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JP7778673B2 - Accelerator System - Google Patents
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JP7778673B2 - Accelerator System - Google Patents

Accelerator System

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JP7778673B2 JP2022179727A JP2022179727A JP7778673B2 JP 7778673 B2 JP7778673 B2 JP 7778673B2 JP 2022179727 A JP2022179727 A JP 2022179727A JP 2022179727 A JP2022179727 A JP 2022179727A JP 7778673 B2 JP7778673 B2 JP 7778673B2
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Description

本発明の実施形態は、加速器システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to accelerator systems.

初段加速器として広く用いられている高周波四重極線形加速器(RFQ)では1A以上の大電流イオンビームの加速は困難である。RFQでは電極ボア径がmmオーダーで小さく、ビームの空間電荷効果による発散のためにビームを収束して輸送できないためである。 Radio frequency quadrupole linear accelerators (RFQs), which are widely used as primary accelerators, have difficulty accelerating high-current ion beams of 1 A or more. This is because the electrode bore diameter of an RFQ is small, on the order of millimeters, and the beam cannot be focused and transported due to divergence caused by the space charge effect.

国際公開第2019/142389号International Publication No. 2019/142389

ところで、ビーム通路の大口径化によって内部を通過するビームサイズを拡大し、空間電荷効果を抑制することで加速可能なビーム電流値を増大させることができる。一方で、ビーム通路を大口径化すると、ビームを加速するための消費電力が増大するため、ビーム通路の大口径化とビームの加速には制約が生じる。 By increasing the diameter of the beam passage, the size of the beam passing through it can be expanded, suppressing the space charge effect and increasing the beam current that can be accelerated. However, increasing the diameter of the beam passage increases the power consumption required to accelerate the beam, which places restrictions on increasing the diameter of the beam passage and accelerating the beam.

本発明が解決しようとする課題は、ビーム通路の大口径化と消費電力の低減が可能な加速器システムを提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide an accelerator system that enables a larger diameter beam passage and reduced power consumption.

上記課題を解決するために、実施形態の加速器システムは、真空状態に保持されると共に、荷電粒子ビームが通過するビーム通路および前記ビーム通路を臨む位置に加速ギャップを有する真空容器と、前記真空容器内に設置されて高周波エネルギーを前記真空容器内に導き、前記加速ギャップに加速電場を形成して前記荷電粒子ビームを加速させるアンテナと、前記真空容器外に配置されて、前記ビーム通路内を流れる前記荷電粒子ビームを収束させる収束磁石と、を備える加速空洞が前記荷電粒子ビームの軸方向に複数接続された加速器システムであって、前記加速空洞のうち、前記軸方向の上流側に位置する第一加速空洞のビーム通路の平均口径は、前記第一加速空洞よりも前記軸方向の下流側に位置する第二加速空洞のビーム通路の平均口径よりも大きいことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the accelerator system of one embodiment is an accelerator system in which multiple acceleration cavities are connected in the axial direction of the charged particle beam, each of which includes a vacuum vessel maintained in a vacuum state and having a beam passage through which a charged particle beam passes and an acceleration gap located facing the beam passage; an antenna installed within the vacuum vessel that introduces radio frequency energy into the vacuum vessel and forms an acceleration electric field in the acceleration gap to accelerate the charged particle beam; and a focusing magnet located outside the vacuum vessel that focuses the charged particle beam flowing within the beam passage; and is characterized in that the average diameter of the beam passage of a first acceleration cavity located upstream in the axial direction is larger than the average diameter of the beam passage of a second acceleration cavity located downstream in the axial direction from the first acceleration cavity.

第1実施形態に係る加速器システムの構成例を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of an accelerator system according to a first embodiment. 第1実施形態の変形例に係る加速器システムの構成例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of an accelerator system according to a modified example of the first embodiment. 第1実施形態の変形例に係る加速器システムの構成例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of an accelerator system according to a modified example of the first embodiment. 第1実施形態の変形例に係る加速器システムの構成例を示す断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of an accelerator system according to a modified example of the first embodiment.

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the invention.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る加速器システム1の構成例を示す断面図である。加速器システム1は、第一加速空洞10Aと第二加速空洞10Bとを備える。以下の説明では、第一加速空洞10Aおよび第二加速空洞10Bを区別する必要がない場合に単に加速空洞10と説明する。加速空洞10は、真空容器12と、アンテナ18と、収束磁石24とを備える。なお、ここでは加速器システム1が二台の加速空洞10を備える例を説明するが、三台以上の加速空洞10を備えていても良い。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example configuration of an accelerator system 1 according to the first embodiment. The accelerator system 1 includes a first acceleration cavity 10A and a second acceleration cavity 10B. In the following description, when it is not necessary to distinguish between the first acceleration cavity 10A and the second acceleration cavity 10B, they will be simply referred to as acceleration cavities 10. The acceleration cavities 10 include a vacuum vessel 12, an antenna 18, and a focusing magnet 24. Note that although an example in which the accelerator system 1 includes two acceleration cavities 10 is described here, the accelerator system 1 may include three or more acceleration cavities 10.

真空容器12は、容器本体14と導電性の一対のギャップ形成板16とが接合して構成され、内部が真空状態に保持される。真空容器12の内部には、容器本体14およびギャップ形成板16を貫通して荷電粒子ビームが通過するビーム通路40が設けられる。ビーム通路40を臨む位置には、一対のギャップ形成板16の間に、加速電場を形成するための空間である加速ギャップ42が設けられる。 The vacuum vessel 12 is constructed by joining a vessel body 14 and a pair of conductive gap-forming plates 16, and its interior is maintained in a vacuum state. Inside the vacuum vessel 12, a beam passage 40 is provided, through which a charged particle beam passes, penetrating the vessel body 14 and the gap-forming plates 16. Opposite the beam passage 40, an acceleration gap 42, which is a space for forming an acceleration electric field, is provided between the pair of gap-forming plates 16.

容器本体14およびギャップ形成板16は、ボルト等を用いて締結しても良く、導電性の単一のインゴットを切削加工することで一体に形成しても良い。容器本体14およびギャップ形成板16の接合部は、後述するアンテナ18からの高周波エネルギーの導入により高電圧が生じるため、湾曲加工(R加工)を施し、表面を平滑化することが好ましい。 The container body 14 and gap forming plate 16 may be fastened using bolts or the like, or may be formed integrally by cutting a single conductive ingot. Because high voltage is generated at the joint between the container body 14 and the gap forming plate 16 when high-frequency energy is introduced from the antenna 18 (described below), it is preferable to curve (R-process) the joint and smooth the surface.

容器本体14およびギャップ形成板16から構成される真空容器12の製造方法としては、鉄等の金属素材を加工した後に電気導電率の高い銅等を鍍金するほか、無酸素銅やタフピッチ銅等のインゴットから全体を切削加工により形成しても良く、またそのように形成された部品を接続して形成しても良い。独立した部品を接続する場合には、真空漏れを防ぐために、メタルガスケット、ゴムOリング、インジウムリング等の金属パッキン等によって真空封止することが好ましい。また、高周波エネルギーの表面電流の損失を低減するために、フィンガーコンタクト等のRF(Radio Frequency)コンタクトを部品間に設けることが好ましい。 The vacuum vessel 12, consisting of the vessel body 14 and gap-forming plate 16, can be manufactured by machining a metal material such as iron and then plating it with copper or other materials with high electrical conductivity. Alternatively, the entire vessel can be machined from an ingot of oxygen-free copper or tough-pitch copper, or by connecting components formed in this way. When connecting independent components, it is preferable to vacuum seal them using metal packing such as a metal gasket, rubber O-ring, or indium ring to prevent vacuum leakage. It is also preferable to provide RF (Radio Frequency) contacts such as finger contacts between the components to reduce surface current loss of high-frequency energy.

真空容器12の特に容器本体14には、複数のポート(図示省略)を設けても良く、これらポートにターボ真空ポンプ、イオンポンプ、クライオポンプ、スクロールポンプ、ロータリーポンプ等の真空ポンプを接続し、さらにヌードイオンゲージ、コールドカソードゲージ、ピラニーゲージ、電離真空計等の真空計を接続しても良い。また、加速空洞10内部のガスの成分分析のために四重極形質量分析計等の分析計を接続しても良い。なお、これらのポートは、アンテナ18から導入される高周波エネルギーに合わせて、高周波エネルギーの漏洩を防ぐためのスリット構造を備えても良い。 The vacuum vessel 12, particularly the vessel body 14, may be provided with multiple ports (not shown). These ports may be connected to vacuum pumps such as turbo vacuum pumps, ion pumps, cryopumps, scroll pumps, and rotary pumps, and may also be connected to vacuum gauges such as nude ion gauges, cold cathode gauges, Pirani gauges, and ionization vacuum gauges. Analyzers such as quadrupole mass spectrometers may also be connected to analyze the components of the gas inside the accelerating cavity 10. These ports may also be equipped with slit structures to prevent leakage of high-frequency energy, in accordance with the high-frequency energy introduced from the antenna 18.

ビーム通路40は、導電性の金属で形成された円柱形状、直方体形状、またはそれらにテーパーを施した形状等で形成される。荷電粒子ビームとして例えば1A以上の大電流ビームを通過させるため、その内径は例えば100mm以上に形成される。このビーム通路40の軸心は、荷電粒子ビームのビーム軸Pと一致して設けられる。荷電粒子ビームは、図1の矢印で示すビーム軸P方向に加速されてビーム通路40を通過する。以下の説明では、ビーム通路40のビーム軸P方向に垂直な断面の径をビーム通路40の口径と呼称する。また、この口径の大きさについて言及する場合は、上記断面積の大きさとしての意味も含むものとする。 The beam passage 40 is made of a conductive metal and has a cylindrical, rectangular, or tapered shape. To allow a high-current beam, such as 1 A or more, to pass through as a charged particle beam, its inner diameter is set to, for example, 100 mm or more. The axis of the beam passage 40 is aligned with the beam axis P of the charged particle beam. The charged particle beam is accelerated in the direction of the beam axis P indicated by the arrow in Figure 1 and passes through the beam passage 40. In the following description, the diameter of the cross section of the beam passage 40 perpendicular to the beam axis P direction will be referred to as the aperture of the beam passage 40. Furthermore, when the size of this aperture is mentioned, it will also include the meaning of the size of the cross-sectional area mentioned above.

アンテナ18は、容器本体14内に設けられ、例えば銅等の金属素材をループ状に形成し、その一端が後述する導波管22または同軸ケーブル(図示省略)のフランジ20等のアース部に、他端が導波管22または同軸ケーブルの芯線に接続される。フランジ20のアース部および芯線はセラミック等の絶縁材により絶縁される。また、セラミック表面はTiN等によりコーティングし保護することが好ましい。 The antenna 18 is provided inside the container body 14 and is formed into a loop from a metal material such as copper. One end of the antenna is connected to a grounding portion such as a waveguide 22 (described below) or a flange 20 of a coaxial cable (not shown), and the other end is connected to the core wire of the waveguide 22 or coaxial cable. The grounding portion and core wire of the flange 20 are insulated by an insulating material such as ceramic. It is also preferable to protect the ceramic surface by coating it with TiN or the like.

フランジ20は、真空容器12の真空隔壁も担い、大気側は円形または矩形等の導波管22およびN端子、BNC(Bayonet Neill Concelman)端子、またはSHV(Safe HighVoltage Connector)端子等の同軸ケーブルが接続され、その先に高周波電源・増幅器等のいわゆるRFアンプ(図示省略)が接続される。つまり、アンテナ18は、導波管22または同軸ケーブルを介して高周波電源および増幅器等のRFランプに接続されて、真空容器12内に高周波エネルギーを導入する。高周波エネルギーを真空容器12内に導入することで加速ギャップ42に加速電場を形成し、ビーム通路40を流れる荷電粒子ビームをビーム軸P方向に加速させる。 The flange 20 also serves as the vacuum bulkhead for the vacuum vessel 12, and on the atmospheric side is connected a circular or rectangular waveguide 22 and a coaxial cable such as an N terminal, a BNC (Bayonet-Neill-Concelman) terminal, or an SHV (Safe High Voltage Connector) terminal, to which is connected a so-called RF amplifier (not shown), such as a high-frequency power supply and amplifier. In other words, the antenna 18 is connected to an RF lamp, such as a high-frequency power supply and amplifier, via the waveguide 22 or coaxial cable to introduce high-frequency energy into the vacuum vessel 12. Introducing high-frequency energy into the vacuum vessel 12 forms an acceleration electric field in the acceleration gap 42, accelerating the charged particle beam flowing through the beam path 40 in the direction of the beam axis P.

なお、高周波電源には、真空管、クライストロン、半導体アンプ等を用いる。また、これら高周波電源の制御のために基準信号を発するシグナルジェネレータやローレベル制御装置を設けても良い。さらに、ダミーロードやサーキュレータ等を接続しても良い。 The high-frequency power source may be a vacuum tube, klystron, semiconductor amplifier, etc. A signal generator that emits a reference signal or a low-level control device may also be provided to control these high-frequency power sources. Furthermore, a dummy load, circulator, etc. may also be connected.

なお、複数の加速空洞10に対して一台の高周波電源を設けても良いし、一台の加速空洞10に対して一台の高周波電源を設けても良い。つまり、図1においては、第一加速空洞10Aが備えるアンテナ18(第一アンテナ)に接続する第一高周波電源と、第二加速空洞10Bが備えるアンテナ18(第二アンテナ)に接続する第二高周波電源とをそれぞれ設けても良い。複数の加速空洞10に対してそれぞれ独立の高周波電源を設けることで、加速ギャップ42に発生する加速電場の強度や位相等を加速空洞10ごとに調整することができる。また、手動調整だけでなく、ローレベル制御を介して自動周波数調整や自動位相調整等を適用することができる。 It is possible to provide one high-frequency power supply for multiple accelerating cavities 10, or one high-frequency power supply for each accelerating cavity 10. That is, in FIG. 1, a first high-frequency power supply connected to the antenna 18 (first antenna) provided in the first accelerating cavity 10A and a second high-frequency power supply connected to the antenna 18 (second antenna) provided in the second accelerating cavity 10B may be provided. By providing independent high-frequency power supplies for each of the multiple accelerating cavities 10, the strength and phase of the accelerating electric field generated in the accelerating gap 42 can be adjusted for each accelerating cavity 10. In addition to manual adjustment, automatic frequency adjustment, automatic phase adjustment, etc. can be applied via low-level control.

収束磁石24は、永久磁石または電磁石で構成されるソレノイド磁石または四重極磁石であり、真空容器12の外部に配置される。収束磁石24は、ビーム軸P方向に1個から複数個並べて配置され、荷電粒子ビームの収束と発散を繰り返すことで全体として収束させる等の方式がある。なお、収束磁石24は、常伝導素材で構成されても良いし、超電導素材で構成されも良い。 The focusing magnet 24 is a solenoid magnet or quadrupole magnet made up of a permanent magnet or electromagnet, and is placed outside the vacuum vessel 12. One or more focusing magnets 24 are arranged in the direction of the beam axis P, and one method is to focus the charged particle beam as a whole by repeatedly converging and diverging the beam. The focusing magnet 24 may be made of a normal conducting material or a superconducting material.

収束磁石24を超電導素材で構成する場合は、収束磁石24を内包する収束用空洞26を容器本体14と隣接して設けるのが好ましい。収束用空洞26の内部は真空であり、真空計や真空ポンプを容器本体14と類似の構成で設けても良い。また、超電導磁石には、超電導状態を保持するための冷凍機、輻射シールド、断熱材等が設けられ、電流を流すためのリード線等(いずれも図示省略)が接続される。 When the focusing magnet 24 is made of a superconducting material, it is preferable to provide a focusing cavity 26 containing the focusing magnet 24 adjacent to the vessel body 14. The interior of the focusing cavity 26 is a vacuum, and a vacuum gauge and vacuum pump may be provided in a configuration similar to that of the vessel body 14. In addition, the superconducting magnet is provided with a refrigerator, radiation shield, heat insulation, etc. to maintain the superconducting state, and is connected to lead wires, etc. (all not shown) for passing current.

上述したような加速空洞10は、ビーム軸P方向に複数接続して設けられる。加速空洞10の接続は、複数台の加速空洞10を直接接続しても良いし、真空容器12の一部を各加速空洞10の共通要素として形成し、組み立てることで複数台の加速空洞10をそれぞれ構成しても良い。 Multiple accelerating cavities 10 such as those described above are connected in the direction of the beam axis P. The multiple accelerating cavities 10 may be directly connected, or multiple accelerating cavities 10 may be constructed by assembling a portion of the vacuum vessel 12 as a common element for each accelerating cavities 10.

隣接する加速空洞10のうちのいずれかは、上流側の加速空洞10が備えるビーム通路40の平均口径が、下流側の加速空洞10が備えるビーム通路40の平均口径よりも大きく構成される。なお、ビーム通路40の平均口径は、ビーム軸Pに垂直な断面の平均口径(平または均断面積)である。つまり、図1においては、第一加速空洞10Aのビーム通路40の平均口径が、第二加速空洞10Bのビーム通路40の平均口径よりも大きく構成される。 Of the adjacent accelerating cavities 10, the average diameter of the beam passage 40 of the upstream accelerating cavity 10 is larger than the average diameter of the beam passage 40 of the downstream accelerating cavity 10. Note that the average diameter of the beam passage 40 is the average diameter (average or average cross-sectional area) of a cross section perpendicular to the beam axis P. In other words, in Figure 1, the average diameter of the beam passage 40 of the first accelerating cavity 10A is larger than the average diameter of the beam passage 40 of the second accelerating cavity 10B.

上述のように構成された本実施形態においては、荷電粒子ビームの空間電荷効果による発散力が強いビーム通路40上流側の平均口径が、下流側の平均口径よりも大きく構成される。つまり、ビーム通路40上流側においては、その平均口径を大きくすることで荷電粒子ビームの発散による荷電粒子ビームとビーム通路40との衝突を抑制する。そして、荷電粒子ビームが加速されてより大きな加速電圧が必要なビーム通路40下流側においては、荷電粒子ビームの加速に伴いその発散力が低減するので、荷電粒子ビームとビーム通路40との衝突を抑制しながらその平均口径を小さくすることができる。これにより、高周波エネルギーを導入する際の消費電力を低減して荷電粒子ビームを加速させることができる。 In this embodiment configured as described above, the average aperture on the upstream side of the beam passage 40, where the divergence force due to the space charge effect of the charged particle beam is strong, is configured to be larger than the average aperture on the downstream side. In other words, by increasing the average aperture on the upstream side of the beam passage 40, collisions between the charged particle beam and the beam passage 40 due to divergence of the charged particle beam are suppressed. Furthermore, on the downstream side of the beam passage 40, where the charged particle beam is accelerated and requires a higher acceleration voltage, the divergence force decreases as the charged particle beam accelerates, so the average aperture can be reduced while suppressing collisions between the charged particle beam and the beam passage 40. This reduces the power consumption when introducing high-frequency energy and allows the charged particle beam to be accelerated.

なお、本実施形態の変形例として、図2に示すように、第一加速空洞10Aおよび第二加速空洞10Bの間にダクト28を設け、このダクト28を介して第一加速空洞10Aおよび第二加速空洞10Bを接続しても良い。なお、加速空洞10とダクト28とは、真空封止可能な構造で接続し、ダクト28の口径はビーム通路40の上流側との接続部の口径以上であれば良く、上流側から下流側に向かって縮小しても良い。ダクト28は、例えば円柱や直方体等の容器でも良く、ティーやクロス等と呼称されるビーム軸P方向とは異なる方向に個別のポート(図示省略)を備える容器でも良い。ポートを備えることで、ファラデーカップやカレントトランス等の電流検出器、絶縁された金属板・ワイヤーモニター・蛍光板・カメラの組み合わせによるプロファイルモニター・位置検出器、ペッパーポット方式等によるエミッタンスモニター等の各種ビームの状況を確認するためのモニター類(図示省略)を接続することができる。また、ポートには荷電粒子ビームの一部またはすべてを遮断するスリット(図示省略)を設けても良い。これらモニター類およびスリットは直線導入機等で荷電粒子ビームの通過領域に対して挿入・退避が可能に構成される。また、各種真空計や真空ポンプ、真空封止用のゲートバルブ等(図示省略)を接続しても良い。 As a modification of this embodiment, as shown in FIG. 2, a duct 28 may be provided between the first and second acceleration cavities 10A and 10B, and the first and second acceleration cavities 10A and 10B may be connected via this duct 28. The acceleration cavity 10 and the duct 28 are connected using a vacuum-sealable structure. The diameter of the duct 28 may be equal to or greater than the diameter of the upstream connection of the beam path 40, and may decrease from the upstream side toward the downstream side. The duct 28 may be a cylindrical or rectangular container, or a container with individual ports (not shown) in a direction different from the beam axis P, such as a tee or cross. The ports allow the connection of various monitors (not shown) for monitoring the status of the beam, such as current detectors such as Faraday cups and current transformers; profile and position detectors combining an insulated metal plate, wire monitor, fluorescent screen, and camera; and emittance monitors using a pepper-pot method. The ports may also be provided with slits (not shown) that block part or all of the charged particle beam. These monitors and slits are configured so that they can be inserted into and removed from the area through which the charged particle beam passes using a linear introduction device or the like. Various vacuum gauges, vacuum pumps, gate valves for vacuum sealing, etc. (not shown) may also be connected.

この変形例により、第1実施形態と同様な効果に加えて、荷電粒子ビームおよび真空状態等を監視することで、その結果に対して加速器システム1の運転を調整することができる。 In addition to providing the same effects as the first embodiment, this modification allows the charged particle beam and vacuum conditions to be monitored, and the operation of the accelerator system 1 to be adjusted based on the results.

なお、本実施形態の別の変形例として、図3に示すように、真空容器12のビーム通路40に可動式内壁30を設けても良い。可動式内壁30は、ビーム通路40の内壁であり、例えば金属製の内壁32とそれを支持する位置調整機構34とで構成される。内壁32は真空容器12とRFコンタクト等で接触し、その表面を高周波エネルギーが伝導可能に構成される。位置調整機構34は例えばマニピュレーター、ネジ等で構成し、外部から制御可能とする。可動式内壁30は、位置調整機構34によって内壁32の位置を調整することで、ビーム通路40の口径を変化させることができる。 As another modification of this embodiment, as shown in FIG. 3, a movable inner wall 30 may be provided in the beam passage 40 of the vacuum vessel 12. The movable inner wall 30 is the inner wall of the beam passage 40 and is composed of, for example, a metal inner wall 32 and a position adjustment mechanism 34 that supports it. The inner wall 32 comes into contact with the vacuum vessel 12 via RF contact or the like, and is configured so that high-frequency energy can be conducted across its surface. The position adjustment mechanism 34 is composed of, for example, a manipulator, screws, etc., and can be controlled from the outside. The movable inner wall 30 can change the diameter of the beam passage 40 by adjusting the position of the inner wall 32 with the position adjustment mechanism 34.

この変形例により、第1実施形態と同様な効果に加えて、荷電粒子ビームの透過率やサイズ等の状態と消費電力とを監視しながらビーム通路40の口径を任意に調整可能とすることができる。また、ビーム通路40の口径を任意に調整できるので、ビーム通路40の口径が同様な加速空洞10を構成しても、組み立てた後で可動式内壁30によるビーム通路40の口径の調整によって第1実施形態と同様の効果が得られる。 In addition to providing the same effects as the first embodiment, this modification makes it possible to arbitrarily adjust the diameter of the beam passage 40 while monitoring the power consumption and the transmittance and size of the charged particle beam. Furthermore, because the diameter of the beam passage 40 can be arbitrarily adjusted, even if an accelerating cavity 10 with a beam passage 40 having the same diameter is constructed, the same effects as the first embodiment can be achieved by adjusting the diameter of the beam passage 40 using the movable inner wall 30 after assembly.

なお、本実施形態の更なる変形例として、図4に示すように、加速空洞10それぞれが構成するビーム通路40の口径をビーム軸P方向の上流側端部44の方が下流側端部46よりも大きく構成しても良い。なお、図4においてこの口径は上流側端部44から下流側端部46に向かって連続的に変化させているが、断続的に変化させても良い。その方法は、例えばビーム通路40を形成する切削工程でビーム通路40の口径を変化させる。ビーム通路40の口径は、上流側から下流側に向かって、ビーム通路40の断面が円形の場合は円形断面の半径を縮小させる、断面が楕円の場合は長軸と短軸との縮小割合をビーム軸P方向毎に変える、断面が長方形や台形の場合は断面において各方向の縮小率を変える等の方法でその口径を変化させる。 As a further modification of this embodiment, as shown in FIG. 4, the diameter of the beam passage 40 of each accelerating cavity 10 may be larger at the upstream end 44 in the direction of the beam axis P than at the downstream end 46. While the diameter changes continuously from the upstream end 44 to the downstream end 46 in FIG. 4, it may also change intermittently. This can be done, for example, by changing the diameter of the beam passage 40 during the cutting process that forms the beam passage 40. The diameter of the beam passage 40 can be changed from the upstream side to the downstream side by reducing the radius of the circular cross section if the cross section of the beam passage 40 is circular; by changing the reduction rate of the major and minor axes in the direction of the beam axis P if the cross section is elliptical; or by changing the reduction rate in each direction in the cross section if the cross section is rectangular or trapezoidal.

この変形例により、第1実施形態と同様な効果に加えて、ビーム通路40の下流側ほど口径を小さくできるので、加速空洞10における消費電力をより低減できる。 In addition to achieving the same effects as the first embodiment, this modification allows the diameter of the beam passage 40 to be smaller downstream, thereby further reducing power consumption in the acceleration cavity 10.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments may be embodied in a variety of other forms, and various omissions, substitutions, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are within the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

1…加速器システム、10…加速空洞、10A…第一加速空洞、10B…第二加速空洞、12…真空容器、14…容器本体、16…ギャップ形成板、18…アンテナ、20…フランジ、22…導波管、24…収束磁石、26…収束用空洞、28…ダクト、30…可動式内壁、32…内壁、34…位置調整機構、40…ビーム通路、42…加速ギャップ、44…上流側端部、46…下流側端部。 1...accelerator system, 10...acceleration cavity, 10A...first acceleration cavity, 10B...second acceleration cavity, 12...vacuum vessel, 14...vessel body, 16...gap forming plate, 18...antenna, 20...flange, 22...waveguide, 24...focusing magnet, 26...focusing cavity, 28...duct, 30...movable inner wall, 32...inner wall, 34...position adjustment mechanism, 40...beam passage, 42...acceleration gap, 44...upstream end, 46...downstream end.

Claims (6)

真空状態に保持されると共に、荷電粒子ビームが通過するビーム通路および前記ビーム通路を臨む位置に加速ギャップを有する真空容器と、
前記真空容器内に設置されて高周波エネルギーを前記真空容器内に導き、前記加速ギャップに加速電場を形成して前記荷電粒子ビームを加速させるアンテナと、
前記真空容器外に配置されて、前記ビーム通路内を流れる前記荷電粒子ビームを収束させる収束磁石と、
を備える加速空洞が前記荷電粒子ビームの軸方向に複数接続された加速器システムであって、
前記加速空洞のうち、前記軸方向の上流側に位置する第一加速空洞のビーム通路の平均口径は、前記第一加速空洞よりも前記軸方向の下流側に位置する第二加速空洞のビーム通路の平均口径よりも大きいことを特徴とする加速器システム。
a vacuum vessel that is maintained in a vacuum state and has a beam passage through which a charged particle beam passes and an acceleration gap at a position facing the beam passage;
an antenna installed in the vacuum vessel to introduce high frequency energy into the vacuum vessel and form an accelerating electric field in the acceleration gap to accelerate the charged particle beam;
a focusing magnet disposed outside the vacuum vessel and configured to focus the charged particle beam flowing through the beam passage;
An accelerator system in which a plurality of accelerating cavities comprising the above are connected in the axial direction of the charged particle beam,
an average diameter of a beam passage of a first accelerating cavity located upstream in the axial direction among the accelerating cavities is larger than an average diameter of a beam passage of a second accelerating cavity located downstream in the axial direction than the first accelerating cavity.
前記加速空洞は、前記真空容器の前記ビーム通路に、位置を調整することで前記ビーム通路の口径を変化させる可動式内壁を備えることを特徴とする請求項1に記載の加速器システム。 The accelerator system of claim 1, wherein the acceleration cavity has a movable inner wall in the beam passage of the vacuum vessel, the position of which can be adjusted to change the diameter of the beam passage. 前記ビーム通路のうち前記軸方向の上流側端部の口径は下流側端部の口径よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の加速器システム。 The accelerator system of claim 1, wherein the diameter of the beam passage at the upstream end in the axial direction is larger than the diameter of the downstream end. 前記ビーム通路の口径は、前記上流側端部から前記下流側端部に向かって連続的に小さくなることを特徴とする請求項3に記載の加速器システム。 The accelerator system of claim 3, wherein the diameter of the beam passage continuously decreases from the upstream end to the downstream end. 前記第一加速空洞と前記第二加速空洞との間に真空状態に保持されたダクトをさらに備えることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の加速器システム。 The accelerator system described in any one of claims 1 to 4, further comprising a duct maintained in a vacuum state between the first acceleration cavity and the second acceleration cavity. 前記第一加速空洞が備える第一アンテナに接続される第一高周波電源と、
前記第二加速空洞が備える第二アンテナに接続される第二高周波電源と
をさらに備えることを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の加速器システム。
a first radio frequency power supply connected to a first antenna included in the first accelerating cavity;
5. The accelerator system according to claim 1, further comprising a second high frequency power supply connected to a second antenna provided in the second accelerating cavity.
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