TWI523585B - Cyclotron - Google Patents

Cyclotron Download PDF

Info

Publication number
TWI523585B
TWI523585B TW102128112A TW102128112A TWI523585B TW I523585 B TWI523585 B TW I523585B TW 102128112 A TW102128112 A TW 102128112A TW 102128112 A TW102128112 A TW 102128112A TW I523585 B TWI523585 B TW I523585B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
cyclotron
yoke
reflexor
ion beam
hole
Prior art date
Application number
TW102128112A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201422062A (zh
Inventor
Toshinori Mitsumoto
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries filed Critical Sumitomo Heavy Industries
Publication of TW201422062A publication Critical patent/TW201422062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI523585B publication Critical patent/TWI523585B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/12—Arrangements for varying final energy of beam
    • H05H2007/122—Arrangements for varying final energy of beam by electromagnetic means, e.g. RF cavities

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

迴旋加速器
本發明係有關一種具有集束器之迴旋加速器。
以往，作為與迴旋加速器相關之技術文獻，已知有例如日本特開2004-31115號公報。在該公報中記載有如下內容，亦即具有外部離子源之迴旋加速器中，在使從外部離子源送出之離子束射入於迴旋加速器中心之前級設置集束器。
以上集束器用作在高頻電場內高效地進行離子束的加速。亦即，由於電位差在高頻電場內發生週期性變化，因此離子束在前進方向(相位方向)上產生因電位差而加速之部位及不加速之部位。因此，藉由設置集束器來提高射束效率，前述集束器以在離子束所加速之部位聚焦之方式對前進方向的密度進行調整。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2004-31115號公報
然而，若藉由集束器對離子束的前進方向的密度進行調整，則在被聚焦之離子之間發生由空間電荷效應引起之排斥而聚束效應下降。離子束的電流值越高，以上空間電荷效應越明顯。聚束效應因空間電荷效應而下降，從而導致迴旋加速器之射束效率下降之問題。
因此，本發明的目的在於提供一種提高射束效率之迴旋加速器。
為解決上述課題，本發明的特徵為，具備：中空的磁軛；第1桿和第2桿，係配置於磁軛內；離子源，係生成離子；集束器，係至少一部份進入到磁軛內，對從離子源送出之離子束的前進方向的密度進行調整；及反曲器，係使通過集束器之離子束偏向而射入於正中切面。
依該迴旋加速器，集束器的至少一部份進入到磁軛內，因此與將集束器配置於磁軛外部之習知之結構相比，能夠縮短集束器與反曲器之間的距離。因此，能夠在藉由集束器對離子束的前進方向(相位方向)的密度進行調整之後，且在離子束藉由空間電荷效應擴散之前到達反曲器，因此能夠在具有較高聚束效應之狀態下使離子束加速，且能夠提高射束效率。
本發明之迴旋加速器中，集束器的至少一部份亦可進 入到第1桿內。
依該迴旋加速器，能夠進一步縮短集束器與反曲器的距離，因此即使係大型的迴旋加速器亦能夠適當地接近配置集束器與反曲器，且能夠提高射束效率。
本發明之迴旋加速器中，集束器的電極部亦可位於反曲器側的端部。
依該迴旋加速器，對離子束的前進方向的密度進行調整之電極部位於反曲器側的端部，因此與電極部位於反曲器側的端部以外時相比，能夠在離子束藉由空間電荷效應擴散之前到達反曲器，且有利於提高射束效率。
本發明之迴旋加速器中，磁軛亦可具有：第1孔，係集束器的至少一部份進入到該孔中；及第2孔，係相對於反曲器形成在與第1孔相反的一側。
依該迴旋加速器，與不具有第2孔時相比，能夠保持磁軛的對稱性，因此抑制正中切面中之磁場變得容易。
依本發明能夠提供一種提高射束效率之迴旋加速器。
1‧‧‧迴旋加速器
2‧‧‧離子源
3‧‧‧磁軛
3a‧‧‧上表面
3b‧‧‧下表面
3c‧‧‧第1孔
3e‧‧‧第2孔
4‧‧‧桿
5‧‧‧線圈
6‧‧‧上桿(第1桿)
6a‧‧‧凹部
7‧‧‧下桿(第2桿)
8‧‧‧集束器
8a‧‧‧主體部
8b‧‧‧電極部
8c‧‧‧端面
9‧‧‧反曲器(inflector)
P‧‧‧正中切面(median plane)
R‧‧‧離子束
第1圖係表示本發明之迴旋加速器的一實施形態之剖面圖。
第2圖係表示第1圖的集束器之剖面圖。
以下，參閱附圖對本發明的較佳實施方式進行詳細說明。
如第1圖所示，本實施形態之迴旋加速器1為使從離子源2送出之離子束R加速射出之橫置型加速器。作為構成離子束R之離子，可舉出例如質子和重離子等。
以上迴旋加速器1例如用作PET[Positron Emission Tomography]用迴旋加速器、硼中子捕獲療法用迴旋加速器、RI[Radio Isotope]製劑用迴旋加速器、中子源用迴旋加速器、質子用迴旋加速器及氘核用迴旋加速器。
迴旋加速器1具備離子源2、在內部形成規定的空間之中空的磁軛3、桿4、線圈5、集束器8及反曲器9。
離子源2設置於磁軛3的外部，且其為生成離子之外部離子源。第1圖中，在圓盤型迴旋加速器1的中心軸C上設置有離子源2，但無須一定要將離子源2設置在中心軸C上。離子源2亦可設置於迴旋加速器1的下側，而非上側。並且，離子源2的一部份或整體亦可進入到磁軛3內。
桿4係包含上桿(第1桿)6及下桿(第2桿)7之磁極。上桿6配置於磁軛3內部的上表面3a，下桿7配置於磁軛3內部的下表面3b。在上桿6及下桿7的周圍配置有圓環狀的線圈5，藉由對線圈5之電流供給而在上桿6及下桿7之間產生垂直方向的磁場。在這些上桿6及下桿7之間形成離子束R進行環繞之正中切面P。
並且，迴旋加速器1具備D形電極(未圖示)。D形電極從中心軸C的延伸方向觀察時形成為扇形。在D形電極的內部形成有沿中心軸C的周方向貫穿之空腔，正中切面P位於該空腔內。迴旋加速器1中，藉由向D形電極供給交流電流來在空腔內產生高頻電場，藉由高頻電場中之電位差的週期性變化來使離子束R反覆加速。
集束器8係對離子束R的前進方向(相位方向)的密度進行調整者。集束器8以與高頻電場中之電位差的週期性變化對應之方式使離子束R以前進方向的規定間隔聚焦，從而提高迴旋加速器1的射束效率。
集束器8配置於中空的磁軛3內。具體而言，集束器8配置於在磁軛3上形成之集束器用第1孔3c的內部。第1孔3c係沿中心軸C所形成之貫穿孔，以使磁軛3內部的空間與磁軛3的外部連通。從離子源2送出之離子束R通過第1孔3c到達集束器8。
並且，集束器8的一部份進入到在上桿6上形成之凹部6a內。亦即，集束器8的大部份容納於磁軛3的第1孔3c，並且其一部份(上桿6側)進入到上桿6的凹部6a內。上桿6的凹部6a與集束器3的第1孔3c對應形成，且沿中心軸C朝下方凹陷。
另外，磁軛3具有相對於反曲器9在與第1孔3c的相反一側形成之第2孔3e。第2孔位3e相對於反曲器9與第1孔3c大致對稱地形成之貫穿孔。亦即，為了確保磁軛3的對稱性，第2孔3e的大小和形狀形成為儘量與 第1孔3c相同。
同樣，下桿7具有相對於反曲器9與上桿6的凹部6a大致對稱地形成之凹部7a。凹部7a與磁軛3的第2孔3e對應形成，且沿中心軸C朝上方凹陷。
第2圖係表示集束器8之剖面圖。如第2圖所示，集束器8具有圓筒狀的主體部8a及已關閉圓筒狀的主體部8a的反曲器9側的開口之電極部8b。亦即，電極部8b位於集束器8的反曲器9側的端部。主體部8a及電極部8b為一體構件。例如，由銅等導電材料構成。
集束器8配置成與反曲器9成規定的距離。具體而言，集束器8配置成反曲器9側的端面8c與反曲器9的距離為10cm~30cm為較佳。
集束器8的端面8c與反曲器9距10cm以上，從而在到達至反曲器9之期間能夠充份地得到對離子束R的密度進行調整之聚束效應。並且，集束器8的端面8c與反曲器9的距離小於30cm，從而能夠在聚束效應因空間電荷效應下降之前到達反曲器9。
在集束器8中，從未圖示之電源供給電流。離子束R在圓筒狀的主體部8a的內部前進而通過電極部8b，從而進行前進方向的密度的調整。通過集束器8之離子束R朝向反曲器9前進。
另外，集束器8的結構並不限定於上述之結構。例如，電極部8b亦可並不設置於主體部8a的反曲器9側的端部，而設置於相反一側的端部和主體部8a的中部。此 時，電極部8b與反曲器9的距離為10cm~30cm為較佳。
反曲器9係使離子束R射入(導入)到正中切面P者。反曲器9從電源(未圖示)被供給電流，並使沿著迴旋加速器1的中心軸C前進之離子束R偏向而射入到正中切面P。反曲器9配置在上桿6及下桿7之間且迴旋加速器1的大致中心。
通過反曲器9射入到正中切面P之離子束R藉由桿4的磁場及D形電極的電場作用邊呈現螺旋狀的軌道，一邊進行加速。離子束R充份加速之後從軌道引出而朝外部輸出。
依以上說明之本實施形態之迴旋加速器1，集束器8配置於磁軛3內，因此與將集束器8設置於磁軛3外部之習知之結構相比，能夠縮短集束器8與反曲器9的距離。因此，能夠在藉由集束器8對離子束R的前進方向(相位方向)的密度進行調整之後，在離子束R藉由空間電荷效應擴散之前到達至反曲器9，所以亦能夠在具有較高聚束效應之狀態下使離子束R加速，且提高射束效率。
並且，在該迴旋加速器1中，集束器8的一部份進入到上桿6的凹部6a內，因此能夠進一步縮短集束器8與反曲器9的距離。因此，依該迴旋加速器1，即使係大型的迴旋加速器亦能夠以適當的間隔配置集束器8及反曲器9，且提高射束效率。
另外，依該迴旋加速器1，集束器8的電極部8b位 於主體部8a的反曲器9側的端部，因此與電極部8b位於反曲器9側的端部以外時相比，能夠在離子束R因空間電荷效應而擴散之前到達至反曲器9，且有利於提高射束效率。
並且，在該迴旋加速器1中，具有相對於反曲器9在與第1孔3c的相反一側形成之第2孔3e，因此與不具有第2孔3e時相比，能夠確保磁軛3的對稱性，抑制正中切面P中之磁場變得容易。
本發明並不限定於上述實施形態。例如，離子束R亦可從磁軛的下側射入。此時，集束器配置於磁軛下側的孔，進入到在下桿上形成之凹部。
另外，集束器無須一定要進入到在上桿或下桿上形成之凹部。集束器亦可不到達上桿或下桿而容納於在磁軛上形成之孔的內部。並且，集束器的至少一部份進入到磁軛內即可，剩餘部份亦可突出到磁軛外部。
並且，磁軛中，無須一定要設置未配置有集束器之第2孔。同樣，在上桿及下桿中未進入集束器的桿上無須一定要形成凹部。
另外，迴旋加速器亦可採用立置型的，而非橫置型的。此時，上述實施形態的說明中之上下方向成為左右方向，上桿及下桿成為右桿及左桿。
1‧‧‧迴旋加速器
2‧‧‧離子源
3‧‧‧磁軛
3a‧‧‧上表面
3b‧‧‧下表面
3c‧‧‧第1孔
3e‧‧‧第2孔
4‧‧‧桿
5‧‧‧線圈
6‧‧‧上桿(第1桿)
6a‧‧‧凹部
7‧‧‧下桿(第2桿)
7a‧‧‧凹部
8‧‧‧集束器
9‧‧‧反曲器
C‧‧‧中心軸
R‧‧‧離子束
P‧‧‧正中切面

Claims (3)

  1. 一種迴旋加速器，其具備：中空的磁軛；第1桿和第2桿，係配置於前述磁軛內；離子源，係生成離子；集束器，係至少一部份進入到前述磁軛內，且對從前述離子源送出之離子束的前進方向的密度進行調整；及反曲器，係使通過前述集束器之離子束偏向而射入於正中切面；前述集束器，具有：圓筒狀的本體部、以及位置在前述反曲器之其中一側的端部且關閉前述本體部的前述反曲器之其中一側的開口之電極部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之迴旋加速器，其中，前述集束器的至少一部份進入到前述第1桿內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之迴旋加速器，其中，前述磁軛具有：第1孔，係前述集束器的至少一部份進入到該孔中；及第2孔，係相對於前述反曲器與前述第1孔大致對稱地形成。
TW102128112A 2012-11-20 2013-08-06 Cyclotron TWI523585B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012254346A JP2014102990A (ja) 2012-11-20 2012-11-20 サイクロトロン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201422062A TW201422062A (zh) 2014-06-01
TWI523585B true TWI523585B (zh) 2016-02-21

Family

ID=49354426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102128112A TWI523585B (zh) 2012-11-20 2013-08-06 Cyclotron

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9000657B2 (zh)
EP (1) EP2734017B1 (zh)
JP (1) JP2014102990A (zh)
KR (1) KR20140064609A (zh)
CN (1) CN103841745B (zh)
TW (1) TWI523585B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5955709B2 (ja) * 2012-09-04 2016-07-20 住友重機械工業株式会社 サイクロトロン
EP2811813B1 (en) * 2013-06-04 2016-01-06 Ion Beam Applications Methods for adjusting the position of a main coil in a cyclotron
CN109874222B (zh) * 2017-12-06 2022-10-25 清华大学 一种漂移管、漂移管直线加速器和漂移管的加工方法
CN108883304B (zh) * 2018-06-22 2020-08-07 新瑞阳光粒子医疗装备(无锡)有限公司 同步加速器控制方法、装置及存储介质
KR102238857B1 (ko) * 2019-01-29 2021-04-09 성균관대학교산학협력단 가속 질량분석 사이클로트론 시스템
JP7458309B2 (ja) 2020-12-11 2024-03-29 株式会社日立製作所 レーザイオン源、円形加速器および粒子線治療システム
CN116156730B (zh) * 2023-01-09 2023-11-21 中国科学院近代物理研究所 一种用于回旋加速器的轴向注入器的结构

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2186736A (en) * 1986-02-13 1987-08-19 Marconi Co Ltd Ion beam arrangement
US5227701A (en) * 1988-05-18 1993-07-13 Mcintyre Peter M Gigatron microwave amplifier
BE1005530A4 (fr) * 1991-11-22 1993-09-28 Ion Beam Applic Sa Cyclotron isochrone
JP2925965B2 (ja) 1994-12-15 1999-07-28 住友重機械工業株式会社 荷電粒子ビームの集群方法とその装置
USH1758H (en) * 1996-03-04 1998-11-03 Malouf; Perry M. Microwave amplifier having cross-polarized cavities
WO2000036633A1 (en) * 1998-12-17 2000-06-22 Jeol Usa, Inc. In-line reflecting time-of-flight mass spectrometer for molecular structural analysis using collision induced dissociation
EP1203395B8 (de) * 2000-08-17 2009-08-26 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH Vorrichtung und verfahren zur ionenstrahlbeschleunigung und zur elektronenstrahlimpulsformung und -verstärkung
JP2004031115A (ja) * 2002-06-26 2004-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd サイクロトロンで加速するビームの位相幅制限方法および位相幅制限装置
EP3557956A1 (en) * 2004-07-21 2019-10-23 Mevion Medical Systems, Inc. A programmable radio frequency waveform generator for a synchrocyclotron
US7315140B2 (en) * 2005-01-27 2008-01-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Cyclotron with beam phase selector
US7888630B2 (en) * 2006-04-06 2011-02-15 Wong Alfred Y Reduced size high frequency quadrupole accelerator for producing a neutralized ion beam of high energy
US7919765B2 (en) * 2008-03-20 2011-04-05 Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh Non-continuous particle beam irradiation method and apparatus
US8106570B2 (en) * 2009-05-05 2012-01-31 General Electric Company Isotope production system and cyclotron having reduced magnetic stray fields

Also Published As

Publication number Publication date
US20140139096A1 (en) 2014-05-22
US9000657B2 (en) 2015-04-07
KR20140064609A (ko) 2014-05-28
CN103841745B (zh) 2016-12-28
CN103841745A (zh) 2014-06-04
EP2734017B1 (en) 2018-06-13
JP2014102990A (ja) 2014-06-05
EP2734017A1 (en) 2014-05-21
TW201422062A (zh) 2014-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI523585B (zh) Cyclotron
CN103026802B (zh) 漂移管直线加速器
Farvacque et al. A low-emittance lattice for the ESRF
JP5079233B2 (ja) イオン源装置及び方法
US10051721B2 (en) High frequency compact low-energy linear accelerator design
CN108566721B (zh) 直线加速器和同步加速器
CN106139419B (zh) 用于治疗肿瘤的旋转机架
CN205881867U (zh) 一种高效重频低磁场高功率微波器件
CN208590144U (zh) 直线加速器和同步加速器
MacArthur et al. Microbunch rotation and coherent undulator radiation from a kicked electron beam
CN207802493U (zh) 花瓣型加速器及其c型回转电磁铁
JP2014102990A5 (zh)
US9215790B2 (en) Formation of multiple proton beams using particle accelerator and stripper elements
CN104703380B (zh) 单腔多束型漂移管离子加速装置
JP2006286342A (ja) 電磁石及び加速器システム
WO2018092483A1 (ja) 加速器および粒子線照射装置、ならびにビームの取出し方法
JP6121186B2 (ja) バンチャー及び加速器
Crittenden et al. Wiggler magnet design development for the ILC damping rings
Shatunov et al. The Injection Septum Magnet for the Collector Ring (FAIR)
Winkelmann et al. Integration of a third ion source for heavy ion radiotherapy at hit
Neufeld et al. Positron injector of the VEPP-4M collider
Noda et al. DESIGN OF THE DOUBLE FOCUSING MAGNET FOR MASS SEPARATION OF A11c RADIOACTIVE ION BEAM
Raparia et al. Changes in LEBT/MEBT at the BNL 200 MeV Linac
JP2020071192A (ja) 荷電粒子ビーム強度分布可変装置、荷電粒子ビーム強度分布可変方法、二次粒子生成装置、及び放射性同位体生成装置
Wu et al. Simulations for preliminary design of a multi-cathode DC electron gun for eRHIC

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees