WO2006008839A1 - 螺旋軌道型荷電粒子加速器及びその加速方法 - Google Patents

螺旋軌道型荷電粒子加速器及びその加速方法 Download PDF

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WO2006008839A1
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acceleration
radius
forming
distribution
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Inventor
Takashi Fujisawa
Original Assignee
National Institute Of Radiological Sciences
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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
    • 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
    • H05H15/00—Methods or devices for acceleration of charged particles not otherwise provided for, e.g. wakefield accelerators

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle accelerator, and more particularly to a spiral orbit type charged particle accelerator and an acceleration method thereof.
  • a cyclotron a representative example of a helical orbital charged particle accelerator, was invented by Lawrence in 1930, and its structure is shown in Fig. 1 (a) and (b). 1, an acceleration electrode 12 for accelerating charged particles, and an ion source 13 for forming charged particles.
  • the magnetic pole 11 is composed of a magnet N pole 15 and S pole 16. The accelerated particles travel on the spiral accelerated particle orbit 14.
  • ⁇ is the pi
  • m is the mass of the moving particle (kg)
  • e is its charge (Coulomb)
  • B is the magnetic flux density (Tesla) on the particle orbit.
  • Mass m is expressed by the following equation using static mass m and particle velocity v (mZ seconds).
  • c is the speed of light (approximately 3 X 10 mZ seconds).
  • Equation (1) if mZeB is constant, the rotational period of the particles is always constant regardless of the radius of rotation. Such a magnetic field distribution is called an isochronous magnetic field distribution.
  • the period of the high frequency that accelerates the particles may be constant.
  • Figure 2 shows the relationship between the phase of the particles and the phase of the acceleration radio frequency in this case.
  • Figure 2 is a waveform diagram of the accelerated high-frequency voltage with the voltage on the vertical axis and time on the horizontal axis.
  • the ratio of the acceleration high-frequency period (T) to the particle rotation period (T) is called the harmonic number N
  • R is the radius of curvature of the particle orbit.
  • a ring cyclotron as shown in Fig. 3 was developed.
  • This ring cyclotron employs a structure in which several deflecting magnets (sector 1) 31 are individually separated and arranged, and a high-frequency acceleration cavity 32 is disposed therebetween.
  • a method is adopted in which a low-energy beam accelerated in advance is incident on the particle incident position 33! / ⁇ .
  • the incident accelerated particles travel along the spiral accelerated particle trajectory 34 and are extracted at an extraction position (not shown).
  • the radius of curvature of the particle orbit at the incident position is defined as the incident radius and the energy of the particle at the incident position as the incident energy.
  • the radius of curvature of the particle trajectory at the extraction position is called the extraction radius, and the energy of the particles at the extraction position is called the extraction energy.
  • the high-frequency accelerating cavity and the deflecting magnet are spatially separated, so that the acceleration energy per round can be set to 500 MeV or more (see Non-Patent Document 1).
  • This ring cyclotron is also designed to satisfy the isochronous magnetic field distribution.
  • the average magnetic field in the orbit is designed to keep T in equation (1) constant.
  • Non-Patent Document 1 Kamei Kaoru and Motoki Kihara, “Parity Physics Course Accelerator Science” Maruzen Co., Ltd., September 20, 1993 P. 210— 211
  • An object of the present invention is to increase the particle extraction energy without increasing the magnet relative to the incident energy, that is, to increase the energy gain, in a spiral orbital charged particle accelerator having a magnet arrangement such as a ring cyclotron. It is to be. Means for solving the problem
  • the magnetic field distribution and the acceleration high-frequency voltage distribution are formed such that a harmonic number, which is a ratio of a charged particle rotation period to an acceleration high-frequency period, changes in integer units.
  • a helical orbit type charged particle accelerator is provided.
  • the means for forming the acceleration high-frequency voltage distribution maintains the amplitude of the acceleration high-frequency voltage constant with respect to the radius, and the means for forming the magnetic field distribution has a harmonic number for each round of acceleration. It is preferable to increase the magnetic field strength with respect to the radius so that it decreases in integer units.
  • the means for forming the magnetic field distribution is such that the average magnetic field B at the orbit radius is changed to the incident radius R
  • the means for maintaining the relationship of R ii and forming the acceleration high-frequency voltage distribution preferably modulates the amplitude of the acceleration voltage with respect to the radius so that the harmonic number decreases by an integer unit for each round of acceleration. Masashi.
  • a step of forming a non-isomagnetic magnetic field distribution in which the magnetic field strength increases with an increase in radius, and an accelerated high frequency with a fixed frequency are provided.
  • Forming a voltage distribution, the magnetic field distribution and the The acceleration high-frequency voltage distribution is provided such that the harmonic number, which is the ratio of the charged particle rotation period to the acceleration high-frequency period, changes in integer units.
  • the amplitude of the acceleration high-frequency voltage is maintained constant with respect to the radius, and in the step of forming the magnetic field distribution, the harmonic number is increased for each round of acceleration. It is preferable to increase the magnetic field strength with respect to the radius so that it decreases in integer units.
  • the average magnetic field B at the orbit radius is changed to the incident radius R.
  • the step of maintaining the R ii relationship and forming the acceleration high-frequency voltage distribution it is preferable to modulate the amplitude of the acceleration voltage with respect to the radius so that the harmonic number decreases in integer units for each acceleration of one revolution. ⁇ .
  • the basic principle of the present invention is that the strength of the magnetic field with respect to the radius is reduced so that the harmonic number (calo fast particle period Z high frequency period) decreases by an integer for each week of acceleration. It is a way to increase. In other words, every rotation, N is decreased by an integer unit.
  • FIG. 5 illustrates this in comparison with the conventional cyclotron.
  • the rotation period of the particles is shortened for each acceleration as compared with the conventional cyclotron. That is, it can be seen that the energy increase rate of the present invention is larger when the incident and extraction radii are the same as those of the conventional cyclotron.
  • Magnetic field that satisfies the above equation (7) or Figure 5 There are an infinite number of acceleration voltage conditions, but two examples will be described below.
  • FIG. 6 shows an example of a helical orbit type charged particle accelerator to which the present invention is applied when the acceleration voltage is constant with respect to the radius.
  • Incident particle rotation period 0.125 s
  • the magnetic field B has an unequal magnetic field distribution in which the magnetic field strength increases as the radius R increases.
  • the ratio of the extraction radius Z incident radius is not so large (about 2.16 in the above example)
  • the ratio of the extraction energy to the incident energy becomes large (8.75 in the above example).
  • a large energy gain can be obtained compared to a ring cyclotron.
  • the acceleration voltage distribution may be obtained so as to satisfy this ⁇ repulsive force S (7).
  • Incident particle rotation period 0.25 s
  • Acceleration frequency period 0.5ns
  • the magnetic field B has an unequal magnetic field distribution in which the magnetic field strength increases as the radius R increases. Furthermore, the accelerating voltage also increases as the radius R increases. As a result, even if the ratio of the extraction radius Z incident radius is not larger than the example in Fig. 6 (about 1.36 in the above example), the ratio of the extraction energy to the incident energy is further increased (in the above example, 12 5) So much higher energy gain than the example in Fig. 6 can be obtained.
  • Fig. 8 is a diagram showing temporal changes in particle energy and acceleration voltage when the acceleration voltage is temporally modulated when it is difficult to form a radial voltage distribution as shown in Fig. 7. It is. Even in this case, the acceleration voltage increases as the acceleration proceeds, so that an energy gain larger than that in the example of FIG. 6 is obtained.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a cyclotron, in which (A) is a view taken along the line A—A in (B), and (B) is a sectional view taken along the line B—B in (A). It is.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the acceleration high-frequency period of the cyclotron and the particle rotation period.
  • FIG. 3 is a simple plan view of a ring cyclotron.
  • FIG. 4 is a diagram showing the acceleration principle of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between particle rotation speed and particle rotation period.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between magnetic field and particle energy in an example of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship among magnetic field, particle energy and acceleration voltage in another example of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing temporal changes in particle energy and acceleration voltage when the acceleration voltage is temporally modulated in the embodiment of FIG.
  • Ion source 14 Accelerated particle orbit 15 Magnet N pole 16 Magnet S pole 31 Bending magnet 32 High frequency acceleration cavity 33 Particle incident position 34 Accelerated particle orbit T Particle rotation period

Landscapes

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  • Plasma & Fusion (AREA)
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Abstract

　磁場強度が半径の増加とともに増加する非等磁性磁場分布を形成すると共に周波数を固定した加速高周波電圧分布を形成し、さらに、この磁場分布及び加速高周波電圧分布を、加速高周波周期に対する荷電粒子回転周期の比であるハーモニック数が荷電粒子が１回転するごとに整数単位で減少するように形成する。

Description

明 細 書
螺旋軌道型荷電粒子加速器及びその加速方法
技術分野
[0001] 本発明は、荷電粒子加速器に関し、特に、螺旋軌道型荷電粒子加速器及びその 加速方法に関する。
背景技術
[0002] 螺旋軌道型荷電粒子加速器の代表例であるサイクロトロンは 1930年ローレンスによ り発明され、その構造は、図 1 (a)及び (b)で示されるように、磁場を発生させる磁極 1 1と、荷電粒子を加速する加速電極 12と、荷電粒子を形成するイオン源 13とから成る 。磁極 11は、磁石の N極 15と S極 16とで構成される。そして、加速粒子は螺旋状の 加速粒子軌道 14上を進む。
[0003] サイクロトロンの原理は、磁場中を回転する荷電粒子の回転周期 (T )が式（1)によ
P
つて与えられることに基づ 、て 、る。
T = 2 m/eB (1)
P
ここで πは円周率、 mは運動中の粒子の質量 (kg)、 eはその電荷 (クーロン）、そして Bは粒子軌道上の磁束密度 (テスラ)である。
[0004] また質量 mは静止質量 mと粒子の速度 v (mZ秒)を使って次式で表される。
0
m=m / (l- (v/c) 2) 1 2 (2)
0
ここで cは光の速度 (約 3 X 10 mZ秒)である。
[0005] 式（1)から判るように、 mZeBが一定ならば粒子の回転周期は回転半径によらず 常に一定である。なおこの様な磁場分布を等時性磁場分布と呼ぶ。特に速度 Vが光 速より小さい時、磁場が一定ならば粒子を加速する高周波の周期は一定で良いこと になる。この場合の粒子の位相と加速高周波の位相との関係を図 2に示す。図 2は、 電圧を縦軸にし時間を横軸とした加速高周波電圧の波形図である。
[0006] 加速高周波の周期（T )と粒子回転周期（T )の比は、ハーモニック数 Nと呼ばれ次
n p
式で与えられる。
N=T /T (3) [0007] 図 2の加速高周波電圧では、常に N = 2である。なお磁場中を運動している荷電粒 子の運動エネルギー (E)と磁場には次式の関係がある。
E = ((ecBR)2 + m V)1/2— m c (4)
o o
ここで Rは粒子軌道の曲率半径である。
[0008] この式から判るように粒子のエネルギーは ecBRに依存しており、粒子のエネルギー を大きくするには BRを大きくしなければならない。即ち磁場を強くする力 半径を大き くするかである。しかし、技術的諸問題のためこの形式のサイクロトロンの妥当なエネ ルギ一は陽子の場合で 200MeVくら!/、である。
[0009] これを解決する一つの方法として図 3に示されるようなリングサイクロトロンが開発さ れた。このリングサイクロトロンは、数個の偏向磁石 (セクタ一） 31を個別に分離して並 ベ、その間に高周波加速空洞 32を配置する構造を採用している。リングサイクロトロ ンでは、予め低 、エネルギーで加速したビームを粒子入射位置 33から入射すると!/ヽ う方法がとられる。入射された加速粒子は、螺旋状の加速粒子軌道 34を進み、取り 出し位置（図示せず）において取り出される。入射位置における粒子軌道の曲率半 径を入射半径と ヽ、入射位置における粒子のエネルギーを入射エネルギーと 、う 。また、取り出し位置における粒子軌道の曲率半径を取り出し半径といい、取り出し 位置における粒子のエネルギーを取り出しエネルギーという。リングサイクロトロンで は、高周波加速空洞と偏向磁石が空間的に分離されることにより、 1周あたりの加速 エネルギーを 500MeV以上とすることも可能になる（非特許文献 1参照)。
[0010] しカゝしこのリングサイクロトロンの場合も、等時性磁場分布を満たすように設計されて いる。即ち軌道上の平均磁場が式（1)の Tを一定に保つよう設計されている。同様
P
に粒子のエネルギーも平均磁場と平均半径を用いて (4)式で表される。今、粒子入射 位置すなわち入射点の磁場と半径を B、 Rとし、粒子取り出し位置すなわち取り出し
1 1
点のそれを B、 Rとすると加速前後のエネルギー利得 (G)は、
2 2
G ={((ecB R )2 +m V)1/2— m c2)}/{((ecB R )2 +m V)1/2— m c¾ (5)
2 2 0 0 1 1 0 0 で与えられる。
[0011] 特に粒子の速度 vが光速 cに比べ小さい非相対論的エネルギー領域では、
G = (B R /B R ) 2 (6) と近似される。そのため、粒子の入射エネルギーに対し取り出しエネルギーを高くする ためには、取り出し半径 Z入射半径の比を大きくしなければならない。その結果入射 エネルギーに対する取り出しエネルギーの比を大きくするにつれて磁石は大きくなる。
[0012] 非特許文献 1 :亀井亨、木原元央共著、「パリティ物理学コース 加速器科学」丸善株 式会社、平成 5年 9月 20日 P. 210— 211
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] 本発明の目的は、リングサイクロトロンのような磁石配置を有する螺旋軌道型荷電 粒子加速器において、磁石を大きくすることなぐ粒子の取り出しエネルギーを入射 エネルギーに対して高くすることすなわちエネルギー利得を大きくすることである。 課題を解決するための手段
[0014] 本発明によれば、螺旋軌道型荷電粒子加速器にお!、て、磁場強度が半径の増加 とともに増加する非等磁性磁場分布を形成する手段と、周波数を固定した加速高周 波電圧分布を形成する手段とを有し、前記磁場分布及び前記加速高周波電圧分布 は、加速高周波周期に対する荷電粒子回転周期の比であるハーモニック数が整数 単位で変化するように形成されることを特徴とする螺旋軌道型荷電粒子加速器が提 供される。
[0015] 前記加速高周波電圧分布を形成する手段は、加速高周波電圧の振幅を半径に対 して一定に維持し、且つ、前記磁場分布を形成する手段は、一周の加速ごとにハー モニック数が整数単位で減少するように半径に対する磁場強度を増カロさせることが好 ましい。
[0016] 前記磁場分布を形成する手段は、軌道半径における平均磁場 Bを入射半径 Rに
R i おける平均磁場 B
iに対して B =B (RZR)m
R i i の関係に維持し、且つ、前記加速高周 波電圧分布を形成する手段は、一周の加速ごとにハーモニック数が整数単位で減少 するように半径に対する加速電圧の振幅を変調することが好まし ヽ。
[0017] 本発明によれば、螺旋軌道型荷電粒子加速器における加速方法にお!ヽて、磁場 強度が半径の増加とともに増加する非等磁性磁場分布を形成する段階と、周波数を 固定した加速高周波電圧分布を形成する段階とから成り、前記磁場分布及び前記 加速高周波電圧分布は、加速高周波周期に対する荷電粒子回転周期の比であるハ 一モニック数が整数単位で変化するように形成されることを特徴とする加速方法が提 供される。
[0018] 前記加速高周波電圧分布を形成する段階は、加速高周波電圧の振幅を半径に対 して一定に維持し、且つ、前記磁場分布を形成する段階は、一周の加速ごとにハー モニック数が整数単位で減少するように半径に対する磁場強度を増カロさせることが好 ましい。
[0019] 前記磁場分布を形成する段階は、軌道半径における平均磁場 Bを入射半径 Rに
R i おける平均磁場 B
iに対して B =B (RZR)mの
R i i 関係に維持し、且つ、前記加速高周 波電圧分布を形成する段階は、一周の加速ごとにハーモニック数が整数単位で減少 するように半径に対する加速電圧の振幅を変調することが好まし ヽ。
発明の効果
[0020] 本発明によれば、非等磁性磁場分布を形成することにより半径に対する磁場の増 加を従来のリングサイクロトロンより大きくしているので、従来のリングサイクロトロンより もはるかに大きいエネルギー利得を持つ螺旋軌道型荷電粒子加速器が設計できる。 発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明の基本原理は、図 4に示されるように、一週の加速ごとにハーモニック数 (カロ 速粒子周期 Z高周波周期）が整数ずつ減少するように、半径に対して磁場の強度を 増加させる方法である。すなわち一回転ごとに、 Nを整数単位で減少させる方法であ り、式で書けば、
ΔΤ =kT (7)
p rf
となるように半径方向の磁場分布を生成する方法である。ここで ΔΤは一回転ごとの
P
加速粒子の周期の減少量、 kは任意の整数である。なお図 4は k= lの時の例である
[0022] このことを従来のサイクロトロンと比較し説明したのが図 5である。この図力 判るよう に本発明では従来のサイクロトロンに比べ粒子の回転周期が加速ごとに短くなつてい る。即ち従来のサイクロトロンと同じ入射及び取り出し半径ならばそのエネルギー増加 率は本発明の方が大きくなることが判る。上記式 (7)または図 5の条件を満たす磁場 及び加速電圧の条件は無数に存在するが、以下に二つの例について説明する。
[0023] l 加速電圧が半径に対し一定の場合
この場合加速電圧が一定なので、一回転した時の核子当たりエネルギー利得 Δ Eと 粒子回転周期には次式の関係が成り立たなければならない。
ΔΤ = α · Δ Ε (8)
Ρ
ここで (Xは加速条件によって決まる定数である。
[0024] 従って、 η回加速した後の粒子回転周期 Τ は、
Τ =Τ — η· ΔΤ (9)
[0025] また η回加速された後の粒子のエネルギー Εは、
Ε =η· Δ Ε+Ε (10)
となる。ここで Εは入射時の粒子の核子当たりエネルギー、 Τ は周期である。
[0026] 上記 (8)、（9)、（10)式と（1)、（4)式を使い (7)式を満たす半径の磁場分布が計 算できる。
[0027] 図 6に、加速電圧が半径に対し一定の場合において、本発明を適用した螺旋軌道 型荷電粒子加速器の一例を示す。この時の各条件は以下の通りである。
入射半径：0. 55m
取り出し半径： 1. 19m
加速イオン：炭素 12の + 6荷イオン
入射エネルギー： 4Me VZ核子
取り出しエネルギー： 35MeVZ核子
入射時粒子回転周期： 0. 125 s
加速高周波周期： Ins
加速電圧： 2MV—定
[0028] 図 6に示されているように、磁場 Bは、磁場強度が半径 Rの増加とともに増加する非 等磁性磁場分布を有している。この結果、取り出し半径 Z入射半径の比がそれほど 大きくなくても（上記例では、約 2. 16)、入射エネルギーに対する取り出しエネルギー の比が大きくなる（上記例では、 8. 75)ので、従来のリングサイクロトロンに比べて大 きなエネルギー利得が得られる。 [0029] .軌道半径 Rにおける平均磁場 Bが入射半径 Rにおける平均磁場 Bと、 B =B
R i i R
(RZR)mの
Ri i 関係がある場合。
この場合既に半径方向の磁場分布が決まっているので求めるものは（7)式を満た す半径方向の電圧分布である。今 n回転目における平均軌道半径を R(n)、平均磁 場を B (n)、粒子回転周期を T (n)、粒子の運動エネルギーを E (n)とすると、先ずこ
P
れらは任意の nに対し式（1)及び (4)を満たして ヽなければならな ヽ。
[0030] そして本例題の条件により B (n)は次式を満たして 、なければならな 、。
B(n)=B (R(n)/R)m (11)
Ri i
[0031] 次に n+1回転目に対し、
Τ (η+1)=Τ (η)-ΔΤ (12)
Ρ Ρ Ρ
であり、この ΔΤ力 S (7)式を満たす様加速電圧分布を求めれば良い。
Ρ
[0032] (12)式を（1)式に代入すると
ΔΤ =2π (m/(eB(n))-m/(eB(n+l))) (13)
P
を得る。この式より n回転目と n+ 1回転目の磁場の関係が求まる。
[0033] そして、これと（11)式により n回転目と n+1回点目の半径の関係が求まる。得られ た関係式を (4)式に代入すれば各回転における粒子のエネルギーが求まり、これによ り各回転ごとの加速電圧が求まる。
[0034] ここでは Bが (RZR)の m乗に比例して増加する例を示した力 上式の関係を見れ
R i
ば平均磁場の半径方向分布がわかれば、式 (7)の条件を満たす電圧分布が簡単に 計算できる。
[0035] 図 7に m= 3の場合において、半径方向の磁場分布、電圧分布、及び粒子のエネ ルギーを計算した一例を示す。なおここで、
入射半径： 1. lm
取り出し半径： 1.5m
加速イオン：炭素 12の + 6荷イオン
入射エネルギー： 4Me VZ核子
取り出しエネルギー： 50MeVZ核子
入射時粒子回転周期： 0.25 s 加速高周波周期： 0. 5ns
である。
[0036] 図 7に示されているように、磁場 Bは、磁場強度が半径 Rの増加とともに増加する非 等磁性磁場分布を有している。さらに、加速電圧も、半径 Rの増加とともに増加してい る。この結果、取り出し半径 Z入射半径の比が図 6の例よりも大きくなくても（上記例 では、約 1. 36)、入射エネルギーに対する取り出しエネルギーの比がさらに大きくな る（上記例では、 12. 5)ので、図 6の例よりもさらに大きなエネルギー利得が得られる
[0037] また図 8は半径方向の電圧分布を図 7のように形成するのが困難な場合において、 加速電圧を時間的に変調した場合の粒子エネルギーと加速電圧の時間的変化を示 す図である。この場合においても、加速が進むと共に加速電圧が増加するので、図 6 の例よりもさらに大きなエネルギー利得が得られる。
図面の簡単な説明
[0038] [図 1]サイクロトロンの原理を説明する図であって、（A)は、（B)の A— A矢視図であり 、（B)は、（A)の B— B断面図である。
[図 2]サイクロトロンの加速高周波周期と粒子回転周期との関係を示す図である。
[図 3]リングサイクロトロンの簡単な平面図である。
[図 4]本発明の加速原理を示す図である。
[図 5]粒子回転数と粒子回転周期の関係を示す図である。
[図 6]本発明の一実施例における磁場と粒子エネルギーの関係を示す図である。
[図 7]本発明の他の実施例における磁場、粒子エネルギー及び加速電圧の関係を示 す図である。
[図 8]図 7の実施例において、加速電圧を時間的に変調した場合における粒子エネ ルギー及び加速電圧の時間的変化を示す図である。
符号の説明
[0039] 11 磁極
12 加速電極
13 イオン源 14 加速粒子軌道 15 磁石の N極 16 磁石の S極 31 偏向磁石 32 高周波加速空洞 33 粒子入射位置 34 加速粒子軌道 T 粒子回転周期
P
τ 加速高周波周期

Claims

請求の範囲
[1] 螺旋軌道型荷電粒子加速器において、磁場強度が半径の増加とともに増加する非 等磁性磁場分布を形成する手段と、周波数を固定した加速高周波電圧分布を形成 する手段とを有し、前記磁場分布及び前記加速高周波電圧分布は、加速高周波周 期に対する荷電粒子回転周期の比であるハーモニック数が整数単位で変化するよう に形成されることを特徴とする螺旋軌道型荷電粒子加速器。
[2] 前記加速高周波電圧分布を形成する手段は、加速高周波電圧の振幅を半径に対 して一定に維持し、且つ、前記磁場分布を形成する手段は、一周の加速ごとにハー モニック数が整数単位で減少するように半径に対する磁場強度を増カロさせることを特 徴とする請求項 1に記載の螺旋軌道型荷電粒子加速器。
[3] 前記磁場分布を形成する手段は、軌道半径における平均磁場 Bを入射半径 Rに
R i おける平均磁場 B
iに対して B =B (RZR)m
R i i の関係に維持し、且つ、前記加速高周 波電圧分布を形成する手段は、一周の加速ごとにハーモニック数が整数単位で減少 するように半径に対する加速電圧の振幅を変調することを特徴とする請求項 1に記載 の螺旋軌道型荷電粒子加速器。
[4] 螺旋軌道型荷電粒子加速器における加速方法において、磁場強度が半径の増加 とともに増加する非等磁性磁場分布を形成する段階と、周波数を固定した加速高周 波電圧分布を形成する段階とから成り、前記磁場分布及び前記加速高周波電圧分 布は、加速高周波周期に対する荷電粒子回転周期の比であるハーモニック数が整 数単位で変化するように形成されることを特徴とする加速方法。
[5] 前記加速高周波電圧分布を形成する段階は、加速高周波電圧の振幅を半径に対 して一定に維持し、且つ、前記磁場分布を形成する段階は、一周の加速ごとにハー モニック数が整数単位で減少するように半径に対する磁場強度を増カロさせることを特 徴とする請求項 4に記載の加速方法。
[6] 前記磁場分布を形成する段階は、軌道半径における平均磁場 Bを入射半径 Rに
R i おける平均磁場 B
Riに対して B =B (RZR)m
R Ri i の関係に維持し、且つ、前記加速高周 波電圧分布を形成する段階は、一周の加速ごとにハーモニック数が整数単位で減少 するように半径に対する加速電圧の振幅を変調することを特徴とする請求項 4に記載 の加速方法。
PCT/JP2004/015989 2004-07-21 2004-10-28 螺旋軌道型荷電粒子加速器及びその加速方法 WO2006008839A1 (ja)

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