JPH0589999A - 高周波四重極加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、全体の大型化を招くことなく、機械
的強度の向上と大出力化とを図れる高周波四重極加速器
を提供する。 【構成】加速空胴２１内に軸心線を境にして２個ずつ対
向するように合計４個の加速電極２４〜２７が配置さ
れ、これらのうちの対向する加速電極２４，２５は軸方
向の２箇所の位置において支持材２９ａ，２９ｂを介し
て加速空胴２１の壁に固定されている。加速空胴２１の
一方の端部には中心導体３２が対向する加速電極２６，
２７の一端側を支持するように終端部付き同軸導波管３
０ａが接続されており、他方の端部には中心導体３２が
対向する加速電極２６，２７の他端側を支持するように
終端部付き同軸導波管３０ｂが接続されている。加速空
胴２１および終端部付き同軸導波管３０ａ，３０ｂは空
胴共振器を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を加速する高
周波四重極加速器に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子を加速する加速器には種々のタ
イプがある。高周波四重極加速器（以後、ＲＦＱと略称
する。）もその１つである。このＲＦＱは、通常、図１
０に示すように、加速空胴１内に、この加速空胴１の軸
心線に沿い、かつ軸心線を境にして２個ずつが対向する
関係に合計４個のベーン型の加速電極２，３，４，５を
配置したものとなっている。各加速電極２，３，４，５
の対向面にはリップル６が形成されている。また、加速
空胴１の両端壁には、粒子入射口７および粒子出射口８
が形成されている。

【０００３】このように構成されたＲＦＱでは、図示し
ないＲＦ源から、たとえばアンテナを介して加速空胴１
内に高周波パワ−が供給され、これによって加速モ−ド
が励起される。加速されるイオンは、図中矢印９で示す
ように粒子入射口７から入射され、加速電極間において
集束力を受けつつ加速され、粒子出射口８を介して送り
出される。イオンの速度をｖ、高周波の真空中での波長
をλとすると、加速電極２〜５に形成されるリップル６
の周期は、ｖλに比例した値に設定される。

【０００４】ところで、このようなＲＦＱで重いイオン
を加速する場合、その速度が非常に遅いため、機械的に
許容される構造にするためには、λを大きくする必要が
ある、すなわち、共振周波数を下げる必要がある。ま
た、大電流を加速するためにも共振周波数を下げる必要
がある。

【０００５】しかし、通常のＲＦＱでは共振周波数が加
速空胴１の半径に反比例するため、共振周波数を下げる
ことは装置の大型化につながる。そこで、このような不
具合を解消するために、たとえば特開平２−３７７００
号公報では図１１に示されているように、加速空胴の外
部にレッヘル線構造の共振部１０を設けて実用上許容さ
れる大きにすることを提案している。

【０００６】しかしながら、この方式ではレッヘル線１
１の２本の中心導体１２，１３で加速電極２〜５の中央
部を支持するようにしているため、機械的に弱く、しか
も冷媒を流し難い構成であるために除熱が難しく、大出
力化が困難であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の高
周波四重極加速器では、小型で、大出力のビ−ムを得る
ことが困難であった。

【０００８】そこで、本発明は、全体の小型化を図れる
ことは勿論のこと、機械的な強度を確保し易い構造で、
しかも冷却が容易で、大出力化が可能であるとともに異
なるイオン種の加速にも応用できる高周波四重極加速器
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る代表的な高周波四重極加速器では、加
速空胴と、この加速空胴内に上記加速空胴の軸心線に沿
い、かつ上記軸心線を境にして２個ずつ対向配置された
合計４個の加速電極と、これら加速電極のうちの対向す
る少なくとも一方の加速電極対の軸方向中途位置を前記
加速空胴の壁に固定する複数の支持部材と、前記加速空
胴の一方の端部に接続されるとともに中心導体が前記加
速電極のうちの対向する一方の加速電極対に接続された
第１の終端部付き同軸導波管と、前記加速空胴の他方の
端部に接続されるとともに中心導体が前記加速電極のう
ちの対向する一方または他方の加速電極対に接続されて
前記加速空胴と前記第１の終端部付き同軸導波管とで空
胴共振器を構成する第２の終端部付き同軸導波管とを備
えている。

【００１０】

【作用】加速空胴と第１および第２の終端部付き同軸導
波管とは、モ−ドとして安定なＴＥＭモ−ドの共振器を
構成する。この場合、４個の加速電極のうちの対向する
一方の加速電極対は軸方向の、たとえば２箇所が加速空
胴の壁に支持部材を介して固定されており、他方の加速
電極対はその両端部が第１および第２の終端部付き同軸
導波管の中心導体によって支持されているので、構造的
に機械強度を確保し易く、堅牢な加速器を実現できる。
また、対をなす加速電極を複数箇所で支持するようにし
ているので、各支持部分の内部に冷媒案内路を形成する
ことができ、この冷媒案内路を使って各加速電極内に形
成された冷媒通路に多量の冷媒を流すことが可能とな
る。したがって、大出力化が可能となる。さらに、各同
軸導波管の終端部のインピ−ダンスを調整することによ
り、実効的な共振器長を変えることができ、これによっ
て共振周波数を変えることも可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る高周波四重極加速
器が示されている。図中２１は加速空胴を示している。
この加速空胴２１の両端部には粒子入射口２２と粒子出
射口２３とが形成されている。

【００１２】加速空胴２１内には、加速空胴２１の軸心
線に沿い、かつ軸心線を境にして２個ずつが対向する関
係に合計４個のベーン型の加速電極２４，２５，２６，
２７が配置されている。これら加速電極２４〜２７の軸
方向の長さは、励起高周波の波長λより十分短く形成さ
れている。加速電極２４〜２７のうち、対をなす加速電
極２４，２５の両端部は、図３にも示すように、支持リ
ング２８ａ，２８ｂによって連結されている。そして、
これら支持リング２８ａ、２８ｂは、それぞれ支持材２
９ａ，２９ｂを介して加速空胴２１の壁に固定されてい
る。すなわち、この例では対をなす加速電極２４，２５
の軸方向の２箇所が支持リング２８ａ，２８ｂおよび支
持材２９ａ，２９ｂを介して加速空胴２１の壁に固定さ
れている。勿論、支持箇所を２箇所以上にしてもよい。

【００１３】加速空胴２１の両端部には、加速空胴２１
とで空胴共振器を構成する第１および第２の同軸導波管
３０ａ，３０ｂが接続されている。これら第１および第
２の同軸導波管３０ａ，３０ｂは、それぞれ外部導体３
１と、中心導体３２と、終端部３３とで構成されてい
る。各中心導体３２は、加速空胴２１内まで延出され、
図２にも示すように、加速電極２４〜２７のうちの対を
なす加速電極２６，２７を連結した支持リング３４ａ，
３４ｂに接続されている。すなわち、この例では対をな
す加速電極２６，２７の軸方向の両端部が支持リング３
４ａ，３４ｂを介して各中心導体３２に支持されてい
る。

【００１４】第１および第２の同軸導波管３０ａ，３０
ｂの終端部３３は、図４に示すように、中心導体３２と
外部導体３１との間に接続された可変容量素子３５と、
同じく両導体間に接続された可変インダクタンス素子３
６とを備えている。可変容量素子３５は、平行に配置さ
れた平板電極３７ａ，３７ｂと、これら電極の間隔を可
変する位置調整素子３８とで構成されている。一方、可
変インダクタンス素子３６は、スパイラル巻線３９と、
このスパイラル巻線３９内への挿入度を可変に設けられ
たフェライト棒４０とで構成されている。

【００１５】一方、加速電極２４〜２７内には図示しな
い冷媒通路が形成されている。すなわち、対をなす加速
電極２４，２５内には、電極の各部を冷却するための冷
媒通路が形成されており、この冷媒通路の一端側は支持
リング２８ａ内および支持材２９ａ内に形成された図示
しない冷媒案内路を介して図示しない冷媒供給源に接続
され、また他端側は支持リング２８ｂ内および支持材２
９ｂ内に形成された図示しない冷媒案内路を介して図示
しない冷媒回収部に接続されている。同様に、対をなす
加速電極２６，２７内にも、電極の各部を冷却するため
の冷媒通路が形成されており、この冷媒通路の一端側は
支持リング３４ａ内および同軸導波管３０ａの中心導体
３２内に形成された図示しない冷媒案内路を介して図示
しない冷媒供給源に接続され、また他端側は支持リング
３４ｂ内および同軸導波管３０ｂの中心導体３２内に形
成された図示しない冷媒案内路を介して図示しない冷媒
回収部に接続されている。なお、これらの図では高周波
パワーの導入部が省略されている。また、図４中、４１
は絶縁材を示している。

【００１６】このように構成された高周波四重極加速器
では、加速空胴２１と第１および第２の同軸導波管３０
ａ，３０ｂとで、周波数が可変で、ＴＥＭモ−ドの共振
器が構成されている。加速されるイオンは、図１中矢印
４２で示すように粒子入射口２２から入射され、加速電
極間において集束力を受けつつ加速され、粒子出射口２
３を介して送り出される。この例においては、加速空胴
２１と第１および第２の同軸導波管３０ａ，３０ｂとで
共振周波数を設定しているので、加速空胴２１の半径を
大きくすることなく共振周波数を下げることができる。

【００１７】そして、この場合には４個の加速電極２４
〜２７のうちの対をなす加速電極２４，２５の軸方向の
２箇所を加速空胴２１の壁に支持材２９ａ，２９ｂを介
して固定し、他の対をなす加速電極２６，２７の両端部
を第１および第２の同軸導波管３０ａ，３０ｂにおける
中心導体３２で支持するようにしているので、構造的に
機械強度を確保し易い。したがって、堅牢な加速器を実
現できる。また、対をなす加速電極をそれぞれ複数箇所
で支持するようにしているので、各支持部分の内部を使
って各加速電極内に形成された冷媒通路に多量の冷媒を
流すことが可能となる。したがって、大出力化が可能と
なる。また、この実施例の場合には各同軸導波管３０
ａ，３０ｂの終端部３３に設けられた可変容量素子３５
や可変インダクタンス素子３６のインピーダンスを調整
することにより、実効的な共振器長を変えることがで
き、これによって共振周波数を変えることができるの
で、異なるイオン種の加速にも適用できる。

【００１８】なお、上述した実施例では、終端部３３に
可変容量素子３５や可変インダクタンス素子３６を設け
て共振周波数を可変できるようにしているが、図５に示
すように、中心導体３２に短絡板４３をスライド自在に
装着し、短絡板４３の位置を変えることによってインピ
ーダンスを変えるようにしてもよい。図６には本発明の
別の実施例に係る高周波四重極加速器が示されている。
この図では第１図と同一部分が同一符号で示されてい
る。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略す
る。

【００１９】この実施例に係る加速器が図１に示した実
施例と異なる点は、第１および第２の同軸導波管に代え
て第１および第２のレッヘル線５１ａ，５１ｂを用いて
いることにある。第１および第２のレッヘル線５１ａ，
５１ｂは、それぞれ外部導体５２と、２本の中心導体５
３，５４と、終端部５５とで構成されている。

【００２０】第１および第２のレッヘル線５１ａ，５１
ｂにおける中心導体５３は、それぞれ加速空胴２１内ま
で延出され、加速電極２４〜２７のうちの対をなす加速
電極２６，２７の両端部を連結した支持リング５６ａ，
５６ｂに接続されている。また、中心導体５４もそれぞ
れ加速空胴２１内まで延出され、加速電極２４〜２７の
うちの対をなす加速電極２４，２５の両端部を連結した
支持リング５７ａ，５７ｂに接続されている。すなわ
ち、この例では対をなす加速電極の軸方向の両端部が支
持リング５６ａ，５６ｂおよび支持リング５７ａ，５７
ｂを介して各レッヘル線５１ａ，５１ｂの各中心導体５
３、５４に支持されている。

【００２１】第１および第２のレッヘル線５１ａ，５１
ｂの終端部５５は、図７に示すように、中心導体５３，
５４間に接続された可変容量素子５８と、同じく中心導
体５３，５４間に接続された可変インダクタンス素子５
９とを備えている。可変容量素子５８は、平行に配置さ
れた平板電極６０ａ，６０ｂと、これら電極の間隔を可
変する図示しない位置調整素子とで構成されている。可
変インダクタンス素子５９は、スパイラル巻線６１と、
このスパイラル巻線６１内への挿入度を可変に設けられ
たフェライト棒６２とで構成されている。

【００２２】一方、加速電極２４〜２７内には図示しな
い冷媒通路が形成されている。すなわち、対をなす加速
電極２４，２５内には、電極の各部を冷却するための冷
媒通路が形成されており、この冷媒通路の一端側は支持
リング５７ａ内および第１のレッヘル線５１ａにおける
中心導体５４内に形成された図示しない冷媒案内路を介
して図示しない冷媒供給源に接続され、また他端側は支
持リング５７ｂ内および第２のレッヘル線５１ｂにおけ
る中心導体５４内に形成された図示しない冷媒案内路を
介して図示しない冷媒回収部に接続されている。同様
に、対をなす加速電極２６，２７内にも、電極の各部を
冷却するための冷媒通路が形成されており、この冷媒通
路の一端側は支持リング５６ａ内および第１のレッヘル
線５１ａにおける中心導体５３内に形成された図示しな
い冷媒案内路を介して図示しない冷媒供給源に接続さ
れ、また他端側は支持リング５６ｂ内および第２のレッ
ヘル線５１ｂにおける中心導体５３内に形成された図示
しない冷媒案内路を介して図示しない冷媒回収部に接続
されている。なお、この図においも高周波パワーの導入
部が省略されている。

【００２３】このように構成された高周波四重極加速器
では、加速空胴２１と第１および第２のレッヘル線５１
ａ，５１ｂとで、周波数が可変で、ＴＥＭモ−ドの共振
器が構成されている。この例においては、加速空胴２１
と第１および第２のレッヘル線５１ａ，５１ｂとで共振
周波数を設定しているので、加速空胴２１の半径を大き
くすることなく共振周波数を下げることができる。ま
た、４個の加速電極２４〜２７のうちの対をなす加速電
極２４，２５の軸方向の両端部および対をなす加速電極
２６，２７の両端部を第１および第２のレッヘル線５１
ａ，５１ｂの中心導体５３，５４でそれぞれ支持するよ
うにしているので、構造的に機械強度を確保し易い。ま
た、対をなす加速電極をそれぞれ複数箇所で支持するよ
うにしているので、各支持部分の内部を使って各加速電
極内に形成された冷媒通路に多量の冷媒を流すことが可
能となる。したがって、前記実施例と同様に、機械的に
堅牢で、しかも大出力化が可能となる。また、この実施
例においても各レッヘル線５１ａ，５１ｂの終端部５５
に設けられた可変容量素子５８や可変インダクタンス素
子５９のインピーダンスを調整することにより、実効的
な共振器長を変えることができ、これによって共振周波
数を変えることができるので、異なるイオン種の加速に
も適用できる。

【００２４】図６に示す実施例では、終端部５５内に可
変容量素子５８や可変インダクタンス素子５９を設けて
共振周波数を可変できるようにしているが、図８に示す
ように、中心導体５３，５４に短絡板６３をスライド自
在に装着し、この短絡板６３の位置を変えることによっ
てインピーダンスを変えるようにしてもよい。

【００２５】また、図６に示す実施例では加速空胴２１
に２本のレッヘル線を接続しているが、３本以上のレッ
ヘル線を接続して機械的強度の向上と長い加速領域の確
保を図るようにしてもよい。

【００２６】図９には本発明のさらに別の実施例に係る
高周波四重極加速器が示されている。この図では図１と
同一部分が同一符号で示されている。したがって、重複
する部分の説明は省略する。

【００２７】この実施例に係る加速器が図１に示すもの
と異なる点は次の２点である。すなわち、対をなす加速
電極２６，２７の一端側が支持リング３４ａを介して第
１の終端部付き同軸導波管３０ａの中心導体３２に支持
され、他端側が支持リング２８ｂおよび支持材２９ｂを
介して加速空胴２１の壁に支持されている。また、対を
なす加速電極２４，２５の一端側が支持リング２８ａお
よび支持材２９ａを介して加速空胴２１の壁に支持さ
れ、他端側が支持リング３４ｂを介して第２の終端部付
き同軸導波管３０ｂの中心導体３２に支持されている。

【００２８】このように、対をなす電極２６，２７を第
１の終端部付き同軸導波管３０ａの中心導体３２と加速
空胴２１の壁で支持し、対をなす電極２４，２５を逆に
加速空胴２１の壁と第２の終端部付き同軸導波管３０ｂ
の中心導体３２とで支持することで、各加速電極対につ
いて複数箇所での支持が可能となり、結局、前記各実施
例と同様の効果を発揮させることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、小
型化と機械的強度の向上と大出力化とを同時に図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高周波四重極加速器を
一部切欠して示す斜視図、

【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向
に見た図、

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向
に見た図、

【図４】同高周波四重極加速器に組込まれた同軸導波管
の終端部の構成説明図、

【図５】終端部の変形例の構成説明図、

【図６】本発明の別の実施例に係る高周波四重極加速器
を一部切欠して示す斜視図、

【図７】同高周波四重極加速器に組込まれたレッヘル線
の終端部の構成説明図、

【図８】同終端部の変形例の構成説明図、

【図９】本発明のさらに別の実施例に係る高周波四重極
加速器を一部切欠して示す斜視図、

【図１０】従来の高周波四重極加速器を一部切欠して示
す斜視図、

【図１１】従来の高周波四重極加速器の別の例を一部切
欠して示す斜視図。

【符号の説明】

２１…加速空胴、 ２４，２５，２
６，２７…加速電極、 ２８ａ，２８ｂ，３４ａ，３４ｂ，５６ａ，５６ｂ，５
７ａ，５７ｂ…支持リング、 ２９ａ，２９ｂ…支持材、 ３０ａ…第１の同
軸導波管、 ３０ｂ…第２の同軸導波管、 ３１…外部導体、 ３２…中心導体、 ３３…終端部、 ３５，５８…可変容量素子、 ３６，５９…可変
インダクタンス素子、 ４３，６３…短絡板、 ５１ａ，５１ｂ…
レッヘル線、 ５２…外部導体、 ５３，５４…中心
導体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加速空胴と、この加速空胴内に上記加速空
   胴の軸心線に沿い、かつ上記軸心線を境にして２個ずつ
   対向配置された合計４個の加速電極と、これら加速電極
   のうちの対向する少なくとも一方の加速電極対の軸方向
   中途位置を前記加速空胴の壁に固定する複数の支持部材
   と、前記加速空胴の一方の端部に接続されるとともに中
   心導体が前記加速電極のうちの対向する一方の加速電極
   対に接続された第１の終端部付き同軸導波管と、前記加
   速空胴の他方の端部に接続されるとともに中心導体が前
   記加速電極のうちの対向する一方または他方の加速電極
   対に接続されて前記加速空胴と前記第１の終端部付き同
   軸導波管とで空胴共振器を構成する第２の終端部付き同
   軸導波管とを具備してなることを特徴とする高周波四重
   極加速器。
2. 【請求項２】加速空胴と、この加速空胴内に上記加速空
   胴の軸心線に沿い、かつ上記軸心線を境にして２個ずつ
   対向配置された合計４個の加速電極と、前記加速空胴の
   一方の端部に接続されるとともに一方の中心導体が前記
   加速電極のうちの対向する一方の加速電極対に接続さ
   れ、他方の中心導体が前記加速電極のうちの対向する他
   方の加速電極対に接続された第１の終端部付きレッヘル
   線と、前記加速空胴の他方の端部に接続されるとともに
   一方の中心導体が前記一方の加速電極対に接続され、他
   方の中心導体が前記他方の加速電極対に接続されて前記
   加速空胴と前記第１の終端部付きレッヘル線とで空胴共
   振器を構成する第２の終端部付きレッヘル線とを具備し
   てなることを特徴とする高周波四重極加速器。