WO2012086612A1 - 荷電粒子軌道制御装置、荷電粒子加速器、荷電粒子蓄積リング及び偏向電磁石 - Google Patents
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Abstract
Description
周回型の荷電粒子加速器又は荷電粒子蓄積リングに用いられ、
荷電粒子が複数周回で元の軌道に復帰可能に構成されており、
前記荷電粒子を偏向させる複数の偏向電磁石を有し、
前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向電磁石における前記荷電粒子の軌道が2つの軌道の間で交互に切り替わるように、前記各偏向電磁石の偏向角と互いの位置関係が規定されている。
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記荷電粒子の軌道の内周側から外周側に沿って磁気勾配が形成されている、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記荷電粒子の周回中の軌道に前記正n角形の各辺の一部が含まれるように、かつ、前記荷電粒子が前記正n角形の各辺をm-1個置きに通るように、前記荷電粒子を偏向させる、
こととしてもよい。
前記偏向電磁石は、
前記正n角形の各頂点にそれぞれ配置され、
一方の隣接頂点から到達した前記荷電粒子を、他方の隣接頂点に隣接する頂点に向かって偏向させ、
前記一方の隣接頂点に隣接する他の頂点から到達した前記荷電粒子を、他方の隣接頂点に向かって偏向させる、
こととしてもよい。
こととしてもよい。
前記複数の偏向電磁石各々の磁力を制御する電磁石電源をさらに備え、
前記電磁石電源が、前記複数の偏向電磁石各々の磁力を調整することにより、
mを1乃至3の間で切り換え可能である、
こととしてもよい。
本発明の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御されている。
本発明の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御されている。
本発明の荷電粒子軌道制御装置に用いられ、
複数の異なる位置から荷電粒子を入射し、その入射位置に応じた荷電粒子の複数の異なる軌道を有し、各軌道に応じた複数の異なる位置から荷電粒子を出射する。
(1)小型放射光源用電子蓄積リングで行うTOF(例えば時間分解光電子分光実験)において、物質の電子状態の時間変化を終状態まで追うことが可能となる。
(2)同じ設置面積で周長が2倍、3倍となるので、リング内に蓄積できる最大荷電粒子数も2倍、3倍となるため、放射線療法などの医学応用加速器に適用した場合に、ビームを取り出し患部に照射できる放射線量を格段に増やすことができる。
(3)挿入光源を設置可能な直線部の数が増えるので、高輝度光を利用できる実験ステーションを数多く設置できる。
(4)省スペース、低コストで荷電粒子加速器や荷電粒子蓄積リングを構成することができる。
また、本発明によれば、偏向電磁石を荷電粒子が通過する度に荷電粒子の軌道が交互に切り替わるように、各偏向電磁石が配置されている。これにより、本発明は、以下の効果を奏する。
(5)偏向電磁石の数に対する荷物粒子の軌道における直線の数を、さらに増やすことができる。
(6)荷電粒子が1周の間に通過する偏向電磁石の数を増やすことができるので、直線の数を増やしつつも、偏向角を小さくすることができる。低エミッタンス化を実現することができる。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
(1)単バンチ運転を行った場合、バンチ間隔を2倍にすることができる。例えば、小型放射光源用電子蓄積リングで行うTOF型実験(例えば時間分解光電子分光実験)において、物質の電子状態の時間変化を終状態まで追うことが可能となる。
(2)多バンチ運転の場合、蓄積電荷量を最大2倍とすることができる。例えば、同じ設置面積で周長が2倍となるので、リング内に蓄積できる最大荷電粒子数も2倍となる。これにより、例えば、放射線療法などの医学応用加速器に適用した場合に、ビームを取り出し患部に照射できる放射線量を格段に増やすことができる。
(3)挿入光源や高周波加速空洞を挿入できる直線部の数を格段に増やすことができる。これにより、高輝度光を利用できる実験ステーションを数多く設置できるようになる。
(4)省スペース、低コストで荷電粒子加速器や荷電粒子蓄積リングを構成することができる。
(1)’偏向電磁石1の数に対する荷物粒子3の軌道における直線の数を、図1に示すいわゆる頂点型の荷電粒子軌道制御装置100よりもさらに増やすことができる。
(2)’荷電粒子3が1周の間に通過する偏向電磁石1の数を増やすことができるので、直線の数を増やしつつも、偏向角を小さくすることができる。このため、粒子ビームの低エミッタンス化(小径化)を実現することができる。
まず、本発明の第2の実施形態について説明する。
(1)単バンチ運転を行った場合、バンチ間隔を通常の3倍にすることができる。例えば、小型放射光源用電子蓄積リングで行うTOF(例えば時間分解光電子分光実験)において、物質の電子状態の時間変化を終状態まで追うことが可能となる。
(2)多バンチ運転の場合、蓄積電荷量を最大3倍とすることができる。例えば、同じ設置面積で周長が3倍となるので、リング内に蓄積できる最大荷電粒子数も3倍となる。これにより、例えば、放射線療法などの医学応用加速器に適用した場合に、ビームを取り出し同じ治療時間内に患部に照射できる放射線量を格段に増やすことができる。この結果、総治療時間を大幅に短縮することができる。
(3)挿入光源や高周波加速空洞を挿入できる直線部の数を格段に増やすことができる。これにより、高輝度光を利用できる実験ステーションを数多く設置できるようになる。
(1)’偏向電磁石1の数に対する荷物粒子3の軌道における直線の数を、2周回のいわゆる頂点型の荷電粒子軌道制御装置100(図1参照)よりも(偏向電磁石1を交互に1つ抜かしにするよりも)増やすことができる。
(2)’荷電粒子3が1周の間に通過する偏向電磁石1の数を増やすことができるので、直線の数を増やしつつも、偏向角を小さくすることができる。このため、粒子ビームの低エミッタンス化を実現することができる。
まず、本発明の第3の実施形態について説明する。
また、2つの軌道の交差角θ2は、以下の式のようになる。
n角形、m周回のダブルベンド型の荷電粒子軌道制御装置100の交差角θ2について以下の表にまとめる。
となり、
交差する偏向電磁石1については、
となる。
2 4極電磁石
3 荷電粒子
4 偏向電磁石
5 電磁石電源
10 アンジュレータ
100 荷電粒子軌道制御装置
Claims (12)
- 周回型の荷電粒子加速器又は荷電粒子蓄積リングに用いられ、
荷電粒子が複数周回で元の軌道に復帰可能に構成されており、
前記荷電粒子を偏向させる複数の偏向電磁石を有し、
前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向電磁石における前記荷電粒子の軌道が2つの軌道の間で交互に切り替わるように、前記各偏向電磁石の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
荷電粒子軌道制御装置。 - 前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向電磁石に入射する前記荷電粒子の入射位置が2つの位置で交互に切り替わるように、前記各偏向電磁石の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - 前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向電磁石に入射する前記荷電粒子の入射角度が2つの角度で交互に切り替わるように、前記各偏向電磁石の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - 前記各偏向電磁石には、
前記荷電粒子の軌道の内周側から外周側に沿って磁気勾配が形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - mの倍数でない自然数をnとすると、正n角形の外縁に前記各偏向電磁石を配置して、前記荷電粒子がm(mは1でない自然数)周回で元の軌道に復帰するように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - 前記各偏向電磁石は、
前記荷電粒子の周回中の軌道に前記正n角形の各辺の一部が含まれるように、かつ、前記荷電粒子が前記正n角形の各辺をm-1個置きに通るように、前記荷電粒子を偏向させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - mは3であり、
前記偏向電磁石は、
前記正n角形の各頂点にそれぞれ配置され、
一方の隣接頂点から到達した前記荷電粒子を、他方の隣接頂点に隣接する頂点に向かって偏向させ、
前記一方の隣接頂点に隣接する他の頂点から到達した前記荷電粒子を、他方の隣接頂点に向かって偏向させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - 前記正n角形の各頂点の間に、前記各頂点から出た前記荷電粒子を隣接頂点に偏向させる偏向電磁石がさらに設けられている、
ことを特徴とする請求項7に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - nは、2の倍数でなく、かつ、3の倍数でもない自然数であり、
前記複数の偏向電磁石各々の磁力を制御する電磁石電源をさらに備え、
前記電磁石電源が、前記複数の偏向電磁石各々の磁力を調整することにより、
mを1乃至3の間で切り換え可能である、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御された荷電粒子加速器。
- 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御された荷電粒子蓄積リング。
- 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置に用いられ、
複数の異なる位置から荷電粒子を入射し、その入射位置に応じた荷電粒子の複数の異なる軌道を有し、各軌道に応じた複数の異なる位置から荷電粒子を出射する、
偏向電磁石。
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