JPS5816500A - リングサイクロトロン用磁場発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリングサイクロトロン用の磁場発生装置に関す
るものである。

一般に、この種のリングサイクロトロン用磁場発生装置
は断面略Ｃ字形の複数のダイポールマグネットを磁極空
間が対向するように放射状に配列し粒子を加速する空間
を形成させている。

また、各マグネットの磁極部には一対の主コイルが巻線
されている。この場合、各磁極に巻線された主コイルは
他のマグネットの主コイルと空間内で接触しないように
巻線されなければならない。したがって、各主コイルの
空間を狭くする方向（ここでは１幅方向と呼ぶ）への積
層（即ち９幅）は出来るだけ薄い方が望ましい。

言い換えれば、リングサイクロトロンのマグネット配置
の中心部に規定される空間の制約を考慮した場合、各主
コイルの幅は薄い方が好ましい。

一方、磁場発生装置の起磁力は各主コイルの幅及び高さ
によって定まる断面積に依存している。前述したように
、主コイルげ幅を薄くした場合、起磁力に変化がなけれ
ば、主コイルの高さを高くする必要がある。このことは
磁極の主コイル巻線部分が長く（高く）なることを意味
している。しかしながら、磁極の主コイル巻線部分を長
くすると、ヨークと磁極の磁路長は相対的に長くなる。

したがって、ヨークの重量は磁路の長さに応じて不可避
的に重くなる。

一般に、リングサイクロトロンの磁場発生装置の総重量
は数百トン−数千トンにも達するのが普通であるから、
ヨークの重量を軽減することは経済性の面で無視できな
い重大な問題である。

本発明の目的は与えられた励磁電力の下で。

比較的小さな重量の軽いヨークを使用することができる
リングサイクロトロン用磁場発生装置を提供することで
ある。

本発明によれば、断面略Ｃ字状の複数のマグネットを磁
極空間が対向するように放射状に配列し、各磁極部に主
コイルが巻線されているす／グサイクロトロン用磁場発
生装置において。

隣接するマグネットの主コイルと近接する位置にある主
コイルの断面形状と、各ヨークの内側のスペース側の断
面形状とが互いに異なっているリングサイクロトロン用
磁場発生装置が得られる。具体的に言えば、主コイルは
Ｃ字状ヨークの開口先端側において、第１の幅と第１の
幅及び起磁力より定まり、一般に第１の幅寸法よりはる
かに大きい第１の高さを有し、ヨークの内部スペース側
において、第１の幅より大きい第２の幅と第１の高さよ
り寸法の小さい第２の高さを有している。この構成によ
り、Ｃ字状ヨークの開口先端側の主コイルの幅はヨーク
の内部スペースより薄いから、他のマグネット主コイル
と接触することなく、且つ、Ｃ字状ヨークの内部空間側
の主コイルの断面形状を選択することによし、ヨークの
重量を最小限に留めることができる。

、以下１図面を参照して説明する。

第１図及び第２図を参照すると１本発明の適用されるリ
ングサイクロトロンの磁場発生装置は複数（第１図では
４個）のマグネットヨークを備えており、マグネットは
略Ｏ字状のマグネットヨーク１０と磁極１４ならびに主
コイル１５からなる。第１図に示すように、４個のマグ
ネットの中央部には加速粒子を入射するために必要な空
間１１が規定されており、且つ、隣接する２つのヨーク
１０間には２つの加速用高周波電極１２が設置されてい
る。

また、第２図に示すように、マグネットは空隙を挾んで
互いに対向した１組の磁極１４と、磁極１４から断面略
Ｃ字状に延在するヨーク部分とを有し、ヨーク部分の内
側には内部スペース１３が磁極背面の空隙と連続する形
で設けられている。磁極１４の周囲には、それぞれ主コ
イル１５が巻線されている。

この構成では、各ヨーク１０の主コイル１５が他のヨー
クの主コイルあるいは高周波電極１２等と接触しないよ
うに巻線されなければならない。

したがって、主コイル１５の空間１１側のコイル幅は薄
い方が望ましい。しかし、励磁電力は主コイル１５の断
面積によって定まるから、励磁電力を維持するためには
、第２図の磁極とヨークの上下方向の寸法を高くする必
要がある。このため、従来では、磁極部の寸法を高くす
る方法が採用されている。

第３図を参照して９本発明を原理的に説明する。第３図
において、各磁極１４に巻線された主コイル１５の断面
積Ａは各磁極部の空間１１側及び内部スペース１３側に
おいて互いに等しいものと仮定する。この場合、主コイ
ル１５の幅及び高さをそれぞれｂ及びｈとすれば、断面
積Ａは（ｂｈ）によってあられすことができる。

ここで、ヨーク１０の重量を軽減するためには。

２つの主コイル１５と関連して定められるヨークおよび
磁極の領域（ハツチング部分）の体積を最小にすればよ
い。尚、ヨークおよび磁極の磁路に垂直方向の断面積は
一定とする。図からも明らかな通り、主コイル１５の幅
すによりて定まるヨーク１０の領域が上下に２つ（２１
，２２）あり、主コイル１５゛の高さｈに依存する領域
が４つ（２３，２４、２５、２６）ある。したがって、
マグネットを最軽量化することは、ハツチングされた領
域（２１〜２６）を最小にすることにほかならない。言
い換えれば、　　２ｂ＋４ｈ＝２ｂ＋（４Ａ／ｂ）・・
・・・・（１） を最小にすればよい。

で与えられる。

（２）式からも理解できる通り、主コイル１５の幅すを
その高さｈの２倍にすれば、ハツチングされた領域（２
１〜２６）の面積を最小にし、したがって、ヨーク１０
の重量を最も軽くすることができる。しかしながら、外
側空間１１に位置する主コイルの断面形状を（２）式に
より決定することは前述した通り望ましくない。

本発明では上述した点を考慮して、外部空間１１側の主
コイル１５の断面形状と内部スペース１３側の主コイル
の断面形状とを変化させ、マグネットの重量を軽減する
と共に外部空間１１側への主コイルの突出を出来るだけ
小さくすることを企図している。

第４図を参照すると１本発明の一実施例に係る主コイル
１５は外側空間１１側では６層２列に巻線されており、
内部スペース１３側では３層４列に巻線されている。し
たがって、主コイル１５の外側空間１１側と内部スペー
ス１３側の中間部において、主コイル１５の一部に巻き
かえ部３０が与えられている。この例の場合、外側空間
１１側に配列された６層２列の主コイル１５のうち、上
半分の主コイル１５が巻きかえられて３層４列の形に並
べ換えられている。

第５図を参照すると９本発明の他の実施例に係る主コイ
ル１５は外側空間１１側で４層２列に巻線され、内部ス
ペース１３側で２層４列の形になっている。また、外側
空間１１側では幅すが薄くなっており、外側空間１１側
では他の主コイルとの接触を防止できる。したがって、
この実施例はヨークの重量を増加することなく、リング
サイクロトロン用磁場発生装置に対する要求を満たすこ
とができる。同１図示された主コイル１５では、第４図
と同様に、外側空間１１側の上半分のコイルが巻きかえ
られＣ１内部スペース１３側に２層４列の形で再配列さ
れている。

リングサイクロトロンでは主コイルの重量はヨークの重
量の１／１００前後であり、主コイルの磁場発生装置全
体の重量に占める割合は極めて低いから１本発明のヨー
ク重量低減の効果は巻線加工の複雑化とは比較にならな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用されるリングサイクロトロン用磁
場発生装置を説明するだめの図、第２図は第１図の２−
２線に沿う断面図、第３図は本発明を原理的に説明する
ための図、第４図は本発明の一実施例に係る主コイルを
説明するための図、及び第５図は本発明の他の実施例に
係る主コイルを説明するための図である。 記号の説明 １０：ヨーク　１１：ヨークの外側空間１２：高周波電
極　１３：ヨークの内部スペース１４：磁極　　　　１
５：主コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略Ｃ序型断面を有する複数のダイポールマグネット
   を、磁極空間が対向するように放射状に配列し円形加速
   空間を形成し各磁極部に主コイルが巻線されているリン
   グサイクロトロン用磁場発生装置におい）隣接するマグ
   ネットが最も近接する部位においてマグネット相互の近
   接空間から規制されるコイル幅と必要々起磁力と該コイ
   ル幅から一義的に定まるコイル高さを備える第１の断面
   形状を有し、ヨーク湾曲部内側において前記コイル幅寸
   法より大きいコイル幅と。 前記コイル高さより小さいコイル高さを備える第２の断
   面形状を有す”るよう、前記各主コイルが巻線されてい
   ることを特徴とするリングサイクロトロン用磁場発生装
   置。