JPH0760760B2 - 誘導形加速器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は誘導形加速器の改良に関するものである。

誘導形加速器は真空に保持された加速管の中を通過する
パルス状の電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子ビ
ーム（以下ビームという）に対して誘導電場を与えて加
速するもので、この段数を増すことにより1MeVのエネル
ギーを持つ電子ビームを数10MeVまで加速した例が米国
で発表されるなど、慣性核融合研究や自由電子レーザ増
幅器などの分野で開発が進められている。

従来の技術 第３図は従来の誘導形加速器で、（イ）は説明用簡略断
面図、（ロ）は等価回路図である。１は真空に保持され
た円筒状の金属製加速管で、この加速管１の中を図に示
していない磁場にガイドされたビーム２が通過する。電
源３、スイッチ４、回路インピーダンス５などで構成さ
れるパルス電源11の動作によって、フェライト、アモル
ファス、ケイ素鋼などの強磁性体６を１巻きした形状を
なす加速管１の一部分、すなわち励磁コイル12のａ、ｂ
間に電圧を印加すると、磁束の変化により前記加速管１
の磁気的な絶縁空間10に電場を与えて、誘導的にビーム
を加速することになる。いいかえれば励磁コイル12は変
圧器の一次コイルに相当し、そして二次コイルに相当す
るｃ、ｄ間に発生した電圧はビーム２に対してエネルギ
ーを与える。つまり、誘導的にビーム２を加速すること
になる。

第３図（イ）に示す加速器の等価回路は同図（ロ）に示
すようになり、電源３の例としてコンデンサ３′を、回
路インピーダンス５の例としてインダクタンス５′を、
励磁コイル12のインダクタンス６′、ビーム２の例とし
て負荷２′などで示した。図示しない要素によりコンデ
ンサ３′に電荷を蓄えた後にスイッチ４を閉じると、イ
ンダクタンス５′および６′にコンデンサ３′の電荷の
放電が始まる。このときビーム２が通過中であれば、負
荷２′に対してエネルギーが与えられ、通過後は無負荷
状態になる。モジュールＡをモジュールＢ、……………
…と複数段取付けて行けば、その取付け数だけ加速電圧
は上昇することになる。

発明が解決しようとする問題点 負荷２′に有効にエネルギーを与えるには、インダクタ
ンス５′はインダクタンス６′に対して充分に小さなも
のでなければならないのと同様に、そのインピーダンス
は負荷２′のインピーダンスよりも充分小さくなければ
ならない。

一般にビーム２のパルス幅は10〜100nsと非常に短いた
めに、誘導的にエネルギーを与えようとしても、これに
追従する充分な応答特性を持たねばならない。インダク
タンス５′のインダクタンスをＬ、負荷２′のインピー
ダンスをＺで表し、負荷２′への応答特性をτで表す
と、 となる。

すなわち、パルス幅の短い負荷２′に対して有効にエネ
ルギーを与えるには、そのパルス幅より充分小さなτに
しなければならない。例えばＺ＝10Ω、パルス幅が20ns
の場合、その応答時間はパルス幅の1/10を考えると、τ
2nsとなる。つまり、Ｌは20nH以下にせねばならな
い。インダクタンス５′は電源３からパルスを伝送する
ための回路に存在するもので、同軸ラインや平行平板ラ
インを、またこれらを複数個使用する努力をしても限度
ばあり、前記20nH以下にすることは非常に困難な技術で
ある。従って、低インピーダンスのビームやパルス幅の
短いビームに対して、今日の技術では応答性良く、有効
にビームに対してエネルギーを与えることができなかっ
た。

問題点を解決するための手段 本発明は前述の問題を解決するため、負荷と並列に適正
な静電容量を持つコンデンサを挿入し、パルス電源より
一たんエネルギーをこのコンデンサに蓄え、ビームの通
過時に低インダクタンス回路で有効にビームにエネルギ
ーを与えようとするもので、円筒状の金属製加速管の内
部を真空にし、該加速管の外周に強磁性体を１巻きして
パルス電源を接続した励磁コイルを設け、該励磁コイル
の磁束の変化により、前記加速管内の磁気的な絶縁空間
に電場を与えてビームを加速する誘導形加速器におい
て、励磁コイルと直結した絶縁空間にコンデンサを設け
た誘導形加速器を提供しようとするものである。

実施例 本発明の誘導形加速器を第１図に示す一実施例について
説明する。同図（イ）は説明用の簡略断面図、同図
（ロ）は等価回路図である。１は真空に保持された円筒
状の金属製加速管で、この加速管１の中を図に示してい
ない磁場にガイドされたビーム２が通過する。電源３、
スイッチ４、回路インピーダンス５などで構成されるパ
ルス電源11の動作によって、フェライト、アモルファ
ス、ケイ素鋼などの強磁性体６を１巻きした形状をなす
加速管１の一部分、すなわち励磁コイル12のａ、ｂ間に
電圧を印加すると、磁束の変化により前記加速管１の磁
気的な絶縁空間10に電場を与えて誘導的にビーム２を加
速する。絶縁筒７および８は加速管１の一部分である励
磁コイル12に直結して設けた磁気的な絶縁空間10に図に
示していない方法でそれぞれ気密に取付けられている。
コンデンサ９は気密に保持された空間に誘電率の高い液
体、例えば純水、グリセリンなどが充填され、ｃ、ｄ間
に適正な静電容量値を持つように形成されている。

第１図（イ）に示す加速器の等価回路は同図（ロ）に示
すようになり、前記コンデンサ９を負荷２′にごく接近
して並列に挿入されたことになる。

次にその動作を同図（ロ）について説明すると、コンデ
ンサ３′に蓄えられた電荷はスイッチ４を閉じるとイン
ダクタンス５′を経由してコンデンサ９′を充電する。
このコンデンサ９′の電圧が充分上昇した段階で、ビー
ム２が磁気的な絶縁空間10のｃ、ｄ間を通過すると、す
なわち負荷２′に対してコンデンサ９′よりエネルギー
が有効に与えられる。

従来の技術ではインダクタンス５′を経由して負荷２′
へエネルギーを与えていたが、本発明ではビーム２の通
過する加速管１の内径近傍にコンデンサ９が取付けられ
ているため、ビーム２までのインダクタンスはきわめて
小さく、インダクタンス５′に比べてほとんど無視でき
る程度の小さな値になる。それ故に電荷を一たんコンデ
ンサ９′に蓄えることによってきわめて応答性がよく、
負荷２′にエネルギーを与えることができる優れた性能
を有している。

第２図は本発明の誘導形加速器の他の実施例で、コンデ
ンサ９にセラミックコンデンサや紙またはフィルムコン
デンサ、あるいは誘電率の高い絶縁板、棒などを用いて
もその効果はある。この実施例では励磁コイル12の中も
加速管の中と同様に真空状態に保持した構造を示した
が、第１図に示す絶縁筒７または絶縁筒７と絶縁筒８の
両方を取付けすることにより、絶縁空間10の中に耐電圧
の向上をはかるために絶縁油などの別の媒質を入れても
よい。

発明の効果 本発明の誘導形加速器は、従来の誘導形加速器にコンデ
ンサ９を設けることによって、このコンデンサ９に一た
ん電荷を蓄えるとともにきわめて低インダクタンス回路
でビーム２へエネルギーを与えることができるために応
答性に優れ、特にパルス幅の短いビームやインピーダン
スの低いビームに対して優れた応答性が得られるなどの
効果があり、工業的ならびに実用的価値の大なるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の誘導形加速器の一実施例で、（イ）は
説明用簡略断面図、（ロ）は等価回路図、第２図は本発
明の誘導形加速器の他の実施例の説明用簡略断面図、第
３図は従来の誘導形加速器で、（イ）は説明用簡略断面
図、（ロ）は等価回路図である。 1:加速管、2:ビーム、２′：負荷、3:電源 ３′：コンデンサ、4:スイッチ 5:回路インピーダンス、５′：インダクタンス 6:強磁性体、６′：インダクタンス ７、8:絶縁筒、９、９′：コンデンサ 10:絶縁空間、11:パルス電源 12:励磁コイル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の金属製加速管の内部を真空にし、
   該加速管の外周に強磁性体を１巻きしてパルス電源を接
   続した励磁コイルを設け、該励磁コイルの磁束の変化に
   より、前記加速管内の磁気的な絶縁空間に電場を与えて
   ビームを加速する誘導形加速器において、前記励磁コイ
   ルと直結した絶縁空間にコンデンサを設けたことを特徴
   とする誘導形加速器。
2. 【請求項２】前記コンデンサの誘電体が水であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘導形加速器。
3. 【請求項３】前記コンデンサの誘電体がセラミックであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の誘導形
   加速器。