WO2007119538A1 - 荷電粒子周回装置用摂動装置 - Google Patents

荷電粒子周回装置用摂動装置 Download PDF

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WO2007119538A1
WO2007119538A1 PCT/JP2007/056496 JP2007056496W WO2007119538A1 WO 2007119538 A1 WO2007119538 A1 WO 2007119538A1 JP 2007056496 W JP2007056496 W JP 2007056496W WO 2007119538 A1 WO2007119538 A1 WO 2007119538A1
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WO
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magnetic field
pair
inner conductors
outer conductor
divided
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PCT/JP2007/056496
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French (fr)
Inventor
Hironari Yamada
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Photon Production Laboratory, Ltd
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Publication date
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    • 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
    • H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
    • 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
    • H05H7/08—Arrangements for injecting particles into orbits

Definitions

  • the present invention generates a perturbation in the trajectory of a charged particle by partially superimposing a perturbation magnetic field on a main magnetic field for causing the charged particle to orbit, and makes incident charged particles have a stable circulation closed trajectory.
  • the present invention relates to a perturbation device for charged particle circulation device to be taken in.
  • a synchrotron or the like is known as a charged particle circulation device.
  • Some synchrotrons for example, are miniaturized to a diameter of about 60 cm.
  • a perturbation is generated in the trajectory of the charged particle by partially overlapping the perturbation magnetic field with the main magnetic field for circulating the charged particle, and the incident charge is caused.
  • Perturbers for charged particle orbiters are used to bring particles into a stable closed orbit. This perturbation device is also called a pertabeta.
  • a charged particle orbiting device such as a synchrotron generates a perturbation in a stable orbit closed orbit using a motion apparatus such as a parter beta and takes charged particles incident on the charged particle orbiting device into a stable orbit closed orbit. After that, using a high-frequency accelerating cavity placed in the stable closed orbit, charged particles that orbit the stable closed orbit are accelerated and crawled.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a state in which the perturbation device and the high frequency acceleration cavity are disposed with respect to the stable closed orbit of the synchrotron
  • FIG. 10 is an incident on the stable closed orbit.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a state where electric particles circulate.
  • FIG. 9 schematically shows a state in which the perturbator 1 and the high frequency acceleration cavity 3 are disposed relative to the stable orbit closed orbit 5 of the synchrotron, and during the incidence The trajectories of charged particles that are perturbed by Tabeta are also drawn at the same time.
  • FIG. 10 schematically shows a state where charged particles which have been incident on the stable closed orbit 5, ie, the electron beam in accumulation, circulates as an electron punch (a group of electrons).
  • reference numeral 7 is a central orbit existing at the center of the stable closed orbit 5.
  • the main magnet that forms the orbit of the orbiting electrons and prevents the divergence of the electron beam is not shown.
  • a resonance incidence method is used that generates an incidence trajectory without affecting the electron beam being accumulated.
  • the electrons are in a state of resonance, and the amplitude of betatron oscillation of the electrons is large.
  • a high rf acceleration voltage is applied to the rf cavity 3 while the betatron oscillation amplitude of the electrons is large, the electrons will be scattered and the stable orbit closed orbit 5 force electrons will fly out.
  • the perturbation device 1 After the perturbation device 1 generates a perturbation in the stable orbit closed orbit 5 and takes in the electrons (charged particles) in the stable orbit closed orbit 5, the betatron oscillation of the electrons (charged particles) becomes small and the electron The acceleration of electrons (charged particles) by the RF accelerating cavity 3 is not actively performed until the (charged particles) start to orbit on the stable closed orbit 5! /, And so on.
  • the size of the mass of the electron punch is small when the electron energy is high, but is large when the electron energy is low.
  • electron energy has come to be used in a low state.
  • Non-Patent Document 1 A paper published by “Yosuke Yamada's Synchrotron Radiation” Vol. 15, No. 3, pp. 15-27, entitled “New X-ray Generation by the Tabletop Synchrotron Mirako- 20”
  • Non Patent Literature 2 Takeshi Takayama et al. Entitled “Sumitomo Heavy Industries Technical Report” Vol. 1.39, No. 116, August 1991 pp. 11-18 entitled “Compact Synchrotron Radiation Light Source“ Aurora ”Single Superconducting Ring Incident System” The firewood
  • An object of the present invention is to provide a charged particle circulating device perturbation device capable of easily forming a desired distribution shape of a perturbation magnetic field.
  • Another object of the present invention is to obtain a perturbation device for charged particle orbiting device capable of accurately forming a desired distribution shape of a perturbation magnetic field.
  • Another object of the present invention is to provide a charged particle orbiting device perturbation apparatus capable of easily incorporating charged particles into a stable orbit closed orbit even if the size of the electron punch is increased. .
  • Another object of the present invention is to provide a charged particle circulating device perturbation device capable of preventing the electron punch from hitting the punch even if the size of the electron punch is increased.
  • a perturbation is generated in the trajectory of the charged particle by partially overlapping the perturbation magnetic field with the main magnetic field for causing the charged particle to orbit, and the incident charged particle is stably circulated closed orbit.
  • the target of improvement is a perturbation device for charged particle circulation device to be incorporated into
  • the perturbation device has a structure in which distortion (perturbation) is generated in the stable closed orbit by the perturbation magnetic field to facilitate incorporation of charged particles into the stable closed orbit.
  • the stable closed orbit may be circular or non-circular.
  • the direction in which the charged particles move in the stable orbit closed orbit is referred to as the circumferential direction
  • the direction from the stable orbit closed orbit toward the center thereof and the direction from the center to the stable orbit closed orbit in the radial direction is called the orthogonal direction.
  • the perturbation device for charged particle circulation device forms a perturbation magnetic field using a leakage magnetic field of a magnetic field generated by a magnetic field generation device comprising a high frequency coil.
  • Magnetic field generator Corrected paper ed.
  • a high frequency coil for generating a magnetic field has an opening directed toward a space forming a perturbation magnetic field to create a stray magnetic field. Then, the conductor end of the high frequency coil opposed to the opening is inclined to determine the shape of the magnetic field distribution formed in the space by the leakage magnetic field. As described above, the conductor end of the high-frequency coil is provided with a slope that determines the shape of the magnetic field distribution, and changing the shape or angle of this slope changes the distribution shape of the stray magnetic field. It can be easily and accurately formed.
  • one high frequency coil includes a pair of inner conductors facing each other through a predetermined space through which a part of the stable loop closed track passes, and an outer conductor disposed outside the pair of inner conductors.
  • the pair of inner and outer conductors are electrically connected in series. Then, the magnetic field generated between the pair of inner conductors and the outer conductor is leaked into the space between the pair of inner conductors to form a leaked magnetic field, and a perturbation magnetic field is formed in the space.
  • the distribution shape of the perturbing magnetic field can be arbitrarily determined by changing the distribution shape of the stray magnetic field.
  • the pair of inner and outer conductors form a magnetic field so as to surround the pair of inner conductors between the pair of inner and outer conductors, and
  • Each structure is defined so that the stray magnetic field that leaks from the magnetic field enters the space between them.
  • the above-mentioned inclination is given to the end part located in the radial direction both sides of the stable circular closed track of a pair of inner conductors.
  • the distribution shape of the perturbing magnetic field formed between the pair of inner conductors can be simply made into a desired shape.
  • the outer conductor is formed on both sides in the radial direction of the space formed between the pair of inner conductors, along with this space to form a pair of separate spaces through which charged particles can pass. It can define its structure. If such another space is formed, the trajectory of the charged particle has a radius Even in the case of a large change in the direction, it is possible to prevent the charged particles from being hit against the outer conductor and being lost.
  • the magnetic field generator can also be composed of first and second divided magnetic field generators each comprising a high frequency coil.
  • the first and second divided magnetic field generators are radially spaced to form a space between which a part of the stable closed orbit passes.
  • the first and second divided magnetic field generating devices are configured to enter the leakage magnetic field into the space to form a perturbation magnetic field in the space.
  • the magnetic field generating device is configured to have the first and second divided magnetic field generating devices cut radially apart, even if the size of the electron punch becomes large, the large electron punch hits the magnetic field generating device. You can effectively prevent
  • Each of the first and second divided magnetic field generating devices includes an inner conductor and an outer conductor which are arranged at intervals and electrically connected in series.
  • the inner conductor and the outer conductor form a magnetic field between the inner conductor and the outer conductor, and the structure is determined so as to generate an opening force force leakage magnetic field formed in the outer conductor and radially opened.
  • the shape of the magnetic field distribution of the perturbing magnetic field can be properly determined by appropriately determining the size and shape of the opening and the distance between the first and second divided magnetic field generating devices. it can. Therefore, it is preferable to attach the above-mentioned inclination also to a pair of conductor end portions located on both sides of the opening of the outer conductor used for the first and second divided magnetic field generation devices.
  • the inner conductor can be composed of a pair of divided inner conductors arranged in the orthogonal direction orthogonal to the circumferential direction and the radial direction of the closed loop closed orbit.
  • the outer conductor has openings on both sides in the circumferential direction of the stable circular closed path, and has openings that open in the radial direction so as to surround the pair of split inner conductors.
  • the positional relationship between the pair of inner divided conductors and the outer conductor is preferably determined such that the space formed between the pair of inner divided conductors and the opening are aligned in the radial direction.
  • the first divided magnetic field generator and the second divided magnetic field generator may be arranged next to each other.
  • the pair of split inner conductors of the first split magnetic field generating device extend along the circumferential direction and radially around the center of the stable loop closed track, and are located inside the stable loop closed track.
  • the conductive plate of Further, the outer conductor of the first split magnetic field generator is constituted of a pair of arc-shaped conductive plates, a pair of conductive side plates, and a conductive connecting plate.
  • the pair of arc-shaped conductive plates are positioned on both sides in the orthogonal direction of the opening, extend in the circumferential direction about the center of the stable closed orbit and extend in the orthogonal direction.
  • the pair of conductive side plates is located on the outer side in the orthogonal direction of the pair of split inner conductors, and the arc-shaped conductive plate is provided at the radially outer end and extends in the circumferential direction and the radial direction.
  • the conductive connecting plate connects the radially inner ends of the pair of conductive side plates.
  • a pair of split inner conductors and an outer conductor are connected by a conductive short circuit plate at a position that does not interfere with the passage of charged particles.
  • the pair of split inner conductors of the second split magnetic field generating device is also a pair extending in the circumferential direction and radially around the center of the stable circulation closed track and located outside the stable circulation closed track. It can comprise from the circular-arc-shaped electrically conductive board.
  • the outer conductor of the second divided magnetic field generator is also composed of a pair of arc-shaped conductive plates, a pair of conductive side plates, and a conductive connecting plate. The pair of arc-shaped conductive plates are positioned on both sides of the opening in the orthogonal direction, and extend in the circumferential direction about the center of the stable closed orbit and extend in the orthogonal direction.
  • the pair of conductive side plates is located on the outer side in the orthogonal direction of the pair of split inner conductors, and an arc-shaped conductive plate is provided at the radially outer end and extends in the circumferential direction and the radial direction.
  • the conductive connecting plate connects the radially outer ends of the pair of conductive side plates.
  • a pair of split inner conductors and an outer conductor are connected by a conductive short-circuit plate at a position that does not hinder the passage of charged particles.
  • the first and second divided magnetic field generation devices are configured in this way, the first and second divided magnetic field generation devices are in the same state as they are electrically connected in parallel.
  • the inner conductor force of the split magnetic field generator can be made to flow the desired leakage magnetic field necessary for the formation of the perturbing magnetic field with a simple structure by supplying high frequency current to the outer conductors respectively.
  • the first divided magnetic field generation device is electrically connected in series with a pair of divided inner conductors constituting the inner conductor of the first divided magnetic field generation device and a pair of divided inner conductors of the second divided magnetic field generation device.
  • the outer conductor of the second divided magnetic field generator may be electrically connected in series. In this case, the first divided magnetic field generator and the second divided magnetic field generator are electrically connected in series. Even in this way, it is possible to generate a necessary stray magnetic field.
  • first and second divided magnetic field generation devices may be used as an independent high frequency coil force magnetic field generation device.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first example of an embodiment of a perturbation device for a charged particle circulation device according to the present invention, viewed from one side so that the inside can be seen through.
  • FIG. 2 is an end view showing one end in the circumferential direction of the charged particle circulating device perturbing device of the first example.
  • FIG. 3 is an end view showing the other end of the perturbing device for a charged particle circulating device of the first example in the circumferential direction.
  • FIG. 4 is a view showing an example of the magnetic field strength distribution of a perturbation magnetic field generated by a pair of divided magnetic field generation devices.
  • FIG. 5 is an end view showing one end in the circumferential direction of a modification of the first embodiment of the perturbation device for a charged particle circulation device.
  • FIG. 6 is a diagram used to explain different examples of the electrical connection of the first and second divided magnetic field generation devices.
  • FIG. 7 is an end view of a second example of the embodiment of the perturbation device for a charged particle circulation device according to the present invention, as viewed from one side in the circumferential direction.
  • FIG. 8 A sectional view taken along the line X-X in FIG. 7 of the perturbation device for a charged particle orbiting device of the second example.
  • FIG. 9 is a view schematically showing a state in which the perturbation device and the high frequency acceleration cavity are arranged in the stable orbit closed orbit of the synchrotron in the conventional example.
  • FIG. 10 is a view schematically showing a state in which charged particles having entered in the prior art orbit on a stable orbit closed orbit orbit.
  • the perturbation device for charged particle circulation device generates a perturbation in the trajectory of the charged particle by partially overlapping the perturbation magnetic field with the main magnetic field for causing the charged particle to circulate, and enters the orbit. It is for taking charged particles into a stable closed orbit.
  • FIG. 1 is a perspective view of the charged particle circulating device perturbing device according to the present embodiment as viewed from one side
  • FIG. 2 is an end view showing one end of the charged particle circulating device perturbing device according to the present embodiment in the circumferential direction
  • FIG. FIG. 4 is a view showing an example of the magnetic field strength distribution of the perturbing magnetic field generated by the first and second divided magnetic field generating devices.
  • the number of codes used in these figures is indicated by using 100 codes.
  • the perturbing device for charged particle circulation device 101 of this example is spaced apart in the radial direction 111 of the stable circulation closed orbit 105 so as to form a space 109 a (FIG. 2) in which the perturbation magnetic field is formed.
  • the first and second divided magnetic field generating devices 113A and 113B which are also arranged respectively for the high frequency coil force, are provided.
  • the first and second divided magnetic field generators 113A and 113B are formed of a nonmagnetic metal such as aluminum, and generate a magnetic field by transmitting a half pulse high frequency current of 4 to 5 MHz. .
  • the first divided magnetic field generation device 113A is located radially inward of the stable closed orbit 105 or the central orbit 107 than the second divided magnetic field generation device 113B.
  • the first divided magnetic field generation device 113A is positioned in the moving direction of the charged particles traveling in the direction of the central orbit 107, ie, in the orthogonal direction 115 intersecting the circumferential direction of the stable closed orbit 105 and the radial direction 111 at right angles.
  • the inner conductor of the first divided magnetic field generator 113A is constituted by the pair of divided inner conductors 117A and 119A.
  • the outer conductor 121A has an opening on both sides in the circumferential direction of the stable closed orbit 105, and A radially open opening 122A is provided to surround the pair of split inner conductors 117A and 119A.
  • the positional relationship between the pair of split inner conductors 117A and 119A and the outer conductor 121A is determined such that the gap 118A and the opening 122A formed between the pair of split inner conductors 117A and 119A are aligned in the radial direction.
  • the pair of divided inner conductors 117A and 119A of the first divided magnetic field generation device 113A are located along the central orbit 107 with a radius V and a radius centering on the center of the stable closed orbit 105 or the central orbit 107.
  • a pair of arc-shaped conductive plate forces extending in the direction 111 and positioned inside the central track 107 are also configured.
  • the outer conductor 121A is composed of a pair of arc-shaped conductive plates 121Aa and 121Ab, a pair of conductive side plates 121Ac and 121Ad, and a conductive connecting plate 121Ae.
  • the pair of arc-shaped conductive plates 121Aa and 121Ab are positioned on both sides of the opening 122A in the orthogonal direction, extend in the circumferential direction about the center of the stable closed orbit 105, and extend in the orthogonal direction. Further, the pair of conductive side plates 121AC and 121Ad are located on the outside in the orthogonal direction of the pair of split inner conductors 117A and 119A, and extend in the circumferential direction and the radial direction. Arc-shaped conductive plates 121Aa and 121Ab are provided at radially outer end portions of the pair of conductive side plates 121AC and 121Ad.
  • the conductive connecting plates 121 Ae connect the radially inner end portions of the pair of conductive side plates 121 Ac and 121 Ad.
  • a pair of divided inner conductors and an outer conductor are connected by a pair of conductive short plates 121Af and 121Ag at a position that does not hinder the passage of charged particles.
  • the end faces of the pair of conductive plates 121Aa and 121Ab of the first divided magnetic field generation device 113A are inclined surfaces 121Ah and 121A.
  • a high frequency coil is formed by the pair of split inner conductors 117A and 119A, the outer conductor 121A, and the conductive short plates 121Af and 121Ag.
  • the second divided magnetic field generator 113 B is also positioned in the moving direction of the charged particles traveling in the direction of the central orbit 107, that is, in the orthogonal direction 115 orthogonal to the circumferential and radial directions 111 of the stable orbit closed orbit 105.
  • And 121B The pair of divided inner conductors 117B and 119B constitute the inner conductor of the second divided magnetic field generator 113B.
  • the outer conductor 121B has an opening on both sides in the circumferential direction of the stable closed orbit 105, and the corrected sheet ( «091) A radially inward opening 122B is provided to surround the pair of split inner conductors 117B and 119B.
  • the pair of inner divided conductors 117B and 11 9B and the outer conductor 121B have a positional relationship such that the space 118B formed between the pair of inner divided conductors 117B and 119B and the opening 122B are aligned in the radial direction. It is fixed.
  • the pair of split inner conductors 117 B and 119 B of the second split magnetic field generator 113 B extend along the central track 107 and in the radial direction 111, centering on the center of the stable closed orbit 105.
  • a pair of arc-shaped conductive plates positioned inside the central orbit 107 is configured.
  • the outer conductor 121B is composed of a pair of arc-shaped conductive plates 121Ba and 121Bb, a pair of conductive side plates 121Bc and 121Bd, and a conductive connecting plate 121Be.
  • the pair of arc-shaped conductive plates 121Ba and 121Bb are disposed on both sides of the opening 122B in the direction orthogonal to the opening 122B, and extend circumferentially around the center of the stable closed orbit 105 and extend in the orthogonal direction respectively.
  • the pair of conductive side plates 121Bc and 121Bd extend in the circumferential direction and in the radial direction on the outside in the orthogonal direction of the pair of inner conductors 117B and 119B.
  • Arc-shaped conductive plates 121 ⁇ / b> Ba and 121 ⁇ / b> Bb are provided at radially inner end portions of the pair of conductive side plates 121 ⁇ / b> Bc and 121 ⁇ / b> Bd. Furthermore, the conductive connecting plates 121Be connect the radially outer end portions of the pair of conductive side plates 121Bc and 121Bd. A pair of divided inner conductors and an outer conductor are connected by a pair of conductive short plates 121Bf and 121Bg at a position not to prevent the passage of charged particles.
  • the end faces of the pair of conductive plates 12 lBa and 121 Bb of the second divided magnetic field generation device 113 B are inclined surfaces 121 Bh and 121 Bi.
  • a high frequency coil is formed by the pair of split inner conductors 117B and 119B, the outer conductor 121B, and the conductive short plates 121Bf and 121Bg.
  • the end faces of the pair of conductive plates 121Ba and 121Bb are respectively inclined such that the distance between the two end faces is increased as the openings 122A and 122B are separated. Therefore, these end faces are composed of the inclined surfaces 121Ah and 121Ai and the inclined surfaces 121Bh and 121Bi.
  • the shape of the magnetic field distribution formed across the space between the pair of conductive plates 121Aa and 121Ab and the space between the pair of conductive plates 121Ba and 121Bb is, as shown in FIG. 4, the magnetic field intensity at the center of the space 109a. Becomes zero, and the polarities of the magnetic field strength on both sides in the radial direction of the center become opposite.
  • a main magnetic field is applied to the first and second divided magnetic field generators 113 A and 113 B from the orthogonal direction 115 orthogonal to the radial direction 111 of the central orbit 107.
  • this main magnetic field when the first and second divided magnetic field generators 113A and 113B are not generating a perturbing magnetic field, charged particles in the stable closed orbit 105 move to the central orbit 107 of the stable closed orbit 105.
  • the magnetic field strength distribution is defined to gather.
  • the distribution shape of the stray magnetic fields is changed to thereby distribute the distribution of the perturbation magnetic field.
  • the shape can be easily made into any shape.
  • the end of the conductor of the outer conductor that constitutes a part of the high frequency coil is inclined to determine the shape of the magnetic field distribution, the distribution of leakage of the leakage magnetic field is changed by changing this inclination.
  • the shape can be changed, and the distribution shape of the perturbing magnetic field can be easily formed accurately.
  • first and second divided magnetic field generators 113A and 113B are spaced apart in the radial direction, the first and second divided magnetic field generators 113A, 113B are electron punches having a shape elongated in the orthogonal direction. At 113 B, it is possible to prevent the annihilation of charged particles.
  • this perturbation device 101 has the same configuration as that of FIG. 1 to FIG. 4 described above, and is inclined at the end of each pair of conductive plates 121Aa, 121Ab, 121Ba, 12lBb.
  • a structure without the Ah, 121Ai, 121Bh, and 121Bi may be used.
  • the first and second divided magnetic field generation devices 113A and 113B are in the same state as electrically connected in parallel, and in each of the divided magnetic field generation devices, Necessary for forming a perturbing magnetic field by passing high frequency current from the conductor to the outer conductor respectively
  • the first divided magnetic field is generated without connecting the inner conductors 117A and 119A of the first divided magnetic field generator 113A and the outer conductor 121A with a conductive short plate.
  • a pair of split inner conductors 117A, 11 9A constituting the inner conductor of the device 113A and a pair of split inner conductors 117B, 119B of the second split magnetic field generation device 113B are electrically connected in series to form a first split magnetic field
  • the outer conductor 121A of the generator 113A and the outer conductor 121B of the second divided magnetic field generator 113B may be electrically connected in series.
  • the first divided magnetic field generator 113A and the second divided magnetic field generator 113B are electrically connected in series. Even in this way, the necessary stray magnetic field can be generated.
  • FIG. 6 the same members as those shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show the configuration of the second embodiment of the perturbation device for a charged particle circulation device according to the present invention.
  • FIG. 7 is an end view from one side of the perturbation device for a charged particle circulation device of this example
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the perturbation device for a charged particle circulation device of this embodiment taken along line X-X of FIG.
  • V the reference numerals obtained by adding 200 to the reference numerals used in these figures are indicated as “V”.
  • a perturbation is generated in the trajectory of the charged particle by partially overlapping the perturbation magnetic field with the main magnetic field (not shown) for orbiting the charged particle, and the charged particle entered Is taken into the stable orbit closed orbit 205.
  • the magnetic field generator 201 also serving as a high-frequency coil force includes a pair of inner conductors 217a, 217b and a pair of the inner conductors 217a, 217b facing each other via a predetermined space 218 through which a part of the stable loop closed orbit 205 passes. And an outer conductor 213 disposed on the outside.
  • the pair of inner conductors 217a and 217b and the outer conductor 213 are electrically connected in series.
  • the magnetic field generated between the pair of inner conductors 217a, 217b and the outer conductor 213 is leaked into the space 218 between the pair of inner conductors 217a, 217b to form a leakage magnetic field, and a perturbation magnetic field is formed in the space 218. doing.
  • the pair of inner conductors 217a, 217b and the outer conductor 213 surround the pair of inner conductors 217a, 217b between the pair of inner conductors 217a, 217b and the outer conductor 213.
  • the structure is defined such that a magnetic field is generated, and a leakage magnetic field leaking from the magnetic field enters the space 218 between the pair of inner conductors 217a and 217b.
  • the end portions 217Aa, 217Ab, 217Ba, 217Bb located on both sides in the radial direction of the stable circular closed track 205 of the pair of inner conductors 217a, 217b are inclined so that the distance dimension becomes larger as the outer conductor 213 approaches. There is.
  • the end portions 217Aa, 217Ab, 217Ba, and 217Bb of the pair of inner conductors 217a and 217b are inclined to easily form the distribution shape of the perturbation magnetic field formed between the pair of inner conductors 217a and 217b. can do.
  • outer conductor 213 can pass charged particles, along with space 218, on both sides in the radial direction of space 218 formed between the pair of inner conductors 217a and 217b.
  • the structure is defined to form another pair of spaces 220A and 220B.
  • the outer conductor 213 of the present embodiment includes first and second outer conductor constituent parts 213A and 213B disposed on the outer side of the pair of inner conductors 217a and 217b, respectively. There is.
  • the first and second outer conductor components 213A and 213B are electrically connected to each other at portions not shown.
  • the first and second outer conductor components 213A, 213B have a pair of conductive plates 221Aa, positioned on both sides in the radial direction, having an inner surface radially opposed to the corresponding pair of inner conductors 217a, 217b.
  • a pair of 221Ab and a pair of conductive plates 221Ba and 221Bb are provided.
  • the respective conductive plates 221Aa, 221Ab and 221Ba, 221Bb present on both sides in the radial direction of the pair of outer conductor constituting portions 213A, 213B are opposed to each other via a gap forming the passable range 209 on each side, and
  • the conductors 217a and 217b and the pair of outer conductor components 213A and 213B are electrically connected in series on either side.
  • the leaked magnetic field of the magnetic field generated by one magnetic field generation device 201 can be used to generate a perturbation magnetic field.
  • the perturbation magnetic field is generated in the space 218 between the pair of inner conductors 217a and 217b, if the electron punch becomes large, As the charged particles come into contact with the pair of inner conductors 217a and 217b, the electron punch should be made large and suitable for use in some cases.
  • the magnetic field generating device is configured by the first and second divided magnetic field generating devices with high frequency coil force.
  • the structure of the magnetic field generator is basically the same as the structure of each of the first and second divided magnetic field generators.
  • this one magnetic field generator may be disposed adjacent to the space through which a part of the stable orbit passes.
  • the perturbation device for a charged particle circulation device forms a perturbation magnetic field using the leakage magnetic field of the magnetic field generated by the magnetic field generator, it is desirable to change the distribution shape of the leakage magnetic field.
  • the distribution shape of the perturbation magnetic field can be easily formed.

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Abstract

　摂動磁場の分布形状を容易に形成できる荷電粒子周回装置用摂動装置を得る。 【解決手段】　荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場を部分的に重ねることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子を安定周回閉軌道に取り込む。高周波コイルを備えた磁場発生装置１１３Ａ，１１３Ｂにより発生した磁場の漏れ磁場を利用して摂動磁場を形成する。

Description

荷電粒子周回装置用摂動装置
技術分野
[0001] 本発明は、荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場を部分的に重ね ることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子を安定周回閉 軌道に取り込む荷電粒子周回装置用摂動装置に関するものである。
背景技術
[0002] 荷電粒子周回装置としては、シンクロトロン等が知られている。シンクロトロンには、 例えば直径 60cm程度に小型化されたものもある。このような小型のシンクロトロン等 の荷電粒子周回装置では、荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場 を部分的に重ねることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子 を安定周回閉軌道に取り込む荷電粒子周回装置用摂動装置が用いられている。こ の摂動装置は、パータベータとも呼ばれている。
[0003] シンクロトロン等の荷電粒子周回装置は、安定周回閉軌道にパータベータ等の摂 動装置を用いて摂動を発生させて、荷電粒子周回装置に入射した荷電粒子を安定 周回閉軌道に取り込んだ後、安定周回閉軌道に配置した高周波加速空洞を用いて 安定周回閉軌道を周回する荷電粒子を加速して ヽる。
[0004] 例えば、「放射光」 Vol.l5,No.3、 pp.15-27に山田廣成が「卓上型シンクロトロン"みら くる- 20"による新 、X線の発生」と題して発表した論文 (非特許文献 1)や、「住友重 機械技報」 Vol.1.39,No.116、 August 1991 pp.11-18に高山猛等が「小型シンクロトロ ン放射光源"オーロラ"単体超電導リングの入射系」と題して発表した論文 (非特許文 献 2)には、シンクロトロンで、荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場 を部分的に重ねることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子 を安定周回閉軌道に取り込む摂動装置が記載されている。
[0005] このシンクロトロンと摂動装置の関係を図 9及び図 10を用いて説明する。ここで、図 9は摂動装置と高周波加速空洞とがシンクロトロンの安定周回閉軌道に対して配置さ れて 、る状態を模擬的に示す図であり、図 10は安定周回閉軌道上を入射済みの荷 電粒子が周回して 、る状態を模擬的に示す図である。
[0006] 図 9は、パータベータ力 なる摂動装置 1と高周波加速空洞 3とがシンクロトロンの安 定周回閉軌道 5に対して配置されて ヽる状態を模擬的に示しており、入射中にパー タベータによる摂動を受けた荷電粒子の軌道も同時に描いている。図 10は、安定周 回閉軌道 5上を入射済みの荷電粒子、即ち蓄積中の電子ビームが電子パンチ (電子 の集団）となって周回している状態を模擬的に示している。これらの図において、符 号 7は安定周回閉軌道 5の中心に存在する中心軌道である。なお、図 9及び図 10に は、周回電子の軌道を形成し電子ビームの発散を防止する主磁石は図示を省略し てある。
[0007] このシンクロトロンでは、蓄積中の電子ビームに影響を及ぼさずに入射軌道を生成 する共鳴入射法を使用して 、る。共鳴入射法を使用して電子ビームを入射した場合 、入射時には、電子が共鳴をしている状態になっており、電子のベータトロン振動の 振幅が大きくなつている。電子のベータトロン振動の振幅が大きい状態で、高周波加 速空洞 3に高い高周波加速電圧が印加されると、電子は散乱して安定周回閉軌道 5 力 電子が飛び出すことになる。
[0008] そこで、摂動装置 1により安定周回閉軌道 5に摂動を発生させて電子 (荷電粒子)を 安定周回閉軌道 5に取り込んだ後、電子 (荷電粒子)のベータトロン振動が小さくなつ て電子 (荷電粒子）が安定周回閉軌道 5上を周回するようになるまでは、高周波加速 空洞 3による電子 (荷電粒子）の加速は積極的には行わな!/、ようにして!/、る。
[0009] ところで、電子パンチ（電子の集団）の固まりの大きさは、電子エネルギーが高いと 小さいが、電子エネルギーが低いと大きくなる。近年のシンクロトロンでは、電子エネ ルギ一が低 、状態で使用されるようになってきて 、る。
非特許文献 1 :「放射光」 Vol.l5,No.3、 pp.15-27に山田廣成が「卓上型シンクロトロン" みらくる- 20"による新 、X線の発生」と題して発表した論文
非特許文献 2 :「住友重機械技報」 Vol.1.39,No.116、 August 1991 pp.11-18に高山猛 等が「小型シンクロトロン放射光源"オーロラ"単体超電導リングの入射系」と題して発 した贿
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0010] し力 ながら、電子エネルギーが低レ、状態で使用され、電子パンチの固まりの大き さが大きくなると、従来の摂動装置では摂動範囲が狭レ、ので荷電粒子を全体的に安 定周回閉軌道に取り込むことができな 、問題点力 sあった。
[0011] また、電子パンチの固まりの大きさが大きくなると、従来の摂動装置では安定周回 閉軌道上の電子パンチが摂動装置 1を構成する導体部分に当たり、当たった荷電粒 子が消滅してしまう問題点があった。
[0012] 本発明の目的は、摂動磁場の所望の分布形状を容易に形成できる荷電粒子周回 装置用摂動装置を得ることにある。
[0013] 本発明の他の目的は、摂動磁場の所望の分布形状を正確に形成できる荷電粒子 周回装置用摂動装置を得ることにある。
[0014] 本発明の他の目的は、電子パンチの大きさが大きくなつても、荷電粒子を容易に安 定周回閉軌道に取り込むことができる荷電粒子周回装置用摂動装置を得ることにあ る。
[0015] 本発明の他の目的は、電子パンチの大きさが大きくなつても、この電子パンチが摂 動装置に当たるのを防止できる荷電粒子周回装置用摂動装置を得ることにある。
課題を解決するための手段
[0016] 本発明は、荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場を部分的に重ね ' ることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子を安定周回閉 軌道に取り込む荷電粒子周回装置用摂動装置を改良の対象とする。ここで、摂動装 置は、摂動磁場により安定周回閉軌道に歪み (摂動)を発生させて荷電粒子を安定 周回閉軌道に取り込み易くする構造を有するものである。なお安定周回閉軌道は、 円形であってもまた非円形であってもよい。本願明細書では、安定周回閉軌道を荷 電粒子が移動する方向を周方向と言い、安定周回閉軌道からその中心に向かう方 向及びその中心から安定周回閉軌道に向力 方向を半径方向と言い、周方向と半 · 径方向とに直交する方向を直交方向と言う。
[0017] 本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置では、高周波コイルからなる磁場発生 装置により発生した磁場の漏れ磁場を利用して摂動磁場を形成する。磁場発生装置 訂正された用紙 (編 により発生した磁場の漏れ磁場を利用して摂動磁場を形成すると、漏れ磁場の漏れ の分布形状を変えることにより摂動磁場の所望の分布形状を容易に形成することが できる。
[0018] 磁場を発生させるための高周波コイルは、漏れ磁場を作るために、摂動磁場を形 成する空間に向力つて開口する開口部を有している。そして開口部を間にして対向 する高周波コイルの導体端部には、漏れ磁場により空間内に形成される磁場分布の 形状を決定する傾斜が付されている。このように高周波コイルの導体端部に、磁場分 布の形状を決定する傾斜を設け、この傾斜の形状または角度を変えることにより漏れ 磁場の分布形状を変えると、摂動磁場の所望の分布形状を容易に且つ正確に形成 することができる。
[0019] 漏れ磁場を発生する高周波コイルの構造は任意である。例えば、ある高周波コイル は、安定周回閉軌道の一部が通る所定の空間を介して対向する一対の内導体と該 一対の内導体の外側に配置される外導体とを備えている。一対の内導体と外導体と は電気的に直列接続されている。そして一対の内導体と外導体との間に発生した磁 場を、一対の内導体間の空間内に漏洩させて漏れ磁場とし、この空間内に摂動磁場 を形成する。このような構造によれば、一つの高周波コイルを備えた磁場発生装置に より発生した磁場からの漏れ磁場を利用して、一対の内導体間に摂動磁場を形成す ることができる。この漏れ磁場の分布形状を変えることにより、摂動磁場の分布形状を 任意に定めることができる。
[0020] より具体的には、一対の内導体と外導体とは、一対の内導体と外導体との間に一対 の内導体の周囲を囲むように磁場を形成し、一対の内導体の間の空間内に磁場から 漏れ出す漏れ磁場が入り込むようにそれぞれ構造が定められている。そして一対の 内導体の安定周回閉軌道の半径方向両側に位置する端部には、前述の傾斜が付さ れている。この構造では、一対の内導体の端部を傾斜させることにより、一対の内導 体間に形成される摂動磁場の分布形状を簡単に望ましい形状とすることができる。
[0021] なおこの場合、外導体は、一対の内導体間に形成された空間の半径方向の両側に 、この空間と並んで、荷電粒子が通過し得る一対の別の空間を形成するようにその構 造を定めることができる。このような別の空間を形成すると、荷電粒子の軌道が半径 方向に大きく変化した場合でも、荷電粒子が外導体に当たって損失するのを防止で きる。
[0022] 磁場発生装置は、それぞれ高周波コイルからなる第 1及び第 2の分割磁場発生装 置から構成することもできる。この場合、第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、安定 周回閉軌道の一部が通る空間を間に形成するように半径方向に間隔をあけて配置さ れる。そして第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、前記空間内に漏れ磁場を入り込 ませて前記空間内に摂動磁場を形成するように構成されて ヽる。このように磁場発生 装置を半径方向に離した第 1及び第 2の分割磁場発生装置カゝら構成すると、電子パ ンチの大きさが大きくなつても、大きくなつた電子パンチが磁場発生装置に当たるの を有効に防止することができる。
[0023] なお第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、それぞれ、間隔をあけて配置されて電 気的に直列接続された内導体と外導体とを備えている。そして内導体と外導体とは、 内導体と外導体との間に磁場を形成し、且つ外導体に形成されて半径方向に開口 する開口部力 漏れ磁場を出すように構造が定められている。このような構造にする と、開口部の大きさ及び形状と、第 1及び第 2の分割磁場発生装置間の距離とを適宜 に定めることにより摂動磁場の磁場分布の形状を適宜に定めることができる。そこで 第 1及び第 2の分割磁場発生装置で用レヽられる外導体の開口部の両側に位置する 一対の導体端部にも、前述の傾斜を付すのが好ましレ、。
[0024] なお内導体は安定周回閉軌道の周方向及び半径方向と直交する直交方向に並ぶ 一対の分割内導体から構成することができる。この場合、外導体は、安定周回閉軌 道の周方向の両側にそれぞれ開口を有し、且つ半径方向に開口する開口部を備え て、一対の分割内導体の周囲を囲むように構成する。そして一対の分割内導体と外 導体とは、一対の分割内導体の間に形成される間隔と開口部とが半径方向に整列 するように位置関係を定めるのが好ましい。このような構造にすると、半径方向に荷電 粒子の軌道が大きく変動しても、荷電粒子が内導体及び外導体に当たる可能性が 少なくなる。
[0025] また第 1の分割磁場発生装置を第 2の分割磁場発生装置よりも半径方向内側に配 置する場合には、第 1の分割磁場発生装置と第 2の分割磁場発生装置とを次のよう
訂正された用紙 (^1/91) 構成することができる。すなわち第 1の分割磁場発生装置の一対の分割内導体は、 安定周回閉軌道の中心を中心として、周方向に沿い且つ半径方向に伸びて、安定 周回閉軌道の内側に位置する一対の円弧状の導電板から構成できる。また第 1の分 割磁場発生装置の外導体は、一対の円弧状の導電板と、一対の導電性側板と、導 電性連結板とから構成される。ここで一対の円弧状の導電板は、開口部の直交方向 両側に位置して、安定周回閉軌道の中心を中心として周方向に延び且つ直交方向 にそれぞれ延びる。また一対の導電性側板は、一対の分割内導体の直交方向の外 側に位置し、半径方向外側の端部に前記円弧状の導電板が設けられ、周方向及び 半径方向に延びる。さらに導電性連結板は、一対の導電性側板の半径方向内側の 端部を連結する。なお荷電粒子の通過の障害とならない位置で、一対の分割内導体 と外導体とが導電性短絡板により連結されて ヽる。
[0026] また第 2の分割磁場発生装置の一対の分割内導体も、安定周回閉軌道の中心を 中心として、周方向に沿い且つ半径方向に伸びて、安定周回閉軌道の外側に位置 する一対の円弧状の導電板から構成することができる。この場合、第 2の分割磁場発 生装置の外導体も一対の円弧状の導電板と、一対の導電性側板と、導電性連結板 とから構成される。一対の円弧状の導電板は、開口部の直交方向両側に位置して、 安定周回閉軌道の中心を中心として周方向に延び且つ直交方向にそれぞれ延びる 。また一対の導電性側板は、一対の分割内導体の直交方向の外側に位置し、半径 方向外側の端部に円弧状の導電板が設けられ、周方向及び半径方向に延びる。導 電性連結板は、一対の導電性側板の半径方向外側の端部を連結する。そして荷電 粒子の通過の障害とならない位置で、一対の分割内導体と外導体とが導電性短絡 板により連結されている。
[0027] 第 1及び第 2の分割磁場発生装置をこのように構成すると、第 1及び第 2の分割磁 場発生装置とが電気的に並列に接続されたのと同じ状態になり、それぞれの分割磁 場発生装置の内導体力 外導体にそれぞれ高周波電流を流すことにより、簡単な構 造で、摂動磁場の形成に必要な所望の漏れ磁場を簡単な構造で形成することがで きる。
[0028] また第 1の分割磁場発生装置の内導体と外導体とを導電性短絡板で接続せずに、 第 1の分割磁場発生装置の内導体を構成する一対の分割内導体と第 2の分割磁場 発生装置の一対の分割内導体とを電気的に直列に接続し、第 1の分割磁場発生装 置の外導体と第 2の分割磁場発生装置の外導体とを電気的に直列に接続してもよい 。この場合には、第 1の分割磁場発生装置と第 2の分割磁場発生装置とが電気的に 直列に接続された状態になっている。このようにしても必要な漏れ磁場を発生するこ とがでさる。
[0029] なお第 1及び第 2の分割磁場発生装置の一方だけを、独立した高周波コイル力 な る磁場発生装置として用いてもょ 、。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置の実施の形態の第一例を内部が 透視できるように一方側から見た斜視図である。
[図 2]第一例の荷電粒子周回装置用摂動装置の周方向の一端を示す端面図である
[図 3]第一例の荷電粒子周回装置用摂動装置の周方向の他端を示す端面図である
[図 4]一対の分割磁場発生装置により発生する摂動磁場の磁場強度分布の一例を 示す図である。
[図 5]第一例の荷電粒子周回装置用摂動装置の変形例の周方向の一端を示す端面 図である。
[図 6]第 1及び第 2の分割磁場発生装置の電気的な接続の異なる例を説明するため に用いる図である。
[図 7]本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置の実施の形態の第二例を周方向 の一方側から見た端面図である。
[図 8]第二例の荷電粒子周回装置用摂動装置の図 7の X— X線断面図である。
[図 9]従来例で摂動装置と高周波加速空洞とがシンクロトロンの安定周回閉軌道に対 して配置されている状態を模擬的に示す図である。
[図 10]従来例で安定周回閉軌道上を入射済みの荷電粒子が周回して 、る状態を模 擬的に示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0031] 以下、本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置を実施するための最良の形態 を、図面を参照して詳細に説明する。
[0032] 本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置は、荷電粒子を周回させるための主 磁場に対して摂動磁場を部分的に重ねることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生 させ、入射した荷電粒子を安定周回閉軌道に取り込むためのものである。
[0033] 図 1乃至図 4は本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置の第一例を示したもの である。図 1は本例の荷電粒子周回装置用摂動装置を一方側から見た斜視図、図 2 は本例の荷電粒子周回装置用摂動装置を周方向の一端を示す端面図、図 3は本例 の荷電粒子周回装置用摂動装置の周方向の他端を示す端面図、図 4は第 1及び第 2の分割磁場発生装置により発生する摂動磁場の磁場強度分布の一例を示す図で ある。なお、前述した図 9及び図 10と対応する部分には、これらの図で使用した符号 の数に 100の数をカ卩えた数の符号を用いて示して 、る。
[0034] 本例の荷電粒子周回装置用摂動装置 101は、摂動磁場が形成される空間 109a ( 図 2)を間に形成するように、安定周回閉軌道 105の半径方向 111に間隔をあけて配 置されたそれぞれ高周波コイル力もなる第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A, 1 13Bを備えている。これら第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A, 113Bは、アルミ -ゥム等の非磁性金属で形成されており、 4〜5MHzの半パルスの高周波電流が通 電されて、磁場を発生する。
[0035] 第 1の分割磁場発生装置 113Aは、第 2の分割磁場発生装置 113Bよりも安定周回 閉軌道 105または中心軌道 107の半径方向の内側に位置している。
[0036] 第 1の分割磁場発生装置 113Aは、中心軌道 107の方向に進む荷電粒子の移動 方向即ち安定周回閉軌道 105の周方向及び半径方向 111と直角に交差する直交 方向 115に位置して通過可能範囲 109bを間に挟む一対の分割内導体 117A, 119 Aと、通過可能範囲 109bと交わることがないように配置されて分割内導体 117A, 11 9Aと電気的に接続された外導体 121 Aとを備えている。なお一対の分割内導体 117 A, 119Aにより第 1の分割磁場発生装置 113Aの内導体が構成されている。そして 外導体 121Aは、安定周回閉軌道 105の周方向の両側にそれぞれ開口を有し、且 つ半径方向に開口する開口部 122Aを備えて、一対の分割内導体 117A， 119Aの 周囲を囲むように構成されている。そして一対の分割内導体 117A, 119Aと外導体 121Aとは、一対の分割内導体 117A， 119Aの間に形成される間隔 118Aと開口部 122Aとが半径方向に整列するように位置関係が定められてレ、る。
[0037] 本例では、第 1の分割磁場発生装置 113Aの一対の分割内導体 117A, 119Aは 、安定周回閉軌道 105または中心軌道 107の中心を中心として、中心軌道 107に沿 V、且つ半径方向 111に伸びて、中心軌道 107の内側に位置する一対の円弧状をし た導電板力も構成されている。また外導体 121Aは、一対の円弧状の導電板 121Aa 及び 121Abと、一対の導電性側板 121Ac及び 121Adと、導電性連結板 121Aeと 力 構成される。ここで一対の円弧状の導電板 121Aa及び 121Abは、開口部 122 Aの直交方向両側に位置して、安定周回閉軌道 105の中心を中心として周方向に 延び且つ直交方向にそれぞれ延びる。また一対の導電性側板 121AC及び 121Ad は、一対の分割内導体 117A, 119Aの直交方向の外側に位置し、周方向及ぴ半径 方向に延びる。一対の導電性側板 121AC及び 121Adの半径方向外側の端部には 、円弧状の導電板 121Aa及ぴ 121Abが設けられている。さらに導電性連結板 121 Aeは、一対の導電性側板 121Ac及ぴ 121Adの半径方向内側の端部を連結する。 荷電粒子の通過の障害とならない位置で、一対の分割内導体と外導体とが一対の 導電性短絡板 121Af及ぴ 121Agにより連結されて 、る。第 1の分割磁場発生装置 1 13Aの一対の導電板 121Aa， 121Abの端面は、傾斜面 121Ah， 121ΑΪとなってい る。なおこの例では、一対の分割内導体 117A， 119Aと、外導体 121Aと、導電性 短絡板 121Af， 121 Agとで高周波コイルを構成している。
[0038] 第 2の分割磁場発生装置 113Bも、中心軌道 107の方向に進む荷電粒子の移動方 向即ち安定周回閉軌道 105の周方向及び半径方向 111と直角に交差する直交方 向 115に位置して通過可能範囲 109bを間に挟む一対の分割内導体 117B, 119B と、通過可能範囲 109bと交わることがないように配置されて分割内導体 117B, 119 Bと電気的に接続された外導体 121Bとを備えている。なお一対の分割内導体 117B ， 119Bにより第 2の分割磁場発生装置 113Bの内導体が構成されている。そして外 導体 121Bは、安定周回閉軌道 105の周方向の両側にそれぞれ開口を有し、且つ 訂正された用紙 («091) 半径方向に内側に向力 て開口する開口部 122Bを備えて、一対の分割内導体 11 7B, 119Bの周囲を囲むように構成されている。そして一対の分割内導体 117B, 11 9Bと外導体 121Bとは、一対の分割内導体 117B, 119Bの間に形成される間隔 11 8Bと開口部 122Bとが半径方向に整列するように位置関係が定められている。
[0039] 本例では、第 2の分割磁場発生装置 113Bの一対の分割内導体 117B, 119Bは、 安定周回閉軌道 105の中心を中心として、中心軌道 107に沿い且つ半径方向 111 に伸びて、中心軌道 107の内側に位置する一対の円弧状をした導電板カゝら構成さ れている。また外導体 121Bは、一対の円弧状の導電板 121Ba及び 121Bbと、一対 の導電性側板 121Bc及ぴ 121Bdと、導電性連結板 121Beとから構成される。ここで 一対の円弧状の導電板 121Ba及び 121Bbは、開口部 122Bの直交方向両側に位 置して、安定周回閉軌道 105の中心を中心として周方向に延び且つ直交方向にそ れぞれ延びる。また一対の導電性側板 121Bc及ぴ 121Bdは、一対の分割内導体 1 17B, 119Bの直交方向の外側にして、位置周方向及び半径方向に延びる。一対の 導電性側板 121Bc及び 121Bdの半径方向内側の端部には、円弧状の導電板 121 Ba及び 121Bbが設けられている。さらに導電性連結板 121Beは、一対の導電性側 板 121Bc及ぴ 121Bdの半径方向外側の端部を連結する。荷電粒子の通過の障害 とならなレヽ位置で、一対の分割内導体と外導体とが一対の導電性短絡板 121Bf及 ぴ 121Bgにより連結されている。第 2の分割磁場発生装置 113Bの一対の導電板 12 lBa， 121Bbの端面は、傾斜面 121Bh， 121Biとなっている。なおこの例では、一対 の分割内導体 117B, 119Bと、外導体 121Bと、導電性短絡板 121Bf， 121Bgとで 高周波コイルを構成してレ、る。
[0040] 第 1の分割磁場発生装置 113Aの開口部 122Aを間にして対向する一対の導電板 121Aa, 121Abの端面と、第 2の分割磁場発生装置 113Bの開口部 122Bを間にし て対向する一対の導電板 121Ba， 121Bbの端面とは、開口部 122A, 122B力 離 れるに従って 2つの端面間の距離が広がるように、それぞれ傾斜している。したがつ てこれらの端面は、傾斜面 121Ah， 121Aiと傾斜面 121Bh, 121Biとで構成される ことになる。
[0041] 第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A, 113Bの間に形成される空間 109aと、一 正された用紙 対の導電板 121Aa, 121Ab間の空間と、一対の導電板 121Ba, 121Bb間の空間と に跨って形成される磁場分布の形状は、図 4に示すように、空間 109aの中央におい て磁場強度が零になり、該中心の半径方向両側の磁場強度の極性が反対になる。
[0042] このような第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A， 113Bには、図示しないが中心 軌道 107の半径方向 111と直交する直交方向 115から主磁場が与えられる。この主 磁場は、第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A， 113Bが摂動磁場を発生してい ないときに、安定周回閉軌道 105に入った荷電粒子が安定周回閉軌道 105の中心 軌道 107に集まるように磁場強度分布が定められている。
[0043] このように第 1及び第の分割磁場発生装置 113A, 113Bにより発生した磁場の漏 れ磁場を利用して摂動磁場を形成すると、漏れ磁場の分布形状を変えることにより摂 動磁場の分布形状を任意の形状に容易にすることができる。
[0044] また、高周波コイルの一部を構成する外導体の導体端部に、磁場分布の形状を決 定する傾斜が付されて 、るので、この傾斜を変えることにより漏れ磁場の漏れの分布 形状が変わり、摂動磁場の分布形状を容易に正確に形成することができる。
[0045] なお本実施の形態によれば、一対の分割内導体 117A， 119A間の間隔 118Aと、 —対の分割内導体 117B， 119B間の間隔 118Bと、一対の導電板 121Aa， 121Ab 間の間隔（122A)と、一対の導電板 121Ba, 121Bb間の間隔（122B)とが一方向 に整列しているので、荷電粒子の軌道が半径方向に大きく変化する場合でも、容易 に安定周回閉軌道に荷電粒子を取り込むことができる。また第 1及び第 2の分割磁場 発生装置 113A， 113Bが半径方向に間隔をあけて配置されているので、直交方向 に長い形状となる電子パンチが第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A， 113Bに 当たって、荷電粒子が消滅するのを防止できる。
[0046] この摂動装置 101は、図 5に示すように、前述した図 1乃至図 4と同様な構成で、各 —対の導電板 121Aa， 121Ab、 121Ba, 12 lBbの端部に傾斜面 121 Ah, 121Ai 、 121Bh, 121Biを設けない構造としてもよい。
[0047] 上記の実施の形態では、第 1及び第 2の分割磁場発生装置 113A, 113Bとが電気 的に並列に接続されたのと同じ状態になっており、それぞれの分割磁場発生装置の 内導体から外導体にそれぞれ高周波電流を流すことにより、摂動磁場の形成に必要
ST正された用紙 な漏れ磁場を形成している。しカゝしながら図 6に示すように、第 1の分割磁場発生装 置 113Aの内導体 117A、 119Aと外導体 121 Aとを導電性短絡板で接続せずに、 第 1の分割磁場発生装置 113Aの内導体を構成する一対の分割内導体 117A、 11 9Aと第 2の分割磁場発生装置 113Bの一対の分割内導体 117B、 119Bとを電気的 に直列に接続し、第 1の分割磁場発生装置 113Aの外導体 121Aと第 2の分割磁場 発生装置 113Bの外導体 121Bとを電気的に直列接続してもよい。この場合には、第 1の分割磁場発生装置 113Aと第 2の分割磁場発生装置 113Bとが電気的に直列に 接続された状態になっている。このようにしても必要な漏れ磁場を発生することができ る。なお図 6には、図 1乃至図 5に示した同じ部材には、図 1乃至図 5に付した符号と 同じ符号を付してある。
[0048] 図 7及び図 8は本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置の第 2の実施の形態 の構成を示したものである。図 7は本例の荷電粒子周回装置用摂動装置の一方側か らの端面図、図 8は本例の荷電粒子周回装置用摂動装置の図 7の X— X線断面図で ある。なお、前述した図 1乃至図 3と対応する部分には、これらの図で使用した符号に 200を加えた符号を用 V、て示して 、る。この荷電粒子周回装置用摂動装置 201も、 荷電粒子を周回させるための図示しない主磁場に対して摂動磁場を部分的に重ね ることにより、荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した荷電粒子を安定周回閉 軌道 205に取り込むものである。
[0049] 高周波コイル力もなる磁場発生装置 201は、安定周回閉軌道 205の一部が通る所 定の空間 218を介して対向する一対の内導体 217a, 217bと該一対の内導体 217a , 217bの外側に配置される外導体 213とを備えている。一対の内導体 217a, 217b と外導体 213とは電気的に直列接続されている。そして一対の内導体 217a, 217b と外導体 213との間に発生した磁場を、一対の内導体 217a, 217b間の空間 218内 に漏洩させて漏れ磁場とし、この空間 218内に摂動磁場を形成している。このような 構造によれば、一つの磁場発生装置 201により発生した 1つの磁場からの漏れ磁場 を利用して、一対の内導体間 217a, 217bに摂動磁場を形成することができる。この 漏れ磁場の分布形状を変えることにより、摂動磁場の分布形状を任意に定めることが できる。 [0050] より具体的には、一対の内導体 217a, 217bと外導体 213とは、一対の内導体 217 a, 217bと外導体 213との間に一対の内導体 217a, 217bの周囲を囲むように磁場 を形成し、一対の内導体 217a, 217bの間の空間 218内に磁場から漏れ出す漏れ 磁場が入り込むようにそれぞれ構造が定められている。そして一対の内導体 217a, 217bの安定周回閉軌道 205の半径方向両側に位置する端部 217Aa, 217Ab, 21 7Ba, 217Bbは、外導体 213に近づくに従って間隔寸法が大きくなるようにそれぞれ 傾斜している。この構造では、一対の内導体 217a, 217bの端部 217Aa, 217Ab, 217Ba, 217Bbを傾斜させることにより、一対の内導体間 217a, 217bに形成される 摂動磁場の分布形状を簡単に望ましい形状とすることができる。
[0051] なお本実施の形態では、外導体 213は、一対の内導体 217a, 217b間に形成され た空間 218の半径方向の両側に、この空間 218と並んで、荷電粒子が通過し得る一 対の別の空間 220A及び 220Bを形成するようにその構造が定められている。このよ うな別の空間 220A及び 220Bを形成すると、荷電粒子の軌道が半径方向に大きく 変化した場合でも、荷電粒子が外導体に当たって損失するのを防止できる。
[0052] なお本実施の形態の外導体 213は、一対の内導体 217a, 217bにそれぞれ対向 してこれらの外側に配置された第 1及び第 2の外導体構成部 213A, 213Bとを備え ている。第 1及び第 2の外導体構成部 213A, 213Bとは図示していない部分で、電 気的に接続されている。第 1及び第 2の外導体構成部 213A, 213Bは、対応する一 対の内導体 217a, 217bと半径方向で対向する内面を有して、半径方向の両側に 位置する一対の導電板 221Aa, 221Ab及び一対の導電板 221Ba, 221Bbをそれ ぞれ有している。一対の外導体構成部 213A, 213Bの半径方向の両側に存在する 各導電板 221Aa, 221Ab及び 221Ba, 221Bbは、それぞれの側で通過可能範囲 209を形成する間隔を介して対向され、一対の内導体 217a, 217bと一対の外導体 構成部 213A, 213Bといずれか一方の側で、電気的に直列接続されている。
[0053] 本実施の形態の摂動装置では、 1つの磁場発生装置 201により発生した磁場の漏 れ磁場を利用して、摂動磁場を発生させることができる。但し、摂動磁場を一対の内 導体 217a, 217b間の空間 218に発生することになるため、電子パンチが大きくなる と、 一対の内導体 217a, 217bに荷電粒子が当たるようになるので、電子パンチをなる ベく大きくしな 、場合に使用するのに適して 、る。
[0054] なお上記実施の形態では、磁場発生装置を、それぞれ高周波コイル力 なる第 1 及び第 2の分割磁場発生装置カゝら構成している。しかしながら高周波コイルからなる 第 1及び第 2の分割磁場発生装置のいずれか一方のみを高周波コイルからなる磁場 発生装置として用いてもよいのは勿論である。その場合において、磁場発生装置の 構造は、第 1及び第 2の分割磁場発生装置のそれぞれの構造と基本的に、変わると ころはない。そしてこの 1つの磁場発生装置は、安定周回軌道の一部が通る空間に 隣接して配置すればよい。
産業上の利用可能性
[0055] 本発明に係る荷電粒子周回装置用摂動装置は、磁場発生装置により発生した磁 場の漏れ磁場を利用して摂動磁場を形成するので、漏れ磁場の分布形状を変えるこ とにより、所望の摂動磁場の分布形状を容易に形成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 荷電粒子を周回させるための主磁場に対して摂動磁場を部分的に重ねることにより 、前記荷電粒子の軌道に摂動を発生させ、入射した前記荷電粒子を前記安定周回 閉軌道に取り込む荷電粒子周回装置用摂動装置であって、
高周波コイルからなる磁場発生装置により発生した磁場の漏れ磁場を利用して前 記摂動磁場が形成されていることを特徴とする荷電粒子周回装置用摂動装置。
[2] 前記高周波コイルは、摂動磁場を形成する空間に向力つて前記漏れ磁場を生じさ せる開口部を有しており、前記開口部を形成する前記高周波コイルの導体端部には 、前記漏れ磁場により前記摂動磁場の磁場分布の形状を決定する傾斜が付されて Vヽることを特徴とする請求項 1に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[3] 前記高周波コイルは、前記安定周回閉軌道の一部が通る所定の空間を介して対 向する一対の内導体と該一対の内導体の外側に配置される外導体とを備えており、 前記一対の内導体と前記外導体とは電気的に直列接続され、
前記一対の内導体と前記外導体との間に発生した磁場を前記一対の内導体間の 前記空間内に漏洩させて前記漏れ磁場とし、前記空間内に前記摂動磁場が形成さ れて!ヽることを特徴とする請求項 1に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[4] 前記一対の内導体と前記外導体とは、前記一対の内導体と前記外導体との間に前 記一対の内導体の周囲を囲むように磁場を形成し、前記一対の内導体の間の前記 空間内に前記磁場から漏れ出す前記漏れ磁場が入り込むようにそれぞれ構造が定 められており、
前記一対の内導体の前記安定周回閉軌道の半径方向両側に位置する端部には、 前記傾斜が付されている請求項 3に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[5] 前記外導体は、前記一対の内導体間に形成された前記空間の前記半径方向の両 側に、前記空間と並んで、前記荷電粒子が通過し得る一対の別の空間を形成するよ うにその構造が定められている請求項 4に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[6] 前記磁場発生装置は、それぞれ高周波コイルからなる第 1及び第 2の分割磁場発 生装置からなり、
前記第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、前記安定周回閉軌道の一部が通る空 間を間に形成するように前記半径方向に間隔をあけて配置されており、 前記第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、前記空間内に漏れ磁場を入り込ませて 前記空間内に前記摂動磁場を形成するように構成されて ヽることを特徴とする請求 項 1に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[7] 前記第 1及び第 2の分割磁場発生装置は、それぞれ、
間隔をあけて配置されて電気的に直列接続された内導体と外導体とを備え、 前記内導体と前記外導体とは、前記内導体と前記外導体との間に磁場を形成し、 且つ前記外導体に形成されて前記半径方向に開口する開口部から前記漏れ磁場を 出すように構造が定められている請求項 6に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[8] 前記第 1及び第 2の分割磁場発生装置で用いられる前記外導体の前記開口部の 両側に位置する一対の導体端部の形状には、前記傾斜が付されていることを特徴と する請求項 7に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[9] 前記内導体は前記安定周回閉軌道の周方向及び前記半径方向と直交する直交 方向に並ぶ一対の分割内導体からなり、
前記外導体は、前記安定周回閉軌道の前記周方向の両側にそれぞれ開口を有し
、且つ前記半径方向に開口する前記開口部を備えて、前記一対の分割内導体の周 囲を囲むように構成されており、
前記一対の分割内導体と前記外導体とは、前記一対の分割内導体の間に形成さ れる間隔と前記開口部とが前記径方向に整列するように位置関係が定められて 、る 請求項 7に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[10] 前記第 1の分割磁場発生装置が前記第 2の分割磁場発生装置よりも前記径方向内 側に配置され、
前記第 1の分割磁場発生装置の前記一対の分割内導体は、前記安定周回閉軌道 の中心を中心として、前記周方向に沿い且つ前記半径方向に伸びて、前記安定周 回閉軌道の内側に位置する一対の円弧状の導電板からなり、
前記第 1の分割磁場発生装置の前記外導体は、前記開口部の前記直交方向両側 に位置して、前記安定周回閉軌道の中心を中心として前記周方向に延び且つ前記 直交方向にそれぞれ延びる一対の円弧状の導電板と、前記一対の分割内導体の前 記直交方向の外側に位置し、前記半径方向外側の端部に前記円弧状の導電板が 設けられ、前記周方向及び前記半径方向に延びる一対の導電性側板と、前記一対 の導電性側板の前記半径方向内側の端部を連結する導電性連結板とからなり、 前記荷電粒子の通過の障害とならない位置で前記一対の分割内導体と前記外導 体とが導電性短絡板により連結され、
前記第 2の分割磁場発生装置の前記一対の分割内導体は、前記安定周回閉軌道 の中心を中心として、前記周方向に沿い且つ前記半径方向に伸びて、前記安定周 回閉軌道の外側に位置する一対の円弧状の導電板カゝらなり、
前記第 2の分割磁場発生装置の前記外導体は、前記開口部の前記直交方向両側 に位置して、前記安定周回閉軌道の中心を中心として前記周方向に延び且つ前記 直交方向にそれぞれ延びる一対の円弧状の導電板と、前記一対の分割内導体の前 記直交方向の外側に位置し、前記半径方向外側の端部に前記円弧状の導電板が 設けられ、前記周方向及び前記半径方向に延びる一対の導電性側板と、前記一対 の導電性側板の前記半径方向外側の端部を連結する導電性連結板とからなり、 前記荷電粒子の通過の障害とならない位置で前記一対の分割内導体と前記外導 体とが導電性短絡板により連結されている請求項 9に記載の荷電粒子周回装置用摂 動装置。
前記第 1の分割磁場発生装置が前記第 2の分割磁場発生装置よりも前記径方向内 側に配置され、
前記第 1の分割磁場発生装置の前記一対の分割内導体は、前記安定周回閉軌道 の中心を中心として、前記周方向に沿い且つ前記半径方向に伸びて、前記安定周 回閉軌道の内側に位置する一対の円弧状の導電板からなり、
前記第 1の分割磁場発生装置の前記外導体は、前記開口部の前記直交方向両側 に位置して、前記安定周回閉軌道の中心を中心として前記周方向に延び且つ前記 直交方向にそれぞれ延びる一対の円弧状の導電板と、前記一対の分割内導体の前 記直交方向の外側に位置し、前記半径方向外側の端部に前記円弧状の導電板が 設けられ、前記周方向及び前記半径方向に延びる一対の導電性側板と、前記一対 の導電性側板の前記半径方向内側の端部を連結する導電性連結板とからなり、 前記第 2の分割磁場発生装置の前記一対の分割内導体は、前記安定周回閉軌道 の中心を中心として、前記周方向に沿い且つ前記半径方向に伸びて、前記安定周 回閉軌道の外側に位置する一対の円弧状の導電板カゝらなり、
前記第 2の分割磁場発生装置の前記外導体は、前記開口部の前記直交方向両側 に位置して、前記安定周回閉軌道の中心を中心として前記周方向に延び且つ前記 直交方向にそれぞれ延びる一対の円弧状の導電板と、前記一対の分割内導体の前 記直交方向の外側に位置し、前記半径方向外側の端部に前記円弧状の導電板が 設けられ、前記周方向及び前記半径方向に延びる一対の導電性側板と、前記一対 の導電性側板の前記半径方向外側の端部を連結する導電性連結板とからなり、 前記荷電粒子の通過の障害とならない位置で前記一対の分割内導体と前記外導 体とが導電性短絡板により連結され、
前記第 1の分割磁場発生装置の前記一対の分割内導体と前記第 2の分割磁場発 生装置の前記一対の分割内導体とが電気的に直列接続され、前記第 1の分割磁場 発生装置の前記外導体と前記第 2の分割磁場発生装置の前記外導体とが電気的に 直列接続されていることを特徴とする請求項 9に記載の荷電粒子周回装置用摂動装 置。
[12] 前記磁場発生装置は、高周波コイル力 なる磁場発生装置力 なり、
前記高周波コイルからなる磁場発生装置は、前記安定周回閉軌道の一部が通る空 間に隣接して配置されており、
前記高周波コイルからなる磁場発生装置は、前記空間内に漏れ磁場を入り込ませ て前記空間内に前記摂動磁場を形成するように構成されて ヽることを特徴とする請 求項 1に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[13] 前記高周波コイルからなる磁場発生装置は、間隔をあけて配置されて電気的に直 列接続された内導体と外導体とを備え、
前記内導体と前記外導体とは、前記内導体と前記外導体との間に磁場を形成し、 且つ前記外導体に形成されて前記半径方向に開口する開口部から前記漏れ磁場を 出すように構造が定められている請求項 12に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置 [14] 前記高周波コイルからなる分割磁場発生装置で用いられる前記外導体の前記開 口部の両側に位置する一対の導体端部の形状には、前記傾斜が付されて ヽることを 特徴とする請求項 13に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
[15] 前記内導体は前記安定周回閉軌道の周方向及び前記半径方向と直交する直交 方向に並ぶ一対の分割内導体からなり、
前記外導体は、前記安定周回閉軌道の前記周方向の両側にそれぞれ開口を有し
、且つ前記半径方向に開口する前記開口部を備えて、前記一対の分割内導体の周 囲を囲むように構成されており、
前記一対の分割内導体と前記外導体とは、前記一対の分割内導体の間に形成さ れる間隔と前記開口部とが前記径方向に整列するように位置関係が定められて 、る 請求項 12に記載の荷電粒子周回装置用摂動装置。
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