KR102430822B1 - 입자가속기 - Google Patents

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

입자가속기는, 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 자극과, 각각의 자극을 둘러싸고, 일방의 자극으로부터 타방의 자극을 향하는 제1 자속밀도를 발생시키는 코일과, 하전입자의 주회궤도 상에 마련되어, 하전입자로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼와, 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고, 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도의 절댓값을 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 한다.

Description

입자가속기
본 발명은, 입자가속기에 관한 것이다.
종래, 사이클로트론 등의 입자가속기에서는, 가속된 H- 입자의 전자를 박리하고, H+의 양자선(陽子線)으로서 입자가속기의 외부로 출력하기 위하여, 포일스트리퍼가 이용된다. 특허문헌 1에는, 카본 박막으로부터 형성된 포일과, 포일을 유지하는 포일폴더를 구비한 사이클로트론용의 스트립핑 포일이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평10-256000호
상기와 같은 입자가속기에 있어서, 포일스트리퍼의 포일은 고에너지의 H-의 충돌을 받기 때문에, 이 충돌에 따르는 발열에 의하여 포일이 승화될 우려가 있다. 이로 인하여, 포일은 비교적 단수명인 소모품이며, 정기적으로 포일의 교환을 행할 필요가 있다. 또한, H- 빔의 전류값이 높아질수록 포일의 수명이 짧아지므로, 교환의 빈도가 높아져, 메인터넌스의 번거로움이나 유지비용이 커진다. 따라서, 포일의 장기수명화가 요청되고 있다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 포일의 장기수명화를 도모하는 것이 가능한 입자가속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의연구한 결과, 다음의 지견(知見)을 발견하기에 이르렀다. 즉, 본 발명자들은, 일반적인 입자가속기에 있어서, 포일스트리퍼의 포일의 수명이 짧아지는 이유를 발견했다. 포일에 의하여 박리된 전자는, 제1 자속밀도의 영향을 받아 가속입자(부이온)의 주회궤도의 내측방향으로 구부러져 회전하고, 몇번이나 포일을 통과한다. 이로써, 전자의 에너지가 포일에 부여되기 때문에, 포일이 고온이 되어, 포일을 형성하는 재질의 승화 등이 일어나 포일의 수명이 짧아진다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 관한 입자가속기는, 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 자극(磁極)과, 각각의 자극을 둘러싸고, 일방의 자극으로부터 타방의 자극을 향하는 제1 자속밀도를 발생시키는 코일과, 하전입자의 주회궤도 상에 마련되어, 하전입자로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼와, 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고, 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도의 절댓값을 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 입자가속기는, 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고 있다. 이 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 포일스트리퍼의 주변에 제2 자속밀도를 발생시킴으로써, 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도(제1 자속밀도 및 제2 자속밀도의 합계)의 절댓값을 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 한다(자장을 약하게 한다). 이로써, 포일스트리퍼의 위치에서 제1 자속밀도가 발생하고 있는 경우와 비교하여, 전자가 회전하는 회전반경이 커진다. 따라서, 포일에 의하여 박리된 전자가 다시 포일을 통과함으로써 포일이 고온이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 포일의 장기수명화를 도모하는 것이 가능하다.
일 형태에 관한 입자가속기에 있어서, 자속밀도조정부는, 코일에 의하여 제2 자속밀도를 발생시켜도 된다. 이 구성에 의하면, 코일에 흐르게 하는 전류를 조정함으로써, 제2 자속밀도의 크기를 조정할 수 있다. 따라서, 제2 자속밀도를 최적의 크기로 조정하는 것이 가능하다.
일 형태에 관한 입자가속기에 있어서, 자속밀도조정부는, 자석에 의하여 제2 자속밀도를 발생시켜도 된다. 이 구성에 의하면, 전력의 공급을 필요로 하지 않고 제2 자속밀도를 발생시키는 것이 가능하다.
일 형태에 관한 입자가속기에 있어서, 자속밀도조정부는, 하전입자의 주회궤도의 외측에서 전자를 회수하는 회수부를 갖고, 자속밀도조정부는, 제1 자속밀도의 절댓값보다 큰 제2 자속밀도를 발생시킴으로써, 평면 시에 있어서의 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도를 제1 자속밀도와 반대방향으로 한다. 이 구성에 의하면, 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도(제1 자속밀도 및 제2 자속밀도의 합계)의 방향은, 제1 자속밀도의 방향과 반대방향이 된다. 따라서, 포일스트리퍼에 의하여 박리된 전자는, 하전입자(부이온)의 주회궤도의 외측방향으로 굽어진다. 이로써, 포일에 의하여 박리된 전자가 다시 포일을 통과하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전자가 주회궤도의 외측방향으로 굽어지므로, 회수부를 주회궤도의 외측에 배치하여 전자를 회수하는 것이 가능하다. 따라서, 포일에 의하여 박리된 전자가 다시 포일을 통과하는 것을 보다 확실히 억제하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 포일의 장기수명화를 도모하는 것이 가능한 입자가속기가 제공된다.
도 1에 있어서, (a)는 일 실시형태에 관한 입자가속기를 개략적으로 나타내는 도이며, (b)는, (a)의 Ib-Ib선을 따른 단면도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 입자가속기의 작용을 모식적으로 나타내는 도이며, 도 2에 있어서, (a)는 평면도이고, (b)는 (a)의 IIb-IIb선을 따른 단면도이다.
도 3은, 도 1에 나타내는 입자가속기의 자속밀도조정부의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4에 있어서, (a)는, 도 3의 IVa-IVa선에 있어서의 단면을 개략적으로 나타내는 도이며, (b)는, 자속밀도조정부의 지지구조를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 5에 있어서, (a)는 비교예에 관한 입자가속기의 포일스트리퍼 주변을 개략적으로 나타내는 도이며, (b)는 (a)의 포일 부분의 확대도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 입자가속기의 포일스트리퍼 주변을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 7은, 자속밀도조정부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 8은, 자속밀도조정부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 관한 입자가속기에 대하여 설명한다. 도 1의 (a)는 일 실시형태에 관한 입자가속기를 개략적으로 나타내는 도이며, 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)의 Ib-Ib선을 따른 단면도이다. 또한, 도 2는, 도 1에 나타내는 입자가속기의 작용을 모식적으로 나타내는 도이며, (a)는 평면도이고, (b)는 (a)의 IIb-IIb선을 따른 단면도이다. 입자가속기(100)는, 예를 들면, 붕소 중성자 포착 요법(BNCT: Boron Neutoron Capture Therapy)을 이용한 암치료를 행하는 중성자 포착 요법 시스템 등에 있어서, 부이온(P)(하전입자)을 가속하여 하전입자선을 생성하기 위하여 이용되는 사이클로트론이다. 또한, 입자가속기(100)는, PET용 사이클로트론, RI 제조용 사이클로트론, 및 원자핵 실험용 사이클로트론으로서 이용할 수도 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 입자가속기(100)는, 한 쌍의 자극(10A, 10B)과, 각각의 자극(10A, 10B)을 둘러싸는 코일(20)과, 부이온(P)으로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼(30)와, 자속밀도조정부(40)를 구비하고 있다. 또한, 입자가속기(100)는, 부이온(P)이 주회(周回)하는 진공상자(50)와, 자극(10A, 10B)의 사이에 배치된 한 쌍의 가속전극(60)과, 포일스트리퍼(30)에 의하여 궤도변경된 양자(陽子)를 취출하는 출사구(51)를 갖고 있다. 부이온(P)은, 예를 들면 부이온원장치(도시생략)로부터 진공상자(50) 내에 공급된다.
자극(10A, 10B)은 서로 대향하여 배치되어 있으며, 그 형상은 원기둥형상이다. 자극(10A, 10B)의 서로 대향하는 면은, 복수의 곡영역(밸리)(11)과 복수의 산영역(힐)(12)을 포함하는 복수의 섹터로 분할되어 있으며, 곡영역(11)과 산영역(12)이 교대로 나타나도록 형성되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 섹터포커싱을 이용하여 진공상자(50) 내에서 가속하는 부이온(P)의 수렴을 도모하고 있다.
코일(20)은 원환형상이며, 자극(10A, 10B)의 주위를 둘러싸도록 각각 배치되어 있다. 코일(20)에 대하여 전류를 공급함으로써, 일방의 자극(10A)으로부터 타방의 자극(10B)을 향하는 제1 자속밀도(B1)(도 3 참조)가 발생한다. 즉, 자극(10A(또는 자극(10B))) 및 코일(20)에 의하여 전자석이 형성되어 있다.
포일스트리퍼(30)는, 자극(10A, 10B)의 직경방향을 따라 뻗어 있는 스트리퍼 구동축(31)과, 스트리퍼 구동축(31)의 선단에 마련된 포일(32)과, 스트리퍼 구동축(31)을 자극(10A, 10B)의 직경방향을 따라 진퇴 가능하게 구동하는 포일구동부(33)를 구비하고 있다. 포일구동부(33)는 고정밀도의 모터 등을 구비하고 있으며, 포일구동부(33)의 구동제어에 의하여 스트리퍼 구동축(31)은 10-2mm~10-1mm의 단위로 진퇴하고, 그 결과, 포일(32)이 부이온(P)의 주회궤도 K를 교차하도록 진퇴 가능하게 된다. 포일스트리퍼(30)는, 예를 들면, 자극(10A, 10B)의 곡영역(11)에 배치된다.
자속밀도조정부(40)는, 자극(10A, 10B) 및 코일(20)이 발생시키는 제1 자속밀도(B1)와 반대의 방향(타방의 자극(10B)으로부터 일방의 자극(10A)으로의 방향)을 향하는 제2 자속밀도(B2)(도 3 참조)를 발생시킨다. 자속밀도조정부(40)는, 포일스트리퍼(30)의 포일(32) 주변에 제2 자속밀도(B2)(도 3 참조)를 발생시키도록, 자극(10A, 10B)의 곡영역(11)에 배치된다.
진공상자(50)는, 예를 들면, 상자본체(도시생략)와 상자덮개(도시생략)를 갖고 있다. 진공상자(50)의 바닥벽부에는, 일방의 자극(10A)의 외경과 대략 동 직경의 개구부가 마련되어 있으며, 이 개구로부터, 일방의 자극(10A)의 곡영역(11) 및 산영역(12)을 구비하는 면이, 진공상자(50) 내에 돌출되어 있다. 또한, 상자본체에는 진공배기용의 배기구(도시생략)가 마련되어 있으며, 이 배기구에는 진공펌프(도시생략)가 접속되어 있다. 상자덮개는, 진공펌프에 의하여 진공상자(50) 내를 진공화할 수 있도록, 상자본체의 상부 개구를 막고 있다. 상자덮개에는, 상자본체와 동일하게, 타방의 자극(10B)의 곡영역(11) 및 산영역(12)을 구비하는 면을 진공상자(50) 내에 돌출시키기 위하여, 타방의 자극(10B)의 외경과 대략 동 직경의 개구부가 마련되어 있다.
한 쌍의 가속전극(60)은, 각각 평면 시에 있어서 삼각형상을 이루고, 각각의 꼭지각(頂角)을 맞대도록 하여 대향 배치되어 있다. 각 가속전극(60)은, 예를 들면, 구리 등의 전기 도체로 구성되어 있으며, 상하에 2매의 삼각형을 바닥변에서 연결하여 구성되어 있다. 그리고, 가속전극(60)의 판면(板面)에는, 냉각용의 냉매를 통과시키기 위한 관이 마련되어 있다.
한 쌍의 가속전극(60)은, 자극(10A, 10B)의 곡영역(11)에 위치한다. 그리고, 가속전극(60)의 선단부끼리가, 접속부재에 의하여, 기계적이고 또한 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 접속부재의 형태는 특별히 한정되지 않고, 다양한 형상을 채용 가능하다. 예를 들면, 한 쌍의 가속전극(60)의 선단부끼리는 전기적으로 접속되어 있지 않아도 된다. 이 경우, 한 쌍의 가속전극(60)에 대하여 따로 따로 RF전극을 공급해도 된다.
자극(10A(또는 자극(10B)))의 중심위치에는, 부이온원장치에서 생성된 부이온(P)을 진공상자(50) 내에 공급하는 이온공급구(13)가 마련되어 있다. 부이온원장치는, 수소가스 등의 원재료 중에서 아크방전을 행하여 부이온(P)을 생성하는 장치이다. 부이온원장치에서 생성된 부이온(P)은 이온공급구(13)를 통하여 진공상자(50) 내에 인입(引入)되도록 공급되고, 고주파의 전압이 가해지고 있는 가속전극(60)에 의하여 주회하면서 가속하고, 점차 에너지를 늘리고 있다. 에너지가 늘어나면 부이온(P)의 회전반경은 커지고, 나선운동을 하고 있는 주회궤도 K를 그린다. 주회궤도 K는, 한 쌍의 자극(10A, 10B)의 사이의 중앙의 평면(미디언 플레인) 상에 위치한다. 또한, 부이온원장치는 입자가속기(100)의 외부에 배치되어 있어도 되고, 입자가속기(100)의 내부에 마련되어 있어도 된다.
포일(32)은, 예를 들면 탄소제의 박막으로 이루어진다. 포일(32)은, 주회하는 부이온(P)의 주회궤도 K 상에 침입하여 부이온(P)에 접촉하면, 그 부이온(P)으로부터 전자를 박리한다. 전자가 박탈되어 부전하로부터 정전하가 된 양자(가속입자)는, 주회궤도 K의 곡률이 반전하고, 그 궤도가 주회궤도 K의 외측으로 튀어나오는 방향을 향하여 변경된다. 반전 후의 양자의 궤도 상에는, 양자를 진공상자(50) 내로부터 취출하기 위한 출사구(51)가 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 포일스트리퍼(30)에 의하여 궤도가 변경되는 양자의 궤도 상에는 출사구(51)가 마련되어 있다. 따라서, 포일(32)은, 부이온(P)으로부터 전자를 빼앗는 것으로, 결과적으로 양자를 출사구(51)까지 유도하게 된다.
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 자속밀도조정부(40)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은, 도 1에 나타내는 입자가속기의 자속밀도조정부의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 또한, 도 4의 (a)는, 도 3의 IVa-IVa선에 있어서의 단면을 개략적으로 나타내는 도이며, 도 4의 (b)는, 자속밀도조정부의 지지구조를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 3 및 도 4에 나타나는 바와 같이, 자속밀도조정부(40)는, 한 쌍의 공심(空芯)코일(41A, 41B)을 갖고 있다. 공심코일(41A, 41B)은, 자극(10A)과 자극(10B)과의 사이에 배치되어 있다. 공심코일(41A, 41B)의 각각은, 타원형의 개구(42a)를 갖는 권취프레임(42)과, 권취프레임(42)에 권회된 코일권선(43)을 갖고 있다. 공심코일(41A, 41B)은, 자극(10A, 10B)이 대향하는 방향(수직방향)과 동일한 방향에 있어서 서로 대향하고, 공심코일(41A, 41B)의 사이에 포일스트리퍼(30)의 포일(32)이 위치하도록 배치되어 있다. 또한, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 포일(32)은, 권취프레임(42)의 개구(42a)의 중심에 위치하도록 배치되어 있다. 이와 같이 자속밀도조정부(40)를 배치하여 코일권선(43)에 전류를 흐르게 함으로써, 공심코일(41A, 41B)은 포일(32)의 주변에 효과적으로 제2 자속밀도(B2)를 발생시킬 수 있다.
공심코일(41A, 41B)은, 예를 들면 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 자극(10A)의 곡영역(11)에 배치된 지지대(44)와, 지지대(44) 상에 고정된 지지체(45)에 의하여 지지된다. 지지체(45)는, 수직방향으로 뻗는 연장부(45a)와, 연장부(45a)의 양단부로부터 수직방향으로 교차하는 방향으로 뻗는 한 쌍의 고정부(45b)를 포함하고 있으며, 공심코일(41A, 41B)의 각각은, 고정부(45b)에 고정되어 있다. 지지대(44) 및 지지체(45)는, 공심코일(41A, 41B) 및 포일의 위치 관계를 일정하게 유지하기 위하여, 예를 들면, 포일스트리퍼(30)의 동작에 따라 이동 가능하게 구성할 수 있다. 지지대(44) 및 지지체(45)는, 예를 들면 알루미늄 또는 세라믹 등의 비자성 재료로 형성된다.
또한, 자속밀도조정부(40)는 포일(32)의 주변에 제2 자속밀도(B2)를 발생시킬 수 있으면 되고, 공심코일(41A, 41B) 및 포일(32)의 위치 관계는 상기에 한정되지 않는다. 또한, 자속밀도조정부(40)의 지지구조도 도 4의 (b)에 나타내는 구성에 한정되지 않고, 임의로 변경할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 비교예에 관한 입자가속기에 있어서의 전자의 궤도와 본 실시형태에 관한 입자가속기에 있어서의 전자의 궤도와의 차이에 대하여 설명한다. 도 5의 (a)는 비교예에 관한 입자가속기의 포일스트리퍼 주변을 개략적으로 나타내는 도이며, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)의 포일 부분의 확대도이다. 또한, 도 6은, 도 1에 나타내는 입자가속기의 포일스트리퍼 주변을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 포일(32)이 주회궤도 K 상에 침입하여 부이온(P)과 접촉하면, 부이온(P)으로부터 전자가 박리되고, 부이온(P)이 양자가 된다. 양자는, 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어지는 궤도 L을 그리면서 출사구(51)(도 2 참조)로부터 출사된다. 이때, 포일(32)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)는 제1 자속밀도(B1)이며, 부이온(P)으로부터 박리된 전자는, 제1 자속밀도(B1)에 의하여 주회궤도 K의 내측방향으로 구부러져, 궤도 M을 그린다. 전자의 궤도 M은 회전반경이 작기 때문에, 전자는 포일(32)을 다시 통과하게 된다. 이로써, 전자의 에너지가 포일(32)에 부여되므로, 포일(32)이 고온이 되어, 포일의 수명이 짧아진다. 일례로서, 70MeV의 H-(부이온(P)) 사이클로트론에 있어서 제1 자속밀도(B1)가 1T인 경우, 전자의 에너지는 약 38keV이다. 포일(32)로서 120μg/cm2의 그라파이트를 이용한 경우, 전자가 포일(32)을 통과할 때에 약 1keV의 에너지가 부여된다. 이와 같은 조건하에 있어서, 전자의 궤도 M의 회전반경은 약 0.7mm이므로, 전자는 회전하여 몇번이나 포일(32)을 통과하게 되어, 최대로 약 38keV의 에너지가 포일(32)에 부여될 가능성이 있다.
이에 대하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 입자가속기(100)에 있어서는, 자속밀도조정부(40)에 의하여 포일(32)의 주변에 제2 자속밀도(B2)가 발생하고 있으므로, 포일(32)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)는 제1 자속밀도(B1) 및 상기 제2 자속밀도(B2)의 합계이다. 제1 자속밀도(B1)와 제2 자속밀도(B2)는 서로 반대방향을 향하므로, 서로 상쇄된다. 이로써, 제1 자속밀도(B1)가 제2 자속밀도(B2)에 상쇄되고, 제2 자속밀도(B2)가 제1 자속밀도(B1)에 상쇄되며, 혹은 서로 상쇄된다. 따라서, 제2 자속밀도(B2)의 절댓값이 제1 자속밀도(B1)의 절댓값의 2배보다 작으면, 자속밀도(B)의 절댓값은, 제1 자속밀도(B1)의 절댓값보다 작아진다. 도 6에서는, 제2 자속밀도(B2)의 절댓값이 제1 자속밀도(B1)의 절댓값 이하인 경우를 나타내고 있다. 이와 같이, 자속밀도(B)의 절댓값을 제1 자속밀도(B1)의 절댓값 이하로 함으로써, 전자의 궤도 M의 회전반경이 커지므로, 전자가 포일(32)을 다시 통과하는 것을 억제할 수 있다. 일례로서, 상기의 예와 동일한 조건으로 한 경우, 자속밀도조정부(40)에 의하여 포일(32)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)(제1 자속밀도(B1) 및 제2 자속밀도(B2)의 합계)를 10mT 정도로 작게 하면, 전자의 궤도 M의 회전반경은 약 67mm가 된다.
또한, 전자의 궤도 M의 회전반경은, 부이온(P)과 포일(32)이 접촉하는 위치로부터 포일(32)의 단부까지의 거리보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 제2 자속밀도(B2)를 설정함으로써, 전자가 포일(32)을 다시 통과하는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다. 또한, 자속밀도조정부(40)에 의하여 포일(32)의 주변에는 자속밀도(B)의 구배가 형성되므로, 전자의 회전반경은 궤도 M 상의 각각의 위치에 있어서 다르다. 이로써, 만일 전자가 포일(32)을 다시 통과했다고 해도, 전자의 궤도 M이 일정한 형상을 그리는 경우가 없기 때문에, 포일(32)의 동일한 개소를 몇번이나 통과하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 포일(32)의 특정 개소에 집중하여 전자의 에너지가 부여되는 것이 억제되므로, 포일(32)의 장기수명화를 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 입자가속기(100)는, 제1 자속밀도(B1)와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도(B2)를 발생시키는 자속밀도조정부(40)를 구비하고 있다. 이 자속밀도조정부(40)는, 평면 시에 있어서의 포일스트리퍼(30)의 주변에 제2 자속밀도(B2)를 발생시킴으로써, 포일스트리퍼(30)의 위치에서의 자속밀도(B)(제1 자속밀도(B1) 및 제2 자속밀도(B2)의 합계)의 절댓값을 제1 자속밀도(B1)의 절댓값보다 작게 한다. 이로써, 포일스트리퍼(30)의 위치에서 제1 자속밀도(B1)가 발생하고 있는 경우와 비교하여, 전자가 회전하는 회전반경이 커진다. 따라서, 포일(32)에 의하여 박리된 전자가 다시 포일(32)을 통과함으로써 포일(32)이 고온이 되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 포일(32)의 장기수명화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 자속밀도조정부(40)는, 공심코일(41A, 41B)에 의하여 제2 자속밀도(B2)를 발생시키고 있다. 이로써, 공심코일(41A, 41B)에 흐르게 하는 전류를 조정함으로써, 제2 자속밀도(B2)의 크기를 조정할 수 있다. 따라서, 제2 자속밀도(B2)를 최적의 크기로 조정하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 변경을 행할 수 있다.
예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 자속밀도조정부(40)가 발생시키는 제2 자속밀도(B2)의 절댓값은 제1 자속밀도(B1)의 절댓값 이하이지만, 제2 자속밀도(B2)의 절댓값을 제1 자속밀도(B1)의 절댓값보다 크게 해도 된다. 즉, 포일(32)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)의 방향이 반전하도록 제2 자속밀도(B2)를 발생시켜도 된다. 이 경우, 제1 자속밀도(B1)가 제2 자속밀도(B2)에 의하여 상쇄되고, 자속밀도(B)의 절댓값은, 제1 자속밀도(B1)의 절댓값보다 작아진다. 또한, 이 경우, 자속밀도조정부(40)는, 부이온(P)의 주회궤도 K의 외측에서 전자를 회수하는 회수부(46)를 갖고 있어도 된다. 도 7은, 자속밀도조정부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 포일(32)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)의 방향을 반전시킨 경우, 포일(32)에 의하여 박리된 전자는, 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어지는 궤도 M을 그리게 된다. 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어진 전자는, 회수부(46)에 의하여 회수된다. 회수부(46)는, 전자의 충돌에 따른 2차전자가 발생한 경우여도 이 2차전자가 회수부(46)의 외부로 도망가지 않도록, 오목형상으로 형성되어 있다. 오목형상은, 만곡한 오목형상이어도 되고, 각형(角形)의 오목형상이어도 된다. 또한, 2차전자의 전체 방향으로의 도망을 억제하기 위하여, 회수부(46)는 전체 둘레에 걸쳐 오목한 형상인 것이 바람직하다. 회수부(46)는, 예를 들면, 구리 등의 열전도율이 높은 재료로 형성된다. 회수부(46)는, 예를 들면, 냉각용의 냉매를 순환시키기 위한 배관(46a)을 갖고 있으며, 전자에 부여된 에너지에 의한 회수부(46)의 발열을 억제하는 것이 가능하다.
이와 같이, 포일스트리퍼(30)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)(제1 자속밀도(B1) 및 제2 자속밀도(B2)의 합계)의 방향을, 제1 자속밀도(B1)의 방향과 반대방향으로 함으로써, 포일스트리퍼(30)에 의하여 박리된 전자는, 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어진다. 이로써, 포일(32)에 의하여 박리된 전자가 다시 포일(32)을 통과하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전자가 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어지므로, 회수부(46)를 주회궤도 K의 외측에 배치하여 전자를 회수하는 것이 가능하다. 따라서, 포일(32)에 의하여 박리된 전자가 다시 포일(32)을 통과하는 것을 보다 확실히 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 자속밀도조정부(40)는 공심코일(41A, 41B)에 의하여 제2 자속밀도(B2)를 발생시키고 있었지만, 자속밀도조정부(40)는 자석에 의하여 제2 자속밀도(B2)를 발생시켜도 된다. 도 8은, 자속밀도조정부의 변형예를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 변형예에 관한 자속밀도조정부(70)는, C자형의 철(71)과, 철(71)에 권회된 코일권선(72)과, 포일(32)에 의하여 박리된 전자가 닿는 회수부(73)를 갖고 있다. 철(71) 및 코일권선(72)은, 이른바 편향 전자석을 구성하고 있다. 회수부(73)는, 예를 들면 구리판 등에 의하여 형성되어 있으며, 전자의 궤도 M 상에 배치된다. 일례에서는, 회수부(73)는, 포일(32)에 인접하는 위치에 배치된다. 회수부(73)는, 예를 들면, 수랭에 의하여 냉각된다. 이 경우, 예를 들면, 스트리퍼 구동축(31) 내에 냉각수의 통로를 마련함으로써, 회수부(73)에 냉각수를 공급할 수 있다.
이 구성에 있어서도, 포일스트리퍼(30)의 위치에 있어서의 자속밀도(B)(제1 자속밀도(B1) 및 제2 자속밀도(B2)의 합계)의 방향을, 제1 자속밀도(B1)의 방향과 반대방향으로 함으로써, 포일스트리퍼(30)에 의하여 박리된 전자는, 주회궤도 K의 외측방향으로 굽어진다. 이로써, 포일(32)에 의하여 박리된 전자가 다시 포일(32)을 통과하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 자속밀도조정부(70)가 철(71)을 갖고 있는 것에 의하여, 코일권선(72)에 공급하는 전류를 저전류로 하면서도 큰 제2 자속밀도(B2)를 발생시킬 수 있다. 또한, 공심코일(41A, 41B)을 이용하는 경우와 비교하여, 넓은 범위에서 제2 자속밀도(B2)의 크기를 조정하는 것이 가능하다.
또한, 자속밀도조정부(40)는, 자석에 의하여 제2 자속밀도(B2)를 발생시켜도 된다. 이로써, 전력의 공급을 필요로 하지 않고 제2 자속밀도(B2)를 발생시키는 것이 가능하다.
10A, 10B 자극
11 곡영역
12 산영역
13 이온공급구
20 코일
30 포일스트리퍼
31 스트리퍼 구동축
32 포일
33 포일구동부
40, 70 자속밀도조정부
41A, 41B 공심코일
42 권취프레임
42a 개구
43 코일권선
44 지지대
45 지지체
46 회수부
50 진공상자
51 ??출사구
60 가속전극
100 입자가속기
B 자속밀도
B1 제1 자속밀도
B2 제2 자속밀도
K 주회궤도
L 궤도
M 궤도
P 부이온(하전입자)

Claims (4)

  1. 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 자극과,
    각각의 상기 자극을 둘러싸고, 일방의 상기 자극으로부터 타방의 상기 자극을 향하는 제1 자속밀도를 발생시키는 제1코일과,
    하전입자의 주회궤도 상에 마련되어, 상기 하전입자로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼와,
    상기 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고,
    상기 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 상기 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도의 절댓값을 상기 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 하고,
    상기 자속밀도조정부는, 제2코일에 의해 상기 제2 자속밀도를 발생시키며,
    상기 평면 시에 있어서, 상기 제2코일의 권선 중심에 상기 포일스트리퍼가 위치하는, 입자가속기.
  2. 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 자극과,
    각각의 상기 자극을 둘러싸고, 일방의 상기 자극으로부터 타방의 상기 자극을 향하는 제1 자속밀도를 발생시키는 코일과,
    하전입자의 주회궤도 상에 마련되어, 상기 하전입자로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼와,
    상기 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고,
    상기 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 상기 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도의 절댓값을 상기 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 하고,
    상기 자속밀도조정부는, 상기 하전입자의 상기 주회궤도의 외측에서 상기 전자를 회수하는 회수부를 가지며,
    상기 자속밀도조정부는, 상기 제1 자속밀도의 절대값보다 큰 상기 제2 자속밀도를 발생시킴으로서, 평면시에 있어서의 상기 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도를 상기 제1 자속밀도와 반대방향으로 하는, 입자가속기.
  3. 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 자극과,
    각각의 상기 자극을 둘러싸고, 일방의 상기 자극으로부터 타방의 상기 자극을 향하는 제1 자속밀도를 발생시키는 코일과,
    하전입자의 주회궤도 상에 마련되어, 상기 하전입자로부터 전자를 박리하는 포일스트리퍼와,
    상기 제1 자속밀도와 반대의 방향을 향하는 제2 자속밀도를 발생시키는 자속밀도조정부를 구비하고,
    상기 자속밀도조정부는, 평면 시에 있어서의 상기 포일스트리퍼의 위치에서의 자속밀도의 절댓값을 상기 제1 자속밀도의 절댓값보다 작게 하고,
    상기 평면 시에 있어서, 상기 자속밀도조정부는, 상기 한 쌍의 자극의 상기 평면시에 있어서의 중심위치와 중첩되지 않고, 당해 중심위치로부터 상기 한 쌍의 자극 각각의 직경방향으로 이간한 위치에 배치되는, 입자가속기.
  4. 삭제
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12106925B2 (en) * 2021-12-23 2024-10-01 Applied Materials, Inc. Cyclotron having continuously variable energy output

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009524200A (ja) 2006-01-19 2009-06-25 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー 粒子加速のための磁石構造体
JP2013534700A (ja) 2010-07-09 2013-09-05 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー 磁場プロファイルを変更する手段を含むサイクロトロン及びその方法
JP2015002176A (ja) 2013-06-12 2015-01-05 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 可変エネルギーを有する荷電粒子を生成する粒子加速器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2943265A (en) * 1957-02-08 1960-06-28 Herman F Kaiser Electron cyclotron
US4641057A (en) * 1985-01-23 1987-02-03 Board Of Trustees Operating Michigan State University Superconducting synchrocyclotron
JPH03122999A (ja) * 1989-10-06 1991-05-24 Hitachi Ltd 偏向電磁石およびそれを用いた円形加速器の荷電粒子加速方法
JP3103319B2 (ja) 1997-03-05 2000-10-30 株式会社日本製鋼所 サイクロトロン用ストリッピングフォイルの製造方法
US6433494B1 (en) * 1999-04-22 2002-08-13 Victor V. Kulish Inductional undulative EH-accelerator
EP1069809A1 (en) * 1999-07-13 2001-01-17 Ion Beam Applications S.A. Isochronous cyclotron and method of extraction of charged particles from such cyclotron
EP2129193A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-02 Ion Beam Applications S.A. A stripping member, a stripping assembly and a method for extracting a particle beam from a cyclotron
JP2012099354A (ja) * 2010-11-02 2012-05-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd 粒子加速器及びｂｎｃｔ装置
US8525447B2 (en) * 2010-11-22 2013-09-03 Massachusetts Institute Of Technology Compact cold, weak-focusing, superconducting cyclotron
DE102011076262A1 (de) * 2011-05-23 2012-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Teilchenbeschleuniger
JP5424518B1 (ja) * 2012-10-26 2014-02-26 国立大学法人東北大学 マグネトロンスパッタ装置およびマグネトロンスパッタ方法
KR101633978B1 (ko) * 2014-06-20 2016-06-28 한국표준과학연구원 모노크로메이터 및 이를 구비한 하전입자빔 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009524200A (ja) 2006-01-19 2009-06-25 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー 粒子加速のための磁石構造体
JP2013534700A (ja) 2010-07-09 2013-09-05 イオン・ビーム・アプリケーションズ・エス・アー 磁場プロファイルを変更する手段を含むサイクロトロン及びその方法
JP2015002176A (ja) 2013-06-12 2015-01-05 メビオン・メディカル・システムズ・インコーポレーテッド 可変エネルギーを有する荷電粒子を生成する粒子加速器

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