JPH06140200A - マイクロトロン電子加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】１台のマイクロトロン電子加速器によって、互
いに異なる２方向に指向する出力電子ビ−ムを得ること
ができるようにすること。 【構成】マイクロ波３により高周波加速電場Ｅを形成す
る加速空胴１を電磁石２による一様磁場Ｂ内に配置し、
電場Ｅにより電子ｅを加速し、加速された電子ｅに磁場
Ｂ中で円軌道運動をさせて再び加速空胴１内に入射さ
せ、何度も加速を繰り返すようにしたマイクロトロン電
子加速器において、加速空胴１の両側に二つの電子銃６
１、６２を設けておき、磁場Ｂの方向を正逆反転させる
と共に電子銃６１、６２を切り換え動作させる。一様磁
場Ｂが正方向（逆方向）で電子銃６１（電子銃６２）を
動作させると、電子ｅは正方向（逆方向）回転して、取
り出しパイプ９によって正方向（逆方向）に指向して取
り出される。 【効果】１台のマイクロトロン電子加速器によって、し
かも加速器外部にビ−ム偏向器等を用いることなくし
て、互いに異なる２方向に指向する出力電子ビ−ムを得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロトロン電子加
速器の改良に関し、特に、１台の加速器によって、しか
も、該加速器の外部にビーム偏向器等を設けることなく
して、異なる２方向に指向する電子ビームを得ることが
できるように改良されたマイクロトロン電子加速器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロトロン電子加速器は、マイクロ
波電界によって電子を加速する装置である。従来のマイ
クロトロン電子加速器は、図５に示すように、一様磁場
Ｂを形成するための電磁石２と、マイクロ波３の入力に
よって高周波加速電場Ｅを形成するための加速空胴１と
から構成されている。加速空胴１の外壁上には電子銃６
が設けられており、この電子銃６から放出された電子ｅ
は加速空胴１の外壁に設けられたビーム通過孔７１から
空胴内に入射する。空胴内に入射した電子ｅは該空胴内
に形成された高周波加速電場Ｅによって加速され、ビー
ム通過孔７２から空胴外に出射する。空胴外に出射した
電子ｅは上記の一様磁場Ｂ中で円軌道を描いて飛行し、
再びビーム通過孔７１から空胴内に入射する。空胴内に
再入射した電子ｅはそこで上記の高周波加速電場Ｅによ
って再び加速されてより高いエネルギーとなってビーム
通過孔７２から空胴外に出射する。この再加速されて空
胴外に出射された電子ｅは先程よりも大きな軌道半径の
円軌道を描いて飛行し、ビーム通過孔７１から空胴内に
再々入射する。この動作が繰り返され、電子ｅは所望の
エネルギーにまで加速される。加速された電子ビームの
取り出しは、所望のエネルギーの電子ビームが描く円軌
道１０上に磁場Ｂを遮蔽する偏向パイプ８を配置して電
子ビームを円軌道１０上から逸らせ、この円軌道１０上
から逸らされた電子ビームを取り出しパイプ９によって
磁場Ｂの外部へ導くことによって行われる。また、偏向
パイプ８を種々異なるエネルギーの電子ビームが描く円
軌道上に移動させることによって、複数種のエネルギー
の電子ビームを所定位置に固定配置した取り出しパイプ
９を介して取り出せるように構成することも可能であ
る。なお、この種の従来技術について記載している文献
としては、例えば、日本放射線機器工業会編、医用画像
・放射線機器ハンドブック、（１９８９）、２００〜２
０５頁が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のマイク
ロトロン電子加速器においては、加速された電子ビーム
が取り出される方向は、上記の固定配置された取り出し
パイプ９によって一義的に１方向のみに限定されてい
た。したがって、複数の方向に指向する電子ビームを得
たい場合には、このような加速器を複数台設置するか、
あるいは１台の加速器から取り出された電子ビ−ムを該
加速器の外部に付設したビーム偏向器等を用いて複数方
向に振り分けるという方法が採られていた。そのため装
置全体がどうしても大型になってしまうという問題点が
あった。

【０００４】本発明の目的は、従来装置における上記の
ような問題点を解決し、加速器の外部にビーム偏向器等
を付設することなくして、１台の加速器から異なる２方
向に指向する電子ビームを得ることができるように改良
されたマイクロトロン電子加速器を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、磁場強度が一様な磁場を形成す
る電磁石と、該電磁石が形成する一様磁場内に配置され
マイクロ波の供給を受けて高周波加速電場を形成する加
速空胴と、該加速空胴の外壁の上記高周波加速電場の方
向に沿って互いに対向する位置に設けられた第１および
第２のビーム通過孔と、該第１および第２のビーム通過
孔を通してそれぞれ上記加速空胴内に加速されるべき電
子を入射させるための第１および第２の電子銃と、上記
電磁石によって形成される一様磁場の方向を正逆反転さ
せる手段と、上記第１および第２の電子銃を交互に切り
換えて動作させる手段とを備えてなることを特徴とする
マイクロトロン電子加速器が提供される。

【０００６】

【作用】上記した本発明の特徴的構成によれば、次のよ
うな正回転モードと逆回転モードとの２種類の電子加速
モードを実現させることができる。すなわち、正回転モ
ードでは、一様磁場の方向を正方向に設定して第１の電
子銃を動作させることにより、この第１の電子銃からの
電子に、第１のビーム通過孔、加速空胴内、第２のビー
ム通過孔、加速空胴外、第１のビーム通過孔、加速空胴
内、第２のビーム通過孔、加速空胴外、・・・の順路を
辿る正方向回転の円軌道運動を行わせる。また、逆回転
モードでは、一様磁場の方向を逆方向（磁場方向反転）
に設定して第２の電子銃を切り換えて動作させることに
より、この第２の電子銃からの電子に、第２のビーム通
過孔、加速空胴内、第１のビーム通過孔、加速空胴外、
第２のビーム通過孔、加速空胴内、第１のビーム通過
孔、加速空胴外、・・・の順路を辿る逆方向回転の円軌
道運動を行わせる。すなわち、正回転モードと逆回転モ
ードとでは、加速器内での電子の回転方向が全く逆にな
る。したがって、従来同様の偏向パイプと取り出しパイ
プを用いて所望のエネルギーに加速された電子を全く逆
の２方向に切り換え指向させて取り出すことができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
詳細に説明する。図１に、本発明の第１の実施例になる
マイクロトロン電子加速器の概略構成を示す。本実施例
では、周波数３ＧＨｚで共振する直方体形状の加速空胴
１が、一様磁場Ｂを形成する電磁石２内に設けられてい
る。加速空胴１内には、マイクロ波３が入力されること
によって３ＧＨｚの高周波加速電場Ｅが形成される。な
お、電磁石２は、その励磁コイルに流す電流の方向を正
負間で交互に反転させることによって、一様磁場の方向
を正方向（Ｂ₁方向）と逆方向（Ｂ₂方向）との間で交互
に反転できるように構成されている。一例として、一様
磁場の磁場強度は、正方向磁場Ｂ₁が ０.１１Ｔ、逆方
向磁場Ｂ₂が −０.１１Ｔである。

【０００８】加速空胴１の左右の外壁には、電子ビーム
を通過させるための第１，第２のビーム通過孔７１，７
２が、加速空胴１を挾んで互いに対向する位置に、それ
ぞれ設けられている。また、この加速空胴１の左右の外
壁上の、それぞれ上記した第１，第２のビーム通過孔７
１，７２の近傍には、第１，第２の電子銃６１，６２が
設けられている。これら第１，第２の電子銃６１，６２
は、それぞれカソード４１，４２とアノード５１，５２
とを同軸状に配置して構成されている。また、一様磁場
Ｂ内には、それぞれ矢印方向に移動可能な第１，第２の
偏向パイプ８１，８２と左右方向に移動可能な取り出し
パイプ９とが設けられている。この偏向パイプ８１，８
２と取り出しパイプ９とは、いずれも一様磁場Ｂを遮蔽
することのできる材質（例えば、純鉄）で作られてい
る。

【０００９】次に、上記した第１の実施例の装置構成で
の動作について説明する。本実施例の装置構成では、正
回転モードと逆回転モードとの２種類の電子加速モード
を選択することができる。初めに正回転モ−ドでの動作
について図１を参照して説明する。正回転モードでは、
電磁石２によって発生させる一様磁場Ｂを正方向磁場Ｂ
₁ に設定し、加速空胴１内にマイクロ波３を供給して、
第１の電子銃６１を動作させる。すなわち、カソード４
１を加熱してそこから放出される熱電子をカソード４
１，アノード５１間に印加した引出し電圧によって引き
出し、引き出された電子ビームｅを第１のビーム通過孔
７１を通して空胴１内に入射させる。空胴１内に入射し
た電子ビームｅは該空胴内に形成されている周波数３Ｇ
Ｈｚの高周波加速電場Ｅによって加速され、加速された
電子ビームｅが第２のビーム通過孔７２を通って空胴外
に出射する。出射した電子ビームｅは一様磁場Ｂ₁ 中で
円軌道運動をして第１のビーム通過孔７１から再び空胴
１内に入射する。空胴１内に再入射した電子ビームｅは
そこで再び高周波加速電場Ｅによって加速され、より大
きなエネルギーのビームとなって、第２のビーム通過孔
７２から空胴外に出射する。このより大きなエネルギー
となった電子ビームｅは一様磁場Ｂ₁ 中で前よりも大き
な回転半径での円軌道運動をして、第１のビーム通過孔
７１から空胴１内に再入射する。このような動作が何回
も繰り返され、電子ビームｅは所望のエネルギーまで加
速される。所望のエネルギーに達した電子ビームｅは、
その円軌道１０上に配置された第１の偏向パイプ８１に
よって円軌道１０から偏向され、取り出しパイプ９によ
って磁場外へ（図の右方向に向かって）取り出される。

【００１０】次に、逆回転モードでの動作について図２
を参照して説明する。逆回転モードでは、電磁石２によ
って発生させる一様磁場Ｂを逆方向磁場Ｂ₂ に設定（磁
場方向反転）し、第１の電子銃６１に代えて今度は第２
の電子銃６２を動作させる。この場合には、電子銃６２
から放出された電子ビームｅが、第２のビーム通過孔７
２から空胴１内に入射し、該空胴１内の高周波加速電場
Ｅによって加速され、第１のビーム通過孔７１から空胴
外に出射する。出射した電子ビームｅは一様磁場Ｂ₂ 中
で今度は先程とは逆回転の円軌道運動をして、第２のビ
ーム通過孔７２から再び空胴１内に入射するという経路
をとる。このように、逆回転モードにおいては、電子ビ
ームｅの回転方向が正回転モードの場合とは丁度逆にな
る。したがって、第１の偏向パイプ８１に代えて第２の
偏向パイプ８２を所望のエネルギーに達した電子ビーム
ｅの円軌道１０上に配置することによってこの所望のエ
ネルギーに達した電子ビームｅをその円軌道１０上から
偏向させて、取り出しパイプ９を介して磁場外へ（図の
左方向に向かって）取り出すことができる。なお、この
際、取り出しパイプ９に対する電子ビームｅの入射端と
出射端とが正回転モードの場合とは逆になるので、取り
出しパイプ９の位置を矢印で示すように左方向に移動さ
せることによって、偏向パイプ８２と取り出しパイプ９
とが所定の位置関係となるように調整しておく必要があ
ることは云うまでもない。

【００１１】上述したように、本実施例の装置構成によ
れば、正回転モードと逆回転モードとで加速電子ビーム
の取り出し方向を全く逆方向とすることができるので、
１台の装置から異なる２方向に指向する加速電子ビーム
を得ることができる。なお、本実施例では、正回転モー
ドと逆回転モードとの双方において、加速空胴１内での
電子ビームの一回当りの加速エネルギーは ０.５２５Ｍ
ｅＶであった。また、両モードにおいて電子ビームをそ
れぞれ最大４０回まで加速することができ、結果として
４.２〜２１.５２５ＭｅＶの広いエネルギー範囲にわた
って ０.５２５ＭｅＶ刻みで任意のエネルギ−の加速電
子ビ−ムを取り出すことができた。

【００１２】本実施例の一つの利点は、１台の加速器か
ら互いに指向方向の異なる２本の電子ビームを取り出す
ことができることである。しかも、従来のように取り出
された電子ビームの指向方向を変更するための偏向器等
を加速器の外部に別途付設するなどの必要がないので、
装置構成を大型化させることもない。最近、物理や医療
等の分野では、指向方向が異なる複数本の電子ビームラ
インが要求されてきており、このような観点からしても
本実施例の装置構成は極めて利用価値が高いものであ
る。また、本実施例のもう一つの利点は、電子銃の寿命
が長くなるということである。すなわち、２個の電子銃
６１，６２を交替で使用することにより、電子銃１個当
りの動作時間を必然的に短くすることができ、その結
果、従来のように１台の加速器から取り出された１本の
電子ビームを偏向器等を用いて２方向に振り分けるよう
にした従来技術に比べて、電子銃の寿命を２倍にするこ
とができる。

【００１３】次に、本発明の第２の実施例につき図３を
参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施例にな
るマイクロトロン加速器の概略構成図である。本実施例
では、電子ビームを最終的に装置外部に取り出すための
取り出しパイプ９をその左右両端を装置外（磁場外）に
伸出させた１本の長い磁気遮蔽性のパイプでもって構成
している。そして、この取り出しパイプ９の側壁のそれ
ぞれ偏向パイプ８１，８２からの加速電子ビームを受け
入れるべき位置に、ビーム受け入れ用の開口９１，９２
が設けられている。かかる構成において、正回転モード
で動作する場合には、偏向パイプ８１からの加速電子ビ
ームが開口９１から取り出しパイプ９内に入射してその
右端から右方向に向かって取り出され、また、逆回転モ
ードで動作する場合には、偏向パイプ８２からの加速電
子ビームが開口９２から取り出しパイプ９内に入射して
その左端から左方向に向かって取り出される。本実施例
の場合には、正回転モードと逆回転モードとの間での動
作モードの切り換えに際しても取り出しパイプ９の位置
を変更する必要がないので、取り出しパイプ９は固定設
置したままとすることができ、装置構成および操作がよ
り簡略化されるという効果が得られる。

【００１４】さらに、本発明の第３の実施例について図
４を参照して説明する。図４は、本発明の第３の実施例
になるマイクロトロン加速器の概略構成図である。この
実施例では、取り出しパイプ９をその長手方向に３分割
し、分割された各部分間に第１，第２の磁場補正用コイ
ル１１１，１１２を設けた構成としている。この場合、
正回転モードでは、第２の磁場補正用コイル１１２には
電流を流さず、第１の磁場補正用コイル１１１には丁度
一様磁場Ｂ₁ を打ち消すような電流を流す。また、逆回
転モードでは、正回転モ−ドとは逆の動作をさせる。こ
の動作により、正回転モードでは、偏向パイプ８１から
の加速電子ビームが第２の磁場補正用コイル１１２が設
けられている位置から中央の取り出しパイプ部分内に入
射し、第１の磁場補正用コイル１１１が設けられている
位置では該コイルによる磁場打ち消し作用の助けを借り
て該コイル内を直進し、右方の取り出しパイプ部分内を
経て、装置外（右方）に取り出される。同様に、逆回転
モードの場合には、偏向パイプ８２からの加速電子ビー
ムが第１の磁場補正用コイル１１１の位置から中央の取
り出しパイプ部分内に入射し、左方の取り出しパイプ部
分内を経て、装置外（左方）に取り出される。このよう
に、本実施例によっても、前述した第２の実施例の場合
と同様に、取り出しパイプ９のいずれの部分をも移動さ
せることなくして、加速電子ビームを左右２方向に切り
換えて取り出すことができる。

【００１５】以上、本発明の実施例について述べたが、
本発明は上記実施例に示された具体的構成のみに限定さ
れるものではなく、以下に示すような種々の変形構成を
採ることも可能である。例えば、上記実施例では、電子
銃６１，６２としてカソード４１，４２とアノード５
１，５２とを同軸状に構成したものを示したが、これは
電子ｅを放出できるものであればどのような構成にして
もよい。また、上記実施例では、マイクロ波の周波数を
３ＧＨｚに、一様磁場Ｂの強度を ０.１１Ｔおよび −
０.１１Ｔに選んだ例を示したが、これらもマイクロト
ロンの同期条件を満たしてさえいればどのような周波
数、磁場強度にしてもよい。例えばマイクロ波３の周波
数として４ＧＨｚ、磁場強度として ０.１５Ｔを選び、
加速空胴１内での電子ビームの一回当りの加速エネルギ
ーを ０.５３７ＭｅＶとしてもよい。また、上記実施例
では、加速空胴１として直方体形状のものを用いたが、
これに限ることなく、例えば、円筒型の加速空胴を用い
てもよい。要は、マイクロ波３の入力によって高周波加
速電場Ｅを形成できるような加速空胴であればよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロトロン電子加
速器内での加速電子の回転方向を正逆反転させることに
より、１台の加速器によって、しかも該加速器の外部に
別途に偏向器等を付設することを要せずして、異なる２
方向に指向する加速電子ビ−ムを容易に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例になるマイクロトロン電
子加速器の概略構成を示す図。

【図２】本発明の逆回転モ−ドでのマイクロトロンの動
作説明図。

【図３】本発明の第２の実施例になるマイクロトロンの
概略構成を示す図。

【図４】本発明の第３の実施例になるマイクロトロンの
概略構成を示す図。

【図５】従来のマイクロトロンの概略構成を示す図。

【符号の説明】

１…加速空胴， ２…電磁石，
３…マイクロ波， ４１、４２…カソ−
ド，５１，５２…アノ−ド， ６，６１，６
２…電子銃，７１，７２…ビ−ム通過孔， ８，
８１，８２…偏向パイプ，９…取り出しパイプ，
１０…電子軌道，１１１，１１２…磁場補正
用コイル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁場強度が一様な磁場を形成する電磁石
   と、該電磁石が形成する一様磁場内に配置されマイクロ
   波の供給を受けて高周波加速電場を形成する加速空胴
   と、該加速空胴の外壁の上記高周波加速電場の方向に沿
   って互いに対向する位置に設けられた第１および第２の
   ビーム通過孔と、該第１および第２のビーム通過孔を通
   してそれぞれ上記加速空胴内に加速されるべき電子を入
   射させるための第１および第２の電子銃と、上記電磁石
   によって形成される一様磁場の方向を正逆反転させる手
   段と、上記第１および第２の電子銃を切り換えて動作さ
   せる手段とを備えてなることを特徴とするマイクロトロ
   ン電子加速器。
2. 【請求項２】上記第１および第２の電子銃は、いずれ
   も、カソードとアノードとを同軸状に配置構成してなる
   ものであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ
   トロン電子加速器。
3. 【請求項３】上記電磁石によって形成される上記一様磁
   場の方向が正方向である時に、上記第１の電子銃が動作
   せしめられ、該第１の電子銃からの電子が上記第１のビ
   ーム通過孔を通して上記加速空胴内に入射され、該加速
   空胴内で加速された上で、上記第２のビーム通過孔を通
   して該加速空胴外に出射され、上記の正方向一様磁場内
   で正方向回転の円軌道運動をした上で、再び上記第１の
   ビーム通過孔を通して上記加速空胴内に入射されるよう
   に、また、上記電磁石によって形成される上記一様磁場
   の方向が逆方向である時に、上記第２の電子銃が動作せ
   しめられ、該第２の電子銃からの電子が上記第２のビー
   ム通過孔を通して上記加速空胴内に入射され、該加速空
   胴内で加速された上で、上記第１のビーム通過孔を通し
   て該加速空胴外に出射され、上記の逆方向一様磁場内で
   逆方向回転の円軌道運動をした上で、再び上記第２のビ
   ーム通過孔を通して上記加速空胴内に入射せしめられる
   ように構成されてなることを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載のマイクロトロン電子加速器。