Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4869374B2 - H-mode drift tube linear accelerator - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4869374B2 - H-mode drift tube linear accelerator - Google Patents

H-mode drift tube linear accelerator Download PDF

Info

Publication number
JP4869374B2
JP4869374B2 JP2009074396A JP2009074396A JP4869374B2 JP 4869374 B2 JP4869374 B2 JP 4869374B2 JP 2009074396 A JP2009074396 A JP 2009074396A JP 2009074396 A JP2009074396 A JP 2009074396A JP 4869374 B2 JP4869374 B2 JP 4869374B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drift tube
gap
electric field
linear accelerator
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009074396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010225551A (en
Inventor
和男 山本
博文 田中
洋一 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009074396A priority Critical patent/JP4869374B2/en
Publication of JP2010225551A publication Critical patent/JP2010225551A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4869374B2 publication Critical patent/JP4869374B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Description

この発明は、共振器内に、共振器長手方向に磁界を発生させるTEモード(Hモード)を励起させ、発生磁界により誘導させる電流が共振器壁面からステムを流れ、加速軸方向に複数配列したドリフトチューブ電極間に発生する加速電界によって荷電粒子を加速させる、Hモード型ドリフトチューブ線形加速器に関するものである。   In the present invention, a TE mode (H mode) that generates a magnetic field in the resonator longitudinal direction is excited in the resonator, and a current induced by the generated magnetic field flows through the stem from the resonator wall surface, and a plurality of currents are arranged in the acceleration axis direction. The present invention relates to an H-mode drift tube linear accelerator that accelerates charged particles by an accelerating electric field generated between drift tube electrodes.

Hモード型ドリフトチューブ線形加速器(DTL:Drift Tube Linear Accelerator)は、電磁界を発生させる共振器(ときに真空容器を兼ねる)に複数個のドリフトチューブ電極を配列し、共振器内に誘起される磁界により、隣り合うドリフトチューブ電極間(以下、ギャップと称する)に加速電界を発生させて荷電粒子を加速する。ドリフトチューブ電極は内部が空胴の円筒形状であり、ドリフトチューブ電極の対向面の円筒肉厚部で発生する電界により荷電粒子は加速エネルギーを付与され、加速された荷電粒子ビームはドリフトチューブ電極内部を通過する。   An H-mode drift tube linear accelerator (DTL) is induced in a resonator by arranging a plurality of drift tube electrodes in a resonator (sometimes serving as a vacuum vessel) that generates an electromagnetic field. An accelerating electric field is generated between adjacent drift tube electrodes (hereinafter referred to as a gap) by a magnetic field to accelerate charged particles. The drift tube electrode has a hollow cylindrical shape inside, and the charged particles are given acceleration energy by the electric field generated at the cylindrical thick part on the opposite surface of the drift tube electrode. Pass through.

高周波加速電界がギャップに発生するタイミングと、あるエネルギーを持った荷電粒子がギャップ部に現れるタイミングとを同期させることで、次々とギャップに発生する加速電界を効率よく荷電粒子エネルギーに付与して所定のエネルギーまで加速させるため、ドリフトチューブ電極中央から次のドリフトチューブ電極中央までの距離(これをセル長と呼ぶ)は、低エネルギー側から高エネルギー側にかけて、荷電粒子のエネルギーに応じて増加する。
運転周波数は共振器の共振周波数であり、全ての加速電界を完全に同位相で変化させるためには、セル長Lは、一般的には共振周波数に対応した波長の半整数倍に比例した値であることが必要である。セル長Lと共振周波数の関係を式(1)に示す。但し、ギャップでの粒子速度の変化分は無視し、その平均値をβsとする。λは共振周波数での波長であ
る。
By synchronizing the timing at which the high-frequency accelerating electric field is generated in the gap and the timing at which charged particles having a certain energy appear in the gap, the accelerating electric field generated one after another is efficiently applied to the charged particle energy. The distance from the center of the drift tube electrode to the center of the next drift tube electrode (referred to as the cell length) increases from the low energy side to the high energy side according to the energy of the charged particles.
The operating frequency is the resonant frequency of the resonator, and in order to change all the accelerating electric fields completely in the same phase, the cell length L is generally a value proportional to a half-integer multiple of the wavelength corresponding to the resonant frequency. It is necessary to be. The relationship between the cell length L and the resonance frequency is shown in Equation (1). However, the change in the particle velocity at the gap is ignored, and the average value is βs. λ is the wavelength at the resonance frequency.

Figure 0004869374
Figure 0004869374

加速軸と平行に運動する荷電粒子が、線形加速器の1セルを通過することによって得る運動エネルギーΔWは、式(2)により表される。
但し、式(2)で、Lはセル長,qは価数,gはギャップ長,Eはギャップに発生する平均電界強度,φは同期位相,Tはトランジットタイムファクターと呼ばれる荷電粒子がギャップを通過する間に、高周波電圧の位相が変化する効果を表す因子である。
The kinetic energy ΔW obtained by the charged particles moving in parallel with the acceleration axis passing through one cell of the linear accelerator is expressed by Equation (2).
However, in Equation (2), L is the cell length, q is the valence, g is the gap length, E g is the average electric field strength generated in the gap, φ S is the synchronous phase, and T is a charged particle called transit time factor. This is a factor representing the effect of changing the phase of the high-frequency voltage while passing through the gap.

Figure 0004869374
Figure 0004869374

ドリフトチューブ電極の配列設計は、まず、式(2)中のEg、すなわち加速電圧Vを設定する。一般的には、Eをあるセルでの電界集中をなくすためすべてのセルで同一にし、発生した電界を効率的に加速に使用する。ギャップ位置に応じた平均電界強度を許
容すると最大電界が放電防止の観点から制限されるので、他の箇所の平均電界強度が低くなってしまい、その結果加速エネルギーが全体として低下し、加速効率が悪化する。これを防止するためには平均電界強度をできるだけ均一にするのがよい。
平均電界強度が均一でもギャップ長が変化すれば両者の積で決まる電圧も変化するので、加速エネルギーに応じてギャップ長を増加させる傾斜型電圧分布を採用すれば、出射側でも加速エネルギー増加を高く維持でき、効率よく粒子を加速することができる。この場合、セル長とギャップ長は比例の関係となる。
In designing the arrangement of the drift tube electrodes, first, E g g in Equation (2), that is, the acceleration voltage V is set. In general, E g is made the same in all cells to eliminate electric field concentration in a certain cell, and the generated electric field is efficiently used for acceleration. If the average electric field strength according to the gap position is allowed, the maximum electric field is limited from the viewpoint of preventing discharge, so that the average electric field strength at other locations is lowered, resulting in a decrease in acceleration energy as a whole, and acceleration efficiency is reduced. Getting worse. In order to prevent this, it is preferable to make the average electric field strength as uniform as possible.
Even if the average electric field strength is uniform, if the gap length changes, the voltage determined by the product of both changes, so if the gradient voltage distribution that increases the gap length according to the acceleration energy is adopted, the acceleration energy increase is increased even on the output side. It can be maintained and the particles can be accelerated efficiently. In this case, the cell length and the gap length have a proportional relationship.

ここで、Eはキルパトリック放電限界を指標に決定する。真空中における電極の放電限界に関する研究が、1957年にキルパトリックによってなされ、キルパトリック放電限界と呼ばれる関係式が明らかにされている。すなわち、高周波電界による放電限界として、高周波周波数f(MHz)と放電限界E(MV/m)とは、式(3)のような関係式で表される。 Here, E g is determined using the kill-patrick discharge limit as an index. Research on the discharge limit of the electrode in vacuum was made by Kilpatrick in 1957, and the relational expression called the Kilpatrick discharge limit was clarified. That is, as the discharge limit due to the high-frequency electric field, the high-frequency frequency f (MHz) and the discharge limit E (MV / m) are expressed by a relational expression such as Expression (3).

Figure 0004869374
Figure 0004869374

実際には、キルパトリッック放電限界以上の電界が安定してかけられることも実証されている。これは、キルパトリック放電限界に関する式が1957年に出されたもので、当時の真空、電極表面などの技術が現在よりも低かったためであり、近年の技術進歩により明らかにされたものである。しかし、キルパトリック放電限界は、現在もEの程度を量る一つの基準となっている。 In fact, it has also been demonstrated that an electric field exceeding the limit of the kill-patrick discharge can be applied stably. This is because a formula relating to the limit of the kill-patrick discharge was issued in 1957, and the technology such as vacuum and electrode surface at that time was lower than that at present, and was clarified by recent technological progress. However, Kilpatrick discharge limit, has become one of the criteria weigh the extent of even the current E g.

以上に示すとおり、ドリフトチューブ電極配列は、ギャップに発生する電界分布を平均電界強度Eの矩形波形と仮定し、これにギャップ長を乗じて電圧を仮定し、(2)式に従い加速される荷電粒子のエネルギーを算出し、速度に換算して(1)式のセル長が決定される。
しかしながら、実際に問題となるドリフトチューブ電極での放電は、Eだけではなくドリフトチューブ電極での表面電界強度に依存するため、放電を防止するためにはドリフトチューブ電極形状と発生電圧とを2次元静電界解析等により検証する必要がある。
As shown above, the drift tube electrode array assumes the electric field distribution generated in the gap with a rectangular waveform of the average electric field strength E g, which assumes a voltage multiplied by the gap length to be accelerated in accordance with (2) The energy of the charged particles is calculated, converted into a velocity, and the cell length of equation (1) is determined.
However, since the discharge at the drift tube electrode which is actually a problem depends not only on Eg but also on the surface electric field strength at the drift tube electrode, the drift tube electrode shape and the generated voltage are set to 2 to prevent discharge. It is necessary to verify by dimensional electrostatic field analysis.

放電対策の一つとして、ドリフトチューブ電極は、すべての角で放電防止のためR面取り加工が施されている。このR面取り寸法は、放電の原因となる表面電界強度が放電基準値を超えないように設定する必要がある。   As one of the measures against electric discharge, the drift tube electrode is subjected to R chamfering at all corners to prevent electric discharge. The R chamfer dimension needs to be set so that the surface electric field intensity causing the discharge does not exceed the discharge reference value.

ドリフトチューブ電極の形状に関する従来の技術としては、例えば、Hモード・ドリフトチューブ線形加速器において、入射部のドリフトチューブの外径を大きくすること、入射部のドリフトチューブの内径を小さくすること、及び入射部のドリフトチューブの曲率半径を小さくすることの何れかによって、あるいはそれら何れかの組み合わせによって、入射部のドリフトチューブ間の容量を増やし、それによって入射部の最初の数個のギャップ電圧を上げる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、ドリフトチューブ間に発生する加速電界に寄与しない電界を削減するため、ドリフトチューブ端部での肉厚を縮小させ、断面形状を等脚台形に近い形状として、加速電界が発生するドリフトチューブ面を小さくしたドリフトチューブ型ライナックが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
Examples of conventional techniques related to the shape of the drift tube electrode include, for example, increasing the outer diameter of the drift tube at the incident portion, decreasing the inner diameter of the drift tube at the incident portion, and incident in an H-mode drift tube linear accelerator. A technology that increases the capacitance between the drift tubes of the incident part, either by reducing the radius of curvature of the drift tube of the part, or any combination thereof, thereby increasing the first few gap voltages of the incident part Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
In addition, to reduce the electric field that does not contribute to the accelerating electric field generated between the drift tubes, the drift tube surface where the accelerating electric field is generated is reduced by reducing the thickness at the end of the drift tube and making the cross-sectional shape close to an isosceles trapezoid. Has disclosed a drift tube type linac (see, for example, Patent Document 2).

特開2006−351233号公報(第6頁、図5)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-351233 (page 6, FIG. 5) 特開平11−121199号公報(第2頁、図12)Japanese Patent Laid-Open No. 11-121199 (2nd page, FIG. 12)

特許文献1に示すHモード・ドリフトチューブ線形加速器は、ドリフトチューブの形状
を上記のようにすることで、入射部の最初の数個のギャップ電圧を上げるようにしたものであり、また、特許文献2に示すドリフトチューブ型ライナックは、上記のような形状を採用して、加速電界の形成に寄与しない電界を減らして、電力効率の向上を図ったものである。いずれも、電極端部での放電を防止するために電極端部にはR面取り加工が施されているものの、積極的に表面電界強度を下げるような配慮はなされていない。
このようなHモード型ドリフトチューブ線形加速器にあっては、セル長、及びギャップ長が荷電粒子のエネルギーに応じて増加すると、本来はギャップ中央にて最大となる電界分布が、ギャップ内で粗密が発生することで、ギャップ中央よりもドリフトチューブ電極端部近傍において最大となる電界分布となり、その結果、ギャップで得られる加速エネルギー利得は同じでも、ドリフトチューブ電極端部での表面電界強度が増加し、放電限界の基準値を超えてしまい、放電に至る場合があるという問題点があった。
The H-mode drift tube linear accelerator shown in Patent Document 1 is designed to increase the first few gap voltages of the incident part by making the shape of the drift tube as described above. The drift tube type linac shown in FIG. 2 adopts the above-described shape to reduce the electric field that does not contribute to the formation of the acceleration electric field, thereby improving the power efficiency. In either case, in order to prevent discharge at the electrode end, the electrode end is subjected to R chamfering, but no consideration is given to actively reducing the surface electric field strength.
In such an H-mode type drift tube linear accelerator, when the cell length and the gap length increase in accordance with the energy of the charged particles, the electric field distribution that is originally the maximum at the center of the gap becomes coarse and dense in the gap. As a result, the electric field distribution is maximized near the end of the drift tube electrode rather than the center of the gap, and as a result, the surface electric field strength at the end of the drift tube electrode increases even though the acceleration energy gain obtained in the gap is the same. There is a problem in that the discharge limit may be exceeded, leading to discharge.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ドリフトチューブ間に発生する高周波加速電界強度を維持したまま、放電の原因となるドリフトチューブ電極の表面電界強度をできるだけ低減し、安定した状態で運転することができるHモード型ドリフトチューブ線形加速器を得ることを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the surface electric field strength of the drift tube electrode that causes discharge as much as possible while maintaining the high-frequency acceleration electric field strength generated between the drift tubes. And it aims at obtaining the H mode type drift tube linear accelerator which can be operated in the stable state.

この発明に係るHモード型ドリフトチューブ線形加速器は、TEモードを励起する共振器内の加速軸上に、ステムに支持された複数個の円筒形状のドリフトチューブ電極が所定のギャップを空けて配列され、ドリフトチューブ電極間に電界を発生させることにより荷電粒子ビームを加速するHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、ドリフトチューブ電極は、端面の外径側と内径側の角部にR面取りが施され、電界分布が、ギャップ部の中央部の両側にピークを有する2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置するドリフトチューブ電極端部の外径側のR面取りは、内径側のR面取りよりも大きな曲率半径を有し、内径側のR面取りの終端部と外径側のR面取りの終端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部が形成されているものである。   In the H-mode type drift tube linear accelerator according to the present invention, a plurality of cylindrical drift tube electrodes supported by a stem are arranged with a predetermined gap on an acceleration axis in a resonator for exciting a TE mode. In the H-mode drift tube linear accelerator that accelerates the charged particle beam by generating an electric field between the drift tube electrodes, the drift tube electrode is subjected to R chamfering on the outer diameter side and the inner diameter side of the end face, The R chamfer on the outer diameter side of the drift tube electrode end located at both ends of the gap portion having a double-crested electric field distribution having a peak on both sides of the center portion of the gap portion is more than the R chamfer on the inner diameter side. Has a large radius of curvature, and the drift tube thick part where the R chamfer end on the inner diameter side and the R chamfer end on the outer diameter side are smoothly connected It is those that have been made.

この発明のHモード型ドリフトチューブ線形加速器によれば、2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置するドリフトチューブ電極端部の外径側のR面取りは、内径側のR面取りよりも大きな曲率半径を有し、内径側のR面取りの終端部と外径側のR面取りの終端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部を形成したので、ギャップ内での電界分布が、ギャップ中央よりもドリフトチューブ電極端部近傍で最大となりドリフトチューブ電極の表面電界強度が増加するようなギャップが広い領域でも、電極部での放電を抑制でき、安定した状態で運転できるHモード型ドリフトチューブ線形加速器を得ることができる。   According to the H-mode drift tube linear accelerator of the present invention, the R chamfer on the outer diameter side of the end portion of the drift tube electrode located at both ends of the gap portion having the electric field distribution having a two-peak shape is more than the R chamfer on the inner diameter side. The drift tube thick part has a large radius of curvature and the end part of the R chamfer on the inner diameter side and the end part of the R chamfer on the outer diameter side are smoothly connected, so the electric field distribution in the gap H-mode drift tube that can suppress discharge at the electrode part and operate in a stable state even in a wide gap where the surface electric field strength of the drift tube electrode increases and becomes greater near the end of the drift tube electrode than the center. A linear accelerator can be obtained.

この発明の実施の形態1によるHモード型ドリフトチューブ線形加速器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the H mode type drift tube linear accelerator by Embodiment 1 of this invention. 図1に使用するドリフトチューブ電極のうち、出射側の2体のドリフトチューブ電極を示す断面図である。It is sectional drawing which shows two drift tube electrodes of the output side among the drift tube electrodes used for FIG. 図1に使用するドリフトチューブ電極のうち、図2で示す電極以外のドリフトチューブ電極を示す断面図である。It is sectional drawing which shows drift tube electrodes other than the electrode shown in FIG. 2 among the drift tube electrodes used for FIG. 図1のHモード型ドリフトチューブ線形加速器の加速電界分布図である。It is an acceleration electric field distribution map of the H mode type drift tube linear accelerator of FIG. 図1のHモード型ドリフトチューブ線形加速器のドリフトチューブ電極での表面電界強度を示す図である。It is a figure which shows the surface electric field strength in the drift tube electrode of the H mode type drift tube linear accelerator of FIG. この発明の実施の形態1によるHモード型ドリフトチューブ線形加速器のドリフトチューブ電極の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the drift tube electrode of the H mode type drift tube linear accelerator by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるHモード型ドリフトチューブ線形加速器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the H mode type drift tube linear accelerator by Embodiment 2 of this invention. 図7のHモード型ドリフトチューブ線形加速器の加速電界分布図である。It is an acceleration electric field distribution map of the H mode type drift tube linear accelerator of FIG.

実施の形態1.
以下、図に基づいて説明する。先ず、図1により実施の形態1によるHモード型ドリフトチューブ線形加速器の構成から説明する。図は、Hモード型ドリフトチューブ線形加速器のひとつであるIH(Interdigital-H)型線形加速器を示す断面図である。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a description will be given based on the drawings. First, the configuration of the H-mode drift tube linear accelerator according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The figure is a sectional view showing an IH (Interdigital-H) type linear accelerator which is one of H-mode type drift tube linear accelerators.

電磁界モードを発生させるための共振器1(ときに真空容器を兼ねる)の内部に、荷電粒子を加速する為のドリフトチューブ電極2a〜2eが、低エネルギー側である入射側3から高エネルギー側である出射側4に向けて、加速軸5の軸方向に複数個配列されて、セルごとに交互に共振器1から伸びるステム6により支持され、所定のギャップ7を空けて加速軸5上に設置固定されている。また、共振器1の入射側3には入射側エンドドリフトチューブ8aが、出射側4には出射側エンドドリフトチューブ8bが、同様に加速軸5上に配置されて固定されている。なお、電極の個数は一例を示すものであり、本図に限定するものではない。
ギャップ7の間隔は、入射側3から出射側4へ向けて、順次広くなっており、また、各ドリフトチューブ電極2a〜2eの電極長も順次長くなっている。すなわち、セル長が出射側4に向けて順次増加させた傾斜型電圧分布を採用した場合を示している。
Drift tube electrodes 2a to 2e for accelerating charged particles are placed in a resonator 1 for generating an electromagnetic field mode (sometimes also serving as a vacuum vessel) from an incident side 3 which is a low energy side to a high energy side. Are arranged in the axial direction of the acceleration shaft 5 toward the emission side 4, and are supported by stems 6 extending alternately from the resonator 1 for each cell, with a predetermined gap 7 on the acceleration shaft 5. Installation is fixed. Further, an incident side end drift tube 8 a is arranged on the incident side 3 of the resonator 1, and an emission side end drift tube 8 b is arranged and fixed on the acceleration shaft 5 in the same manner. Note that the number of electrodes is an example, and is not limited to this figure.
The gap 7 is gradually widened from the incident side 3 toward the emission side 4, and the electrode lengths of the drift tube electrodes 2a to 2e are also gradually increased. That is, the case where the gradient voltage distribution in which the cell length is sequentially increased toward the emission side 4 is employed is shown.

本実施の形態のドリフトチューブ電極は、詳細は後述するが、電極部での放電を抑制するために、出射側エンドドリフトチューブ8bに隣接しそれと対向してギャップを形成するドリフトチューブ電極2eと、このドリフトチューブ電極2eと対をなすドリフトチューブ電極2dの2体の形状が、他のドリフトチューブ電極2a〜2cの形状と異なるようにした点に特徴を有するものである。以下、これらの電極形状の特徴を図に基づいて説明する。   The drift tube electrode of the present embodiment will be described in detail later, but in order to suppress discharge at the electrode portion, a drift tube electrode 2e that is adjacent to and faces the emission side end drift tube 8b and forms a gap; The drift tube electrode 2d that forms a pair with the drift tube electrode 2e is characterized in that the shape of the two bodies is different from the shapes of the other drift tube electrodes 2a to 2c. Hereinafter, the characteristics of these electrode shapes will be described with reference to the drawings.

図2は、ドリフトチューブ電極2d,2eの2体の電極形状示す断面図である。端部の形状を説明するのが目的なので、長さ方向は縮小して図示している。
ビームが通過する口径であるドリフトチューブ電極の内径dと、ギャップに発生するキャパシタンスを決定する肉厚Tとから、ドリフトチューブ電極の外径Dが決められている。
端面の外径側と内径側の角部には、放電を抑えるためR面取りが施されている。以下の説明では、ドリフトチューブ電極の内径側のR面取りの曲率半径を内径側R面取り寸法と呼び、外径側のR面取りの曲率半径を外径側R面取り寸法と呼ぶことにする。
また、「端面」とはドリフトチューブ側面に対する呼称とし、端面の角部にR面取りが施された部分を総称して「端部」と呼ぶことにする。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing two electrode shapes of the drift tube electrodes 2d and 2e. Since the purpose is to explain the shape of the end, the length direction is shown in a reduced scale.
The outer diameter D of the drift tube electrode is determined from the inner diameter d of the drift tube electrode, which is the aperture through which the beam passes, and the thickness T that determines the capacitance generated in the gap.
The corners on the outer diameter side and inner diameter side of the end face are rounded to prevent discharge. In the following description, the radius of curvature of the R chamfer on the inner diameter side of the drift tube electrode is referred to as the inner diameter side R chamfer dimension, and the radius of curvature of the R chamfer on the outer diameter side is referred to as the outer diameter side R chamfer dimension.
In addition, the “end face” is a name for the side surface of the drift tube, and the portions where the corners of the end face are chamfered are collectively referred to as the “end part”.

内径側R面取り寸法rは、加速軸方向の電界強度を不必要に小さくしないように可能な限り小さい値とし、かつ、全てのドリフトチューブ電極で同一としている。
一方、外径側R面取り寸法R1は、内径側R面取り寸法rより大きな値とし、内径側の
R面取り終端から連続してなめらかにドリフトチューブ電極外径まで繋がった形状となっている。更に、具体的に説明すれば、内径dの面から連続して、内径側R面取りを曲率半径rで90度の範囲に形成し、それに連続して外径側R面取りを曲率半径R1で90度の範囲に形成し、その終端部を外径Dの面となめらかに連続させた「ドリフトチューブ肉厚部」とする。両曲率半径の中心点は、加速軸5に平行な軸線9上にある。
但し、図2はベストモードを示すものであり、内径側R面取りと外径側R面取りの接続部は、加工性等を考慮して、加速軸5に垂直な直線部(平面部)を多少設けてもよいが、可能な限り直線部を少なくして、なめらかな連続面とするのが望ましい。
The inner diameter side R chamfer dimension r is as small as possible so as not to unnecessarily reduce the electric field strength in the acceleration axis direction, and is the same for all the drift tube electrodes.
On the other hand, the outer diameter side R chamfer dimension R1 is set to a value larger than the inner diameter side R chamfer dimension r, and has a shape that is continuously and smoothly connected from the inner diameter side R chamfering end to the outer diameter of the drift tube electrode. More specifically, the inner diameter side R chamfer is formed in a range of 90 degrees with a radius of curvature r continuously from the surface of the inner diameter d, and the outer diameter side R chamfer is continuously set to 90 with a radius of curvature R1. The “drift tube thick portion” is formed in a range of degrees, and its end portion is smoothly continuous with the surface of the outer diameter D. The center point of both radii of curvature is on an axis 9 parallel to the acceleration axis 5.
However, FIG. 2 shows the best mode, and the connecting portion between the inner diameter side R chamfer and the outer diameter side R chamfer has a straight line portion (plane portion) perpendicular to the acceleration shaft 5 in consideration of workability and the like. Although it may be provided, it is desirable to provide a smooth continuous surface with as few straight portions as possible.

図3は、上記図2で説明した出射側の2体のドリフトチューブ電極2d,2e以外のドリフトチューブ電極2a〜2c,8a、8bの電極形状を示す断面図である。
内径d,肉厚T,及び外径Dは、図2と同様である。すべての角には放電を抑えるためR面取りが施されており、先に説明したように、内径側のR面取り寸法rは、図2のドリフトチューブ電極2d,2eと同じであって、可能な限り小さくし形成されている。
一方、外径側R面取り寸法R2は、内径側R面取り寸法rより大きいが、R面取り部での表面電界強度が放電限界基準以下であればよいため、図2のドリフトチューブ電極の外径側R面取り寸法R1より小さくし、内径側R面取り終端部と外径側R面取り終端部との間には、加速軸5に垂直な直線肉厚部10が存在する。具体的な寸法は後述する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing electrode shapes of the drift tube electrodes 2a to 2c, 8a and 8b other than the two drift tube electrodes 2d and 2e on the emission side described in FIG.
The inner diameter d, the wall thickness T, and the outer diameter D are the same as in FIG. All corners are R chamfered to suppress discharge, and as described above, the R chamfer dimension r on the inner diameter side is the same as the drift tube electrodes 2d and 2e in FIG. It is made as small as possible.
On the other hand, the outer diameter side R chamfering dimension R2 is larger than the inner diameter side R chamfering dimension r, but the surface electric field strength at the R chamfered portion only needs to be equal to or less than the discharge limit standard. A straight thick portion 10 perpendicular to the acceleration shaft 5 exists between the inner diameter side R chamfering end portion and the outer diameter side R chamfering end portion, which is smaller than the R chamfer dimension R1. Specific dimensions will be described later.

ここで、加速器1の空胴全体はLC共振回路と等価であり、磁界が発生する領域の加速器1の空胴内のインダクタンスL、主にギャップでのキャパシタンスCと等価とすると、共振器1の共振周波数Fは式(4)のように表すことができる。   Here, the entire cavity of the accelerator 1 is equivalent to the LC resonance circuit, and if it is equivalent to the inductance L in the cavity of the accelerator 1 in the region where the magnetic field is generated, mainly equivalent to the capacitance C in the gap, The resonance frequency F can be expressed as in Equation (4).

Figure 0004869374
Figure 0004869374

ドリフトチューブ電極は内部が空胴の円筒形状であり、肉厚部によりキャパシタンスは決定される。ギャップ容量Cは、ギャップ長gとドリフトチューブ電極肉厚実効断面積Sを用いてC∝S/gのように表すことができる。したがって、ドリフトチューブ電極肉厚部の寸法を小さくすると、キャパシタンスCが比例して小さくなり、一定の共振周波数を得るためには磁界が発生する領域、つまり共振器の径を大きくする必要がある。また、肉厚部が薄くなると、放電に関係する表面電界強度が格段に大きくなってくる。
そこで、表面電界強度が放電基準値を超えないようにするために、ドリフトチューブ電極の肉厚寸法を、少なくとも内径側R面取り寸法rの2倍より大きくし、更に、表面電界強度が高くなるギャップ部においては、電極端部形状を図2に示すような形状にするものである。
The drift tube electrode has a hollow cylindrical shape inside, and the capacitance is determined by the thick portion. The gap capacity C can be expressed as C∝S / g using the gap length g and the drift tube electrode thickness effective sectional area S. Accordingly, when the dimension of the thick portion of the drift tube electrode is reduced, the capacitance C is reduced proportionally, and in order to obtain a constant resonance frequency, it is necessary to increase the region where the magnetic field is generated, that is, the diameter of the resonator. Further, when the thick portion is reduced, the surface electric field strength related to the discharge is remarkably increased.
Therefore, in order to prevent the surface electric field strength from exceeding the discharge reference value, the thickness of the drift tube electrode is set to be larger than at least twice the inner diameter side R chamfering dimension r, and the gap where the surface electric field strength is increased. In the portion, the shape of the electrode end is as shown in FIG.

次に、動作について説明する。
ここで、図1の構成において、図2及び図3のドリフトチューブ電極の各部の寸法は、一例として次の通りとする。
セル数6、ドリフトチューブ電極の内径d=14mm,外径D=36mm,内径側R面取り寸法r=2mmとし、外径側R面取り寸法は、図2に示すドリフトチューブ電極2d,2eについてはR1=9mm,図3に示すドリフトチューブ電極2a〜2c,8a,8bについてはR2=5mmとする。
また、同期位相は−30度で一定とし、電界強度はキルパトリック放電限界の1.6倍で各セル一定とし、電圧は荷電粒子エネルギーに応じて増加する傾斜型電圧分布とする。
Next, the operation will be described.
Here, in the configuration of FIG. 1, the dimensions of each part of the drift tube electrode of FIGS. 2 and 3 are as follows as an example.
The number of cells is 6, the inner diameter d of the drift tube electrode is 14 mm, the outer diameter D is 36 mm, the inner diameter side R chamfer dimension r is 2 mm, and the outer diameter side R chamfer dimension is R1 for the drift tube electrodes 2d and 2e shown in FIG. = 9 mm, R2 = 5 mm for the drift tube electrodes 2a to 2c, 8a and 8b shown in FIG.
The synchronous phase is constant at −30 degrees, the electric field strength is 1.6 times the kill-patrick discharge limit, each cell is constant, and the voltage is a gradient voltage distribution that increases according to the charged particle energy.

図4は、上記のような条件における、Hモード型ドリフトチューブ線形加速器に発生する加速電界分布を示す図である。実施の形態1による加速電界分布を「本発明」として実線で示し、「比較例」として、全てのドリフトチューブ電極を図3の形状(r=2mm、R2=5mm)とした場合を破線で示している。
ここで、縦軸の加速電界強度は、加速軸方向をZ軸、ステム方向をY軸、これらと直交する方向をX軸としたとき、各電界成分Ex,Ey,Ezから求められるEmod=√(Ex+Ey+Ez)のことである。また、横軸は共振器の加速軸方向Zを示している。各ギャップに対応する部分に山形の波形が現れている。
FIG. 4 is a view showing an acceleration electric field distribution generated in the H-mode drift tube linear accelerator under the above-described conditions. The acceleration electric field distribution according to the first embodiment is indicated by a solid line as “present invention”, and as a “comparative example”, the case where all the drift tube electrodes have the shape of FIG. 3 (r = 2 mm, R2 = 5 mm) is indicated by a broken line. ing.
Here, the accelerating electric field strength on the vertical axis represents Emod = √ obtained from each electric field component Ex, Ey, Ez, where the acceleration axis direction is the Z axis, the stem direction is the Y axis, and the direction orthogonal thereto is the X axis. It means (Ex 2 + Ey 2 + Ez 2 ). The horizontal axis indicates the acceleration axis direction Z of the resonator. A chevron waveform appears in the portion corresponding to each gap.

図4に示すように、出射側に近づくにつれて荷電粒子のエネルギーが増大することで、ギャップ距離も増大しているので、A部に示すように単純な山形であったギャップ電界分布が、B部のようにギャップ中央部で谷が発生する2山形状に変化する。このため、仮に、電界分布をギャップ区間にて積分して得られる電圧が、山形状の場合と2山状の場合とで同一であっても(すなわち、荷電粒子に付与されるエネルギー利得が同じであっても)、ギャップを形成するドリフトチューブ電極表面で発生する「表面」電界強度は、山形状の場合と2山状の場合とでは異なることになる。
なお、入射側3の最初のギャップに発生する電界強度E1と、出射側の最後のギャップに発生する電界強度E6は、共振器1に発生する磁界が共振器端では加速軸5方向だけではなく共振器1を回りこむ方向にも発生するため、この影響により他のセルに比べ減少している。
As shown in FIG. 4, the energy of the charged particles increases as it approaches the emission side, so that the gap distance is also increased. As shown, the shape changes to a two-crested shape in which a valley is generated at the center of the gap. For this reason, even if the voltage obtained by integrating the electric field distribution in the gap section is the same in the case of the mountain shape and the case of the two mountain shapes (that is, the energy gain given to the charged particles is the same) Even so, the “surface” field strength generated at the surface of the drift tube electrode forming the gap will be different for the ridge shape and the two ridge shape.
The electric field intensity E1 generated in the first gap on the incident side 3 and the electric field intensity E6 generated in the last gap on the emission side are not limited to the direction of the acceleration axis 5 at the resonator end. Since it also occurs in the direction around the resonator 1, it is reduced compared to other cells due to this influence.

図4から分かるように、出射側エンドドリフトチューブ8bを除く出射側にある2体のドリフトチューブ電極2d,2eにより形成されるギャップ部において、電界分布が2山となっている。この2山形状の電界分布が発生するギャップを形成するドリフトチューブ電極2d,2eに、図2のような電極形状を採用したことにより、この部分では破線で示す比較例より実線で示す本発明の方が、ドリフトチューブ電極端部近傍での電界強度のピーク値とギャップ中央部での電界強度の谷部との差が縮まり、且つ、ピーク値も低くなっている。しかし、先に説明したように、電界分布をギャップ長に渡り距離で積分した値である電圧は一定であり、荷電粒子が付与されるエネルギーに変化はない。   As can be seen from FIG. 4, the electric field distribution has two peaks in the gap formed by the two drift tube electrodes 2d and 2e on the exit side excluding the exit end drift tube 8b. By adopting the electrode shape as shown in FIG. 2 for the drift tube electrodes 2d and 2e forming the gap in which the electric field distribution having the two mountain shape is generated, in this part, the solid line is shown in comparison with the comparative example shown by the broken line. However, the difference between the peak value of the electric field intensity near the end of the drift tube electrode and the valley part of the electric field intensity at the center of the gap is reduced, and the peak value is also low. However, as described above, the voltage, which is a value obtained by integrating the electric field distribution over the gap length by the distance, is constant, and there is no change in the energy to which the charged particles are applied.

比較例のように、山と谷の差が大きく、電界強度のピーク値が高くなった場合は、表面電界強度が基準値を超えてしまい、ギャップ間で放電が発生するという問題が発生するが、本実施の形態のような電極形状を採用することで、電極端部近傍での電界強度のピーク値を放電基準値以下に押さえることが可能となる。   As in the comparative example, when the difference between the peaks and valleys is large and the peak value of the electric field strength is high, the surface electric field strength exceeds the reference value, and there is a problem that discharge occurs between the gaps. By adopting the electrode shape as in this embodiment, the peak value of the electric field strength in the vicinity of the electrode end can be kept below the discharge reference value.

図5は、ドリフトチューブ電極の表面電界強度を放電基準電界値と比較した図であり、図4同様に「本発明」と、「比較例」とを対比して表している。
出射側4に設置した2体のドリフトチューブ電極2d、2e(電極番号5,6)の外径側R面取り寸法R1が、他のドリフトチューブ電極(2a〜2c,8a、8b)に比べ大きくなったことにより、ドリフトチューブ電極肉厚部の実効断面積が減少し、Hモード型ドリフトチューブ線形加速器全体で見ると、高エネルギー側である出射側4でのキャパシタンスが減少する。そのため、(4)式に従い高エネルギー側での共振器径をCの減少分だけ増加させて適切に変更することにより、各ギャップに発生する電界強度を均一化した結果、高エネルギー側2体以外のドリフトチューブ電極(電極番号1〜4)での表面電界強度は多少増加するものの、高エネルギー側に設置されたドリフトチューブ電極(電極番号5〜7)での表面電界強度は低下し、いずれも放電基準値以下になっている。
FIG. 5 is a diagram in which the surface electric field strength of the drift tube electrode is compared with the discharge reference electric field value, and the “present invention” is compared with the “comparative example” in the same manner as in FIG. 4.
The outer diameter side R chamfer dimension R1 of the two drift tube electrodes 2d and 2e (electrode numbers 5 and 6) installed on the emission side 4 is larger than the other drift tube electrodes (2a to 2c, 8a and 8b). As a result, the effective cross-sectional area of the thick portion of the drift tube electrode is reduced, and the capacitance on the exit side 4, which is the high energy side, is reduced when viewed as a whole in the H-mode type drift tube linear accelerator. Therefore, as a result of equalizing the electric field strength generated in each gap by increasing the resonator diameter on the high energy side by an amount corresponding to the decrease of C according to the equation (4), the result is that other than the two bodies on the high energy side Although the surface electric field strength at the drift tube electrodes (electrode numbers 1 to 4) slightly increases, the surface electric field strength at the drift tube electrodes (electrode numbers 5 to 7) installed on the high energy side decreases. It is below the discharge reference value.

ここで、低エネルギー側に設置されたドリフトチューブ電極(電極番号1〜4)の表面電界強度は、ギャップ長が短いので、図4で見たように2山ではなく山形の電界分布が発生するため、図5に示すように、もともと放電基準値より低く、高エネルギー側に設置さ
れた2体のドリフトチューブ電極2d、2e(電極番号5,6)による影響は小さく問題は無い。
Here, the surface electric field strength of the drift tube electrodes (electrode numbers 1 to 4) installed on the low energy side has a short gap length, so that an electric field distribution in a mountain shape is generated instead of two peaks as seen in FIG. Therefore, as shown in FIG. 5, the influence of the two drift tube electrodes 2d and 2e (electrode numbers 5 and 6) originally lower than the discharge reference value and installed on the high energy side is small and causes no problem.

なお、上記の説明では、出射側エンドドリフトチューブ電極8bに隣接するドリフトチューブ電極2e、及びそれと対をなすドリフトチューブ電極2dの2体のみの電極形状を図2のような他と異なる形状にしたが、この2体に限定することなく、セル長が荷電粒子のエネルギーに応じて長くなった為に電界分布が2山になり表面電界強度が増加する複数のドリフトチューブ電極に対して、図2に示すドリフトチューブ電極を適用するように構成してもよい。   In the above description, only two electrode shapes, the drift tube electrode 2e adjacent to the emission side end drift tube electrode 8b and the drift tube electrode 2d paired with the drift tube electrode 2e, are made different from those shown in FIG. However, the present invention is not limited to these two bodies, but for a plurality of drift tube electrodes in which the electric field distribution becomes two peaks and the surface electric field strength increases because the cell length becomes longer according to the energy of the charged particles. You may comprise so that the drift tube electrode shown to may be applied.

また、2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置するドリフトチューブ電極端部は、互いに同形状で、図3のようなドリフトチューブ肉厚部とするが、電界分布が2山となるギャップを形成するドリフトチューブ電極であっても、一方の電極面のみが放電限界を超すような場合であれば、図6に示すような電極形状としてもよい。すなわち、ドリフトチューブ電極面が両側で異なる形状をした、図2と図3の複合型のドリフトチューブ電極である。
図6において、表面電界強度の高い側(通常は高エネルギー側)に面する電極端部形状は、図2の場合と同様に、内径側R面取り終端部とそれより曲率半径の大きい外径側R面取り終端部とが連続的につながった曲面状のドリフトチューブ肉厚部をもつ形状とし、表面電界強度の低い側(通常は低エネルギー側)に面する電極端部形状は図3と同様としたものである。これにより、表面電界強度を削減する効果に加え、ドリフトチューブ間に発生するキャパシタンスを実質的に不必要に減少する事が無く、キャパシタンスを調整するための共振器径の変更も少なくてすむという効果が得られる。
Further, the drift tube electrode end portions located at both ends of the gap portion having the electric field distribution having a two-crest shape are the same shape and have a thick drift tube as shown in FIG. 3, but the electric field distribution becomes two peaks. Even if it is a drift tube electrode which forms a gap, as long as only one electrode surface exceeds the discharge limit, the electrode shape as shown in FIG. 6 may be used. That is, the drift tube electrode is a composite type drift tube electrode as shown in FIGS.
In FIG. 6, the shape of the electrode end facing the side where the surface electric field strength is high (usually the high energy side) is the inner diameter side R chamfer end portion and the outer diameter side having a larger curvature radius than that in FIG. The shape of the electrode end facing the side where the surface electric field strength is low (usually the low energy side) is the same as in FIG. It is a thing. As a result, in addition to the effect of reducing the surface electric field strength, the capacitance generated between the drift tubes is not substantially reduced unnecessarily, and the change of the resonator diameter for adjusting the capacitance can be reduced. Is obtained.

以上のように、実施の形態1のHモード型ドリフトチューブ線形加速器によれば、ドリフトチューブ電極は、端面の外径側と内径側の角部にR面取りが施され、電界分布が、ギャップ部の中央部の両側にピークを有する2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置するドリフトチューブ電極端部の外径側のR面取りは、内径側のR面取りよりも大きな曲率半径を有し、内径側のR面取りの終端部と外径側のR面取りの終端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部を形成したので、ギャップでの電界分布がギャップ中央よりもドリフトチューブ電極近傍で最大になりドリフトチューブ電極での表面電界強度が増加するような場合でも、電極部での放電を抑制でき、安定した状態で運転することができるHモード型ドリフトチューブ線形加速器を提供できる。   As described above, according to the H-mode type drift tube linear accelerator of the first embodiment, the drift tube electrode has R chamfering on the outer diameter side and the inner diameter side of the end face, and the electric field distribution is the gap portion. The R chamfer on the outer diameter side of the end portion of the drift tube electrode located at both ends of the gap portion having the electric field distribution of two peaks having peaks on both sides of the central portion of the center portion has a larger radius of curvature than the R chamfer on the inner diameter side In addition, the drift tube thick part is formed in which the end part of the R chamfer on the inner diameter side and the end part of the R chamfer on the outer diameter side are smoothly connected, so the electric field distribution in the gap is closer to the drift tube electrode than in the center of the gap. Even if the surface electric field strength at the drift tube electrode increases and the discharge at the electrode section can be suppressed, the H-mode drift can be operated in a stable state. It can provide over blanking linear accelerator.

また、ギャップ部の中央部の両側にピークを有する2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置するドリフトチューブ電極端部は、互いに同じ形状のドリフトチューブ肉厚部としたので、電界分布が2山となるギャップを形成するドリフトチューブ電極であっても、片方の電極端部の表面電界強度が放電限界を超えない場合には、その片側の端部形状を他の電極に合わせることで、ドリフトチューブ間に発生するキャパシタンスを実質的に不必要に減少する事が無く、キャパシタンスを調整するための共振器径の変更が少なくてすむ。   In addition, since the drift tube electrode end portions located at both ends of the gap portion having the two-peak electric field distribution having peaks on both sides of the central portion of the gap portion are the drift tube thick portions having the same shape, the electric field distribution Even if it is a drift tube electrode that forms a gap with two peaks, if the surface electric field strength at one end of the electrode does not exceed the discharge limit, the shape of the end on one side can be adjusted to that of the other electrode. The capacitance generated between the drift tubes is not substantially unnecessarily reduced, and the change in the resonator diameter for adjusting the capacitance can be reduced.

また、内径側のR面取りの終端部と外径側のR面取りの終端部との接続面は、平面部を持たずに連続して繋がった曲面としたので、荷電粒子に付与するエネルギーを低減することなく、表面電界強度を効果的に低減することができる。   In addition, the connecting surface between the R chamfering end on the inner diameter side and the R chamfering end on the outer diameter side is a curved surface that is continuously connected without having a flat portion, so that energy applied to charged particles is reduced. Thus, the surface electric field strength can be effectively reduced.

更に、内径側のR面取りの終端部と外径側のR面取りの終端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部が形成されたドリフトチューブ電極は、出射側のエンドドリフトチューブ電極に隣接するドリフトチューブ電極、及びそのドリフトチューブ電極と対をなすドリフトチューブ電極としたので、特に、傾斜型電圧分布を採用したHモード型ドリフ
トチューブ線形加速器の場合に、電界分布が2山形状になることに起因する表面電界強度の増加を効果的に抑制でき、安定した状態で運転することができる。
Furthermore, the drift tube electrode formed with the thick drift tube portion in which the end portion of the R chamfer on the inner diameter side and the end portion of the R chamfer on the outer diameter side are smoothly connected is adjacent to the end drift tube electrode on the output side. Since the drift tube electrode and the drift tube electrode paired with the drift tube electrode are used, the electric field distribution has a two-peak shape particularly in the case of an H-mode drift tube linear accelerator employing a gradient voltage distribution. The resulting increase in surface electric field strength can be effectively suppressed, and operation can be performed in a stable state.

実施の形態2.
図7は、実施の形態2によるIH型線形加速器を示す断面図である。図1と同等部分は同一符号で示し説明は省略して、相違点を中心に説明する。
本実施の形態の共振器は、ビーム軸成分の収束方式としてAPF法を採用した共振器の場合を示している。実施の形態1の場合のセル長は、出射側に向けて順次増加させた傾斜型電圧分布となっていたが、APF法では、同期位相の符号を数セル周期で振動的に変化させているので、数セル周期でセル長は増加するものの、隣り合うセル長は必ずしも荷電粒子のエネルギーに応じて増加しない。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing an IH type linear accelerator according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
The resonator according to the present embodiment is a resonator that employs the APF method as a beam axis component convergence method. In the first embodiment, the cell length is a gradient voltage distribution that is sequentially increased toward the emission side. However, in the APF method, the sign of the synchronization phase is oscillatingly changed in several cell cycles. Therefore, although the cell length increases in a period of several cells, the adjacent cell length does not necessarily increase according to the energy of the charged particles.

そこで、本実施の形態では、加速軸5の軸方向に見て、最初のギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極に、実施の形態1で説明した図2のドリフトチューブ電極を適用するものである。図7の場合では、ドリフトチューブ電極2c,2dがその電極に該当し、その端部形状を、内径側のR面取り端部と外径側のR面取り端部とが平面部を持たずに連続して滑らかに繋がった曲面のドリフトチューブ肉厚部としている。それ以外のドリフトチューブ電極(2a,2b,2e,8a,8b)の端部形状は、実施の形態1の図3のようになっている。   Therefore, in the present embodiment, the pair of drift tube electrodes forming the longest gap length excluding the first gap as viewed in the axial direction of the acceleration shaft 5 is used as shown in FIG. 2 described in the first embodiment. A drift tube electrode is applied. In the case of FIG. 7, the drift tube electrodes 2 c and 2 d correspond to the electrodes, and the end shape of the drift tube electrodes 2 c and 2 d is continuous without the flat portion between the R-chamfer end on the inner diameter side and the R-chamfer end on the outer diameter side. The curved drift tube is thick and connected smoothly. The other end shapes of the drift tube electrodes (2a, 2b, 2e, 8a, 8b) are as shown in FIG. 3 of the first embodiment.

図7の構成において、セル数を6とし、電極の寸法及び電圧の条件を、一例として次の通りとする。
図2の形状を適用するドリフトチューブ電極2c,2dは、内径d=14mm,外径D=36mm,内径側R面取り寸法r=2mm、外径側R面取り寸法R1=9mmとし、図3の形状を適用するその他のドリフトチューブ電極は、内径,外径,内径側R面取り寸法は同じであるが、外径側R面取り寸法R2=5mmとする。また、全ての電極を図2の端部形状(r=2mm,R2=5mm)としたものを比較例とする。
同期位相はAPF法を適応するため一定とせず、電界強度はキルパトリック放電限界の1.6倍で各セル一定とし、電圧は荷電粒子エネルギーに応じて増加する傾斜型電圧分布とする。
In the configuration of FIG. 7, the number of cells is 6, and the electrode dimensions and voltage conditions are as follows as an example.
The drift tube electrodes 2c and 2d to which the shape of FIG. 2 is applied have an inner diameter d = 14 mm, an outer diameter D = 36 mm, an inner diameter side R chamfer dimension r = 2 mm, and an outer diameter side R chamfer dimension R1 = 9 mm. The other drift tube electrodes to which are applied have the same inner diameter, outer diameter, and inner diameter side R chamfer dimension, but the outer diameter side R chamfer dimension R2 = 5 mm. In addition, a comparative example in which all the electrodes have the end shape (r = 2 mm, R2 = 5 mm) in FIG. 2 is used.
The synchronous phase is not constant because the APF method is applied, the electric field strength is 1.6 times the limit of the kill-patrick discharge, each cell is constant, and the voltage is a gradient voltage distribution that increases according to the charged particle energy.

図8は、上記の条件において、加速器1に発生する加速電界分布を示す図であり、本実施の形態を「本発明」として実線で示し、「比較例」を破線で示している。
図から分かるように、電界分布が2山となる箇所は、必ずしも高エネルギー側ではなく、ギャップ長が一番長い箇所で電界分布が2山になっている。そこで、2山の電界分布となるギャップを形成する一対のドリフトチューブ電極2c,2dの電極端部形状を図2のようにしたことで、当該ギャップ箇所での表面電界強度が、破線で示す比較例に比べて、実線で示すようにギャップ中央部の谷部と両側のピーク値との差が縮まると共にピーク値が低くなっていることがわかる。両側のピーク値が低くなることで、電極端部近傍での電界強度を放電基準値以下に押さえることができる。
FIG. 8 is a diagram showing an accelerating electric field distribution generated in the accelerator 1 under the above conditions. This embodiment is shown as a solid line as “present invention” and “comparative example” is shown as a broken line.
As can be seen from the figure, the portion where the electric field distribution is two peaks is not necessarily the high energy side, and the electric field distribution is two peaks at the longest gap length. Therefore, the shape of the electrode end portions of the pair of drift tube electrodes 2c, 2d forming the gap having the electric field distribution of the two peaks is made as shown in FIG. 2, and the surface electric field strength at the gap portion is compared with the broken line. Compared to the example, it can be seen that, as shown by the solid line, the difference between the valley at the center of the gap and the peak value on both sides is reduced and the peak value is lowered. By lowering the peak values on both sides, the electric field strength in the vicinity of the electrode end can be kept below the discharge reference value.

なお、上記までの説明では、最初のギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極のみに図2のような電極形状を適用するとしたが、一番長い箇所のみに限定することなく、続いて長いギャップ長を形成する一対のドリフトチューブ電極、すなわち、セル長が長くなった為に電界分布が2山になり表面電界強度が増加する他の電極に対しても適用するような構成にしてもよい。加速器が大型化してドリフトチューブ電極数が増えた場合には、複数箇所のギャップで電界分布が2山となる。   In the above description, the electrode shape as shown in FIG. 2 is applied only to the pair of drift tube electrodes that form the longest gap length excluding the first gap. Without application, the present invention is also applied to a pair of drift tube electrodes that subsequently form a long gap length, that is, other electrodes in which the electric field distribution is doubled and the surface electric field strength is increased due to the long cell length. Such a configuration may be adopted. When the accelerator is increased in size and the number of drift tube electrodes is increased, the electric field distribution becomes two peaks at a plurality of gaps.

また、内径側R面取りと外径側R面取りの接続部は、平面部を持たずに滑らかに曲面でつながったものとして説明したが、加工性等を考慮して、加速軸5に垂直な直線部(平面
部)が多少形成されていてもよい。
更に、電界分布が2山になり、一方のドリフトチューブ電極面のみが放電限界を超すような場合は、実施の形態1と同様に、図6に示すような複合型のドリフトチューブ電極を採用してもよい。外径側R面取り寸法を大きくした方の端部を表面電界強度の高い側に向けて配置する。
In addition, the connecting portion between the inner diameter side R chamfer and the outer diameter side R chamfer has been described as having a smooth curved surface without having a flat portion, but in consideration of workability and the like, a straight line perpendicular to the acceleration shaft 5 is used. A part (plane part) may be formed somewhat.
Further, in the case where the electric field distribution becomes two peaks and only one drift tube electrode surface exceeds the discharge limit, a composite type drift tube electrode as shown in FIG. May be. The end of the outer diameter side R chamfered dimension is arranged so as to face the higher surface electric field strength.

以上のように、実施の形態2によるHモード型ドリフトチューブ線形加速器によれば、内径側のR面取り端部と外径側のR面取り端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部が形成されたドリフトチューブ電極は、加速軸の軸方向に見て、最初のギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極としたので、APF法などの必ずしも荷電粒子のエネルギーに応じてセル長が増加しない場合でも、電界分布が2山になるセル長が一番長い箇所において、適切に表面電界強度を低減して放電を抑制することができる。   As described above, according to the H-mode drift tube linear accelerator according to the second embodiment, the drift tube thick portion is formed in which the inner radius side R chamfer end and the outer radius side R chamfer end are smoothly connected. Since the drift tube electrodes formed as a pair of drift tube electrodes forming the longest gap length excluding the first gap when viewed in the axial direction of the acceleration axis, the energy of charged particles such as the APF method is not necessarily used. Accordingly, even when the cell length does not increase, it is possible to appropriately reduce the surface electric field intensity and suppress the discharge at the place where the cell length where the electric field distribution becomes two peaks is the longest.

また、上記のようなドリフトチューブ肉厚部が形成されたドリフトチューブ電極は、加速軸の軸方向に見て、最初のギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極と、続いて長いギャップ長を形成する一対のドリフトチューブ電極としたので、加速器が大型になりドリフトチューブ電極の個数が増えて、電界分布が2山となるギャップ数が増えた場合でも、確実に表面電界強度を低減して放電を抑制することができる。   Further, the drift tube electrode having the drift tube thick portion as described above has a pair of drift tube electrodes that form the longest gap length excluding the first gap when viewed in the axial direction of the acceleration axis. Then, because it is a pair of drift tube electrodes that form a long gap length, even if the accelerator becomes larger, the number of drift tube electrodes increases, and the number of gaps where the electric field distribution becomes two peaks increases, Electric field intensity can be reduced to suppress discharge.

1 共振器 2a〜2e ドリフトチューブ電極
3 入射側(低エネルギー側) 4 出射側(高エネルギー側)
5 加速軸 6 ステム
7 ギャップ 8a 入射側エンドドリフトチューブ
8b 出射側エンドドリフトチューブ電極
9 加速軸に平行な軸線 10 直線肉厚部
d 内径 D 外径
T 肉厚 r 内径側R面取り寸法
R1,R2 外径側R面取り寸法
E1 最初のギャップに発生する電界強度
E6 最後のギャップに発生する電界強度。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resonator 2a-2e Drift tube electrode 3 Incident side (low energy side) 4 Outgoing side (high energy side)
5 Acceleration axis 6 Stem 7 Gap 8a Incident side end drift tube 8b Emission side end drift tube electrode 9 Axis parallel to acceleration axis 10 Straight wall thickness d Inner diameter D Outer diameter T Thickness r Inner diameter side R chamfer dimension R1, R2 Outer Radius side chamfer dimension E1 Field strength generated in the first gap E6 Field strength generated in the last gap.

Claims (6)

TEモードを励起する共振器内の加速軸上に、ステムに支持された複数個の円筒形状のドリフトチューブ電極が所定のギャップを空けて配列され、前記ドリフトチューブ電極間に電界を発生させることにより荷電粒子ビームを加速するHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記ドリフトチューブ電極は、端面の外径側と内径側の角部にR面取りが施され、
電界分布が、前記ギャップ部の中央部の両側にピークを有する2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置する前記ドリフトチューブ電極端部の前記外径側のR面取りは、前記内径側のR面取りよりも大きな曲率半径を有し、前記内径側のR面取りの終端部と前記外径側のR面取りの終端部とが滑らかにつながったドリフトチューブ肉厚部が形成されていることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
A plurality of cylindrical drift tube electrodes supported by a stem are arranged with a predetermined gap on an acceleration axis in a resonator for exciting the TE mode, and an electric field is generated between the drift tube electrodes. In an H-mode drift tube linear accelerator for accelerating a charged particle beam,
The drift tube electrode has a chamfered corner on the outer diameter side and the inner diameter side of the end face,
The R chamfering on the outer diameter side of the end portion of the drift tube electrode located at both ends of the gap portion having a two-peak electric field distribution having a peak on both sides of the central portion of the gap portion is the inner diameter side. A thicker drift tube having a radius of curvature larger than that of the R chamfer, and smoothly connecting the end portion of the R chamfer on the inner diameter side and the end portion of the R chamfer on the outer diameter side. An H-mode drift tube linear accelerator.
請求項1に記載のHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記電界分布が、前記ギャップ部の中央部の両側にピークを有する2山形状の電界分布を有するギャップ部の両端に位置する前記ドリフトチューブ電極端部は、互いに同じ形状の前記ドリフトチューブ肉厚部を有するものであることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
The H-mode drift tube linear accelerator according to claim 1,
The drift tube electrode end portions positioned at both ends of the gap portion having a double-crested electric field distribution having peaks on both sides of the central portion of the gap portion are the drift tube thick portions having the same shape. An H-mode drift tube linear accelerator characterized by comprising:
請求項1又は請求項2に記載のHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記ドリフトチューブ肉厚部の前記内径側のR面取りの終端部と前記外径側のR面取りの終端部との接続面は、平面部を持たずに連続してつながった曲面であることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
In the H mode type drift tube linear accelerator according to claim 1 or 2,
The connecting surface of the inner diameter side R chamfering end portion of the drift tube thick portion and the outer diameter side R chamfering end portion is a curved surface continuously connected without having a flat portion. H-mode drift tube linear accelerator.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記ドリフトチューブ肉厚部が形成された前記ドリフトチューブ電極は、前記加速軸の軸方向に見て、最初の前記ギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極であることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
In the H mode type drift tube linear accelerator according to any one of claims 1 to 3,
The drift tube electrode formed with the thick portion of the drift tube is a pair of drift tube electrodes that form the longest gap length excluding the first gap when viewed in the axial direction of the acceleration axis. H-mode drift tube linear accelerator.
請求項4に記載のHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記ドリフトチューブ肉厚部が形成された前記ドリフトチューブ電極は、出射側のエンドドリフトチューブ電極に隣接するドリフトチューブ電極、及びそのドリフトチューブ電極と対をなすドリフトチューブ電極であることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
The H-mode drift tube linear accelerator according to claim 4,
The drift tube electrode formed with the thick portion of the drift tube is a drift tube electrode adjacent to the end drift tube electrode on the emission side, and a drift tube electrode paired with the drift tube electrode. Modal drift tube linear accelerator.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のHモード型ドリフトチューブ線形加速器において、
前記ドリフトチューブ肉厚部が形成された前記ドリフトチューブ電極は、前記加速軸の軸方向に見て、最初の前記ギャップを除いた一番長いギャップ長を形成する1対のドリフトチューブ電極と、続いて長いギャップ長を形成する一対のドリフトチューブ電極であることを特徴とするHモード型ドリフトチューブ線形加速器。
In the H mode type drift tube linear accelerator according to any one of claims 1 to 3,
The drift tube electrode formed with the thick portion of the drift tube has a pair of drift tube electrodes that form the longest gap length excluding the first gap when viewed in the axial direction of the acceleration axis, and subsequently An H-mode drift tube linear accelerator characterized by being a pair of drift tube electrodes that form a long gap length.
JP2009074396A 2009-03-25 2009-03-25 H-mode drift tube linear accelerator Active JP4869374B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009074396A JP4869374B2 (en) 2009-03-25 2009-03-25 H-mode drift tube linear accelerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009074396A JP4869374B2 (en) 2009-03-25 2009-03-25 H-mode drift tube linear accelerator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010225551A JP2010225551A (en) 2010-10-07
JP4869374B2 true JP4869374B2 (en) 2012-02-08

Family

ID=43042510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009074396A Active JP4869374B2 (en) 2009-03-25 2009-03-25 H-mode drift tube linear accelerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4869374B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109413832A (en) * 2018-10-30 2019-03-01 清华大学 Interdigitated Longitudinal Magnetic Mode Drift Tube Linear Accelerator Using Permanent Magnet

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5575963B1 (en) * 2013-09-06 2014-08-20 株式会社京都ニュートロニクス Charged particle accelerator and neutron generator equipped with the charged particle accelerator

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329795A (en) * 1998-05-11 1999-11-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Drift tube and manufacture thereof
JP4385150B2 (en) * 2005-06-13 2009-12-16 独立行政法人放射線医学総合研究所 H-mode drift tube linear accelerator
JP2007157400A (en) * 2005-12-01 2007-06-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd Linear accelerator
JP5010846B2 (en) * 2006-04-19 2012-08-29 株式会社日立製作所 Accelerator
JP4911477B2 (en) * 2008-08-08 2012-04-04 三菱電機株式会社 IH type drift tube linear accelerator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109413832A (en) * 2018-10-30 2019-03-01 清华大学 Interdigitated Longitudinal Magnetic Mode Drift Tube Linear Accelerator Using Permanent Magnet

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010225551A (en) 2010-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7898193B2 (en) Slot resonance coupled standing wave linear particle accelerator
CN113747651B (en) Interdigital drift tube linear accelerator and linear accelerator system
US9655227B2 (en) Slot-coupled CW standing wave accelerating cavity
Choi et al. Experimental observation of the effect of aftercavity interaction in a depressed collector gyrotron oscillator
JP4869374B2 (en) H-mode drift tube linear accelerator
JP2023509170A (en) Resonator coil with asymmetric profile
JP4385150B2 (en) H-mode drift tube linear accelerator
Behtouei et al. A SW Ka-band linearizer structure with minimum surface electric field for the compact light XLS project
JP5307689B2 (en) Drift tube linear accelerator
CN108475605A (en) Slow wave circuit and travelling-wave tubes
JP2010040462A (en) Ih type drift tube linear accelerator
JP4991266B2 (en) Multi-beam klystron
JP3511293B2 (en) Klystron resonance cavity in TM01X mode (X> 0)
Tsarev et al. 3-D evaluation of energy extraction in multitube double-gap resonator installed downstream of a multibeam klystron
JP4888503B2 (en) Acceleration cavity for H-mode drift tube linear accelerator
Yao et al. Study of balloon spoke cavities
RU2263375C2 (en) Slow-wave structure of traveling-wave tube
JP5377234B2 (en) Klystron equipment
JP2007305496A (en) Support structure of drift tube to cavity resonator in RF linear accelerator
CN109494142B (en) Magnetic insulated wire oscillator with ridge loading blade structure
Wang et al. A beam optics design of the interaction region for the CEPC single-ring scheme
Devanz et al. Quarter-wave Cavities for the SPIRAL2 Project
Nevels et al. The Resonant Traveling Wave Antenna, Mathematical Basis, Simulation, and Measurement
Herrmannsfeldt et al. Electromagnetic and mechanical properties of niobium cavities for a superconducting electron linear accelerator
Kolomiets et al. Asymmetric Four-Vane RFQ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111024

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111101

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111115

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4869374

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250