JP3016820B2 - Steering electromagnetic device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、例えばSOR装置などの荷電粒子装置に用
いられ、荷電粒子ビームの軌道を調整するステアリング
電磁石装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering electromagnet device used for a charged particle device such as a SOR device, for adjusting a trajectory of a charged particle beam.
[従来の技術] 第3図は例えば『入射用シンクロトロンの設計』(昭
和56年3月・分子化学研究所発行 UVSOR−7 March 198
1)第43〜45頁に示された従来のステアリング電磁石装
置の断面図である。[Prior Art] FIG. 3 is, for example, “Design of Incident Synchrotron” (UVSOR-7 March 198, published by Institute for Molecular Chemistry, March 1981).
1) It is sectional drawing of the conventional steering electromagnet apparatus shown on pages 43-45.
図において、符号(1)は正方形の枠体状の継鉄であ
り、第1〜第4の継鉄部品(1a)〜(1d)から組み立て
られている。(2a)〜(2d)は各継鉄部品(1a)〜(1
d)に継鉄(1)の中心部に向けて突出するように設け
られている第1〜第4の磁極突起、(3a)及び(3b)は
第1及び第2の磁極突起(2a),(2b)に巻回されてい
る第1及び第2の水平磁場励磁用コイル、(4a)及び
(4b)は第3及び第4の磁極突起(2c),(2d)に巻回
されている第1及び第2の垂直磁場励磁用コイルであ
る。In the drawing, reference numeral (1) denotes a square frame-shaped yoke, which is assembled from first to fourth yoke parts (1a) to (1d). (2a) to (2d) are the yoke parts (1a) to (1
d) The first to fourth magnetic pole projections provided so as to project toward the center of the yoke (1), (3a) and (3b) are the first and second magnetic pole projections (2a) , (2b) wound around the first and second horizontal magnetic field exciting coils, (4a) and (4b) wound around the third and fourth magnetic pole projections (2c), (2d) First and second vertical magnetic field exciting coils.
第4図は第3図の各コイルの電気的接続関係を示す結
線図であり、図において(5)は第1の磁性切替器
(6)を介して各水平磁場励磁用コイル(3a),(3b)
に接続されている第1の励磁用電源、(7)は第2の磁
性切替器(8)を介して各垂直磁場励磁用コイル(4
a),(4b)に接続されている第2の励磁用電源であ
る。FIG. 4 is a connection diagram showing an electrical connection relationship of each coil in FIG. 3, where (5) is a horizontal magnetic field exciting coil (3a) via a first magnetic switch (6). (3b)
(7) is connected to the respective vertical magnetic field exciting coils (4) via a second magnetic switch (8).
This is the second excitation power supply connected to (a) and (4b).
また、各水平磁場励磁用コイル(3a),(3b)は第1
の励磁用電源(5)に、各垂直磁場励磁用コイル(4
a),(4b)は第2の励磁用電源(7)に、それぞれ直
列に接続されている。The horizontal magnetic field exciting coils (3a) and (3b) are the first coils.
The excitation power supply (5) is connected to each vertical magnetic field excitation coil (4
a) and (4b) are connected in series to the second excitation power supply (7).
上記のように構成された従来のステアリング電磁石装
置においては、水平及び垂直方向に弱い磁場(数100〜1
000kGauss)を発生させることにより、荷電粒子ビーム
の軌道を調整(ステアリング)し、偏向や四極電磁石の
不完全さから生じるビーム軌道のずれを補正する。In the conventional steering electromagnet apparatus configured as described above, a weak magnetic field (several hundreds to
000 kGauss) to adjust (steer) the trajectory of the charged particle beam and to compensate for beam trajectory shifts resulting from deflection and imperfections of the quadrupole magnet.
例えば、第4図のように、各コイル(3a),(3b),
(4a),(4b)により、図のX方向に水平磁場を、図の
Y方向に垂直磁場をそれぞれ発生したとする。これによ
り、図の紙面手前方向に向けて進行する荷電粒子ビーム
は、ベクトルX及びベクトルYの和のベクトルZと直交
するベクトルAの方向に力を受け偏向される。For example, as shown in FIG. 4, each coil (3a), (3b),
It is assumed that a horizontal magnetic field is generated in the X direction of the drawing and a vertical magnetic field is generated in the Y direction of the drawing according to (4a) and (4b). As a result, the charged particle beam traveling toward the front of the drawing sheet is deflected by receiving a force in the direction of the vector A orthogonal to the vector Z, which is the sum of the vector X and the vector Y.
このため、各コイル(3a),(3b),(4a),(4b)
の励磁量及び磁性を、各電源(5),(7)及び各磁性
切替器(6),(8)を用いて調整することにより、各
ベクトルの向きと大きさを変化させることができ、従っ
て荷電粒子ビームの軌道の補正方向及び補正量を任意に
調整することができる。Therefore, each coil (3a), (3b), (4a), (4b)
By adjusting the excitation amount and magnetism of each of the power supplies (5) and (7) and the magnetic switches (6) and (8), the direction and magnitude of each vector can be changed. Therefore, the correction direction and correction amount of the trajectory of the charged particle beam can be arbitrarily adjusted.
[発明が解決しようとする課題] 上記のように構成された従来のステアリング電磁石装
置においては、水平磁場及び垂直磁場を発生させるため
に、同一の構成で2組の励磁用コイル(3a),(3b),
(4a),(4b)、電源(5),(7)、及び磁性切替器
(6),(8)が必要となるため、それに伴う遠隔制御
装置(図示せず)も複雑になり、全体が高価になるなど
の問題点があった。また、第3図のような磁極形状のも
のでは、隣合う磁極が近接し過ぎると、互いの磁場分布
形状が乱されるため、磁極間隔を大きくとらなければな
らず、全体が大型化して高価になるなどの問題点もあっ
た。特に、医療に用いられる重粒子ビームの輸送系など
では、ビーム径が大きくとられているため、磁場を発生
させる間隔も大きくする必要があり、これにより装置全
体がさらに大形化して高価になるという問題点があっ
た。[Problem to be Solved by the Invention] In the conventional steering electromagnet apparatus configured as described above, in order to generate a horizontal magnetic field and a vertical magnetic field, two sets of excitation coils (3a), ( 3b),
(4a), (4b), power supplies (5), (7), and magnetic switches (6), (8) are required, so that a remote control device (not shown) is complicated, and However, there was a problem that it became expensive. In the case of the magnetic pole shape as shown in FIG. 3, if the adjacent magnetic poles are too close to each other, the mutual magnetic field distribution shape is disturbed. There were also problems such as becoming. In particular, in a heavy particle beam transport system used for medical treatment, the beam diameter is large, so that it is necessary to increase the interval at which the magnetic field is generated, which further increases the size and cost of the entire apparatus There was a problem.
この発明は、上記のような問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、電源を含め全体の構造を
簡略かつ小形化でき、安価にすることができるステアリ
ング電磁石装置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a steering electromagnet device capable of simplifying and miniaturizing the entire structure including a power supply and being inexpensive. And
[課題を解決するための手段] この発明に係るステアリング電磁石装置は、一対の偏
向磁場励磁用コイルを、荷電粒子ビームの軌道を挟んで
互いに対向した状態で回動自在に設けたものである。[Means for Solving the Problems] In a steering electromagnet device according to the present invention, a pair of deflection magnetic field excitation coils are provided rotatably in a state of being opposed to each other across a trajectory of a charged particle beam.
[作用] この発明においては、一対の偏向磁場励磁用コイルの
回動角を調整することにより、荷電粒子ビームの軌道の
偏向角を調整し、また偏向磁場励磁用コイルの励磁強度
を調整することにより、軌道の偏向量を調整する。[Operation] In the present invention, by adjusting the rotation angle of the pair of deflection magnetic field excitation coils, the deflection angle of the trajectory of the charged particle beam is adjusted, and the excitation intensity of the deflection magnetic field excitation coils is adjusted. Adjusts the amount of deflection of the orbit.
[実施例] 以下、この発明の実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例によるステアリング電磁石装置
を示す構成図である。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a configuration diagram showing a steering electromagnet device according to one embodiment of the present invention.
図において、符号(11)は軸受(11a)を有する架
台、(12)は荷電粒子ビームの軌道(O)の外方を囲ん
でいるとともに、軸受け(11a)上に回動自在に支持さ
れている円環状の継鉄、(13)は継鉄(12)の内周に軌
道(O)を挟んで互いに対向するように設けられている
一対の磁極突起、(14)はそれぞれの磁極突起(13)に
巻回されている一対の偏向磁場励磁用コイルである。In the drawing, reference numeral (11) denotes a gantry having a bearing (11a), and (12) surrounds the outer side of the trajectory (O) of the charged particle beam and is supported rotatably on a bearing (11a). An annular yoke, (13) is a pair of magnetic pole projections provided on the inner circumference of the yoke (12) so as to face each other with the track (O) interposed therebetween, and (14) is a respective magnetic pole projection ( 13) is a pair of coils for exciting the deflection magnetic field wound around 13).
(15)は継鉄(12)の側面に沿って設けられている円
環状のラック、(16)は架台(11)上に設けられている
モータであり、このモータ(16)は、ラック(15)にか
み合うピニオン(17)を介して継鉄(12)の回動・停止
を行う。(15) is an annular rack provided along the side surface of the yoke (12), (16) is a motor provided on the gantry (11), and the motor (16) The yoke (12) is rotated and stopped via the pinion (17) meshing with 15).
第2図は第1図の偏向磁場励磁用コイル(14)の結線
図であり、図において(18)は励磁用電源であり、一対
の偏向磁場励磁用コイル(14)は、励磁用電源(18)に
直列に接続されている。FIG. 2 is a connection diagram of the deflecting magnetic field exciting coil (14) of FIG. 1. In FIG. 2, (18) is an exciting power supply, and a pair of deflecting magnetic field exciting coils (14) is an exciting power supply ( 18) are connected in series.
上記のように構成されたステアリング電磁石装置にお
いては、励磁用電源(18)により一対の偏向磁場励磁用
コイル(14)が励磁されると、一対の磁極突起(13)間
に第2図のベクトルZに示すような弱い偏向磁場(二極
磁場)が生じる。これにより、図の紙面手前に向けて進
行している電子ビーム等の高エネルギ荷電粒子ビーム
は、ベクトルZと直交するベクトルA方向に力を受けて
偏向される。In the steering electromagnet device configured as described above, when the pair of deflecting magnetic field exciting coils (14) are excited by the exciting power supply (18), the vector shown in FIG. A weak deflection magnetic field (dipole magnetic field) as shown in Z is generated. As a result, a high-energy charged particle beam such as an electron beam traveling toward the front of the drawing sheet is deflected by receiving a force in a vector A direction orthogonal to the vector Z.
このとき、上記実施例の装置では、モータ(18)の駆
動により継鉄(12)の回動角θを360゜調整することが
できるので、一対の偏向磁場励磁用コイル(14)を、そ
れらの磁場中心を中心に回動させることができる。この
ため、ベクトルZの方向、即ちベクトルAの方向を360
゜変化させることができ、これにより荷電粒子ビームの
軌道(O)の偏向角を任意に変えることができる。従っ
て、ビームモニタ(図示せず)でビーム軌道(O)を確
認しながら継鉄(12)を回動させることにより、ビーム
軌道(O)の偏向角を調整することができる。At this time, in the apparatus of the above embodiment, since the rotation angle θ of the yoke (12) can be adjusted by 360 ° by driving the motor (18), the pair of deflection magnetic field exciting coils (14) are Can be rotated about the center of the magnetic field. Therefore, the direction of the vector Z, that is, the direction of the vector A is set to 360
゜, whereby the deflection angle of the trajectory (O) of the charged particle beam can be arbitrarily changed. Therefore, the deflection angle of the beam trajectory (O) can be adjusted by rotating the yoke (12) while checking the beam trajectory (O) with a beam monitor (not shown).
また、ベクトルAの絶対値、即ちビーム軌道(O)の
偏向量は、偏向磁場励磁用コイル(14)の励磁電流を増
減すること、即ち励磁強度を変化させることによって調
整することができる。Further, the absolute value of the vector A, that is, the deflection amount of the beam trajectory (O) can be adjusted by increasing or decreasing the exciting current of the deflecting magnetic field exciting coil (14), that is, by changing the exciting intensity.
このようなステアリング電磁石装置では、磁極突起
(13)及び偏向磁場励磁用コイル(14)は一対のみで良
く、また従来必要としていた磁性切替器を省略できると
ともに、遠隔制御装置(図示せず)も簡略化にできるな
ど、電源を含めた全体の構造を簡略かつ小形化でき、こ
れにより全体を安価にすることができる。また、隣合う
磁極との干渉の問題もなくなるので、必要以上に磁極間
隔をとらなくてもよく、これによっても全体を小形化す
ることができる。In such a steering electromagnet device, only one pair of the magnetic pole protrusion (13) and the deflecting magnetic field exciting coil (14) is required, and a magnetic switch conventionally required can be omitted, and a remote control device (not shown) is also provided. For example, the entire structure including the power supply can be simplified and miniaturized, such as simplification, so that the overall cost can be reduced. Further, since there is no problem of interference with the adjacent magnetic poles, it is not necessary to take an excessively large magnetic pole interval, and the whole can be downsized.
なお、上記実施例では円環状の継鉄(12)を示した
が、他の形状であってもよい。In the above embodiment, the annular yoke (12) is shown, but other shapes may be used.
また、上記実施例では継鉄(12)を有するものを示し
たが、継鉄(12)は省略してもよく、単なる支持部材に
より偏向磁場励磁用コイル(14)を支持させてもよい。In the above embodiment, the yoke (12) is shown, but the yoke (12) may be omitted, and the deflection magnetic field exciting coil (14) may be supported by a simple support member.
さらに、上記実施例では偏向磁場励磁用コイル(14)
を磁極突起(13)に巻回したものを示したが、偏向磁場
励磁用コイル(14)は空芯コイルであってもよい。Further, in the above embodiment, the deflection magnetic field exciting coil (14)
Is shown wound around the magnetic pole projection (13), but the deflection magnetic field exciting coil (14) may be an air-core coil.
さらにまた、上記実施例では偏向磁場励磁用コイル
(14)を回動させるためにラック(15),モータ(16)
及びピニオン(17)等を用いたが、その他のギアやベル
ト方式でもよい。また、手動で回動させるようにしても
よい。Further, in the above embodiment, the rack (15) and the motor (16) are used to rotate the deflection magnetic field exciting coil (14).
And the pinion (17) are used, but other gears or belts may be used. Moreover, you may make it rotate manually.
また、上記実施例では荷電粒子ビームとして電子ビー
ムを示したが、例えば重粒子ビーム等の他のビームでも
よい。In the above embodiment, an electron beam is shown as a charged particle beam, but another beam such as a heavy particle beam may be used.
[発明の効果] 以上説明したように、この発明のステアリング電磁石
装置は、偏向磁場励磁用コイルを、荷電粒子ビームの軌
道を挟んで互いに対向した状態で回動自在に設け、その
回動角を調整することによりビーム軌道の偏向角を調整
し、またその励磁強度を調整することによりビーム軌道
の偏向量を調整するようにしたので、一対の偏向磁場励
磁用コイルでビーム軌道を調整でき、これにより電源を
含めた全体の構造を簡略かつ小形化でき、この結果省ス
ペースが図れるとともに、装置を安価にすることができ
るなどの効果を奏する。[Effects of the Invention] As described above, in the steering electromagnet apparatus of the present invention, the deflection magnetic field exciting coil is rotatably provided in a state where the coils are opposed to each other across the trajectory of the charged particle beam, and the rotation angle is set. By adjusting the deflection angle of the beam trajectory by adjusting it, and by adjusting the excitation intensity, the amount of deflection of the beam trajectory is adjusted, so that the beam trajectory can be adjusted with a pair of deflection magnetic field excitation coils. Thus, the entire structure including the power supply can be simplified and miniaturized, and as a result, the space can be saved and the device can be made inexpensive.
第1図はこの発明の一実施例によるステアリング電磁石
装置を示す構成図、第2図は第1図の偏向磁場励磁用コ
イルの結線図、第3図は従来のステアリング電磁石装置
の一例の断面図、第4図は第3図の各コイルの結線図で
ある。 図において、(14)は偏向磁場励磁用コイル、(O)は
軌道である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a structural view showing a steering electromagnet device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a connection diagram of a deflection magnetic field exciting coil of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a conventional steering electromagnet device. FIG. 4 is a connection diagram of each coil of FIG. In the figure, (14) is a deflection magnetic field exciting coil, and (O) is an orbit. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
した状態で回動自在に設けられ、偏向磁場を発生する一
対の偏向磁場励磁用コイルと、前記偏向磁場励磁用コイ
ルに電気的に接続されている励磁用電源とを備え、前記
偏向磁場励磁用コイルを回動させることにより前記荷電
粒子ビームの偏向角を調整するとともに、前記偏向磁場
励磁用コイルの励磁電流を増減して励磁強度を変化させ
ることにより前記荷電粒子ビームの偏向量を調整するよ
うになっていることを特徴とするステアリング電磁石装
置。1. A pair of deflecting magnetic field exciting coils which are rotatably provided opposite to each other across a trajectory of a charged particle beam and generate a deflecting magnetic field, and are electrically connected to the deflecting magnetic field exciting coils. Power supply for excitation that is provided, while adjusting the deflection angle of the charged particle beam by rotating the deflection magnetic field excitation coil, and increasing or decreasing the excitation current of the deflection magnetic field excitation coil to increase the excitation intensity. A steering electromagnet device, wherein the amount of deflection of the charged particle beam is adjusted by changing the amount.
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