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JP2014160613A - Cyclotron - Google Patents

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JP2014160613A JP2013031178A JP2013031178A JP2014160613A JP 2014160613 A JP2014160613 A JP 2014160613A JP 2013031178 A JP2013031178 A JP 2013031178A JP 2013031178 A JP2013031178 A JP 2013031178A JP 2014160613 A JP2014160613 A JP 2014160613A
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005Cyclotrons

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cyclotron capable of improving beam lead-out efficiency.SOLUTION: A cyclotron 1 comprises: a pair of magnetic poles provided while being paired with a circulation track of a beam interposed therebetween, each including a plurality of protrusions and a plurality of recesses arrayed alternately in a circumferential direction and forming hill regions 25h each held between the protrusions and valley regions 25v each held between the recesses along the circulation; dee electrodes 5a, 5b provided in the valley region 25v; and a high frequency generation part 30 disposed at an outer circumferential side in a radial direction of the circulation track of the beam in at least one valley region 25v other than the valley region 25v in which the dee electrodes 5a, 5b are provided, and generating a high-frequency electric field for accelerating the beam.

Description

本発明は、サイクロトロンに関するものである。   The present invention relates to a cyclotron.

従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載のサイクロトロンが知られている。このサイクロトロンでは、イオン源から送られてきた荷電粒子が、RF加速空洞がつくる電場で加速され、十分に加速された後、静電デフレクタ等の引出機器によって荷電粒子ビームがサイクロトロンの外部に引き出される。ビームが加速されることで、外側にビーム軌道が少しずつずれていき、ビームの引出時には、1ターン当たりのビーム軌道のずれ量(ターンセパレーション)よりも十分に薄くされた静電デフレクタのセプタムによって、ビームを剥ぎ取っていく。   Conventionally, as a technique in such a field, a cyclotron described in Patent Document 1 below is known. In this cyclotron, charged particles sent from an ion source are accelerated by an electric field created by an RF acceleration cavity, and after being sufficiently accelerated, a charged particle beam is extracted outside the cyclotron by an extraction device such as an electrostatic deflector. . As the beam is accelerated, the beam trajectory gradually shifts to the outside. When the beam is extracted, the electrostatic deflector septum is made thinner than the amount of beam trajectory shift per turn (turn separation). , Strip off the beam.

特開2010−186631号公報JP 2010-186631 A

上記の方式のサイクロトロンにおけるビームの引出効率は、
η=1−t/δ
の近似式で表される。但し、tはセプタムの厚み、δはターンセパレーション、である。
また、ビーム加速によるターンセパレーションδは、
δ={R/γ(γ+1)}・{ΔK/K}
の近似式で表される。但しRは、引出時の周回軌道半径、γはローレンツ因子、Kはビームの運動エネルギー、ΔKは1ターン当たりのエネルギー増加量である。
The beam extraction efficiency in the cyclotron of the above system is
η = 1−t / δ
It is expressed by the approximate expression of Where t is the thickness of the septum and δ is the turn separation.
Also, turn separation δ due to beam acceleration is
δ = {R / γ (γ + 1)} · {ΔK / K}
It is expressed by the approximate expression of Where R is the radius of the orbit at the time of extraction, γ is the Lorentz factor, K is the kinetic energy of the beam, and ΔK is the amount of energy increase per turn.

この種のサイクロトロンにおいては小型化が望まれている。ところが、サイクロトロンが小型化すると、ビームの周回軌道半径Rが小さくなり、それによってターンセパレーションが小さくなり、ビームの引出効率が低下する。引出効率が低下すると、同じビーム電流を得るためにイオン源に負担がかかり、また、ビームのロスによるサイクロトロン内部の放射化が問題となる。   Miniaturization is desired for this type of cyclotron. However, if the cyclotron is downsized, the orbit radius R of the beam becomes smaller, thereby reducing the turn separation and lowering the beam extraction efficiency. When the extraction efficiency is lowered, the ion source is burdened to obtain the same beam current, and activation inside the cyclotron due to beam loss becomes a problem.

上記の問題に鑑み、本発明は、ビームの引出効率を高めることが可能なサイクロトロンを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a cyclotron capable of increasing the beam extraction efficiency.

本発明のサイクロトロンは、ビームの周回軌道を挟んで一対に設けられ、周方向に交互に配列された複数の凸部と複数の凹部とをそれぞれが有し、凸部同士で挟まれたヒル領域と凹部同士で挟まれたバレー領域とを周回軌道に沿って形成する一対の磁極と、バレー領域に設けられたディ電極と、ディ電極が設けられたバレー領域以外の少なくとも1つのバレー領域においてビームの周回軌道の径方向における外周側に配置され、ビームを加速させるための高周波電場を発生させる高周波発生部と、を備えたことを特徴とする。   The cyclotron according to the present invention is provided in a pair with a circular orbit of the beam interposed therebetween, each having a plurality of convex portions and a plurality of concave portions arranged alternately in the circumferential direction, and a hill region sandwiched between the convex portions. And a valley region sandwiched between recesses along a circular orbit, a de-electrode provided in the valley region, and a beam in at least one valley region other than the valley region in which the de-electrode is provided And a high-frequency generator that generates a high-frequency electric field for accelerating the beam.

このサイクロトロンによれば、ディ電極とは別にビームを加速させるための高周波電場を発生させる高周波発生部が設けられているので、ビームの1ターン当たりのエネルギー増加量(ΔK)が増加し、それによりターンセパレーション(δ)が増加し、その結果、ビームの引出効率(η)が向上する。   According to this cyclotron, since a high frequency generator for generating a high frequency electric field for accelerating the beam is provided separately from the de-electrode, the amount of energy increase (ΔK) per turn of the beam is increased. The turn separation (δ) increases, and as a result, the beam extraction efficiency (η) improves.

また、具体的な構成として、高周波発生部は、メディアンプレーン上に設けられた金属製の高周波電極と、ビームの進行方向に直交する断面内で見て高周波電極の周囲を覆う金属製の枠体と、を有し、枠体には、高周波電極よりも内周側でメディアンプレーン上に延びるスリットが設けられていることとしてもよい。   As a specific configuration, the high-frequency generator includes a metal high-frequency electrode provided on the median plane and a metal frame that covers the periphery of the high-frequency electrode when viewed in a cross section orthogonal to the beam traveling direction. The frame may be provided with a slit extending on the median plane on the inner peripheral side of the high-frequency electrode.

本発明によれば、ビームの引出効率を高めることが可能なサイクロトロンを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a cyclotron capable of increasing the beam extraction efficiency.

本発明に係るサイクロトロンの内部の平面図である。It is a top view inside a cyclotron according to the present invention. 図1のサイクロトロンが備える一対の磁極の模式図である。It is a schematic diagram of a pair of magnetic pole with which the cyclotron of FIG. 1 is provided. 図1のIII-III断面図であり、図1のサイクロトロンが備える加速空洞の近傍を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 1, showing a vicinity of an acceleration cavity included in the cyclotron of FIG. 1.

以下、図面を参照しつつ本発明に係るサイクロトロンの実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態のサイクロトロン1では、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Bが水平面上にあるものとする。なお、本発明のサイクロトロンは、周回軌道Bが鉛直面上にあるように配置してもよい。   Hereinafter, embodiments of a cyclotron according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the cyclotron 1 of the present embodiment, it is assumed that the spiral orbit B of the charged particle beam is on the horizontal plane. Note that the cyclotron of the present invention may be arranged so that the orbit B is on the vertical plane.

図1に示されるように、サイクロトロン1は、真空容器3、ディ電極5a,5b、デフレクタ7、およびマグネティックチャネル9を有する。真空容器3は、荷電粒子の加速空間を高真空状態に保持するための容器である。真空容器3内には、粒子加速に必要な磁場を形成するための一対の磁極21,23が設けられている。磁極21,23は、平面視で円形をなし、後述のメディアンプレーン27(図3)に対して上下面対称の形状を成している。また、磁極21,23は、荷電粒子ビームの周回軌道Bを挟んで、上下方向(図1の紙面に直交する方向)に対面して配置されている。磁極21,23のそれぞれの周囲にコイルが配置され、磁極21と磁極23との間に磁場が発生される。   As shown in FIG. 1, the cyclotron 1 includes a vacuum vessel 3, de-electrodes 5 a and 5 b, a deflector 7, and a magnetic channel 9. The vacuum container 3 is a container for maintaining the acceleration space of charged particles in a high vacuum state. In the vacuum vessel 3, a pair of magnetic poles 21 and 23 are provided for forming a magnetic field necessary for particle acceleration. The magnetic poles 21 and 23 have a circular shape in plan view, and are symmetrical with respect to a median plane 27 (FIG. 3) described later. Further, the magnetic poles 21 and 23 are arranged facing each other in the vertical direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) with the orbit B of the charged particle beam interposed therebetween. A coil is arranged around each of the magnetic poles 21 and 23, and a magnetic field is generated between the magnetic pole 21 and the magnetic pole 23.

図2は、磁極21,23のみを模式的に示す斜視図である。図に示されるように、磁極21,23は円柱状をなしている。以下で用いる「径方向」及び「周方向」との文言は、
図1の方向から見た磁極21,23の輪郭形状である円の径方向及び周方向を意味するものとする。磁極21の上面には、螺旋状に湾曲した4つの凸部21aと、4つの凹部21bとが、周方向に交互に配列され形成されている。そして、磁極23の下面にも、螺旋状に湾曲した4つの凸部23aと、4つの凹部23bとが、周方向に交互に配列され形成されている。凸部21aと凸部23a、凹部21bと凹部23bは、互いにメディアンプレーン27(図3)に対して面対称をなすようにギャップをあけて配置されている。なお、ここで磁極21,23の凸部21a,23aとは、メディアンプレーン27(図3参照)に向けて突出している部分であり、凹部21b,23bとは、メディアンプレーン27から離れるように凹んでいる部分である。また、メディアンプレーン27とは、荷電粒子ビームが加速して進行する周回軌道Bが位置する平面である。厳密には、荷電粒子ビームは、磁極21,23が対向する方向(図3における上下方向)に振動しながら進行するので、振動する荷電粒子ビームの、磁極21,23が対向する方向の位置のおよそ中央値を取った平面がメディアンプレーン27となる。なお、凸部21a,23a及び凹部21b,23bの形状は、上記のような螺旋状に湾曲した形状に限られず、扇形であってもよい。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing only the magnetic poles 21 and 23. As shown in the figure, the magnetic poles 21 and 23 are cylindrical. The terms “radial direction” and “circumferential direction” used below are:
It shall mean the radial direction and the circumferential direction of a circle which is the contour shape of the magnetic poles 21 and 23 viewed from the direction of FIG. On the upper surface of the magnetic pole 21, four convex portions 21a and four concave portions 21b that are spirally curved are alternately arranged in the circumferential direction. Also, on the lower surface of the magnetic pole 23, four convex portions 23a and four concave portions 23b that are spirally curved are alternately arranged in the circumferential direction. The convex portion 21a and the convex portion 23a, and the concave portion 21b and the concave portion 23b are arranged with a gap therebetween so as to be plane-symmetric with respect to the median plane 27 (FIG. 3). Here, the convex portions 21a and 23a of the magnetic poles 21 and 23 are portions protruding toward the median plane 27 (see FIG. 3), and the concave portions 21b and 23b are recessed so as to be separated from the median plane 27. It is the part that is. The median plane 27 is a plane on which a circular orbit B where the charged particle beam accelerates and travels is located. Strictly speaking, the charged particle beam travels while oscillating in the direction in which the magnetic poles 21 and 23 are opposed to each other (vertical direction in FIG. 3). A plane having a median value is the median plane 27. In addition, the shape of convex part 21a, 23a and recessed part 21b, 23b is not restricted to the shape curved in the above spirals, A fan shape may be sufficient.

磁極21と磁極23との間には、凸部21aと凸部23aとで挟まれた狭いギャップのヒル領域25hと、凹部21bと凹部23bとで挟まれた広いギャップのバレー領域25vとが形成されている。磁極21と23との対称面(メディアンプレーン27;図3参照)上に、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Bが形成される。   Between the magnetic pole 21 and the magnetic pole 23, a narrow gap hill region 25h sandwiched between the convex portion 21a and the convex portion 23a and a wide gap valley region 25v sandwiched between the concave portion 21b and the concave portion 23b are formed. Has been. A spiral orbit B of the charged particle beam is formed on the plane of symmetry between the magnetic poles 21 and 23 (median plane 27; see FIG. 3).

ディ電極5a,5bは、真空容器3の内部で荷電粒子を加速するための電場を発生させる電極である。ディ電極5a,5bは、両方ともバレー領域25vに配置され、互いに径方向に対向するように配置されている。ディ電極5a,5bは、平面視でバレー領域25vの形状に沿った形状に形成されている。磁極21の中心部には、サイクロトロン1の外部又は内部に設けられたイオン源(図示せず)から送られてきた荷電粒子を偏向して、メディアンプレーン27上に送るインフレクタ11が配置される。   The de-electrodes 5 a and 5 b are electrodes that generate an electric field for accelerating charged particles inside the vacuum vessel 3. The de-electrodes 5a and 5b are both arranged in the valley region 25v and arranged so as to face each other in the radial direction. The de-electrodes 5a and 5b are formed in a shape along the shape of the valley region 25v in plan view. An inflector 11 that deflects charged particles sent from an ion source (not shown) provided outside or inside the cyclotron 1 and sends it on the median plane 27 is disposed at the center of the magnetic pole 21. .

デフレクタ7は、磁場中で周回軌道Bを周回する荷電粒子ビームを偏向させて、引出軌道に引き出すための装置である。デフレクタ7は、荷電粒子に対して可変的に電場を与えうる導入ギャップを有し、導入ギャップに荷電粒子ビームを導いて偏向させる。マグネティックチャネル9は、荷電粒子ビームを水平方向に収束するための装置である。マグネティックチャネル9は、固定的に磁場勾配を与えうる導入ギャップを有し、導入ギャップに荷電粒子ビームを導いてビームを水平方向に収束する。サイクロトロン1においては、マグネティックチャネル9として、3つのマグネティックチャネル9a,9b,9cが設置されている。   The deflector 7 is a device for deflecting a charged particle beam that circulates in the orbit B in a magnetic field and pulling it out to the extraction orbit. The deflector 7 has an introduction gap capable of variably applying an electric field to the charged particles, and guides and deflects the charged particle beam into the introduction gap. The magnetic channel 9 is a device for converging the charged particle beam in the horizontal direction. The magnetic channel 9 has an introduction gap that can give a magnetic field gradient in a fixed manner, and guides a charged particle beam to the introduction gap to converge the beam in the horizontal direction. In the cyclotron 1, three magnetic channels 9 a, 9 b and 9 c are installed as the magnetic channel 9.

サイクロトロン1では、磁極21と磁極23との間に磁場を発生させると共に、ディ電極5a,5bに高周波電圧が付与されることで、荷電粒子ビームが、加速されつつ、メディアンプレーン27上の螺旋状の周回軌道Bを進行する。径方向の外周側に達した荷電粒子ビームは、マグネティックチャネル9aの導入ギャップを通過した後、デフレクタ7の導入ギャップで偏向され、更にマグネティックチャネル9b,9cの導入ギャップを通過し、ビーム引出ダクトを通じて外部に引き出される。   In the cyclotron 1, a magnetic field is generated between the magnetic pole 21 and the magnetic pole 23, and a high frequency voltage is applied to the deelectrodes 5a and 5b, whereby the charged particle beam is accelerated and spiraled on the median plane 27. The orbit B of the vehicle advances. The charged particle beam that has reached the outer peripheral side in the radial direction passes through the introduction gap of the magnetic channel 9a, then is deflected by the introduction gap of the deflector 7, further passes through the introduction gap of the magnetic channels 9b and 9c, and passes through the beam extraction duct. Pulled out.

サイクロトロン1は、ディ電極5a,5bが設けられたバレー領域25v以外の少なくとも1つのバレー領域25vに設けられた加速空洞31を更に備えている。加速空洞31は、荷電粒子ビームの周回軌道Bの径方向における外周側に配置されており、荷電粒子ビームを加速させる機能を有する。   The cyclotron 1 further includes an acceleration cavity 31 provided in at least one valley region 25v other than the valley region 25v provided with the de-electrodes 5a and 5b. The acceleration cavity 31 is disposed on the outer peripheral side in the radial direction of the circular orbit B of the charged particle beam, and has a function of accelerating the charged particle beam.

図3に示されるように、加速空洞31は、荷電粒子ビームの進行方向に延びる金属製の高周波電極35と、荷電粒子ビームの進行方向に直交する断面(図3に示される断面)内で見て高周波電極35の周囲を覆う金属製の枠体37と、で主に構成されている。なお、高周波電極35は、支持材39を介して枠体37の内側に支持されている。また、サイクロトロン1は、加速空洞31を形成するための高周波発生部30を備えている。高周波発生部30は、高周波電極35、枠体37、支持材39、後述の導波管41及び後述のチューナ43で構成される。   As shown in FIG. 3, the accelerating cavity 31 is seen in a metal high-frequency electrode 35 extending in the traveling direction of the charged particle beam and in a cross section (cross section shown in FIG. 3) orthogonal to the traveling direction of the charged particle beam. And a metal frame 37 that covers the periphery of the high-frequency electrode 35. The high-frequency electrode 35 is supported inside the frame body 37 via a support member 39. Further, the cyclotron 1 includes a high frequency generator 30 for forming an acceleration cavity 31. The high frequency generator 30 includes a high frequency electrode 35, a frame 37, a support member 39, a waveguide 41 described later, and a tuner 43 described later.

高周波電極35は、バレー領域25vの中でも外周側に近い位置(外周側の端部)に配置されており、メディアンプレーン27上に位置している。また、高周波電極35は、径方向の内側(荷電粒子ビームの周回軌道の中心側)が開口したコ字状の断面をなしており、荷電粒子ビームが、コ字状断面の内側の部分を通過するようになっている。枠体37は、断面C字状をなしており、メディアンプレーン27上に延びるスリット37aを有している。スリット37aは、荷電粒子ビームの周回軌道の中心側(内周側)の位置に水平に延在するように形成されている。このスリット37aの存在により、枠体37は、メディアンプレーン27上を進行する荷電粒子ビームの障害にならず、荷電粒子ビームが枠体37の内側に侵入することができる。   The high-frequency electrode 35 is disposed at a position close to the outer peripheral side (end portion on the outer peripheral side) in the valley region 25v, and is positioned on the median plane 27. The high-frequency electrode 35 has a U-shaped cross section that is open on the radial inner side (the center side of the orbit of the charged particle beam), and the charged particle beam passes through the inner portion of the U-shaped cross section. It is supposed to be. The frame 37 has a C-shaped cross section and has a slit 37 a extending on the median plane 27. The slit 37a is formed to extend horizontally at a position on the center side (inner circumference side) of the orbit of the charged particle beam. Due to the presence of the slit 37 a, the frame 37 does not become an obstacle to the charged particle beam traveling on the median plane 27, and the charged particle beam can enter the inside of the frame 37.

枠体37には、導波管41と、チューナ43とが接続されている。枠体37に囲まれた空間を加速空間Aとすれば、導波管41は、加速空間Aに高周波電磁場を付与する。チューナ43は、例えば、加速空間A内に金属棒材を挿抜することによって、加速空間Aの電磁的な特性を変化させ、加速空間A内の高周波電磁場の周波数を調整する。これらの構成により、加速空間A内に適切な周波数の電磁場を発生させ、加速空間A内を通過する荷電粒子ビームを加速することができる。   A waveguide 41 and a tuner 43 are connected to the frame body 37. If the space surrounded by the frame 37 is an acceleration space A, the waveguide 41 applies a high-frequency electromagnetic field to the acceleration space A. The tuner 43 adjusts the frequency of the high-frequency electromagnetic field in the acceleration space A by changing the electromagnetic characteristics of the acceleration space A, for example, by inserting and removing a metal bar in the acceleration space A. With these configurations, an electromagnetic field having an appropriate frequency can be generated in the acceleration space A, and the charged particle beam passing through the acceleration space A can be accelerated.

このように、荷電粒子ビームは、加速空洞31を通過するときに更に運動エネルギーが付与された後、前述のようにデフレクタ7で偏向されサイクロトロン1の外部に出力される。   As described above, the charged particle beam is further imparted with kinetic energy when passing through the acceleration cavity 31, and then deflected by the deflector 7 and output to the outside of the cyclotron 1 as described above.

続いて、上記のような高周波発生部30及び加速空洞31を有するサイクロトロン1の作用効果について説明する。   Then, the effect of the cyclotron 1 which has the above high frequency generation parts 30 and the acceleration cavity 31 is demonstrated.

このサイクロトロンによれば、ディ電極5a,5bとは別に、荷電粒子ビームを加速させるための高周波電場を発生させる高周波発生部30が更に設けられているので、荷電粒子ビームが更に加速される。よって、荷電粒子ビームの1ターン当たりのエネルギー増加量が増加し、それによりターンセパレーションが増加し、その結果、荷電粒子ビームの引出効率が向上する。   According to this cyclotron, apart from the de-electrodes 5a and 5b, the high-frequency generator 30 for generating a high-frequency electric field for accelerating the charged particle beam is further provided, so that the charged particle beam is further accelerated. Therefore, the amount of energy increase per turn of the charged particle beam increases, thereby increasing turn separation, and as a result, the extraction efficiency of the charged particle beam is improved.

すなわち、この種のサイクロトロン1における荷電粒子ビームの引出効率は、
η=1−t/δ …(1)
の近似式で表される。但し、tはデフレクタ7のセプタムの厚み、δは1ターン当たりのビーム軌道のずれ量(ターンセパレーション)、である。
また、ビーム加速によるターンセパレーションδは、
δ={R/γ(γ+1)}・{ΔK/K} …(2)
の近似式で表される。但しRは、引出時の周回軌道半径、γはローレンツ因子、Kはビームの運動エネルギー、ΔKは1ターン当たりのエネルギー増加量である。
That is, the extraction efficiency of the charged particle beam in this type of cyclotron 1 is
η = 1−t / δ (1)
It is expressed by the approximate expression of Where t is the thickness of the septum of the deflector 7 and δ is the deviation of the beam trajectory per turn (turn separation).
Also, turn separation δ due to beam acceleration is
δ = {R / γ (γ + 1)} · {ΔK / K} (2)
It is expressed by the approximate expression of Where R is the orbit radius at the time of withdrawal, γ is the Lorentz factor, K is the kinetic energy of the beam, and ΔK is the amount of energy increase per turn.

そして、前述のとおり、サイクロトロン1においては、通常のディ電極5a,5bによる加速に加えて、更に加速空洞31で荷電粒子ビームが加速されるので、荷電粒子ビームの1ターン当たりのエネルギー増加量ΔKが増加する。上述の式(1)、(2)によれば、ΔKの増加によってターンセパレーションδが増加し、その結果、荷電粒子ビームの引出効率ηが向上する。また、この場合、荷電粒子ビームの周回軌道半径Rが小さくなったとしても、引出効率ηを確保することができるので、サイクロトロン1の小型化にも貢献する。   As described above, in the cyclotron 1, in addition to the acceleration by the normal de-electrodes 5a and 5b, the charged particle beam is further accelerated in the acceleration cavity 31, so that the amount of energy increase ΔK per turn of the charged particle beam is increased. Will increase. According to the above formulas (1) and (2), the turn separation δ increases as ΔK increases, and as a result, the extraction efficiency η of the charged particle beam improves. In this case, even if the orbit radius R of the charged particle beam becomes small, the extraction efficiency η can be ensured, which contributes to the downsizing of the cyclotron 1.

また、荷電粒子ビームを局所的に加速するので、加速空洞31のサイズは小さくすることができ、消費電力も小さくすることができる。また、ディ電極5a,5bに係るRF空洞のハーモニクスは2(f=96MHz)であるが、加速空洞31に係るRF空洞のハーモニクスは4(f=192MHz)になっている。ハーモニクスが4であればディ電圧が低めでも(引き出し位置における)同じターンセパレーションが得られるので、RF空洞の消費電力を下げることができる。なお、ディ電極5a,5bに係るRF空洞のハーモニクスは2になっているのは、内部イオン源からの荷電粒子ビームの引出しを容易にするためである。また、加速空洞31のRF位相を調整することによって、等時性が崩れている場合でも引き出し位置におけるターンセパレーションを増やすことが容易になる。また、別のビーム引出方法である歳差引出(precessional extraction)を採用する場合、水平方向チューンが1を通過する辺りでの加速電圧を調節することによって歳差運動の振幅をある程度変えることができるので、加速電圧の調整が可能になる。 Further, since the charged particle beam is locally accelerated, the size of the acceleration cavity 31 can be reduced, and the power consumption can be reduced. The harmonics of the RF cavity related to the de-electrodes 5a and 5b are 2 (f = 96 MHz), but the harmonics of the RF cavity related to the acceleration cavity 31 are 4 (f = 192 MHz). If the harmonics is 4, the same turn separation can be obtained (at the extraction position) even if the di voltage is low, so that the power consumption of the RF cavity can be reduced. The reason why the harmonics of the RF cavity related to the de-electrodes 5a and 5b is 2 is to facilitate the extraction of the charged particle beam from the internal ion source. Further, by adjusting the RF phase of the acceleration cavity 31, it is easy to increase the turn separation at the extraction position even when isochronism is lost. Also, when adopting another beam extraction method, precessional extraction, the amplitude of precession can be changed to some extent by adjusting the acceleration voltage around the horizontal tune passing through 1. Therefore, the acceleration voltage can be adjusted.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態のサイクロトロン1では、荷電粒子ビームの螺旋状の周回軌道Bが水平面上にあるものとして説明したが、本発明のサイクロトロンは、周回軌道Bが鉛直面上にあるように配置してもよい。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified without changing the gist described in each claim. For example, in the cyclotron 1 of the embodiment, the spiral orbit B of the charged particle beam has been described as being on the horizontal plane. However, the cyclotron of the present invention is arranged so that the orbit B is on the vertical plane. Also good.

1…サイクロトロン、5a,5b…ディ電極、21…磁極、21a…凸部、21b…凹部、23…磁極、23a…凸部、23b…凹部、25h…ヒル領域、25v…バレー領域、27…メディアンプレーン、27a…スリット、30…高周波発生部、35…高周波電極、37…枠体、B…周回軌道。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cyclotron, 5a, 5b ... Di electrode, 21 ... Magnetic pole, 21a ... Convex part, 21b ... Concave part, 23 ... Magnetic pole, 23a ... Convex part, 23b ... Concave part, 25h ... Hill area, 25v ... Valley area, 27 ... Median Plane, 27a ... slit, 30 ... high frequency generator, 35 ... high frequency electrode, 37 ... frame, B ... circular orbit.

Claims (2)

ビームの周回軌道を挟んで一対に設けられ、周方向に交互に配列された複数の凸部と複数の凹部とをそれぞれが有し、前記凸部同士で挟まれたヒル領域と前記凹部同士で挟まれたバレー領域とを前記周回軌道に沿って形成する一対の磁極と、
前記バレー領域に設けられたディ電極と、
前記ディ電極が設けられた前記バレー領域以外の少なくとも1つのバレー領域において前記ビームの周回軌道の径方向における外周側に配置され、ビームを加速させるための高周波電場を発生させる高周波発生部と、
を備えたことを特徴とするサイクロトロン。
A plurality of convex portions and a plurality of concave portions, which are provided in a pair across the circular orbit of the beam and are alternately arranged in the circumferential direction, each have a hill region sandwiched between the convex portions and the concave portions. A pair of magnetic poles that form a sandwiched valley region along the orbit,
A de-electrode provided in the valley region;
A high frequency generator for generating a high frequency electric field for accelerating the beam, arranged on the outer peripheral side in the radial direction of the circular orbit of the beam in at least one valley region other than the valley region provided with the de-electrode,
A cyclotron characterized by comprising:
前記高周波発生部は、メディアンプレーン上に設けられた金属製の高周波電極と、前記ビームの進行方向に直交する断面内で見て前記高周波電極の周囲を覆う金属製の枠体と、を有し、
前記枠体には、
前記高周波電極よりも内周側で前記メディアンプレーン上に延びるスリットが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のサイクロトロン。
The high-frequency generator includes a metal high-frequency electrode provided on a median plane, and a metal frame that covers the periphery of the high-frequency electrode when viewed in a cross section orthogonal to the traveling direction of the beam. ,
In the frame,
The cyclotron according to claim 1, wherein a slit extending on the median plane is provided on an inner peripheral side with respect to the high-frequency electrode.
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