JPS62285400A - 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、シーンクロトロン、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。

以下余白 °〔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（
・はパータベイタと称される電磁石と、磁場ある（・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。

インフレクタば荷電粒子を入射軌道に導くものである。

キツカーある（・はパータベイタは、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（・ようにするものである。一
般に、キツカーが平衡軌道全体を変位させるのに対して
、パータベイタは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（・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６図〜第８図を参照して説明する。

第６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エＮＦと。

周回状の平衡軌道ＴＲ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および集束要素と、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を移動させるパータベイタＰ１〜Ｐ３とを有し
て−・る。パータベイタＰ１〜Ｐ３は、第７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１．パータベイタを弱めて（・き、変
位した軌道ＴＲ’を徐々に元の軌道ＴＲに戻す。

上述の機構につし・て、第６図Ａ−Ａ’線断面における
付属空間を示す第８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０はパ−タペ
イタにより変位した平衡軌道ＴＲ’、ｉは入射軌道、２
は入射された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）ｃｒン振＠するた
め、軌道Ｏ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及び５は、入射後
二、三及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０が、パータベ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、パータベ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、充分な量の荷電粒子を蓄積するに
は不適当である。

本発明の目的はパータベイタ（あるいはキツカー）が非
常に高速度かつ大強度の磁場を発生する必要がなく、シ
かもインフレクタに大強度の磁場（あるいは電場）を必
要とすることがなく、磁気共振型加速器を小型化できる
入射装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、中心平衡道を中心に軌道面に４ｌ（ｌ
は２以上の正整数）極磁場を主成分とする非線形磁場を
発生する電磁石（以下パータベイタという′）を備え、
該非線形磁場によって軌道面内のベータトロン振動数が
ｍ／ｎ（ｍ。

ｎは正整数で、２ｌはｎの整数倍）近傍で不安定共鳴軌
道およ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４ｌ極磁場を荷電粒子の入射と同期されて時
間的に変化させ、前記セパラトリックスを変化させ、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が得られる。

また９本発明によれば、中心平衡軌道を中心に軌道面に
２ｎ（ｎは２以上の正整数）極磁場を主成分とする第１
の線形あるいは非線形磁場を発生する第１のパータベイ
タと、前記軌道面に４ｌ（ｌは２以上の正整数）極磁場
を主成分とする第２の非線形磁場を発生する第２のパー
タベイタとを備え、該第１及び第２の磁場によって軌道
面内ベータトロン振動数がｍ／ｎ’（ｍ。

ｎ″は正整数で、ｎはｎ′の整数倍）近傍で不安定共鳴
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２ｎ極磁場及び４ｌ極磁場の少なくとも一方
を荷電粒子の入射と同期させて時間的に変化させ、前記
セパラトリックスを変化させて、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
装置が得られる。

また１本発明によれば、中心平衡軌道を中心に軌道面に
２ｎ（ｎは２以上の正整数）極磁場を主成分とする第１
の線形あるいは非線形磁場を発生する第１のパータベイ
タと、前記軌道面に４ｔ（ｔは２以上の正整数）極磁場
を主成分とする第２の非線形磁場を発生する第２のパー
タベイタと、前記軌道面に４極磁場を主成分とする第３
の線形磁場を発生する第３のパータベイタとを有し、該
第１及び第２の磁場によって軌道面内ベータトロン振動
数がｍ／ｎ′（ｍ、ｎ’は正整数でｍはｎ″の整数倍）
近傍で不安定共鳴軌道及び該不安定共鳴軌道な含むセパ
ラトリックスを形成し、前記２ｎ極磁場、４ｌ極磁場及
び４極磁場のうち少なくとも４極磁場を時間的に変化さ
せて、前記ベータトロン振動数を時間的に変化させろ”
ことによって、前記セパラトリックスを変化させ、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が得られる。

加えて１本発明によれば９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４ｔ（ｔは２以上の正整数）極
磁場を主成分とする非線形磁場を発生する第１のパータ
ベイタと。

前記軌道面に４極磁場を主成分とする線形磁場を発生す
る第２のパータベイタとを備え、前記非線形磁場によっ
て前記軌道面内のベータトロン振動数がｍ７’ｎ（ｍ、
ｎは正整数で、２１はｎの整数倍）近傍で不安定共鳴軌
道および尊王安定共鳴軌道を含むセパラトリックスを形
成し。

前記４ｌ極磁場および４極磁場のうち少なくとも４極磁
場を荷電粒子の入射と同期させて２時間的に変化させ、
前記ベータトロン振動数を時間的に変化させることによ
って、前記セパラトリックスを変化させ、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
器の入射装置が得られる。

〔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゜及びパータベイ
タｉ４，１５及び１６を備えている。パータベイタ１４
はこの場合６極磁場を主成分とする非線形磁場を形成し
、パータベイタ１５は８極磁場を主成分とする非線形磁
場を形成する。一方、パータベイタ１６は４極磁場を主
成分とする線形磁場を形成する。

中心平衡道１１上には紙面に垂直に磁場ＢＺＭ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を形成する
。また、上記の磁場ＢＺＭ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り、従って、中心平衡軌
道から微少変位した荷電粒子には中心平衡軌道に向って
集束力が働く。

ここで、第２図に示すよ５に、中心平衡軌道を含む面に
垂直な方向を２軸、中心平衡軌道上の粒子進行方向をｙ
軸、中心平衡軌道の半径方向？：ｘ軸とする。

パータベイタ１４．１５及び１６が励磁されていない状
態で、Ｘ軸方向・、即ち水平方向ベータトロン振動数Ｑ
ＸｏがＱＸｏ　＝％＋ε（ｅは微少な値）として、主磁
場（上述の磁場ＢＺＭ　）の分布調整によって与えられ
ているとする。

ここで、前述のようにパータベイタ１５及び１６によっ
てそれぞれ８極磁−場及び４極磁場を主成分とする非線
形及び線形磁場を平心平衡軌道上に加えると、ベータト
ロン振動の振ｇＡが有限である場合、この８極磁場及び
４極磁場によってベータトロン振動数Ｑｘは次の第（１
）式で示される。

Ｑｘ＝Ｑｘｏ−ａ−ｂＡ２＝％＋ｅ−ａ−ｂＡ２＝％＋
ΔＱ　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（υただ
し、ａは４極磁場の強さに比例して定まる量、ｂは８極
磁場の強さに比例して定まる量である。

上述のように、中心平衡軌道近傍のベータトΔＱは４極
磁場および８極磁場の強さをパラメータとして振幅Ａの
関数となっている。なお。

ベータトロン振動数Ｑｘとベータトロン振動数の振幅Ａ
との関係は第６図に示され、ベータトロン振動数Ｑｘが
Ｑｘ＝％に対応する振幅をＡＯとする。そして、第（１
）式において、Ａ＝＝Ａ、のとぎΔＱ＝Ｏとなる。

ここで、パータベイタ１４によって第（２）式で示す摂
動磁場、即ち、６極磁場を主成分とする非線形磁場を中
心平衡軌道上に加えると、共鳴現象が生じろ。

Ｂｚ　＝　Ｋｘ２ｃｏｓ　（２θ−２θＯ）　　　　　
・＝　・（２）ただし、θ０は第１図のＡ−Ａ’線から
パータベイタ１４の中央までの角度、にはパータベイタ
の強さを表わすパラメータでここでは負と仮定する。

この結果、不一安定軌道が生じる。この様子を第１図の
Ａ−Ａ’線断面における位相図として第４図に示す。

第４図を参照して、第（２）式で示ｊ６極磁場の作用に
よって、３回転で閉じる安定閉軌道に対応する点ＳＰと
、同様に３回転で閉じる不安定閉軌道に対応する点ＵＳ
Ｐとが生じる。そして。

セパラトリックスは中心平衡軌道と点ＳＰとを囲むよう
に点ＵＳＰを通る線Ｓおよび線Ｓ１で構成される。上述
のパラメータＫが大きくなれば（強くなれば）１点ＳＰ
を囲む領域が大きくなり、また、中心を囲む領域が小さ
くなる。一方。

パラメータＫが小さくなれば（弱くなれば）。

点ＳＰおよびＵＳＰの振幅はＡＯに近づき、その結果１
点ＳＰを囲むセパラトリックスの領域は小さくなる。

セパラトリックスの中心を囲む領域の大きさはパラメー
タにの大きさと上述のΔＱの大きさで決定され、パラメ
ータＫが大きいほど、またΔＱが小さいほど中心の安定
領域は小さくなる。

ところで、第３図に示すように上述の８極磁場（８極磁
場分布を第５図に示ｊ）の作用によってＡ＝Ａｏの近傍
ではΔＱは小さいからパラメータＫが小さくてもＡ＝Ａ
、近傍にセパラトリックスが表われる。

次に、上述の共鳴現象を利用した荷電粒子の入射につい
て第１図および第４図を参照して説明する。

外部から点Ｅに導びかれた入射荷電粒子をインフレクタ
１６によって点Ｆに導くと、共鳴軌跡Ｇに沿って中心安
定領域を囲むセパラトリックスＳ１の近傍を通る。この
時、中心安定領域を前述のようにして大きくすると、入
射荷電粒子を中心安定領域に捕獲するように作動する。

一方、共鳴軌跡Ｇに沿りて移動し、中心安定領域に捕獲
されなかった荷電粒子がセパラトリックスＳに沿ってイ
ンフレクタ１３に近づく前。

点ＳＰを囲む領域を小さくシ、インフレクタ１３に衝突
しないようにして捕獲されるように作動する。

前述のように゛、セパラトリックスの大きさを変化させ
るためにはΔＱおよ、びパラメータにの少なくとも一方
を変化させればよく、ΔＱを変化させるためには第（１
）式に示すように４極磁場および８極磁場の強さの少な
くとも一方を変化させればよい。つまり、パータベイタ
１４．１５および１６の少なくとも一つを荷電粒子の入
射と同期させて励磁の変化を行えば、入射荷電粒子を捕
獲することができる。なお、パータベイタ１６の励磁を
変化させない場合には、これを省略することができるが
、ΔＱの調整がパータベイタ１５によるパラメータｂの
時間的変化のみによることとなる。即ち、共鳴現象の調
整がやや難しくなる。

上述の実施例では、インフレクタ１４，１５および１６
を用いて、それぞれ６極場、８極磁場。

４極磁場を発生させ、これらの磁場のいずれかを時間的
に変化させて、セパラトリじクスを変化させ、インフレ
クタによって入射される荷電粒子を捕獲している。とこ
ろで、ベータトロン振動数ＱｘＯがＱｘｏ　＝＝　ｍ　
／　ｎ’　＋　ｔ　（ｎ’　、　ｍは正整数）の場合、
パータベイタ１４が２ｎ（ｎは２以上の正整数でｎはｎ
ｏの整数倍）極磁場を発生しくパータベイタ１４による
摂動磁場はＢｚ＝ＫｘＩ’ｌ−１ｃｏｓ　ｍ　（θ−θ
０）を成分として含む）、一方、パータベイタ１５が４
１Ｃ１は２以上の正整数）極磁場を発生するようにすれ
ば、同様にして荷電粒子を捕獲できる。

さらに、上述の２ｎ極磁場と４ｌ極磁場とが等しい場合
にはパータベイタ１４および１５のうちいずれか一方を
省略することができる。

なお、パータベイタ１４による磁場は線形磁場、非線形
磁場のいずれでもよく、この磁場は軌道面の一部区間あ
るいは複数区間に発生するようにすればよい。またパー
タベイタ１５および１６による磁場は軌道面の一部区間
、複数区間、あるいは全周にわたって発生するようにす
ればよい。さらにパータベイタ１５による磁場が主磁場
によって与えられればパータベイタ１５は省略できろ。

〔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弱い非線形磁
場によって、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
ンセパレーションが大きいので入射効率を改善すること
ができ、イ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丁−ること
かできる。

上述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蓄積リングの場合、入射さ
れたビームのベータトロン振動は放射減衰する。よって
、再度共鳴の励起を行っても安定領域内にとどめること
ができ、入射された替電粒子を失うことなく、繰り返し
入射することができる。また、パータベイタ（電磁亘沖
磁束変化を荷電粒子の回転速度に比べ。

十分遅くすることができるので、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。即ち、磁気共振型加速器を小型化することがで
きる。

以下余日

【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図はベータトロン
振動数と振幅との関係を示す図、第４図は軌道の位相図
、第５図は磁場分布を示す図。 第６図は従来の加速器を示す図、第７図および第８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−、１，４，，１５，１６・・・パー
タベイタ。 第１図　　　　　　弗２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   ２ｎ（ｎは２以上の正整数）極磁場を主成分とする第１
   の線形あるいは非線形磁場を発生する第１の電磁石と、
   前記軌道面に４ｌ（ｌは２以上の正整数）極磁場を主成
   分とする第２の非線形磁場を発生する第２の電磁石とを
   備え、該第１及び第２の磁場によって前記軌道面内のベ
   ータトロン振動数がｍ／ｎ′（ｍ、ｎ′は正整数でｎは
   ｎ′の整数倍）近傍で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２ｎ極磁場
   及び４ｌ極磁場の少なくとも一方を荷電粒子の入射と同
   期させて、時間的に変化させて、前記セパラトリックス
   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。 ２、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
   ４ｌ（ｌは２以上の正整数）極磁場を主成分とする非線
   形磁場を発生する電磁石を備え、該非線形磁場によって
   前記軌道面内のバータトロン振動数がｍ／ｎ（ｍ、ｎは
   正整数で、２ｌはｎの整数倍）近傍で不安定共鳴軌道及
   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４ｌ極磁場を荷電粒子の入射と同期させて時間的に
   変化させ、前記セパラトリックスを変化させ、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。 ３、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
   ２ｎ（ｎは２以上の正整数）極磁場を主成分とする第１
   の線形あるいは非線形磁場を発生する第１の電磁石と、
   前記軌道面に４ｌ（ｌは２以上の正整数）極磁場を主成
   分とする第２の非線形磁場を発生する第２の電磁石と、
   前記軌道面に４極磁場を主成分とする第３の線形磁場を
   発生する第３の電磁石とを有し、該第１及び第２の磁場
   によって前記軌道面内のベータトロン振動数がｍ／ｎ′
   （ｍ、ｎ′は正整数で、ｎはｎ′の整数倍）近傍で不安
   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２ｎ極磁場、４ｌ極磁場、及び４極磁
   場のうち少なくとも４極磁場を荷電粒子の入射と同期さ
   せて、時間的に変化させて、前記ベータトロン振動数を
   時間的に変化させることによって、前記セパラトリック
   スを変化させ、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。 ４、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
   ４ｌ（ｌは２以上の正整数）極磁場を主成分とする非線
   形磁場を発生する第１の電磁石と、前記軌道面に４極磁
   場を主成分とする線形磁場を発生する第２の電磁石とを
   備え、前記非線形磁場によって前記軌道面内のベータト
   ロン振動数がｍ／ｎ（ｍ、ｎは正整数で、２ｌはｎの整
   数倍）近傍で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４ｌ極磁場及び４極
   磁場のうち少なくとも４極磁場を荷電粒子の入射と同期
   させて、時間的に変化させ、前記ベータトロン振動数を
   時間的に変化させることによって、前記セパラトリック
   スを変化させ、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。