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JPH0824076B2 - Quadrupole particle accelerator - Google Patents
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JPH0824076B2 - Quadrupole particle accelerator - Google Patents

Quadrupole particle accelerator

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JPH0824076B2
JPH0824076B2 JP62022312A JP2231287A JPH0824076B2 JP H0824076 B2 JPH0824076 B2 JP H0824076B2 JP 62022312 A JP62022312 A JP 62022312A JP 2231287 A JP2231287 A JP 2231287A JP H0824076 B2 JPH0824076 B2 JP H0824076B2
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JP
Japan
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coil
particle accelerator
quadrupole
circuit
short
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克己 登木口
英巳 小池
関  孝義
修身 岡田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は四重極粒子加速器に係り、特に重イオン加速
用として好適な高周波四重極加速器の高電力効率化高性
能化を計ることが可能な四重極粒子加速器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a quadrupole particle accelerator, and in particular, it is possible to achieve high power efficiency and high performance of a high frequency quadrupole accelerator suitable for heavy ion acceleration. A possible quadrupole particle accelerator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の四重極粒子加速器は特開昭60−115199号公報に
記載されているようなものであり、高電圧の高周波電圧
を発生させるために、コイル状のインダクタンスとコン
デンサで構成される共振回路を使用しているが、これで
達成できるQ値は高高10,000である。従つて得られる電
圧もこれで制限され、また投入される高周波電力の殆ん
どがコイルで抵抗損として消費されてしまう。
A conventional quadrupole particle accelerator is as described in JP-A-60-115199, and a resonance circuit composed of a coil-shaped inductance and a capacitor for generating a high frequency high frequency voltage. , But the Q value that can be achieved with this is high high 10,000. Consequently, the voltage obtained is also limited by this, and most of the high frequency power that is input is consumed as ohmic loss in the coil.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は高周波電力効率の点について技術的な
限界があり、高い加速効率を得るためには装置が大きく
なり過ぎるという問題点があつた。
The above-mentioned conventional technology has a technical limit in terms of high frequency power efficiency, and there is a problem that the device becomes too large in order to obtain high acceleration efficiency.

もう少し具体的に述べると、コイル材として最も抵抗
率の小さい銀を使つた場合、それの常温における抵抗率
は1.6×10-8Ω・cmである。この材質を使つてコイルと
してできるかぎりQ値の大きくなる構造、例えば巾0.5
m,半径0.1mの板状の1ターンコイルを作つたとすると、
30MHzの高周波に対しては、表皮効果を考慮してコイル
の全抵抗値Rは1.67×10-3Ωとなる。またインダクタン
スは0.067μHである。したがつてQ値は である。従来技術ではこのQ値を10,000以上にすること
は非常に難しい。またQ値の高い構造として巻数をでき
るだけ少なくする必要があるため、どうしてもコイルの
大きさが大きくなる。
More specifically, when silver, which has the lowest resistivity, is used as the coil material, its resistivity at room temperature is 1.6 × 10 −8 Ω · cm. Using this material, a structure that maximizes the Q value as a coil, such as a width of 0.5
If you make a plate-shaped 1 turn coil with m and radius 0.1m,
For a high frequency of 30 MHz, the total resistance value R of the coil is 1.67 × 10 -3 Ω, considering the skin effect. The inductance is 0.067 μH. Therefore, the Q value is Is. In the conventional technology, it is very difficult to set this Q value to 10,000 or more. In addition, since the structure having a high Q value requires the number of turns to be as small as possible, the size of the coil inevitably becomes large.

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、イオンビームを安定して加速できること
は勿論、低消費電力で高いQ値が得られる小型の四重極
粒子加速器を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a small quadrupole particle accelerator that can stably accelerate an ion beam and that can obtain a high Q value with low power consumption. There is.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、共振回路を構成し電力の大部分を消費す
るコイルのみを超電導体で形成することにより達成され
る。
The above object is achieved by forming only a coil that constitutes a resonant circuit and consumes most of the electric power with a superconductor.

従来技術ではコイルの損失は材質固有の抵抗率で最小
値が決まつてしまう。本技術は超電導技術を応用するこ
とにより、この限界を越えることを可能としたものであ
る。
In the conventional technique, the minimum value of the coil loss is determined by the resistivity of the material. This technology makes it possible to exceed this limit by applying superconducting technology.

〔作用〕[Action]

コイルを超電導化することにより、理論的にはQ値が
無限大の共振回路を作ることができる。実際には加速さ
れる粒子が負荷となるため有限のQ値に落つくが、従来
のものに比べると格段に大きく出来るため、小電力の高
周波電源で、高い電圧を発生することが可能となる。
By making the coil superconducting, it is theoretically possible to make a resonant circuit with an infinite Q value. Actually, the accelerated particles become a load and drop to a finite Q value, but since it can be made significantly larger than the conventional one, it is possible to generate a high voltage with a low power high frequency power source. .

〔実施例〕 以下本発明の一実施例を第1図により説明する。四重
極電極1,2,3,4は絶縁物5を介して加速管6から直流的
に絶縁されている。また加速管の外部にインダクタンス
Lのコイル7と容量Cの可変コンデンサ8とからなる共
振回路が設置されている。また発振器9の出力は増巾器
10で増巾された後、カツプリングコイル11を通してこの
共振回路に供給される。コイル7は超電導材料で作られ
ており、低温槽12の中に納められている。この低温槽は
電源13で駆動され、上記コイル材料の超電導臨界温度TC
より低く保たれている。これにより、コイルは超電導状
態になり、従来、供給される高周波電力の大部分を消費
していたコイルでの電力消費を無くすことができる。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The quadrupole electrodes 1, 2, 3, 4 are galvanically isolated from the acceleration tube 6 via an insulator 5. A resonance circuit including a coil 7 having an inductance L and a variable capacitor 8 having a capacitance C is installed outside the acceleration tube. The output of the oscillator 9 is the amplifier
After being amplified by 10, it is supplied to this resonance circuit through a coupling coil 11. The coil 7 is made of a superconducting material and is housed in the cryostat 12. This cryogenic chamber is driven by a power source 13 and has a superconducting critical temperature T C of the coil material.
Is kept lower. As a result, the coil is brought into a superconducting state, and it is possible to eliminate the power consumption in the coil, which conventionally consumes most of the supplied high frequency power.

コイル7とコンデンサ8で構成される共振回路の全て
を超電導状態にできれば、(1)式の分母がゼロになる
ためQ値は無限大となる。しかし、実際には共振回路の
一部が常温になるので、例えば電流路の1/10が常電導状
態とすれば、(1)式の分母は全てが常電導の場合の1/
10となるためQ値は10倍になる。
If all of the resonance circuits composed of the coil 7 and the capacitor 8 can be put into the superconducting state, the denominator of the equation (1) becomes zero and the Q value becomes infinite. However, in reality, part of the resonance circuit is at room temperature, so if, for example, 1/10 of the current path is in the normal conducting state, the denominator of equation (1) will be
Since it becomes 10, the Q value becomes 10 times.

第2図は本発明の別の実施例を示すもので、共振周波
数を変えるために、コイルを絶縁棒13により外部から引
張り伸縮させるようにしたものである。従つてコンデン
サは固定容量コンデンサ8′を使用できる。コイルのイ
ンダクタンスLは で与えられる。但し、μは真空の透磁率、Nは巻数、
lはコイルの長さ、Sはコイル断面積である。第2図の
例ではlだけが変化し、あとは定数となる。従つてコイ
ルを引張つて伸ばせば、コイルの長さに逆比例して、イ
ンダクタンスLは小さくなる。共振周波数であるから、(2)に(1)を代入すると となり共振周波数はコイルの長さの平方根に比例し
て変化する。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which the coil is stretched and expanded by an insulating rod 13 from the outside in order to change the resonance frequency. Therefore, as the capacitor, a fixed capacitance capacitor 8'can be used. The inductance L of the coil is Given in. Where μ 0 is the magnetic permeability of vacuum, N is the number of turns,
l is the length of the coil, and S is the coil cross-sectional area. In the example of FIG. 2, only 1 changes and the rest are constants. Therefore, when the coil is pulled and stretched, the inductance L decreases in inverse proportion to the length of the coil. Resonance frequency 0 is Therefore, substituting (1) into (2) The resonance frequency 0 changes in proportion to the square root of the coil length.

第3図は本発明の別の実施例を示すもので、コイルに
超電導材でできた短絡線14,15,16,17…を図のように配
線する。これら短絡線のうち一本だけを温度を臨界温度
TCより低くすることにより超電導状態にし、他を臨界TC
より高温にすることにより常電導状態にすればコイルを
構成できる。超電導にする短絡線を順次切換えることに
より、インダクタンスの値を換えることができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. Short-circuit wires 14, 15, 16, 17, ... Made of superconducting material are wired in the coil as shown in the drawing. Only one of these short-circuit wires has a critical temperature
The superconducting state by lower than T C, the other critical T C
The coil can be constructed by setting the temperature higher to bring it into the normal conducting state. The inductance value can be changed by sequentially switching the short-circuit wires to be made superconducting.

なおコイルを超電導にする方法の一つとして、コイル
をパイプで作り、この中に冷媒を流すことができる。上
記短絡線の超電導・常電導の切換えも、冷媒を流した
り、止めたりすることによつても可能である。
As one of the methods of making the coil superconducting, the coil can be made of a pipe and the refrigerant can be flown therein. Switching between superconducting and normal conducting of the short-circuit line can also be performed by flowing or stopping the refrigerant.

この実施例を第4図に示す。短絡線14′,15′,16′も
超電導材のパイプで作つてあり、バルブ18,19,20のON−
OFFにより、これら短絡線の一つだけを超電導状態にす
る。他の短絡線は並列のまゝであるが抵抗値が有限であ
るため電流は超電導状態の線のみを流れる。22は非超電
導材パイプでできており、いかなる温度でも常電導のま
ゝである。
This embodiment is shown in FIG. The short-circuit wires 14 ', 15', 16 'are also made of superconducting pipes, and the valves 18, 19, 20 are turned ON-
When turned off, only one of these short-circuit lines is put into a superconducting state. The other short-circuit wires are parallel, but the resistance is finite, so the current flows only in the superconducting wire. No. 22 is made of non-superconducting material pipe and is normally conductive at any temperature.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した本発明の四重極粒子加速器によれば、高
周波共振回路のコイルのみを超電導体としたものである
から、イオンビームを安定して加速できることは勿論、
低消費電力で共振回路のQ値を従来のものに比べて格段
に大きくでき、しかも、これらが小型の装置で得られる
と言う効果がある。
According to the quadrupole particle accelerator of the present invention described above, since only the coil of the high frequency resonance circuit is a superconductor, the ion beam can be stably accelerated, as a matter of course.
There is an effect that the Q value of the resonance circuit can be remarkably increased as compared with the conventional one with low power consumption, and further, these can be obtained by a small device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の基本的な実施例の構成図であり、第2
図及び第3図は本発明の改良実施例を示す部分構成図、
第4図は冷媒コントロールによりインダクタンスを変化
させる実施例を示す図である。 1,2,3,4……四重極電極、5……絶縁物、6……加速
管、7……コイル、8,8′……コンデンサ、9……高周
波発振器、10……増巾器、11……カツプリングコイル、
12……低温槽、13……電源、14,15,16,17……短絡線、
7′……超電導材パイプによるコイル、14′,15′,16′
……超電導材パイプによる短絡線、18,19,20……冷媒ON
−OFFバルブ、22……非超電導材によるパイプ、23……
冷媒循環器、21……バルブON−OFFコントローラ。
FIG. 1 is a block diagram of a basic embodiment of the present invention.
FIG. 3 and FIG. 3 are partial configuration diagrams showing an improved embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which the inductance is changed by controlling the refrigerant. 1,2,3,4 …… quadrupole electrode, 5 …… insulator, 6 …… accelerator, 7 …… coil, 8,8 ′ …… capacitor, 9 …… high frequency oscillator, 10 …… multiplying Bowl, 11 ... coupling coil,
12 ... Low temperature tank, 13 ... Power supply, 14,15,16,17 ... Short-circuit wire,
7 '... Coil made of superconducting material pipe, 14', 15 ', 16'
...... Short-circuit wire by superconducting material pipe, 18,19,20 …… Refrigerant ON
-OFF valve, 22 ... Pipe made of non-superconducting material, 23 ...
Refrigerant circulator, 21 ... Valve ON-OFF controller.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 孝義 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡田 修身 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−115199(JP,A) 特開 昭61−220314(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takayoshi Seki, 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji City, Tokyo Metropolitan Research Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Shuji Okada 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (56) Reference JP-A-60-115199 (JP, A) JP-A-61-220314 (JP, A)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】向き合った面を波打たせた構造の四重極電
極と、コイルとコンデンサからなる高周波共振回路とを
備え、該高周波共振回路のコイルのみを超電導体とした
ことを特徴とする四重極粒子加速器。
1. A quadrupole electrode having a structure in which opposing surfaces are corrugated, and a high-frequency resonance circuit including a coil and a capacitor, and only the coil of the high-frequency resonance circuit is a superconductor. Quadrupole particle accelerator.
【請求項2】前記コイルを軸方向に伸縮させる絶縁棒を
設け、該絶縁棒を操作することによりインダクタンス可
変としとことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
四重極粒子加速器。
2. The quadrupole particle accelerator according to claim 1, wherein an insulating rod for axially expanding and contracting the coil is provided, and the inductance is made variable by operating the insulating rod.
【請求項3】前記コイルに超電導体からなる複数の短絡
線を接続し、これら短絡線のうち超電導にする短絡線を
切換ることにより、コイル巻数を可変としたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の四重極粒子加速器。
3. A coil winding number is variable by connecting a plurality of short-circuit wires made of a superconductor to the coil, and switching the short-circuit wire among the short-circuit wires to be superconducting. A quadrupole particle accelerator according to claim 1.
【請求項4】前記コイルをパイプで構成し、このパイプ
状のコイルの内部に冷媒を流すことにより超電導にした
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の四重極粒
子加速器。
4. The quadrupole particle accelerator according to claim 1, wherein the coil is formed of a pipe, and a superconductivity is obtained by flowing a refrigerant inside the pipe-shaped coil.
【請求項5】予め前記コイルの異なった巻数のところか
ら複数個のリード線を出しておき、これらを一括してコ
ンデンサに接続すると共に、前記複数個のリード線のう
ち一本だけを超電導状態にし、他を常電導とすることで
コイル巻数を選択させるようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の四重極粒子加速器。
5. A plurality of lead wires are taken out from different numbers of turns of the coil in advance, and these are collectively connected to a capacitor, and only one of the plurality of lead wires is in a superconducting state. The quadrupole particle accelerator according to claim 1, wherein the number of coil turns is selected by setting the other to normal conduction.
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JPS63193499A JPS63193499A (en) 1988-08-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0787118B2 (en) * 1990-02-21 1995-09-20 株式会社日立製作所 Quadrupole particle accelerator
JPH0828279B2 (en) * 1993-05-10 1996-03-21 株式会社日立製作所 External resonance type high frequency quadrupole accelerator
JP3691021B2 (en) 2002-03-22 2005-08-31 弘道 山下 Cigarette filters and cigarettes
JP4485437B2 (en) 2005-09-08 2010-06-23 三菱電機株式会社 High-frequency accelerating cavity and circular accelerator

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