JPS6269499A - Incident device for magnetic resonance type accelerator - Google Patents

Incident device for magnetic resonance type accelerator

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JPS6269499A
JPS6269499A JP20779185A JP20779185A JPS6269499A JP S6269499 A JPS6269499 A JP S6269499A JP 20779185 A JP20779185 A JP 20779185A JP 20779185 A JP20779185 A JP 20779185A JP S6269499 A JPS6269499 A JP S6269499A
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JP
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orbit
magnetic field
magnetic resonance
trajectory
perturbator
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高山 猛
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 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
射する磁気共振型加速器の入射装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an injection device for a magnetic resonance accelerator that injects charged particles into a magnetic resonance accelerator having an orbit such as a synchrotron, storage ring, or collision ring. .

[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
はパータベイタと称される電−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た。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11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ものである。
[Prior Art] A conventional magnetic resonance accelerator with an orbit uses an electromagnet called a kitker, which operates at high speed, or an electromagnet called a perturbator, as an injection device, and generates a magnetic field or an electric field in direct current. It had an inflector. An inflector guides charged particles into an incident trajectory. The kitker or perturbator displaces the equilibrium orbit so that even if a charged particle incident from the inflator travels around the orbit 11 degrees and comes to the inflator position, it will not hit the inflator.

一般に、キツカーがき[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いる。
In general, the Kitzker displaces the entire balanced track, while the Perturbator works in synchronization with two or three pieces to displace a partial section of the balanced track.

従来の周回軌道を持つ磁気共振型加速器について、具体
例を示した第8図〜10図を参照して説明する。
A conventional magnetic resonance type accelerator having an orbit will be explained with reference to FIGS. 8 to 10 showing specific examples.

第8図に示した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、周回状の平衡軌
道TRと、平衡軌道上の複数個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
の偏向認素及び集束要素と、インフレクタの両側の集束
要素の端部に設けられ平衡軌道を移動させるパータベイ
タP1〜P3とを佇している。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。
The conventional magnetic resonance accelerator shown in Fig. 8 consists of an inflector INF that guides charged particles to an incident trajectory, a circular equilibrium orbit TR, and a bipolar electromagnet installed at multiple locations on the equilibrium orbit, each with a bipolar electromagnet and a A plurality of deflection recognition and focusing elements consisting of two sets of horizontal focusing quadrupole electromagnets QF and horizontal diverging quadrupole electromagnets QD arranged on both sides, and a balanced trajectory provided at the ends of the focusing elements on both sides of the inflector. There are Partabata P1 to P3 that move the parts. Partabaita P1~P3
As shown in FIG. 9, the balanced trajectory TR is displaced to provide a displaced balanced trajectory TR''.

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TRに戻す。
While injecting a beam from the inflector INF into this displaced orbit TR', the perturbator is weakened, and the displaced orbit TR' is gradually returned to its original orbit TR.

この機構を、第8図A−A’線による断面における位相
空間を示した第10図を参照して説明する。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。第10図において、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はパータベイタにより変位した平衡軌道T
R’、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。
This mechanism will be explained with reference to FIG. 10, which shows the phase space in a cross section taken along line AA' in FIG. 8. here 4
Consider the case of betatron oscillation, which rotates and returns to its original state. In FIG. 10, X represents the horizontal displacement from the original balanced trajectory TR, and X' represents the inclination of the trajectory. Furthermore, the reference number 0 is the equilibrium trajectory T displaced by the perturbator.
R', 1 is the incident orbit, and 2 is the orbit after being input and going around the orbit once. Orbit 2 oscillates as a betatron around the equilibrium orbit 0, so it is located at a position rotated around orbit 0 by an angle determined by the oscillation of the betatron. Reference number 3
, 4 and 5 represent the orbits after two, three, and four revolutions after incidence, respectively. The reason why trajectory 5 does not come to the position of incident trajectory 1 is because the displaced equilibrium trajectory 0 moves in the direction of the arrow as the perturbator weakens. The condition for not colliding with the inflector INF is that the gap between the incident trajectory 1 and the trajectory 5 is sufficiently large.

[発明が解決しようとする問題点コ 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。磁気共
振型加速器を小型高性能化する上でこれらが障害となっ
ている。
[Problems to be solved by the invention] In order to miniaturize the conventional magnetic resonance accelerator mentioned above and inject it with as high energy as possible, it is necessary to use a perturbator or kicker that generates a very high-velocity and high-intensity magnetic field. Become. In addition, the inflector requires a high-intensity magnetic field or electric field. However, there are technical limits to the strength and response speed of magnetic and electric fields that can be achieved with perturbators, kitskers, and inflectors. A method of injecting, accumulating, and accelerating with a very weak magnetic field is also possible, but
At low energies, the lifespan of stored charged particles is short, making it unsuitable for storing a sufficient amount of charged particles. These are obstacles to making magnetic resonance accelerators smaller and more efficient.

[問題点を解決するための手段] 本発明による磁気共振型加速器用入射装置は、中心平衡
軌道を中心に軌道面に8極磁場を主成分とする非線形磁
場を打し、この非線形磁場の作用で水平方向ベータトロ
ン振動数が1/2となる共鳴軌道が存在するようにし、
さらに4極磁場を主成分とし時間的に変化するパータベ
イタを有している。
[Means for Solving the Problems] The injection device for a magnetic resonance accelerator according to the present invention applies a nonlinear magnetic field whose main component is an octupole magnetic field to the orbital surface around a centrally balanced orbit, and the effect of this nonlinear magnetic field is So that there exists a resonant orbit where the horizontal betatron frequency is 1/2,
Furthermore, it has a perturbator whose main component is a quadrupole magnetic field and which changes over time.

[実施例コ 第1図を参照すると、本発明の一実施例は、平衡軌道1
1と、入射軌道12と、インフレクタ13と、パータベ
イタ14とを有している。従来のパータベイタにおいて
は双極磁場が主な機能を持つのに対して、本発明におけ
るパータベイタ14では4極磁場が主な機能を持ってい
る。
[Example 1] Referring to FIG.
1, an incident trajectory 12, an inflector 13, and a perturbator 14. In the conventional pertervater, the dipole magnetic field has the main function, whereas in the pertervater 14 of the present invention, the quadrupole magnetic field has the main function.

平衡軌道11に対して、第2図のような座標系をとれば
、r−6面状の磁場分布は、 B (x) = 8  (1−nx + k x  +
 k x  +  ・・−)z    zo     
 2   3x  =(r−r  )/r eq    eq と表わせる。ここでB は中心平衡軌道上のZ方O 向の磁場、r は中心平衡軌道の半径である。nq は、ビームを集束させる重要なパラメータであるが、本
発明においては、パラメータに3が本質的な機能を持っ
ている。磁場分布は、第3図に示すように8忰成分を持
っている。
If we take a coordinate system as shown in Figure 2 for the balanced orbit 11, the magnetic field distribution on the r-6 plane is B (x) = 8 (1-nx + k x +
k x + ・・−)z zo
It can be expressed as 2 3x = (rr)/req eq. Here, B is the magnetic field in the Z direction O on the centrally balanced orbit, and r is the radius of the centrally balanced orbit. nq is an important parameter for focusing the beam, and in the present invention, parameter 3 has an essential function. The magnetic field distribution has eight components as shown in Figure 3.

第2図において点0の位置を0=O°とし、この場所で
の軌道の位相プロット図を参照して、入射機構を説明す
る。第4図は、パータベイタがない場合のr方向運動の
位相プロットを示す。第4図において、符号Xはベータ
トロン振動の振幅が小さい軌道のプロy)で、ベータト
ロン振動数が以下余白 1/2より大きいので、図中の数字にしたかうように振
動しながら矢印の方向にまわる。磁場が第3図に示すよ
うに8構成分を有すると、ベータトロン振動の振幅が大
きくなるにつれて、ベータトロン振動数は小さくなって
いく。ベータトロン振動数が!/2の場合の軌道が第4
図における符号Yで表わされており、番号1′と2′と
の間で振動するだけになる。更にベータトロン振動振幅
が増すと、ベータトロン振動数は1/2より小さくなり
、第4図において符号Zで表される軌道となり、軌道X
の場合とは反対方向にまわるようになる。
In FIG. 2, the position of point 0 is assumed to be 0=0°, and the injection mechanism will be explained with reference to a phase plot diagram of the trajectory at this location. FIG. 4 shows a phase plot of r-direction motion without perturbator. In Fig. 4, the symbol X is the orbit proy) in which the amplitude of the betatron oscillation is small, and since the betatron oscillation frequency is greater than 1/2 of the margin below, the arrow Turn in the direction. When the magnetic field has eight components as shown in FIG. 3, as the amplitude of the betatron oscillations increases, the betatron frequency decreases. Betatron vibration frequency! /2, the orbit is the fourth
It is represented by the symbol Y in the figure, and it only oscillates between numbers 1' and 2'. As the betatron vibration amplitude further increases, the betatron frequency becomes smaller than 1/2, resulting in a trajectory indicated by the symbol Z in FIG.
It will rotate in the opposite direction than in the case of .

θ=180°の位置に、4極磁場のパータベイタ14を
設けると、2点間を振動する軌道Yは第5図に示す軌道
−15のように、パータベイタ14の位置に節を持つ軌
道のみになる。位相プロットでは、第6図に示すように
、移動しない軌道のまわりに回転するニゲループの軌道
と、安定領域外の軌道とのグループに分類される。軌道
16は、第4図における状態Xにおいて中心の平衡軌道
11のまわりに回転するグループに属する。軌道17の
グループは、左右の閉じた領域の間を振動しながら軌道
15のまわりを回転する。軌道18は、第4図における
状態Zにおいて軌道16および17をつつむように回転
するグループである。軌道19は安定領域に捕捉されず
に飛び去るグループに属する。軌道17の領域の大きさ
はパータベイタ14の強さに対応する。入射は、外部か
ら軌道19に沿ってへ方向から行なわれる。B点にきた
ところで、インフレクタ13により、0点に移動する。
When a perturbator 14 with a quadrupole magnetic field is installed at the position of θ = 180°, the orbit Y that vibrates between two points will only have a node at the position of the perturbator 14, as shown in orbit -15 in Fig. 5. Become. In the phase plot, as shown in FIG. 6, the orbits are classified into two groups: non-moving orbits, Nigeloop orbits rotating around orbits, and orbits outside the stable region. The orbit 16 belongs to the group that rotates around the central equilibrium orbit 11 in state X in FIG. The group of tracks 17 rotates around the track 15 while oscillating between left and right closed areas. Orbit 18 is a group that rotates so as to surround orbits 16 and 17 in state Z in FIG. Trajectory 19 belongs to the group that flies away without being caught in the stable region. The size of the area of the trajectory 17 corresponds to the strength of the perturbator 14. Injection takes place from the outside along the trajectory 19. When it reaches point B, the inflector 13 moves it to point 0.

軌道17に沿って振動しながら、軌道16に近づくにつ
れてパータベイタ14を弱めれば、軌道16のように中
心平衡軌道11のまわりに振動しながら回転する軌道に
移る。このように、軌道16の領域に捕捉された軌道は
、再び0点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13に衝突することはない。なお、入射
軌道のみ位相プロットすると、第7図に示すようになる
。ただし、番号は入射以後θ=0°を通過する回数を表
わす。
If the perturbator 14 is weakened as it approaches the orbit 16 while vibrating along the orbit 17, it will shift to a orbit in which it rotates while vibrating around the central equilibrium orbit 11 like the orbit 16. In this way, the trajectory captured in the area of the trajectory 16 does not increase in amplitude to the zero point position again, and therefore does not collide with the inflector 13. Incidentally, if only the incident trajectory is phase plotted, the result will be as shown in FIG. 7. However, the number represents the number of times the beam passes through θ=0° after incidence.

[発明の効果] 本発明による入射装置は、8極磁場を主成分とする非線
形磁場を打し、ベータトロン振動数が172になる共鳴
軌道を作り、更に4極磁場を主成分とし時間的に変化す
゛る磁場を発生するパータベイタを有し、共鳴軌道のま
わりにベータトロン振動をする軌道を入射に利用するこ
とで次のような効果を有している。
[Effects of the Invention] The injection device according to the present invention applies a nonlinear magnetic field whose main component is an octupole magnetic field, creates a resonant orbit with a betatron frequency of 172, and further has a quadrupole magnetic field as its main component and temporally It has a perturbator that generates a changing magnetic field, and by using an orbit that oscillates as a betatron around a resonant orbit for injection, it has the following effects.

(1)インフレクタの負担が軽減される。(1) The burden on the inflector is reduced.

(2)パータベイタの強さおよび時間変化の速さが軽減
される。
(2) The strength and speed of time change of Perturbator is reduced.

(3)小型強磁場の蓄積リングにビームを入射すること
が可能である。
(3) It is possible to inject the beam into a small storage ring with a strong magnetic field.

(4)入射軌道と入射後の周回軌道間の」uj隙が大き
く、入射効率の改すになる。
(4) The uj gap between the incident orbit and the orbit after the injection is large, leading to a reduction in the incidence efficiency.

なお、本発明は弱集束型および強集束型の磁気共振型加
速器に適用できる。また、8極磁場は軌道に沿って一区
間またはi数置間に限られて存在することができる。更
に、パータベイタは、時間的に変化するものと変化しな
いものとに分け、これらを複数個の異なる位置または同
位置に重畳して使用することもできる。
Note that the present invention is applicable to weakly focused and strongly focused magnetic resonance accelerators. Further, the octupole magnetic field may exist only in one section or i number of positions along the orbit. Furthermore, the perturbator can be divided into those that change over time and those that do not, and these can be used by superimposing them at a plurality of different positions or at the same position.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は平衡軌道
を示す図、第3図は磁場分布を示す図、第4図は軌道の
位相プロット図、第5図および第6図は本発明の詳細な
説明するための軌道及び位相プロン)を示す図、第7図
は入射軌道の位相プロット図、第8図は従来の加速器を
示す図、第9図および第10図は従来の加速器の動作説
明図である。 11・・・平衡軌道、12・・・入射軌道、13・・・
インフレクタ、14・・・パータベイタ。 代理人(7783)カシ111.池1月憲保 (′第1
図       第2図
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a balanced orbit, Fig. 3 is a diagram showing a magnetic field distribution, Fig. 4 is a phase plot diagram of the orbit, and Figs. 7 is a phase plot diagram of the incident trajectory, FIG. 8 is a diagram showing a conventional accelerator, and FIGS. 9 and 10 are FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of a conventional accelerator. 11...Equilibrium orbit, 12...Incidence orbit, 13...
Inflector, 14... Partabaita. Agent (7783) Kashi 111. Ike January Noriyasu ('1st
Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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
磁場を集束成分とする非線形磁場を有し、前記非線形磁
場の作用で水平方向ベータトロン振動の振動数が1/2
となる共鳴軌道を有し、更に4極磁場を主成分とし時間
的に変化する磁場を発生するパータベイタを有すること
を特徴とする磁気共振型加速器の入射装置。
In an injection device for injecting charged particles into a magnetic resonance type accelerator having a circular orbit, a nonlinear magnetic field having an octupole magnetic field as a focusing component is formed on the orbital plane around a central equilibrium orbit, and horizontal beta The frequency of tron vibration is 1/2
An injection device for a magnetic resonance accelerator, characterized in that it has a resonant orbit, and further includes a perturbator that generates a magnetic field that has a quadrupole magnetic field as its main component and changes over time.
JP20779185A 1985-09-21 1985-09-21 Incident device for magnetic resonance type accelerator Granted JPS6269499A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20779185A JPS6269499A (en) 1985-09-21 1985-09-21 Incident device for magnetic resonance type accelerator
DE8686905435T DE3673810D1 (en) 1985-09-21 1986-09-22 METHOD FOR THE INTRODUCTION OF CHARGED PARTICLES IN MAGNETIC RESONANCE ACCELERATORS AND MAGNETIC RESONANCE ACCELERATORS BASED ON THE SAME METHOD.
PCT/JP1986/000491 WO1987001900A1 (en) 1985-09-21 1986-09-22 Method of introducing charged particles into magnetic resonance type accelerator and magnetic resonance type accelerator based on said method
US07/060,868 US4849705A (en) 1985-09-21 1986-09-22 Method of incidence of charged particles into a magnetic resonance type accelerator and a magnetic resonance type accelerator in which this method of incidence is employed
EP86905435A EP0239646B1 (en) 1985-09-21 1986-09-22 Method of introducing charged particles into magnetic resonance type accelerator and magnetic resonance type accelerator based on said method

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