带电粒子加速器制造技术

本发明专利技术是备有带电粒子发生装置、偏转电磁铁、加速部件、真空管道的带电粒子加速器，设置第１．第２加速期间（２２）、（２３），从第１加速期间（２２）的开始时刻（２５）到第２加速期间（２３）的结束时刻为止施加由加速部件产生的加速电场，在第１加速期间加上恒定值的偏转磁场，在第２加速期间施加偏转磁场使其直到结束时刻都在增加。本发明专利技术提供小型的可以大输出、大电流加速的带电粒子加速器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及加速带电粒子的圆形粒子加速器，特别是涉及小型的可以加速大电流粒子束的带电粒子加速器。
技术介绍
作为以往的带电粒子加速器，偏转电磁铁产生的磁场恒定，与带电粒子的加速一起平衡轨道向周围轨道的外侧扩大地进行加速的FFAG(Fixed Field Alternating Gradient(固定场交流梯度))加速器是众所周知。(例如，请参照非专利文献1“Developmemt of a FFAGproton synchrotron”Proceedings of EPAC 2000，Vienna Austria2000，P581～P583，Fig1)。另外，作为不改变平衡轨道在恒定轨道中进行加速的加速器是电子回旋加速器。(例如，请参照非专利文献2加速器科学(奇偶物理学课程)丸善股份有限公司平成5年9月20日发行4章电子回旋加速器P39～P43 Fig4.1)。非专利文献1所示的FFAG加速器，入射由离子源产生的带电粒子束，由偏转电磁铁的偏转磁场使其在大致圆轨道上回旋，由加在加速空腔上的电场进行加速。加速中偏转电磁铁的偏转磁场恒定，与带电粒子束的加速一起平衡轨道向加速器的外侧移动。偏转电磁铁向着外侧磁场强度增大，但是因为偏转电磁铁的磁场恒定，所以装置整体尺寸增大，难以小型化，限定了应用的领域。另一方面，非专利文献2所示的电子回旋加速器，在带电粒子加速中的平衡轨道是恒定的，根据由库伦散射引起的空间电荷效应要进行大电流加速是困难的，时间平均的带电粒子束输出很弱，几乎不可能适用于产业、医疗应用领域。本专利技术就是为了解决上述那样的课题而完成的，本专利技术的目的是提供当作为带电粒子加速电子时，约30cmφ左右的重叠(lap-top)型的极小型的，并可大电流加速的带电粒子加速器，可以扩大到产业、医疗外的各领域中的应用。另外，本专利技术的目的是即便在作为带电粒子加速质子和碳等的情形中也能够提供小型的加速器。
技术实现思路
本专利技术的带电粒子加速器是备有带电粒子发生装置、偏转电磁铁、加速部件和真空管道的带电粒子加速器，从上述带电粒子发生装置导入到上述真空管道内的带电粒子被上述偏转电磁铁所偏转，并且经过第1加速期间和第2加速期间加速到预定能量，从上述第1加速期间的加速开始时刻到上述第2加速期间的结束时刻为止施加由上述加速部件产生的电场，在上述第1加速期间以恒定值施加上述偏转电磁铁的磁场，并且在上述第2加速期间施加上述偏转电磁铁的磁场以使其直到第2加速期间结束时刻为止都在增加。又，本专利技术的带电粒子加速器是备有带电粒子发生装置、偏转电磁铁、加速部件和真空管道的带电粒子加速器，从上述带电粒子发生装置导入到上述真空管道内的带电粒子被上述偏转电磁铁所偏转，并且经过第1加速期间和第2加速期间加速到预定能量，并且具有与上述第2加速期间连接的粒子束取出期间；从上述第1加速期间的加速开始时刻到上述取出期间的结束时刻为止施加由上述加速部件产生的电场，在上述第1加速期间以恒定值施加上述偏转电磁铁的磁场，在上述第2加速期间施加上述偏转电磁铁的磁场以使其直到第2加速期间结束时刻为止都在增加，并且，在上述取出期间施加上述偏转电磁铁的磁场以使其恒定地保持上述第2加速期间中的终端值。如果根据本专利技术的带电粒子加速器，则能够实现小型、紧凑、可以抑制空间电荷效应，可以加速大输出的带电粒子束，可以得到大输出优质的带电粒子束的卓越效果。附图说明第1图是表示根据本专利技术的实施方式1～5的带电粒子加速器的平面图。第2图是表示根据本专利技术的实施方式1的偏转磁场和加速铁心磁场的时间构造的图。第3图是表示根据本专利技术的实施方式2的偏转磁场和加速铁心磁场的时间构造的图。第4图是表示根据本专利技术的实施方式3的偏转磁场和加速铁心磁场的时间构造的图。第5图是表示根据本专利技术的实施方式4的偏转磁场和加速铁心磁场的时间构造的图。具体实施例方式实施方式1下面，根据第1图、第2图说明本专利技术的实施方式1。第1图是表示带电粒子加速器100的平面图。在图中，在带电粒子发生装置11中产生的带电粒子束(以下称为粒子束)从隔膜电极12入射到真空管道15。由偏转电磁铁13偏转粒子束形成大致圆轨道进行回旋，由在加速铁心14上来自加速铁心用电源17的交流励磁引起的电磁感应产生的感应电场进行加速。粒子束在真空管道15内回旋以使粒子束不与空气碰撞而消失。用16a、16b、16c、16d模式地表示其代表性的平衡轨道。上述偏转电磁铁13由偏转电磁铁用电源18励磁。此外，将上述加速铁心14和加速铁心用电源17称为加速部件。第2图是表示根据本专利技术的实施方式1的带电粒子加速器100的，用于加速粒子束的，上述偏转电磁铁13产生的偏转磁场20和在上述加速铁心14中产生的加速铁心磁场21的时间构造的图。该第2图所示的偏转磁场20的时间构造和加速铁心磁场21的时间构造不满足电子回旋加速器的加速条件。上述电子回旋加速器的加速条件是使加速中的粒子束的回旋轨道(平衡轨道)成为恒定的偏转磁场20和加速铁心磁场21的关系。在本实施方式1中，如图所示，设置了加速粒子束的第1加速期间22和第2加速期间23。在第1加速期间22中，例如来自作为离子源或电子枪的上述带电粒子发生装置11的粒子束，从隔膜电极12在粒子束入射开始时刻25(第1加速开始时刻)入射到真空管道15。如由加速铁心磁场21的时间构造所示的那样，使加速铁心磁场21从粒子束入射开始时刻25随着时间增加直到粒子束达到预定能量为止的方式进行变化。从而，感应电场与粒子束的行进方向有关，在时刻25入射的上述粒子束也在上述第1加速期间22内被加速。在该第1加速期间22中，上述偏转电磁铁13的偏转磁场恒定，粒子束，如第1图的代表性的平衡轨道16a～16d所示，徐徐地向外侧扩展。上述粒子束，因为在第1加速期间22内连续地入射，所以在第1加速期间22的结束时刻26，在水平方向扩展的粒子束正在带电粒子加速器100内部回旋。在第1加速期间22的结束时刻26，在入射开始时刻(第1加速开始时刻)25入射的粒子束以最高能量沿最外侧附近的轨道16d回旋。另外在第1加速期间22的入射结束时刻26前刚刚入射的粒子束以最低能量沿最内侧附近的轨道16a回旋。即，在第1加速期间结束时刻26能量宽度大，在水平方向扩展的粒子束在带电粒子加速器100中回旋。此外，为了使从平衡轨道偏离的粒子束稳定地回旋，偏转电磁铁13的磁极形状设定为在粒子束回旋轨道的外侧磁场强度变大。在第1加速期间22在时刻26结束后，即在第2加速开始时刻26，移动到第2加速期间23。该第2加速期间23，如第2图所示，具有随着时间增加偏转磁场20和加速铁心磁场21两者的励磁方式。以在带电粒子加速器100内接近电子回旋加速器加速条件的条件，即，设定保持偏转磁场20和加速铁心磁场21的关系进行加速使这时的上述励磁方式设定为加速中的粒子束的回旋轨道(平衡轨道)是恒定。保持能量宽度大，在水平方向扩展的粒子束特性不变地，将上述粒子束一直加速到预定能量。这样一来，用第1图所示的偏转板30从回旋轨道取出达到预定能量的粒子束，由射出粒子束输送系统31提供给各种粒子束应用。或者，使粒子束碰撞同样的第1图所示的X射线靶29产生X射线，提供给各种X射线应用。如以上说明了的那样，在根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电粒子加速器，备有带电粒子发生装置、偏转电磁铁、加速部件和真空管道，其特征在于：从上述带电粒子发生装置导入到上述真空管道内的带电粒子被上述偏转电磁铁所偏转，并且经过第１加速期间和第２加速期间加速到预定能量，从上述第１加速期间的 加速开始时刻到上述第２加速期间的结束时刻为止施加由上述加速部件产生的电场，在上述第１加速期间以恒定值施加上述偏转电磁铁的磁场，并且在上述第２加速期间施加上述偏转电磁铁的磁场以使其直到第２加速期间结束时刻为止都在增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中博文，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]