圆形加速器制造技术

本发明专利技术提供一种可变能量且小型的加速器。在现有的回旋加速器中取出射束的能量变更是不可以的，同步加速器中不能小型化。其特征为：具有在之间形成磁场的一对磁铁、向上述磁铁之间射入离子的离子源、对上述离子进行加速的加速电极、向外部取出上述离子的射束射出路径，通过上述一对磁铁形成的、不同能量的上述离子分别进行旋转的环状的多个射束旋转轨道在一侧聚集，通过上述射束旋转轨道对上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率进行变调。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】圆形加速器
本专利技术涉及对质子或碳离子等的重离子进行加速的加速器。
技术介绍
粒子线治疗、物理实验等中使用的高能量原子核射束使用加速器而生成。得到每个核子的运动能量200MeV左右的射束的加速器中举出专利文献1、专利文献2记载的回旋加速器、专利文献3中记载的同步加速器、专利文献4中记载的可变能量加速器。回旋加速器的特征是用高频电场将在静磁场中旋转的射束加速的方面，随着加速射束增加其轨道的曲率半径，向外侧轨道移动，在到达最高能量之后取出。因此，取出的射束的能量被固定。同步加速器通过时间性地变化使射束偏向的电磁铁的磁场与加速的高频电场的频率，射束在恒定的轨道上旋转。因此，在到达设计上的最大能量之前也可取出射束，取出能量可以控制。可变能量加速器的特征为：在高频电场中加速与在回旋加速器相同的磁场中旋转的射束的同时，射束轨道伴随加速而向一方偏心。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-160613专利文献2：日本特开2014-020800专利文献3：日本特开2014-186939专利文献4：国际公开公报2016-092621
技术实现思路
专利技术所需要解决的课题专利文献1中记载的回旋加速器、专利文献4中记载的可变能量加速器通过使轨道上的平均磁场与射束的相对论的γ因子成比例，旋转时间不依据能量而为一定。将具有该性质的磁场分布称为等时性磁场。然后，在等时性磁场下通过沿轨道变调磁场而确保轨道面内与垂直于轨道面的方向上的射束稳定性。如此，为了兼具等时性与射束的稳定性而需要磁场的极大部(Hill)与极小部(Valley)。具有该分布的不一样的磁场通过在Hill区域中使主电磁铁对置的磁极间的距离(间隙)变得狭窄、Valley区域中变得宽阔而形成。可是，Hill磁场与Valley的磁场的差是作为强磁性体的磁极材料的饱和磁通密度程度的界线。即，Hill磁场与Valley磁场的差被限制为2T左右。另一方面，在使加速器小型化的情况下，需要提高主磁场、减小射束轨道的偏向半径，主磁场与上述的Hill磁场和Valley磁场的差存在比例关系，上述界线成为确定加速器的现实大小的主要因素。因此，尤其在可变能量加速器中，为了使射束轨道伴随加速而向一方向偏心地聚集而要求的磁场的差成为障碍，而具有小型化困难这样的课题。用于解决课题的方法为了解决上述壳体，例如采用在技术方案的范围内记载的结构。本专利技术包括多种解决上述课题的方案，如果举出其中一例，其特征为：具备在之间形成磁场的一对磁铁、向上述磁铁之间射入离子的离子源、对上述离子进行加速的加速电极、向外部取出上述离子的射束射出路径，由上述一对磁铁形成的、不同能量的上述离子分别进行旋转的环状的多个射束旋转轨道在一侧聚集，通过上述射束旋转轨道对上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率进行变调。专利技术效果根据本专利技术，能够提供小型、且可变能量的加速器。附图说明图1是本实施例的加速器1的整体概略图。图2是本实施例的加速器1的内部设备配置图。图3是本实施例的加速器1的设计轨道形状。图4是本实施例的加速器1的系统构成图。图5表示本实施例的加速器1的主磁场的能量依存性。图6表示本实施例的加速器1的旋转频率的能量依存性。图7是本实施例的加速器2的设计轨道形状。图8表示本实施例的加速器2的主磁场的能量依存性。图9表示本实施例的加速器2的旋转频率的能量依存性。图10是本实施例的粒子线治疗系统的整体概略图。具体实施方式实施例1以下使用图1～图4说明作为本专利技术的适合的一实施例的实施例1的加速器。本实施例的加速器1是具有可变能量性的频率调整型可变能量加速器。该加速器1是通过高频电场对时间性地在一定的磁场中旋转的质子进行加速的圆形加速器。在图1中表示其外观。加速器1在射束通过的区域(以下，称为射束通过区域)内通过能在上下分割的磁铁11激发主磁场，射束通过区域内部被抽真空。在磁铁11中具有多个贯通孔，在上下磁极的连接面上设置取出其中被加速的射束的取出射束用贯通孔111、用于向外部引出内部的线圈的引出孔112·113、高频电力输入用贯通孔114。通过高频电力输入用贯通孔114设置高频空胴21。如后述，在高频空胴21中设置加速用的D形盒电极部与旋转式可变容量电容器212。另外，在磁铁11的上部中从中心偏离的位置、径向不同的位置上设置离子源12，射束通过射束入射用贯通孔115射入加速器1内部。其次，关于加速器的内部结构使用图2进行说明。磁铁11的内部具有由圆筒状内壁形成的圆筒状的射束通过区域20，圆环状的线圈13沿内壁设置。通过在线圈13中流经电流，磁铁11磁化，在射束通过区域20中以后述的预定的分布激发磁场。磁极15在线圈13的内侧上下对置，以形成射束通过区域20的上下边界的方式设置，线圈13的外侧具备圆筒状的回动轭14。射束一边在射束通过区域20中旋转一边进行加速。取出射束的能量是最小70MeV至最大235MeV，射束的旋转频率是59～76MHz。由磁极15形成的磁场呈沿射束轨道一样、且随着能量变高而磁场下降的分布。即，形成径向外侧的磁场降低的磁场。在这样的磁场下，相对于射束的轨道面内与垂直于轨道面的方向稳定地进行电子回旋振动。除此之外，具备激发高频电场的D形盒电极31·32、取出用隔垫电磁铁40、推进磁场发生用的线圈50、磁场分布调整用线圈60。推进磁场如后面说明采用仅在加速器径向的特定位置上施加磁场的无质量隔垫方式。由于在相对于射束轨道面垂直的方向上面对称地设置的一对线圈中流经电流而激发推进磁场。射束以低能量的离子状态从入射点120向加速器1射入。射入的射束通过由高频空胴激发的高频电场而在每次通过电场间隙时被加速。该加速器1以随着射束的加速而射束的轨道中心在同一面内上向一方向移动的方式确定主磁场分布。另外，在中心面上以主磁场的面内成分为0的方式，磁极形状与线圈配置相对于中心面为面对称。主磁场分布为相对于中心面内的轴AA'而左右对称分布的结果，磁极15与D形盒电极31·32的形状为左右对称的形状。在磁极15中设置磁场的微调整用的修整线圈60，以确保电子回旋振动稳定的方式在运转前调整修整线圈电流。其次，关于在本加速器中旋转的射束的轨道进行叙述。各能量的轨道在图3中表示。旋转轨道用实线表示从最大能量235MeV每隔磁力刚性率0.04Tm的50能量种的轨道。虚线是将各轨道的相同的旋转相位连结的线，称为等旋转相位线。等旋转相位线从汇集区域每隔旋转相位π/20进行标示。形成于与高频空胴31·32对置的接地的电极35之间的加速间隙沿等旋转相位线设置。在4MeV以下的低能量区域中与回旋加速器同样为将离子的入射点附近作为中心的轨道，成为比10MeV大的能量的轨道在取出用隔垫电磁铁的入射点附近密集地聚集、相反在设置无质量隔垫线圈50的区域中各轨道处于相互离开的位置关系。将该轨道密集地聚集的区域称为聚集区域、将该轨道相互离散的区域称为离散区域。在离散区域中，在中心面内的宽阔的区域中根据能量而射束扩大，通过适当地确定由无质量隔垫线圈引起的磁场的激发位置，与该激发位置对应的能量的射束受到推进。由于该推进而从预定的设计轨道偏离的射束射入设置于半周下游的聚集区域中的隔垫电磁铁中。隔垫电磁铁对射束施加在取出路径140上的确定的设计轨道中加入取出射束所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速器，其特征在于，具有：在之间形成磁场的一对磁铁；向上述磁铁之间射入离子的离子源；对上述离子进行加速的加速电极；以及向外部取出上述离子的射束射出路径，由上述一对磁铁形成的、不同能量的上述离子分别进行旋转的环状的多个射束旋转轨道在一侧聚集，通过上述射束旋转轨道对上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率进行变调。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种加速器，其特征在于，具有：在之间形成磁场的一对磁铁；向上述磁铁之间射入离子的离子源；对上述离子进行加速的加速电极；以及向外部取出上述离子的射束射出路径，由上述一对磁铁形成的、不同能量的上述离子分别进行旋转的环状的多个射束旋转轨道在一侧聚集，通过上述射束旋转轨道对上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率进行变调。2.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，在上述磁铁的径向的位置具有选择性地施加磁场的无质量隔垫线圈。3.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率在59～76MHz的范围内进行控制。4.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，上述离子是碳元素。5.根据权利要求4所述的加速器，其特征在于，上述加速电极向上述离子施加的高频电场的频率在20～39MHz的范围内进行控制。6.根据权利要求1所述的加速器，其特征在于，上述射束旋转轨道以在预定的外周区域中多个上述轨道在一侧聚集且在预定的内周区域中不聚集的方式形成，以相对于上述加速电极向上述离子施加的频率变调的能量的频率斜度在上述射束旋转轨道聚集于一侧的上述预定的外周区域中大致为线形的方式进行控制。7.一种加速器，其特征在于，具有：在之间形成磁场的一对磁铁；向上述磁铁之间射入离子的离子源；对上述离子进行加速的加速电极；以及向外部取出上述离子的射束射出路径，由上述一对磁铁形成的、不同能量的上述离子分别进行旋转的环状...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木孝道，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP