JPH10275700A - 粒子加速用空胴共振器 - Google Patents
粒子加速用空胴共振器Info
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- JPH10275700A JPH10275700A JP7767497A JP7767497A JPH10275700A JP H10275700 A JPH10275700 A JP H10275700A JP 7767497 A JP7767497 A JP 7767497A JP 7767497 A JP7767497 A JP 7767497A JP H10275700 A JPH10275700 A JP H10275700A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加速空胴の発熱を伴わずに共振のＱの低い広
帯域の粒子加速用空胴共振器を実現する。 【解決手段】 結合度の高い入力ループとダンピングル
ープによって、空胴のＱ値を下げる。入力ループとダン
ピングループをそろえることで、空胴の整合性をとる。
加速空胴１０の入力側および出力側にそれぞれ昇圧比を
有する結合回路６を設け、出力側結合回路を終端抵抗７
で整合終端した。
帯域の粒子加速用空胴共振器を実現する。 【解決手段】 結合度の高い入力ループとダンピングル
ープによって、空胴のＱ値を下げる。入力ループとダン
ピングループをそろえることで、空胴の整合性をとる。
加速空胴１０の入力側および出力側にそれぞれ昇圧比を
有する結合回路６を設け、出力側結合回路を終端抵抗７
で整合終端した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はシンクロトロンやシ
ンクロサイクロトロンに使用する粒子加速用空胴共振器
に関し、特に広帯域特性をもつ粒子加速用空胴共振器に
関する。
ンクロサイクロトロンに使用する粒子加速用空胴共振器
に関し、特に広帯域特性をもつ粒子加速用空胴共振器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、例えばＷａｌｄｅｍａｒ Ｓｃ
ｈａｒｆ著「Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏ
ｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｕｓｅｒｓ」第３章のＣｙ
ｃｒｏｔｏｒｏｎｓ ａｎｄ Ｓｈｙｎｃｈｒｏｃｙｃ
ｌｏｔｏｒｏｎｓ，ｐ１９８図３．１６（Ｈａｒｗｏｏ
ｄ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ出版）に
示された従来の荷電粒子加速用空胴共振器の形状を示す
図である。図６（ａ）はこの共振空胴の等価回路を示し
ている。図において、１は上下の加速電極（Ｄｅｅ電
極）と加速空胴との間の容量（Ｃ）、２は加速電極を支
持するステムのインダクタンス（Ｌ）である。３は空胴
の壁面抵抗ｒを示している。この空胴は外部電源４の出
力線路５と結合回路６によって接続され、電力を供給さ
れる。結合回路（カプラ）６は昇圧比（ターン比）を有
し、この昇圧比をｎとする。また、図でＣ’Ｌ’は上下
の加速電極（Ｄｅｅ電極）間にかかる容量と接続のイン
ダクタンスであり、ほぼ短絡に近い状態にある。図６
（ｂ）は外部電源を空胴側の回路に変換した等価回路を
示している。この時、この空胴のＱ値は以下で得られ
る。 Ｑ＝ωＬ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ） ここで、ω＝ＳＱＲ（Ｌ／Ｃ），Ｚ0 は外部電源の出力
インピーダンスである。一方、空胴が電源側と整合条件
にある場合には、ｒ＝ｎ2Ｚ0であるので、 Ｑ＝ωＬ／２ｒ となる。従って、Ｑ値を下げるためにはｒを増やす必要
があるが、ｒの増加は空胴壁面でのジュール熱増加をも
たらすので、空胴の冷却等問題点を発生する。以上から
従来の共振空胴では、Ｑ値を下げて使用することが困難
であり、狭い帯域での使用しか実現できなかった。従っ
て、重粒子シンクロトロンやシンクロサイクロトロンの
ように励振する周波数を変調して使用する場合には変調
によって空胴内に励振される電界が急激に減少し、実用
的でなかった。
ｈａｒｆ著「Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏ
ｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｕｓｅｒｓ」第３章のＣｙ
ｃｒｏｔｏｒｏｎｓ ａｎｄ Ｓｈｙｎｃｈｒｏｃｙｃ
ｌｏｔｏｒｏｎｓ，ｐ１９８図３．１６（Ｈａｒｗｏｏ
ｄ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ出版）に
示された従来の荷電粒子加速用空胴共振器の形状を示す
図である。図６（ａ）はこの共振空胴の等価回路を示し
ている。図において、１は上下の加速電極（Ｄｅｅ電
極）と加速空胴との間の容量（Ｃ）、２は加速電極を支
持するステムのインダクタンス（Ｌ）である。３は空胴
の壁面抵抗ｒを示している。この空胴は外部電源４の出
力線路５と結合回路６によって接続され、電力を供給さ
れる。結合回路（カプラ）６は昇圧比（ターン比）を有
し、この昇圧比をｎとする。また、図でＣ’Ｌ’は上下
の加速電極（Ｄｅｅ電極）間にかかる容量と接続のイン
ダクタンスであり、ほぼ短絡に近い状態にある。図６
（ｂ）は外部電源を空胴側の回路に変換した等価回路を
示している。この時、この空胴のＱ値は以下で得られ
る。 Ｑ＝ωＬ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ） ここで、ω＝ＳＱＲ（Ｌ／Ｃ），Ｚ0 は外部電源の出力
インピーダンスである。一方、空胴が電源側と整合条件
にある場合には、ｒ＝ｎ2Ｚ0であるので、 Ｑ＝ωＬ／２ｒ となる。従って、Ｑ値を下げるためにはｒを増やす必要
があるが、ｒの増加は空胴壁面でのジュール熱増加をも
たらすので、空胴の冷却等問題点を発生する。以上から
従来の共振空胴では、Ｑ値を下げて使用することが困難
であり、狭い帯域での使用しか実現できなかった。従っ
て、重粒子シンクロトロンやシンクロサイクロトロンの
ように励振する周波数を変調して使用する場合には変調
によって空胴内に励振される電界が急激に減少し、実用
的でなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
荷電粒子加速用空胴共振器においては、共振のＱ値を小
さくする手段として空胴壁面の抵抗しか利用できなかっ
たため、発熱が問題となってＱ値を小さくすることが困
難であった。
荷電粒子加速用空胴共振器においては、共振のＱ値を小
さくする手段として空胴壁面の抵抗しか利用できなかっ
たため、発熱が問題となってＱ値を小さくすることが困
難であった。
【０００４】本発明は、従来技術の上記の課題を解消す
るためになされたもので、空胴共振器の発熱を伴うこと
なく空胴共振器のＱ値を任意に小さな値とすることが可
能な空胴共振器を実現するものである。本発明により実
現されるＱ値の低い広帯域の空胴共振器は、シンクロト
ロンやシンクロサイクロトロンのように周波数変調を必
要とする粒子加速に用いることができる。
るためになされたもので、空胴共振器の発熱を伴うこと
なく空胴共振器のＱ値を任意に小さな値とすることが可
能な空胴共振器を実現するものである。本発明により実
現されるＱ値の低い広帯域の空胴共振器は、シンクロト
ロンやシンクロサイクロトロンのように周波数変調を必
要とする粒子加速に用いることができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
る粒子加速用空胴共振器は、粒子加速用の空胴共振器
と、前記空胴共振器の給電経路の入力側と出力側にそれ
ぞれ昇圧比を有する給合回路と、前記出力側結合回路に
接続された終端抵抗とを備えたものである。
る粒子加速用空胴共振器は、粒子加速用の空胴共振器
と、前記空胴共振器の給電経路の入力側と出力側にそれ
ぞれ昇圧比を有する給合回路と、前記出力側結合回路に
接続された終端抵抗とを備えたものである。
【０００６】本発明の第２の構成による粒子加速用空胴
共振器は、前記入力側結合回路と出力側結合回路の結合
度をほぼ等しくしたものである。
共振器は、前記入力側結合回路と出力側結合回路の結合
度をほぼ等しくしたものである。
【０００７】本発明の第３の構成による粒子加速用空胴
共振器は、前記入力側または出力側結合回路に結合度調
節機構を設けたものである。
共振器は、前記入力側または出力側結合回路に結合度調
節機構を設けたものである。
【０００８】本発明の第４の構成による粒子加速用空胴
共振器は、複数の前記空胴共振器と入力側および出力側
結合回路を備え、第１の空胴共振器の出力側結合回路を
第２の空胴共振器の入力側結合回路に接続し、以下同様
に複数の空胴共振器を直列に接続し、最後の空胴共振器
の出力側結合回路に終端抵抗を接続したものである。
共振器は、複数の前記空胴共振器と入力側および出力側
結合回路を備え、第１の空胴共振器の出力側結合回路を
第２の空胴共振器の入力側結合回路に接続し、以下同様
に複数の空胴共振器を直列に接続し、最後の空胴共振器
の出力側結合回路に終端抵抗を接続したものである。
【０００９】
本発明の原理 本発明の共振空胴では従来の空胴に比べてＱ値を任意に
下げて使用することができるため、励振周波数を変調す
る場合においても十分な空胴内の励振電界を確保するこ
とができる。つぎに、本発明の原理を説明する。共振空
胴を広帯域なものにするためには、必然的にそのＱ値を
下げなければならない。これは、空胴での壁面ロスを増
やすことを意味し、空胴の熱負荷の除去方法が大変な問
題になる。これを解決するために、従来の空胴の給電経
路の入力側と出力側に、それぞれ昇圧比を有する入力用
カプラと出力用のダンピングカプラとを設け、出力用の
ダンピングカプラを抵抗終端とすることにより空胴の見
かけ上の壁負荷を増加させることでＱ値を下げることを
提案した。
下げて使用することができるため、励振周波数を変調す
る場合においても十分な空胴内の励振電界を確保するこ
とができる。つぎに、本発明の原理を説明する。共振空
胴を広帯域なものにするためには、必然的にそのＱ値を
下げなければならない。これは、空胴での壁面ロスを増
やすことを意味し、空胴の熱負荷の除去方法が大変な問
題になる。これを解決するために、従来の空胴の給電経
路の入力側と出力側に、それぞれ昇圧比を有する入力用
カプラと出力用のダンピングカプラとを設け、出力用の
ダンピングカプラを抵抗終端とすることにより空胴の見
かけ上の壁負荷を増加させることでＱ値を下げることを
提案した。
【００１０】以下では等価回路を用いて空胴の原理を説
明する。図１（ａ）は本発明による荷電粒子加速用空胴
共振器の等価回路を示す図である。図において、１は上
下の加速電極（Ｄｅｅ電極）が空胴側面との間に持つ静
電容量Ｃであり、この静電容量Ｃにかかる電圧により粒
子が加速される。このＤｅｅ電極はインダクタンスＬを
持つ上下ステム２に接続されており、このインダクタン
ス２と静電容量１によって共振する。図でＣ’Ｌ’は上
下のＤｅｅ電極間にかかる容量と接続のインダクタンス
であり、これは空胴の外壁側の抵抗も合わせて表現して
いる。図の左右両端には空胴の上下カプラに対応する昇
圧比ｎを有する結合回路６が接続され、左側はインピー
ダンスＺ0 の同軸線５を介して高周波電源４（発生電圧
Ｖｇ）に、右側は実際に抵抗素子を用いた終端抵抗（整
合抵抗）７（Ｚ0 ）に接続されている。
明する。図１（ａ）は本発明による荷電粒子加速用空胴
共振器の等価回路を示す図である。図において、１は上
下の加速電極（Ｄｅｅ電極）が空胴側面との間に持つ静
電容量Ｃであり、この静電容量Ｃにかかる電圧により粒
子が加速される。このＤｅｅ電極はインダクタンスＬを
持つ上下ステム２に接続されており、このインダクタン
ス２と静電容量１によって共振する。図でＣ’Ｌ’は上
下のＤｅｅ電極間にかかる容量と接続のインダクタンス
であり、これは空胴の外壁側の抵抗も合わせて表現して
いる。図の左右両端には空胴の上下カプラに対応する昇
圧比ｎを有する結合回路６が接続され、左側はインピー
ダンスＺ0 の同軸線５を介して高周波電源４（発生電圧
Ｖｇ）に、右側は実際に抵抗素子を用いた終端抵抗（整
合抵抗）７（Ｚ0 ）に接続されている。
【００１１】図１（ｂ）はカプラ６に接続されている回
路を空胴回路内に置き換えて表現した等価回路である。
上部カプラは特性インーダンスｎ2Ｚ0を持った高周波電
源４（発生電圧ｎＶｇ）に、下部カプラはｎ2Ｚ0の整合
抵抗に置き換えられる。カプラの寄与を含めた空胴の負
荷Ｑは、Q=空胴の蓄積エネルギー(LI2)×共振周波数(ω
0)/壁の消費エネルギー(RI2)で与えられるが、ここで、
壁面の実抵抗ｒよりも、カプラの結合が十分に大きけれ
ば、 Ｑ≡ω0／Δω＝Ｚ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ）≒Ｚ／（ｎ2Ｚ0） 但し、Ｚ＝ＳＱＲ（Ｌ／Ｃ） ω0 ＝１／ＳＱＲ（ＬＣ） となる。従ってこの場合、カプラループのターン比ｎを
適当に調節することによって、任意のＱ値を持った空胴
を得ることができる。この時、ダンピングカプラの結合
度と入力カプラの結合度とをそろえて置くことにより、
入力側からみた空胴の整合条件が成立する。従って、入
力電力は反射することなく空胴内に投入される。即ち、
空胴から見た入力側回路と出力側回路のインピーダンス
をそれぞれｎi 2Ｚi，ｎ0 2Ｚ0 2としたとき、 β＝ｎi 2Ｚi／ｎ0 2Ｚ0＝１ とする。空胴に投入された電力は大半がダンピングカプ
ラから取り出されて下流の終端抵抗で熱として消費され
る。従って、空胴のＱ値が低いにも係わらず空胴内部で
の実際の発熱はなく熱除去の問題が発生しない。ここ
で、電源の発生する電流Ｉｇは、 Ｉｇ≡Ｖｇ／Ｚ0 で与えられ、この時空胴に流れる電流は、以下で得られ
る。 Ｉｇ′≡ｎＶｇ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ）≒ｎＶｇ／ｎ2Ｚ0＝Ｉ
ｇ／ｎ 従って、 Ｐｇ≡Ｖｇ×Ｉｇ＝ｎＶｇ×Ｉｇ／ｎ＝Ｖｇ2／Ｚ0＝Ｚ
0Ｉｇ2＝ｎ2Ｚ0Ｉｇ2 ＝ＰLoad ｜Ｖdee｜＝｜１／Ｃ・∫Ｉｇ′ｄｔ｜＝｜Ｉｇ′｜／
（ωＣ）＝ＺＩｇ′＝ＺＶｇ／（ｎＺ0） であり、また通常の空胴と同様にシャント抵抗値 Ｒs ≡Ｖdee 2／Ｐｇ＝Ｚ2／ｎ2Ｚ0＝ＱＺ が定義できる。空胴壁面での消費電力は、 ＰWall＝ｒＩｇ2×２ ＜＜ＰLoad であり、上記のように整合抵抗での消費に較べて十分に
小さなものになる。
路を空胴回路内に置き換えて表現した等価回路である。
上部カプラは特性インーダンスｎ2Ｚ0を持った高周波電
源４（発生電圧ｎＶｇ）に、下部カプラはｎ2Ｚ0の整合
抵抗に置き換えられる。カプラの寄与を含めた空胴の負
荷Ｑは、Q=空胴の蓄積エネルギー(LI2)×共振周波数(ω
0)/壁の消費エネルギー(RI2)で与えられるが、ここで、
壁面の実抵抗ｒよりも、カプラの結合が十分に大きけれ
ば、 Ｑ≡ω0／Δω＝Ｚ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ）≒Ｚ／（ｎ2Ｚ0） 但し、Ｚ＝ＳＱＲ（Ｌ／Ｃ） ω0 ＝１／ＳＱＲ（ＬＣ） となる。従ってこの場合、カプラループのターン比ｎを
適当に調節することによって、任意のＱ値を持った空胴
を得ることができる。この時、ダンピングカプラの結合
度と入力カプラの結合度とをそろえて置くことにより、
入力側からみた空胴の整合条件が成立する。従って、入
力電力は反射することなく空胴内に投入される。即ち、
空胴から見た入力側回路と出力側回路のインピーダンス
をそれぞれｎi 2Ｚi，ｎ0 2Ｚ0 2としたとき、 β＝ｎi 2Ｚi／ｎ0 2Ｚ0＝１ とする。空胴に投入された電力は大半がダンピングカプ
ラから取り出されて下流の終端抵抗で熱として消費され
る。従って、空胴のＱ値が低いにも係わらず空胴内部で
の実際の発熱はなく熱除去の問題が発生しない。ここ
で、電源の発生する電流Ｉｇは、 Ｉｇ≡Ｖｇ／Ｚ0 で与えられ、この時空胴に流れる電流は、以下で得られ
る。 Ｉｇ′≡ｎＶｇ／（ｎ2Ｚ0＋ｒ）≒ｎＶｇ／ｎ2Ｚ0＝Ｉ
ｇ／ｎ 従って、 Ｐｇ≡Ｖｇ×Ｉｇ＝ｎＶｇ×Ｉｇ／ｎ＝Ｖｇ2／Ｚ0＝Ｚ
0Ｉｇ2＝ｎ2Ｚ0Ｉｇ2 ＝ＰLoad ｜Ｖdee｜＝｜１／Ｃ・∫Ｉｇ′ｄｔ｜＝｜Ｉｇ′｜／
（ωＣ）＝ＺＩｇ′＝ＺＶｇ／（ｎＺ0） であり、また通常の空胴と同様にシャント抵抗値 Ｒs ≡Ｖdee 2／Ｐｇ＝Ｚ2／ｎ2Ｚ0＝ＱＺ が定義できる。空胴壁面での消費電力は、 ＰWall＝ｒＩｇ2×２ ＜＜ＰLoad であり、上記のように整合抵抗での消費に較べて十分に
小さなものになる。
【００１２】以上まとめると本発明における共振空胴の
利点には、以下のものがある。 （ａ）従来の空胴において低Ｑ化をはかったものと異な
り、空胴内での発熱がない。 （ｂ）カプラ部の結合係数の調整により、空胴のＱ値を
自由に調整することが可能であり、周波数変調範囲の設
定変更に柔軟に対応することができる。 （ｃ）空胴の構造が簡単なため、高い信頼と低コスト化
が期待できる。
利点には、以下のものがある。 （ａ）従来の空胴において低Ｑ化をはかったものと異な
り、空胴内での発熱がない。 （ｂ）カプラ部の結合係数の調整により、空胴のＱ値を
自由に調整することが可能であり、周波数変調範囲の設
定変更に柔軟に対応することができる。 （ｃ）空胴の構造が簡単なため、高い信頼と低コスト化
が期待できる。
【００１３】実施の形態１．図２は本発明の実施の形態
１における例えばサイクロトロン用加速空胴として用い
る場合の荷電粒子加速用空胴共振器の１つのセクション
の構造を示す図である。Ｄｅｅ電極は上下２枚の電極か
らなり、この間隙を粒子が周回する。上下の加速電極１
（Ｄｅｅ電極）は取り出し軌道の外側で短絡し、同電位
となるようにする。空胴の壁面にはＤｅｅ電極と対向す
るようにＤｕｍｍｙ Ｄｅｅ電極があり、両者のギャッ
プで粒子が加速される。上下のＤｅｅ電極は上下各２本
のステム２で支持された構造となっており、２本のステ
ム２の中間位置の上下にカプラ６が取付けられている。
空胴内の磁束はこの２本のステム２を両者とりまくよう
に励起する。上下のカプラ６はそれぞれ外部の同軸線路
に接続され、上部のカプラから高周波の入力を行い、下
部のカプラは終端抵抗７（整合抵抗）に接続されて、広
帯域特性を得るのに必要なダンピングを形成する。
１における例えばサイクロトロン用加速空胴として用い
る場合の荷電粒子加速用空胴共振器の１つのセクション
の構造を示す図である。Ｄｅｅ電極は上下２枚の電極か
らなり、この間隙を粒子が周回する。上下の加速電極１
（Ｄｅｅ電極）は取り出し軌道の外側で短絡し、同電位
となるようにする。空胴の壁面にはＤｅｅ電極と対向す
るようにＤｕｍｍｙ Ｄｅｅ電極があり、両者のギャッ
プで粒子が加速される。上下のＤｅｅ電極は上下各２本
のステム２で支持された構造となっており、２本のステ
ム２の中間位置の上下にカプラ６が取付けられている。
空胴内の磁束はこの２本のステム２を両者とりまくよう
に励起する。上下のカプラ６はそれぞれ外部の同軸線路
に接続され、上部のカプラから高周波の入力を行い、下
部のカプラは終端抵抗７（整合抵抗）に接続されて、広
帯域特性を得るのに必要なダンピングを形成する。
【００１４】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２における荷電粒子加速用空胴共振器を示す図である。
図のように、カプラループに例えばモータ駆動機構８を
用いた結合度調節機構を設け、ループの空胴内への挿入
量を変化させることにより空胴と入力回路およびダンピ
ング回路との結合度を調整可能としている。これによ
り、この空胴を任意のＱ値に調節して使用することが可
能になる。これによって、例えば異なる荷電粒子を加速
する際にそれぞれに対して必要とされる周波数変調範囲
を補うことのできる共振幅を実現することができる。こ
れにより、不必要に低いＱ値を用いて加速のエネルギー
効率を低下させることを防止できる。
２における荷電粒子加速用空胴共振器を示す図である。
図のように、カプラループに例えばモータ駆動機構８を
用いた結合度調節機構を設け、ループの空胴内への挿入
量を変化させることにより空胴と入力回路およびダンピ
ング回路との結合度を調整可能としている。これによ
り、この空胴を任意のＱ値に調節して使用することが可
能になる。これによって、例えば異なる荷電粒子を加速
する際にそれぞれに対して必要とされる周波数変調範囲
を補うことのできる共振幅を実現することができる。こ
れにより、不必要に低いＱ値を用いて加速のエネルギー
効率を低下させることを防止できる。
【００１５】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３における荷電粒子加速用空胴共振器を示す図である。
図では３台の加速空胴を直列に接合している。すなわ
ち、外部電源の出力を第１の空胴の入力に接続し、第１
の空胴のダンピング回路を第２の空胴の入力に接合し、
第２の空胴のダンピング回路を第３の空胴の入力に接合
し、更に最後の空胴のダンピング回路には整合の取れた
実抵抗を結合している。この時、第２の空胴に入力され
る電力は外部電源の出力から第１の空胴内で消費される
電力を差し引いたものとなるが、しかし、空胴壁面の実
抵抗ｒよりも、カプラの結合が十分に大きいことを考慮
すると、第１の空胴で消費される電力は電源の出力と比
較して非常に小さく、第２の空胴へ入力される電力は第
１の空胴への入力（すなわち外部電源の出力）とほぼ等
しくなる。従って、両者の空胴の加速電極に励振される
電圧もほぼ等しくなる。従って、本実施の形態では３台
の空胴を１台の外部電源で電力の供給をすることがで
き、２台分の電源を節約することができる。上記では３
台の加速空胴を接合した例を示したが、必要に応じて加
速空胴の台数を増やしても同様の効果を奏する。
３における荷電粒子加速用空胴共振器を示す図である。
図では３台の加速空胴を直列に接合している。すなわ
ち、外部電源の出力を第１の空胴の入力に接続し、第１
の空胴のダンピング回路を第２の空胴の入力に接合し、
第２の空胴のダンピング回路を第３の空胴の入力に接合
し、更に最後の空胴のダンピング回路には整合の取れた
実抵抗を結合している。この時、第２の空胴に入力され
る電力は外部電源の出力から第１の空胴内で消費される
電力を差し引いたものとなるが、しかし、空胴壁面の実
抵抗ｒよりも、カプラの結合が十分に大きいことを考慮
すると、第１の空胴で消費される電力は電源の出力と比
較して非常に小さく、第２の空胴へ入力される電力は第
１の空胴への入力（すなわち外部電源の出力）とほぼ等
しくなる。従って、両者の空胴の加速電極に励振される
電圧もほぼ等しくなる。従って、本実施の形態では３台
の空胴を１台の外部電源で電力の供給をすることがで
き、２台分の電源を節約することができる。上記では３
台の加速空胴を接合した例を示したが、必要に応じて加
速空胴の台数を増やしても同様の効果を奏する。
【００１６】以上のように本発明による荷電粒子加速用
空胴共振器はＱ値を下げて使用しても空胴内部での発熱
が問題とならず、信頼性の高い空胴を得ることができ
る。また、Ｑ値を任意に設定できることからシンクロト
ロンやシンクロサイクロトロン等の周波数変調を必要と
する加速空胴として利用することができる。
空胴共振器はＱ値を下げて使用しても空胴内部での発熱
が問題とならず、信頼性の高い空胴を得ることができ
る。また、Ｑ値を任意に設定できることからシンクロト
ロンやシンクロサイクロトロン等の周波数変調を必要と
する加速空胴として利用することができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
ているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００１８】本発明の第１の構成である粒子加速用空胴
共振器によれば、粒子加速用の空胴共振器と、前記空胴
共振器の給電経路の入力側と出力側にそれぞれ昇圧比を
有する給合回路と、前記出力側結合回路に接続された終
端抵抗とを備えたようにしたので、空胴共振器の共振の
Ｑ値を任意の値とすることができ、空胴共振器の発熱を
伴うことなく広い周波数範囲での粒子加速が可能とな
る。
共振器によれば、粒子加速用の空胴共振器と、前記空胴
共振器の給電経路の入力側と出力側にそれぞれ昇圧比を
有する給合回路と、前記出力側結合回路に接続された終
端抵抗とを備えたようにしたので、空胴共振器の共振の
Ｑ値を任意の値とすることができ、空胴共振器の発熱を
伴うことなく広い周波数範囲での粒子加速が可能とな
る。
【００１９】本発明の第２の構成である粒子加速用空胴
共振器によれば、第１の構成において、更に入力側結合
回路と出力側結合回路の結合をほぼ等しくしたので、入
力電力が反射されることなく空胴内に投入される。
共振器によれば、第１の構成において、更に入力側結合
回路と出力側結合回路の結合をほぼ等しくしたので、入
力電力が反射されることなく空胴内に投入される。
【００２０】本発明の第３の構成である粒子加速用空胴
共振器によれば、第１または第２の構成において、更に
入力側または出力側の結合回路に結合度調節機構を備え
たので、必要な加速周波数範囲の広さに応じエネルギー
効率の高い粒子加速を行うことができる。
共振器によれば、第１または第２の構成において、更に
入力側または出力側の結合回路に結合度調節機構を備え
たので、必要な加速周波数範囲の広さに応じエネルギー
効率の高い粒子加速を行うことができる。
【００２１】本発明の第４の構成である粒子加速用空胴
共振器によれば、第１から第３の構成において、更に複
数の空胴共振器を直列接続する構成としたので、加速用
電源の電力を削減することができる。
共振器によれば、第１から第３の構成において、更に複
数の空胴共振器を直列接続する構成としたので、加速用
電源の電力を削減することができる。
【図１】（ａ）は本発明による荷電粒子加速用空胴共振
器の等価回路を示す図、（ｂ）は本発明による荷電粒子
加速用空胴共振器において、カプラに接続されている回
路を空胴回路内に置き換えて表現した等価回路を示す図
である。
器の等価回路を示す図、（ｂ）は本発明による荷電粒子
加速用空胴共振器において、カプラに接続されている回
路を空胴回路内に置き換えて表現した等価回路を示す図
である。
【図２】 本発明の実施の形態１における例えばサイク
ロトロン用加速空胴として用いる場合の荷電粒子加速用
空胴共振器の１つのセクションの構造を示す図である。
ロトロン用加速空胴として用いる場合の荷電粒子加速用
空胴共振器の１つのセクションの構造を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態２における荷電粒子加速
用空胴共振器を示す図である。
用空胴共振器を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態３における荷電粒子加速
用空胴共振器を示す図である。
用空胴共振器を示す図である。
【図５】 従来の荷電粒子加速用空胴共振器の形状を示
す図である。
す図である。
【図６】 従来の荷電粒子加速用空胴共振器の等価回路
を示す図である。
を示す図である。
１ 加速電極、２ 加速電極を支持するステム、３ 空
胴共振器の壁面抵抗、４ 外部電源、５ 入力同軸管、
６ ループカプラ、７ 終端抵抗、８ ループカプラ駆
動機構、１０ 加速空胴。
胴共振器の壁面抵抗、４ 外部電源、５ 入力同軸管、
６ ループカプラ、７ 終端抵抗、８ ループカプラ駆
動機構、１０ 加速空胴。
Claims (4)
- 【請求項１】 粒子加速用の空胴共振器と、前記空胴共
振器の給電経路の入力側と出力側にそれぞれ昇圧比を有
する給合回路と、前記出力側結合回路に接続された終端
抵抗とを備えた粒子加速用空胴共振器。 - 【請求項２】 前記入力側結合回路と出力側結合回路の
結合度をほぼ等しくした請求項１記載の粒子加速用空胴
共振器。 - 【請求項３】 前記入力側または出力側結合回路に結合
度調節機構を設けた請求項１または請求項２記載の粒子
加速用空胴共振器。 - 【請求項４】 複数の前記空胴共振器と入力側および出
力側結合回路を備え、第１の空胴共振器の出力側結合回
路を第２の空胴共振器の入力側結合回路に接続し、以下
同様に複数の空胴共振器を直列に接続し、最後の空胴共
振器の出力側結合回路に終端抵抗を接続した請求項１〜
請求項３のいずれかに記載の粒子加速用空胴共振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7767497A JPH10275700A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 粒子加速用空胴共振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7767497A JPH10275700A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 粒子加速用空胴共振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10275700A true JPH10275700A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13640438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7767497A Pending JPH10275700A (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 粒子加速用空胴共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10275700A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006016387A2 (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare | Method for designing a radio-frequency cavity, in particular to be used in a cyclotron, radio-frequency cavity realised using such a method, and cyclotron using such a cavity |
| CN106163072A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-23 | 中国原子能科学研究院 | 一种等时性回旋加速器射频腔体 |
| CN106255306A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-21 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 一种回旋加速器谐振腔可调电感耦合匹配方法和装置 |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP7767497A patent/JPH10275700A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006016387A2 (en) * | 2004-08-11 | 2006-02-16 | Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare | Method for designing a radio-frequency cavity, in particular to be used in a cyclotron, radio-frequency cavity realised using such a method, and cyclotron using such a cavity |
| WO2006016387A3 (en) * | 2004-08-11 | 2007-02-22 | Istituto Naz Di Fisica Nuclear | Method for designing a radio-frequency cavity, in particular to be used in a cyclotron, radio-frequency cavity realised using such a method, and cyclotron using such a cavity |
| JP2008510268A (ja) * | 2004-08-11 | 2008-04-03 | イスティトゥート ナツィオナレ ディ フィスィカ ニュークリア | 特にサイクロトロンで使用される無線周波空洞を設計するための方法、そのような方法を使用して実現される無線周波空洞、及びそのような空洞を使用するサイクロトロン |
| US7880408B2 (en) | 2004-08-11 | 2011-02-01 | Istituto Nazionale Di Fisica Nucleare | Method for designing a radio-frequency cavity, in particular to be used in a cyclotron, radio-frequency cavity realised using such a method, and cyclotron using such a cavity |
| CN106163072A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-23 | 中国原子能科学研究院 | 一种等时性回旋加速器射频腔体 |
| CN106255306A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-21 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 一种回旋加速器谐振腔可调电感耦合匹配方法和装置 |
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