JPS63310600A - Cyclotron - Google Patents

Cyclotron

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JPS63310600A
JPS63310600A JP13963487A JP13963487A JPS63310600A JP S63310600 A JPS63310600 A JP S63310600A JP 13963487 A JP13963487 A JP 13963487A JP 13963487 A JP13963487 A JP 13963487A JP S63310600 A JPS63310600 A JP S63310600A
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cyclotron
magnetic field
resonant cavity
axial
beam space
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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) 本発明は、イオン照射を含む研究およびその他の目的の
ために要求される高エネルギーレベルで電離粒子を発生
するように、軸線方向の磁界に垂直なほぼらせん状の経
路に沿って電離粒子ビームを加速する装置であるサイク
ロトロンに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application) The invention relates to the application of an axial magnetic field to generate ionized particles at high energy levels required for research and other purposes, including ion bombardment. It concerns a cyclotron, a device that accelerates a beam of ionizing particles along a vertical, generally helical path.

(従来の技術) サイクロトロンにおいては、逆極性の電圧が印加されて
いる一対の電極間を電離された粒子のビームが通る。電
離粒子が一対の電極の差電圧の間を通って遷移するたび
に粒子はエネルギーを得る。
(Prior Art) In a cyclotron, a beam of ionized particles passes between a pair of electrodes to which voltages of opposite polarity are applied. Each time an ionized particle transitions between the differential voltages of a pair of electrodes, the particle gains energy.

電極に印加される電圧は無線周波数の交流電圧であって
、電離粒子の遷移と同期する周波数で印加される。軸線
方向磁界に垂直なほぼ円形の経路に沿って電流粒子を移
動させることにより、少数の電極対を通って粒子に数多
くの遷移を行わせて、各遷移ごとに加速し、半径を大き
くさせることができる。
The voltage applied to the electrodes is a radio frequency AC voltage, and is applied at a frequency that is synchronized with the transition of the ionized particles. moving a current particle along a nearly circular path perpendicular to an axial magnetic field, causing the particle to make many transitions through a small number of electrode pairs, accelerating and increasing the radius with each transition Can be done.

(発明が解決しようとする問題点) 従来のサイクロトロンには、イオン粒子の質量を増大さ
せてそれらの粒子を遅く動かし、電極に印加されている
無線周波数励振との周期を失わせる相対論的効果により
ひき起される問題がある。
(Problem to be Solved by the Invention) Conventional cyclotrons have a relativistic effect that increases the mass of the ion particles, causing them to move slower and out of period with the radio frequency excitation being applied to the electrodes. There are problems caused by

粒子は所要の速さまでバックアップでき、したがって、
半径が大きくなるにつれて磁界を強くすることにより、
無線周波励振に対する粒子の周期を保つことができる。
Particles can back up to the required speed and therefore
By increasing the magnetic field as the radius increases,
The period of the particles can be maintained for radio frequency excitation.

したがって、この磁界は等時性磁界の形を持つといわれ
る。しかし、この磁界の形は電離粒子ビームの集束を失
わせるから、粒子を再び集束させるために方位方向の変
化すなわち「フラッタ」が磁界中に含ませられる。
Therefore, this magnetic field is said to have the form of an isochronous magnetic field. However, because this magnetic field shape causes the ionized particle beam to lose focus, azimuthal changes or "flutter" are included in the magnetic field to refocus the particles.

サイクロトロンは極磁性体のヨーク内に納められた抵抗
性磁石コイルを用いて製作されるのが普通であるが、そ
れらの磁石の体積と重量のために、サイクロトロンは大
規模な建屋内に収容する用途に制限される。また抵抗性
コイルに供給される電力量のために電源はかなり大容量
のものを必要とする。
Cyclotrons are typically constructed using resistive magnet coils housed within polar magnetic yokes, but the volume and weight of these magnets means that cyclotrons are housed in large buildings. Limited to use. Also, the amount of power supplied to the resistive coil requires a fairly large power supply.

超電導磁石を用いるサイクロトロンが提案されているが
、それらは強磁性体のヨークを用いているから、体積お
よび重量はかなりのものとなる。
Cyclotrons using superconducting magnets have been proposed, but they use ferromagnetic yokes, which add considerable volume and weight.

(問題点を解決するための手段) 本発明は鉄ヨークを存しない超電導磁石を用いるサイク
ロトロンを提供するものである。半径方向における希望
の等時性磁界の変動および方位方向の磁界の希望の変動
がこのサイクロトロンで達成される。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a cyclotron using a superconducting magnet without an iron yoke. The desired isochronous magnetic field variation in the radial direction and the desired variation of the magnetic field in the azimuthal direction are achieved with this cyclotron.

本発明に従って、少なくとも1個の円筒形磁石コイルを
有する超電導磁石を備え、この磁石コイルはその磁石の
軸線方向に延びる磁界を生ずるように低温保持装置の内
部に配置され、その低温保持装置は横断面がほぼ円形で
ある軸線方向室を形成し、その軸線方向室の中に前記磁
界を含むサイクロトロンにおいて、前記超電導磁石(2
9)は前記磁界を発生するヨーク無し手段を構成し、前
記軸線方向室(26)内部に相互作用手段(12〜17
)が配置され、それらの相互作用手段は前記磁界と相互
作用して、前記軸(11)に対して方位方向に軸線方向
磁界を「フラッタ」すなわち変動させ、かつ前記軸(1
1)から半径方向に前記軸線方向磁界を等時的に変動さ
せるように構成され、前記軸線方向室(26)の内部に
は電離された粒子のビームを加速する電界を発生する共
振空胴手段(30,31)が配置され、前記相互作用手
段(1,2〜17)と前記共振空胴手段(30゜31)
は前記軸(11)から半径方向に配置されたビーム空間
を一緒に形成し、そのビーム空間内では前記電離粒子ビ
ームを加速できるサイクロトロンが得られる。
In accordance with the invention, a superconducting magnet having at least one cylindrical magnet coil is provided, the magnet coil being disposed within a cryostat to produce a magnetic field extending in the axial direction of the magnet, and the cryostat being transversely In a cyclotron, the superconducting magnet (2
9) constitutes a yokeless means for generating the magnetic field, and has interaction means (12 to 17) inside the axial chamber (26).
) are arranged, their interaction means interacting with said magnetic field to cause the axial magnetic field to "flutter" or fluctuate in an azimuthal direction with respect to said axis (11) and
resonant cavity means configured to vary the axial magnetic field isochronously in a radial direction from 1), and within the axial chamber (26), generating an electric field for accelerating a beam of ionized particles; (30, 31) are arranged, and the interaction means (1, 2-17) and the resonant cavity means (30° 31)
together form a beam space arranged radially from said axis (11), in which beam space a cyclotron is obtained in which said ionizing particle beam can be accelerated.

前記相互作用手段(12〜17)は扇形の強磁性体磁極
片を備え、前記共振空胴手段(30゜31)は前記磁極
片の間に挿入された扇形部材(32〜37)を備えるこ
とが好ましい。
The interaction means (12-17) comprises sector-shaped ferromagnetic pole pieces, and the resonant cavity means (30°31) comprises sector-shaped members (32-37) inserted between the pole pieces. is preferred.

(実施例) 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

サイクロトロンの加速作用が、円板形ビーム空間10の
中心部に連続注入される電離粒子ビームへ与えられる。
The accelerating effect of the cyclotron is applied to the ionizing particle beam which is continuously injected into the center of the disc-shaped beam space 10.

軸線方向の磁界がサイクロトロンの中心軸11に平行に
延び(ビーム空間10はこの中心軸11から外側へ放射
状に延びる)、軟鉄磁極片12〜17の形の相互作用手
段との相互作用により、ビーム空間の領域内意で方位方
向および半径方向の変動を受ける。軸線方向の磁界は、
1組の超電導磁石コイル21〜24を有する超電導磁石
29の形のヨークなし手段により発生される。超電導磁
石コイル21〜24は円筒形の低温保持装置25の内部
に納められるから、それらのコイルは超電導のため絶対
零度近くに保たれる。低温保持装置25は中心を軸線方
向にのびる円筒形の室26を形成する。低温保持袋ri
125の構造の詳細については後で説明する。
An axial magnetic field extends parallel to the central axis 11 of the cyclotron (the beam space 10 extends radially outwards from this central axis 11) and, by interaction with interaction means in the form of soft iron pole pieces 12-17, the beam Subject to azimuthal and radial variations within a spatial domain. The axial magnetic field is
It is generated by yokeless means in the form of a superconducting magnet 29 having a set of superconducting magnet coils 21-24. Since the superconducting magnet coils 21 to 24 are housed inside the cylindrical cryostat 25, these coils are kept close to absolute zero due to their superconductivity. The low temperature holding device 25 forms a cylindrical chamber 26 extending in the axial direction from the center. low temperature storage bag ri
The details of the structure of 125 will be explained later.

室26内で軸11を中心として120度の角度をおいて
配置されている3個の上部磁極片として軟鉄磁極片が設
けられる。下側の軟鉄磁極15゜16.17も室26内
部で軸11を中心として互いに120度の角度を成して
配置される。下側磁極片15は上側磁極片12に軸線方
向に整列させられ、他の上側および下側の磁極片も同様
に配置される。それらの磁極片の形、配置および磁気的
性質は、軸線方向の磁界の強さを希望通りに変動させる
ように、構成および選択される。
Soft iron pole pieces are provided as three upper pole pieces placed at an angle of 120 degrees about axis 11 in chamber 26 . The lower soft iron poles 15.degree. 16.17 are also arranged within the chamber 26 at an angle of 120.degree. to each other about the axis 11. The lower pole piece 15 is axially aligned with the upper pole piece 12, and the other upper and lower pole pieces are similarly arranged. The shape, arrangement and magnetic properties of the pole pieces are configured and selected to provide the desired variation in axial magnetic field strength.

第6図および第7図は磁界の方位方向の変動および等時
性の放射状の形をそれぞれ示す。
Figures 6 and 7 illustrate the azimuthal variation and isochronous radial shape of the magnetic field, respectively.

第6図はサイクロトロンの周縁部の周囲の磁界の強さを
変化を示すもので、磁極片12〜17のうちの2個の位
置が80度と180度に示されている。第7図はサイク
ロトロンの軸11における3、5Tから、周縁部Eにお
ける3、6Tまでの、磁界の半径方向の変動を示す。
FIG. 6 shows the variation in magnetic field strength around the periphery of the cyclotron, with the positions of two of the pole pieces 12-17 shown at 80 degrees and 180 degrees. FIG. 7 shows the radial variation of the magnetic field from 3,5T at the axis 11 of the cyclotron to 3,6T at the periphery E. FIG.

再び第1図〜第3図を参照して、ビーム空間10の内部
で回転している粒子ビームへ励振用の無線周波電圧が室
26内の部材30.31の形の無線周波空胴手段を介し
て供給される。それらの部材は、軸11を中心として1
20度の角度を成して配置された上側の扇延長部32.
33.34を含む。それらの扇形延長部はビーム空間1
0から軸線方向上方へ延び、軸11から外側へ放射状に
延びて、磁極片12〜14の間に配置される。
Referring again to FIGS. 1-3, a radio frequency voltage for excitation of a particle beam rotating within beam space 10 is applied to radio frequency cavity means in the form of member 30.31 in chamber 26. Supplied via These members are 1
Upper fan extension 32 arranged at a 20 degree angle.
Contains 33.34. Their fan-shaped extensions are beam space 1
0 and radially outwardly from the shaft 11 and disposed between the pole pieces 12-14.

第2図に詳しく示されているように、各延長部32〜3
4はプリズム形の鋼殻39を有する。この鋼殻39はそ
れより大きい別の鋼殻40の中に入れられる。それらの
鋼殻39,40は離隔魅されて狭い間隙41を形成する
。鋼殻40はサイクロトロンの中心部42において隣り
の鋼殻に軸線方向に結合され、全ての延長部32〜32
4の間隙41は中心部に通じる。
As shown in detail in FIG.
4 has a prismatic steel shell 39. This steel shell 39 is enclosed within another larger steel shell 40. The steel shells 39, 40 are spaced apart to form a narrow gap 41. A steel shell 40 is axially connected to an adjacent steel shell at the center 42 of the cyclotron and includes all extensions 32-32.
A gap 41 at No. 4 communicates with the center.

第2図に示すように、各延長部は軸11に垂直な横断面
内に、軸11から外方へほぼ放射状に延びた2本のアー
ム41a、41bと、円周方向のアーム41cとを有す
る扇形空洞片として現われる。
As shown in FIG. 2, each extension has two arms 41a, 41b extending generally radially outward from the axis 11 in a cross-section perpendicular to the axis 11, and a circumferential arm 41c. Appears as a fan-shaped hollow piece with.

下側の延長部35,36.37は軸11を中心として同
様に隔てられ、かつ中心において互いに同様に結合され
、室26の内部に下側磁極片の間に同様に配置される。
The lower extensions 35, 36, 37 are similarly spaced about the axis 11 and similarly connected to each other in the center and are likewise arranged between the lower pole pieces inside the chamber 26.

各延長部35〜37は上側の延長部の1つに軸線方向に
整列させられる。
Each extension 35-37 is axially aligned with one of the upper extensions.

第3図に最もよく示されているように、各延長部32〜
34は下側の各延長部35〜37と軸線方向に向き合い
、向き合う延長部は軸線方向に隔てられて、ビーム空間
10を部分的に形成する。
As best shown in FIG.
34 axially faces each of the lower extensions 35 - 37 , the opposing extensions being axially separated to partially form the beam space 10 .

同様に、磁極片13〜14が下側磁極片15〜17に軸
線方向に向き合い、かつ軸線方向に隔てられてビーム空
間10を部分的に形成する。
Similarly, pole pieces 13-14 axially face and are axially separated from lower pole pieces 15-17 to partially define beam space 10.

磁極片12〜17の間に共振空胴部材32〜37を円周
方向に介在させることにより、それらの共振空胴が励振
無線周波電力を効率良く与えるために必要なだけ軸線方
向に延長させることができる。図示の例では、共振空胴
部材は必要な無線周波の波長の4分の1にされる。空胴
41のビーム空間10から離れている方の端部が閉じら
れて4分の1波長共振器を形成する。
By interposing the resonant cavity members 32 to 37 in the circumferential direction between the magnetic pole pieces 12 to 17, the resonant cavities are extended in the axial direction as necessary to efficiently provide excitation radio frequency power. Can be done. In the illustrated example, the resonant cavity member is one quarter of the wavelength of the required radio frequency. The end of the cavity 41 remote from the beam space 10 is closed to form a quarter-wave resonator.

励振用無線周波電圧が同軸ケーブル42〜44を介して
、内側殻39と外側殻40の間の空胴40に供給されて
、ビーム空間10に隣接する空胴の端部の間に正弦波状
に振動する大きい電圧を生じさせる。
An excitation radio frequency voltage is supplied via coaxial cables 42 to 44 to the cavity 40 between the inner shell 39 and the outer shell 40 to generate a sinusoidal voltage between the ends of the cavity adjacent the beam space 10. Generates a large oscillating voltage.

上側と下側の延長部の空胴は同相で励振され、図示の例
においてはそれらの空胴には電離粒子の回転周波数の3
倍の周波数の無線周波が供給される。
The cavities of the upper and lower extensions are excited in phase, and in the example shown they have a
Radio frequencies with twice the frequency are supplied.

第5図を参照する。この図には上側と下側の延長部を通
る軸線方向断面図が示されている。ビーム50は図で左
から右へ進み、励振無線周波が同期させられせて、各空
胴を通る粒子を加速するために必要な極性を与える。
Please refer to FIG. This figure shows an axial section through the upper and lower extensions. The beams 50 proceed from left to right in the figure, and the excitation radio frequencies are synchronized to provide the necessary polarity to accelerate the particles through each cavity.

各電離粒子は各空胴を構成している2つの殻を通り、こ
れらの殻に印加された電圧の位相が同期されてそれらの
粒子へ加速電圧を与えるから、それらの粒子には1回転
当り6回の加速作用電圧が加えられる。各加速作用電圧
は典型的には30KVであって、イオン回転周波数は5
0MHzである。すなわち、各軌道はエネルギーを18
0KVだけ増加させ、空胴周波数は150MHzである
。粒子が所要のエネルギー状態を得たらそれらの粒子は
サイクロトロンから出される。
Each ionized particle passes through the two shells that make up each cavity, and the phase of the voltage applied to these shells is synchronized to provide an accelerating voltage to those particles, so that each particle has an acceleration voltage per revolution. Six acceleration voltages are applied. Each accelerating voltage is typically 30 KV and the ion rotation frequency is 5.
It is 0MHz. That is, each orbit has an energy of 18
It is increased by 0 KV and the cavity frequency is 150 MHz. Once the particles have achieved the required energy state, they are ejected from the cyclotron.

第8図に示すように、負イオンを用いると、ビーム80
のらせん状経路内の適切な点においてそれらのイオンは
薄い炭素箔60に衝突させられる。
As shown in FIG. 8, when negative ions are used, the beam 80
The ions are made to strike the thin carbon foil 60 at appropriate points within the helical path.

この箔60はイオンから負電荷をうばうことによりその
イオンを正イオンにする。したがって、イオンは軸線方
向の磁界により偏向されて外方へ放射状に進むから取出
し管61を通ってサイクロトロンを出る。出力粒子に対
して求められるエネルギーに応じてコイルは任意の数の
別の位置を有することができる。したがって、箔の位置
を変えることにより、10 M e Vと17 M e
 Vの異なる出力を得ることができる。
The foil 60 removes negative charge from the ions, making them positive ions. The ions therefore exit the cyclotron through the extraction tube 61 as they are deflected by the axial magnetic field and travel radially outward. The coil can have any number of alternative positions depending on the energy required for the output particles. Therefore, by changing the position of the foil, 10 M e V and 17 M e
Different outputs of V can be obtained.

サイクロトロンの頂部に設けられているイオン源70に
よりイオン流が供給される。このイオン源は負イオン流
を外方へ放射状に放出する。そのイオン流は磁界により
90度曲げられ、この時点で差動真空ポンプにより水素
ガスの多くが排出される。イオン流からガスを容易に除
去する装置と、ビーム空間を極めて効率よく排気する装
置とによりサイクロトロンの全体の効率が非常に高くな
る。
The ion flow is provided by an ion source 70 located at the top of the cyclotron. The ion source emits a stream of negative ions radially outward. The ion stream is bent 90 degrees by the magnetic field, at which point the differential vacuum pump pumps out much of the hydrogen gas. A device that easily removes gas from the ion stream and a device that evacuates the beam space very efficiently makes the overall efficiency of the cyclotron very high.

イオン源70からの負イオン流71は中心軸11に沿っ
て向けられるように直ちに90度曲げられ、共振空胴部
材32〜34の1番上に設けられている穴72を通って
ビーム空間10の中に入る。
The negative ion stream 71 from the ion source 70 is immediately bent 90 degrees to be directed along the central axis 11 and passes through the hole 72 provided at the top of the resonant cavity members 32-34 into the beam space 10. Go inside.

第1図に示すように、イオン流は参照符号79に示すよ
うに再び90度曲げられ、ビーム空間10内での軌道運
動を開始する。
As shown in FIG. 1, the ion stream is again bent 90 degrees, as indicated by reference numeral 79, and begins orbiting within beam space 10.

第4図は第3図に示すサイクロトロンに非常に類似する
サイクロトロンを示す。この例ではイオン発生器がビー
ム空間10内の位置74にあり、イオン供給器75から
イオン流が管73を通って供給される。そのイオン流は
イオン発生器74において管73にあけられている穴か
ら出る。
FIG. 4 shows a cyclotron very similar to the cyclotron shown in FIG. In this example, an ion generator is located at location 74 within beam space 10 and a stream of ions is provided through tube 73 from an ion supplier 75 . The ion stream exits through a hole in tube 73 in ion generator 74 .

両方のサイクロトロンにおいては、イオン流はビーム空
間10の中心へ送られる。ビーム空間の中心においては
、そのイオン流はそれらのらせん状軌道運動を開始する
In both cyclotrons, the ion stream is directed to the center of the beam space 10. At the center of the beam space, the ion streams begin their spiral orbital motion.

第3図と第4図に示す実施例おいては、図示のイオン源
により正イオンまたは負イオンを供給できる。正イオン
が用いられる時には第8図に示す取出し箔は使用できず
、加速されたイオンは第9図に示す構造で取出される。
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the illustrated ion source can supply positive or negative ions. When positive ions are used, the extraction foil shown in FIG. 8 cannot be used, and the accelerated ions are extracted with the structure shown in FIG. 9.

第9図において、イオン流80が外側軌道に達すると、
そのイオン流は変化する磁界70の流域の中に入る。そ
の磁界はイオン流を僅かに異る軌道80aへ偏向させて
、イン流を静電偏向器76の中に入れ、それによりその
イオン流が別の変化磁界76の中に入ってサイクロトロ
ンを接接方向に出すようにする。
In FIG. 9, when the ion stream 80 reaches the outer orbit,
The ion stream enters the field of changing magnetic field 70. The magnetic field deflects the ion stream to a slightly different trajectory 80a, forcing the in-stream into an electrostatic deflector 76, which causes the ion stream to enter another changing magnetic field 76 that brings the cyclotron into contact. Try to put it out in the direction.

あるいは、ターゲット(実際は加工物である)をビーム
空間10内のイオン流の経路内に置いて、イオンがその
ターゲットに直接当るようにすることもできる。
Alternatively, a target (actually a workpiece) can be placed in the path of the ion stream within beam space 10 so that the ions directly impinge on the target.

扇形の鉄製磁極片12〜14と15〜17の間の円周方
向の空間内部には強磁性体は全く存在せず、そのために
、主磁界と磁極片との間の相互作用によりひき起される
大きな振幅の方位方向磁界変動を起させることができる
There is no ferromagnetic material inside the circumferential space between the sector-shaped iron pole pieces 12-14 and 15-17, so that no ferromagnetic material is present due to the interaction between the main magnetic field and the pole pieces. It is possible to cause large amplitude azimuthal magnetic field fluctuations.

更に、それらの空間内に無線周波空胴を置くことにより
それらの空胴を一層効率の良い形に作ることができると
ともに、従来のものよりもはるかに多数の空胴を設ける
ことかできるから、電離粒子のらせん状経路のターン当
りの加速度をより大きくできる。
Furthermore, by placing radio frequency cavities within these spaces, the cavities can be made more efficient, and a much larger number of cavities can be provided than previously possible. The acceleration per turn of the spiral path of ionized particles can be increased.

また、各空胴延長部の内側殻39は中空で、頂部と底部
が開いているために、ビーム空間10と真空ポンプ55
の間に何もない低インピーダンスの軸線方向に延びる経
路が形成される。真空ポンプ55は室26の上端部をふ
さぐ板56に取付けられる。室26の下端部は板57に
よりふさがれる。
In addition, the inner shell 39 of each cavity extension is hollow and open at the top and bottom, so that the beam space 10 and the vacuum pump 55
A low impedance axially extending path with nothing in between is formed. A vacuum pump 55 is attached to a plate 56 that closes off the upper end of the chamber 26. The lower end of the chamber 26 is closed off by a plate 57.

このように、このサイクロトロンは鉄ヨークなしで構成
できるから、非常に軽量であり、可搬型とすることがで
きる。このサイクロトロンは中性子ラジオグラフィおよ
び中性子治療に非常に適する。
In this way, the cyclotron can be constructed without an iron yoke, making it extremely lightweight and portable. This cyclotron is highly suitable for neutron radiography and neutron therapy.

次に低温維持装置25について説明する。低温維持装置
25の4個の円筒形磁石コイル21゜22.23.24
が円筒形の枠35に取付けられる。
Next, the low temperature maintenance device 25 will be explained. Four cylindrical magnet coils 21゜22.23.24 of low temperature maintenance device 25
is attached to a cylindrical frame 35.

枠35は円筒形の殻36および端板37. 38ととも
に液体ヘリウム浴を形成する。この液体ヘリウム浴は、
コイル21〜24が液体ヘリウム内に浸されて動作する
ように、液体ヘリウムを注入する口39が設けられる。
The frame 35 includes a cylindrical shell 36 and an end plate 37. 38 to form a liquid helium bath. This liquid helium bath
A port 39 for injecting liquid helium is provided so that the coils 21 to 24 operate immersed in liquid helium.

その日39にはリードも通される。Reed was also passed on that day at 39.

低温維持装置25の中には放射シールド43と、液体窒
素浴44aを含む二重壁容器44も納められる。容器4
4は低温維持装置の頂部板45と底部板46からアーム
48により支持され、ヘリウム浴はアーム47から支持
される。それ全ての支持は熱の不良導体で作られる。
Also housed within the cryostat 25 is a radiation shield 43 and a double-walled container 44 containing a liquid nitrogen bath 44a. container 4
4 is supported by arms 48 from the top plate 45 and bottom plate 46 of the cryostat, and the helium bath is supported from arms 47. All its supports are made of poor conductors of heat.

低温維持装置の内側円筒壁51と外側円筒壁52は、頂
点部板54および底部板55とともに真空室を形成する
。この真空室は熱の侵入に抗するでために真空にされる
The inner cylindrical wall 51 and the outer cylindrical wall 52 of the cryostat together with the top plate 54 and the bottom plate 55 form a vacuum chamber. This vacuum chamber is evacuated to resist heat ingress.

低温維持装置は高性能の超電導磁石用の最近の標準的な
構造に従うものであって、液体ヘリウム浴の内部ではコ
イルは絶対零度近くに保たれ、構造の残りの部分は熱の
侵入を防ぎ、ヘリウムと窒素の補給を最少限に抑えるも
のである。
The cryostat follows modern standard construction for high-performance superconducting magnets, in which the coil is kept near absolute zero inside a liquid helium bath, while the rest of the structure is kept out of heat. This minimizes helium and nitrogen replenishment.

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

第1図は本発明のサイクロトロンの縦断面図、第2図は
第1図サイクロトロンのビーム空間を遠つて切断した横
断面図、第3図は第1図のサイクロトロンの一部を切欠
いて示す斜視図、第4図は第3図に示すサイクロトロン
に類似する別のサイクロトロンの一部を切欠いて示す斜
視図、第5図は第1図のサイクロトンの共振空胴の展開
図、第6図は磁界の方位方向の変動を示すグラフ、第7
図は磁界の等時性変化を示すグラフ、第8図は出力ビー
ムを示すサイクロトロンの横断面図、第9図は別の出力
構成を示す第8図に類似の横断面図である。 10・・・ビーム空間、12〜17・・・磁極片、21
〜24・・・コイル、25・・・低温維持装置、26・
・・室、30.31・・・共振空胴、32.37・・・
延長部材、39.40・・・鋼殻、60・・・炭素箔、
70・・・イオン源。 出願人代理人  佐  藤  −雄 −面の浄書(内容に変更なし) 図面の、p書(内容に変更なし) 〜・6・ hり・Z
Fig. 1 is a longitudinal sectional view of the cyclotron of the present invention, Fig. 2 is a transverse sectional view taken away from the beam space of the cyclotron of Fig. 1, and Fig. 3 is a perspective view showing a part of the cyclotron of Fig. 1 cut away. Figure 4 is a partially cutaway perspective view of another cyclotron similar to the cyclotron shown in Figure 3, Figure 5 is a developed view of the resonant cavity of the cyclotron in Figure 1, and Figure 6 is Graph showing variations in the azimuthal direction of the magnetic field, seventh
8 is a cross-sectional view of the cyclotron showing the output beam; and FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG. 8 showing an alternative output configuration. 10...Beam space, 12-17...Magnetic pole piece, 21
~24...Coil, 25...Low temperature maintenance device, 26.
...Chamber, 30.31...Resonance cavity, 32.37...
Extension member, 39.40... steel shell, 60... carbon foil,
70...Ion source. Applicant's agent Sato -Engraving of the side (no change in content) Document P of drawings (no change in content) ~・6・hri・Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、少なくとも1個の円筒形磁石コイルを有する超電導
磁石を備え、この磁石コイルはその磁石の軸線方向に延
びる磁界を生ずるように低温保持装置の内部に配置され
、その低温保持装置は横断面がほぼ円形である軸線方向
室を形成し、その軸線方向室の中に前記磁界を含むサイ
クロトロンにおいて、前記超電導磁石(29)は前記磁
界を発生するヨーク無し手段を構成し、前記軸線方向室
(26)内部に相互作用手段(12〜17)が配置され
、それらの相互作用手段は前記磁界と相互作用して、前
記軸(11)に対して方位方向に軸線方向磁界を「フラ
ッタ」すなわち変動させ、かつ前記軸(11)から半径
方向に前記軸線方向磁界を等時的に変動させるように構
成され、前記軸線方向室(26)の内部には電離された
粒子のビームを加速する電界を発生する共振空胴手段(
30、31)が配置され、前記相互作用手段(12〜1
7)と前記共振空胴手段(30、31)は前記軸(11
)から半径方向に配置されたビーム空間を一緒に形成し
、そのビーム空間内では前記電離粒子ビームを加速でき
ることを特徴とするサイクロトロン。 2、特許請求の範囲第1項記載のサイクロトロンにおい
て、前記相互作用手段(12〜17)は扇形の強磁性体
磁極片を備え、前記共振空胴手段(30、31)は前記
磁極片の間に挿入された扇形部材(32〜37)を備え
たことを特徴とするサイクロトロン。 3、特許請求の範囲第2項記載のサイクロトロンにおい
て、共振空胴手段(30、31)は、も加速励振を行う
ために効率の高い共振を行わせることができる長さまで
軸線方向に延びていることを特徴とするサイクロトロン
。 4、特許請求の範囲第1項記載のサイクロトロンにおい
て、電離粒子の流れを磁界に沿って前記ビーム空間(1
0)の中に軸線方向に注入する手段(70)が設けられ
ていることを特徴とするサイクロトロン。 5、特許請求の範囲第4項記載のサイクロトンにおいて
、前記手段(70)は負イオンの流れを前記ビーム空間
(10)の内部に注入するように構成された負イオン発
生器を備え、励振されたイオンを取出すためにストリッ
パー箔(60)が設けられていること特徴とするサイク
ロトロン。 6、特許請求の範囲第1項記載のサイクロトンにおいて
、電離粒子の流れを前記ビーム空間(10)の内部に直
接注入する手段(74、75)が設けられていることを
特徴とするサイクロトロン。 7、特許請求の範囲5項記載のサイクロトロンにおいて
、前記手段(70)は正イオン発生器(73〜75)を
備え、励振されたイオンを取出すために弱くされた磁界
領域(75)が設けられていることを特徴とするサイク
ロトロン。 8、特許請求の範囲第2項記載のサイクロトロンにおい
て、共振空胴手段(32〜37)は前記ビーム空間(1
0)と真空ポンプ(55)に通じた中空内部空間を有す
ることを特徴とするサイクロトロン。 9、特許請求の範囲第2項記載のサイクロトロンにおい
て、強磁性体磁極片(12〜17)の半径方向境界はま
っすぐな放射状の線、もたはらせん状、あるいはそれら
両方の形を組合わせた形質であることを特徴とするサイ
クロトロン。 10、特許請求の範囲第2項記載のサイクロメトロンに
おいて、共振空胴手段(32〜37)の半径方向境界は
まっすぐな放射線状の線、またはらせん状、あるいはそ
れら両方の形を組合わせた形であることを特徴とするサ
イクロトロン。
[Claims] 1. A superconducting magnet having at least one cylindrical magnet coil, the magnet coil being arranged inside a cryostat to generate a magnetic field extending in the axial direction of the magnet, in a cyclotron in which the holding device forms an axial chamber of approximately circular cross-section and contains said magnetic field in said axial chamber, said superconducting magnet (29) constituting a yokeless means for generating said magnetic field; Interacting means (12-17) are arranged within said axial chamber (26), said interacting means interacting with said magnetic field to generate an axial magnetic field in an azimuthal direction with respect to said axis (11). A beam of ionized particles is arranged to "flutter" or fluctuate and vary the axial magnetic field isochronously in a radial direction from the axis (11); A resonant cavity means (
30, 31) are arranged, and the interaction means (12-1
7) and said resonant cavity means (30, 31) are connected to said shaft (11).
) together form a radially arranged beam space in which said ionizing particle beam can be accelerated. 2. The cyclotron according to claim 1, wherein the interaction means (12-17) comprises sector-shaped ferromagnetic pole pieces, and the resonant cavity means (30, 31) are arranged between the pole pieces. A cyclotron comprising fan-shaped members (32 to 37) inserted into the cyclotron. 3. In the cyclotron according to claim 2, the resonant cavity means (30, 31) extend in the axial direction to a length that allows highly efficient resonance to be performed for acceleration excitation. A cyclotron characterized by: 4. In the cyclotron according to claim 1, the flow of ionized particles is directed along the magnetic field into the beam space (1).
Cyclotron characterized in that it is provided with means (70) for axially injecting into the cyclotron (0). 5. A cycloton according to claim 4, wherein the means (70) comprise a negative ion generator configured to inject a stream of negative ions into the interior of the beam space (10), A cyclotron characterized in that a stripper foil (60) is provided for extracting the ions. 6. A cyclotron according to claim 1, characterized in that means (74, 75) are provided for directly injecting a stream of ionized particles into the interior of the beam space (10). 7. A cyclotron according to claim 5, wherein the means (70) comprises a positive ion generator (73-75) and a weakened magnetic field region (75) is provided for extracting the excited ions. A cyclotron characterized by: 8. In the cyclotron according to claim 2, the resonant cavity means (32 to 37) are arranged in the beam space (1).
A cyclotron characterized in that it has a hollow interior space communicating with a vacuum pump (55) and a vacuum pump (55). 9. In the cyclotron according to claim 2, the radial boundary of the ferromagnetic pole pieces (12 to 17) is a straight radial line, a spiral shape, or a combination of both. A cyclotron characterized by being a trait. 10. In the cyclomethron according to claim 2, the radial boundary of the resonant cavity means (32-37) is a straight radial line, a spiral, or a combination of both shapes. A cyclotron characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011523185A (en) * 2008-06-09 2011-08-04 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー Twin internal ion source for particle beam generation by cyclotron
JP2012104386A (en) * 2010-11-10 2012-05-31 Waseda Univ Air core cyclotron

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