JPH0676997A - 粒子加速器 - Google Patents
粒子加速器Info
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- JPH0676997A JPH0676997A JP22731292A JP22731292A JPH0676997A JP H0676997 A JPH0676997 A JP H0676997A JP 22731292 A JP22731292 A JP 22731292A JP 22731292 A JP22731292 A JP 22731292A JP H0676997 A JPH0676997 A JP H0676997A
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- particle accelerator
- particle
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 荷電粒子ビ−ムのシンクロトロン振動及びベ
ータトロン振動の両方を短時間に且つ小型装置で冷却す
る。 【構成】 粒子加速器において、シンクロトロン振動ま
たはベ−タトロン振動のどちらかを一方を非保存力で減
衰する手段（９，１０，１１，１２）を設けた粒子加速
器で、平衡軌道に対して横方向のベ−タトロン振動の加
速器一周あたりの振動数であるベ−タトロン・チュ−ン
をシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設
定する。これにより、ベ−タトロン振動とシンクロトロ
ン振動が相互作用により同等に冷却される。
ータトロン振動の両方を短時間に且つ小型装置で冷却す
る。 【構成】 粒子加速器において、シンクロトロン振動ま
たはベ−タトロン振動のどちらかを一方を非保存力で減
衰する手段（９，１０，１１，１２）を設けた粒子加速
器で、平衡軌道に対して横方向のベ−タトロン振動の加
速器一周あたりの振動数であるベ−タトロン・チュ−ン
をシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設
定する。これにより、ベ−タトロン振動とシンクロトロ
ン振動が相互作用により同等に冷却される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は粒子加速器に係り、特
に、荷電粒子ビ−ムを冷却して加速や蓄積を行うのに好
適な粒子加速器に関する。
に、荷電粒子ビ−ムを冷却して加速や蓄積を行うのに好
適な粒子加速器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、加速器の全体構成図である。加
速器は、荷電粒子を入射する入射器８と、入射した荷電
粒子を加速あるいは蓄積する粒子加速器１によって構成
されている。入射器８は、例えばライナック８１とシン
クロトロン８２で構成される。あるいはライナックやマ
イクロトロン等が単独で入射器として使われる。粒子加
速器１は、粒子ビ−ムの軌道３を偏向させる偏向磁石
４、粒子ビ−ムを収束するための四極磁石５、及び粒子
を加速する高周波加速空胴６等で構成されている。
速器は、荷電粒子を入射する入射器８と、入射した荷電
粒子を加速あるいは蓄積する粒子加速器１によって構成
されている。入射器８は、例えばライナック８１とシン
クロトロン８２で構成される。あるいはライナックやマ
イクロトロン等が単独で入射器として使われる。粒子加
速器１は、粒子ビ−ムの軌道３を偏向させる偏向磁石
４、粒子ビ−ムを収束するための四極磁石５、及び粒子
を加速する高周波加速空胴６等で構成されている。
【０００３】上記構成を有する粒子加速器１を、例えば
環状型衝突加速器として荷電粒子ビ−ムの衝突実験に用
いる場合、あるいは放射光発生用電子蓄積リングとして
放射光を物性研究に用いる場合には、荷電粒子ビ−ムを
冷却して高品質のビ−ムを用いた方が望ましい。この場
合、ビ−ムの冷却とは、ビ−ムのエネルギ幅及びビ−ム
サイズを小さくすることである。荷電粒子ビームを冷却
すると、前者の環状型衝突加速器の場合には衝突の頻度
が上昇し、後者の放射光発生用電子蓄積リングの場合に
は放射光の輝度が高くなるという効果が生じる。
環状型衝突加速器として荷電粒子ビ−ムの衝突実験に用
いる場合、あるいは放射光発生用電子蓄積リングとして
放射光を物性研究に用いる場合には、荷電粒子ビ−ムを
冷却して高品質のビ−ムを用いた方が望ましい。この場
合、ビ−ムの冷却とは、ビ−ムのエネルギ幅及びビ−ム
サイズを小さくすることである。荷電粒子ビームを冷却
すると、前者の環状型衝突加速器の場合には衝突の頻度
が上昇し、後者の放射光発生用電子蓄積リングの場合に
は放射光の輝度が高くなるという効果が生じる。
【０００４】また、粒子加速器１を工業用の放射光発生
用小型電子蓄積リングとして用いる場合、入射器８を小
型化するために、入射器８から出てくるビ−ムのエネル
ギを低めにして、低エネルギの電子ビ−ムを粒子加速器
１に入射して、粒子加速器１で加速・蓄積する方式があ
る。この場合、粒子加速器１に入射する電子ビ−ムのエ
ネルギは100MeV以下と低いため、放射光放出によるビ−
ム冷却作用がほとんど働かず、繰返し入射が不可能であ
り、500mA程度の大電流入射が困難である。
用小型電子蓄積リングとして用いる場合、入射器８を小
型化するために、入射器８から出てくるビ−ムのエネル
ギを低めにして、低エネルギの電子ビ−ムを粒子加速器
１に入射して、粒子加速器１で加速・蓄積する方式があ
る。この場合、粒子加速器１に入射する電子ビ−ムのエ
ネルギは100MeV以下と低いため、放射光放出によるビ−
ム冷却作用がほとんど働かず、繰返し入射が不可能であ
り、500mA程度の大電流入射が困難である。
【０００５】以上の理由により、荷電粒子粒子ビ−ムを
冷却することは、現在の加速器物理学において非常に重
要なテ−マである。
冷却することは、現在の加速器物理学において非常に重
要なテ−マである。
【０００６】放射光放出によるビ−ム冷却作用がほとん
ど働かない低エネルギ領域において荷電粒子粒子ビ−ム
を冷却する確立された従来技術として、電子冷却法、確
率冷却法、およびレ−ザ冷却法の３つがある。原理的に
は、確率冷却法のみが電子とイオンの両方を冷却でき、
電子冷却法とレ−ザ冷却法はイオンのみしか冷却できな
い。特に、レ−ザ冷却法は核外電子を有するイオンのみ
しか冷却できないため、陽子や反陽子は冷却できない。
電子の方は、通常、放射減衰作用が働くような高エネル
ギ状態で加速あるいは蓄積するので、あえて確率冷却法
を用いることもないため、上にあげた３つの方法はすべ
てイオン加速器専用に開発された方法であるといえる。
ここで、これらの方法の概略について説明する。
ど働かない低エネルギ領域において荷電粒子粒子ビ−ム
を冷却する確立された従来技術として、電子冷却法、確
率冷却法、およびレ−ザ冷却法の３つがある。原理的に
は、確率冷却法のみが電子とイオンの両方を冷却でき、
電子冷却法とレ−ザ冷却法はイオンのみしか冷却できな
い。特に、レ−ザ冷却法は核外電子を有するイオンのみ
しか冷却できないため、陽子や反陽子は冷却できない。
電子の方は、通常、放射減衰作用が働くような高エネル
ギ状態で加速あるいは蓄積するので、あえて確率冷却法
を用いることもないため、上にあげた３つの方法はすべ
てイオン加速器専用に開発された方法であるといえる。
ここで、これらの方法の概略について説明する。
【０００７】電子冷却法では、電子ビ−ムを冷媒として
イオンビ−ムを冷却する。具体的には、図７に示すよう
に、一様な速度を持つ高密度の平行電子ビ−ム２４を粒
子加速器１のイオン軌道の一部分に合流させる。このと
き、電子ビ−ムの速度はイオンビ−ムの速度にほぼ等し
くしておく。電子と異なる速度を持つイオンは電子との
ク−ロン相互作用によってそのエネルギを失い、電子と
一緒に動くことになる。すなわち、高温のイオンビ−ム
は低温の電子ビ−ムによって冷却される。なお、電子冷
却法については、フィジックス通巻44号 加速器物理学
(3)(1985)第13頁〜第19頁に記載されている。
イオンビ−ムを冷却する。具体的には、図７に示すよう
に、一様な速度を持つ高密度の平行電子ビ−ム２４を粒
子加速器１のイオン軌道の一部分に合流させる。このと
き、電子ビ−ムの速度はイオンビ−ムの速度にほぼ等し
くしておく。電子と異なる速度を持つイオンは電子との
ク−ロン相互作用によってそのエネルギを失い、電子と
一緒に動くことになる。すなわち、高温のイオンビ−ム
は低温の電子ビ−ムによって冷却される。なお、電子冷
却法については、フィジックス通巻44号 加速器物理学
(3)(1985)第13頁〜第19頁に記載されている。
【０００８】確率冷却法では、図８に示すように、検出
器９で粒子ビ−ムのずれを検出して、増幅器１０や信号
処理装置１１を通して補正器１２に信号を送り、検出信
号に比例した電磁力で粒子ビ−ムのずれが小さくなるよ
うに補正する。この場合、当然のことながら、個々の粒
子を個別に補正することは不可能であり、個々の粒子に
とってみれば、補正信号には、望ましくない余計な信号
として他の粒子による雑音（ビ−ム雑音）と回路系にお
ける熱雑音が含まれる。しかし、これらの雑音は時間を
かければ小さくでき、個々の粒子にコヒ−レントな補正
信号のみが生き残って確率的にビ−ムを冷却できる。な
お、確率冷却法については、日本物理学会誌 第40巻 第
9号 (1985) 第676頁〜第687頁に記載されている。
器９で粒子ビ−ムのずれを検出して、増幅器１０や信号
処理装置１１を通して補正器１２に信号を送り、検出信
号に比例した電磁力で粒子ビ−ムのずれが小さくなるよ
うに補正する。この場合、当然のことながら、個々の粒
子を個別に補正することは不可能であり、個々の粒子に
とってみれば、補正信号には、望ましくない余計な信号
として他の粒子による雑音（ビ−ム雑音）と回路系にお
ける熱雑音が含まれる。しかし、これらの雑音は時間を
かければ小さくでき、個々の粒子にコヒ−レントな補正
信号のみが生き残って確率的にビ−ムを冷却できる。な
お、確率冷却法については、日本物理学会誌 第40巻 第
9号 (1985) 第676頁〜第687頁に記載されている。
【０００９】レーザ冷却法では、レーザ光の共鳴吸収・
放出によりイオンビ−ムを冷却する。具体的には、図９
に示すように、発振周波数が異なるレーザ２０を２台設
置し、イオンビ−ムの両側からレーザ光２１を照射す
る。この場合、レーザ光２１はドップラ−シフトを考慮
してイオンが共鳴吸収を起こすような周波数にしてお
く。イオンがレーザ光を共鳴吸収して原子が基底状態か
ら励起状態に励起される時点において、イオンは吸収し
た光子の運動量を受けて加速あるいは減速される。励起
状態に励起された原子は、ある時間がたつと自然放出に
よって光を出して再び基底状態に戻るが、このとき光子
は等方的に放出されるので、多数回の放出を平均すれ
ば、そのときの光子による原子の運動量の変化は零にな
る。このように、レーザ光を共鳴吸収する時点における
加速あるいは減速の作用によって、初めある幅をもった
エネルギ分布は、あるエネルギ点に集約され、イオンの
エネルギ幅は小さくなる。これを３次元的にやればエネ
ルギ幅とともにビ−ムサイズも小さくできる。なお、レ
ーザ冷却法については、数理科学 NO.306 (1988)第27頁
から第32頁に記載されている。
放出によりイオンビ−ムを冷却する。具体的には、図９
に示すように、発振周波数が異なるレーザ２０を２台設
置し、イオンビ−ムの両側からレーザ光２１を照射す
る。この場合、レーザ光２１はドップラ−シフトを考慮
してイオンが共鳴吸収を起こすような周波数にしてお
く。イオンがレーザ光を共鳴吸収して原子が基底状態か
ら励起状態に励起される時点において、イオンは吸収し
た光子の運動量を受けて加速あるいは減速される。励起
状態に励起された原子は、ある時間がたつと自然放出に
よって光を出して再び基底状態に戻るが、このとき光子
は等方的に放出されるので、多数回の放出を平均すれ
ば、そのときの光子による原子の運動量の変化は零にな
る。このように、レーザ光を共鳴吸収する時点における
加速あるいは減速の作用によって、初めある幅をもった
エネルギ分布は、あるエネルギ点に集約され、イオンの
エネルギ幅は小さくなる。これを３次元的にやればエネ
ルギ幅とともにビ−ムサイズも小さくできる。なお、レ
ーザ冷却法については、数理科学 NO.306 (1988)第27頁
から第32頁に記載されている。
【００１０】以上示した３つの冷却方法以外に偏向電磁
場を用いたビ−ム冷却法あるいはビ−ム圧縮法が提案さ
れている。この方法では、ビ−ム軌道のエネルギ分散関
数が零でない所、すなわちビ−ムのエネルギよって軌道
が変わる所に偏向電磁場を励振させることが必要不可欠
の条件である。偏向電磁場は図１０に示すようにビ−ム
軌道の方向に電場成分をもち、その電場の向きはビ−ム
軌道の外側と内側で異なる。また、ビ−ム軌道上に垂直
方向に磁場成分を持つ。この電磁場分布とその場所にお
けるビ−ム軌道のエネルギ分散特性を利用して、粒子の
シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強い相互
作用を持たせて、シンクロトロン振動またはベ−タトロ
ン振動のどちらかを減衰させるというものである。基本
的に偏向電磁場は外部からビ−ムとは独立に与えるもの
であり保存系をなす。従って、保存系に関するリウヴィ
ルの定理により、シンクロトロン振動とベ−タトロン振
動の両方を減衰させることはできない。なお、偏向電磁
場を用いた従来技術として、特開昭62-287600号および
特開平3-21699号がある。
場を用いたビ−ム冷却法あるいはビ−ム圧縮法が提案さ
れている。この方法では、ビ−ム軌道のエネルギ分散関
数が零でない所、すなわちビ−ムのエネルギよって軌道
が変わる所に偏向電磁場を励振させることが必要不可欠
の条件である。偏向電磁場は図１０に示すようにビ−ム
軌道の方向に電場成分をもち、その電場の向きはビ−ム
軌道の外側と内側で異なる。また、ビ−ム軌道上に垂直
方向に磁場成分を持つ。この電磁場分布とその場所にお
けるビ−ム軌道のエネルギ分散特性を利用して、粒子の
シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強い相互
作用を持たせて、シンクロトロン振動またはベ−タトロ
ン振動のどちらかを減衰させるというものである。基本
的に偏向電磁場は外部からビ−ムとは独立に与えるもの
であり保存系をなす。従って、保存系に関するリウヴィ
ルの定理により、シンクロトロン振動とベ−タトロン振
動の両方を減衰させることはできない。なお、偏向電磁
場を用いた従来技術として、特開昭62-287600号および
特開平3-21699号がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述したビーム冷却法
には、それぞれ次のような問題がある。電子冷却法をバ
ンチしたビームに適用した場合、ベータトロン振動の冷
却時間はシンクロトロン振動の冷却時間に比べて長く、
ビームの冷却時間は冷却特性が相対的に劣るベータトロ
ン振動の方で決まる。
には、それぞれ次のような問題がある。電子冷却法をバ
ンチしたビームに適用した場合、ベータトロン振動の冷
却時間はシンクロトロン振動の冷却時間に比べて長く、
ビームの冷却時間は冷却特性が相対的に劣るベータトロ
ン振動の方で決まる。
【００１２】確率冷却法をバンチしたビームに適用した
場合、ベータトロン振動の冷却とシンクロトロン振動の
冷却は別々の装置を用いなければならない。
場合、ベータトロン振動の冷却とシンクロトロン振動の
冷却は別々の装置を用いなければならない。
【００１３】レーザ冷却法を高速で走る粒子ビームに適
用した場合、ベータトロン振動を冷却する際に、ビーム
軌道に対して横方向にレーザを照射しなければならない
が、冷却時間を短くするためには、周長全体に占めるレ
ーザの照射区域の比率を高めなければならず、そのため
かなり多くのレーザビームが必要となり現実的でない。
このため、加速器にレーザ冷却法を適用した場合、シン
クロトロン振動の方しか冷却できない。
用した場合、ベータトロン振動を冷却する際に、ビーム
軌道に対して横方向にレーザを照射しなければならない
が、冷却時間を短くするためには、周長全体に占めるレ
ーザの照射区域の比率を高めなければならず、そのため
かなり多くのレーザビームが必要となり現実的でない。
このため、加速器にレーザ冷却法を適用した場合、シン
クロトロン振動の方しか冷却できない。
【００１４】また、従来提案されている偏向電磁場を用
いた方法では、偏向電磁場を励振させる空胴をエネルギ
分散関数が零でない所に置くことが必要不可欠であり、
冷却するとしても、シンクロトロン振動かベータトロン
振動のどちらかしかできず冷却されない方の振動は逆に
加熱されて振動が成長してしまう。
いた方法では、偏向電磁場を励振させる空胴をエネルギ
分散関数が零でない所に置くことが必要不可欠であり、
冷却するとしても、シンクロトロン振動かベータトロン
振動のどちらかしかできず冷却されない方の振動は逆に
加熱されて振動が成長してしまう。
【００１５】本発明の目的は、小型装置でシンクロトロ
ン振動とベータトロン振動の両方を同じに冷却できる粒
子加速器を提供することにある。
ン振動とベータトロン振動の両方を同じに冷却できる粒
子加速器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、シンクロト
ロン振動またはベ−タトロン振動のどちらかを非保存力
で減衰する手段と、平衡軌道に対して横方向のベ−タト
ロン振動の加速器一周あたりの振動数であるベ−タトロ
ン・チュ−ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはそ
の近傍に設定する手段とを設けることで、達成される。
ロン振動またはベ−タトロン振動のどちらかを非保存力
で減衰する手段と、平衡軌道に対して横方向のベ−タト
ロン振動の加速器一周あたりの振動数であるベ−タトロ
ン・チュ−ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはそ
の近傍に設定する手段とを設けることで、達成される。
【００１７】また上記目的は、偏向電磁場を励振させる
空胴の共振周波数を偏向電磁場の励振周波数からずら
し、六極以上の多極磁場をビ−ム軌道上に印加する構成
とすることで、達成される。
空胴の共振周波数を偏向電磁場の励振周波数からずら
し、六極以上の多極磁場をビ−ム軌道上に印加する構成
とすることで、達成される。
【００１８】
【作用】本願発明者等は、ベ−タトロン・チュ−ンがシ
ンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設定さ
れると、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動との間
の強い相互作用によるミキシング効果により、シンクロ
トロン振動とベ−タトロン振動の減衰率が等しくなろう
とする現象が起こることを初めて見出した。従って、シ
ンクロトロン振動とベ−タトロン振動のどちらか一方に
減衰作用が働いている場合、片方の減衰作用をもう片方
に分け与えることができる。すでにある片方の振動の減
衰作用が両振動の減衰すなわちビ−ム冷却の源泉になる
のである。両方の振動に減衰作用が働いていて減衰率が
互いに異なる場合は、上記の手段によって両振動の減衰
率を同程度にしてビ−ム冷却にかかる時間を短くするこ
とができる。
ンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設定さ
れると、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動との間
の強い相互作用によるミキシング効果により、シンクロ
トロン振動とベ−タトロン振動の減衰率が等しくなろう
とする現象が起こることを初めて見出した。従って、シ
ンクロトロン振動とベ−タトロン振動のどちらか一方に
減衰作用が働いている場合、片方の減衰作用をもう片方
に分け与えることができる。すでにある片方の振動の減
衰作用が両振動の減衰すなわちビ−ム冷却の源泉になる
のである。両方の振動に減衰作用が働いていて減衰率が
互いに異なる場合は、上記の手段によって両振動の減衰
率を同程度にしてビ−ム冷却にかかる時間を短くするこ
とができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る粒子加速器
の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振動あ
るいはベ−タトロン振動を非保存力で減衰させるための
手段として確率冷却法による装置を用いる。この図１で
は、四極磁石以外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空
容器は省略してある。
明する。図１は、本発明の第１実施例に係る粒子加速器
の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振動あ
るいはベ−タトロン振動を非保存力で減衰させるための
手段として確率冷却法による装置を用いる。この図１で
は、四極磁石以外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空
容器は省略してある。
【００２０】粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、
粒子を加速するための高周波加速空胴６、シンクロトロ
ン・チュ−ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−
ンモニタ１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置
１４、四極磁石５の励磁電源１５、さらに、確率冷却法
でシンクロトロン振動かベ−タトロン振動のどちらかを
冷却するための設備として、ビ−ムのずれを検出する検
出器９、増幅器１０、信号処理装置１１、及びビ−ムの
ずれを補正するための補正器１２を備える。
粒子を加速するための高周波加速空胴６、シンクロトロ
ン・チュ−ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−
ンモニタ１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置
１４、四極磁石５の励磁電源１５、さらに、確率冷却法
でシンクロトロン振動かベ−タトロン振動のどちらかを
冷却するための設備として、ビ−ムのずれを検出する検
出器９、増幅器１０、信号処理装置１１、及びビ−ムの
ずれを補正するための補正器１２を備える。
【００２１】以上の構成のもとに、チュ−ンモニタ１３
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。確率冷却法でシンクロトロン振動かベ−タトロン振
動のどちらかを冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ンが
シンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にある
ため、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強
いミキシング作用が働き、両方の振動が冷却される。
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。確率冷却法でシンクロトロン振動かベ−タトロン振
動のどちらかを冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ンが
シンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にある
ため、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強
いミキシング作用が働き、両方の振動が冷却される。
【００２２】本実施例によれば、シンクロトロン振動あ
るいはベ−タトロン振動の一方のみを確率冷却すればよ
く、両振動を確率冷却する必要がなくなるという効果が
ある。
るいはベ−タトロン振動の一方のみを確率冷却すればよ
く、両振動を確率冷却する必要がなくなるという効果が
ある。
【００２３】図２は、本発明の第２実施例に係る粒子加
速器の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振
動を非保存力で減衰させる手段としてレーザ冷却法によ
る装置を用いる。この図２においても、四極磁石以外の
磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略してあ
る。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を加
速するための高周波加速空胴６、シンクロトロン・チュ
−ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニ
タ１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、
四極磁石５の励磁電源１５等、さらに、レーザ冷却法で
シンクロトロン振動を冷却するための設備として、発振
周波数が異なる２個のレーザ２０、光学系としてのミラ
−２２等で構成される。発振周波数はドップラ−シフト
を考慮して粒子の静止系で見た場合に共鳴吸収する周波
数に調整されている。
速器の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振
動を非保存力で減衰させる手段としてレーザ冷却法によ
る装置を用いる。この図２においても、四極磁石以外の
磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略してあ
る。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を加
速するための高周波加速空胴６、シンクロトロン・チュ
−ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニ
タ１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、
四極磁石５の励磁電源１５等、さらに、レーザ冷却法で
シンクロトロン振動を冷却するための設備として、発振
周波数が異なる２個のレーザ２０、光学系としてのミラ
−２２等で構成される。発振周波数はドップラ−シフト
を考慮して粒子の静止系で見た場合に共鳴吸収する周波
数に調整されている。
【００２４】以上の構成のもとに、チュ−ンモニタ１３
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。レーザ冷却法でシンクロトロン振動かベ−タトロン
振動のどちらかを冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ン
がシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にあ
るため、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に
強いミキシング作用が働き、両方の振動が冷却される。
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。レーザ冷却法でシンクロトロン振動かベ−タトロン
振動のどちらかを冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ン
がシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にあ
るため、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動の間に
強いミキシング作用が働き、両方の振動が冷却される。
【００２５】本実施例によれば、シンクロトロン振動を
レーザ冷却することにより、両振動を冷却することがで
きるという効果がある。
レーザ冷却することにより、両振動を冷却することがで
きるという効果がある。
【００２６】なお、本実施例では、冷却効果を高めるた
めに、発振周波数が異なる２個のレーザを用いている
が、もちろん１本やそれ以外の個数のレーザで実施して
も良い。また、本実施例では、ビ−ム冷却の源泉として
シンクロトロン振動をレーザ冷却する例を示してある
が、粒子軌道に対して横方向からレーザを照射すればベ
−タトロン振動をレーザ冷却でき、これをビ−ム冷却の
源泉とすることもできる。
めに、発振周波数が異なる２個のレーザを用いている
が、もちろん１本やそれ以外の個数のレーザで実施して
も良い。また、本実施例では、ビ−ム冷却の源泉として
シンクロトロン振動をレーザ冷却する例を示してある
が、粒子軌道に対して横方向からレーザを照射すればベ
−タトロン振動をレーザ冷却でき、これをビ−ム冷却の
源泉とすることもできる。
【００２７】図３は、本発明の第３実施例に係る粒子加
速器の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振
動を非保存力で減衰させる手段として電子冷却法による
装置を用いる。この図３においても、四極磁石以外の磁
石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略してある。
粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を加速す
るための高周波加速空胴６、シンクロトロン・チュ−ン
やベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニタ１
３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、四極
磁石５の励磁電源１５等、さらに、電子冷却法でシンク
ロトロン振動やベ−タトロン振動を冷却するための設備
として、電子銃１６、加速管１７、減速管１８、電子ビ
−ムを回収するコレクタ−１９等で構成される。
速器の構成図である。本実施例では、シンクロトロン振
動を非保存力で減衰させる手段として電子冷却法による
装置を用いる。この図３においても、四極磁石以外の磁
石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略してある。
粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を加速す
るための高周波加速空胴６、シンクロトロン・チュ−ン
やベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニタ１
３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、四極
磁石５の励磁電源１５等、さらに、電子冷却法でシンク
ロトロン振動やベ−タトロン振動を冷却するための設備
として、電子銃１６、加速管１７、減速管１８、電子ビ
−ムを回収するコレクタ−１９等で構成される。
【００２８】以上の構成のもとに、チュ−ンモニタ１３
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。電子冷却法でシンクロトロン振動及びベ−タトロン
振動を冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・
ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にあるため、シン
クロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強いミキシン
グ作用が働き、両方の振動の減衰率は等しくなろうとす
る。
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６におけるエネルギ分散関数
が零ではないある程度以上の有限の値をもつようにす
る。電子冷却法でシンクロトロン振動及びベ−タトロン
振動を冷却すると、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・
ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍にあるため、シン
クロトロン振動とベ−タトロン振動の間に強いミキシン
グ作用が働き、両方の振動の減衰率は等しくなろうとす
る。
【００２９】電子冷却法では、前述のごとくベ−タトロ
ン振動の方がシンクロトロン振動よりも減衰時間が長い
ので、本実施例によれば、ベ−タトロン振動の方の減衰
時間を短くすることができ、全体からみたビ−ムの冷却
時間が短くなるという効果がある。
ン振動の方がシンクロトロン振動よりも減衰時間が長い
ので、本実施例によれば、ベ−タトロン振動の方の減衰
時間を短くすることができ、全体からみたビ−ムの冷却
時間が短くなるという効果がある。
【００３０】なお、以上述べた第１〜第３実施例におい
て、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリ
ングを強くする手段として、高周波加速空胴６における
エネルギ分散関数が零ではないある程度以上の有限の値
をもつようにするという方法以外に、高周波加速空胴と
は別の空胴を設けて、その空胴内で偏向電磁場を励振さ
せても良い。
て、シンクロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリ
ングを強くする手段として、高周波加速空胴６における
エネルギ分散関数が零ではないある程度以上の有限の値
をもつようにするという方法以外に、高周波加速空胴と
は別の空胴を設けて、その空胴内で偏向電磁場を励振さ
せても良い。
【００３１】図４は、本発明の第４実施例に係る粒子加
速器の構成図である。この図４においても、四極磁石以
外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略して
ある。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を
加速するための高周波加速空胴６、高調波の電磁場を励
振させるための高調波空胴７、シンクロトロン・チュ−
ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニタ
１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、四
極磁石５の励磁電源１５等で構成される。
速器の構成図である。この図４においても、四極磁石以
外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略して
ある。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を
加速するための高周波加速空胴６、高調波の電磁場を励
振させるための高調波空胴７、シンクロトロン・チュ−
ンやベ−タトロン・チュ−ンを計測するチュ−ンモニタ
１３、四極磁石５の励磁量を制御する制御装置１４、四
極磁石５の励磁電源１５等で構成される。
【００３２】以上の構成のもとに、チュ−ンモニタ１３
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６あるいは高調波空胴７にお
けるエネルギ分散関数が零ではないある程度以上の有限
の値をもつようにする。あるいは、高調波空胴７におけ
る高調波の電磁場がビ−ム軌道上に磁場成分を有する偏
向電磁場である場合は、空胴部でのエネルギ分散関数の
値は零でもかまわない。いずれにしても、高調波の電磁
場は高周波加速電場と同期がとれていないといけない。
そのためには、高調波の電磁場の励振周波数を加速周波
数の整数倍あるいは半整数倍にとる必要がある。
でシンクロトロン・チュ−ンとベ−タトロン・チュ−ンを
計測しながら、ベ−タトロン・チュ−ンがシンクロ・ベ−
タトロン和共鳴あるいはその近傍になるように制御装置
１４で四極磁石５の励磁量を制御する。ここで、シンク
ロトロン振動とベ−タトロン振動のカップリングを強く
するため、高周波加速空胴６あるいは高調波空胴７にお
けるエネルギ分散関数が零ではないある程度以上の有限
の値をもつようにする。あるいは、高調波空胴７におけ
る高調波の電磁場がビ−ム軌道上に磁場成分を有する偏
向電磁場である場合は、空胴部でのエネルギ分散関数の
値は零でもかまわない。いずれにしても、高調波の電磁
場は高周波加速電場と同期がとれていないといけない。
そのためには、高調波の電磁場の励振周波数を加速周波
数の整数倍あるいは半整数倍にとる必要がある。
【００３３】ここで、ベ−タトロン・チュ−ンの設定基
準となるシンクロ・ベ−タトロン和共鳴につき、その共
鳴を記述する式が垂直方向のベ−タトロン・チュ−ンの
成分を含まない場合について例を示す。ベ−タトロン・
チュ−ンをνx、シンクロトロン・チュ−ンをνsとお
く。高調波の電磁場の励振周波数が加速周波数の整数倍
のとき、
準となるシンクロ・ベ−タトロン和共鳴につき、その共
鳴を記述する式が垂直方向のベ−タトロン・チュ−ンの
成分を含まない場合について例を示す。ベ−タトロン・
チュ−ンをνx、シンクロトロン・チュ−ンをνsとお
く。高調波の電磁場の励振周波数が加速周波数の整数倍
のとき、
【００３４】
【数１】νx＋νs≒Ｎ Ｎ：整数 となる。
【００３５】また、高調波の電磁場の励振周波数が加速
周波数の半整数倍のとき、
周波数の半整数倍のとき、
【００３６】
【数２】νx＋νs≒Ｎ＋(１/２) となる。
【００３７】さて、加速空胴の共振周波数は、通常、加
速周波数よりも少し低めに設定してある。なぜならば、
ビ−ム自身が誘起する電磁場(集団場)によって、粒子群
の重心に関するシンクロトロン振動にRobinson減衰が作
用し、ビ−ムを安定に加速できるからである。さて、Ro
binson減衰作用が粒子群の重心に作用して重心のシンク
ロトロン振動は減衰するが、個々の粒子のシンクロトロ
ン振動に関して言えば、減衰するものもあれば逆に成長
するものもある。シンクロトロン振動の振幅に関する加
速電圧の正弦波的な非線形性により、シンクロトロン振
動の振動数は振幅依存性をもち、これにより、シンクロ
トロン・チュ−ンの分布はビ−ムの広がりに応じてある
広がりをもつ。このため、シンクロトロン振動によって
粒子群はミキシングされる。Robinson減衰による重心の
シンクロトロン振動の減衰作用とこのミキシング効果に
より、個々の粒子に対しては成長作用よりも減衰作用の
方の頻度が確率的に多くなり、個々の粒子のシンクロト
ロン振動は減衰成長を繰り返しながら減衰していく。こ
の減衰作用は、重心の減衰作用と粒子群のミキシング作
用という点でちょうど確率冷却法における振動の減衰機
構に似ている。高調波の高周波電磁場を印加すると、シ
ンクロトロン振動の振幅に関する加速電圧の非線形性が
強くなり、シンクロトロン振動における粒子群のミキシ
ングが強くなって、シンクロトロン振動の減衰作用が強
くなる。
速周波数よりも少し低めに設定してある。なぜならば、
ビ−ム自身が誘起する電磁場(集団場)によって、粒子群
の重心に関するシンクロトロン振動にRobinson減衰が作
用し、ビ−ムを安定に加速できるからである。さて、Ro
binson減衰作用が粒子群の重心に作用して重心のシンク
ロトロン振動は減衰するが、個々の粒子のシンクロトロ
ン振動に関して言えば、減衰するものもあれば逆に成長
するものもある。シンクロトロン振動の振幅に関する加
速電圧の正弦波的な非線形性により、シンクロトロン振
動の振動数は振幅依存性をもち、これにより、シンクロ
トロン・チュ−ンの分布はビ−ムの広がりに応じてある
広がりをもつ。このため、シンクロトロン振動によって
粒子群はミキシングされる。Robinson減衰による重心の
シンクロトロン振動の減衰作用とこのミキシング効果に
より、個々の粒子に対しては成長作用よりも減衰作用の
方の頻度が確率的に多くなり、個々の粒子のシンクロト
ロン振動は減衰成長を繰り返しながら減衰していく。こ
の減衰作用は、重心の減衰作用と粒子群のミキシング作
用という点でちょうど確率冷却法における振動の減衰機
構に似ている。高調波の高周波電磁場を印加すると、シ
ンクロトロン振動の振幅に関する加速電圧の非線形性が
強くなり、シンクロトロン振動における粒子群のミキシ
ングが強くなって、シンクロトロン振動の減衰作用が強
くなる。
【００３８】ここで、ベ−タトロン・チュ−ンはシンク
ロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設定してあ
るため、前述のごとく、シンクロトロン振動の減衰作用
はベ−タトロン振動にも波及する。これにより、両振動
とも減衰することになり、ビ−ムは冷却されることにな
る。
ロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設定してあ
るため、前述のごとく、シンクロトロン振動の減衰作用
はベ−タトロン振動にも波及する。これにより、両振動
とも減衰することになり、ビ−ムは冷却されることにな
る。
【００３９】ここで、イオン加速器の場合、イオン電流
が増えてくると空間電荷効果によるビ−ムの発散作用が
大きくなり、ベ−タトロン・チュ−ンが負側にシフトす
るため、イオンビ−ムを入射する際には、このベ−タト
ロン・チュ−ンのシフトを補正して、ベ−タトロン・チュ
−ンの値がほぼ一定になるように、四極磁石５の励磁量
を制御装置１４で制御する。また、低エネルギの電子加
速器の場合は、電子軌道中に正電荷のイオンをトラップ
してしまうので、そのイオンの空間電荷効果により、今
度はビ−ムの収束作用が大きくなり、ベ−タトロン・チ
ュ−ンが正側にシフトするため、この場合も、イオン加
速器と同様の方法でベ−タトロン・チュ−ンのシフトを
補正する。また、電流がある程度低い場合は、ビ−ム入
射中のベ−タトロン・チュ−ンの補正制御をしなくて
も、ベ−タトロン・チュ−ンのシフト量を見込んで、あ
らかじめベ−タトロン・チュ−ンを反対方向にある程度
ずらしておいても良い。これらの操作は、本実施例に限
らず、ここにあげたすべての実施例に対して適用でき
る。
が増えてくると空間電荷効果によるビ−ムの発散作用が
大きくなり、ベ−タトロン・チュ−ンが負側にシフトす
るため、イオンビ−ムを入射する際には、このベ−タト
ロン・チュ−ンのシフトを補正して、ベ−タトロン・チュ
−ンの値がほぼ一定になるように、四極磁石５の励磁量
を制御装置１４で制御する。また、低エネルギの電子加
速器の場合は、電子軌道中に正電荷のイオンをトラップ
してしまうので、そのイオンの空間電荷効果により、今
度はビ−ムの収束作用が大きくなり、ベ−タトロン・チ
ュ−ンが正側にシフトするため、この場合も、イオン加
速器と同様の方法でベ−タトロン・チュ−ンのシフトを
補正する。また、電流がある程度低い場合は、ビ−ム入
射中のベ−タトロン・チュ−ンの補正制御をしなくて
も、ベ−タトロン・チュ−ンのシフト量を見込んで、あ
らかじめベ−タトロン・チュ−ンを反対方向にある程度
ずらしておいても良い。これらの操作は、本実施例に限
らず、ここにあげたすべての実施例に対して適用でき
る。
【００４０】本実施例によれば、低エネルギから高エネ
ルギの広いエネルギ範囲にわたって大量の粒子ビ−ムを
冷却できるという効果がある。
ルギの広いエネルギ範囲にわたって大量の粒子ビ−ムを
冷却できるという効果がある。
【００４１】図５は、本発明の第５実施例に係る粒子加
速器の構成図である。この図５においても、四極磁石以
外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略して
ある。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を
加速するための高周波加速空胴６、高調波の電磁場を励
振させるための高調波空胴７等で構成される。この例で
は第１〜第４実施例のように、ベ−タトロン・チュ−ン
をシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設
定する必要はない。この例では、高調波空胴７に励振す
る高調波の電磁場は、ビ−ム軌道上に磁場成分を有する
偏向電磁場とする。ここで、ベ−タトロン・チュ−ンの
端数Δνをベ−タトロン・チュ−ンνに対して、ν＝Ｍ
＋Δν（Ｍ：整数、−0.5≦Δν＜0.5）と定義する。高
調波空胴の共振周波数を周回周波数の整数倍に対して、
Δν＜０のとき低めに、Δν＞０のとき高めにとる。そ
うすれば、ベ−タトロン振動にRobinson減衰作用が働
く。このときの高調波空胴の共振周波数のずれΔｆは周
回周波数の整数倍（ｈ倍）のｆに対して
速器の構成図である。この図５においても、四極磁石以
外の磁石系や荷電粒子を閉じ込める真空容器は省略して
ある。粒子加速器１は、四極磁石５等の磁石系、粒子を
加速するための高周波加速空胴６、高調波の電磁場を励
振させるための高調波空胴７等で構成される。この例で
は第１〜第４実施例のように、ベ−タトロン・チュ−ン
をシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に設
定する必要はない。この例では、高調波空胴７に励振す
る高調波の電磁場は、ビ−ム軌道上に磁場成分を有する
偏向電磁場とする。ここで、ベ−タトロン・チュ−ンの
端数Δνをベ−タトロン・チュ−ンνに対して、ν＝Ｍ
＋Δν（Ｍ：整数、−0.5≦Δν＜0.5）と定義する。高
調波空胴の共振周波数を周回周波数の整数倍に対して、
Δν＜０のとき低めに、Δν＞０のとき高めにとる。そ
うすれば、ベ−タトロン振動にRobinson減衰作用が働
く。このときの高調波空胴の共振周波数のずれΔｆは周
回周波数の整数倍（ｈ倍）のｆに対して
【００４２】
【数３】Δｆ＝（ｆ／ｈ）Δν のとき最も効果が大きい。
【００４３】このとき、シンクロトロン振動によって粒
子群はミキシングされるので、Robinson減衰による重心
に関するベ−タトロン振動の減衰作用とこのミキシング
効果により、第４実施例で示したシンクロトロン振動の
減衰と同じ作用がベ−タトロン振動にも発生する。
子群はミキシングされるので、Robinson減衰による重心
に関するベ−タトロン振動の減衰作用とこのミキシング
効果により、第４実施例で示したシンクロトロン振動の
減衰と同じ作用がベ−タトロン振動にも発生する。
【００４４】以上まとめると、加速電場に関する集団場
によってシンクロトロン振動が減衰し、偏向電磁場に関
する集団場によってベ−タトロン振動が減衰する。これ
により、粒子ビ−ムは冷却される。
によってシンクロトロン振動が減衰し、偏向電磁場に関
する集団場によってベ−タトロン振動が減衰する。これ
により、粒子ビ−ムは冷却される。
【００４５】なお、冷却効率を高めるために、粒子加速
器に偏向電磁場が励振できる空胴を複数個設け、それら
の一部の空胴に荷電粒子ビームによって集団場を励振さ
せ、その集団場を増幅してタイミング調整した後、その
電磁場を偏向電磁場が励振できる別の空胴に投入しても
よい。この場合も、それぞれの空胴の共振周波数は前述
のごとく調整する。
器に偏向電磁場が励振できる空胴を複数個設け、それら
の一部の空胴に荷電粒子ビームによって集団場を励振さ
せ、その集団場を増幅してタイミング調整した後、その
電磁場を偏向電磁場が励振できる別の空胴に投入しても
よい。この場合も、それぞれの空胴の共振周波数は前述
のごとく調整する。
【００４６】本実施例によれば、ベ−タトロン・チュ−
ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に
設定する必要がないため、第４実施例に比べて運転の自
由度が広がるという効果がある。
ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍に
設定する必要がないため、第４実施例に比べて運転の自
由度が広がるという効果がある。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、シンクロトロン振動あ
るいはベ−タトロン振動のどちらかが減衰する場合、両
方の振動を減衰させることができるという効果がある。
このため、どちらか一方の振動を減衰させる装置のみ設
ければ済み、全体の装置構成が小型になる。また、片方
の減衰率が大きく、もう一方の減衰率が小さい場合に
は、両方の振動の減衰率を同程度にして全体で見たビ-
ム冷却にかかる時間を短くすることができるという効果
がある。
るいはベ−タトロン振動のどちらかが減衰する場合、両
方の振動を減衰させることができるという効果がある。
このため、どちらか一方の振動を減衰させる装置のみ設
ければ済み、全体の装置構成が小型になる。また、片方
の減衰率が大きく、もう一方の減衰率が小さい場合に
は、両方の振動の減衰率を同程度にして全体で見たビ-
ム冷却にかかる時間を短くすることができるという効果
がある。
【００４８】更に、集団場によってビ−ムを冷却するこ
ともでき、低エネルギから高エネルギの広いエネルギ範
囲において、大量の粒子ビ−ムを冷却することができ
る。これにより、シンクロトロン振動およびベ−タトロ
ン振動に関する位相空間密度を高めることが出きるの
で、大電流入射・加速・蓄積が可能となる。
ともでき、低エネルギから高エネルギの広いエネルギ範
囲において、大量の粒子ビ−ムを冷却することができ
る。これにより、シンクロトロン振動およびベ−タトロ
ン振動に関する位相空間密度を高めることが出きるの
で、大電流入射・加速・蓄積が可能となる。
【００４９】更にまた、衝突型の環状型加速器では、ビ
−ムサイズが小さくなり、粒子ビ−ムのルミノシティが
高まって、効率の良い衝突実験ができる。
−ムサイズが小さくなり、粒子ビ−ムのルミノシティが
高まって、効率の良い衝突実験ができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る粒子加速器の構成図
である。
である。
【図２】本発明の第２実施例に係る粒子加速器の構成図
である。
である。
【図３】本発明の第３実施例に係る粒子加速器の構成図
である。
である。
【図４】本発明の第４実施例に係る粒子加速器の構成図
である。
である。
【図５】本発明の第５実施例に係る粒子加速器の構成図
である。
である。
【図６】粒子加速器を説明図である。
【図７】電子冷却法を用いた従来の粒子加速器の構成図
である。
である。
【図８】確率冷却法を用いた従来の粒子加速器の構成図
である。
である。
【図９】レーザ冷却法を用いた従来の粒子加速器の構成
図である。
図である。
【図１０】偏向電磁場における電磁場分布を示す図であ
る。
る。
１…粒子加速器、３…軌道、４…偏向磁石、５…四極磁
石、６…高周波加速空胴、７…高調波空胴、８…入射
器、９…検出器、１０…増幅器、１１…信号処理装置、
１２…補正器、１３…チュ−ンモニタ、１４…制御装
置、１５…四極磁石電源、１６…電子銃、１７…加速
管、１８…・・減速管、１９…コレクタ−、２０…レー
ザ、２１…レーザ光、２２…ミラ−、２４…平行電子ビ
−ム、８１…ライナック、８２…シンクロトロン。
石、６…高周波加速空胴、７…高調波空胴、８…入射
器、９…検出器、１０…増幅器、１１…信号処理装置、
１２…補正器、１３…チュ−ンモニタ、１４…制御装
置、１５…四極磁石電源、１６…電子銃、１７…加速
管、１８…・・減速管、１９…コレクタ−、２０…レー
ザ、２１…レーザ光、２２…ミラ−、２４…平行電子ビ
−ム、８１…ライナック、８２…シンクロトロン。
Claims (22)
- 【請求項１】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわりの
安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速
するための高周波加速電場を励振させるための空胴と、
前記荷電粒子を閉じ込める真空容器を備える粒子加速器
において、シンクロトロン振動またはベ−タトロン振動
のどちらかを非保存力で減衰する手段と、平衡軌道に対
して横方向のベ−タトロン振動の加速器一周あたりの振
動数であるベ−タトロン・チュ−ンをシンクロ・ベ−タト
ロン和共鳴あるいはその近傍に設定する手段とを設け、
一方の振動の減衰作用をもう他方の振動に波及させて両
方の振動を減衰させ、前記荷電粒子が形成する荷電粒子
ビ−ムのエネルギの広がりとビ−ムサイズをともに小さ
くすることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項２】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわりの
安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速
するための高周波加速電場を励振させるための空胴と、
前記荷電粒子を閉じ込める真空容器を備える粒子加速器
において、シンクロトロン振動またはベ−タトロン振動
の両方を非保存力で減衰する手段と、ベ−タトロン・チ
ュ−ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近
傍に設定する手段とを設け、両方の振動の減衰率を同程
度にすることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、非保
存力で減衰する手段は、確率冷却法による手段であるこ
とを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２において、非保
存力で減衰する手段は、レーザ冷却法による手段である
ことを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項５】 請求項１または請求項２において、非保
存力で減衰する手段は、放射光発生による放射減衰作用
を用いる手段であることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項６】 請求項１または請求項２において、非保
存力で減衰する手段は、電子冷却法による手段であるこ
とを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項７】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわりの
安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速
するための高周波加速電場を励振させるための空胴と、
前記荷電粒子を閉じ込める真空容器を備える粒子加速器
において、平衡軌道に対して横方向のベ−タトロン振動
の加速器一周あたりの振動数であるベ−タトロン・チュ
−ンをシンクロ・ベ−タトロン和共鳴あるいはその近傍
に設定する手段と、平衡軌道上に高調波の電磁場を励振
させる手段とを設け、前記荷電粒子が形成する荷電粒子
ビ−ムのエネルギの広がりとビ−ムサイズをともに小さ
くすることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項８】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわりの
安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を加速
するための高周波加速電場を励振させるための空胴と、
前記荷電粒子を閉じ込める真空容器を備える粒子加速器
において、平衡軌道上に磁場成分を有する偏向電磁場を
空胴を用いて励振させる手段と、その空胴の共振周波数
を偏向電磁場の励振周波数からずらす手段とを設け、前
記荷電粒子が形成する荷電粒子ビ−ムのエネルギの広が
りとビ−ムサイズをともに小さくすることを特徴とする
粒子加速器。 - 【請求項９】 請求項７または請求項８において、請求
項７における高調波電磁場あるいは請求項８における偏
向電磁場の励振周波数を高周波加速電場の励振周波数の
整数倍あるいは半整数倍にして高周波加速電場と同期さ
せる手段を設けたことを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１０】 請求項７において、高調波電磁場が高
周波加速電場と同じ電磁波モ−ドであることを特徴とす
る粒子加速器。 - 【請求項１１】 請求項７において、高調波電磁場が平
衡軌道上に磁場成分を有する偏向電磁場であることを特
徴とする粒子加速器。 - 【請求項１２】 請求項７乃至請求項１１のいずれかに
おいて、高調波電磁場あるいは偏向電磁場の励振周波数
を高周波加速電場の励振周波数の整数倍に設定した場
合、エネルギ振動の加速器一周あたりの振動数であるシ
ンクロトロン・チュ−ン及び平衡軌道に対して横方向の
ベ−タトロン振動の加速器一周あたりの振動数であるベ
−タトロン・チュ−ンに関して、シンクロトロン・チュ−
ンの整数倍とベ−タトロン・チュ−ンの和がほぼ整数に
なるように設定することを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１３】 請求項７乃至請求項１１のいずれかに
おいて、高調波電磁場あるいは偏向電磁場の励振周波数
を高周波加速電場の励振周波数の半整数倍に設定した場
合、シンクロトロン・チュ−ンの整数倍とベ−タトロン・
チュ−ンの和がほぼ半整数になるように設定することを
特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１４】 請求項１乃至請求項７のいずれかにお
いて、シンクロ・ベ−タトロン和共鳴を空胴における粒
子軌道のエネルギ分散性によって起こす手段を備えるこ
とを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１５】 請求項１乃至請求項７のいがれかにお
けるシンクロ・ベ−タトロン和共鳴を平衡軌道上に磁場
成分を有する偏向電磁場で起こす手段を備えることを特
徴とする粒子加速器。 - 【請求項１６】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわり
の安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を閉
じ込める真空容器を備える粒子加速器において、荷電粒
子ビ−ムを入射する際における空間電荷効果によるベ−
タトロン・チュ−ンのシフト量を補正する手段を有する
ことを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１７】 請求項１乃至請求項１５のいずれかに
おいて、荷電粒子ビ−ムを入射する際における空間電荷
効果によるベ−タトロン・チュ−ンのシフト量を補正す
る手段を有することを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１８】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわり
の安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を閉
じ込める真空容器を備える粒子加速器において、荷電粒
子ビ−ムを入射する際における空間電荷効果によるベ−
タトロン・チュ−ンのシフト量を見込んで、あらかじめ
ベ−タトロン・チュ−ンを反対方向にずらしておく手段
を備えることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項１９】 請求項１乃至請求項１５のいずれかに
おいて、荷電粒子ビ−ムを入射する際における空間電荷
効果によるベ−タトロン・チュ−ンのシフト量を見込ん
で、あらかじめベ−タトロン・チュ−ンを反対方向にず
らしておく手段を備えることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項２０】 荷電粒子の平衡軌道およびそのまわり
の安定軌道を形成する磁石系装置と、前記荷電粒子を閉
じ込める真空容器を備える粒子加速器において、平衡軌
道上に磁場成分を有する偏向電磁場が励振できる空胴
と、その空胴の共振周波数を荷電粒子ビ−ムの周回周波
数の整数倍からずらしておく手段とを設け、その空胴に
は外部から偏向電磁場を印加せずに荷電粒子ビ−ムが形
成する集団場のみを励振させることにより、前記荷電粒
子が形成する荷電粒子ビ−ムのビ−ムサイズを小さくす
ることを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項２１】 請求項８または請求項２０において、
偏向電磁場が励振できる空胴の共振周波数のずれをΔ
ｆ、荷電粒子ビ−ムの周回周波数の整数倍（ｈd倍）を
ｆ、ベ−タトロン・チュ−ンの端数をΔν（−0.5≦Δν
＜0.5）として、ΔｆをほぼΔｆ＝（ｆ／ｈd）Δνに設
定することを特徴とする粒子加速器。 - 【請求項２２】 請求項２０において、粒子加速器に偏
向電磁場が励振できる空胴を複数個設け、それらの一部
の空胴に荷電粒子ビームによって集団場を励振させ、そ
の集団場を増幅してタイミング調整し、偏向電磁場が励
振できる別の空胴に増幅した電磁場を投入する手段を設
けて冷却効率を高めたことを特徴とする粒子加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22731292A JPH0676997A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 粒子加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22731292A JPH0676997A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 粒子加速器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676997A true JPH0676997A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16858832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22731292A Pending JPH0676997A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 粒子加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676997A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112616237A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-06 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种产生准正弦波脉冲电子束的方法、系统和可读介质 |
-
1992
- 1992-08-26 JP JP22731292A patent/JPH0676997A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112616237A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-06 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种产生准正弦波脉冲电子束的方法、系统和可读介质 |
| CN112616237B (zh) * | 2020-12-07 | 2023-08-11 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种产生准正弦波脉冲电子束的方法、系统和可读介质 |
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