(57)【要約】      （修正有）【課題】バリオエネルギー電子加速器を提供する。【解決手段】本発明は、（ａ）共振空洞と、（ｂ）電子供給源と、（ｃ）ＲＦシステムと、（ｄ）Ｎ個の磁石ユニットがミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされ、偏向チャンバ内で磁界を生成し、第１の半径方向軌跡に沿って離脱する電子ビームを追加長Ｌ＋の第１の偏向軌跡に沿って偏向させて、第１の半径方向軌跡と異なる第２の半径方向軌跡に沿って再導入するように適合される、Ｎ個の磁石ユニットと、（ｅ）エネルギーＷの加速された電子ビームを抽出経路に沿って抽出するための出口５０とを含む電子加速器において、Ｎ個の磁石ユニットの少なくとも１つは、対応する第１の偏向軌跡を、追加長（Ｌ＋）と異なり、且つ好ましくはそれよりも大きい第２の長さ（Ｌ２）の第２の偏向軌跡に変更し、加速された電子ビームのエネルギーＷの変動を許容するように適合されることを特徴とする電子加速器に関する。【選択図】図３ｄ２-３ｄ３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）中空の閉鎖された導体からなる共振空洞（１）であって、
・中心軸Ｚｃを有する外側円筒形部分を含み、且つ外側導体セクション（１ｏ）を形成する内側表面を有する外側壁と、
・前記外側壁内において取り囲まれ、且つ中心軸Ｚｃの内側円筒形部分を含み、及び内側導体セクション（１ｉ）を形成する外側表面を有する内側壁と
を含み、前記中心軸Ｚｃに垂直であるミッドプレーンＰｍに関して対称である、共振空洞（１）と、
（ｂ）前記外側導体セクション上で開口している導入入口から前記ミッドプレーンＰｍに沿って前記中心軸Ｚｃまで、前記共振空洞内に電子のビーム（４０）を半径方向に注入するように適合された電子供給源（２０）と、
（ｃ）前記共振空洞に結合され、且つ前記外側導体セクションから前記内側導体セクションに向かって及び前記内側導体セクションから前記外側導体セクションに向かって延在する、前記ミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って前記電子ビームの前記電子の速度を変化させるために前記外側導体セクションと前記内側導体セクションとの間で周波数（ｆＲＦ）において発振する電界Ｅを生成するように適合されたＲＦシステムと、
（ｄ）Ｎ個の磁石ユニット（３０ｉ）であって、ここで、Ｎ＞１であり、且つＮ∈
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であり、前記Ｎ個の磁石ユニットのそれぞれの１つは、前記ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされ、且つ空洞出口アパーチャ及び空洞入口アパーチャ（３１ｗ）によって前記共振空洞と流体連通している偏向チャンバ（３１）内で磁界を生成するように適合された偏向磁石の組を含み、前記磁界は、
・追加長（Ｌ＋）を有する第１の偏向軌跡にわたり、前記ミッドプレーンＰｍに沿って前記共振空洞内の第１の半径方向軌跡の端部において前記空洞出口アパーチャを通じて前記偏向チャンバ内に進入する電子ビームを偏向させることであって、前記第１の偏向軌跡は、前記空洞出口アパーチャから前記空洞入口アパーチャまで延在し、前記空洞入口アパーチャは、前記空洞出口アパーチャと同一であるか又は異なり得、前記空洞出口アパーチャを通じて、電子ビームは、前記ミッドプレーンＰｍ内の第２の半径方向軌跡に沿って前記中心軸に向かって前記共振空洞内に再導入され、前記第２の半径方向軌跡は、前記第１の半径方向軌跡と異なる、偏向させること
のために適合され、
・前記追加長（Ｌ＋）は、前記電子ビームが前記共振空洞内に再導入されると、前記ＲＦシステムが、前記第２の半径方向軌跡に沿って前記電子ビームを加速させるための電界を印加するために同期化されるようなものである、Ｎ個の磁石ユニット（３０ｉ）と、
（ｅ）前記共振空洞からターゲット（１００）に向かってエネルギーＷの加速された電子ビームを抽出するための出口（５０）と
を含む電子加速器において、
前記Ｎ個の磁石ユニット（３０ｉ）の少なくとも１つは、前記対応する第１の偏向軌跡を、前記追加長（Ｌ＋）と異なり、且つ好ましくはそれよりも大きい第２の長さ（Ｌ２）の第２の偏向軌跡に変更し、これにより、前記出口（５０）から抽出される前記加速された電子ビームの前記エネルギーＷの変動を許容するように適合されたバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）であることを特徴とする電子加速器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子加速器において、前記第２の長さ（Ｌ２）は、前記電子ビームが前記共振空洞内に再導入されると、前記ＲＦシステムが、前記第２の半径方向軌跡に沿って前記電子ビームを減速させるための電界を印加するために同期化されるようなものであることを特徴とする電子加速器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子加速器において、前記少なくとも１つのバリオ磁石ユニットは、
・前記中心軸Ｚｃから第１の半径方向距離に配置され、且つ追加長Ｌ＋の偏向軌跡に沿って前記電子ビームを偏向させるように構成されている、前記ミッドプレーン上でセンタリングされた磁石の第１の組（３０６−７）であって、前記対応する偏向チャンバ内で磁界を生成するように有効化されるか又は生成しないように無効化され得る磁石の第１の組と、
・前記磁石の第１の組と半径方向にアライメントされ、且つ前記第１の半径距離よりも大きい、前記中心軸Ｚｃからの第２の半径方向距離に配置されている、前記ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされた磁石の第２の組（３０６−５）と
を含むことを特徴とする電子加速器。
【請求項４】
請求項３に記載の電子加速器において、前記磁石の第１及び第２の組（３０６−７、３０６−５）は、
・両方の磁石の組に共通する単一の偏向チャンバ（３１）内において、又は
・第１及び第２の偏向チャンバ（３１）であって、前記第１の偏向チャンバは、１つ又は２つのウィンドウによって前記第２の偏向チャンバと流体連通している、それぞれ第１及び第２の偏向チャンバに対して、
磁界を生成するように適合されることを特徴とする電子加速器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電子加速器において、前記少なくとも１つのバリオ磁石ユニットは、前記中心軸Ｚｃにおいて前記第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行である二等分方向に沿って前後に前記少なくとも１つのバリオ磁石ユニット（３０ｉ）を半径方向に離散的又は連続的に移動させ、且つ従って前記出口（５０）から抽出される前記加速された電子ビームの前記エネルギーＷを離散的又は連続的に変更するための移動手段を含むことを特徴とする電子加速器。
【請求項６】
請求項５に記載の電子加速器において、前記移動手段は、前記対応する二等分方向に沿って前記少なくとも１つのバリオ磁石ユニット（３０ｉ）を前後に変位させるためのモーターを含むことを特徴とする電子加速器。
【請求項７】
請求項３乃至６の何れか１項に記載の電子加速器において、
・前記磁石ユニットによって環状に偏向される前に、前記第１の半径方向軌跡から前記空洞出口アパーチャに到達する前記電子ビームを、前記中心軸Ｚｃにおいて前記第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される前記角度の二等分線に平行である軌跡に方向付けるための、及び
・前記共振空洞内に再導入される際、前記磁石ユニットによって課された前記環状の偏向に後続する、前記二等分線に平行な軌跡から前記空洞入口アパーチャに到達する前記電子ビームを前記第２の半径方向軌跡に方向付けるための
偏向器（３０ｄ）を更に含むことを特徴とする電子加速器。
【請求項８】
請求項２乃至６の何れか１項に記載の電子加速器において、前記第２の長さ（Ｌ２）は、前記追加長（Ｌ＋）と、前記電界Ｅの波長λの１つ又は複数の半分との合計に等しい（Ｌ２＝（Ｌ＋）＋ｎλ／２であり、ここで、
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である）ことを特徴とする電子加速器。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の電子加速器において、
・ロードトロンは、前記出口（５０）の直接上流に位置決めされる単一のバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）を含み、
・ｗｉは、磁石ユニット（３０ｉ）への又は磁石ユニット（３０（ｉ−１））からの、前記共振空洞にわたる１つのパスにおいて電子ビームによって得られるか又は失われるエネルギーであり、ここで、
〇ｗｉの値は、ｉ＝１〜Ｎについて一定であり、且つここで、
〇前記エネルギー利得ｗｉの前記値は、前記出口（５０）までの前記共振空洞にわたる前記電子ビームの最後の（（Ｎ＋１）番目の）パスについて、（−ｗｉ）〜（＋ｗｉ）に含まれ、
Ｎは、好ましくは、６に等しく、ｗｉは、好ましくは、ｉ＝１〜６について１ＭｅＶ／パスに等しく、且つ前記最後（７番目）のパスについて−１〜１ＭｅＶ／パスに含まれ、前記抽出された電子ビーム（４０−５〜４０〜７）は、好ましくは、５〜７ＭｅＶに含まれることを特徴とする電子加速器。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の電子加速器において、前記Ｎ個の磁石ユニットのそれぞれは、０．０１Ｔ〜１．３Ｔ、好ましくは０．０２Ｔ〜０．７Ｔに含まれる、前記偏向チャンバ内の磁界を形成することを特徴とする電子加速器。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電子加速器において、前記電子ビームは、３０〜７００ｋＷ、好ましくは１５０〜６５０ｋＷに含まれる平均パワーを有することを特徴とする電子加速器。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電子加速器において、前記共振空洞は、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第１の半体シェル（１１）と、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第２の半体シェル（１２）と、
・前記第１及び第２の半体シェル間で前記ミッドプレーンＰｍのレベルにおいて挟持された内径Ｒの中心リング要素（１３）と
によって形成され、
前記外側導体セクションを形成する前記表面は、前記第１及び第２の半体シェルの前記円筒形外側壁の内側表面により、且つ好ましくは第１及び第２の半体シェルの両方の前記内側表面と同一平面である前記中心リング要素の内側エッジにより形成されることを特徴とする電子加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心軸Ｚｃ上でセンタリングされた共振空洞を有し、且つ花びらを形成するいくつかの半径方向軌跡に沿って電子を加速させるために使用される発振電界を生成する電子加速器に関する。ロードトロン（登録商標）は、このような電子加速器の例である。本発明による電子加速器は、単一の経路に沿って異なるエネルギーの電子ビームを抽出することができる。
【背景技術】
【０００２】
共振空洞を有する電子加速器は、当技術分野で周知である。例えば、（特許文献１）は、
（ａ）中空閉鎖導体からなる共振空洞であって、
・中心軸Ｚｃ上でセンタリングされた外側円筒形部分を含み、且つ外側導体セクションを形成する内側表面を有する外側壁と、
・外側壁内において取り囲まれ、且つ中心軸Ｚｃ上でセンタリングされた内側円筒形部分を含み、及び内側導体セクションを形成する外側表面を有する内側壁と
を含み、中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ外側円筒形部分及び内側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍに関して対称である、共振空洞と、
（ｂ）ミッドプレーンＰｍに沿って外側導体上で開口している導入入口から中心軸Ｚｃまで、共振空洞内に電子ビームを半径方向に注入するように適合された電子供給源と、
（ｃ）共振空洞に結合され、且つ外側導体から内側導体に向かって及び内側導体から外側導体に向かって延在する、ミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って電子ビームの電子を加速させるために外側導体と内側導体との間で周波数（ｆＲＦ）において発振する電界Ｅを生成するように適合されたＲＦシステムと、
（ｄ）それぞれミッドプレーンＰｍ内に位置し、且つ電子供給源から電子ビーム出口まで中心軸Ｚｃを通過する１つの半径方向軌跡から異なる半径方向軌跡に偏向チャンバ内の電子ビームの軌跡を偏向させるように適合されたいくつかの電磁石を有する磁石システムと
を含む電子加速器について記述している。以下では、「ロードトロン」という用語は、中心軸Ｚｃに垂直である平坦な軌跡にわたる、且つ中心軸Ｚｃを数回にわたって通過する電子ビームを加速させるのに適した共振空洞を有する電子加速器の同義語として使用される。
【０００３】
図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、電子ビームの電子は、外側導体セクションと内側導体セクションとの間及び内側導体セクションと外側導体セクションとの間にＲＦシステムによって生成された電界Ｅにより、共振空洞の直径（２つの半径、２Ｒ）に沿って加速される。発振電界Ｅは、まず、外側導体セクションと内側導体セクションとの間の距離にわたって電子を加速させる。電界の極性は、電子が内側円筒形部分内に含まれる共振空洞の中心周辺のエリアを横断した際に変化する。この共振空洞の中心周辺のエリアは、一定速度でその軌跡を継続させる電子に対する電界からの遮蔽を提供する。次いで、電子は、内側導体セクションと外側導体セクションとの間に含まれるその軌跡のセグメント内で再度加速される。電界の極性は、電子が電磁石によって偏向された際に再度変化する。次いで、このプロセスは、電子ビームが、ロードトロンから排出されるターゲットエネルギーに到達するために必要とされる回数だけ反復される。従って、ミッドプレーンＰｍ内の電子の軌跡は花の形状を有する（図１を参照されたい）。従って、所与のエネルギーを有する加速された電子ビームをロードトロンから抽出することができる。
【０００４】
ロードトロンは、ビームライン及びビームスキャニングシステムなどの外部機器と組み合わせることができる。ロードトロンは、（例えば、医療装置の）殺菌、ポリマーの改質、ポリマーの架橋、パルプの加工、結晶の改質、半導体の改善、ビーム支援型の化学反応、食品の低温殺菌及び保存、検出及びセキュリティ目的、廃棄材料の処理などを含む産業用途で使用することができる。また、適切なエネルギーの電子ビームを金属ターゲット内に打ち込むことにより、Ｘ線を生成することもできる。Ｘ線は、例えば、（医療用の）放射性同位体生成などの様々な用途で使用することができる。必要とされる電子ビームのエネルギー及び強度は、用途に高度に依存する。一般に、１０ＭｅＶ超のエネルギーの電子ビームは、核反応の誘発及び活性化を防止するために回避される。Ｘ線は、ほぼ７．５ＭｅＶ未満のエネルギーの電子ビームから生成される。７ＭｅＶの電子ビームは、通常、医療装置の殺菌、表面の殺菌、ポリマーの架橋及びこれらに類似したものに非常に適する。電子ビームによる食品処理用途は、
・包装材料のインライン殺菌及びシード表面のインライン駆除／殺菌を含む、低エネルギー（＜１ＭｅＶ）、
・包装された果物及び野菜の植物衛生処理を含む、中程度のエネルギー（１〜８ＭｅＶ）、及び
・包装された肉、スパイス、海産物及び食品成分の滅菌を含む、高エネルギー（８〜１０ＭｅＶ）
に広く分割することができる。
【０００５】
以上から、所与の電子加速器が、抽出される電子ビームのエネルギーが望ましい用途に応じて変化することを許容する場合に有利であることを理解することができる。これは、ロードトロンに当てはまる。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、電子ビームによる共振空洞の直径のそれぞれの横断後のエネルギーの増大ｗｉがｗｉ＝１ＭｅＶ／パスであると仮定して、図１（ａ）並びに図２（ｂ１）及び図２（ｂ２）に示される共振空洞の７回の横断後、７ＭｅＶの電子ビームを抽出することができる。図１（ｂ）並びに図２（ｃ１）及び図２（ｃ２）に示されるように、２つの偏向チャンバ（３０５、３０６）を無効化又は除去することにより、共振空洞の横断の回数は、５回に低減され、これにより５ＭｅＶの抽出された電子ビームを結果的に得ることができる。従って、ロードトロンユニットは、偏向チャンバの数を単純に操作することにより、異なるエネルギーの電子ビームを抽出し、これにより、共振空洞にわたる「花びら」又はビームの通過の数を定義するように容易に構成することができる。
【０００６】
現時点の加速器に伴う、抽出される電子ビームのエネルギーを変化させることに関する問題は、追加又は除去される偏向チャンバの数及び位置に応じて、抽出経路により、それぞれのエネルギーを有する方向が変化することである。図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ターゲット（１００）は、第１の直線的な抽出軌跡に沿って７ＭｅＶの抽出電子ビームを捕捉するが、同一のターゲット（１００）に５ＭｅＶが衝突しなければならない場合、５ＭｅＶの抽出電子ビームを、ターゲットに到達するように、第２の角度を有する軌跡に沿って逸脱させなければならない。電子ビームのあらゆる逸脱は、システムを複雑化させると共にその容積を増大させ、且つ製造及び設置費用を増大させる。
【０００７】
（特許文献１）は、抽出される電子ビームの同一の向きを維持するため、偏向チャンバの数が変更される間、その角度向きが変更され得るようなラックに取り付けられたロードトロンを提案している。この設計は、以前の加速器との比較で大きい進歩を表すが、しかしながら、ラックとの関係における加速器の向きの変更は、相当の作業であり、且つ午前における７ＭｅＶの第１の用途から午後における５ＭｅＶの第２の用途への変更について適合されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第３３１９４０３号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第３３１９４０２号明細書
【０００９】
本発明は、単一の抽出経路に沿って異なるエネルギーの電子ビームを抽出する能力を有するロードトロンを提案する。抽出エネルギーの変更は、容易であり、迅速であり、且つ確実であり、これは、離散型又は連続型であり得る。この解決策は、任意のサイズ、エネルギー及びパワーのロードトロンに対して実装することが可能であり、且つ単純な変更により、既存のロードトロンユニットに対して実装することもできる。これらの利点について以下の節で更に詳細に説明する。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、添付の独立請求項で定義される。好適な実施形態は、従属請求項で定義される。具体的には、本発明は、
（ａ）中空の閉鎖された導体からなる共振空洞であって、
・中心軸Ｚｃを有する外側円筒形部分を含み、且つ外側導体セクションを形成する内側表面を有する外側壁と、
・外側壁内において取り囲まれ、且つ中心軸Ｚｃの内側円筒形部分を含み、及び内側導体セクションを形成する外側表面を有する内側壁と
を含み、中心軸Ｚｃに垂直であるミッドプレーンＰｍに関して対称である、共振空洞と、
（ｂ）外側導体セクション上で開口している導入入口からミッドプレーンＰｍに沿って中心軸Ｚｃまで、共振空洞内に電子のビーム（４０）を半径方向に注入するように適合された電子供給源と、
（ｃ）共振空洞に結合され、且つ外側導体セクションから内側導体セクションに向かって及び内側導体セクションから外側導体セクションに向かって延在する、ミッドプレーンＰｍ内の半径方向軌跡に沿って電子ビームの電子の速度を変化させるために外側導体セクションと内側導体セクションとの間で周波数（ｆＲＦ）において発振する電界Ｅを生成するように適合されたＲＦシステムと、
（ｄ）Ｎ個の磁石ユニットであって、ここで、Ｎ＞１であり、且つ
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であり、Ｎ個の磁石ユニットのそれぞれの１つは、ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされ、且つ空洞出口アパーチャ及び空洞入口アパーチャによって共振空洞と流体連通している偏向チャンバ内で磁界を生成するように適合された偏向磁石の組を含み、磁界は、
・追加長（Ｌ＋）を有する第１の偏向軌跡にわたり、ミッドプレーンＰｍに沿って共振空洞内の第１の半径方向軌跡の端部において空洞出口アパーチャを通じて偏向チャンバ内に進入する電子ビームを偏向させることであって、前記第１の偏向軌跡は、空洞出口アパーチャから空洞入口アパーチャまで延在し、空洞入口アパーチャは、空洞出口アパーチャと同一であるか又は異なり得、空洞出口アパーチャを通じて、電子ビームは、ミッドプレーンＰｍ内の第２の半径方向軌跡に沿って中心軸に向かって共振空洞内に再導入され、前記第２の半径方向軌跡は、第１の半径方向軌跡と異なる、偏向させること
のために適合され、
・追加長（Ｌ＋）は、電子ビームが共振空洞内に再導入されると、ＲＦシステムが、第２の半径方向軌跡に沿って電子ビームを加速させるための電界を印加するために同期化されるようなものである、Ｎ個の磁石ユニットと、
（ｅ）共振空洞からターゲットに向かってエネルギーＷの加速された電子ビームを抽出するための出口と
を含む電子加速器であって、
Ｎ個の磁石ユニットの少なくとも１つは、対応する第１の偏向軌跡を、追加長（Ｌ＋）と異なり、且つ好ましくはそれよりも大きい第２の長さ（Ｌ２）の第２の偏向軌跡に変更し、これにより、出口から抽出される加速された電池ビームのエネルギーＷの変動を許容するように適合されたバリオ磁石ユニットである、電子加速器に関する。
【００１１】
第２の長さ（Ｌ２）は、好ましくは、電子ビームが共振空洞内に再導入されると、ＲＦシステムが、第２の半径方向軌跡に沿って電子ビームを減速させるための電界を印加するために同期化されるようなものである。
【００１２】
第１の実施形態では、少なくとも１つのバリオ磁石ユニットは、
・中心軸Ｚｃから第１の半径距離に配置され、且つ追加長Ｌ＋の偏向軌跡に沿って電子ビームを偏向させるように構成されている、ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされた磁石の第１の組であって、対応する偏向チャンバ内で磁界を生成するように有効化されるか又は生成しないように無効化され得る磁石の第１の組と、
・磁石の第１の組と半径方向にアライメントされ、且つ第１の半径方向距離よりも大きい、中心軸Ｚｃからの第２の半径方向距離に配置されている、ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされた磁石の第２の組と
を含む離散型のバリオ磁石デュアルユニットである。
【００１３】
磁石の第１及び第２の組は、好ましくは、
・両方の磁石の組に共通する単一の偏向チャンバ内において、又は
・第１及び第２の偏向チャンバであって、第１の偏向チャンバは、１つ又は複数のウィンドウによって第２の偏向チャンバと流体連通している、それぞれ第１及び第２の偏向チャンバに対して、
磁界を生成するように適合される。
【００１４】
第２の実施形態では、少なくとも１つのバリオ磁石ユニットは、中心軸Ｚｃにおいて第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行である二等分方向に沿って前後に少なくとも１つのバリオ磁石ユニットを半径方向に離散的又は連続的に移動させ、且つ従って出口から抽出される加速された電子ビームのエネルギーＷを離散的又は連続的に変更するための移動手段を含む可動型のバリオ磁石ユニットである。移動手段は、対応する二等分方向に沿って少なくとも１つの可動型のバリオ磁石ユニットを前後に変位させるためのモーターを含むことができる。
【００１５】
好ましい一実施形態では、ロードトロンは、
・磁石ユニットによって環状に偏向される前に、第１の半径方向軌跡から空洞出口アパーチャに到達する電子ビームを、中心軸Ｚｃにおいて第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行である軌跡に方向付けるための、及び
・共振空洞内に再導入される際、磁石ユニットによって課された環状の偏向に後続する、二等分線に平行な軌跡から空洞入口アパーチャに到達する電子ビームを第２の半径方向軌跡に方向付けるための
偏向器を更に含むことができる。
【００１６】
偏向器の使用は、電子ビームのジャイロ半径と、従って磁界の大きさとを、磁石の第１及び第２の組又は可動型のバリオ磁石の何れの半径方向距離に伴っても変更する必要がないという利点を有する。
【００１７】
第２の長さ（Ｌ２）は、好ましくは、追加長（Ｌ＋）と、電界Ｅの波長λの１つ又は複数の半体との合計に等しく、即ちＬ２＝（Ｌ＋）＋ｎλ／２であり、ここで、
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であり、且つｎは、好ましくは、１に等しい。
【００１８】
ロードトロンの好ましい例は、出口の直接上流に位置決めされる単一のバリオ磁石ユニットを含む。ロードトロンは、
・ｗｉの値がｉ＝１〜Ｎについて一定であり、且つ
・エネルギー利得又は損失ｗｉの値が、出口までの共振空洞にわたる電子ビームの最後の（（Ｎ＋１）番目の）パスについて、（−ｗｉ）〜（＋ｗｉ）に含まれる
ように定義される、ｉ番目の磁石ユニットへの又は（ｉ−１）番目の磁石ユニットからの、共振空洞にわたる１つのパスにおける電子ビームによるエネルギー利得又は損失によって特徴付けられる。
【００１９】
磁石の数Ｎは、好ましくは、６に等しく、ｗｉは、好ましくは、ｉ＝１〜６について１ＭｅＶ／パス±０．２ＭｅＶ／パスに等しく、且つ最後（７番目）のパスについて−１〜１ＭｅＶ／パス±０．２ＭｅＶ／パスに含まれ、抽出された電子ビームは、好ましくは、５ＭｅＶ±０．２ＭｅＶ〜７ＭｅＶ±０．２ＭｅＶに含まれる。
【００２０】
Ｎ個の磁石ユニットのそれぞれは、好ましくは、０．０１Ｔ〜１．３Ｔ、より好ましくは０．０２Ｔ〜０．７Ｔに含まれる、偏向チャンバ内の磁界を生成する。電子ビームは、３０〜７００ｋＷ、好ましくは１５０〜６５０ｋＷに含まれる平均パワーを有することができる。
【００２１】
好適な一実施形態では、共振空洞は、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第１の半体シェルと、
・内径Ｒ及び中心軸Ｚｃの円筒形外側壁を有する第２の半体シェルと、
・第１及び第２の半体シェル間でミッドプレーンＰｍのレベルにおいて挟持された内径Ｒの中心リング要素と
によって形成され、外側導体セクションを形成する表面は、第１及び第２の半体シェルの円筒形外側壁の内側表面により、且つ好ましくは第１及び第２の半体シェルの両方の内側表面と同一平面である中心リング要素の内側エッジにより形成される。
【００２２】
例として且つ添付の図面を参照して、本発明のこれらの及び更なる態様について更に詳細に説明することとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態（ａ）から２つの偏向チャンバを除去することにより、（ａ）７ＭｅＶ及び（ｂ）５ＭｅＶの抽出された電子ビームを供給するように構成された従来技術の電子加速器の中心軸Ｚｃに対して垂直のプレーンに沿った平面断面図の２つの例を概略的に示す。
【図２】図２は、（ａ）ロードトロン内の電子ビームが辿る軌跡のＲＦ電界Ｅの振幅を距離ｄの関数として示す。従来技術のロードトロン内の位置の関数としての電子ビームのエネルギーＷの変化は、（ｂ１）７ＭｅＶの抽出された電子ビームについて図２（ｂ１）に、且つ５ＭｅＶの抽出された電子ビームについて図２（ｃ１）に示されている。丸付きの数値は、それぞれ（ｂ２）７ＭｅＶ及び（ｃ２）５ＭｅＶの電子ビームを供給するように構成された従来技術のロードトロンの断面図を示す、対応する図２（ｂ２）及び図２（ｃ２）のロードトロン内における電子ビームの位置に対応する。
【図３】図３は、（ａ）ロードトロン内の電子ビームの位置ｄの関数としてＲＦ電界Ｅの振幅を示す。本発明によるロードトロン内の位置の関数としての電子ビームのエネルギーＷの変化は、（ｂ１）７ＭｅＶ、（ｃ１）５ＭｅＶ及び（ｄ１）６ＭｅＶの抽出された電子ビームについて示されている。丸付きの数値は、対応する図３（ｂ２）、図３（ｂ３）、図３（ｃ２）、図３（ｃ３）及び図３（ｄ２）のロードトロン内における電子ビームの位置に対応し、図３（ｂ２）及び図３（ｂ３）は、７ＭｅＶにおいて電子ビームを抽出するロードトロンの２つの実施形態を示し、図３（ｃ２）及び図３（ｃ３）は、５ＭｅＶにおいて電子ビームを抽出するロードトロンの２つの実施形態を示し、且つ図３（ｄ２）は、６ＭｅＶにおける第２の実施形態を示す。
【図４】図４は、中心軸Ｚｃに沿った電界Ｅのプロファイルの表現と共に、電子加速器の中心軸Ｚｃに平行なプレーンに沿った断面図を概略的に示す。
【図５】図５は、（ａ）ロードトロンを製造するモジュールと、（ｂ）中心リング要素の厚さ内に形成された偏向チャンバとを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
これらの図の縮尺は、正確ではない。
【００２５】
ロードトロン
図１、図２（ｂ２）及び（ｃ２）並びに図４は、ロードトロンであって、
（ａ）中空閉鎖導体からなる共振空洞（１）と、
（ｂ）電子供給源（２０）と、
（ｃ）真空システム（図示せず）と、
（ｄ）ＲＦシステム（７０）と、
（ｅ）少なくとも１つの磁石ユニット（３０ｉ）を含む磁石システムと
を含むロードトロンの一例を示す。
【００２６】
共振空洞
共振空洞（１）は、
（ａ）中心軸Ｚｃと、
（ｂ）中心軸Ｚｃと同軸である外側円筒形部分を含み、且つ外側導体セクション（１ｏ）を形成する内側表面を含む外側壁と、
（ｃ）外側壁内に封入され、及び中心軸Ｚｃと同軸の内側円筒形部分を有し、且つ内側導体セクション（１ｉ）を形成する外側表面を含む内側壁と、
（ｄ）外側壁及び内側壁を結合し、これにより共振空洞を閉鎖する２つの底蓋（１１ｂ、１２ｂ）と、
（ｅ）中心軸Ｚｃに垂直であり、且つ内側円筒形部分及び外側円筒形部分と交差するミッドプレーンＰｍと
を含む。ミッドプレーン及び中央軸の交差は、共振空洞の中心を定義する。
【００２７】
共振空洞（１）は、ミッドプレーンＰｍに関して２つの対称部分に分割される。このミッドプレーンに関する共振空洞の対称性は、共振空洞の形状に関するものであり、例えば、ＲＦシステム（７０）又は真空システムを接続するための任意の開口部の存在を無視している。従って、共振空洞の内側表面は、ドーナツ形容積の形態の中空閉鎖導体を形成する。中心軸Ｚｃに沿って計測された共振空洞の高さは、ほぼ１／２λであり、ここで、λは、ＲＦ波長である。中心軸Ｚｃに垂直に計測された共振空洞の直径は、偏向チャンバ内における横断を許容するために０．７２λであり得る。
【００２８】
ミッドプレーンＰｍは、垂直方向であるか、水平方向であるか、又はロードトロンが安着する地面に関して任意の適切な向きを有し得る。好ましくは、これは水平又は垂直方向である。
【００２９】
共振空洞（１）は、ＲＦシステム及び真空システム（図示せず）を接続するための開口部を含むことができる。これらの開口部は、好ましくは、２つの底蓋（１１ｂ、１２ｂ）の少なくとも１つに生成される。
【００３０】
また、外側壁は、ミッドプレーンＰｍと交差するアパーチャも含む。例えば、外側壁は、共振空洞（１）内に電子ビーム（４０）を導入するための導入入口開口部を含む。また、外側壁は、望ましいエネルギーに加速された電子ビーム（４０−５〜４０−７）を共振空洞から排出するための電子ビーム出口（５０）も含む。また、外側壁は、共振空洞を対応する偏向チャンバ（３１、以下を参照されたい）と流体連通させる空洞出口／入口アパーチャ（３１ｗ）も含む。一般に、ロードトロンは、いくつかの磁石ユニットと、いくつかの空洞出口／入口アパーチャとを含む。
【００３１】
ロードトロンは、一般に、電子ビームの電子を１〜５０ＭｅＶ、好ましくは３〜２０ＭｅＶ、更に好ましくは５〜１０ＭｅＶであり得るエネルギーに加速させる。上述のように、大部分の産業用途では、核反応を回避するために１０ＭｅＶ以下のエネルギーが印加される。電子は、相対論的であり、且つ５０ｋｅＶにおいて０．４ｃに到達し（ここで、ｃは、光の速度である）、１ＭｅＶにおいて約０．９４ｃに到達し、且つ１０ＭｅＶにおいて０．９９８８ｃに到達する。共振空洞にわたる１回の通過後、通常、１ＭｅＶのエネルギーを有する電子の速度は、実質的に一定であるものとして安全に近似することができる。
【００３２】
ロードトロンは、大きい平均パワーを有し、これは、３０〜７００ｋＷ、好ましくは１５０〜６５０ｋＷ、更に好ましくは１６０〜１９０ｋＷに含まれ得る。例えば、ＩＢＡのロードトロンモデルＴＴ５０は、１〜１０ｋＷに含まれる、最大で１０ＭｅＶの平均パワーのエネルギーのビームを抽出することができる。ＴＴ５０は、０．６ｍの直径の共振空洞を有し、且つ１ＭｅＶ／パスの１通過当たりのエネルギー利得ｗｉにより、電子ビームを加速させる。１ｍの直径の共振空洞の場合、ＩＢＡのロードトロンモデルＴＴ１００は、最大で４０ｋＷのパワーにおいて、０．８３ＭｅＶ／パスの１通過当たりのエネルギー利得ｗｉにより、３〜１０ＭｅＶに含まれるエネルギーの電子ビームを抽出することができる。２ｍの直径の共振空洞の場合、ＴＴ２００は、ｗｉ＝１ＭｅＶ／パスのレート及び最大で１９０ｋＷのパワーにおいて３〜１０ＭｅＶの電子ビームを抽出する。ＴＴ１０００は、ＴＴ２００と同一の２ｍの直径の共振空洞を有するが、最大で６３０ｋＷのパワーにおいて、ｗｉ＝１．２ＭｅＶ／パスのレートで３〜７ＭｅＶのビームを抽出する。
【００３３】
内側壁は、直線状の半径方向軌跡（中心軸Ｚｃと交差する）に沿った内側円筒形部分を通じた電子ビームの通過を可能にする、対応する空洞出口／入口アパーチャ（３１ｗ）と半径方向にアライメントされた開口部を含む。
【００３４】
中空閉鎖導体からなる共振空洞（１）の表面は、導電性材料から製造される。例えば、導電性材料は、金、銀、プラチナ、アルミニウムの１つであり得、好ましくは銅である。外側及び内側壁及び底蓋は、導電性材料の層によって被覆された鋼から製造することができる。
【００３５】
共振空洞（１）は、０．３ｍ〜４ｍ、好ましくは０．４ｍ〜３ｍ、更に好ましくは０．５ｍ〜２ｍの直径２Ｒを有することができる。
【００３６】
中心軸Ｚｃに対して平行に計測された共振空洞（１）の高さは、０．３ｍ〜４ｍ、好ましくは０．４ｍ〜１．２ｍ、更に好ましくは０．５ｍ〜０．７ｍに含まれ得る。
【００３７】
ミッドプレーンＰｍに平行に計測された、共振空洞（１）、電子供給源（２０）、真空システム、ＲＦシステム及び１つ又は複数の磁石ユニット（３０ｉ）を含むロードトロンの外径は、１〜５ｍ、好ましくは１．２〜２．８ｍ、更に好ましくは１．４〜１．８ｍであり得る。中心軸Ｚｃに平行に計測されたロードトロンの高さは、０．５〜５ｍ、好ましくは０．６〜１．５ｍ、更に好ましくは０．７〜１．４ｍであり得る。
【００３８】
電子供給源、真空システム及びＲＦシステム
電子供給源（２０）は、電子ビーム（４０）を生成し、且つミッドプレーンＰｍに沿って導入入口開口部を通じて中心軸Ｚｃに向かって共振空洞内に導入するように適合される。例えば、電子供給源は、電子ガンであり得る。当業者には周知のように、電子ガンは、正確な運動エネルギーを有する狭くてコリメートされた電子ビームを生成する電気コンポーネントである。
【００３９】
真空システムは、共振空洞（１）から空気をポンピング排出し、且つその内部に真空を生成する真空ポンプを含む。
【００４０】
ＲＦシステムは、カプラを介して共振空洞（１）に結合され、通常、波長λのＲＦ信号を生成するために共振周波数ｆＲＦで発振するように設計された発振器を含み、これには、チェーンの末尾で望ましい出力パワーを実現するように１つの増幅器又は増幅器のチェーンが後続される。従って、ＲＦシステムは、共振空洞内に共振半径方向電界Ｅを生成する。いかなる手段も存在しない場合とは対照的に、共振半径方向電界Ｅは、例えば、外側導体セクションから内側導体セクションに向かって、且つその後、内側導体セクションから空洞出口アパーチャ（３１ｗ）に向かってミッドプレーンＰｍ内に位置した軌跡に沿って電子ビーム（４０）の電子を加速させるために発振する。共振半径方向電界Ｅは、一般に、「ＴＥ００１」タイプであり、これは、電界が横方向（「ＴＥ」）であり、回転対称性を有し（第１の「０」）、空洞の１つの半径に沿って相殺されず（第２の「０」）、且つ中心軸Ｚに平行な方向において前記電界のハーフサイクルであることを定義する。
【００４１】
磁石ユニット（３０ｉ）
Ｎ個の磁石ユニット（３０ｉ）は、外側壁の外周の周りに分散され、且つミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされ、この場合、Ｎ＞１であり、且つ
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である。Ｎ個の磁石ユニットのそれぞれの１つは、偏向チャンバ（３１）内で磁界を生成するように適合された偏向磁石の組を有する。偏向チャンバは、空洞出口アパーチャ及び空洞入口アパーチャによって共振空洞（１）と流体連通しており、空洞入口アパーチャは、別個のアパーチャであり得るか、又は単一のアパーチャ内においてマージされ得、これらのすべてが符号（３１ｗ）によって参照される。すべての偏向チャンバは、ミッドプレーンＰｍの一部分を取り囲んでいる。
【００４２】
好ましくは、磁石システムは、いくつかの磁石ユニット（３０ｉ、ここで、ｉ＝１、２、．．．、Ｎである）を有する。Ｎは、磁石ユニットの合計数に等しく、且つ１〜１５、好ましくは４〜１２、更に好ましくは５〜１０に含まれる。従来のロードトロンでは、磁石ユニットの数Ｎは、所与のエネルギー（Ｎ＋１）＊ｗｉを伴ってロードトロンを離脱する前に電子ビーム（４０）の電子の（Ｎ＋１）回の加速をもたらし、ここで、ｗｉは、磁石ユニット（３０ｉ）への又は磁石ユニット（３０（ｉ−１））からの共振空洞にわたる１回のパスにおいて電子ビームによって得られるか又は失われるエネルギーである。例えば、図１（ａ）及び図２（ｂ２）は、Ｎ＝６個の磁石ユニット（３０１〜３０６）を有するロードトロンを示す。図１（ｂ）及び図２（ｃ２）は、Ｎ＝４個の磁石ユニット（３０１〜３０４）を有するロードトロンを示す。図２（ｂ１）及び図２（ｃ１）に示される共振空洞にわたるそれぞれのパスにおけるエネルギー利得ｗｉは、１ＭｅＶ／パスであり、これにより、それぞれエネルギー（Ｎ＋１）＊１ＭｅＶ＝７ＭｅＶ及び５ＭｅＶの抽出された電子ビームが得られる。
【００４３】
対応する磁気ユニットによってそれぞれの偏向チャンバ内で生成される磁界は、追加長（Ｌ＋）を有する第１の偏向軌跡において、ミッドプレーンＰｍに沿って共振空洞内の第１の半径方向軌跡の端部において空洞出口アパーチャを通じて偏向チャンバ内に進入する電子ビームを偏向するように適合される。第１の偏向軌跡は、空洞出口アパーチャから空洞入口アパーチャまで延在し、空洞入口アパーチャは、空洞出口アパーチャと同一であるか又は異なり得、空洞出口アパーチャを通じて、電子ビームは、ミッドプレーンＰｍ内の第２の半径方向軌跡に沿って中心軸に向かって供給空洞内に再導入される。第２の半径方向軌跡は、第１の半径方向軌跡と異なり、且つ中心軸Ｚｃにおいてそれと交差する。追加長（Ｌ＋）は、電子ビームが共振空洞内に再導入さると、ＲＦシステムが、空洞入口アパーチャと中心軸Ｚｃとの間で第２の半径方向軌跡に沿って電子ビームを加速させるための電界を印加するために同期化されるようなものである（図２（ａ）、図２（ｂ１）、図２（ｃ１）、図３（ａ）及び図３（ｂ１）〜図３（ｄ１）、位置（２）と位置（３）との間のセクションを参照されたい）。
【００４４】
電子ビームは、電子供給源（２０）により、ミッドプレーンＰｍに沿って導入入口開口部を通じて共振空洞内に注入される。電子ビームは、ミッドプレーンＰｍ内の第１の半径方向軌跡を辿り、前記軌跡は、その後、
・空洞入口アパーチャ（３１ｗ）を通じて外側壁、
・空洞出口アパーチャを通じて内側壁、
・共振開口部の中心（即ち中心軸Ｚｃ）、
・空洞入口開口部を通じて内側壁、
・空洞出口アパーチャ（３１ｗ）を通じて外側壁、
・第１の偏向チャンバ（３１）
と順番に交差し、且つ
・最後の空洞出口アパーチャと同一であるか又は異なり得る、空洞入口アパーチャを通じて外側壁と再度交差する。
【００４５】
図３（ｂ１）〜図３（ｂ３）に示されるように、空洞出口アパーチャを通じて共振空洞を離脱した電子ビームは、磁石ユニット（３０ｉ）の偏向磁石によって偏向され、且つ異なる半径軌跡に沿って、（第１の空洞出口アパーチャと同一であるか又は異なり得る）第１の空洞入口アパーチャ（３１ｗ）を通じて共振空洞内に再導入され、これにより最初の花びらを形成する。電子ビームは、ターゲットエネルギーに到達する時点までＮ回にわたってこのような経路を辿り、これにより、中心軸Ｚｃ上でセンタリングされ、且つミッドプレーンＰｍ内に含まれるＮ個の花びらを形成することができる。次いで、電子ビームは、電子ビーム出口（５０）を通じて共振空洞から外に抽出される。
【００４６】
偏向チャンバ内で必要とされる磁界は、空洞出口アパーチャ（３１ｗ）を通じて半径方向軌跡に沿って共振チャンバを出る電子ビームの軌跡を１８０°超の角度の円の円弧で折り曲げることにより、電子ビームの軌跡を第２の半径方向軌跡に沿って共振チャンバ内に戻るように駆動するのに十分でなければならない。例えば、９個の磁石ユニット（３０ｉ）を含むロードトロンでは、角度は１９８°に等しいことができる。円の円弧の半径（＝旋回半径）は、４０〜２５０ｍｍ、好ましくは５０〜１８０ｍｍのレベルであり得る。従って、チャンバ表面は、６５〜２６０ｍｍのレベルの半径方向における長さを有さなければならない。このような円の円弧に電子ビームを折り曲げるのに必要とされる磁界は、所望の旋回半径に応じて０．０１Ｔ〜１．３Ｔ、好ましくは０．２Ｔ〜０．７Ｔ、例えば０．２又は０．３Ｔのレベルである。
【００４７】
磁石ユニットは、磁石ユニット内で生成される磁界の大きさの容易な制御を許容する電磁石を有することができる。好ましい一実施形態では、１つ又は複数の磁石ユニット、好ましくはＮ個の磁石ユニットは、第１及び第２の電磁石の代わりに又はこれに加えて、第１及び第２の永久磁石を有することができる。永久磁石及び電磁石については、後述する。
【００４８】
本明細書では、半径方向軌跡は、ミッドプレーンＰｍ内に含まれ、且つ中心軸Ｚｃに対して垂直に交差する直線状の軌跡として定義される。
【００４９】
バリオ磁石ユニット
７ＭｅＶのエネルギーにおける図１（ａ）において且つ５ＭｅＶのエネルギーにおける図１（ｂ）に示されるように、従来技術のロードトロンから抽出される電子ビームのターゲットエネルギーの変化に、ターゲット（１００）に向かうその再方向付けを必要とする前記電子ビームの抽出経路の方向の変化が伴う場合の本発明の要旨は、Ｎ個の磁石ユニット（３０ｉ）の少なくとも１つを「バリオ磁石ユニット」（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）として提供することであり、バリオ磁石ユニットは、対応する第１の偏向軌跡を、追加長（Ｌ＋）と異なり、且つ好ましくはそれよりも大きい第２の長さ（Ｌ２）（即ちＬ２＞Ｌ＋である）の第２の偏向軌跡に変更し、これにより、出口（５０）から抽出される加速された電子ビームのエネルギーＷの変動を許容するように適合された磁石ユニットである。図３（ｂ２）のロードトロンを図３（ｃ２）と比較し、且つ図３（ｂ３）のロードトロンを図３（ｃ３）及び図３（ｄ３）の両方と比較することによってわかるように、バリオ磁石ユニットの使用は、異なるエネルギーの電子ビーム（４０−５、４０−６、４０−７）が単一の出口（５０）を通じて単一の抽出経路に沿って抽出されることを許容する。
【００５０】
従来のロードトロンと同様に、少なくとも１つのバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）を含む、Ｎ個の磁石ユニット（３０１〜３０５）が提供された本発明によるロードトロンは、所与のエネルギー（Ｎ＋１）＊ｗｉを伴ってロードトロンを離脱する前に電子ビーム（４０）の電子の（Ｎ＋１）回の加速を生成することができる。これは、図３（ｂ１）〜図３（ｂ３）に示され、この場合、バリオユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）を含む、Ｎ＝６個の磁石ユニットを有するロードトロンは、共振空洞にわたる（Ｎ＋１）＝７回の連続的な通過後に７ＭｅＶの電子ビームを抽出する。この結果は、バリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）内の偏向軌跡の長さを他の（非バリオ）磁石ユニット（３０１〜３０５）の偏向軌跡の同一の追加長Ｌ＋に設定することによって得られる。従って、このロードトロンは、従来技術の従来のロードトロンのように挙動することになる。
【００５１】
バリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）は、長さＬ＋の第１の偏向軌跡から、第１の偏向軌跡の追加長Ｌ＋と異なる、且つ好ましくはそれよりも大きい長さＬ２の第２の偏向軌跡に偏向チャンバ内の電子ビームの偏向軌跡を変化させるのに適する。これは、ＲＦ電界Ｅの周波数に対して、空洞入口空洞（３１ｗ）を通じた電子ビームの共振空洞内への進入の同期化を変化させる効果を有する。
【００５２】
好適な一実施形態では、第２の長さ（Ｌ２）は、電子ビームが共振空洞内に再導入されると、ＲＦシステムが、第２の半径方向軌跡に沿って電子ビームを減速させることにより、電子ビームのエネルギーＷを低減させるための電界を印加するために同期化されるようなものである。例えば、図３（ａ）、図３（ｃ１）及び図３（ｃ２）に示される実施形態では、第２の長さＬ２は、バリオ磁石内において、追加長Ｌ＋の偏向軌跡後に空洞入口アパーチャを通じて共振空洞内に進入した第１の電子が、第２の長さＬ２＞Ｌ＋の偏向軌跡後、第２の電子が遭遇する電界と同一の大きさの、但し、反対の符号の電界Ｅと遭遇するように１／２λだけ追加長Ｌ＋よりも長い（即ちＬ２＝（（Ｌ＋）＋１／２λである））。第１の電子が共振空洞に進入するのに伴って、加速された際にその相対的に長い偏向軌跡によって遅延した第２の電子は、反対符号の電界によって減速される。
【００５３】
図３（ｂ１）を参照すると、追加長Ｌ＋によって偏向された後、第１の電子は、外側壁（＝位置（１２））と内側壁（＝位置（１３））との間で負の電界によって加速され（エネルギーＷの増大）、且つ中心軸Ｚｃと交差した後、正の電界（位置（１４）及び（１５）間）によって再度加速され、これにより７ＭｅＶのエネルギーに到達し、これが出口（５０）から抽出され得ることがわかる。対照的に且つ図３（ｃ１）を参照すると、追加長Ｌ＋よりも１／２λだけ長い第２の長さＬ２において偏向された後の第２の電子は、外側壁（＝位置（１２））と内側壁（＝位置（１３））との間の正の電界によって減速され（エネルギーＷの低下）、且つ中心軸Ｚｃと交差した後、負の電界（位置（１４）及び（１５）間）によって再度減速され、これにより５ＭｅＶのエネルギーに到達し、これが第１の電子と同一の出口（５０）を通じて抽出され得る。
【００５４】
「加速される」及び「減速される」という用語は、本明細書では、エネルギーの変化を意味するように使用されるが、相対論的な電子ビームは、光の速度に迅速に接近し、且つその速度は、正確に一定ではないが、実質的に一定であるものと近似することができる。電子の相対論的な挙動とは無関係に、電子ビームのエネルギーは、電界への曝露により、共振空洞を通じたそれぞれの通過時に増大する（Ｗ＝ｑＥｄ）。
【００５５】
バリオ磁石ユニット（３０６ｖ、３０６−５）の中心軸Ｚｃまでの半径方向距離が増大した場合、対応する第１及び第２の半径方向軌跡が延長され、且つこれらが発散することから、第１及び第２の半径方向軌跡の自由端部への結合が必要とされる偏向軌跡の半径（「ジャイロ半径」と呼称される）も増大させなければならない。ジャイロ半径は、磁界に反比例することから、このようなジャイロ半径の増大を防止する任意の他の対策が存在しない場合、バリオ磁石ユニットの磁界は、中心軸Ｚｃまでの半径方向の距離の増大に伴って減少しなければならない。バリオ磁石ユニットの中心軸Ｚｃまでの半径方向距離の増大に伴うジャイロ半径の増大は、図３（ｃ２）及び図３（ｄ３）で明瞭に示されている。
【００５６】
図３（ｂ３）、図３（ｃ３）及び図３（ｄ２）に示される好適な一実施形態では、バリオエネルギーユニットのジャイロ半径は、
・磁石ユニットによって環状に偏向される前に、第１の半径方向軌跡から空洞出口アパーチャに到達する電子ビームを、中心軸Ｚｃにおいて第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行な軌跡に方向付け、且つ
・共振空洞内に再導入される際、磁石ユニットによって課された環状の偏向に後続する、二等分線に平行な軌跡から空洞入口アパーチャに到達する電子ビームを第２の半径方向軌跡に方向付ける
ように、電子ビームの軌跡を偏向させる偏向器（３０ｄ）を使用することにより、中心軸Ｚｃまでのその半径方向距離とは独立して一定に維持することができる。
【００５７】
好適な一実施形態では、ロードトロンは、出口（５０）の直接上流に位置決めされる単一のバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）を有する。磁石ユニット（３０ｉ）までの又は磁石ユニット（３０（ｉ−１））からの、共振空洞にわたる１回のパスにおいて、電子ビームによって得られるか又は失われるエネルギーｗｉは、ｉ＝１〜Ｎについて一定であり、且つ出口（５０）までの共振空洞にわたる電子ビームの最後（（Ｎ＋１）番目）のパスについて（−ｗｉ）〜（＋ｗｉ）で変化する。図３の実施形態におけるように、Ｎ＝６及びｉ＝１〜６についてｗｉ＝１ＭｅＶ／パスであり、且つ最後（７番目）のパスについて−１〜１ＭｅＶ／パスに含まれる場合、抽出される電子ビーム（４０−５〜４０−７）は、５〜７ＭｅＶに含まれるエネルギーを有する。
【００５８】
ロードトロン内における少なくとも１つのバリオ磁石ユニット（３０６ｖ、３０６−５、３０６−７）の使用は、異なるエネルギーＷの単一経路の電子ビーム（４０−５〜４０−７）に沿った抽出の問題をエレガントに解決する。本発明では、離散型のバリオ磁石デュアルユニット（３０６−５、３０６−７）及び可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）を含む様々なタイプのバリオ磁石ユニットを実装することができる。
【００５９】
離散型のバリオ磁石デュアルユニット
図３（ｂ２）及び図３（ｃ２）に示される第１の実施形態では、バリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７）は、以下のように磁石の２つの組を有する。
・中心軸Ｚｃから第１の半径方向距離に配置され、且つ追加長Ｌ＋において電子ビームを偏向するように構成されている、ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされた磁石の第１の組（３０６−７）。磁石の第１の組は、磁界を生成するように有効化されるか又は生成しないように無効化され得、有効化された際、磁石の第１の組は、共振空洞内への電子ビームの進入を加速させる電界Ｅと同期化する。
・磁石の第１の組と半径方向にアライメントされ、且つ第１の半径方向距離よりも大きい、中心軸Ｚｃからの第２の半径方向距離に配置されている、ミッドプレーンＰｍ上でセンタリングされた磁石の第２の組（３０６−５）。磁石の第２の組（３０６−５）は、磁石の第１の組（３０６−７）が無効化された際、第２の距離Ｌ２＞Ｌ＋において電子ビームを偏向させるように構成される。磁石の第１の組が無効化された際、磁石の第２の組は、共振空洞内への電子ビームの進入を電界Ｅと同期化し、電界Ｅは、磁石の第１の組と同様に加速していない。好ましくは、共振空洞内への電子ビームの進入は、減速する電界と同期化される。
【００６０】
磁石の第１及び第２の組（３０６−７、３０６−５）は、それぞれ両方の磁石の組又は第１及び第２の偏向チャンバ（３１）に共通する単一の偏向チャンバ（３１）内で磁界を生成するように適合させることが可能であり、この場合、第１の偏向チャンバは、１つ又は２つのウィンドウによって第２の偏向チャンバと流体連通している。本発明の２チャンバ選択肢は、既存の従来のロードトロン上において非常に容易に実装することができる。
【００６１】
上述のバリオ磁石ユニット構成は、エネルギーＷの２つの予め定義された且つ離散型の値間におけるトグルを許容する。この理由のため、この実施形態は、「離散型のバリオ磁石デュアルユニット」と呼称することができる。磁石の第１の組（３０６−７）から第２の組（３０６−５）へのトグルは、磁石の第１の組（３０６−７）を有効化及び無効化することにより、非常に容易に実行することができる。磁石の第１の組の無効化は、電流を供給するか又はしないことにより、電磁石によって容易に実行することができる。代わりに、永久磁石が使用される場合、永久磁石は、ミッドプレーンＰｍのレベルにおいて磁界を低減させるために偏向チャンバから十分遠くに除去しなければならない。好ましくは、磁石の第１の組は、電磁石を有する。
【００６２】
図３では、５つの非バリオ磁石ユニット（３０１〜３０５）の１つの内部における偏向後のそれぞれのパスが、ＩＢＡによって製造されるＴＴ２００ロードトロンモデルに対応する、ｗｉ＝１ＭｅＶ／パスであるエネルギー利得／パスをもたらす。従って、電子ビームは、（Ｎ＋１）ｗｉ＝６ＭｅＶの累積されたエネルギーを伴ってバリオ磁石ユニット内に進入する。第６番目のバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）は、出口（５０）の前の最後に位置する。従って、例３におけるバリオ磁石ユニットは、抽出された電子ビームのエネルギーを、６ＭｅＶ±１ＭｅＶでセンタリングされた値に変化させることができる。
【００６３】
当然のことながら、磁石の数Ｎは、必ずしも６である必要はなく、非バリオ磁石ユニット（３０１〜３０５）の数は、５と異なり得、且つバリオ磁石ユニットの数も１超であり得、且つ必ずしも出口（５０）の前の最後に配置する必要もない。バリオ磁石ユニットが最後の位置に存在しない場合、バリオ磁石ユニットによってもたらされるＲＦ電界との同期化の変化が、非バリオ磁石ユニットを含む後続のパスに対して維持されることに注意すべきである。当業者は、抽出された電子ビームの望ましいエネルギー範囲をもたらすように、バリオ及び非バリオ磁石ユニットの最良の構成を容易に設計することができる。
【００６４】
離散型のバリオ磁石デュアルユニットは、２つの予め定義された第２の長さＬ２間におけるトグルのみを提供する。第３の磁石ユニットが想定可能であるが、そのような離散型のバリオ磁石のトリプル（又はこれを超える数の）ユニットを有するロードトロンのサイズは、相応して増大することになるであろう。３つ以上のエネルギー（第２の長さＬ２）が望ましい場合、可動型のバリオ磁石ユニットなどの他の設計が利用可能である。
【００６５】
可動型のバリオ磁石ユニット
図３（ｃ２）、図３（ｃ３）及び図３（ｄ２）に示される第２の実施形態では、少なくとも１つのバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）は、中心軸Ｚｃにおいて第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行な二等分方向に沿って前後に少なくとも１つのバリオユニットを半径方向に離散的又は連続的に移動させるための移動手段を有する。この結果、バリオ磁石ユニットの半径方向位置に従って偏向軌跡の第２の長さＬ２を変更することが可能であり、且つ望ましい電子ビームエネルギーＷを取得するため、ＲＦ電界との望ましい同期化を設定することができる。上述の離散型のバリオ磁石デュアルユニットが、２つの予め定義された第２の長さＬ２に対応する２つの予め定義された電子ビームエネルギーの間のトグルのみを提供する場合、可動型のバリオ磁石ユニットの本実施形態は、第２の長さＬ２が、３つ以上の予め定義された値にわたって変更されることを許容する。可動型のバリオ磁石ユニットは、２つの境界位置間において二等分方向に沿って離散又は連続的に移動することができる。例えば、２つの境界位置は、
・共振空洞にわたる電子ビームの連続的な加速をもたらすためにＲＦ電界と同期化された、追加長Ｌ＋の偏向軌跡に対応する最近接位置、及び
・共振空洞にわたる電子ビームの連続的な減速をもたらすためにＲＦ電界と同期化された、最近接位置よりも中心軸Ｚｃから更に遠く離れて配置され、且つ第２の長さＬ２＝（Ｌ＋）＋１／２λの偏向軌跡に対応する最遠位置
を含み得、好ましくは、最遠位置は、追加長（Ｌ＋）と、電界Ｅの波長λの１つ又は複数の半分との合計に等しい第２の長さＬ２を定義する（Ｌ２＝（Ｌ＋）＋（ｎ／２）λ）。
【００６６】
可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）は、ｗｉ〜−ｗｉに含まれる、共振空洞の次の交差におけるエネルギー利得を得るようにＬ＋と（Ｌ＋）＋１／２λとの間で第２の長さＬ２を変化させるため、最近接位置と最遠位置との間で連続的に又は離散した位置において移動することができる。図３の例では、共振空洞を通じた次のパスにおいて電子ビームによって得られる（又は失われる）エネルギーが−１ＭｅＶ〜＋１ＭｅＶで変更され得るようにｗｉ＝１ＭｅＶ／パスである。最後のバリオ磁石ユニットに進入する前の６回のパス後、電子ビームは、（Ｎ＋１）ｗｉ＝６ＭｅＶのエネルギーを累積する。従って、抽出された電子ビームのエネルギーは、以下の方式によって変化し得る。
・その最近接位置においてバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）を通じた長さＬ＋の偏向軌跡に後続する共振空洞にわたるエネルギー利得ｗｉは、従って、＋１ＭｅＶであり、これにより図３（ｂ１）及び図３（ｂ３）の例において７ＭｅＶの抽出された電子ビーム（４０−７）をもたらす。
・その最遠位置においてバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）を通じた長さ（Ｌ＋）＋１／２λの偏向軌跡に後続する、共振空洞にわたるエネルギー利得（損失）ｗｉは、従って、−１ＭｅＶであり、これにより図３（ｃ１）及び図３（ｃ３）の例において５ＭｅＶの抽出された電子ビーム（４０−５）をもたらす。
・バリオ磁石ユニット（３０６ｖ）が、図３（ｄ２）に示されるように、最近接位置と最遠位置との間の中間位置にある場合、共振空洞を通じた次のパスにおけるエネルギー利得ｗｉは、−１ＭｅＶ〜＋１ＭｅＶに含まれる。図３（ｄ１）を参照すると、第２の長さＬ２＝（Ｌ＋）＋１／４λである場合、次のパスにおけるエネルギー利得ｗｉ＝０ＭｅＶであり、これにより６ＭｅＶの抽出された電子ビーム（４０−６）が得られることがわかる。
【００６７】
従って、抽出された電子ビームのエネルギーは、図３に示される例では、５〜７ＭｅＶに含まれる任意の値に設定することができる。
【００６８】
連続型の移動は、抽出される電子ビームのエネルギーの制御に関する相対的に高度な柔軟性を理由として有利である。一方では、いくつかの予め定義された離散した位置は、第２の長さＬ２がＬ２＝（Ｌ＋）＋（ｎ／ｍ）λとして戦略的に予め定義された状態で操作者にとって使用が相対的に容易であり、この場合、ｎ／ｍは、単純な割合を定義し、ここで、ｎ及び
2020087932.tif 000006
であり、且つｎ≦ｍ≦６である。
【００６９】
図３（ｄ３）に示されるように、可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）は、磁界の大きさが、ジャイロ半径の値を、第１及び第２の半径方向軌跡を分離する距離に収容するために中心軸（Ｚｃ）に対するその半径方向距離の関数として自動的に減少するように構成することができる。これは、電磁石に供給される電流を制御することにより、容易に実現することができる。
【００７０】
代わりに、上述の偏向器（３０ｄ）を使用することもできる。偏向器（３０ｄ）は、空洞出口／入口アパーチャとバリオ磁石ユニットとの間の電子ビームの軌跡を、中心軸Ｚｃにおいて第１及び第２の半径方向軌跡によって形成される角度の二等分線に平行な直線セグメント内に方向付ける。この実施形態は、バリオ磁石ユニット（３０６ｖ）の位置とは無関係に、バリオ磁石ユニットによって生成される磁界を一定に維持することを許容するために有利である。従って、第２の偏向軌跡の第２の長さＬ２は、単純にＬ２＝（Ｌ＋）＋２ｒに等しく、ここで、ｒは、中心軸Ｚｃに対するバリオ磁石ユニットの距離の増大である（図３（ｃ３）及び図３（ｄ２）を参照されたい）。偏向器（３０ｄ）の使用は、電磁石の代わりに又はこれに加えて、バリオ磁石ユニットが永久磁石を有することを許容する。
【００７１】
可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）の移動手段は、対応する二等分方向に沿って可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）を前後に変位させるためのモーターを有することができる。
【００７２】
その（Ｎ−１）個が非バリオ磁石ユニット（３０１−３０５）であり、且つ１つのみが、出口（５０）の直接上流に位置決めされたバリオ磁石ユニット（３０６−５、３０６−７、３０６ｖ）である、Ｎ個の磁石ユニットを有するロードトロンは、ｗｉ（Ｎ±１）の範囲のエネルギーの電子ビームを抽出することができる。電子ビームは、図３に示されるロードトロンの共振空洞を横断するごとにエネルギーｗｉ＝１ＭｅＶ／パスを得る。図３のロードトロンは、（Ｎ−１）＝５個の非バリオ磁石ユニット（３０１−３０５）を有することから、これらは、５ＭｅＶ〜７ＭｅＶに含まれるエネルギーの電子ビームを抽出することができる（図３（ｃ２）及び図３（ｃ３）の＃４０−５、図３（ｄ２）及び図３（ｄ３）の＃４０−６並びに図３（ｂ２）及び図３（ｂ３）の＃４０−７を参照されたい）。
【００７３】
永久磁石及び電磁石
従来のロードトロンにおける磁石ユニットには、一般に、電磁石が提供される。（特許文献２）には、代わりに、永久磁石が提供された磁石ユニットが使用され得ると記述されている。本発明によるロードトロンは、電磁石のみ、永久磁石のみ又は電磁石と永久磁石との組合せを有することができる。
【００７４】
（特許文献２）において記述されているように、永久磁石は、電磁石との比較においてロードトロンのエネルギー消費を減少させるという利点を有し、その理由は、電磁石と異なり、永久磁石は、電力供給される必要がないからである。永久磁石は、共振空洞の外側壁に圧接した状態において直接的に結合され得る一方、電磁石のコイルは、外側壁の所定の距離に位置決めしなければならない。磁石ユニットが外側壁に直接隣接することを許容することにより、ロードトロンの構造は、大幅に単純化され、且つ相応して製造費用が低減される。
【００７５】
永久磁石の１つの大きい欠点は、磁界が電磁石ほどに容易に変更され得ないことである。図４に示されるように、（特許文献２）は、ミッドプレーンＰｍに平行なアレイ内で並置状態において、いくつかの離散した磁石ユニット（３２）を配列することによって磁石ユニットの第１及び第２の永久磁石のそれぞれを形成することにより、この問題を解決することを提案している。アレイは、離散した磁石要素の１つ又は複数の列によって形成される。アレイは、ミッドプレーンＰｍに関して偏向チャンバの両方の側部に配設される。それぞれのアレイ内における離散した磁石要素の数を変化させることにより、相応して偏向チャンバ内で生成される磁界を変更することができる。
【００７６】
対照的に、電磁石によって生成される磁界の大きさは、電磁石のコイルに供給される電流を制御することにより、制御が非常に容易である。但し、これらは、嵩張り、且つロードトロンの製造を複雑化する配線を必要とする。従って、それぞれのタイプの磁石の利点を享受し、且つ欠点を回避するために電磁石と永久磁石との組合せを使用することができる。好適な一実施形態では、すべての磁石ユニットは、永久磁石を有するが、これらは、磁界の頻繁なチューニングを必要とする。これらは、例えば、以下を含む。
・電子供給源（２０）とは反対側に配置された第１の磁石ユニット（３０１）は、他の（Ｎ−１）個の磁石ユニットと異なり得、その理由は、電池ビームが他の磁石よりも低い速度で前記第１の磁石ユニットに到達するからである。電子ビームを発振電界と同相において共振空洞内に返すために、第１の磁石ユニット内の偏向経路は、（Ｎ−１）個の残りのユニットとわずかに異ならなければならない。従って、第１の磁石ユニット（３０１）は、電磁石であり得、これにより対応する偏向チャンバ（３１）内で生成される磁界の容易な微細チューニングが許容される。
・離散型のバリオ磁石デュアルユニットの磁石の第１の組（３０６−７）は、電子ビームが磁石の第２の組（３０６−５）に到達することを許容するためにスイッチオフされなければならない（図３（ｂ２）及び図３（ｃ２）を参照されたい）。一方では、磁石の第２の組は、永久磁石を有することができる。
・望ましい偏向軌跡の対応するジャイロ半径をもたらすために磁界がバリオ磁石ユニットの位置に従って変化しなければならないことから、可動型のバリオ磁石ユニット（３０６ｖ）は、いかなる偏向器（３０ｄ）も欠いている（図３（ｄ３）を参照されたい）。
【００７７】
（特許文献１）において記述されているように、ロードトロンは、図５（ａ）の分解図に示されるようにモジュラー型の構造を有することができる。共振空洞を形成する第１及び第２の半体シェルのそれぞれは、円筒形の外側壁と、底部蓋（１１ｂ、１２ｂ）と、底部蓋から突出する中央ピラー（１５ｐ）とを有する。中央チャンバ（１５ｃ）は、第１及び第２の半体シェルの中央ピラー間に挟持することができる。
【００７８】
図５（ａ）に示されるように、中心リング要素（１３）は、第１及び第２の半体シェル間に挟持される。中心リング要素は、その厚さによって互いに分離された第１及び第２の主表面を有する。中心リング要素の一部分は、第１及び第２の半体シェルの両方の外側壁の外側表面を越えて半径方向に延在し、これにより、半径方向に外向きに延在するフランジを形成する。磁石ユニット（３０ｉ）は、前記フランジ上に取り付け及び装着することができる。磁石ユニットとフランジとの間における装着は、好ましくは、磁石ユニットをミッドプレーンＰｍ及び電子ビームの軌跡と微細にアライメントさせるためのある程度の遊びを許容する。
【００７９】
図５（ｂ）に示される好適な一実施形態では、磁石ユニットの偏向チャンバ（３１）は、空洞出口／入口アパーチャ（３１ｗ）が、中心リング要素の中心及び中心軸Ｚｃに対向する状態で中心リング要素の内側エッジに形成されている状態において、中心リング要素の厚さ内の中空の空洞によって形成することができる。中空の空洞は、蓋（１３ｐ）によって閉鎖することができる。ロードトロンの好ましくはいくつかの偏向チャンバ、更に好ましくはすべての偏向チャンバは、対応する空洞出口／入口アパーチャが、中心軸Ｚｃに対向する状態で中心リング要素の内側エッジに形成されている状態において、中心リング要素の厚さ内の個々の中空の空洞によって形成される。この構造は、以下の理由から、従来設計との比較においてロードトロンの製造費用を大幅に低減する。
【００８０】
利点
ここで、本発明によれば、単一の抽出経路に沿って異なるエネルギーの電子ビームを抽出することが可能である。この解決策は、単一のロードトロンが、１つ又は複数のバリオ磁石ユニットの単一のチューニングにより、医療装置の殺菌又は異なる食品の処理などの異なる用途に使用され得る点で産業にとって非常に有利である。
【符号の説明】
【００８１】
１ｉ  内側導体
１ｏ  外側導体
１  共振空洞
１１  第１の半体シェル
１１ｂ  第１の半体シェルの底部蓋
１２  第２の半体シェル
１２ｂ  第２の半体シェルの底部蓋
１３  中心リング
１３ｐ  カバープレート
１４  封止Ｏリング
２０  電子供給源
３０１．．．  個々の磁石ユニット
３０ｉ  磁石ユニット（総称）
３０６−５  電子ビームを減速させる離散型のバリオ磁石デュアルユニット
３０６−７  電子ビームを加速させる離散型のバリオ磁石デュアルユニット
３０６ｖ  可動型のバリオ磁石ユニット
３１ｗ  偏向ウィンドウ
３１  偏向チャンバ
３２ｉ  離散した磁石要素
３２  永久磁石
３３ｃ  チャンバ表面
３３ｍ  磁石表面
３３  支持要素
３５  磁石ユニットのヨーク
４０  電子ビーム
４０−５  ５ＭｅＶの電子ビーム
４０−７  ７ＭｅＶの電子ビーム
５０  電子ビーム出口
５０−５  ５ＭｅＶの電子ビーム出口（従来技術）
５０−７  ７ＭｅＶの電子ビーム出口（従来技術）
６０  磁石要素を追加又は除去するツール
６１  ツールの細長いプロファイル
６２  ツールの細長いプッシャ
７０  ＲＦシステム
１００  ターゲット
【図１ａ−１ｂ】
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【図２ａ−２ｃ２】
2020087932.tif 000010
【図３ａ−３ｄ１】
2020087932.tif 000011
【図３ｂ２−３ｃ３】
2020087932.tif 000012
【図３ｄ２−３ｄ３】
2020087932.tif 000013
【図４】
2020087932.tif 000014
【図５ａ−５ｂ】
2020087932.tif 000015
【外国語明細書】
2020087932000001.pdf