JPH05501632A - 扇形集中型サイクロトロン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、粒子ビームを扇形に集中させるサイクロトロンに関する。

特に、この発明は、磁気回路が“リッジ”と呼ばれるエアーギャップのせまい少 なくとも２つのセクターから構成される等詩聖サイクロトロンに関する。

セクターのエアーギャップよりも大きい寸法を持つエアーギャップである“バレ ー“と呼ばれる扇形をした間隔によって２つのセクターは分離されている。

この発明は超電導性と非超電導性のサイクロトロンの両方にサイクロトロンは、 放射性同位体を生成するために特に用いられる粒子加速器である。

サイクロトロンは、ふつう電磁石、高周波発振器、およびポンプ付き真空装置の ３つ別々の主要部分からなるアセンブリである。

電磁石は、イオンの加速中に、半径が増加するらせん形をおおよそ描く軌道にイ オンを導くようにするだめのものである。

この磁石は従来のあるいは超電導のらせん状のものを使ってもよい。

等時型あるいは扇形集中型のサイクロトロンとして知られている現在のサイクロ トロンでは、電磁石のボールは交互にせまいエアーギャップと大きなエアーギャ ップを持つセクターに分けられている。

これからもたらされる磁界の中の方位角方向の変化の効果は加速中に垂直方向で のビームの集中性を確保することにある。

加速電極（歴史的理由によりしばしば“ディー”と呼ばれる）は、粒子をサイク ロトロン中で回転させなから加速させるものである。

数十キロボルトの交流電圧か磁石中の粒子の回転周波数と同じか、あるいは磁石 中の粒子の回転周波数の整数倍の周波数でもって電極にかけられる。これは、機 械の中で回転する粒子ビームを加速する効果をもたらすものである。

加速電極上で高周波数の高電圧を得るためには、誘導特性を持つ電気回路要素を 通して接地電位に加速電極を接続することが必要であると一般に考えられている 。

加速電極によって構成されたアセンブリは、グラウンドと前述した誘導性要素に 関しては容量性の面を新前し、高倍率要因を持った共振的電磁回路を形成する。

　このように形成された集合体は“高周波発振器”または“共振加速電極”と呼 ばれる。

最後に、ポンプの役割はりフジと高周波発振器を囲む密封容器の中に高簀空を作 るようにするものであり、そのため真空エンクロージャーと呼ばれる。サイクロ トロンの特に前型な実施例は欧州特許出願Ｎｃ８６９０２２９１．３に記述され ている。リッジと呼ばれるセクターのエアーギャップは加速されたビームのサイ ズに近い値までせばめられている一方、バレーと呼ばれリッジを分割しているセ クターのエアーギャップはたいへん大きいので、そこての磁界はおよそゼロであ る。

この好適な実施例では、高周波発振器は２つの向かい合ったバレーの中に備えら れている。

これらの高周波数発振のシステムは、加速！極と、電極をグラウンドにつないで いる電気的伝導性を持つ垂直方向の柱から構成される。

垂直方向の柱は、電極と共に、ビームの加速のために選択された周波数の倍数で 共振する電磁的回路を形成する。

この発明は扇形集中型サイクロトロンのより簡単でより経済的な構造を提供する ものである。

この発明は、また、その簡略化された設計のためにサイクロトロンの信頼性を高 めることも目的とする。さらに種々のパラメータを適切に選択することによって ビームの加速効率を高めることを目的とする。その他の目的および利点は、次の 記述の中で明らかにする。

主要特徴要素 この発明は、リッジと呼ばれビームの集中性を確保するための磁気をおびたセク ターを、高周波発振器として知られる加速システムと共に、適切な構成と寸法を 選択することによって１つのデバイスとして一体化することにある。

これらのりフジは、高周波数の電磁的共振を生み出すように作られ、粒子を加速 するために要求される交流電圧を発生するものである。高周波数とは、ｌＯメガ サイクル／秒以上の値として理解されている。特に、発明によれば、望ましい効 果は次の配置で達成される。

一中央面に関して対称的に分離されて加速電極を共振させるように動作するよう に意図された２つのリッジは、真空装置に隣接するリッジとは実質上分割される べきである。それらは、中央面から最も離れた側面でそれらの底面だけで接地電 位につながれている。

これらの２つのリッジはお互いに電気的に接続されていてもよい（しかし、粒子 を加速することを邪魔しない方法で）。

この接続は、中央面の両側で無線周波数の電圧の完全な対称性を確保するもので あり、発明が意図した効果を達成するために欠くことのできないものではないが 推奨されるものである。

−サイクロトロンの中のイオンの回転周波数の正確な整数倍である選択された加 速周波数は、それに付随する波長がバレーの深さの４倍以上であるような値でな ければならない。

特に加速周波数に関係した周波数がバレーの深さの５倍と１０倍の間にある場合 に望ましい動作が得られる。

−発振器の共握周波数の細かい調整が確保できるように、調整可能な静電容量要 素が１対の共振するりフジと接地電位（たとえば真空の箱）を持つ電極との間に 備えられている。

図面の簡単な説明 一図１は、発明によるサイクロトロンの中央面で切った断面図を示している。

−２２は、図ＩのＡ−Ａ線に沿った半径方向の断面図を示している。

−７３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った方位角方向の断面図を示している。

発明に従ったサイクロトロンの好適な実施例の記述図１．２および３によって示 されたサイクロトロンは２５０Ｍｅｖのエネルギーまだプロトンを加速するよう なサイクロトロンである。

サイクロトロンの磁気的構造は、適切な数の強磁性材料（１゜２．３および９） から作られる要素と、好ましくは伝導性の（あるいは超伝導性の）材料から作ら れるコイル４とからなる。

強磁性構造は次のものから構成される 一ヨークと呼ばれる２つの基盤プレート２と２′；−リッジと呼ばれる少なくと も２つの上方にあるセクター１および／または９と、中央面として知られている 対称面７に関して上方にあるセクター７および／または９とは対称的に位置し、 小さなエアーギャップによって分割されている同数の下方にあるセクター１°お よび／または９′　。

“バレー”　１１と１１’　と呼ばれるギャップで、そのエアーギャップのサイ ズがさらに大きいギャップか各リッジの間に存在する。

一下方のヨーク２と上方のヨーク２′を堅く結合する少なくとも２つのフラック ス・リターン・バス３゜コイル４は、本質的に円形をしており、セクター１およ び９とフラックス・リターン・パスとの間にある環状のギャップの中に位置して いる。

これらのコイルは超電導性の材料て作ってもよい。しかしこの場合、低温発生装 置か準備されなければならない。

中央のダクト８は、公知の手段によって装置の中央に注入され加速されるべき粒 子源を少なくとも一部分受けとるためのものである。

発明の好適な実施例では特に、サイクロトロンは２つのペアであるｌとｌｏか共 振形であり、それによって加速を確保する４つのペアのりフジを持っていること が好ましい。

リッジの他の２つのペア９と９′は電気的に真空箱５に接続されており、これゆ えに共振しない。平均的磁界は、開方半径方向で２４テスラである。対応するプ ロトンの回転周波数は毎秒的３０．１０＠回転である。

選択された加速周波数は２倍の大きさ、すなわち毎秒６０メガサイクルであり、 対応する波長は４．６２ｍである。バレー１１と１ビの深さは中央面から測定し て５５ｃｍである。

この例では、毎秒６０メガサイクルの共振を得るためには、共振器のアセンブリ において１２０ピコフアラツドの特別な静量容を付加する必要がある。

このｆＩＰ電容量の一部は、機械の中央でビームの加速を促進する′：Ｌ極か隣 りあうことからもたらされ、残りは、共振器ｌと真空箱５との間で中央面に接置 された可変静電素子６によって与えられる。

共振するりフジ間の電気的結合１０によって中央面７のいずれかの側てｔ＃線周 波数の電圧の完全な対称性が確保される。前述したように、そのリッジは池のリ ッジと真空ポンプとから分離されており、外側の導体か真空箱と池のりフジから なる同軸の伝送線の導体を構成するものとみなすことかできる。

このように形成された同軸線のセグメントは、２つの端で短絡していると考える ことかてき、そこてはそのリッジがサイクロトロンの基盤プレートにつけられて いる。付随する波長か短絡された同軸線のセグメントの長さの２倍に等しくなる ような周波数において、２つの端か前述のように短絡しているような同軸線は電 磁的共振を示すということは電磁気宇でよく知られている。

この電磁的共振のために、電圧の最大値は、その線の中央、すなわちサイクロト ロンて粒子か加速される中央面のレベルにおいて観測される。

最後に、同軸線の内部と外部の導体の間で好ましくは中央面のところに特別の静 電容量を設置することによって、前述の共振か低い周波数に置き替えられること は電磁気宇でよく知られている。

さらに、２つの加速ギャップ（高周波発振器として動作する２つのりフジ間に位 置するギャップ）間の角度的な間隔は、２つの連続するバレーを分解する角度で あってもよいので、好都合である。ところが従来の構成では、２つの加速ギャッ プ間の最大角度はバレーの角度よりも小さい角度でなければならない。

このことは加速ギャップ間のさらに大きい角度の使用を可能とし、もっと効率の よいビームの加速を可能にする例も見られる。

前述の形態の場合には、１００ｋＷの交流電圧を得るためには、発信器に対しち ょうと３０ｋＷの無線周波数電力か必要となる。

［図１１ ［図２１ ［図３１ 国際調査報告 ＢＥ　９００００６７ ＳＡ　４１８１３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．毎秒１０メガサイクル以上の周波数で電磁気的共振を示すように配置され、 この共振から生じる高周波電界が粒子を加速するために使用されるように粒子の 集中を確保する磁気をおびたセクター（リッジ）を備えることを特徴とするサイ クロトロン。
2. ２．位子を加速するために選択された周波数は、この周波数に付随する波長がサ イクロトロンの中央面から測定されたバレーの深さの４倍よりも大きくなるよう なものであることを特徴とする請求項１のサイクロトロン。
3. ３．加速周波数に付随する波長が、サイクロトロンの中央面から測定されたバレ ーの深さの５倍から１０倍の間にあることを特徴とする請求項２のサイクロトロ ン。
4. ４．サイクロトロンの中央面に関して対称的に配置され、かつ共振する加速電極 として動作することが意図されている２つのリッジが、他のペアのリッジと分離 されていることを特徴とする前述の請求項のどれか１つに対応するサイクロトロ ン。
5. ５．サイクロトロンの中央面に関して対称的に位置し、かつ共振する加速電極と して動作することが意図されている２つのリッジが、互いに電気的に接続されて いることを特徴とする前述の請求項のどれか１つに対応するサイクロトロン。
6. ６．１対の共振するリッジと接地電位の電極との間に、調整可能な静電容量が備 えらてれいることを特徴とする前述の請求項のどれか１つに対応するサイクロト ロン。