JPH088100A - 電子線加速器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子を出射する電子銃１と、出射された電子
を加速する空胴共振器２と、加速された電子を再び共振
器に導くように円運動させるための一様磁界を発生する
磁石と、一様磁界を遮蔽し電子を直進させるデフレクシ
ョンパイプ３と、このデフレクションパイプからの電子
を外部へ導くエクストラクションパイプ６とを備えてな
る電子線加速器において、ビーム取出し効率を向上し、
信頼性を高める。 【構成】 電子ビーム断面形状が円形状になるように制
御する電子ビーム断面形状制御用コイル５と、電子ビー
ム軌道がデフレクションパイプ３の軸方向と平行でかつ
そのデフレクションパイプ断面の中心部に向けて入射す
るように電子ビーム軌道角度を制御する電子ビーム軌道
角度制御用コイル４とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロトロン加速器
等の電子線加速器に係り、特に電子ビームの取出し効率
を向上した電子線加速器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロトロン加速器を図７に示
す。この図７において、図示面に対し垂直に一様磁界が
あり、その中に空胴共振器１が置かれている。電子銃２
から出射された電子は、空胴共振器１内のマイクロ波電
界により加速され、前記一様磁界内を円運動した後、再
び共振器１に戻り加速される。これを複数回繰り返すこ
とにより、電子のエネルギを増大させる。

【０００３】電子のエネルギ増大に伴い、その円軌道の
径も大きくなるので、所望のエネルギを持つ電子ビーム
７を得るためには、それに見合った軌道を選択し、そこ
から電子ビーム７を取り出す。

【０００４】電子ビーム７の取出しは、磁性体で形成さ
れ磁界を遮蔽する可動式のデフレクションパイプ３を図
示するように斜めに位置させ、磁界が遮蔽されたそのパ
イプ３内に電子ビーム７を取り込んで軌道をシフトさせ
た後、共振器１の図示下方に固定したエクストラクショ
ンパイプ６に導入、通過させて行う。

【０００５】このような構成によれば、軌道によらず電
子ビーム７をエクストラクションパイプ５に導入できる
ため、複数種のエネルギの電子ビーム７を同じ箇所で取
り出すことが可能となる。しかしながら、電子ビーム７
の円軌道は、様々な要因により、全ての円軌道の中心が
鉛直線上には並ばずに傾いているため、軌道の角度を制
御する必要がある。

【０００６】そこで従来は、全ての軌道が通過する共振
器部に軌道角度制御磁界を印加するコイル４を共振器１
と重なるように設置している。この電子ビーム軌道角度
制御用コイル４で印加する磁界を適宜値にすることによ
り、電子ビーム７の円軌道を首振り運動させ、軌道の角
度制御を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロトロン
加速器は、上記のように軌道の角度制御を行っているに
も拘わらず、軌道により電子ビーム取出し効率（エクス
トラクションパイプ通過後のビーム電流／加速ビーム電
流）に６０〜１００％のバラツキが生じた。このため従
来から、上記バラツキをなくして電子ビーム取出し効率
を向上し、電子線加速器としての信頼性を高めることが
要望されていた。

【０００８】本発明の目的は、電子ビーム取出し効率が
向上し、信頼性の高い電子線加速器を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、電子を出射
する電子銃と、出射された電子を加速する空胴共振器
と、加速された電子を再び前記共振器に導くように円運
動させるための一様磁界を発生する磁石と、前記一様磁
界を遮蔽し電子を直進させるデフレクションパイプと、
このデフレクションパイプからの電子を外部へ導くエク
ストラクションパイプとを備えてなる電子線加速器にお
いて、電子ビーム断面形状が円形状になるように制御す
る電子ビーム断面形状制御用コイルと、電子ビーム軌道
が前記デフレクションパイプの軸方向と平行でかつその
デフレクションパイプ断面の中心部に向けて入射するよ
うに電子ビーム軌道角度を制御する電子ビーム軌道角度
制御用コイルとを設けることにより達成される。

【００１０】

【作用】電子ビーム取出し効率のバラツキは、電子ビー
ムの断面形状が軌道により異なり、真円でないために生
ずる。したがって、電子ビーム取出し効率を向上するに
は電子ビーム断面形状の制御を可能にすればよい。ま
た、従来から使用されている電子ビーム軌道角度制御用
コイルには、電子ビーム軌道角度を制御する働き以外
に、電子ビームの断面形状を変化させる作用がある。

【００１１】本発明においては、電子ビーム断面形状制
御用コイルは電子ビーム断面形状が円形状になるように
制御し、電子ビーム軌道角度制御用コイルは電子ビーム
軌道がデフレクションパイプの軸方向と平行でかつその
デフレクションパイプ断面の中心部に向けて入射するよ
うに電子ビーム軌道角度を制御する。すなわち、電子ビ
ーム取出し効率を向上させるための、電子ビーム断面形
状と電子ビーム軌道角度の制御が各々別個独立に行われ
る。これにより、電子ビーム取出し効率が従来技術に比
較して大幅に向上し、信頼性が高められる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明による電子線加速器の一実施例を
示す構成図で、ここではマイクロトロン加速器に適用し
た場合を示す。

【００１３】この図１に示すように、本発明加速器は、
電子を出射する電子銃２と、出射された電子を加速する
空胴共振器１と、加速された電子を再び前記共振器１に
導くように円運動させるための一様磁界を発生する電磁
石（図示せず）と、前記一様磁界を遮蔽し電子を直進さ
せるデフレクションパイプ３と、共振器部に磁界を印加
して電子ビーム断面形状が円形状になるように制御する
電子ビーム断面形状制御用コイル５と、前記デフレクシ
ョンパイプ３の入口部に磁界を印加し、電子ビーム軌道
角度がデフレクションパイプ３の軸方向と平行でかつそ
のデフレクションパイプ３断面の中心部に向けて入射す
るように電子ビーム軌道角度を制御する電子ビーム軌道
角度制御用コイル４と、前記デフレクションパイプ３か
らの電子ビーム７を後述真空容器外へ導くエクストラク
ションパイプ６と、以上の各部を真空中に保持するため
の真空容器（図示せず）を備えて構成される。ここで電
子ビーム軌道角度制御用コイル４は、デフレクションパ
イプ３に固定され、デフレクションパイプ３と共に移動
する。

【００１４】図２は、前記電子ビーム断面形状制御用コ
イル５により印加する磁界（電子ビーム断面形状制御磁
界）を変化させたときの電子ビーム断面形状の変化の様
子を示す図である。図２において、縦軸は電子ビーム断
面形状の縦の長さと横の長さの比であり、横軸は電子ビ
ーム断面形状制御磁界の強度（ｍＴ）である。同図に
は、近似直線も描いてある。電子ビーム断面形状制御磁
界の方向は、一様磁界と同方向を正とした。

【００１５】この図２から分かるように、電子ビーム断
面形状は、電子ビーム断面形状制御磁界を一様磁界と同
方向としたときは縦長になり、逆方向としたときは横長
になる。すなわち、電子ビーム断面形状制御磁界を変化
させることにより、電子ビーム断面形状の縦と横の長さ
の比を変化させることが可能である。

【００１６】そして、デフレクションパイプ３の入口部
における電子ビーム断面形状の縦と横の長さが等しいと
き、すなわち断面円形状のとき、電子ビームの取出し効
率は最大となるもので、電子ビーム断面形状制御用コイ
ル５は電子ビーム断面形状を断面円形状になるように制
御する。

【００１７】図３は、前記電子ビーム軌道角度制御用コ
イル４により発生する磁界（電子ビーム軌道角度制御磁
界）を変化させたときの電子ビーム軌道の変化の様子を
示す図である。電子ビーム軌道角度制御磁界の方向は一
様磁界と同方向とする。

【００１８】電子ビーム軌道は、軌道角度制御磁界を強
くするに従い７ａから７ｄへ変化する。電子ビーム軌道
が、デフレクションパイプ３の軸方向と平行でかつその
デフレクションパイプ３断面の中心に入射するとき（図
３中の電子ビーム軌道７ｃの場合）、電子ビーム７の取
出し効率は最大となるもので、電子ビーム軌道角度制御
用コイル４は電子ビーム軌道が７ｃとなるように電子ビ
ーム軌道角度を制御する。

【００１９】通常、電子ビーム軌道角度制御磁界の制御
のみでは電子ビーム軌道を７ｃにすることができないた
め、デフレクションパイプ３の位置も制御する。なお、
図３では、コイル５の形状を円形にしているが、電子ビ
ーム軌道角度が制御できればその形状は任意でよい。

【００２０】図４は、前記デフレクションパイプ３と電
子ビーム軌道角度制御用コイル４の位置関係の一例を示
す斜視図である。この図２示すように、コイル４はパイ
プ３の入口部を挟んで一対設けられ、各々固定具８ｂに
よりパイプ３に固定され、また固定具８ａにより両コイ
ル４間の距離を一定に保つ。

【００２１】ここでパイプ３は、そのパイプ３内空に入
射しない電子ビーム７が衝突して高温になるため冷却管
９が接触して設けられ、その冷却管９内を流れる冷却水
ＣＷにより冷却される。またコイル４は、各々環状ない
しスパイラル状に通電されて励磁されるもので、その励
磁電流のリード線（図示せず）は、固定具８ｂと冷却管
９に沿って配線される。なお、コイル４は、電子ビーム
が衝突しない位置に設置される。

【００２２】図５は、前記デフレクションパイプ３と電
子ビーム軌道角度制御用コイル４の移動方法の一例の説
明図である。図示するように、パイプ３にはピン１１ａ
とギア１５が、コイル４にはピン１１ｂ，１１ｃが各々
固定してあり、ピン１１ａはレール１０ａ上を、ピン１
１ｂ，１１ｃはレール１０ｂ上を矢印方向に移動可能で
ある。

【００２３】この場合、ギア１５はパイプ３に対して回
転可能である。また、ギア１５はベルト１４を介して位
置検出器１２及びモータ１３に接続されている。更に、
レール１０ａ，１０ｂ、位置検出器１２及びモータ１３
は電磁石磁極（図示せず）に固定されている。またパイ
プ３とコイル４は、ピン１１ａ〜１１ｃの３点支持によ
り、前記電磁石磁極に対し一定角を保っている。そして
モータ１３を駆動することにより、ベルト１４を介して
ギア１５が回転し、ギア１５が固定されたパイプ３及び
パイプ３に固定されたコイル４がレール１０に沿って移
動可能である。

【００２４】上述構成において、電子ビーム軌道角度制
御用コイル４及び電子ビーム断面形状制御用コイル５の
通電電流が制御されてその発生磁界が以下のように制御
され、電子ビーム７の軌道角度あるいは断面形状が制御
され、加速器外に電子ビーム７が取り出される。

【００２５】１）電子ビーム断面形状の縦と横の長さが
等しく、電子ビーム軌道が傾いている場合 この場合には、電子ビーム断面形状制御磁界がゼロに制
御される。そして、デフレクションパイプ３の位置と電
子ビーム軌道角度制御磁界につき、電子ビーム軌道がデ
フレクションパイプ３の軸方向と平行でかつそのデフレ
クションパイプ３断面の中心に電子ビームが入射するよ
うに制御される。

【００２６】２）電子ビーム断面形状の縦と横の長さが
異なり、電子ビーム軌道の傾きがないの場合 この場合には、電子ビーム断面形状制御磁界が適宜値に
制御され、電子ビーム断面形状の縦と横の長さが等しく
される。この際、電子ビーム軌道が傾くため、電子ビー
ム軌道角度制御磁界とデフレクションパイプ３の位置が
制御される。

【００２７】３）電子ビーム断面形状の縦と横の長さが
異なり、電子ビーム軌道が傾いている場合 この場合には、電子ビーム断面形状制御磁界が適宜値に
制御され、電子ビーム断面形状の縦と横の長さが等しく
される。その後、デフレクションパイプ３の位置と電子
ビーム軌道角度制御磁界につき、電子ビーム軌道がデフ
レクションパイプ３の軸方向と平行でかつそのデフレク
ションパイプ３断面の中心に電子ビームが入射するよう
に制御される。

【００２８】図６は、本発明加速器の他の実施例を示す
構成図である。ここでは、図示するように電子ビーム軌
道角度制御用コイル４がデフレクションパイプ３から分
離され、かつそのコイル４が電磁石磁極（図示せず）上
に取り出す電子ビーム７の軌道数と同じ数だけ設置され
ている。この例において、電子ビーム７を取り出す際に
は、取り出す軌道に対応するコイル４のみに磁界を印加
する。なお図６では、コイル４の形状を四角形とした
が、電子ビーム軌道を制御できるできればその形状は四
角形に限定されず、任意形状でよい。

【００２９】上述両実施例において、加速器出力が最大
となるように、加速器出力の大きさに応じた信号をフィ
ードバック信号として電子ビーム断面形状制御用コイル
５又は電子ビーム軌道角度制御用コイル４の通電電流を
フィードバック制御すれば電子ビーム取出し効率がより
向上する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子ビーム取出し効率を向上するための、電子ビーム断面
形状の制御と電子ビーム軌道角度の制御を各々別個独立
に行うようにしたので、従来技術に比較して大幅にビー
ム取出し効率を向上することができ、信頼性を高めるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明加速器の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１中の電子ビーム断面形状制御用コイルによ
り印加する磁界を変化させたときの電子ビーム断面形状
の変化の様子を示す図である。

【図３】図１中の電子ビーム軌道角度制御用コイルによ
り発生する磁界を変化させたときの電子ビーム軌道の変
化の様子を示す図である。

【図４】図１中のデフレクションパイプと電子ビーム軌
道角度制御用コイルの位置関係の一例を示す斜視図であ
る。

【図５】図１中のデフレクションパイプと電子ビーム軌
道角度制御用コイルの移動方法の一例の説明図である。

【図６】本発明加速器の他の実施例を示す構成図であ
る。

【図７】従来加速器の構成図である。

【符号の説明】

１ 空胴共振器 ２ 電子銃 ３ デフレクションパイプ ４ 電子ビーム軌道角度制御用コイル ５ 電子ビーム断面形状制御用コイル ６ エクストラクションパイプ ７ 電子ビーム ７ａ 電子ビーム軌道角度制御磁界がないときの電子
ビーム軌道 ７ｂ 電子ビーム軌道角度制御磁界が弱いときの電子
ビーム軌道 ７ｃ 電子ビーム軌道角度制御磁界が最適なときの電
子ビーム軌道 ７ｄ 電子ビーム軌道角度制御磁界が強いときの電子
ビーム軌道 ８ａ，８ｂ 固定具 ９ 冷却管 １０ａ，１０ｂ レール １１ａ〜１１ｃ ピン １２ 位置検出器 １３ モータ １４ ベルト １５ ギア ＣＷ 冷却水

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子を出射する電子銃と、出射された電
   子を加速する空胴共振器と、加速された電子を再び前記
   共振器に導くように円運動させるための一様磁界を発生
   する磁石と、前記一様磁界を遮蔽し電子を直進させるデ
   フレクションパイプと、このデフレクションパイプから
   の電子を外部へ導くエクストラクションパイプとを備え
   てなる電子線加速器において、電子ビーム断面形状が円
   形状になるように制御する電子ビーム断面形状制御用コ
   イルと、電子ビーム軌道が前記デフレクションパイプの
   軸方向と平行でかつそのデフレクションパイプ断面の中
   心部に向けて入射するように電子ビーム軌道角度を制御
   する電子ビーム軌道角度制御用コイルとを具備すること
   を特徴とする電子線加速器。
2. 【請求項２】 電子ビーム軌道角度制御用コイルがデフ
   レクションパイプに固定されることを特徴とする請求項
   １に記載の電子線加速器。
3. 【請求項３】 加速器出力が最大となるように加速器出
   力の大きさに応じた信号をフィードバック信号として電
   子ビーム断面形状制御用コイル又は電子ビーム軌道角度
   制御用コイルの通電電流をフィードバック制御すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電子線加速器。