JPH07335398A - 荷電粒子ビームダンプ装置 - Google Patents

荷電粒子ビームダンプ装置

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JPH07335398A
JPH07335398A JP6131772A JP13177294A JPH07335398A JP H07335398 A JPH07335398 A JP H07335398A JP 6131772 A JP6131772 A JP 6131772A JP 13177294 A JP13177294 A JP 13177294A JP H07335398 A JPH07335398 A JP H07335398A
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deflecting
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Yasushi Takeda
靖 武田
Souken Takei
早憲 武井
Teruji Matsuzaki
輝治 松崎
Masataka Mizobata
正隆 溝端
Hiroyuki Tsuchidate
裕幸 土舘
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Electric Corp
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Electric Corp
Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 荷電粒子ビームをその軌道を偏向させながら
ビームダンプ本体に衝突させて消滅させるものにおい
て、ビームダンプ本体の局部的な発熱を防止する。 【構成】 2つの偏向電磁石をその磁束の方向が直交す
るように配置して、90゜の位相差をもち周期的に強度
の変化する励磁電流を供給する2つの交流電源装置で励
磁し、荷電粒子ビームを偏向してビームダンプ本体へ螺
旋状の軌跡を描きながら入射するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば荷電粒子ビー
ム加速設備に利用される荷電粒子ビームダンプ装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図12は例えば特開昭63−20289
6号公報に示されたビームダンプ装置の原理図である。
図において1は荷電粒子ビーム発生装置、2は荷電粒子
ビーム加速管であり、1、2で直線加速形の荷電粒子ビ
ーム加速装置を構成している。3は荷電粒子ビームを偏
向させるための偏向電磁石、5は偏向電磁石励磁用の直
流電源、6は偏向電磁石励磁用の交流電源、4は荷電粒
子ビームのエネルギーを吸収させるためのビームダンプ
本体、7は偏向前のビーム軌道、8は偏向後のビーム軌
道をそれぞれ示している。
【0003】次に動作について説明する。荷電粒子ビー
ム加速装置1、2より出射された荷電粒子ビーム7は、
偏向電磁石3を励磁することにより偏向されて、ビーム
ダンプ本体4に入射され、熱エネルギーとなって消滅す
る。偏向電磁石を直流電源5と交流電源6とにより直流
電流に交流電流を重畳させて励磁することにより、荷電
粒子ビーム7は、その軌道が同一平面状を左右に振られ
ながらビームダンプ本体4に入射されるのでビームダン
プ本体での局部集中が防止できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のビームダンプ装
置は以上のように局部的な発熱を防止できるように構成
されているが、強度の大きな荷電粒子ビームに対しては
入射面積あたりの入射エネルギーが大きくなり、入射面
が損傷しあるいは融解する恐れがあるという欠点があっ
た。
【0005】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、ビームダンプ本体に入射さ
れるビームを立体的に拡散させて、ビームダンプ本体へ
の入射エネルギーをより分散させることにより、信頼性
の高い荷電粒子ビームダンプ装置を得ることを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る荷電粒子
ビームダンプ装置は、請求項1として、位相差をもち周
期的に強度の変化する偏向エネルギーを供給する複数の
偏向エネルギー供給手段から偏向エネルギーを供給さ
れ、荷電粒子ビームの偏向方向がそれぞれ空間的に異な
る方向になるように配置された複数のビーム偏向手段を
有するようにしたものである。
【0007】また、請求項2として、異なった回転数で
回転する複数の2極偏向磁石を有し、それぞれの2極偏
向磁石により荷電粒子ビームの軌道を偏向させるように
したようにしたものである。
【0008】また、請求項3として、回転する偏向磁石
および固定した交流の偏向エネルギーの供給を受けるビ
ーム偏向手段とを有し、回転する偏向磁石およびビーム
偏向手段とにより荷電粒子ビームの軌道を偏向するよう
にしたものである。
【0009】
【作用】この発明におけるビームダンプ装置は、請求項
1によれば、ビームダンプ本体に入射するビームの軌跡
が螺旋状に分散し、ビームダンプ本体の単位面積あたり
の吸収エネルギーが低くなる。
【0010】また、請求項2によれば、2台の2極電磁
石を異なった回転数で回転させることにより、荷電粒子
ビームの軌跡は多重円を描きながら円周方向にずれる形
で分散することになり、ビームダンプ本体の単位面積あ
たりの吸収エネルギーを低くなる。
【0011】また、請求項3によれば、回転する2極偏
向磁石と固定した交流偏向電磁石により、ビームダンプ
本体に入射する荷電粒子ビームの軌跡が、波形を描きな
がら円周方向にずれて分散することになり、ビームダン
プ本体の単位面積あたりの吸収エネルギーを低くなる。
【0012】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例1を図に基づいて説
明する。図1はこの発明の実施例1における荷電粒子ビ
ームダンプ装置の概略構成を示す側面図である。図にお
いて1、2、4、7は従来例と同様であり、説明は省略
する。3a、3bは荷電粒子ビームの軌道を偏向させる
ための偏向電磁石であり、図のように磁束の方向が直交
するように配置してある。6a、6bは電磁石3a、3
bを励磁するための交流電源装置であり、それぞれの出
力電流に90゜の位相差をつけ、またその大きさを交流
電源の周期より大きい周期で連続的かつ同期して変化す
るように構成されている。9は真空ダクトである。図3
に交流電源6a、6bの励磁電流の変化の一例を示す。
【0013】次に動作について説明する。荷電粒子ビー
ム7は、交流電源装置6a、6bの90゜の位相差をも
ちその大きさが連続的かつ同期して変化する交流電流に
より励磁された偏向電磁石3a、3bで偏向されるの
で、螺旋状の軌跡を描きながらビームダンプ本体へ入射
される。この様子を図2に示す。この実施例では、2つ
の偏向電磁石はその磁束の方向が直交するように配置さ
れ、交流電源装置の出力電流は90゜の位相差をもつも
のとしているが、ビームダンプ本体の荷電粒子ビーム入
射面の形状を適当な楕円面に設定すれば、偏向磁石の磁
束方向は任意の角度とすることができ、また交流電源装
置の出力電流は任意の位相差をもつものとすることが可
能である。またその大きさも適当かつ段階的に変化する
ようにすれば、必ずしも同期して変化する必要はない。
【0014】つぎに、実施例1の第1の変形例について
説明する。この変形例においては荷電粒子ビームの偏向
手段として静電偏向を用いている。図4はこの発明の実
施例1の第1の変形例におけるビームダンプ装置の概略
構成を示す側面図である。図において10a、10bは
ビーム軌道を偏向させるための偏向電極であり、図のよ
うに90゜直交して配置されている。11a、11bは
偏向電極用交流電圧電源であり、上記実施例1と同様に
それぞれの出力電圧は90゜の位相差をもち、かつその
大きさは連続的かつ同期して変化するように構成されて
いる。交流電圧電源11a、11bにより印加される偏
向電極10a、10bの電圧の変化は実施例1における
電流の変化と同等であり、その動作も上記実施例1と同
等である。偏向電極は小型でよく真空ダクト中に設置で
き、かつ電源容量が小さくてすむ等の利点がある。
【0015】つぎに、実施例1の第2の変形例について
説明する。この変形例においては荷電粒子ビームの偏向
手段として多相交流で励磁する多極電磁石を用いてい
る。図5は、この発明の実施例1の第2の変形例におけ
る荷電粒子ビームダンプ装置の概略構成図。図6はその
原理図を示す側面図である。図において、13は6極電
磁石、14は3相交流電源、15は電流増減装置であ
る。6極電磁石13の対向するそれぞれ2つの磁極は3
相交流電源14の同一相で励磁されており各磁極中央の
空間には回転磁場が形成されている。これは上記実施例
1における2つの偏向電磁石を1箇所にまとめたものと
同等なものと見ることができる。動作も上記実施例1と
同等である。なお、電磁石は6極に限ることなく2対以
上の磁極からなる多極電磁石であれば同等の効果をもた
らすことは明かである。また、第1の変形例と同様、電
磁石にかえて偏向電極を用いることができることはいう
までもない。
【0016】実施例2.以下、この発明の実施例2を図
に基づいて説明する。図7はこの発明の実施例2におけ
るビームダンプ装置の概略構成を示す側面図である。図
において16a、16bは2極永久磁石、17は回転装
置である。
【0017】次に動作について説明する。直線荷電粒子
ビーム7は、図8の原理図に示すように2極偏向磁石で
偏向されるが、2極偏向磁石16a、16bは回転装置
17で異なる回転数で自転しているため、ビームダンプ
への入射軌跡は図9に示すように円を描きながら公転す
るような軌跡となる。偏向磁石16a、16bは永久磁
石としてもよく外部から励磁される電磁石としてもよ
い。永久磁石を用いる場合は電磁石電源が不要となり、
安価で信頼性の高い荷電粒子ビームダンプ装置が得られ
る。以上の説明では、偏向磁石が2つの場合について述
べたが、3つ以上の偏向磁石で構成することも可能であ
る。
【0018】実施例3.以下、この発明の実施例3を図
に基づいて説明する。図10はこの発明の実施例4にお
けるビームダンプ装置の概略構成を示す側面図である。
図において16aは2極偏向磁石であり回転装置17で
回転するようになされている。3は交流電源6で励磁さ
れる偏向電磁石である。
【0019】次に動作について説明する。荷電粒子ビー
ム7は交流電源6で励磁された偏向電磁石により偏向さ
れ、さらに2極偏向磁石16aが回転装置17にて回転
するため荷電粒子ビーム8は図11に示すように王冠状
の入射軌跡となって拡散し、ビームダンプ本体へ入射さ
れる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項1で
は、位相差をもち周期的に強度の変化する偏向エネルギ
ーを供給する複数の偏向エネルギー供給手段から偏向エ
ネルギーを供給され、荷電粒子ビームの偏向方向がそれ
ぞれ空間的に異なる方向になるように配置された複数の
ビーム偏向手段を有するようにしたので、荷電粒子ビー
ムの拡散量が任意に選べるので、荷電粒子ビーム拡散量
を最も効果的な冷却が可能な状態とすることが可能で、
荷電粒子ビームダンプ装置を小型で安価にすることがで
き、同時に信頼性を高くすることができる。また機械的
駆動部がないので信頼性が高く、高速に荷電粒子ビーム
拡散ができる等、品質が向上する。また、製作が容易で
あり安価にできる。
【0021】また、請求項2では、荷電粒子ビームを異
なった回転数で回転する複数の偏向磁石を有し、それぞ
れの2極偏向磁石により荷電粒子ビームの軌道を偏向さ
せるようにしたようにしたので、ビームダンプ本体での
エネルギー集中がなくなり、ビームダンプ本体の冷却が
容易になる。
【0022】また、請求項3では、回転する2極偏向磁
石および交流の偏向エネルギーの供給を受けるビーム偏
向手段とを有し、2極偏向磁石およびビーム偏向手段と
により荷電粒子ビームの軌道を偏向するようにしたの
で、ビームダンプ本体でのエネルギー集中がなくなり、
ビームダンプ本体の冷却が容易になる。回転する偏向磁
石により荷電粒子ビームを円形に掃引しているので、交
流電磁石の励磁は一定の強度でよく、電源は単純な交流
電源とすることができ、安価になる。また、回転する偏
向磁石と交流電磁石の2つの異なる偏向手段を組合せて
いるので、いずれかが故障した場合にも一方が動作すれ
ば、ビームダンプ本体の損傷を軽減できる等の利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1における荷電粒子ビームダ
ンプ装置の側面図である。
【図2】この発明の実施例1における荷電粒子ビームの
ビームダンプ本体上でのビーム軌跡を示す。
【図3】この発明の実施例1における交流電源の励磁電
流の変化の一例を示す。
【図4】この発明の実施例1の第1の変形例におけるビ
ームダンプ装置の側面図である。
【図5】この発明の実施例1の第2の変形例における荷
電粒子ビームダンプ装置の概略構成図である。
【図6】この発明の実施例1の第2の変形例における荷
電粒子ビームダンプ装置の原理図を示す側面図である。
【図7】この発明の実施例2におけるビームダンプ装置
の側面図である。
【図8】この発明の実施例2におけるビームダンプ装置
の原理図である。
【図9】この発明の実施例2における荷電粒子ビームの
ビームダンプ本体上でのビーム軌跡を示す。
【図10】この発明の実施例3におけるビームダンプ装
置の側面図である。
【図11】この発明の実施例3における荷電粒子ビーム
のビームダンプ本体上でのビーム軌跡を示す。
【図12】従来のビームダンプ装置の原理図である。
【符号の説明】
1 荷電粒子ビーム発生装置 2 荷電粒子ビーム加速管 3 偏向電磁石 4 ビームダンプ本体 5 直流電源 6 交流電源 7、8 ビーム軌道 9 真空ダクト 10a、10b 偏向電極 11a、11b 交流電圧電源 13 6極電磁石、 14 3相交流電源、 15 電流増減装置 16a、16b 2極偏向磁石 17 回転装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 輝治 神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番2号 三 菱電機株式会社神戸製作所内 (72)発明者 溝端 正隆 神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番2号 三 菱電機株式会社神戸製作所内 (72)発明者 土舘 裕幸 神戸市兵庫区和田崎町1丁目1番2号 三 菱電機株式会社神戸製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームをその軌道を偏向させな
    がらビームダンプ本体に衝突させて消滅させるものにお
    いて、第1の交番周期を有しかつ位相差をもつとともに
    その強度が前記第1の周期より大きい第2の周期で変化
    する偏向エネルギーを供給する複数の偏向エネルギー供
    給手段から偏向エネルギーを供給され、上記荷電粒子ビ
    ームの偏向方向がそれぞれ空間的に異なる方向になるよ
    うに配置された複数のビーム偏向手段を有することを特
    徴とする荷電粒子ビームダンプ装置。
  2. 【請求項2】 荷電粒子ビームをその軌道を偏向させな
    がらビームダンプ本体に衝突させて消滅させるものにお
    いて、異なった回転数で回転する複数の2極偏向磁石を
    有し、それぞれの2極偏向磁石により上記荷電粒子ビー
    ムの軌道を偏向させるようにしたことを特徴とする荷電
    粒子ビームダンプ装置。
  3. 【請求項3】 荷電粒子ビームをその軌道を偏向させな
    がらビームダンプ本体に衝突させて消滅させるものにお
    いて、回転する偏向磁石および固定して交流の偏向エネ
    ルギーの供給を受けるビーム偏向手段とを有し、該2極
    偏向磁石および該ビーム偏向手段とにより上記荷電粒子
    ビームの軌道を偏向するようにしたことを特徴とする荷
    電粒子ビームダンプ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009279046A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Hitachi Ltd 粒子線治療システム

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