を調節す
る。Finally, the operation of the means for controlling the increasing rate of the betatron oscillation amplitude will be described. The emission current can be adjusted by controlling the increasing rate of the betatron oscillation amplitude of the particles within the stable limit. When the betatron oscillation amplitude is increased by using the electromagnetic field (1) or (2), the strength of the electric field or the magnetic field is changed by changing the signal strength applied to the electrodes or the like. When the emission current is increased and the beam is emitted quickly, the applied signal strength is increased, and when the emission current is decreased and the beam is emitted slowly, the applied signal strength is decreased. By using the same method, it is possible to temporally change the emission current in the emission process. Furthermore, when keeping the output current constant,
The speed of increase is adjusted according to the distribution of the beam during orbit.
【００３６】単位時間当りに出射されるビームの量は、
その時に加速器を周回しているビームの粒子数に概ね比
例する。周回ビームの粒子数は出射に伴い減少するの
で、一定割合でビームを出射するためには、出射中に電
磁場強度を強くすることによりベータトロン振動振幅の
増加速度を速くする必要がある。このようにして、出射
電流の量をベータトロン振動振幅の増加速度により制御
できるので、出射の開始及び停止を電磁場印加の開始及
び停止で制御できる。従って、予め決めた運転計画だけ
でなく、ビーム使用者側からの要求によるビームの出射
・停止も可能であり、更に、ビーム出射の緊急停止も行
える。The amount of the beam emitted per unit time is
At that time, it is approximately proportional to the number of particles in the beam orbiting the accelerator. Since the number of particles in the orbiting beam decreases with the emission, in order to emit the beam at a constant rate, it is necessary to increase the betatron oscillation amplitude increasing speed by increasing the electromagnetic field intensity during the emission. In this way, since the amount of the outgoing current can be controlled by the increasing speed of the betatron oscillation amplitude, the starting and stopping of the outgoing can be controlled by starting and stopping the electromagnetic field application. Therefore, not only the predetermined operation plan but also the beam extraction / stop can be performed according to the request from the beam user side, and the beam extraction can be stopped urgently.
【００３７】（３）の方法を用いる場合は、円形加速器
内に入れる他の粒子の数を調整することにより、電磁場
でベータトロン振動振幅を増加させる場合と同様に調整
できる。When the method (3) is used, the number of other particles put in the circular accelerator can be adjusted in the same manner as in the case of increasing the betatron oscillation amplitude in the electromagnetic field.
【００３８】また、上記の出射電流の調整のほかに、チ
ューン調整又は共鳴励起用電磁石の励磁量を変化させる
ことにより安定限界の大きさを変えて出射電流を調整す
る方法を加えることによっても、上記と同様に出射電流
を制御できる。In addition to the above adjustment of the emission current, a method of adjusting the emission current by changing the size of the stability limit by adjusting the tune or changing the excitation amount of the electromagnet for resonance excitation can be added. The emission current can be controlled in the same manner as above.
【００３９】出射ビームの勾配、ターンセパレーション
Ｔｓについては、出射前に安定限界を設定する際のチュ
ーン選定、即ち、４極電磁石の励磁量、共鳴励起用電磁
石の励磁量の大きさの調整により変えることができる。The gradient of the emitted beam and the turn separation Ts are changed by selecting the tune when setting the stability limit before the emission, that is, by adjusting the excitation amount of the quadrupole electromagnet and the excitation amount of the resonance excitation electromagnet. be able to.
【００４０】[0040]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００４１】図１は、本発明の第１の実施例で、エネル
ギーがおよそ２０ＭｅＶのプロトンを入射し、１００Ｍ
ｅＶまで加速後、出射する円形加速器の機器構成を示す
図である。円形加速器は、前段加速器１６からのビーム
１７をビーム輸送系１８を介して入射させる入射器１
５，入射されたビーム１７にエネルギーを与える高周波
加速空胴８，ビーム軌道を曲げる偏向電磁石３，ビーム
のベータトロン振動を制御する４極電磁石５，７，出射
時の共鳴を励起するための６極電磁石９，ビームに時間
変化する磁場を印加することにより共鳴の安定限界内粒
子のベータトロン振動振幅を増加させる高周波印加装置
１４、及びベータトロン振動振幅が増加した粒子を出射
用ビーム輸送系に出射する出射用デフレクター１３など
から構成される。これらの機器のうち、６極電磁石９，
高周波印加装置１４、及び出射用デフレクター１３は、
ビームを目標エネルギーまで加速した後の出射する過程
でのみ使用する。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which a proton having an energy of about 20 MeV is injected and
It is a figure which shows the apparatus structure of the circular accelerator which emits after accelerating to eV. The circular accelerator is an injector 1 for injecting a beam 17 from the pre-stage accelerator 16 via a beam transport system 18.
5, a high-frequency acceleration cavity 8 for giving energy to the incident beam 17, a bending electromagnet for bending the beam orbit 3, a quadrupole electromagnet 5, 7 for controlling the betatron oscillation of the beam, 6 for exciting resonance at the time of extraction A polar electromagnet 9, a high-frequency applying device 14 that increases the betatron oscillation amplitude of particles within the resonance stability limit by applying a time-varying magnetic field to the beam, and particles with increased betatron oscillation amplitude in the beam transport system for extraction. The output deflector 13 is configured to emit light. Of these devices, 6-pole electromagnet 9,
The high frequency applying device 14 and the deflector 13 for emission are
It is used only in the extraction process after accelerating the beam to the target energy.
【００４２】入射器１５から入射されたビームは、周回
する過程で偏向電磁石３で軌道が曲げられる。また、４
極電磁石では、設計軌道１からのずれに比例した力で軌
道勾配が変えられる。４極電磁石５は水平方向にビーム
を収束させ垂直方向にビームを発散させるように軌道勾
配を変え、４極電磁石７は水平方向にビームを発散させ
垂直方向にビームを収束させるように軌道勾配を変える
働きをする。これらの４極電磁石の働きにより、ビーム
は設計軌道１のまわりをベータトロン振動しながら周回
し、ベータトロン振動の振動数は、収束用４極電磁石
５，発散用４極電磁石７の励磁量により制御できる。入
射と加速の過程でビームを安定に周回させるには、加速
器一周あたりのベータトロン振動数（チューン）が共鳴
を生じない値にしておく必要があり、特に、次数の低い
共鳴を起こすチューンから離しておく必要がある。本実
施例では水平方向チューンνｘを１.７３ 、垂直方向チ
ューンνｙを１.２３ になるように４極電磁石５，７を
調整しておく。この状態でビームは加速器内を安定に周
回するが、その過程で高周波加速空胴８からエネルギー
を与えられる。高周波加速空胴に印加する高周波の周波
数ｆは、ビームが周回する周波数の整数倍（ｎ倍）にす
る。この高周波の周波数に同期するようにビームは、周
回方向即ちｓ方向にｎ個の塊状（バンチ状）になって周
回する。高周波加速空胴８からビームにエネルギーを与
えながら偏向電磁石３及び４極電磁石５，７、各々の磁
場強度比を一定に保ちながら、磁場強度を増加させる。
そうすると、偏向電磁石の曲線部では、ビームエネルギ
ーの増加による遠心力増加と偏向電磁石の励磁量の増加
による向心力増加とが釣合い、同一軌道を中心に周回す
る。この過程でのｓ方向の出射位置ｓ＝ｓｏでの位相空
間（ｘ，ｄｘ／ｄｓ）上の軌跡を図３に示す。図３の位
相空間上の軌跡は、径が異なる相似形の楕円が多数なら
んでいるように見えるが、楕円の径の大きさがベータト
ロン振動振幅の大きさに対応し、楕円の径が小さいほど
ベータトロン振動振幅も小さくなる。The orbit of the beam incident from the injector 15 is bent by the deflecting electromagnet 3 in the process of orbiting. Also, 4
In the polar electromagnet, the orbital gradient can be changed by a force proportional to the deviation from the designed orbit 1. The quadrupole electromagnet 5 changes the trajectory gradient so as to converge the beam in the horizontal direction and diverges the beam in the vertical direction, and the quadrupole electromagnet 7 changes the trajectory gradient to diverge the beam in the horizontal direction and converge the beam in the vertical direction. Act to change. The beam circulates around the design orbit 1 while oscillating in a betatron by the action of these quadrupole electromagnets, and the frequency of the betatron oscillation depends on the excitation amount of the focusing quadrupole electromagnet 5 and the diverging quadrupole electromagnet 7. You can control. In order to stably orbit the beam during the process of injection and acceleration, the betatron frequency (tune) per revolution of the accelerator must be set to a value that does not cause resonance, especially, away from the tune that causes low-order resonance. Need to be kept. In this embodiment, the quadrupole electromagnets 5 and 7 are adjusted so that the horizontal tune νx is 1.73 and the vertical tune νy is 1.23. In this state, the beam orbits in the accelerator in a stable manner, but energy is applied from the high-frequency acceleration cavity 8 in the process. The frequency f of the high frequency applied to the high frequency acceleration cavity is an integral multiple (n times) of the frequency around which the beam orbits. The beam orbits in a circular or s-direction in the form of n lumps (bunches) so as to be synchronized with this high frequency. The magnetic field intensity is increased while the magnetic field intensity ratio of the deflection electromagnet 3 and the quadrupole electromagnets 5, 7 is kept constant while applying energy to the beam from the high frequency acceleration cavity 8.
Then, in the curved portion of the deflection electromagnet, an increase in centrifugal force due to an increase in beam energy and an increase in centripetal force due to an increase in the amount of excitation of the deflection electromagnet balance each other and orbits around the same orbit. FIG. 3 shows a locus in the phase space (x, dx / ds) at the emission position s = so in the s direction in this process. The locus on the phase space in FIG. 3 seems to be lined with a large number of similar ellipses having different diameters, but the size of the ellipse corresponds to the size of the betatron oscillation amplitude, and the diameter of the ellipse is small. The betatron oscillation amplitude also decreases.
【００４３】目標エネルギーまで加速した後、出射する
過程での運転方法を図４に示す。まず図４（１）に示す
ように高周波加速空胴８からのビームへのエネルギー付
与を停止する。これにより、ビームはバンチ状から連続
状ビームになる。次に、図４（２）で収束用４極電磁石
５の電源と発散用４極電磁石７の電源を調整し、水平方
向チューンνｘを１.６７ にする。次に図４（３）のよ
うに６極電磁石９に共鳴励起のための電流を流す。６極
電磁石９に流す電流は、周回中のビームのベータトロン
振動振幅が大きい粒子が安定限界内に納まる程度の値に
し、その値は予め計算で求めるか、出射の運転の繰り返
しを通じて求める。この時、出射用デフレクター１３の
位置での位相空間は図５に示すようになり、位相空間に
おける軌跡は三角形状になる。次に、図４（４）に示す
ように、図１の円形加速器の高周波印加装置１４によ
り、不規則な時間変化信号をビームに印加する。図７
に、高周波印加装置１４の構成を示す。図７の電極２
５，２６は棒状電極で水平方向に対向させて配置し、両
電極に逆向きの電流を電源２４から流すことにより、図
７に示す方向の磁場と電場がビームに加わる。図７の負
荷抵抗２３は、印加した電流が電極端部から電源側に反
射しないように設置している。ビームの軌道勾配が電
場，磁場の効果で変化し、図５に示す位相空間内のビー
ムのベータトロン振動振幅が増加し始め、図５に示す安
定限界をこえた粒子は、共鳴によりベータトロン振動振
幅が急激に増加し、出射用デフレクター１３から出射さ
れる。その後も電極２５，２６に不規則信号を加えると
各粒子のベータトロン振動振幅は増加し、初期のベータ
トロン振動振幅が小さな粒子もやがて図５の安定限界を
こえ、出射用デフレクター１３から出射される。図５の
位相空間で安定限界は一定であり、出射ビームの軌道勾
配ｄｘ／ｄｓ及びターンセパレーションＴｓも出射過程
で一定に保たれる。ここでは、図７に示すような電極を
用いたが、加速器を構成する各電磁石のうちのいずれか
の電源電流に時間変化する成分を重畳させるか、新た
に、出射時の共鳴の安定限界内の粒子のベータトロン振
動を増加させるための専用電磁石を設け、この電源電流
を不規則に変化させることにより上記と同様の出射がで
きる。FIG. 4 shows an operating method in the process of emitting after accelerating to the target energy. First, as shown in FIG. 4A, the application of energy to the beam from the high frequency acceleration cavity 8 is stopped. This causes the beam to change from a bunch to a continuous beam. Next, in FIG. 4B, the power supply of the focusing quadrupole electromagnet 5 and the power supply of the diverging quadrupole electromagnet 7 are adjusted to set the horizontal tune νx to 1.67. Next, as shown in FIG. 4C, a current for resonance excitation is supplied to the sextupole electromagnet 9. The current flowing through the sextupole electromagnet 9 is set to a value at which particles having a large betatron oscillation amplitude of the circulating beam fall within the stability limit, and the value is calculated in advance or is calculated by repeating the extraction operation. At this time, the phase space at the position of the deflector 13 for emission becomes as shown in FIG. 5, and the locus in the phase space becomes triangular. Next, as shown in FIG. 4 (4), an irregular time-varying signal is applied to the beam by the high-frequency applying device 14 of the circular accelerator shown in FIG. Figure 7
The configuration of the high frequency applying device 14 is shown in FIG. Electrode 2 of FIG.
Numerals 5 and 26 are arranged in a bar-shaped electrode so as to be opposed to each other in the horizontal direction, and by applying an electric current of opposite directions to both electrodes from the power source 24, a magnetic field and an electric field in the directions shown in FIG. 7 are added to the beam. The load resistor 23 of FIG. 7 is installed so that the applied current does not reflect from the electrode end to the power supply side. The orbital gradient of the beam changes due to the effect of an electric field and a magnetic field, the betatron oscillation amplitude of the beam in the phase space shown in FIG. 5 begins to increase, and particles that exceed the stability limit shown in FIG. The amplitude suddenly increases and the light is emitted from the emitting deflector 13. After that, when an irregular signal is applied to the electrodes 25 and 26, the betatron vibration amplitude of each particle increases, and even particles with a small initial betatron vibration amplitude eventually exceed the stability limit of FIG. 5 and are emitted from the emission deflector 13. It The stability limit is constant in the phase space of FIG. 5, and the orbit gradient dx / ds and the turn separation Ts of the emitted beam are also kept constant during the emitting process. Here, an electrode as shown in FIG. 7 is used, but a time-varying component is superposed on one of the power source currents of the electromagnets forming the accelerator, or a new value is within the stable limit of resonance at the time of emission. By providing a dedicated electromagnet for increasing the betatron oscillation of the particles, and irregularly changing the power supply current, the same emission as above can be performed.
【００４４】上記実施例では、ベータトロン振動振幅が
極めて小さいビームのチューンは４極電磁石で設定した
１.６７ になっているが、共鳴発生用の多重極電磁石の
効果により、安定限界近くのベータトロン振動振幅の大
きな粒子のチューンはこの値から１.６７−１.６６６６
＝０.００３ 程度ずれ、振動振幅がこれらの間にあるビ
ームのチューンは１.６６６６と１.６７の間に連続的に
分布する。一方、作用の項で述べたように、ビームのベ
ータトロン振動振幅を増加させるためには、ビームのチ
ューン分布に概ね等しい周波数成分を有する電磁場をビ
ームに印加することが望ましい。従って、図７の不規則
信号電源２４は、きわめて広い周波数スペクトルのノイ
ズでもよいし、周波数帯域が周回周波数のおよそ０.６
５ 倍から０.７０ 倍の範囲になっているか、もしく
は、その整数倍の周波数スペクトルを持たせるようにし
てもよい。不規則信号電源の一構成例を図８に示す。図
８に示すようにほぼ無限の周波数スペクトルを持つ雑音
源５１からフィルター５２を通して周波数が０から周回
周波数の０.０２５ 倍までの周波数成分を通した後、ビ
ームの周回周波数の０.６７５ 倍の周波数の信号を局部
発振器５３で発生させてフィルター５２の出力信号との
積を、乗算器５４で求めると周回周波数の0.65倍から
０.７ 倍までのスペクトルを持つ不規則信号を作ること
ができる。また、これ以外に局部発振器５３を使用せ
ず、フィルター５２の通過周波数を変化させることによ
っても、必要な周波数スペクトルを持つ高周波源を作る
ことができる。また、本実施例ではビームへの外乱とし
て不規則信号を用い、位相空間内でビームを拡散させる
ことにより、電磁石電源の電流リップルの影響を受けず
に一定電流でビームを出射できる。In the above embodiment, the tune of the beam with a very small betatron oscillation amplitude is set to 1.67 set by the quadrupole electromagnet, but due to the effect of the multipole electromagnet for resonance generation, the beta near the stability limit is set. From this value, the tune of particles with large thoron oscillation amplitude is 1.67-1.6666.
The tune of the beam with a deviation of about 0.003 and an oscillation amplitude between them is continuously distributed between 1.6666 and 1.67. On the other hand, as described in the action section, in order to increase the betatron oscillation amplitude of the beam, it is desirable to apply an electromagnetic field having a frequency component approximately equal to the tune distribution of the beam to the beam. Therefore, the irregular signal power supply 24 in FIG. 7 may be noise with an extremely wide frequency spectrum, or the frequency band may be about 0.6 of the circulating frequency.
The frequency spectrum may be in the range of 5 times to 0.70 times or an integral multiple thereof. FIG. 8 shows a configuration example of the irregular signal power supply. As shown in FIG. 8, after passing a frequency component from 0 to 0.025 times the orbiting frequency through a filter 52 from a noise source 51 having an almost infinite frequency spectrum, a beam having an orbiting frequency of 0.675 times If a frequency signal is generated by the local oscillator 53 and the product of the output signal of the filter 52 is obtained by the multiplier 54, an irregular signal having a spectrum of 0.65 to 0.7 times the revolving frequency can be produced. .. In addition to this, the local oscillator 53 is not used and the pass frequency of the filter 52 is changed, whereby a high frequency source having a required frequency spectrum can be produced. Further, in this embodiment, an irregular signal is used as a disturbance to the beam, and the beam is diffused in the phase space, so that the beam can be emitted with a constant current without being affected by the current ripple of the electromagnet power supply.
【００４５】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
第２の実施例では、電極に印加する信号を規則的にする
以外は第１の実施例と同じ機器構成であり、出射時の運
転方法も図４と同じである。電極２５，２６には、図７
の不規則信号電源２４の代わりに図９に示す単一周波数
信号源５５を用いて、周波数がｆの交流信号を印加す
る。周波数ｆは、ビームが周回する周波数Ｆrev と、出
射時のチューンの整数からの端数０.３３（＝１−０.６
７）との積に等しい値とする。このような周波数の信号
を加えると、電極から加えられる外部信号の周期とベー
タトロン振動の周期が概ね一致するので、図５の安定限
界内の粒子についてもベータトロン振動振幅が増加し安
定限界をこえて、第１の実施例と同様に出射される。こ
のように、単一周波数の交流信号を加えた場合には、こ
の周波数に同期するチューンを持つ粒子に外部信号によ
る共鳴が生じ、その結果、急速に振動振幅を増加し短時
間の出射ができる。但し、外部信号に共鳴しない多数の
粒子は、前記共鳴粒子に比べ遅れて出射される。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment has the same device configuration as that of the first embodiment except that the signals applied to the electrodes are made regular, and the operation method at the time of emission is also the same as that of FIG. As shown in FIG.
A single frequency signal source 55 shown in FIG. 9 is used in place of the irregular signal power source 24 of FIG. The frequency f is the frequency Frev at which the beam orbits and the fraction 0.33 (= 1-0.6) from the integer of the tune at the time of emission.
The value is equal to the product of 7). When a signal of such a frequency is applied, the period of the external signal applied from the electrode and the period of the betatron oscillation are substantially the same, so that the betatron oscillation amplitude also increases for particles within the stability limit in FIG. Beyond that, the light is emitted as in the first embodiment. Thus, when an AC signal with a single frequency is applied, resonance due to an external signal occurs in particles having a tune that is synchronized with this frequency, and as a result, the vibration amplitude is rapidly increased and short-time emission is possible. .. However, a large number of particles that do not resonate with an external signal are emitted later than the resonant particles.
【００４６】また、上記実施例では、図９の単一周波数
の外乱を用いているが、図１０に示す単一周波数信号源
５５を複数個用いて、複数の周波数ｆ１，ｆ２，…，ｆ
ｎの信号を和算器５６を通して電極２５，２６に加えれ
ば、単一周波数の外乱を使用した場合に比べ、チューン
に幅を持つビームを出射し易くなる。この場合、印加す
る信号の周波数は、分布のあるチューンに近い値にする
ことが望ましい。In the above embodiment, the single-frequency disturbance shown in FIG. 9 is used, but a plurality of single-frequency signal sources 55 shown in FIG. 10 are used to obtain a plurality of frequencies f1, f2, ..., F.
When the signal of n is applied to the electrodes 25 and 26 through the adder 56, it becomes easier to emit a beam having a width in the tune, as compared with the case where a single frequency disturbance is used. In this case, it is desirable that the frequency of the applied signal be close to a tune with a distribution.
【００４７】第１，第２の実施例では図７の２５，２６
に示す２つの電極を用い、両電極に逆極性の信号を加え
ることにより、ビームに電磁場が加わり、軌道勾配が変
化した。一方、同一の電極を用い、２つの電極に同じ極
性の信号を印加すると、電極２５，２６のｓ方向端部で
ｓ方向の電界が生じ、ビームは加速又は減速されビーム
の軌道勾配が変化するので、ビームのベータトロン振動
振幅は増加する。この時、電極の構造は棒状だけでな
く、板状でもかまわない。また、両電極に逆極性の信号
を加える場合は、小円板状電極を用いることによりｘ方
向、又はｙ方向の電場を発生させることができる。一般
的には、金属電極に外部から時間変化する信号を加えれ
ば、電磁場が発生しビームの軌道勾配を変えることがで
きるので、ビームのベータトロン振動振幅を増加させる
ことができる。In the first and second embodiments, 25 and 26 in FIG.
By using two electrodes as shown in Fig. 2 and applying signals of opposite polarities to both electrodes, an electromagnetic field was added to the beam and the orbit gradient was changed. On the other hand, when the same electrode is used and signals of the same polarity are applied to the two electrodes, an electric field in the s direction is generated at the ends of the electrodes 25 and 26 in the s direction, the beam is accelerated or decelerated, and the orbit gradient of the beam changes. Therefore, the betatron oscillation amplitude of the beam increases. At this time, the structure of the electrode may be plate-shaped as well as rod-shaped. When signals of opposite polarities are applied to both electrodes, an electric field in the x direction or the y direction can be generated by using a small disc electrode. Generally, when a time-varying signal is externally applied to the metal electrode, an electromagnetic field is generated and the orbit gradient of the beam can be changed, so that the betatron oscillation amplitude of the beam can be increased.
【００４８】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
第３の実施例の機器構成を図１１に示す。図１の実施例
１と異なる点は、出射のための２次共鳴(半整数共鳴)励
起のための多重極電磁石として８極電磁石３０を用いる
ことと、共鳴の安定限界内のベータトロン振動振幅の増
加のためのに高周波印加用空胴３１を用いることであ
る。ただし、高周波印加用空胴３１は、ビームを低エネ
ルギーから高エネルギーまで加速するための高周波加速
空胴８とは別な空胴を使用する。第３の実施例について
ビームを所定エネルギーまで加速した後の運転方法を図
１２に示す。加速終了後、図１２（１）で高周波加速空
胴８を停止し、図１２（２）で収束用４極電磁石５及び
発散用４極電磁石７を調整し、水平方向チューンνｘを
１.５５ に近づける。この後、８極電磁石３０を励磁す
る。８極電磁石の磁場強度は、粒子が、異なる振幅でベ
ータトロン振動しながら安定に周回する強度にしてお
く。ここで、高周波印加用空胴３１に、時間的に不規則
に変化する信号を印加する。この高周波印加用空胴３１
は、図１３に示すように、ビームの周回（ｓ）方向に電
場が生じ、垂直（ｙ）方向に磁場が生じる空胴で、この
空胴部でビームの軌道勾配が周回ごとに不規則に変化
し、初期のベータトロン振動振幅が大きな粒子から順次
安定限界を越え出射用デフレクター１３から出射され
る。高周波印加用空胴３１に不規則に変化する信号を加
え続けることにより、第１の実施例と同様な作用により
初期のベータトロン振動振幅が小さな粒子の振幅も大き
くなり、安定限界をこえて出射される。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 shows the device configuration of the third embodiment. The difference from the first embodiment in FIG. 1 is that an octupole electromagnet 30 is used as a multipole electromagnet for secondary resonance (half-integer resonance) excitation for emission, and a betatron oscillation amplitude within the stability limit of resonance. Is to use the high-frequency applying cavity 31 for the purpose of increasing. However, the high-frequency applying cavity 31 uses a cavity different from the high-frequency acceleration cavity 8 for accelerating the beam from low energy to high energy. FIG. 12 shows the operation method after accelerating the beam to a predetermined energy for the third embodiment. After the acceleration is completed, the high frequency acceleration cavity 8 is stopped in FIG. 12 (1), the focusing quadrupole electromagnet 5 and the diverging quadrupole electromagnet 7 are adjusted in FIG. 12 (2), and the horizontal tune νx is set to 1.55. Approach to. Then, the 8-pole electromagnet 30 is excited. The magnetic field strength of the octupole electromagnet is set such that the particles stably orbit while oscillating in betatron with different amplitudes. Here, a signal that irregularly changes with time is applied to the high-frequency applying cavity 31. This high frequency application cavity 31
As shown in FIG. 13, is a cavity in which an electric field is generated in the orbital (s) direction of the beam and a magnetic field is generated in the vertical (y) direction. In this cavity, the orbit gradient of the beam is irregular for each orbit. Particles that have changed and have a large initial betatron oscillation amplitude are sequentially emitted from the emission deflector 13 beyond the stability limit. By continuing to apply a signal that changes irregularly to the cavity 31 for applying high frequency, the amplitude of the particle having a small initial betatron oscillation amplitude also increases due to the same action as in the first embodiment, and the particle is emitted beyond the stability limit. To be done.
【００４９】次に、本発明の第４の実施例について述べ
る。第４の実施例は、出射中のビーム位置，ビーム電流
を調整する方法に関する実施例である。第４の実施例の
機器構成を図１４に示す。図１の第１の実施例の機器構
成に加えて、出射ビームの軌道補正用電磁石３５，ビー
ム位置計測装置３２，電流計測装置３３、及び制御用計
算機３４が具備されている。本機器構成を用いた運転方
法を図１５に示す。本実施例では、図１４に示す制御用
計算機３４に予め記憶させておいたパターンに従って、
高周波印加装置１４に印加する不規則に時間変化する信
号の強度を制御する。制御用計算機３４に記憶させる信
号強度パターンは、円形加速器にビームを入射・加速し
た後、出射するまでを１回の運転として、１回の運転毎
に決められる。入射，加速、及び出射の運転方法は図４
の運転方法と同じである。高周波印加装置１４に印加す
る信号の強度パターンは、計算機に予め記憶させておい
た目標のビーム位置及びビーム電流の時間変化と、ビー
ム位置計測装置３２及びビーム電流計測装置３３で測定
されたビーム位置及びビーム電流との差が最小になるよ
うに決定する。目標のビーム電流は、時間的に一定のパ
ターンだけでなく、電流の出射，停止を繰返すようなパ
ターンでも、ベータトロン振動振幅を増加させる手段の
使用，停止により容易に実現できる。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is an embodiment relating to a method for adjusting the beam position and beam current during emission. The device configuration of the fourth embodiment is shown in FIG. In addition to the device configuration of the first embodiment of FIG. 1, an orbit correction electromagnet 35 for the outgoing beam, a beam position measuring device 32, a current measuring device 33, and a control computer 34 are provided. FIG. 15 shows an operating method using this device configuration. In this embodiment, according to the pattern stored in advance in the control computer 34 shown in FIG.
The intensity of a signal applied to the high-frequency applying device 14 that changes irregularly with time is controlled. The signal intensity pattern to be stored in the control computer 34 is determined for each operation as one operation after the beam is incident / accelerated into the circular accelerator and before it is emitted. The operation method of injection, acceleration, and extraction is shown in FIG.
It is the same as the driving method of. The intensity pattern of the signal applied to the high-frequency applying device 14 is the temporal change of the target beam position and the beam current stored in the computer in advance, and the beam position measured by the beam position measuring device 32 and the beam current measuring device 33. And the difference from the beam current. The target beam current can be easily realized not only in a pattern that is constant in time but also in a pattern in which the current is repeatedly output and stopped by using and stopping the means for increasing the betatron oscillation amplitude.
【００５０】本実施例では、ビーム計測装置を使って高
周波信号強度パターンを変化させて所望の特性を得るよ
うにしているが、ビーム計測装置を使わなくても、高周
波印加装置１４から印加する信号の強度を出射中に増加
することにより時間的に一定のビーム電流を出射でき
る。これは、出射初期には、強度の小さな信号で出射可
能なベータトロン振動振幅の大きな粒子が多数存在する
のに対し、出射後期には周回する粒子数が減り、一定の
出射電流を得るためにはビームのベータトロン振動振幅
の増加速度を増加させることが必要となるからである。
従って、このような時間変化の高周波信号強度パターン
を予め与えておけば、図１５の運転においてより短時間
で目標パターンを実現できる。In this embodiment, the beam measuring device is used to change the high frequency signal intensity pattern to obtain a desired characteristic. However, even if the beam measuring device is not used, the signal applied from the high frequency applying device 14 It is possible to emit a beam current that is constant over time by increasing the intensity of the beam during the emission. This is because there are many particles with a large betatron oscillation amplitude that can be emitted with a low-intensity signal in the early stage of extraction, but the number of orbiting particles is reduced in the latter stage of extraction to obtain a constant emission current. Because it is necessary to increase the increasing rate of the betatron oscillation amplitude of the beam.
Therefore, if the high-frequency signal intensity pattern of such a time change is given in advance, the target pattern can be realized in a shorter time in the operation of FIG.
【００５１】また、本実施例では目標のビーム特性を得
るために、高周波印加装置１４に印加する信号強度のみ
を調整しているが、高周波信号の周波数及び周波数スペ
クトルの調整、更に、これに加えて共鳴の安定限界の大
きさの調整、即ち４極電磁石によるチューンの調整，共
鳴励起用の多重極電磁石９の強度調整、又は他の電磁
石、例えば、偏向電磁石３や軌道補正用電磁石３５等を
使用しても同様の調整が行える。Further, in the present embodiment, only the signal intensity applied to the high frequency applying device 14 is adjusted in order to obtain the target beam characteristics. However, in addition to the adjustment of the frequency and frequency spectrum of the high frequency signal, The size of the resonance stability limit, that is, the adjustment of the tune by a quadrupole electromagnet, the intensity adjustment of the multipole electromagnet 9 for resonance excitation, or another electromagnet such as the deflection electromagnet 3 or the orbit correction electromagnet 35. Similar adjustments can be made when used.
【００５２】上記実施例は正常運転時の出射ビームの制
御であるが、次に、図１６を用いて第５の実施例であ
る、出射中の緊急停止時の運転方法を説明する。図１６
で(５)までは通常運転で、図４の運転方法と同じであ
る。図１６（６）で、ビーム使用系からの停止信号又は
各種安全系からの緊急停止信号の有無を判定し、停止信
号がある場合はビーム系増加のための高周波信号を停止
し、ビームの出射を停止する。ビーム出射のための高周
波信号は数μｓで停止できるため、ビーム出射の停止が
短時間に確実に行える、また、この高周波信号の停止と
出射ビーム輸送系の電磁石による軌道変更を同時に使え
ばさらに確実にビームを停止できる。また、ビーム出射
を途中で停止しても、出射のための不規則信号を再び印
加することにより加速器に残っているビームを出射でき
る。図１６は、出射のために不規則信号を印加する場合
であるが、単一又は複数の周波数の交流信号を印加する
場合についても全く同様である。The above embodiment controls the emitted beam during normal operation. Next, a fifth embodiment of the method for operating during an emergency stop during emission will be described with reference to FIG. FIG.
Up to (5), normal operation is the same as the operation method of FIG. In FIG. 16 (6), it is determined whether or not there is a stop signal from the beam using system or an emergency stop signal from various safety systems. If there is a stop signal, the high frequency signal for increasing the beam system is stopped and the beam is emitted. To stop. Since the high-frequency signal for beam extraction can be stopped in a few μs, the beam extraction can be stopped reliably in a short time. Further, if this high-frequency signal stop and the trajectory change by the electromagnet of the output beam transport system are used at the same time, it is even more reliable. You can stop the beam at. Further, even if the beam extraction is stopped midway, the beam remaining in the accelerator can be emitted by applying the irregular signal for the extraction again. FIG. 16 shows a case where an irregular signal is applied for emission, but the same applies to a case where an AC signal having a single frequency or a plurality of frequencies is applied.
【００５３】次に第６の実施例を図１７を用いて説明す
る。第６の実施例では、中性粒子と周回ビームを衝突さ
せて共鳴の安定限界内の粒子のベータトロン振動振幅を
増加させる。図１の実施例では、時間変化する電磁場を
ビームに印加するために高周波印加装置１４を使用した
が、本実施例では高周波印加装置１４の代わりに中性粒
子注入装置３６を使用する。本実施例での運転方法を図
１８に示す。図１８の（４）の中性粒子注入の部分を除
いては、図４の運転方法と同じである。中性粒子との衝
突により、周回ビームのベータトロン振動振幅を徐々に
増加させることができるので、共鳴の安定限界を一定に
保ちながら、ビーム位置，ビーム径，ターンセパレーシ
ョンが各々一定の出射が実現できる。出射電流の調整
は、中性粒子の注入量により調整できる。Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. In the sixth embodiment, the orbiting beam collides with the neutral particles to increase the betatron oscillation amplitude of the particles within the resonance stability limit. In the embodiment of FIG. 1, the high frequency applying device 14 is used to apply the time-varying electromagnetic field to the beam, but in the present embodiment, the high frequency applying device 14 is replaced by the neutral particle implanting device 36. The operating method in this example is shown in FIG. The operation method is the same as that of FIG. 4 except for the portion of (4) neutral particle injection shown in FIG. By colliding with neutral particles, the betatron oscillation amplitude of the orbiting beam can be increased gradually, so that the beam position, beam diameter, and turn separation can be output while maintaining the resonance stability limit constant. it can. The emission current can be adjusted by adjusting the injection amount of neutral particles.
【００５４】次に第７の実施例を説明する。第７の実施
例では、周回ビームと異なる荷電粒子と周回ビームを衝
突させて共鳴の安定限界内の粒子のベータトロン振動振
幅を増加させる。図１７の第６の実施例では、中性粒子
注入装置３６を使用したが、本実施例では、その代わり
に図１９に断面を示すイオン入射装置を使用する。イオ
ン源から出たイオンを水平方向に周回ビーム領域に打込
む。このイオン源からのイオン打込みは図１８に示す運
転方法の中性粒子注入に代わって行うが、ビームの出射
については上記した他の実施例と同一の特性が実現でき
る。また、ガスやイオンを打込む領域に薄膜を設置し
て、荷電粒子ビームを衝突させても同じ出射が実現でき
る。Next, a seventh embodiment will be described. In the seventh embodiment, the charged particle different from the orbiting beam is collided with the orbiting beam to increase the betatron oscillation amplitude of the particles within the resonance stability limit. In the sixth embodiment shown in FIG. 17, the neutral particle implanting device 36 was used, but in this embodiment, an ion injector whose cross section is shown in FIG. 19 is used instead. Ions emitted from the ion source are implanted horizontally in the orbiting beam region. Ion implantation from this ion source is carried out instead of the neutral particle implantation shown in FIG. 18, but the same characteristics as those of the other embodiments described above can be realized with respect to beam emission. Further, the same emission can be realized even if a thin film is placed in a region where gas or ions are implanted and a charged particle beam collides with it.
【００５５】以下、本発明の効果をシミュレーションで
示す。シミュレーションの条件としては、荷電粒子とし
てプロトンを用い、周回時の最終エネルギーは３００Ｍ
ｅＶ、利用する共鳴は第３の実施例で示した２次共鳴と
する。また、出射用デフレクターの電極の位置は、水平
方向で６０mmとする。図２０，２１は従来技術の運転方
法で、共鳴発生前のベータトロン振動振幅が１０mm，３
mmのプロトンに対して、チューンの１／２からのずれを
０.０１とし、このずれを０.０１から0.001 に変化させ
て共鳴させた時の位相空間を示す。２次共鳴の安定限界
は、３次共鳴と異なり楕円状の形を取る。一方、図２
２，２３は、本発明の運転方法を示す図である。図２２
は、共鳴発生前のベータトロン振動振幅が３mmのプロト
ンに対し、チューンの１／２からのずれを０.０１ に調
整して共鳴させると共に、高周波印加装置１４で不規則
にビームのベータトロン振動振幅を徐々に増加させる時
の位相空間を示す。図２３は、図２２の状態がさらに進
み、安定限界（約１０mm）を超えたプロトンが出射され
ている時の位相空間を示す。従来の運転方法では、共鳴
発生前のベータトロン振動振幅が１０mm，３mmの時のタ
ーンセパレーションＴｓは各々約１０mmと約１mmであ
る。従って、従来技術ではベータトロン振動振幅が３mm
のプロトンは電極に衝突し、ほとんど出射させることが
できない。また、チューンの１／２からのずれを０.０
１から０.００１に調整しているために、出射勾配が７m
radも変化する。一方、本発明では、共鳴発生前のベー
タトロン振動振幅が３mmでも、徐々にベータトロン振動
振幅が増加し約１０mmになると共鳴を起こし、図２１と
同様にターンセパレーションＴｓ１０mmで出射される。
また、初期のベータトロン振動振幅が３mmよりさらに小
さくなった場合と、初期振動振幅が１０mmの場合の出射
用デフレクター位置における軌道勾配の差は０.０１mra
d以下であり、出射ビームのエミッタンスは１π mm・mra
d以下である。このように、初期のベータトロン振動振
幅が１０mm以下の小さな値のビームも、１０mmの場合と
同様に出射できる。本発明では、チューン，ターンセパ
レーションＴｓを一定にできるので、出射勾配，出射位
置、及びビーム径を一定にできる。更に、ビームの分布
はベータトロン振動振幅が小さい方が多いので、従来の
運転方法では出射効率５０％を得ることはできないのに
対して、本発明の運転方法では出射効率を９０％以上に
することができる。The effects of the present invention are shown below by simulation. The simulation conditions are that protons are used as charged particles and the final energy during orbit is 300M.
eV, the resonance to be used is the secondary resonance shown in the third embodiment. Further, the position of the electrode of the deflector for emission is set to 60 mm in the horizontal direction. 20 and 21 show a conventional operating method, in which the betatron oscillation amplitude before resonance is 10 mm, 3
The deviation from 1/2 of the tune is set to 0.01 with respect to the mm proton, and the phase space when the resonance is changed by changing the deviation from 0.01 to 0.001 is shown. Unlike the third-order resonance, the stability limit of the second-order resonance has an elliptical shape. On the other hand, FIG.
2 and 23 are diagrams showing the operating method of the present invention. FIG. 22.
Adjusts the deviation from 1/2 of the tune to 0.01 for the proton whose amplitude of the betatron oscillation before resonance is 3 mm and causes it to resonate. The phase space when the amplitude is gradually increased is shown. FIG. 23 shows the phase space when the state of FIG. 22 further progresses and protons exceeding the stability limit (about 10 mm) are emitted. In the conventional operation method, the turn separation Ts when the betatron vibration amplitude before resonance is 10 mm and 3 mm is about 10 mm and about 1 mm, respectively. Therefore, in the conventional technology, the betatron vibration amplitude is 3 mm.
Protons collide with the electrode and can hardly be emitted. Also, the deviation from 1/2 of the tune is 0.0
Since it is adjusted from 1 to 0.001, the output gradient is 7m.
rad also changes. On the other hand, in the present invention, even if the betatron vibration amplitude before resonance is 3 mm, resonance occurs when the betatron vibration amplitude gradually increases to about 10 mm, and is emitted with the turn separation Ts 10 mm as in FIG.
In addition, the difference in orbit gradient at the exit deflector position is 0.01 mra when the initial betatron vibration amplitude is smaller than 3 mm and when the initial vibration amplitude is 10 mm.
d is less than d, and emittance of emitted beam is 1π mm ・ mra
It is less than or equal to d. In this way, a beam having a small initial betatron oscillation amplitude of 10 mm or less can be emitted as in the case of 10 mm. In the present invention, since the tune and the turn separation Ts can be made constant, the emission gradient, the emission position, and the beam diameter can be made constant. Further, since the distribution of the beam often has a small betatron oscillation amplitude, the extraction efficiency of 50% cannot be obtained by the conventional operation method, whereas the extraction efficiency is set to 90% or more by the operation method of the present invention. be able to.
【００５６】最後に、本発明の医療用加速器システムの
実施例を図２４を用いて説明する。本実施例では前段加
速器１６からのビームを入射器１５により円形加速器10
1に入射する。円形加速器１０１の構成及びビームの出
射方法は図１に示した第１の実施例と同じであり、前段
加速器１６からビームを入射した後、０.５ 秒でビーム
を所望エネルギーまで加速し、１秒かけて長いパルス状
のビームを出射する。次の０.５ 秒で電磁石の励磁量を
減少させて、次の入射・加速に備える。このようにし
て、ビームの入射・加速・出射を２秒ごとに繰り返す。
出射では、共鳴の安定限界を一定にし、出射用高周波印
加装置１４によりベータトロン振動振幅を増加させ、ビ
ームに共鳴を発生させる。共鳴の安定限界が一定である
ため、出射用デフレクター位置での軌道勾配，ターンセ
パレーションが一定となり、時間的に一定の出射効率で
出射でき、出射効率９０％以上を得ることができる。出
射用デフレクター１３から出射されたビームは、ビーム
輸送系１０２により複数の治療室１０３へ輸送される。
輸送系１０２には、ビーム径や軌道勾配を調整する輸送
系電磁石１０４が設置されている。輸送されるビームの
エミッタンスは、図２０，２３を用いて説明したよう
に、１π mm・mrad以下である。ビームのサイズは、エミ
ッタンスとベータトロン関数と呼ばれる量の積の１／２
乗の２倍から求まる。ベータトロン関数は、ビーム輸送
系の位置によって異なるが、輸送系電磁石１０４の励磁
量を調整することにより２０ｍ以下に抑えることができ
るので、輸送系における最大ビームサイズは１０mm程度
になる。従って、輸送系１０２に用いる真空ダクト径
は、余裕を見ても２０mm以下の小型にすることができ
る。出射ビームの複数の治療室への輸送切替は、ビーム
切替用電磁石１０５を用いて行う。ビームの切替は、ビ
ームの出射過程、即ち１秒以内の短時間に繰り返し行
う。こうして、１回の出射中にビームを複数の治療室へ
繰り返し振り分ける。もちろん、１回の出射中は１つの
治療室にのみビームを輸送し、次の出射で次の治療室に
ビームを切り替えることも可能である。治療室で患者に
照射するビームのサイズ，位置などの調整は照射ビーム
調整電磁石（図示せず）を用いて行うが、本発明の出射
方法では出射ビームのエミッタンスは１π mm・mrad以下
で一定であるから、患者に照射するビームのサイズ及び
位置変化は３mm以下に抑えることができる。Finally, an embodiment of the medical accelerator system of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the beam from the pre-stage accelerator 16 is injected by the injector 15 into a circular accelerator 10.
Incident on 1. The configuration of the circular accelerator 101 and the beam extraction method are the same as those in the first embodiment shown in FIG. 1, and after the beam is incident from the pre-stage accelerator 16, the beam is accelerated to a desired energy within 0.5 seconds, A long pulsed beam is emitted over a second. In the next 0.5 seconds, the amount of excitation of the electromagnet is reduced to prepare for the next injection / acceleration. In this way, beam incidence, acceleration, and emission are repeated every 2 seconds.
In the extraction, the stability limit of resonance is made constant, and the betatron oscillation amplitude is increased by the extraction high-frequency applying device 14 to generate resonance in the beam. Since the stability limit of resonance is constant, the orbit gradient and turn separation at the position of the deflector for extraction become constant, and the emission efficiency can be constant with time, and the emission efficiency of 90% or more can be obtained. The beam emitted from the emission deflector 13 is transported to the plurality of treatment rooms 103 by the beam transport system 102.
The transport system 102 is provided with a transport system electromagnet 104 that adjusts the beam diameter and the orbit gradient. The emittance of the transported beam is 1π mm · mrad or less as described with reference to FIGS. The size of the beam is 1/2 of the product of emittance and the amount called betatron function.
It can be calculated from twice the square. Although the betatron function varies depending on the position of the beam transport system, it can be suppressed to 20 m or less by adjusting the amount of excitation of the transport system electromagnet 104, so that the maximum beam size in the transport system is about 10 mm. Therefore, the diameter of the vacuum duct used for the transportation system 102 can be made as small as 20 mm or less even if a margin is taken into consideration. Transport switching of the emitted beam to the plurality of treatment rooms is performed using the beam switching electromagnet 105. The beam switching is repeated during the beam emission process, that is, in a short time within 1 second. Thus, the beam is repeatedly distributed to a plurality of treatment rooms during one emission. Of course, it is also possible to transport the beam to only one treatment room during one extraction and switch the beam to the next treatment room at the next extraction. The size and position of the beam irradiated to the patient in the treatment room is adjusted by using an irradiation beam adjusting electromagnet (not shown). In the extraction method of the present invention, the emittance of the output beam is constant at 1π mm · mrad or less. Therefore, the change in the size and position of the beam irradiating the patient can be suppressed to 3 mm or less.
【００５７】[0057]
【発明の効果】本発明によれば、周回中の荷電粒子ビー
ムの出射効率の高い円形加速器と、ビーム出射方法及び
出射装置を提供できる。According to the present invention, it is possible to provide a circular accelerator having a high extraction efficiency of a charged particle beam that is circulating, a beam extraction method, and an extraction device.
【００５８】また、本発明によれば、出射電流の大きい
円形加速器と、ビーム出射方法及び出射装置を提供でき
る。Further, according to the present invention, it is possible to provide a circular accelerator having a large emission current, a beam emission method and an emission device.
【００５９】また、本発明によれば、輸送系からの出射
ビーム位置のほぼ一定な円形加速器と、ビーム出射方法
及び出射装置を提供できる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a circular accelerator in which the position of the beam emitted from the transport system is substantially constant, a beam emitting method, and an emitting device.
【００６０】また、本発明によれば、輸送系からの出射
ビーム径のほぼ一定な円形加速器と、ビーム出射方法及
び出射装置を提供できる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a circular accelerator in which the diameter of the beam emitted from the transport system is substantially constant, a beam emitting method and an emitting device.
【００６１】また、本発明によれば、出力電流を制御で
きる円形加速器と、ビーム出射方法及び出射装置を提供
できる。Further, according to the present invention, it is possible to provide a circular accelerator capable of controlling an output current, a beam extraction method and an extraction device.
【図１】本発明の第１の実施例の円形加速器を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a circular accelerator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】位相空間における安定限界を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a stability limit in a phase space.
【図３】ビームの入射・加速時の位相空間を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a phase space at the time of incidence / acceleration of a beam.
【図４】第１の実施例の出射時の運転方法を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a driving method at the time of emission of the first embodiment.
【図５】第１の実施例の出射直前の位相空間を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a phase space immediately before emission in the first embodiment.
【図６】第１の実施例の出射用デフレクター電極を示す
図である。FIG. 6 is a view showing a deflector electrode for emission of the first embodiment.
【図７】第１の実施例の高周波印加装置の構成を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a high frequency applying apparatus according to a first embodiment.
【図８】図７の不規則信号電源の一構成例を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the irregular signal power supply of FIG.
【図９】第２の実施例の単一周波数信号源の一構成例を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a single frequency signal source according to a second embodiment.
【図１０】第２の実施例の複数周波数信号源の一構成例
を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a multi-frequency signal source according to a second embodiment.
【図１１】第３の実施例の加速器を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an accelerator according to a third embodiment.
【図１２】第３の実施例の運転方法を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a driving method according to a third embodiment.
【図１３】第３の実施例の高周波印加用空胴を示す図で
ある。FIG. 13 is a diagram showing a high-frequency applying cavity of a third embodiment.
【図１４】第４の実施例の加速器を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an accelerator according to a fourth embodiment.
【図１５】第４の実施例の運転方法を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a driving method according to a fourth embodiment.
【図１６】第５の実施例の運転方法を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a driving method according to a fifth embodiment.
【図１７】第６の実施例の加速器を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an accelerator according to a sixth embodiment.
【図１８】第６の実施例の運転方法を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a driving method according to a sixth embodiment.
【図１９】第７の実施例のイオン入射装置を示す図であ
る。FIG. 19 is a diagram showing an ion injector according to a seventh embodiment.
【図２０】共鳴前のベータトロン振動振幅が１０mmのプ
ロトンを従来の運転方法で共鳴させた時の位相空間を示
す図である。FIG. 20 is a diagram showing a phase space when a proton having a betatron oscillation amplitude of 10 mm before resonance is resonated by a conventional operation method.
【図２１】共鳴前のベータトロン振動振幅が３mmのプロ
トンを従来の運転方法で共鳴させた時の位相空間を示す
図である。FIG. 21 is a diagram showing a phase space when a proton having a betatron oscillation amplitude of 3 mm before resonance is resonated by a conventional operation method.
【図２２】共鳴前のベータトロン振動振幅が３mmのプロ
トンを本発明の運転方法で共鳴させた時の位相空間を示
す図である。FIG. 22 is a diagram showing a phase space when protons having a betatron oscillation amplitude of 3 mm before resonance are resonated by the operating method of the present invention.
【図２３】図２２の状態が進み、安定限界（約１０mm）
を超えたプロトンが出射されている時の位相空間を示す
図である。FIG. 23: The state of FIG. 22 progresses and the stability limit (about 10 mm)
It is a figure which shows the phase space when the protons exceeding is emitted.
【図２４】本発明の医療用加速器システムの一構成例を
示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of a medical accelerator system of the present invention.
【符号の説明】 １…設計軌道、３…偏向電磁石、５…収束用４極電磁
石、７…発散用４極電磁石、８…高周波加速空胴、９…
共鳴励起用電磁石、１３…出射用デフレクター、１４…
高周波印加装置、１５…入射器、２０…出射用デフレク
ター電極、２２…真空ダクト、２３…負荷抵抗、２４…
電源、２５…棒状電極、２６…棒状電極、３１…高周波
印加空胴、３２…位置計測装置、３３…電流計測装置、
３４…計算機、５０…増幅器、５１…雑音源、５２…フ
ィルター、５３…局部発振器、５４…乗算器、５５…単
一周波数信号源、５６…和算器。[Explanation of Codes] 1 ... Design trajectory, 3 ... Bending electromagnet, 5 ... Focusing quadrupole electromagnet, 7 ... Divergence quadrupole electromagnet, 8 ... High frequency acceleration cavity, 9 ...
Electromagnet for resonance excitation, 13 ... Deflector for emission, 14 ...
High frequency applying device, 15 ... Injector, 20 ... Deflector electrode for emission, 22 ... Vacuum duct, 23 ... Load resistance, 24 ...
Power source, 25 ... Rod-shaped electrode, 26 ... Rod-shaped electrode, 31 ... High frequency applying cavity, 32 ... Position measuring device, 33 ... Current measuring device,
34 ... Calculator, 50 ... Amplifier, 51 ... Noise source, 52 ... Filter, 53 ... Local oscillator, 54 ... Multiplier, 55 ... Single frequency signal source, 56 ... Adder.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 洋之 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyuki Watanabe 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory
Claims (45)
記荷電粒子ビームを出射用デフレクターから出射する出
射装置を具備する円形加速器において、 前記出射装置はビーム径３mm以下のビームを出射するこ
とを特徴とする円形加速器。1. A circular accelerator comprising an electromagnet for orbiting a charged particle beam and an emitting device for emitting the charged particle beam from an emitting deflector, wherein the emitting device emits a beam having a beam diameter of 3 mm or less. Circular accelerator.
記荷電粒子ビームを出射用デフレクターから出射する出
射装置を具備する円形加速器において、 前記出射装置はエミッタンスが１π(mm・mrad）以下のビ
ームを出射することを特徴とする円形加速器。2. A circular accelerator comprising an electromagnet for orbiting a charged particle beam and an emitting device for emitting the charged particle beam from an emitting deflector, wherein the emitting device emits a beam having an emittance of 1π (mm · mrad) or less. A circular accelerator that emits light.
記荷電粒子ビームを出射用デフレクターから出射する出
射装置を具備する円形加速器において、 前記出射装置は出射位置変化が３mm以下のビームを出射
することを特徴とする円形加速器。3. A circular accelerator equipped with an electromagnet that orbits a charged particle beam and an emitting device that emits the charged particle beam from an emitting deflector, wherein the emitting device emits a beam with an emission position change of 3 mm or less. Circular accelerator characterized by.
記荷電粒子ビームを出射用デフレクターから出射する出
射装置を具備する円形加速器において、 前記出射装置は出射効率５０％以上でビームを出射する
ことを特徴とする円形加速器。4. A circular accelerator comprising an electromagnet for orbiting a charged particle beam and an emitting device for emitting the charged particle beam from an emitting deflector, wherein the emitting device emits a beam with an emission efficiency of 50% or more. Characteristic circular accelerator.
記荷電粒子ビームを出射用デフレクターから出射する出
射装置を具備する円形加速器において、 前記出射装置は出射効率一定でビームを出射することを
特徴とする円形加速器。5. A circular accelerator comprising an electromagnet for orbiting a charged particle beam and an emitting device for emitting the charged particle beam from an emitting deflector, wherein the emitting device emits the beam with a constant emitting efficiency. A circular accelerator.
ータトロン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビームを
出射用デフレクターから出射する出射装置を具備する円
形加速器において、 前記出射装置は、前記共鳴状態にする手段とは別に前記
荷電粒子ビームのベータトロン振動振幅を増加する手段
を有することを特徴とする円形加速器。6. A circular accelerator comprising: an electromagnet that orbits a charged particle beam; and an emission device that emits the charged particle beam from a deflector for emission by making a betatron oscillation in a resonance state, wherein the emission device is in the resonance state. A circular accelerator having means for increasing the betatron oscillation amplitude of the charged particle beam in addition to the means for controlling.
は、周回軌道上に設けられ、時間的に変動する磁場を発
生させる手段であることを特徴とする請求項６に記載の
円形加速器。7. The circular accelerator according to claim 6, wherein the means for increasing the betatron oscillation amplitude is means for generating a magnetic field which is provided on a circular orbit and which changes with time.
徴とする請求項７に記載の円形加速器。8. The circular accelerator according to claim 7, wherein the time variation is random.
期する周波数成分を含むことを特徴とする請求項７又は
請求項８に記載の円形加速器。9. The circular accelerator according to claim 7, wherein the temporal fluctuation includes a frequency component synchronized with the betatron oscillation.
段は、周回軌道上に設けられ、時間的に変動する電場を
発生させる手段であることを特徴とする請求項６に記載
の円形加速器。10. The circular accelerator according to claim 6, wherein the means for increasing the betatron oscillation amplitude is a means provided on a circular orbit and generating an electric field that fluctuates with time.
特徴とする請求項１０に記載の円形加速器。11. The circular accelerator according to claim 10, wherein the temporal variation is random.
同期する周波数成分を含むことを特徴とする請求項１０
又は請求項１１に記載の円形加速器。12. The time variation includes a frequency component synchronized with betatron oscillation.
Alternatively, the circular accelerator according to claim 11.
タトロン振動に同期する周波数に±５％以内で一致する
ことを特徴とする請求項７又は請求項１０に記載の円形
加速器。13. The circular accelerator according to claim 7 or 10, wherein the frequency of the temporal fluctuation coincides with the frequency synchronized with the betatron oscillation within ± 5%.
粒子ビームを加速させる加速空胴であることを特徴とす
る請求項１０に記載の円形加速器。14. The circular accelerator according to claim 10, wherein the means for generating the electric field is an acceleration cavity for accelerating the charged particle beam.
段は、前記荷電粒子ビームに前記荷電粒子ビームとは異
なる他の粒子を衝突させる手段であることを特徴とする
請求項６に記載の円形加速器。15. The circular accelerator according to claim 6, wherein the means for increasing the betatron oscillation amplitude is means for colliding the charged particle beam with another particle different from the charged particle beam. ..
段は、前記荷電粒子ビームの出射時に動作させることを
特徴とする請求項６に記載の円形加速器。16. The circular accelerator according to claim 6, wherein the means for increasing the betatron oscillation amplitude is operated when the charged particle beam is emitted.
ベータトロン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビーム
を出射用デフレクターから出射する出射装置を具備する
円形加速器において、 前記出射装置は、チューンを実質的に一定にして前記荷
電粒子ビームのベータトロン振動振幅を増加する手段を
有することを特徴とする円形加速器。17. An electromagnet for orbiting a charged particle beam,
In a circular accelerator including an emitting device that emits the charged particle beam from an emitting deflector by making a betatron oscillation in a resonance state, the emitting device has a tune substantially constant and a betatron oscillation amplitude of the charged particle beam. A circular accelerator having means for increasing
ベータトロン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビーム
を出射用デフレクターから出射する出射装置を具備する
円形加速器において、 前記出射装置は、前記共鳴状態にする手段では共鳴状態
にできない前記荷電粒子ビームのベータトロン振動振幅
を増加する手段を有することを特徴とする円形加速器。18. An electromagnet for orbiting a charged particle beam,
In a circular accelerator including an emitting device that emits the charged particle beam from an emitting deflector by making a betatron oscillation in a resonance state, the emitting device is a beta of the charged particle beam that cannot be brought into a resonance state by the means for bringing into a resonance state. A circular accelerator characterized in that it has means for increasing the thoron oscillation amplitude.
ン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビームを出射用デ
フレクターから出射する円形加速器のビーム出射方法に
おいて、 前記共鳴状態にするステップとは別に、前記荷電粒子ビ
ームのベータトロン振動振幅を増加するステップを有す
ることを特徴とするビーム出射方法。19. A beam accelerating method of a circular accelerator in which a charged particle beam is circulated to cause betatron oscillation to be in a resonance state and the charged particle beam is emitted from a deflector for extraction, in addition to the step of bringing the beam into a resonance state. A beam extraction method comprising a step of increasing a betatron oscillation amplitude of a charged particle beam.
射用デフレクターからのビームの出射角度を実質的に一
定にするステップを有することを特徴とする請求項１９
に記載のビーム出射方法。20. The step of bringing into the resonance state comprises the step of substantially equalizing an emission angle of a beam from the emission deflector.
The beam extraction method described in 1.
ン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビームを出射用デ
フレクターから出射する円形加速器のビーム出射方法に
おいて、 前記共鳴状態にする際に、共鳴状態にできない前記荷電
粒子ビームのベータトロン振動振幅を増加することを特
徴とするビーム出射方法。21. A beam radiating method of a circular accelerator in which a charged particle beam is circulated to cause betatron oscillation to be in a resonance state and the charged particle beam is radiated from an emission deflector. A beam extraction method comprising increasing the betatron oscillation amplitude of the charged particle beam that cannot be generated.
ン振動を共鳴状態にして前記荷電粒子ビームを出射用デ
フレクターから出射する円形加速器のビーム出射方法に
おいて、 前記共鳴の安定限界内の荷電粒子のベータトロン振動振
幅を増加させ、前記共鳴の安定限界を超えた荷電粒子を
出射することを特徴とするビーム出射方法。22. A method of beam extraction of a circular accelerator in which a charged particle beam is circulated and betatron oscillation is brought into a resonance state and the charged particle beam is emitted from a deflector for extraction, wherein beta of charged particles within a stability limit of the resonance is obtained. A beam extraction method characterized in that a thoron oscillation amplitude is increased and charged particles exceeding the resonance stability limit are emitted.
子ビームを出射用デフレクターから出射する円形加速器
のビーム出射方法において、 前記円形加速器一周あたりのベータトロン振動数を整数
＋ｐ／ｑ（既約分数）にほぼ等しくし、共鳴の安定限界
内の荷電粒子のベータトロン振動振幅を増加させること
を特徴とするビーム出射方法。23. A beam radiating method of a circular accelerator in which a charged particle beam is circulated and the charged particle beam is radiated from an radiating deflector, wherein the betatron frequency per revolution of the circular accelerator is an integer + p / q (irreducible fraction). ) To increase the betatron oscillation amplitude of charged particles within the resonance stability limit.
荷電粒子ビームに電場又は磁場もしくは電場と磁場の両
方を印加することによりおこなうことを特徴とする請求
項１９，２１，２２又は２３に記載のビーム出射方法。24. The method according to claim 19, 21, 22, or 23, wherein the amplitude of the betatron oscillation is increased by applying an electric field or magnetic field or both electric field and magnetic field to the charged particle beam. Beam emission method.
がランダムに変動する電場又は磁場もしくは電場と磁場
の両方を前記荷電粒子ビームに印加することによりおこ
なうことを特徴とする請求項１９，２１，２２，２３又
は２４に記載のビーム出射方法。25. An increase in the amplitude of the betatron oscillation is performed by applying an electric field or magnetic field whose intensity randomly changes or both electric field and magnetic field to the charged particle beam. 22. The beam emitting method according to 22, 23 or 24.
ータトロン振動に同期する周波数成分を含む電場又は磁
場もしくは電場と磁場の両方を前記荷電粒子ビームに印
加することによりおこなうことを特徴とする請求項１
９，２１，２２，２３，２４又は２５に記載のビーム出
射方法。26. The betatron oscillation amplitude is increased by applying an electric field or magnetic field or both an electric field and a magnetic field containing a frequency component synchronized with the betatron oscillation to the charged particle beam. Item 1
The beam extraction method according to 9, 21, 22, 23, 24, or 25.
振動振幅の増加を出射直前の共鳴とは異なる共鳴により
行うことを特徴とする請求項１９，２２，２３又は２４
に記載のビーム出射方法。27. An increase in betatron oscillation amplitude within the stability limit of the resonance is performed by a resonance different from the resonance immediately before the emission, 19, 22, 23 or 24.
The beam extraction method described in 1.
振動振幅の増加速度を変化させることにより出射ビーム
を制御することを特徴とする請求項２４，２５又は２６
に記載のビーム出射方法。28. The output beam is controlled by changing the increasing rate of the betatron oscillation amplitude within the stability limit of the resonance.
The beam extraction method described in 1.
加する電場又は磁場もしくは電場と磁場の両方の強度を
調整することにより出射ビームを制御することを特徴と
する請求項２４，２５又は２６に記載のビーム出射方
法。29. The outgoing beam is controlled by adjusting the intensity of the electric field or magnetic field or both the electric field and the magnetic field applied to increase the betatron oscillation amplitude. Beam extraction method described.
加する電場又は磁場もしくは電場と磁場の両方の強度を
ビームの出射中に大きくすることを特徴とする請求項２
４，２５，２６，２８又は２９に記載のビーム出射方
法。30. The intensity of the electric field or magnetic field or both the electric field and the magnetic field applied to increase the betatron oscillation amplitude is increased during the emission of the beam.
4, 25, 26, 28 or 29.
場又は磁場もしくは電場と磁場の両方をビームに印加す
ることによりビームの出射を開始し、前記電磁場の印加
の停止により出射を停止することを特徴とする請求項２
９に記載のビーム出射方法。31. Beam emission is started by applying an electric field or magnetic field or both an electric field and a magnetic field to the beam for increasing the betatron oscillation amplitude, and stopped by stopping the application of the electromagnetic field. Claim 2 characterized by the above-mentioned.
9. The beam extraction method according to item 9.
トロン振動振幅の増加のための電場又は磁場もしくは電
場と磁場の両方を停止することによりビームの出射を停
止することを特徴とする請求項２９に記載のビーム出射
方法。32. When the beam extraction is stopped urgently, the beam extraction is stopped by stopping the electric field or magnetic field or both the electric field and the magnetic field for increasing the betatron oscillation amplitude. 29. The beam emitting method according to 29.
整することにより出射ビームを制御することを特徴とす
る請求項１９，２１，２２，２３，２４，２５，２６，
２７又は３０に記載のビーム出射方法。33. The outgoing beam is controlled by adjusting the stability limit of resonance of betatron oscillation.
27. The beam emitting method according to 27 or 30.
と、荷電粒子ビームにエネルギーを付与する手段とを有
することを特徴とするビーム出射装置。34. A beam emitting device comprising a deflector for emitting a charged particle beam and a means for applying energy to the charged particle beam.
と、チューンを制御する手段と、前記荷電粒子ビームに
エネルギーを付与する手段とを有することを特徴とする
ビーム出射装置。35. A beam emitting device comprising a deflector for emitting a charged particle beam, a means for controlling a tune, and a means for applying energy to the charged particle beam.
と、前記荷電粒子ビームのビーム径を増加させる手段と
を有することを特徴とするビーム出射装置。36. A beam emitting device comprising a deflector for emitting a charged particle beam and a means for increasing the beam diameter of the charged particle beam.
と、前記荷電粒子ビームの軌道勾配を繰り返し変化させ
る手段とを有することを特徴とするビーム出射装置。37. A beam emitting device comprising: a deflector for emitting a charged particle beam; and means for repeatedly changing an orbital gradient of the charged particle beam.
医療システムにおいて、 前記荷電粒子ビームを加速・蓄積し、そのベータトロン
振動振幅を増加させることにより前記ベータトロン振動
の共鳴の安定限界を超えた荷電粒子を出射する出射装置
を有する円形加速器と、 前記出射装置から出射した前記荷電粒子ビームを照射室
に輸送するビーム輸送系と、 前記照射室に設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象
に照射するビーム照射装置とを備えたことを特徴とする
医療システム。38. In a medical system for performing irradiation treatment using a charged particle beam, the charged particle beam is accelerated / accumulated, and the betatron oscillation amplitude is increased to exceed a resonance stability limit of the betatron oscillation. A circular accelerator having an emitting device for emitting charged particles, a beam transport system for transporting the charged particle beam emitted from the emitting device to an irradiation chamber, and a beam transport system installed in the irradiation chamber for irradiation of the charged particle beam. A medical system comprising a beam irradiation device for irradiation.
医療システムにおいて、 前記荷電粒子ビームを加速・蓄積し、そのベータトロン
振動振幅を増加させることにより前記ベータトロン振動
の共鳴の安定限界を超えた荷電粒子を出射する出射装置
を有する円形加速器と、 前記出射装置から出射した前記荷電粒子ビームを複数の
照射室に輸送するビーム輸送系と、 前記荷電粒子ビームを前記複数の照射室に振り分ける切
替装置と、 前記照射室に設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象
に照射するビーム照射装置とを備えたことを特徴とする
医療システム。39. In a medical system for performing irradiation treatment using a charged particle beam, the charged particle beam is accelerated / accumulated and the betatron oscillation amplitude is increased to exceed the resonance stability limit of the betatron oscillation. Circular accelerator having an emitting device for emitting charged particles, a beam transport system for transporting the charged particle beam emitted from the emitting device to a plurality of irradiation chambers, and switching for distributing the charged particle beams to the plurality of irradiation chambers A medical system, comprising: a device; and a beam irradiation device that is installed in the irradiation chamber and irradiates an irradiation target with the charged particle beam.
ムの軌道を修正する定常磁場発生装置を有することを特
徴とする請求項３８又は請求項３９に記載の医療システ
ム。40. The medical system according to claim 38 or 39, wherein the beam transport system has a stationary magnetic field generator that corrects the trajectory of the charged particle beam.
に前記荷電粒子ビームを別の照射室に振り分けることを
特徴とする請求項３９に記載の医療システム。41. The medical system according to claim 39, wherein the switching device distributes the charged particle beam to another irradiation chamber after the irradiation in each irradiation chamber is completed.
前記複数の照射室に交互に振り分け、複数の前記ビーム
照射装置を並列運転することを特徴とする請求項３９に
記載の医療システム。42. The medical system according to claim 39, wherein the switching device alternately distributes the charged particle beam to the plurality of irradiation chambers and operates the plurality of beam irradiation devices in parallel.
医療システムにおいて、 前記荷電粒子ビームを加速・蓄積し、ビーム径３mm以下
のビームを出射する出射装置を有する円形加速器と、 前記出射装置から出射した前記荷電粒子ビームを照射室
に輸送するビーム輸送系と、 前記照射室に設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象
に照射するビーム照射装置とを備えたことを特徴とする
医療システム。43. In a medical system for performing irradiation treatment using a charged particle beam, a circular accelerator having an emitting device for accelerating / accumulating the charged particle beam and emitting a beam having a beam diameter of 3 mm or less; A medical system comprising: a beam transport system that transports the emitted charged particle beam to an irradiation chamber; and a beam irradiation device that is installed in the irradiation chamber and irradiates the irradiation target with the charged particle beam.
医療システムにおいて、 前記荷電粒子ビームを加速・蓄積し、出射位置変化が３
mm以下のビームを出射する出射装置を有する円形加速器
と、 前記出射装置から出射した前記荷電粒子ビームを照射室
に輸送するビーム輸送系と、 前記照射室に設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象
に照射するビーム照射装置とを備えたことを特徴とする
医療システム。44. In a medical system for performing irradiation treatment using a charged particle beam, the charged particle beam is accelerated / accumulated, and an emission position change is 3 times.
A circular accelerator having an emitting device for emitting a beam of mm or less, a beam transport system for transporting the charged particle beam emitted from the emitting device to an irradiation chamber, and an irradiation target for the charged particle beam installed in the irradiation chamber. A medical system, comprising: a beam irradiation device for irradiating a subject.
医療システムにおいて、 前記荷電粒子ビームを加速・蓄積し、出射効率５０％以
上でビームを出射する出射装置を有する円形加速器と、 前記出射装置から出射した前記荷電粒子ビームを照射室
に輸送するビーム輸送系と、 前記照射室に設置され、前記荷電粒子ビームを照射対象
に照射するビーム照射装置とを備えたことを特徴とする
医療システム。45. In a medical system for performing irradiation treatment using a charged particle beam, a circular accelerator having an emitting device for accelerating / accumulating the charged particle beam and emitting the beam at an emission efficiency of 50% or more, and the emitting device. A medical system comprising: a beam transport system for transporting the charged particle beam emitted from the irradiation chamber to an irradiation chamber; and a beam irradiation device installed in the irradiation chamber for irradiating an irradiation target with the charged particle beam.
Priority Applications (1)
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| JP24993592A JP2596292B2 (en) | 1991-10-08 | 1992-09-18 | Circular accelerator, operation method thereof, and medical system |
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| JP3-260094 | 1991-10-08 | ||
| JP24993592A JP2596292B2 (en) | 1991-10-08 | 1992-09-18 | Circular accelerator, operation method thereof, and medical system |
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| JP2596292B2 JP2596292B2 (en) | 1997-04-02 |
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|---|---|---|---|
| JP24993592A Expired - Lifetime JP2596292B2 (en) | 1991-10-08 | 1992-09-18 | Circular accelerator, operation method thereof, and medical system |
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