JPH0668989A - 改良された入射空洞構造を有する線形加速器 - Google Patents

改良された入射空洞構造を有する線形加速器

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JPH0668989A
JPH0668989A JP5057993A JP5799393A JPH0668989A JP H0668989 A JPH0668989 A JP H0668989A JP 5057993 A JP5057993 A JP 5057993A JP 5799393 A JP5799393 A JP 5799393A JP H0668989 A JPH0668989 A JP H0668989A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ビーム中の電子の数を最大限にし、加速器の入
射端での電子の後方衝撃の量を最小限にすることによっ
て、高出力の電子ビームを生成する。 【構成】定常波タイプのマイクロ波線形加速器(40)
は、定常波モードで動作し、それぞれの空洞内の電場で
加速された荷電粒子のビームの通過をそれらの間で可能
にするドリフト導管(31)、(32)、(33)を有
する、一連のマイクロ波空洞(42)、(43)、(4
4)を有する。粒子が入射する第一空洞(42)は、第
一空洞(42)に伸張した再入ノーズ(3)によって描
かれ、口(2)に結合されたドリフト領域から成る導管
(30)を有する。第一及び第二空洞(42、43)の
間のドリフト導管(31)は、先細りの内部を有し、上
流端での直径が、第一空洞(42)の再入ノーズ(3)
内の導管(30)の直径より小さい。この構造は、口
(2)を通って逆走する粒子の後方衝撃を非常に減少さ
せ、第一空洞(42)内の粒子の集中及び集束効果を増
加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、概して線形粒子加速器
の分野に関するもので、より厳密には電子及び他の荷電
粒子ビームを生成するための定常波タイプのマイクロ波
線形加速器の分野に関するものである。
【0002】
【従来の技術】定常波タイプのマイクロ波線形加速器
は、荷電粒子のビームを高速に加速するための、ビーム
に沿ってともに結合され連続的に配置された、マイクロ
波空洞共鳴器の一連を有する構造をとってきた。荷電粒
子は、比較的低いエネルギーで加速器の入射端における
第一空洞に注入され、さらに連続する空洞を通過するに
従ってマイクロ波場で加速される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ビームが電子から成る
場合には、注入は、加速器の入射端に配置された、速度
と軌道のある分布を伴った電子群を放射する高温カソー
ドから成る電子銃によって達成される。加速された電子
は、連続空洞の中へ入射するに従い、集中し、集束する
はずである。それゆえ実際には、電子銃によって注入さ
れたほんの少しの粒子が、加速器によって生成されたビ
ームの中へ組み込まれる。この受け取られる電子の部分
を最大限にすることが所望される。
【0004】多数の退けらえた電子は第一空洞の壁を打
つ。しかしながら退けられた電子の幾つかは集束し、口
を通って後方に加速され、十分なエネルギーで後方に放
射される。これらの電子は電子銃の領域を占領し、カソ
ードを打つ。この現象は“後方衝撃”(back-bombardme
nt)として知られている。これら後方衝撃電子は、カソ
ード材質にダメージを与え、電子銃の動作を害する恐れ
がある。従って加速器の入射端での粒子の後方衝撃の量
を最小限にすることも所望される。
【0005】
【課題を解決するための手段】開示する定常波タイプの
線形加速器(40)は、入射端での第一マイクロ波空洞
(42)が拒絶された電子による後方衝撃の量を最小限
にし、加速ビームの中に捕獲された粒子の集束効率及び
粒子部分を増加させるために設計されている。第一空洞
(42)は粒子の口(2)において再入ノーズ(チャネ
ル)(3)を有するよう設計され、その結果ビーム粒子
は、最初に再入ノーズの内部を形成するドリフト管領域
(30)に入射する。その後粒子は第一空洞(42)の
なかへ進入する。ビームに捕獲されたそれらの粒子は、
第二ドリフト管領域(31)を通過し、第二空洞(4
3)の中へ、さらに加速器(40)の残りの部分へ進入
する。第二ドリフト管領域(31)は先細りで、上流
(左)端でのこの領域の直径は、第一ドリフト管領域
(30)の実質的に均一の直径より短い。後方衝撃粒子
は、第一ドリフト管領域(30)と口(2)を通って逆
走し、加速器(40)から現れる。
【0006】第一空洞(42)に対するこの構造は、従
来の空洞構造と比較して後方衝撃の量の重要な削減を与
える利点をもつ。第一空洞(42)に対する本構造は、
第一空洞(42)内での電場の大きさを減少させる。さ
らにノーズ(3)の形状は、口(2)に向かって逆走す
る粒子を拡散する傾向にある。それゆえ、後方に伝搬さ
れる粒子の数及びこれらの粒子の平均エネルギーは、従
来の空洞に比べ減少する。
【0007】さらに、本構造は、第一空洞(42)内の
ビームに捕獲された粒子を、より緩やかに集束する。こ
の効果は、第一空洞(42)内での電場傾斜の大きさが
減少する事実から生じる。さらに緩やかな集束により、
粒子がビーム中に捕獲される効率は増加する。つまり、
この構造は、加速器から後方に放射される粒子の数とエ
ネルギーを減少させ、加速するビームの平均を増加させ
る。
【0008】これらの利点及び本発明の他の特徴は、添
付された図面とともに以下の好適実施例の詳細な説明に
より明らかとなるであろう。
【0009】
【実施例】図1は本発明に従った定常波タイプのマイク
ロ波線形粒子加速器40を示す。粒子ソースは部分的
略図として示されている。このソースから放射された粒
子が、口を通って加速器に進入し、一連の加速空洞
4344を通過する。最初の三つの加速部分のみ
が図に示されている。右方にのびた付加的部分は描かれ
ていないが有ってもよい。
【0010】第一マイクロ波空洞42は、壁によって
限定されている。粒子は、空洞42内に伸張した再入ノ
ーズを通って進入する。このノーズは、口に結合
されたチャネルから成るドリフト領域30を有し、入射
粒子は、このドリフト領域チャネル30を通って空洞
の内部に進入する。入射粒子は速度及び軌道の分布を
もつ。この空洞42内部の電磁場により、この粒子部分
は集束しビーム軸に沿って加速され口31を通って隣の
空洞43の中に進行する束(bunch)に形成される。この
31は空洞43内に伸張した再入ノーズ内のドリフ
ト領域である。ドリフト領域31は、ドリフト領域30
の実質的に均一の直径より上流(左)端での方が狭くな
る先細り直径を有する。束はこの空洞43の中でマイク
ロ波場によって同様に加速される。このようにして、粒
子ビームは、空洞間を走行する際それぞれ通過するドリ
フト領域32及び33を有する再入ノーズ1012
13により結合された空洞44を通って走行し続け
る。束はビームが加速器を通過するときにそれぞれの空
洞部分で加速される。
【0011】図1に示されたマイクロ波構造は、“側方
連結空洞タイプ”(side-coupled cavity type)のもの
である。空洞はビーム軸を外れて配置され、開口部
を通して空洞42に、開口部を通して空洞43に結合
されている。空洞20は開口部19を通して空洞43
に、開口部21を通して空洞44に結合されている。空
23は開口部22を通して空洞44に結合されてい
る。従って空洞はすべて、加速構造の全長に沿ってお互
いに結合され、マイクロ波パワーは一連の空洞全体に供
給される。装置は定常波モードで動作し、すなわちビー
ム中央線空洞4243、及び44内の領域はビーム束
を加速し、側方連結空洞20、及び23内の領域は
ビームに影響しない。これは“π/2モード”として知
られていて、なぜなら中央線に結合された空洞と側方連
結空洞との間で、電磁場は位相で90度異なる位相関係
を有するためである。それゆえ隣接した中央線空洞は、
電磁場の中で180゜位相のずれをもつ。
【0012】前記構造の利点は、加速器のこのタイプの
従来設計である図2に示された構造と比較することによ
り評価される。これらの設計の違いは、第一空洞42´
内の再入ノーズ及びドリフト領域の配置にある。図2の
従来構造において、再入ノーズ´は第一空洞42´の
下流の壁´の上に配置され、このノーズ´のドリフ
ト領域31´はまた、隣接する空洞43に伸張したノー
´のドリフト領域でもある。この点は図1の再入ノ
ーズの配置及び構造との対照的である。再入ノーズ
の幾何学的パラメータは、従来のノーズ´と同じ共鳴
振動数を生成するよう設計されている。
【0013】再入ノーズの配置におけるこの改良及び
先細りドリフト領域31の設計は、入射空洞42内の粒
子ビームに著しい効果をもたらす。ノーズの先端から
第二空洞43の中央までの距離は、図2の従来構造の対
応する距離より短いので、第一空洞42における電場
は、集束効果を損なうことなく減少可能である。さら
に、電場の形状は図1に示されたようになり、その結果
ビーム軸に沿って口に向かって逆走する粒子は、ドリ
フト領域30及び31の相対的な直径のためにビーム軸
をそれて拡散する傾向にある。対照的に、図2の第一空
42´における逆走粒子は、吸い込み口に向かって集
中する傾向にある。正味の効果は、後方衝撃粒子の強度
及びエネルギーが実質的に本構造において減少するとい
うことである。
【0014】この結果は、電子放射銃パルスの間に、後
方衝撃粒子によって起こるカソード14の電流の下降を
測定することによって確かめられた。この改良は、二つ
のうち少なくとも一つの要因によって後方衝撃電流を減
少させることが可能であるということが、典型的動作条
件のもとで発見された。
【0015】さらに、入射空洞の再入ノーズの構造にお
ける本改良は、後方衝撃粒子のエネルギーを減少させる
ことも発見された。典型的動作条件のもとで、この減少
はほぼ三つの要因によるもので有り得る。従って、典型
的動作条件のもとで、後方衝撃によるカソード14内へ
のパワーの下降における全ての減少は、少なくとも六つ
の要因によるもので有り得る。
【0016】本発明の前記説明は、図示と説明のために
提供された。それは余すところなく語られたものでも、
本発明をここで示された厳密な形式に限定するものでも
なく、多くの修正及び変形が、上記教示に照らして可能
である。実施例は、発明の原理と、それによって他の当
業者が様々な実施例と様々な企図された特殊使用に適合
する修正をもって、本発明を最適に利用することができ
るような実用的応用を、最良に説明するために選ばれ説
明されている。本発明の思想及び範囲は特許請求の範囲
によって画成させるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】部分的略図として示されたビーム粒子ソースを
有し、ビーム軸が断面上にあるところの、本発明に従っ
た定常波タイプの線形加速器の部分の横断面図である。
【図2】部分的略図として示されたビーム粒子ソースを
有し、ビーム軸が断面上にあるところの、従前の設計に
従った定常波タイプの線形加速器の部分の横断面図であ
る。
【符号の説明】
40 マイクロ波線形加速器 2 口 3 再入ノーズ 14 カソード 42 第一空洞 43 第二空洞 44 第三空洞 30 ドリフト導管 31 先細り内部形状のドリフト導管 32 ドリフト導管 33 ドリフト導管

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子のソースからの荷電粒子のビームを
    生成し加速するための線形加速器であって、 前記ソースからの荷電粒子が前記加速器へ入射して行く
    口と、 前記口を通過する粒子を集中させ、集束させ、加速させ
    るための第一中央空洞であって、前記第一中央空洞が前
    記空洞の内部に伸張する再入ノーズを有し、前記再入ノ
    ーズが前記口に結合したチャネルを含むことで、前記口
    に入射する粒子が前記チャネルを通って前記第一中央空
    洞の内部へ入射する、ところの第一中央空洞と、 前記第一中央空洞において電磁場を生成するためのマイ
    クロ波パワー手段であって、前記場が第一中央空洞内で
    粒子の集束、集中さらに加速を生じさせる、ところのマ
    イクロ波パワー手段と、 第一中央空洞から外へ、前記集束し、集中しさらに加速
    した粒子を導くための導管手段と、から成る前記線形加
    速器。
  2. 【請求項2】 前記再入ノーズにおける前記チャネル
    が、前記粒子のためのドリフト領域から成る、ところの
    請求項1の線形加速器。
  3. 【請求項3】 さらに、軸線にそって直線的に配置さ
    れる複数の付加的中央空洞であって、それぞれの空洞は
    粒子が入射するための入口の開口部と射出するための出
    口の開口部をもち、複数の付加的空洞の一つの入口は導
    管手段と結合されている、ところの付加的中央空洞と、 前記付加的中央空洞のうち一つを除く出口の開口部を、
    前記付加的中央空洞の他の一つの入口の開口部にそれぞ
    れ連結する複数の付加的導管手段であって、前記粒子が
    前記第一中央空洞から前記軸線に沿った軌道を走行し、
    連続的に前記複数の付加的中央空洞及び付加的導管手段
    を通過する、ところの複数の付加的導管手段と、 前記付加的中央空洞において前記付加的中央空洞内で粒
    子を加速させる電磁場を生成する付加的パワー手段と、
    を含む請求項1の線形加速器。
  4. 【請求項4】 前記付加的導管手段が前記粒子の複数
    の付加的ドリフト領域から成る、ところの請求項3の線
    形加速器。
  5. 【請求項5】 さらに、複数の側方連結空洞を含み、 前記側方連結空洞のそれぞれが、その側方連結空洞の壁
    を通って前記二つの中央空洞へ流れるマイクロ波パワー
    を結合するための二つの開口部をもち、 前記側方連結空洞のそれぞれは、隣接した対の前記中央
    空洞に結合され、 マイクロ波パワーが、前記開口部を通って、前記側方連
    結空洞と中央空洞の間を流れる、ところの請求項3の線
    形加速器。
  6. 【請求項6】 前記側方連結空洞並びに第一及び付加
    的中央空洞における前記電磁場がπ/2モードの定常波
    である、ところの請求項5の線形加速器。
  7. 【請求項7】 前記第一及び付加的中央空洞における
    電磁場が定常波である、ところの請求項3の線形加速
    器。
  8. 【請求項8】 前記第一中央空洞と第一中央空洞の隣
    の中央空洞を結合する付加的導管手段は第一及び第二端
    部を有する付加的ドリフト領域を含み、 さらに、ソースに近いほうの端部の直径が、前記第一中
    央空洞の再入ノーズ内の前記チャネルの直径より小さ
    い、ところの請求項3の線形加速器。
  9. 【請求項9】 前記付加的ドリフト領域の直径が、そ
    の第一端部から第二端部にかけて先細りになる、ところ
    の請求項8の線形加速器。
JP05799393A 1992-02-25 1993-02-24 改良された入射空洞構造を有する線形加速器 Expired - Fee Related JP3261634B2 (ja)

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