【手続補正書】
【提出日】平成23年6月7日(2011.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一束の荷電粒子を生成するための荷電粒子源と、
加速軸に沿って少なくともひとつの加速勾配を生成するための線形加速器と、
前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた２つの電極を有するレンズスタックと、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮するための電圧制御手段と、を備える線形加速器システム。
【請求項２】
前記レンズスタックは、前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた少なくともひとつの追加的な電極をさらに含み、
当該線形加速器システムはさらに、前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前における前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御し、それによってビームのスポットサイズを前記一束の荷電粒子の電流およびエネルギによらずに制御するために、前記少なくともひとつの追加的な電極の電圧を制御する電圧制御手段を備える請求項１に記載の線形加速器システム。
【請求項３】
前記線形加速器は、
加速軸を囲む誘電壁ビームチューブと、
前記誘電壁ビームチューブに対して横方向に広がり、かつ前記誘電壁ビームチューブに沿って直列に設けられた複数のパルス形成線と、を含み、
各パルス形成線は、それと対応する前記誘電壁ビームチューブ前記加速軸の短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
前記線形加速器はさらに、
前記入射した一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、順番に生成される短い加速パルスのグループが前記入射した一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するように、隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるトリガ制御器を含む請求項１に記載の線形加速器システム。
【請求項４】
前記トリガ制御器は、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚの主に立ち上がりのエッジおよび頂部付近に沿ってまず与えられるように、スイッチの第１のグループの作動のタイミングを調整する請求項３に記載の線形加速器システム。
【請求項５】
前記レンズスタックの第１の電極は、前記一束の荷電粒子を前記荷電粒子源から抽出し、前記一束の荷電粒子を前記線形加速器へ入射させるための抽出電極である請求項１に記載の線形加速器システム。
【請求項６】
前記荷電粒子源はパルス型イオン源であり、
前記線形加速器は、
加速軸を囲み入力端と出力端とを有する誘電壁ビームチューブと、
前記誘電壁ビームチューブに横方向に接続され、かつ前記誘電壁ビームチューブに沿って直列に設けられた複数のパルス形成線と、を備え、
各パルス形成線は、それと対応する前記誘電壁ビームチューブの短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
前記レンズスタックは、２つの縦方向圧縮電極と少なくともひとつの横方向集束電極とを含み、
前記２つの縦方向圧縮電極および前記少なくともひとつの横方向集束電極は前記パルス型イオン源と前記誘電壁ビームチューブの前記入力端との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられ、
前記電圧制御手段は、前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの縦方向圧縮電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮し、かつ、前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前における前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御し、それによってビームのスポットサイズを前記一束の荷電粒子の電流およびエネルギによらずに制御するために、前記横方向集束電極の電圧を制御し、
当該システムはさらに、
隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるトリガ制御器であって、前記入射する一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、前記スイッチのグループによって順番に生成される短い加速パルスのグループが、前記入射する一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するトリガ制御器を備える、請求項１に記載の線形加速器システム。
【請求項７】
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場が前記入射した一束の荷電粒子よりも長い軸方向の長さを有するように、前記スイッチのグループを順番に作動させる請求項３または６に記載の短パルス誘電壁加速器システム。
【請求項８】
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の頂部に対する前記スイッチのグループのそれぞれの作動タイミングを制御することによって交替位相集束を行い、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の主に立ち上がりのエッジまたは主に立ち下がりのエッジのいずれかに沿って与えられる請求項３または６に記載の短パルス誘電壁加速器システム。
【請求項９】
線形加速器のためのビーム移送方法であって、
請求項１または２に記載の線形加速器システムを提供することと、
前記荷電粒子源から一束の荷電粒子を生成することと、
前記一束の荷電粒子を前記レンズスタックに抽出することと、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮することと、
前記線形加速器へ前記縦方向に圧縮された一束の荷電粒子を入射させることと、を含むビーム移送方法。
【請求項１０】
前記線形加速器は、前記加速軸に対して横方向に広がり、かつ前記加速軸に沿って直列に設けられた複数のパルス形成線を含み、
各パルス形成線は、それと対応する前記加速軸の短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
当該ビーム移送方法はさらに、
前記入射した一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、順番に生成される短い加速パルスのグループが前記入射した一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するように、隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるステップを含む請求項９に記載のビーム移送方法。
【請求項１１】
前記順番に作動させるステップは、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚの主に立ち上がりのエッジおよび頂部付近に沿ってまず与えられるように、スイッチの第１のグループの作動のタイミングを調整することを含む請求項１０に記載のビーム移送方法。
【請求項１２】
前記順番に作動させるステップは、前記進行性の軸方向電場が前記入射した一束の荷電粒子よりも長い軸方向の長さを有するように、前記スイッチのグループを順番に作動させることを含む請求項１０に記載のビーム移送方法。
【請求項１３】
前記順番に作動させるステップは、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の頂部に対する前記スイッチのグループのそれぞれの作動タイミングを制御することによって交替位相集束を行い、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の主に立ち上がりのエッジまたは主に立ち下がりのエッジのいずれかに沿って与えられることを含む請求項１０に記載のビーム移送方法。
【請求項１４】
前記一束の荷電粒子は、前記２つの電極のうちの上流のほうの電極であって抽出電極として機能すべき電極を制御することによって、前記レンズスタックに抽出される請求項９に記載のビーム移送方法。
【請求項１５】
線形加速器システムを提供することさらにを含み、前記レンズスタックの前記２つの電極は２つの縦方向圧縮電極であり、前記システムはさらに、前記荷電粒子源に隣接し、前記加速軸に沿って前記２つの縦方向圧縮電極と直列に設けられる少なくともひとつの横方向集束電極を含み、
当該方法はさらに、
前記加速軸に沿った飛行中に前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御するために、前記横方向集束電極の電圧を制御することを含む請求項９に記載のビーム移送方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の別の態様は線形加速器のためのビーム移送方法を含む。このビーム移送方法は、荷電粒子源と、加速軸に沿って少なくともひとつの加速勾配を生成するための線形加速器と、荷電粒子源と線形加速器との間に、加速軸に沿って直列に設けられた２つの電極を有するレンズスタックと、を備える線形加速器システムを提供することと、荷電粒子源から一束の荷電粒子を生成することと、一束の荷電粒子をレンズスタックに抽出することと、一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように２つの電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって一束の荷電粒子が線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮することと、線形加速器へ縦方向に圧縮された一束の荷電粒子を入射させることと、を含む。
本願は以下の概念を開示する。
概念１
一束の荷電粒子を生成するための荷電粒子源と、
加速軸に沿って少なくともひとつの加速勾配を生成するための線形加速器と、
前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた２つの電極を有するレンズスタックと、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮するための電圧制御手段と、を備える線形加速器システム。
概念２
前記レンズスタックは、前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた少なくともひとつの追加的な電極をさらに含み、
当該線形加速器システムはさらに、前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前における前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御し、それによってビームのスポットサイズを前記一束の荷電粒子の電流およびエネルギによらずに制御するために、前記少なくともひとつの追加的な電極の電圧を制御する電圧制御手段を備える概念１に記載の線形加速器システム。
概念３
前記線形加速器は、
加速軸を囲む誘電壁ビームチューブと、
前記誘電壁ビームチューブに対して横方向に広がり、かつ前記誘電壁ビームチューブに沿って直列に設けられた複数のパルス形成線と、を含み、
各パルス形成線は、それと対応する前記誘電壁ビームチューブ前記加速軸の短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
前記線形加速器はさらに、
前記入射した一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、順番に生成される短い加速パルスのグループが前記入射した一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するように、隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるトリガ制御器を含む概念１に記載の線形加速器システム。
概念４
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場が前記入射した一束の荷電粒子よりも長い軸方向の長さを有するように、前記スイッチのグループを順番に作動させる概念３に記載の線形加速器システム。
概念５
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の頂部に対する前記スイッチのグループのそれぞれの作動タイミングを制御することによって交替位相集束を行い、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の主に立ち上がりのエッジまたは主に立ち下がりのエッジのいずれかに沿って与えられる概念３に記載の線形加速器システム。
概念６
前記トリガ制御器は、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚの主に立ち上がりのエッジおよび頂部付近に沿ってまず与えられるように、スイッチの第１のグループの作動のタイミングを調整する概念３に記載の線形加速器システム。
概念７
前記レンズスタックの第１の電極は、前記一束の荷電粒子を前記荷電粒子源から抽出し、前記一束の荷電粒子を前記線形加速器へ入射させるための抽出電極である概念１に記載の線形加速器システム。
概念８
短パルス誘電壁加速器システムであって、
一束の荷電粒子を生成するためのパルス型イオン源と、
加速軸を囲み入力端と出力端とを有する誘電壁ビームチューブと、
前記誘電壁ビームチューブに横方向に接続され、かつ前記誘電壁ビームチューブに沿って直列に設けられた複数のパルス形成線と、を備え、
各パルス形成線は、それと対応する前記誘電壁ビームチューブの短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
当該短パルス誘電壁加速器システムはさらに、
２つの縦方向圧縮電極と少なくともひとつの横方向集束電極とを含むレンズスタックを備え、
前記２つの縦方向圧縮電極および前記少なくともひとつの横方向集束電極は前記パルス型イオン源と前記誘電壁ビームチューブの前記入力端との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられ、
当該短パルス誘電壁加速器システムはさらに、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの縦方向圧縮電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮し、かつ、前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前における前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御し、それによってビームのスポットサイズを前記一束の荷電粒子の電流およびエネルギによらずに制御するために、前記横方向集束電極の電圧を制御する電圧制御手段と、
隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるトリガ制御器であって、前記入射する一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、前記スイッチのグループによって順番に生成される短い加速パルスのグループが、前記入射する一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するトリガ制御器と、を備える短パルス誘電壁加速器システム。
概念９
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場が前記入射した一束の荷電粒子よりも長い軸方向の長さを有するように、前記スイッチのグループを順番に作動させる概念８に記載の短パルス誘電壁加速器システム。
概念１０
前記トリガ制御器は、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の頂部に対する前記スイッチのグループのそれぞれの作動タイミングを制御することによって交替位相集束を行い、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の主に立ち上がりのエッジまたは主に立ち下がりのエッジのいずれかに沿って与えられる概念８に記載の短パルス誘電壁加速器システム。
概念１１
荷電粒子源によって生成される一束の荷電粒子を縦方向に圧縮するビーム移送方法であって、
前記荷電粒子源に隣接し、前記加速軸に沿って直列に設けられる２つの縦方向圧縮電極および少なくともひとつの横方向集束電極を提供することと、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように第１および第２の電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記加速軸に沿った飛行中に前記一束の荷電粒子を縦方向に圧縮することと、
前記加速軸に沿った飛行中に前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御するために、前記横方向集束電極の電圧を制御することと、を含むビーム移送方法。
概念１２
線形加速器のためのビーム移送方法であって、
荷電粒子源と、加速軸に沿って少なくともひとつの加速勾配を生成するための線形加速器と、前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた２つの電極を有するレンズスタックと、を備える線形加速器システムを提供することと、
前記荷電粒子源から一束の荷電粒子を生成することと、
前記一束の荷電粒子を前記レンズスタックに抽出することと、
前記一束のうちの上流の粒子が下流の粒子よりもより大きな運動エネルギを得るように前記２つの電極の間に生成される電位差を時間的にランプし、それによって前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前にそれを縦方向に圧縮することと、
前記線形加速器へ前記縦方向に圧縮された一束の荷電粒子を入射させることと、を含むビーム移送方法。
概念１３
前記レンズスタックは、前記荷電粒子源と前記線形加速器との間に、前記加速軸に沿って直列に設けられた少なくともひとつの追加的な電極をさらに含み、
当該ビーム移送方法はさらに、
前記一束の荷電粒子が前記線形加速器へ入射する前における前記一束の荷電粒子の横方向の集束を制御し、それによってビームのスポットサイズを前記一束の荷電粒子の電流およびエネルギによらずに制御するために、前記少なくともひとつの追加的な電極の電圧を制御するステップを含む概念１２に記載のビーム移送方法。
概念１４
前記線形加速器は、前記加速軸に対して横方向に広がり、かつ前記加速軸に沿って直列に設けられた複数のパルス形成線を含み、
各パルス形成線は、それと対応する前記加速軸の短い軸方向長さに隣接して短い加速パルスを生成するために他のパルス形成線とは独立にそのパルス形成線を通して少なくともひとつの電気的な波面を伝搬させる、高い電位に接続可能なスイッチを有し、
当該ビーム移送方法はさらに、
前記入射した一束の荷電粒子に加速エネルギを逐次与えるために、順番に生成される短い加速パルスのグループが前記入射した一束の荷電粒子と実質的に同期して前記加速軸に沿って伝搬する進行性の軸方向電場を形成するように、隣接するパルス形成線のブロックに対応する少なくともひとつのスイッチのグループの単位で前記スイッチを順番に作動させるステップを含む概念１２に記載のビーム移送方法。
概念１５
前記順番に作動させるステップは、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚの主に立ち上がりのエッジおよび頂部付近に沿ってまず与えられるように、スイッチの第１のグループの作動のタイミングを調整することを含む概念１４に記載のビーム移送方法。
概念１６
前記順番に作動させるステップは、前記進行性の軸方向電場が前記入射した一束の荷電粒子よりも長い軸方向の長さを有するように、前記スイッチのグループを順番に作動させることを含む概念１４に記載のビーム移送方法。
概念１７
前記順番に作動させるステップは、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の頂部に対する前記スイッチのグループのそれぞれの作動タイミングを制御することによって交替位相集束を行い、前記入射した一束の荷電粒子に対して加速エネルギが、前記進行性の軸方向電場のエネルギ波形Ｅｚ（ｔ）の主に立ち上がりのエッジまたは主に立ち下がりのエッジのいずれかに沿って与えられることを含む概念１４に記載のビーム移送方法。
概念１８
前記一束の荷電粒子は、前記２つの電極のうちの上流のほうの電極であって抽出電極として機能すべき電極を制御することによって、前記レンズスタックに抽出される概念１２に記載のビーム移送方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
【図２８】粒子束の減速に際し、正に帯電した粒子束を縦方向に圧縮するように２つの電極間の電位差を時間的にランプする第１の例を示すグラフである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
非対称ブルームライン構成においては、第２の誘電体ストリップ１７は第１の誘電体ストリップ１４よりも、例えば３：１のように実質的に低い伝搬速度を有することが望ましい。ここで第２の誘電体ストリップ１７および第１の誘電体ストリップ１４の伝搬速度をそれぞれｖ２、ｖ１と定義すると、ｖ２＝（μ２ε２）−０．５であり、ｖ１＝（μ１ε１）−０．５である。なお、透磁率μ１と誘電率ε１とは第１の誘電体の物質定数であり、透磁率μ２と誘電率ε２とは第２の誘電体の物質定数である。第２の誘電体ストリップ１７の伝搬速度を遅くすることは、第２の誘電体ストリップに、第１の誘電体ストリップの誘電率、つまりμ１ε１、よりも大きな誘電率、つまりμ２ε２、を有する材料を選択することによって達成されうる。例えば図１に示されるように、第１の誘電体ストリップの厚さはｄ１と表記され、第２の誘電体ストリップの厚さはｄ２と表記され、ｄ２はｄ１よりも大きいものとして示されている。ｄ２をｄ１よりも大きく設定して異なる間隔と異なる誘電率を組み合わせることで、第２の平板導体ストリップ１５の両側で等しい特性インピーダンスを実現している。両半分において特性インピーダンスは等しいが、それぞれの半分を通じた信号の伝搬速度は必ずしも等しくない点に注意する。異なる伝搬速度を実現するために誘電体ストリップの誘電率や厚さが適切に選択されてもよいのであるが、長いストリップ形状の構造および構成は、非対称ブルームラインの概念、つまり異なる誘電率および異なる厚さを有する誘電体を使用する概念、を使用する必要はないことは理解される。波形が制御されるという利点は、ブルームラインモジュールの長い梁のような幾何形状および構成によって実現されているのであって高い加速勾配を生成する特定の方法によってではないので、他の実施の形態は代替的なスイッチ構成を使用することができる。そのような代替的なスイッチ構成は例えば、対称ブルームライン動作を含む図１２について議論されたものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
２つの電極間の電位差の時間的なランプの種類は、縦方向に圧縮される粒子が正に帯電しているか負に帯電しているかによるであろう。正に帯電した粒子については、正の電極は粒子を減速するために使用されるであろうし、負の電極は粒子を加速するために使用されるであろう。図２８および図２９は、荷電粒子束の縦方向圧縮を実現するための、正に帯電した粒子に対する電位差ＶＤ−ＶＵの時間的なランプダウンを示す２つのグラフである。ＶＤは下流電極の電圧であり、ＶＵは上流電極の電圧である。特に、図２８のグラフは束の減速による縦方向圧縮の場合を示し、図２９のグラフは束の加速による縦方向圧縮の場合を示す。負に帯電した粒子については、正の電極は粒子を加速するために使用されるであろうし、負の電極は粒子を減速するために使用されるであろう。図３０および図３１は、荷電粒子束の縦方向圧縮を実現するための、負に帯電した粒子に対する電位差ＶＤ−ＶＵの時間的なランプアップを示す２つのグラフである。特に、図３０のグラフは束の加速による縦方向圧縮の場合を示し、図３１のグラフは束の減速による縦方向圧縮の場合を示す。