JPH08148298A - 加速器及びその運転方法 - Google Patents
加速器及びその運転方法Info
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- JPH08148298A JPH08148298A JP28311894A JP28311894A JPH08148298A JP H08148298 A JPH08148298 A JP H08148298A JP 28311894 A JP28311894 A JP 28311894A JP 28311894 A JP28311894 A JP 28311894A JP H08148298 A JPH08148298 A JP H08148298A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】空間電荷効果によるビーム損失を低減し、大電
流のビームを入射・蓄積できる小型の加速器及びその運
転方法を提供する。 【構成】加速器に空間電荷効果によるチューンの変化を
低減させるチューン変化抑制装置３を設置し、空間電荷
効果により共鳴が発生するのを防止する。チューン変化
の低減効果は、ベータトロン振動振幅が大きい粒子ほど
大きくする。 【効果】本発明によれば、真空ダクトや電磁石の大型
化，電源容量の増大をすることなく、空間電荷効果によ
るビーム損失を低減し、大電流のビームを入射・蓄積す
ることができる。
流のビームを入射・蓄積できる小型の加速器及びその運
転方法を提供する。 【構成】加速器に空間電荷効果によるチューンの変化を
低減させるチューン変化抑制装置３を設置し、空間電荷
効果により共鳴が発生するのを防止する。チューン変化
の低減効果は、ベータトロン振動振幅が大きい粒子ほど
大きくする。 【効果】本発明によれば、真空ダクトや電磁石の大型
化，電源容量の増大をすることなく、空間電荷効果によ
るビーム損失を低減し、大電流のビームを入射・蓄積す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加速器に係り、特に荷電
粒子ビームを周回させる周回型加速器に好適な加速器に
関する。
粒子ビームを周回させる周回型加速器に好適な加速器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に示す従来の周回型加速器では、入
射の過程で、入射用パルス電磁石９を励磁しながら、前
段加速器１６から出射したビーム１０２を入射器１５に
より加速リングに入射していた。
射の過程で、入射用パルス電磁石９を励磁しながら、前
段加速器１６から出射したビーム１０２を入射器１５に
より加速リングに入射していた。
【０００３】リングに入射された荷電粒子は、設計軌道
１を中心として真空ダクト１０の内側を左右及び上下に
振動しながら周回する。これをベータトロン振動とい
う。ベータトロン振動の周回軌道一周あたりの振動数を
チューンという。このチューンの小数部が０.５ 又は０
に近づくと、ベータトロン振動に共鳴が発生し、ベータ
トロン振動の振幅が増加する。その結果、ビームは真空
ダクト１０に衝突して失われる。チューンは、収束用４
極電磁石５及び発散用４極電磁石６の磁場勾配により変
化する。
１を中心として真空ダクト１０の内側を左右及び上下に
振動しながら周回する。これをベータトロン振動とい
う。ベータトロン振動の周回軌道一周あたりの振動数を
チューンという。このチューンの小数部が０.５ 又は０
に近づくと、ベータトロン振動に共鳴が発生し、ベータ
トロン振動の振幅が増加する。その結果、ビームは真空
ダクト１０に衝突して失われる。チューンは、収束用４
極電磁石５及び発散用４極電磁石６の磁場勾配により変
化する。
【０００４】図３に図２の収束用４極電磁石５の磁極１
２の形状（図２のＡ−Ａ′断面）を示す。発散用４極電
磁石６の磁極形状も同一である。図３の原点である設計
軌道１からの水平方向距離をｘで、垂直方向距離をｙで
表す。収束用４極電磁石５は水平方向にビームを収束さ
せ、垂直方向にビームを発散させる。発散用４極電磁石
６は水平方向にビームを発散させ、垂直方向にビームを
収束させる。また、４極電磁石では、設計軌道１からの
距離に応じて磁場強度が直線的に変化する。前述したよ
うに、チューンは４極電磁石の磁場勾配で決まるから、
ビームを安定に周回させるために、チューンの小数部が
０.５ 及び０から離れるように収束用４極電磁石５及び
発散用４極電磁石６の励磁量を設定していた。
２の形状（図２のＡ−Ａ′断面）を示す。発散用４極電
磁石６の磁極形状も同一である。図３の原点である設計
軌道１からの水平方向距離をｘで、垂直方向距離をｙで
表す。収束用４極電磁石５は水平方向にビームを収束さ
せ、垂直方向にビームを発散させる。発散用４極電磁石
６は水平方向にビームを発散させ、垂直方向にビームを
収束させる。また、４極電磁石では、設計軌道１からの
距離に応じて磁場強度が直線的に変化する。前述したよ
うに、チューンは４極電磁石の磁場勾配で決まるから、
ビームを安定に周回させるために、チューンの小数部が
０.５ 及び０から離れるように収束用４極電磁石５及び
発散用４極電磁石６の励磁量を設定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
次のような問題点が有った。
次のような問題点が有った。
【０００６】入射されたビーム内の荷電粒子間にはクー
ロン力による反発力が働く。この反発力、即ち空間電荷
効果はビームに発散作用を与え、収束用４極電磁石の収
束作用を低下させる。その結果、水平方向・垂直方向い
ずれについてもチューンが低下する。この空間電荷効果
によるチューンの変化については、月刊フィジクスVol.
6, No. 1, pp.11−13(1985)に記載されており、ビーム
の電流量に比例する。従って、大電流の荷電粒子ビーム
を入射・蓄積するとチューンの低下が大きく、チューン
の小数部が０又は０.５になる。チューンの小数部が０
又は０.５になるとベータトロン振動に共鳴が発生しベ
ータトロン振動の振幅が増大するため、ビーム損失が生
じる可能性が高かった。
ロン力による反発力が働く。この反発力、即ち空間電荷
効果はビームに発散作用を与え、収束用４極電磁石の収
束作用を低下させる。その結果、水平方向・垂直方向い
ずれについてもチューンが低下する。この空間電荷効果
によるチューンの変化については、月刊フィジクスVol.
6, No. 1, pp.11−13(1985)に記載されており、ビーム
の電流量に比例する。従って、大電流の荷電粒子ビーム
を入射・蓄積するとチューンの低下が大きく、チューン
の小数部が０又は０.５になる。チューンの小数部が０
又は０.５になるとベータトロン振動に共鳴が発生しベ
ータトロン振動の振幅が増大するため、ビーム損失が生
じる可能性が高かった。
【０００７】また、この共鳴によるビーム損失を防止す
るために真空ダクトを大きくすると、電磁石が大型化し
電源容量が増大するので、加速器が大型となりコストが
高くなる恐れがあった。
るために真空ダクトを大きくすると、電磁石が大型化し
電源容量が増大するので、加速器が大型となりコストが
高くなる恐れがあった。
【０００８】本発明の目的は、空間電荷効果によるビー
ム損失を低減し、大電流のビームを加速・蓄積できる小
型の加速器及びその運転方法を提供することにある。
ム損失を低減し、大電流のビームを加速・蓄積できる小
型の加速器及びその運転方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏
向電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極
電磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備え
る加速器において、更に、前記ビームの空間電荷効果に
よるベータトロン振動の共鳴を防止する共鳴防止手段を
備えたことを特徴とする。
に、本発明は、周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏
向電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極
電磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備え
る加速器において、更に、前記ビームの空間電荷効果に
よるベータトロン振動の共鳴を防止する共鳴防止手段を
備えたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】加速器の周回軌道上を周回するビームはベータ
トロン振動をしている。１周当たりのビームのベータト
ロン振動数即ちチューンは４極電磁石の磁場強度により
変化するが、大電流が入射されるとチューンはビームの
空間電荷効果により減少する。
トロン振動をしている。１周当たりのビームのベータト
ロン振動数即ちチューンは４極電磁石の磁場強度により
変化するが、大電流が入射されるとチューンはビームの
空間電荷効果により減少する。
【００１１】チューンの減小量Δνは次式で与えられ、
ビーム電流値（即ち電荷量）が大きいほど、ビーム速度
が小さいほど、チューンの減小量は大きい。
ビーム電流値（即ち電荷量）が大きいほど、ビーム速度
が小さいほど、チューンの減小量は大きい。
【００１２】
【数１】 Δν＝−（ｑ2ｒ0ＲＮ）／（２Ａνβ2γ3Ｓ） …（数１） ここで、ｑは電荷量、ｒ0 は電子の古典半径、Ｒは加速
器の平均半径、Ｎは荷電粒子数、Ａは質量数、νはチュ
ーン、βはビーム速度と光速の比、γは（１−β)
-0・5 、Ｓはビームの断面積である。
器の平均半径、Ｎは荷電粒子数、Ａは質量数、νはチュ
ーン、βはビーム速度と光速の比、γは（１−β)
-0・5 、Ｓはビームの断面積である。
【００１３】チューンが減小しチューンの小数部が０.
５ あるいは０になると、ベータトロン振動に共鳴が生
じ、ビームの変位が急激に増加する。これが、空間電荷
効果によるビーム損失の原因である。
５ あるいは０になると、ベータトロン振動に共鳴が生
じ、ビームの変位が急激に増加する。これが、空間電荷
効果によるビーム損失の原因である。
【００１４】本発明では、ビームの空間電荷効果による
ベータトロン振動の共鳴を防止する共鳴防止手段を備え
ているので、共鳴によりビームの変位が増加し、真空ダ
クトに衝突してビームが失われることを防止できる。
ベータトロン振動の共鳴を防止する共鳴防止手段を備え
ているので、共鳴によりビームの変位が増加し、真空ダ
クトに衝突してビームが失われることを防止できる。
【００１５】特に、図４に示すように、ベータトロン振
動振幅の大きな粒子のチューンを高めておくと、数１に
示されるチューンの減小が生じても共鳴は発生しない。
（図４は、チューンの小数部を０.５ から１の間に設定
した場合を示している。）また、ベータトロン振動振幅
が小さな粒子については、空間電荷効果によるチューン
の減小で共鳴が発生しても、ベータトロン振動振幅が増
加するに伴いチューンが初期の所望値に近づくので、共
鳴が停止しベータトロン振動の増加が停止する。従っ
て、ビームの損失を防止できる。
動振幅の大きな粒子のチューンを高めておくと、数１に
示されるチューンの減小が生じても共鳴は発生しない。
（図４は、チューンの小数部を０.５ から１の間に設定
した場合を示している。）また、ベータトロン振動振幅
が小さな粒子については、空間電荷効果によるチューン
の減小で共鳴が発生しても、ベータトロン振動振幅が増
加するに伴いチューンが初期の所望値に近づくので、共
鳴が停止しベータトロン振動の増加が停止する。従っ
て、ビームの損失を防止できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。図
１は本発明を医療用加速器に適用した第１の実施例を示
し、エネルギーがおよそ２０ＭｅＶのプロトンを入射・
加速し、その後出射して癌細胞への照射治療などに利用
するものである。本実施例の加速器は、プロトンビーム
（以下、ビームと呼ぶ）を発生し出射する前段加速器１
６，ビームを周回型加速器１１１へ輸送する入射ビーム
輸送系１７，ビームを周回型加速器１１１へ入射するた
めの入射器１５及び入射用パルス電磁石９，ビームにエ
ネルギーを与える高周波加速空胴８，ビームの軌道を曲
げる偏向電磁石２，ビームのベータトロン振動を制御す
る収束用４極電磁石５及び発散用４極電磁石６，ビーム
を周回型加速器１１１から出射するための出射器４及び
出射用パルス電磁石２０，出射器４から出射したビーム
を照射室３０へ輸送する出射ビーム輸送系１９，ビーム
を用いて照射治療を行う照射室３０などから構成されて
いる。
１は本発明を医療用加速器に適用した第１の実施例を示
し、エネルギーがおよそ２０ＭｅＶのプロトンを入射・
加速し、その後出射して癌細胞への照射治療などに利用
するものである。本実施例の加速器は、プロトンビーム
（以下、ビームと呼ぶ）を発生し出射する前段加速器１
６，ビームを周回型加速器１１１へ輸送する入射ビーム
輸送系１７，ビームを周回型加速器１１１へ入射するた
めの入射器１５及び入射用パルス電磁石９，ビームにエ
ネルギーを与える高周波加速空胴８，ビームの軌道を曲
げる偏向電磁石２，ビームのベータトロン振動を制御す
る収束用４極電磁石５及び発散用４極電磁石６，ビーム
を周回型加速器１１１から出射するための出射器４及び
出射用パルス電磁石２０，出射器４から出射したビーム
を照射室３０へ輸送する出射ビーム輸送系１９，ビーム
を用いて照射治療を行う照射室３０などから構成されて
いる。
【００１７】また、ビームの空間電荷効果によるチュー
ンの変化を抑制するためのチューン変化抑制装置３とし
て８極電磁石を、チューン変化抑制装置３の励磁量を調
整してビーム電流を最大とするために使用するビーム電
流測定装置１１を設置している。尚、図１の１０は真空
ダクトで、１はビームの設計軌道を示している。
ンの変化を抑制するためのチューン変化抑制装置３とし
て８極電磁石を、チューン変化抑制装置３の励磁量を調
整してビーム電流を最大とするために使用するビーム電
流測定装置１１を設置している。尚、図１の１０は真空
ダクトで、１はビームの設計軌道を示している。
【００１８】入射器１５から入射されたビームは、周回
する過程で偏向電磁石２で軌道が曲げられる。４極電磁
石の磁極形状は図３に示した形状と同一である。収束用
４極電磁石５及び発散用４極電磁石６それぞれについ
て、図３のｙ＝０の面における水平方向位置ｘと垂直方
向磁場Ｂy の関係を図５に示す。収束用４極電磁石５及
び発散用４極電磁石６のいずれについても、垂直方向磁
場Ｂy は直線的に変化する。
する過程で偏向電磁石２で軌道が曲げられる。４極電磁
石の磁極形状は図３に示した形状と同一である。収束用
４極電磁石５及び発散用４極電磁石６それぞれについ
て、図３のｙ＝０の面における水平方向位置ｘと垂直方
向磁場Ｂy の関係を図５に示す。収束用４極電磁石５及
び発散用４極電磁石６のいずれについても、垂直方向磁
場Ｂy は直線的に変化する。
【００１９】その結果、収束用４極電磁石５では、設計
軌道１（原点）からのずれに比例した大きさで原点方向
に向いた力がビームに作用する。即ち、ビームを水平方
向に収束させるようにその軌道勾配を変える機能を有す
る。また、発散用４極電磁石６は、設計軌道１からのず
れに比例した大きさの力で水平方向にビームを発散させ
るようにその軌道勾配を変える機能を有する。各々の４
極電磁石は、垂直方向には水平方向の収束，発散と反対
の機能を持つ。
軌道１（原点）からのずれに比例した大きさで原点方向
に向いた力がビームに作用する。即ち、ビームを水平方
向に収束させるようにその軌道勾配を変える機能を有す
る。また、発散用４極電磁石６は、設計軌道１からのず
れに比例した大きさの力で水平方向にビームを発散させ
るようにその軌道勾配を変える機能を有する。各々の４
極電磁石は、垂直方向には水平方向の収束，発散と反対
の機能を持つ。
【００２０】これらの４極電磁石の作用により、ビーム
は設計軌道１の周りをベータトロン振動しながら周回す
る。加速器１周あたりのベータトロン振動の振動数、即
ちチューンは、収束用４極電磁石５及び発散用４極電磁
石６の磁場勾配、即ち電磁石の励磁電流により制御でき
る。作用の欄で述べたように、ビームを安定に周回させ
るためには、チューンの小数部は０及び０.５ から離し
ておくことが必要であり、本実施例では水平方向チュー
ンνx の小数部が０.７５ 、垂直方向チューンνy の小
数部が０.２５ となるように収束用４極電磁石５及び発
散用４極電磁石６を調整しておく。
は設計軌道１の周りをベータトロン振動しながら周回す
る。加速器１周あたりのベータトロン振動の振動数、即
ちチューンは、収束用４極電磁石５及び発散用４極電磁
石６の磁場勾配、即ち電磁石の励磁電流により制御でき
る。作用の欄で述べたように、ビームを安定に周回させ
るためには、チューンの小数部は０及び０.５ から離し
ておくことが必要であり、本実施例では水平方向チュー
ンνx の小数部が０.７５ 、垂直方向チューンνy の小
数部が０.２５ となるように収束用４極電磁石５及び発
散用４極電磁石６を調整しておく。
【００２１】この状態で、前段加速器１６から入射ビー
ム輸送系１７，入射器１５を使って周回型加速器１１１
へビームを入射する。ビームの入射から加速までの運転
方法を図６を用いて説明する。
ム輸送系１７，入射器１５を使って周回型加速器１１１
へビームを入射する。ビームの入射から加速までの運転
方法を図６を用いて説明する。
【００２２】まず、図６の（１）に示すように、ビーム
の入射前に８極電磁石（チューン変化抑制装置３）を励
磁しておく。
の入射前に８極電磁石（チューン変化抑制装置３）を励
磁しておく。
【００２３】図７に８極電磁石の磁極形状を、図８に８
極電磁石を励磁した時の磁場分布を示す。図８は図７の
８極電磁石のｙ＝０の面における水平方向位置ｘと垂直
方向磁場Ｂy の関係を示している。８極電磁石の磁場強
度Ｂy は、水平方向位置ｘの３乗に比例して変化する。
水平方向位置ｘの１乗に比例して変化する収束用４極電
磁石５の磁場強度に比べると、８極電磁石の方が設計軌
道１から離れた位置を通過する粒子、即ちベータトロン
振動振幅の大きな粒子に対して原点側に作用する力が大
きく、この振幅の大きな粒子のチューンを増加させるこ
とができる。
極電磁石を励磁した時の磁場分布を示す。図８は図７の
８極電磁石のｙ＝０の面における水平方向位置ｘと垂直
方向磁場Ｂy の関係を示している。８極電磁石の磁場強
度Ｂy は、水平方向位置ｘの３乗に比例して変化する。
水平方向位置ｘの１乗に比例して変化する収束用４極電
磁石５の磁場強度に比べると、８極電磁石の方が設計軌
道１から離れた位置を通過する粒子、即ちベータトロン
振動振幅の大きな粒子に対して原点側に作用する力が大
きく、この振幅の大きな粒子のチューンを増加させるこ
とができる。
【００２４】図８は水平方向のベータトロン振動に作用
する磁場を示しているが、８極電磁石は、垂直方向のベ
ータトロン振動に対しても同様に作用する磁場を有して
おり、垂直方向のベータトロン振動振幅の大きな粒子の
チューンも増加させることができる。
する磁場を示しているが、８極電磁石は、垂直方向のベ
ータトロン振動に対しても同様に作用する磁場を有して
おり、垂直方向のベータトロン振動振幅の大きな粒子の
チューンも増加させることができる。
【００２５】次に、図６の（２）に示すビーム入射の過
程では、入射用パルス電磁石９を励磁し、入射器１５か
ら入射させたビームの中心を設計軌道１上へ移動させ
る。
程では、入射用パルス電磁石９を励磁し、入射器１５か
ら入射させたビームの中心を設計軌道１上へ移動させ
る。
【００２６】入射されるビームの速度と光速の比βは
０.２５ で、数１で示したように、大電流を入射すると
空間電荷効果が大きくなるが、８極電磁石の作用により
ベータトロン振動振幅の大きな粒子のチューンを初期設
計値に保つことができる。従って、共鳴による振動振幅
の増加を防止でき、大電流を入射することが可能にな
る。
０.２５ で、数１で示したように、大電流を入射すると
空間電荷効果が大きくなるが、８極電磁石の作用により
ベータトロン振動振幅の大きな粒子のチューンを初期設
計値に保つことができる。従って、共鳴による振動振幅
の増加を防止でき、大電流を入射することが可能にな
る。
【００２７】８極電磁石の励磁量は、図６の（３)，
(４）に示すように、ビーム入射を行い、その時の周回
ビームの電流値をビーム電流測定装置１１で測定し、ビ
ーム電流が最大となるまで、８極電磁石の励磁電流の変
更及びビーム入射を繰り返す。
(４）に示すように、ビーム入射を行い、その時の周回
ビームの電流値をビーム電流測定装置１１で測定し、ビ
ーム電流が最大となるまで、８極電磁石の励磁電流の変
更及びビーム入射を繰り返す。
【００２８】次に、図６の（５）に示すように、高周波
加速空胴８から周回ビームにエネルギーを与える。高周
波加速空胴８に印加する高周波電力の周波数ｆは、入射
ビームが周回する周波数に設定する。
加速空胴８から周回ビームにエネルギーを与える。高周
波加速空胴８に印加する高周波電力の周波数ｆは、入射
ビームが周回する周波数に設定する。
【００２９】次に、図６の（６）に示すように、高周波
加速空胴８から周回ビームにエネルギーを与えながら、
偏向電磁石２と４極電磁石５、及び偏向電磁石２と４極
電磁石６の磁場強度比を各々一定に保ちながら、磁場強
度を増加させる。
加速空胴８から周回ビームにエネルギーを与えながら、
偏向電磁石２と４極電磁石５、及び偏向電磁石２と４極
電磁石６の磁場強度比を各々一定に保ちながら、磁場強
度を増加させる。
【００３０】これにより、偏向電磁石２におけるビーム
軌道の曲率半径が小さくなり、１周のビーム軌道が短く
なる。一方、ビームは高周波加速空胴８からエネルギー
を与えられ、ビームエネルギーが増加してビームの速度
が増加する。ビームエネルギーの増加による遠心力の増
加と、偏向電磁石２の励磁量の増加による向心力の増加
とが釣合い、同一軌道を中心にビームは周回する。ま
た、ビームエネルギーが増加するとビームが加速器を周
回する周波数が高くなるため、高周波加速空胴８から加
える高周波電力の周波数を増加する。このようにしてビ
ームエネルギーが増加すると、ビームの速度と光速の比
βは大きくなるので、数１から空間電荷効果によるチュ
ーン変化も小さくなる。
軌道の曲率半径が小さくなり、１周のビーム軌道が短く
なる。一方、ビームは高周波加速空胴８からエネルギー
を与えられ、ビームエネルギーが増加してビームの速度
が増加する。ビームエネルギーの増加による遠心力の増
加と、偏向電磁石２の励磁量の増加による向心力の増加
とが釣合い、同一軌道を中心にビームは周回する。ま
た、ビームエネルギーが増加するとビームが加速器を周
回する周波数が高くなるため、高周波加速空胴８から加
える高周波電力の周波数を増加する。このようにしてビ
ームエネルギーが増加すると、ビームの速度と光速の比
βは大きくなるので、数１から空間電荷効果によるチュ
ーン変化も小さくなる。
【００３１】そこで、図６の（７）に示すように、８極
電磁石の磁場強度を低減させてビームのチューンを設計
値に近づける。このようにして、ビームを安定に周回さ
せながら加速し、目標エネルギーに達した後、出射器４
から出射する。
電磁石の磁場強度を低減させてビームのチューンを設計
値に近づける。このようにして、ビームを安定に周回さ
せながら加速し、目標エネルギーに達した後、出射器４
から出射する。
【００３２】８極電磁石のビームに対する効果は、磁場
強度（Ｂ）とビームの運動量（ｐ）の比Ｂ／ｐで決ま
る。上記の実施例では、８極電磁石の磁場強度を加速に
伴い低減させたが、加速するとビームの運動量は増加す
るから、８極電磁石の励磁電流即ち磁場強度は一定で
も、Ｂ／ｐは減小する。従って、ビームエネルギーを増
加させる段階で８極電磁石の強度を一定としても、上記
実施例と同様の効果が得られる。
強度（Ｂ）とビームの運動量（ｐ）の比Ｂ／ｐで決ま
る。上記の実施例では、８極電磁石の磁場強度を加速に
伴い低減させたが、加速するとビームの運動量は増加す
るから、８極電磁石の励磁電流即ち磁場強度は一定で
も、Ｂ／ｐは減小する。従って、ビームエネルギーを増
加させる段階で８極電磁石の強度を一定としても、上記
実施例と同様の効果が得られる。
【００３３】また、上記実施例ではチューン変化抑制装
置３として８極電磁石を用いたが、他の多極電磁石でも
同様の効果が得られるし、また、磁場でなく多極電界で
も同様の効果が得られる。
置３として８極電磁石を用いたが、他の多極電磁石でも
同様の効果が得られるし、また、磁場でなく多極電界で
も同様の効果が得られる。
【００３４】また、上記実施例では加速粒子がプロトン
の例を示しているが、本発明は他の種類のイオンや電子
に対しても同様の効果が得られる。
の例を示しているが、本発明は他の種類のイオンや電子
に対しても同様の効果が得られる。
【００３５】更に、ビーム電流測定装置１１以外のビー
ム強度検出装置あるいはビーム損失検出装置を用いて
も、チューン変化抑制装置３の強度設定が可能である。
ム強度検出装置あるいはビーム損失検出装置を用いて
も、チューン変化抑制装置３の強度設定が可能である。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、大電流のビームを小型
の加速器に入射した場合でも、空間電荷効果によるチュ
ーンの低下を防止し、共鳴によるビーム損失を低減でき
る。従って、小型の加速器で大電流ビームの加速・蓄積
が実現できる。
の加速器に入射した場合でも、空間電荷効果によるチュ
ーンの低下を防止し、共鳴によるビーム損失を低減でき
る。従って、小型の加速器で大電流ビームの加速・蓄積
が実現できる。
【図１】本発明を医療用加速器に適用した実施例を示す
図。
図。
【図２】従来の周回型加速器の説明図。
【図３】４極電磁石の磁極形状を示す図。
【図４】本発明によるチューン抑制効果の説明図。
【図５】４極電磁石の磁場分布の説明図。
【図６】図１の実施例の運転方法を示す図。
【図７】８極電磁石の磁極形状を示す図。
【図８】８極電磁石の磁場分布の説明図。
１…設計軌道、２…偏向電磁石、３…チューン変化抑制
装置、４…出射器、５…収束用４極電磁石、６…発散用
４極電磁石、８…高周波加速空胴、９…入射用パルス電
磁石、１０…真空ダクト、１１…ビーム電流測定装置、
１２…磁極、１５…入射器、１６…前段加速器、１７…
入射ビーム輸送系、１９…出射ビーム輸送系、２０…出
射用パルス電磁石、３０…照射室。
装置、４…出射器、５…収束用４極電磁石、６…発散用
４極電磁石、８…高周波加速空胴、９…入射用パルス電
磁石、１０…真空ダクト、１１…ビーム電流測定装置、
１２…磁極、１５…入射器、１６…前段加速器、１７…
入射ビーム輸送系、１９…出射ビーム輸送系、２０…出
射用パルス電磁石、３０…照射室。
Claims (8)
- 【請求項１】周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏向
電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極電
磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備える
加速器において、 更に、前記ビームの空間電荷効果によるベータトロン振
動の共鳴を防止する共鳴防止手段を備えたことを特徴と
する加速器。 - 【請求項２】周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏向
電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極電
磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備える
加速器において、 更に、前記ビームの空間電荷効果に基づくチューンの変
化を低減することにより、ベータトロン振動の共鳴を防
止する共鳴防止手段を備えたことを特徴とする加速器。 - 【請求項３】周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏向
電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極電
磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備える
加速器において、 更に、前記ビームの空間電荷効果に基づくチューンの変
化を、ベータトロン振動振幅が大きな粒子ほど小さくす
ることにより、ベータトロン振動の共鳴を防止する共鳴
防止手段を備えたことを特徴とする加速器。 - 【請求項４】周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏向
電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極電
磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備える
加速器において、 更に、前記ビームの空間電荷効果によるベータトロン振
動の共鳴を防止する電磁石と、該電磁石の強度の前記ビ
ームの運動量に対する比を前記ビームの加速に伴い減小
させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する加速器。 - 【請求項５】周回する荷電粒子ビームを偏向させる偏向
電磁石と、前記周回ビームを収束又は発散させる４極電
磁石と、前記周回ビームを加速する加速手段とを備える
加速器において、 更に、前記ビームの空間電荷効果によるベータトロン振
動の共鳴を防止する電磁石と、前記ビームのビーム電流
又はビーム損失を測定する測定手段と、前記電磁石の強
度を前記測定手段の測定値に基づいて制御する制御手段
とを備えたことを特徴とする加速器。 - 【請求項６】請求項１乃至３の何れかに記載の加速器に
おいて、前記共鳴防止手段が電磁石であることを特徴と
する加速器。 - 【請求項７】請求項６に記載の加速器の運転方法におい
て、前記共鳴防止手段である電磁石の強度の前記ビーム
の運動量に対する比を、前記ビームの加速に伴い減小さ
せることを特徴とする加速器の運転方法。 - 【請求項８】請求項６に記載の加速器の運転方法におい
て、前記共鳴防止手段である電磁石の強度を、前記ビー
ムのビーム電流又はビーム損失の測定値に基づいて設定
することを特徴とする加速器の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28311894A JPH08148298A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 加速器及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28311894A JPH08148298A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 加速器及びその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148298A true JPH08148298A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17661464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28311894A Pending JPH08148298A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 加速器及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08148298A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024593A1 (fr) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Hitachi, Ltd. | Procede et appareil de commande d'un accelerateur circulaire, et systeme accelerateur circulaire |
| US7439528B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-10-21 | Hitachi, Ltd. | Particle therapy system and method |
-
1994
- 1994-11-17 JP JP28311894A patent/JPH08148298A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001024593A1 (fr) * | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Hitachi, Ltd. | Procede et appareil de commande d'un accelerateur circulaire, et systeme accelerateur circulaire |
| US7439528B2 (en) | 2003-11-07 | 2008-10-21 | Hitachi, Ltd. | Particle therapy system and method |
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