JPH0746640B2 - シンクロトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は荷電粒子を曲路内に通しそれにより無線周波加
速空胴を、くり返し通過するようにしてそのエネルギー
を増加させるためのシンクロトロンに関する。

〔従来技術〕

シンクロトロンは、荷電粒子またはそれにより放射され
る放射線を利用する多くの研究および製造面で使用され
ている。ある応用面では荷電粒子は電子であり１Åから
1100Åの範囲の波長を有する「軟」Ｘ線領域の放射線を
出すようになっており、この放射線は電子の通路の接線
方向に出るものであって横方向に狭角のアーク状ビーム
として放出される。

従来の抵抗型電磁石を用いてこの範囲の放射を発生する
にはシンクロトロンの寸法は極めて大きくなければなら
ず、例えば電子を用いるシンクロトロンにおけるＸ線リ
ソグラフィに必要な周波数の放射線を出すにはシンクロ
トロンは直径10メートル以上となってしまう。

所要の曲路内で電子を加速するに必要な磁場を発生する
ために超電導電磁石を用いるとその装置はかなり小型化
するであろうが、それでも依然として極めて大型であり
製造コストが高くなる。例えば超電導体コイルを円形に
しその中心に無線周波加速空胴を配置することが提案さ
れている。しかしながらこの加速空胴はかなり大きなも
のであるから磁石装置の寸法、重量、磁力レベルおよび
蓄積されるエネルギーが大きく、そのために製造コスト
が大となる。特にこの系の蓄積する磁気エネルギーの量
が大きので大きな電源が必要である。

〔発明の目的〕

本発明はシンクロトロンにおける磁石の寸法、重量、磁
力レベルおよび蓄積エネルギーを最少にし、シンクロト
ロンを小型化することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は荷電粒子を曲路に沿って加速するように配置さ
れ、前記曲路が少なくともひとつの直線部分を与えるよ
うに間隔をおかれた少なくとも２群の超電導コイルと、
前記粒子を動作エネルギーまで加速するために前記直線
部分に沿って配置された変圧器とを備えたシンクロトロ
ンにおいて、前記少なくとも２群の超電導コイルは、少
なくとも１個のコイルが所要の前記曲路にほぼ平行とな
るように曲がった主往アームおよび主復アームを有し、
かつ少なくとも１個のコイルが前記曲路にほぼ平行とな
るように曲がった主往アームと前記曲路の一端から他端
に向って、真っ直ぐに延びる主復アームとを有すること
を特徴とする。

このシンクロトロンにおけるこれらコイル群は曲路内に
少なくとも２つの直線部分をつくるような間隔を有し、
無線周波加速空胴はこれら直線部分の一方に沿って配置
されることが望ましい。

またこのシンクロトロンは２群の超電導コイルを有し、
一方のコイル群が荷電粒子をほぼ90°偏向させる曲路を
有するように荷電粒子に対し「レーストラック」型通路
を与えるようにこれらコイル群の間に間隔を置かれるこ
とが望ましい。

要するに、より小さな加速器に対しては、完全な円の形
の曲がりを提供可能である。小さな加速器のために、荷
電粒子の曲線状の軌道に沿った曲げられた巻線を持つ必
要があることは明確である。しかし、加速器の設計にお
いて完全な円は厳しい制限を課せられる。なぜなら、荷
電粒子ビームの全体の軌道は磁石コイルにより制限され
る。つまり、磁石コイルには無線周波加速空洞のような
シンクロトロン加速器内に必要な他のコンポーネントの
ための小さな空間を必要とする。

そこで、本発明の目的は、換言すれば、“レーストラッ
ク”の如き形状の軌道を持つ小型加速器を作成可能にす
ることにある。そのレーストラック形状の２つの直線部
分は磁石の外側でありかつ上記付加コンポーネントの内
蔵のためにクリアな空間を許容する。レーストラック形
状の軌道を可能とするために、本発明によって、超電導
コイルによるＤ字状の２つの小型磁石を持つことが可能
となり、目的が達成されることとなる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図示の実施例に基づいて説明する。第１図
において電子が従うべき通路10が一点鎖線で示されてい
る。通路10は半円部分11,12を有し、これらが直線部分1
3,14により結合されて「レーストラック」（長円型の競
走路）形を形成する。通路10の全体は図示されない真空
チャンバ内に配置される。このチャンバ内には２個の低
温容器16,17があり１組の超電導コイルを含んでいる。

電子は、約100KeVのエネルギーレベルで所要の電子通路
の部分14に電子を注入するインジェクタ22により本装置
に注入される。これら電子は磁心25と一連の巻回コイル
24を有する変圧器23を通る。変圧器23は一般に「ベータ
トロン加速」として知られる変圧器作用の形で動作す
る。通路10を通る電子は見かけ上２次コイルを構成し、
そしてそれ故巻回コイル24を加えられる電流が通路10を
通る電子に影響し、この電流を適当に増加することによ
り約10MeVの所要のエネルギーレベルまでこれら電子を
加速することが出来る。

この加速は変圧器23の電流の増加を同期して容器16,17
内のコイル群の電流を増加することにより電子を通路10
内に限定しつつ行なわれる。

この「レーストラック」形通路の部分13を囲んでいるの
は無線周波加速空胴26であり、これは容器16,17内のコ
イル群の電流を更に増加するに伴って電子を10MeVから6
00MeVまでの範囲に加速する。空胴26は電子を所要のエ
ネルギーレベルに維持するものであり、エネルギー損失
を輻射の形にする。

第２図をみるに、低温容器16はケーシング20内に封入さ
れており、このケーシングは断面が矩形の凹所21を有し
ており、これはケーシングの半円形外側周辺部に設けら
れ電子の通路10を含むようになっている。超電導コイル
は６個の巻回部分からなり、その４個の巻回部分は半円
部分11に平行な主往復アームを有する。このように図示
の一番上のコイルは往アーム30aと復アーム30bを有し、
同様に他のコイルはそれぞれ部分11にほぼ平行な往アー
ム31a,32a,33aと復アーム31b,32b,33bを有する。

これらコイルのすべてはエポキシ樹脂のような非磁性非
導電性材料からなる構造体36上に配置され凹所21にほぼ
均一の磁場をつくる。

更に一対のコイル34,35が設けられ、それらのアーム34
a,35aは通路部分11に平行であるが復アーム34b,35bは通
路部分11の一端から他端に向ってその部分11の径方向に
伸びている。これらコイル34,35は凹所21全体に傾斜磁
界をつくり、この磁界の強度は凹所21の半径方向内側部
分でより大である。凹所21内に形成される磁界はコイル
30-33により発生される均一な磁界とコイル34,35により
発生される傾斜磁界の和であり、これにより電子が所要
の通路のまわりで加速される。コイル30-33による均一
な磁界は電子を通路10の半円部分11,12に沿って曲線状
に誘導することに寄与し、コイル34,35による傾斜磁界
は電子を集束させることに寄与する。

これらコイルによりつくられる磁界は電子が所望の電位
まで加速されるときに増加されねばならず、そのため構
造体36は表示電流の問題を避けるために非磁性とされ
る。材料はエポキシ樹脂の他のステンレススチールでも
よい。

クライオスタット容器は２個の支持体36,37、外壁38お
よび内部支持壁39により形成される。この容器はコイル
が4.20KHzで動作するように液体ヘリウムで満される。
コイルに対する導線は図示していないが首部40を通じて
引き出されるものであり、そしてこのクライオスタット
は冷却容器41で囲まれており、この容器41の外表面には
78°Ｋの液体窒素を含むコイル42が良好な熱的接触状態
でとりつけられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシンクロトロンの平面図、第２図
は第１図のＢ−Ｂ線における断面を異なるスケールで示
した断面図である。 10……「レーストラック」型通路、11,12……通路の半
円形部分、13,14……通路の直線部分、16,17……低温容
器、20……ケーシング、21……凹所、22……荷電粒子注
入装置、23……変圧器、24……コイル、25……磁心、26
……加速空胴、30-33……超電導コイル、36……支持
体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子を曲路に沿って加速するように配
   置され、前記曲路が少なくともひとつの直線部分を与え
   るように間隔をおかれた少なくとも２群の超電導コイル
   と、前記粒子を動作エネルギーまで加速するために前記
   直線部分に沿って配置された変圧器とを備えたシンクロ
   トロンにおいて、前記少なくとも２群の超電導コイル
   は、少なくとも１個のコイル（30,31,32,33）が所要の
   前記曲路（11,12）にほぼ平行となるように曲がった主
   往アームおよび主復アームを有し、かつ少なくとも１個
   のコイル（34,35）が前記曲路（11,12）にほぼ平行とな
   るように曲がった主往アームと前記曲路の一端から他端
   に向って真っ直ぐに延びる主復アームとを有することを
   特徴とするシンクロトロン。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のシンクロトロ
   ンにおいて、前記コイル群（16,17）は前記曲路に少な
   くとも２個の直線部分（13,14）を与えるように間隔を
   とられており、無線周波加速空洞（26）が前記２個の直
   線部分（13,14）のひとつに沿って配置されることを特
   徴とするシンクロトロン。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載のシ
   ンクロトロンにおいて、前記コイル群（16,17）は荷電
   粒子に対し「レーストラック」型通路（10）をつくるよ
   うに間隔を与えられ、夫々の超電導コイル群（30-35）
   が荷電粒子をほぼ180°偏向させる曲がった通路を形成
   することを特徴とするシンクロトロン。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
   れかに記載のシンクロトロンにおいて、前記コイルは前
   記通路（10）のまわりで対称的に対（30,33:31,32:34,3
   5）として配置されることを特徴とするシンクロトロ
   ン。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載のシンクロトロンにおいて、電子注入装置
   （22）が前記通路（10）に荷電粒子を注入するために配
   置されることを特徴とするシンクロトロン。