JPS62229698A - 磁気共振型加速器の入射装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、シンクロトロン、蓄積リングまたは衝突リン
グ等の周回軌道を持つ磁気共振型加速器に荷電粒子を入
射する入射装置に関する。

（従来の技術） 従来の周回軌道を持つ磁気共振型加速器は入射装置とし
て、キツカーと称される高速度で作動する電磁石あるい
はＡ−タペイタと称される電磁石と、磁場あるいは電場
を直流的に発生するインフレクタとを有している。イン
フレクタは荷電粒子を入射軌道に導くものである。キツ
カーあるいはノＪ？−タペイタは、平衡軌道を変位させ
ることによって、インフレクタから入射された荷電粒子
が軌道をまわって再度インフレクタの位置にきても。

インフレクタに当たらないようにする本のである。

一般に、キツカ〜が平衡軌道全体を変位させるのに対し
て、ノぞ一タペイタは２個または３個が同期して作動し
て平衡軌道の一部区間を変位させている。

ここで、従来の周回軌道を持つ磁気共振型加速器につい
て、第８図〜第１０図を参照して説明する。

第８図に示す従来の磁気共振型加速器は荷電粒子を入射
軌道に導くインフレクタＩＮＦと１周回状の平衡軌道Ｔ
Ｒと、平衡軌道上の複数箇所に設けられ、各々が双極電
磁石りとその両側に配された二組の水平集束４極電磁石
ＱＦおよび水平発散４極電磁石ＱＤとからなる複数個の
偏向要素及び集束要素と、インフレクタＩＮＦの両側の
集束要素の端部に設けられ、平衡軌道ＴＲを移動させる
／４−タベイタＰ１〜Ｐ３とヲ有している。パータベイ
タＰ１〜Ｐ３は、第９図に示すように、平衡軌道ＴＲを
変位させて変位平衡軌道ＴＲ’を提供する。

この変位した軌道ＴＲ’にインフレクタＩＮＦからビー
ムを入射しながら、パータベイタを弱めていき、変位し
た軌道ＴＲ′を徐々に元の軌道ＴＨに戻す。

上述の機構について、第８図Ａ　−Ａ’線断面における
位相空間を示す第１０図を参照して説明する。

なお、ここでは、４回転して元にもどるようなベータト
ロン振動の場合を考える。Ｘは元の平衡軌道ＴＲからの
水平方向の変位を表し　ｘ／は軌道の傾きを表す。更に
、参照番号Ｏは・ぐ−タペイタによシ変位した平衡軌道
ＴＲ’、１は入射軌道、２は入射されて周回軌道を一周
した後の軌道である。

軌道２は、平衡軌道０のまわりにベータトロン振動する
ため、軌道０を中心にベータトロン振動で決まる角度だ
け回転した位置にある。参照番号３゜４および５は、入
射後二、三、および四周した後の軌道をそれぞれ表わし
ている。軌道５が入射軌道１の位置に来ないのは、変位
した平衡軌道Ｏが。

／ぐ一タペイタが弱まるにつれて矢印の方向に移動する
ためである。入射軌道１と軌道５との間隙が充分大きい
ことがインフレクタＩＮＦに衝突しない条件である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の磁気共振型加速器を小型化し。

できるだけ高いエネルギーで入射するためには。

非常に高速度かつ大強度の磁場を発生するパータベイタ
またはキツカーが必要となる。また、インフレクタには
、大強度の磁場あるいは電場が必要になる。しかし、ノ
や一タペイタまたはキツカーおよびインフレクタで実現
できる磁場や電場の強さや応答速度には技術的限界があ
る。非常に弱い磁場で荷電粒子を入射、蓄積し、加速し
ていく方法も考えられるが、低いエネルギーでは蓄積荷
電粒子の寿命が短いので、充分な景の荷電粒子を蓄積す
るには不適当である。

また、水平方向のベータトロン振動数が１／２付近にお
いて１強い８極磁場を静的に与え、適当なベータトロン
振動の振幅で振動数が１／２となるようにして、軌道の
一部区間に４極磁場を与え。

ＩＡ共鳴を発生させ、さらに、４極磁場を動的に変化さ
せて、安定領域を変化させ、入射荷電粒子を安定した軌
道に捕獲するようにしたものがある（特願昭６０−２０
７７９１号明細書）。

ところが、上述の場合、８極磁場が静的に残っているた
め１例えば、電子あるいは陽電子等の粒子が光を発して
発散してしまい、入射効率に限界がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は１周回軌道を持つ磁気共振型加速器に荷電粒子
を入射する入射装置において、中心平衡軌道を中心に軌
道蘭に８極磁場を主集束成分とする非線形磁場を発生す
る・ぐ−タペイタを備え、非線形磁場によって水平方向
ベータトロン振動の振動数が１／２となる不安定共鳴軌
道及びこの軌道を含むセパラトリックスを形成し、８極
磁場の強さを時間的に変化させることによシ中心平衡軌
道を含むセパラトリックス内の安定領域の大きさを変化
させて、荷電粒子を捕捉するようにしたことを特徴とし
ている。

以下余白 （実施例） 以下本発明について実施例によって説明する。

第１図を参照して２本発明の一実施例は中心平衡軌道１
１．入射軌道１２．インフレクタ１３゜及び・ぞ−タペ
イタ１４を備えている。上記の・り一タベイタ１４は８
極磁場を主集束成分とする非線形磁場を形成する。

中心平衡軌道１１上には紙面に垂直に磁場Ｂ７゜が加え
られており、この結果、高エネルギーの荷電粒子はこの
磁場によって偏向され、中心平衡軌道は閉軌道となる。

また、上記の磁場は半径方向外方に向ってその強さが減
少する分布となっておここで、中心平衡軌道１１に対し
て、第２図に示すように座標系をとれば、ｒ−０面状の
磁場分布は。

Ｂｚ（ｘ）　＝　Ｂｚ　０（１−ｎｘ＋に２ｘ２＋に３
ｘ’＋　・・・−＝　）ｘ　＝　（ｒゴ。ｇ）７１８ｇ と表わせる。ここでＢ２゜は中心平衡軌道上の２方向磁
場、　ｒ６ｇは中心平衡軌道の半径、ｎはビームを集束
させるｉ４ラメータである。

また、第２図に示すように、中心平衡軌道面に射影した
粒子の位置を中心平衡軌道から半径外方への変位量Ｘと
基準点（例えば、第２図のＡ　−Ａ’点からの回転角θ
）とで表わせば、中心平衡軌道からの微少変位の運動方
程式は。

で表わされる。

このことから、水平方向、及び垂直方向ともにビームを
集束させるためにはＯ（ｎ　（１の範囲となるが、電子
あるいは陽電子が光を出しながら発散しないためには、
即ち、振動が減衰するためには０＜ｎ＜ｏ、７ｓとなる
。

ここで、第１図において、Ａ−Ａ′線の位置をθ＝０°
とし、入射機構について説明する。

荷電粒子が入射する場合、大振幅のベータトロン振動を
行うので、中心平衡軌道近傍のみならず広い範囲の磁場
分布を考慮しなければならない。

ここで、　Ａ　−Ａ’線における磁場分布を第３図に示
す。第３図における点Ｘ、はｎ　＝　１に対応する点で
ある。次にＡ　−Ａ’線における位相図を第４図に示す
。なお、第４図においては８極磁場は形成されていない
。即ち、〕〕七−タベイを備えていない場合のＸ方向（
半径方向）の位相図である。ｎ　＝　１に対応する点が
第４図においてｘ２で示され、この点は不安定な不動点
である。そして、このｘ２を通る１５で示すセ・ぞラト
リックス線によって安定領域と不安定領域とに分けられ
る。セパラトリックス線１５の外側から入射された荷電
粒子は安定領域に入ることなく軌跡１６あるいは１７を
描いて飛び去ってしまう（第４図）。即ち、インフレク
タが備えられていないと、外部から入射した荷電粒子は
飛び去ってしまう。インフレクタは入射された荷電粒子
をセ・ぐう）　ＩＪックス線の内部、即ち安定領域に導
く作用をするが、荷電粒子は軌跡１８を描いて再度イン
フレクタの位置に戻シ、インフレクタに当って失われる
（第４図では荷電粒子は点１８ａ＋１８ｂ＋１８ｃ＋”
’＋１８ｉの頭で軌跡を描き。

再度インフレクタの位置に戻る）。

一方２本発明では第１図に示したように８極磁場を主成
分とする非線形磁場を発生するパータベイタ１４が備え
られている。ここで、実際のパータベイタの磁場分布を
第１図のＢ　−Ｂ’線断面の軌道面上の磁場分布で示す
と、第５図のようになる。

パータベイタを励磁すると、即ち、８極磁場を発生する
と、第１図のＡ　−Ａ’線断面における位相図は第６図
で示されるようになる（第６図では軌跡は示さず、各軌
跡を結んだ曲線を示している）。

パータベイタによる８極磁場によってセパラトリックス
線１５の内部にセパラトリックス線１９が形成される。

そして、セ／４’ラトリックス線１９内の安定軌道軌跡
は２０のように矢印の方向に移動する。またセパラトリ
ックス線１９外の軌跡曲線（安定軌道軌跡）は２１．２
１’で示すグループと２２　、２２’で示すグループに
分かれる。なお、軌跡曲線２１．，２１’、及び軌跡曲
線２２．２２’は加速器内を荷電粒子が１回転するごと
に交互に振動する軌跡で構成されておシ、同一の軌跡で
ある。

第７図も参照して、セパラトリックス線１９の領域の大
きさは・や−タベイタ１４の強さに対応する。荷電粒子
は外部から軌道１６に沿って入射される。荷電粒子が０
点に達したところで、インフレクタによって点Ｃから軌
跡２１ａに移動させる。

一方、ノクータペイタによる磁場を時間的に弱めると、
前述のようにセ・やラトリノクス線１９の領域は大きく
なる。軌跡２１ａに移動した荷電粒子は軌跡２１ａ、２
１ｂ、・・・の順にベータトロン振動しながら、セパラ
トリックス線１９に近づく。この時、ノクータベイタに
よる磁場を弱めればセパラトリックス線１９の領域は大
きくなるから、荷電粒子はセ・ぐう）　ＩＪックス線１
９の内部に捕獲される。即ち、荷電粒子の軌道は軌跡２
０ａ、２０ｂ。

２０ｃ・・・で示すように中心平衡軌道のまわシに振動
しながら回転する軌道となる。このように七ノやラトリ
ックス線１９の領域に捕獲された荷電粒子の軌道は、再
び点２１ａの位置まで振幅が大きくなることはないので
、インフレクタに衝突することはない。

上述の荷電粒子のセパラトリックス線１９の領域内への
捕獲の際、パータベイタの磁場の変化量は少なくてよく
、従って、パータベイタの磁束変化速度を荷電粒子が軌
道を回転する速度に比べて十分遅くすることができる。

即ち、小型の装置でも上述の変化量を実現することがで
きる。また。

第７図に示す０点から点２１ａまでの距離は極めて短い
から、インフレクタの負担は少なく、従って高エネルギ
ーの荷電粒子を入射することもできる。

ところで、荷電粒子の入射後は、・り一タベイタの８極
磁場はなくなるかあるいは主磁場の微少成分のみとなる
ため、軌道１６の内部領域に捕獲された荷電粒子の実効
的なｎの値は前述のようにｎ（０，７５となる。従って
、電子あるいは陽電子の場合でも光放射によるエミツタ
ンスの減衰が起こシ２発散することはない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明による入射装置では。

８極磁場を主成分とする非線形磁場を発生して。

射し、上記の８極磁場を時間的に変化させるパータベイ
タによりセパラトリックスの大きさを変えて粒子を捕獲
するので、即ち、ベータトロン振動の共鳴現象を利用し
ているから１弱い８極磁場であっても、大振幅で入射し
た荷電粒子を中心平衡軌道近くまで移動することができ
る。さらに入射時のターンセノやレージ冒ンが大きいの
で入射効率を改善することができる。また、インフレク
タの負担が少ない。従って、高い磁場で、高エネルギー
の荷電粒子を入射することができる。

上記のように高いエネルギーで入射することができるか
ら、電子あるいは陽電子の場合、光放射によるエミツタ
ンスの減衰が早い。よって再度・ぐ−タベイタを励磁し
ても安定領域の外へ発散することがなく、入射した荷電
粒子を失うことなく繰シ返し入射することができる。ま
た、パータペイな りの磁束時間変化ｆ荷電粒子の回転速度に比べ。

十分遅くすることができ、荷電粒子の回転速度の速い小
型の磁気共振型加速器への荷電粒子の入射が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を概略的に示す図。 第２図は中心平衡軌道を示す図、第３図は磁場分布を示
す図、第４図は軌道の位相図、第５図は磁場分布を示す
図、第６図及び第７図はそれぞれ軌道の位相図、第８図
は従来の加速器を示す図、第９図及び第１Ｏ図は加速器
の動作を説明するための図である。 １１・・・中心平衡軌道、１２・・・入射軌道、１３・
・・インフレクタ、１４・・・パータベイタｌｙ　４Ｔ
入（７７８３）弁理士池田憲保第１図　　　　　　第２
図 第３図　　　　　　弗４図 第５図 Ｐ１〜Ｐ３：バータ■イタ− 第９図 手続補正書（自発） 昭和２／年を月ど日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　周回軌道を持つ磁気共振型加速器に荷電粒子を入射
   する入射装置において、中心平衡軌道を中心に軌道面に
   ８極磁場を主集束成分とする非線形磁場を発生するパー
   タベイタを備え、該非線形磁場によって水平方向ベータ
   トロン振動の振動数が１／２となる不安定共鳴軌道及び
   該不安定共鳴軌道を含むセパラトリックスを形成し、前
   記８極磁場の強さを時間的に変化させることにより前記
   平心平衡軌道を含むセパラトリックス内の安定領域の大
   きさを変化させ、前記荷電粒子を補捉するようにしたこ
   とを特徴とする磁気共振型加速器の入射装置