(57)【要約】【課題】経済的にベータトロン加速器の入射効率や出射効率を高めようとするものである。【解決手段】内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、荷電粒子ビームの加速時と出射時を低く設定する。【選択図】        図１
2004247109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記電源は交流電力を整流・平滑回路により整流電圧に形成し、ブリッジ回路に構成したスイッチ素子により両極性に矩形波電圧を出力するインバータ電源で構成され、粒子の入射から出射までの時間に加速電圧を印加することを特徴とするベータトロン加速器。
【請求項２】
内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、荷電粒子ビームの加速時と出射時を低く設定することを特徴とするベータトロン加速器。
【請求項３】
内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、加速時を低く、出射時を高く設定することを特徴とするベータトロン加速器。
【請求項４】
内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時及び加速時を低く、荷電粒子ビームの出射時を高く設定することを特徴とするベータトロン加速器。
【請求項５】
第１の加速コアと重畳用の第２の加速コア及びそれらの励磁電源回路とを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のベータトロン加速器。
【請求項６】
上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルと、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルと、これらの励磁コイルに共通の電源を設け、これらの励磁コイルをスイッチング素子で並列接続と直列接続とに切り替えられるようにしたことを特徴とする請求項５記載のベータトロン加速器。
【請求項７】
上記第１の加速コアと重畳用の上記第２の加速コアとを異なる材質の材料で構成したことを特徴とする請求項５又は請求項６記載のベータトロン加速器。
【請求項８】
上記環状の中空導体の荷電粒子ビームの通路における荷電粒子ビームの軌道を規定するための磁場を荷電粒子ビーム軌道の径方向に単調増加または単調減少で変化させ、時間的には一定としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のベータトロン加速器。
【請求項９】
第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルと、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルと、これらの励磁コイルに共通の電源を設け、これらの励磁コイルをスイッチング素子で並列接続と直列接続とに切り替えられるようにしたベータトロン用加速コア装置。
【請求項１０】
第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルを有する第１励磁電源回路と、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルを有する第２励磁電源回路とを設けたベータトロン用加速コア装置。
【請求項１１】
上記第１の加速コアと重畳用の上記第２の加速コアとを異なる材質の材料で構成したことを特徴とする請求項９又は請求項１０記載のベータトロン用加速コア装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、研究・医療・工業分野に用いられるベータトロン加速器及びベータトロン用加速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のベータトロン加速器の加速コアの駆動用電源は、例えば特許文献１に開示されている。その駆動用電源は、高電圧ＤＣ電源をスイッチングしているので、生じる加速電圧の波形は単純な矩形波形状となる。又、特許文献１に開示されている別の駆動用電源は、加速コア励磁巻線を介した二つのコンデンサの誘導的充電関係を使用しているので、加速コア励磁巻線を流れる電流は正弦波形状となり、したがってこれにより励起される加速電圧も正弦波形状となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３４３１９９号公報（図１，図２，図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ベータトロン加速器性能の重要な指標の一つにビーム出射効率η＝（出射ビーム電流Ｉｏｕｔ）／（入射ビーム電流Ｉｉｎ）があり、通常高出射効率が求められている。上記構成のベータトロン加速器において、ηを最大化する場合、まずビームの入射効率が問題となる。ビーム入射効率は入射時のビーム広がりが小さいほど向上するが、入射時のビーム広がりは荷電粒子の空間電荷効果が原因であり、これを低減するためには、通常加速電圧Ｖａｃを高めるしか方法がない。しかし、この場合、コアの鉄損が増大するので、これに対処するために、低損失材を使用すれば材料コスト高となるし、冷却装置の強化で対処しようとすれば、装置コスト高となってしまう問題があった。上記従来の技術で説明した従来のベータトロン加速器用電源では加速電圧波形が単純な矩形形状や正弦波形状しか実現できなかったので、上記問題を回避することができなかった。
【０００５】
この発明は、ベータトロン加速器の加速コアの駆動用電源として、供給側の負荷が少なく、大電流を供給できる電源を提供しようとするものである。
又、上記従来のような問題点を解消するためになされたもので、経済的にベータトロン加速器の入射効率や出射効率を高めようとするものである。
さらに又、加速コアに可変電圧を経済的に供給できるベータトロン用加速コア装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるベータトロン加速器は、内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記電源は交流電力を整流・平滑回路により整流電圧に形成し、ブリッジ回路に構成したスイッチ素子により両極性に矩形波電圧を出力するインバータ電源で構成され、粒子の入射から出射までの時間に加速電圧を印加するものである。
【０００７】
また、内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、荷電粒子ビームの加速時と出射時を低く設定するものである。
【０００８】
また、ベータトロン加速器において、励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、加速時を低く、出射時を高く設定するものである。
【０００９】
また、ベータトロン加速器において、励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時及び加速時を低く、荷電粒子ビームの出射時を高く設定するものである。
【００１０】
また、この発明のベータトロン用加速コア装置は、第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルと、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルと、これらの励磁コイルに共通の電源を設け、これらの励磁コイルをスイッチング素子で並列接続と直列接続とに切り替えられるようにしたものである。
【００１１】
さらにまた、第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルを有する第１励磁電源回路と、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルを有する第２励磁電源回路とを設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるベータトロン加速器を示す構成図で、励磁電源回路を除いて示してある。ベータトロン加速器は、内部を真空に保ち荷電粒子ビームを周回させる通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の真空ダクト（銅やステンレスから形成される中空導体）４と、荷電粒子ビームの軌道を真空ダクト４内に維持するために、真空ダクト４を挟むように複数個設置される電磁石３と、荷電粒子ビームの軌道を囲むように中空導体を取り囲んで設置され磁束の時間変化による起電力により荷電粒子ビームを加速する加速コア２と、図示していないが、加速コア２に巻き付けられた加速コア２の励磁コイルに電圧を印加する励磁電源と、真空ダクトに対して荷電粒子ビームを入射させる入射器と、荷電粒子ビームを取り出すビーム取り出し器から構成される。
【００１３】
次に動作について説明する。ビーム入射器（図示せず）から荷電粒子ビームを出射させ、真空ダクト（環状の中空導体）４内に導入を開始する。この時点から加速コア２の励磁コイルにおける励磁電源電圧を高電圧とすると、加速コア２の断面を取り囲むビーム軌道上に励磁電圧に等しい誘導電場が発生し、荷電粒子ビームが加速を開始する。加速された荷電粒子ビームは電磁石３により進路を曲げられ、環状の真空ダクト中をほぼ円運動し、励磁電源電圧が印加されている時間継続的に加速される。加速が継続している間にビーム出射器（図示せず）により取り出しを行なう。
【００１４】
通常のベータトロン加速器の電磁石３では、磁場を時間的に変化させ、磁場が増大する位相条件下で、加速中の荷電粒子ビームを所定の軌道に維持するようにしているので、最大繰り返し周波数は１０〜１００Ｈｚが限界であり、ビームデューティー（単位時間あたりビームが出射する時間）は１％以下に限られるが、この実施の形態では、荷電粒子ビームの軌道を規定するための電磁石３の磁場を荷電粒子ビーム軌道の径方向に単調増加または単調減少となるように変化させ、時間的に一定で荷電粒子ビームを所定の軌道に維持するようにしたので、繰り返し周波数を１０ｋＨｚ程度まで向上が可能となり、ビームデューティーを十％以上に向上することができる。例えば、繰り返し周波数１ｋＨｚ、ビーム時間幅１００μｓ（ビームデューティー：１０％）が可能である。
【００１５】
実施の形態１における加速コアの励磁コイルにおける励磁電源の電圧波形を図２に示す。図において、荷電粒子ビームの入射時（入射期間）の加速電圧は、
（１＋α）Ｖｏ、その後の加速時（加速期間）および出射時（出射期間）における加速電圧はＶｏである。時間ｔ＝０でビーム入射器から加速器内にビームが入射し始め、τｅ＝τｂ−τａで入射を終了する。なお、τｂは加速可能時間、τａはτｂから入射期間τｅを引いた時間で、１粒子の入射から出射までの時間である。τｓは励磁電源周波数の１周期の時間を表す。
【００１６】
引き続きビームの加速を続け、ｔ＝τｂ―（１＋α）（τｂ―τａ）において、最初に入射したビームが出射し始め、ｔ＝τｂにおいてすべてのビームが出射する。この実施の形態では、例えば、α＝１、（図１１でｔ１〜ｔ３の）平均の加速電圧１ｋＶ、加速可能時間τｂ＝５００μｓ、入射期間（τｂ―τａ）＝１００μｓとすると、ビーム入射時の加速電圧は２ｋＶとなる。
【００１７】
図２の電圧波形を実現する実施の形態１の構成を図３に示す。これと対比して従来の電圧波形を実現する構成を図４に示す。従来では、図４に示すように励磁電源１の電圧Ｖｏに相当する加速電圧しか発生できなかった。この実施の形態では図３に示すように、加速コア２を第１加速コア２１と第２加速コア２２に分割し、これらに対応する第１励磁コイル６１，第２励磁コイル６２を設け、これらの励磁コイル６１，６２を並列接続と直列接続とに切り替え可能な双方向スイッチ７１，７２を設け、電源電圧Ｖｏの励磁電源１を接続する。そして、ビーム入射時の高加速電圧が必要な期間には、図３の（上段の）並列接続とすることで、従来と同一の電圧Ｖｏの電源を使用した場合でも、ビーム入射時の加速電圧Ｖａｃ＝２Ｖｏが得られる。従って、高価な高電圧電源を使用することなく加速電圧の高電圧化が可能となる。
【００１８】
又、ビーム加速時と出射時でより低い加速電圧に設定する期間には、図３の下段で励磁コイル６１，６２を直列接続（巻き数は１ターン）にすることにより、ビーム加速時と出射時に加速電圧Ｖａｃ＝Ｖｏが得られる。このように、同一の電圧Ｖｏの電源を使用した場合でも、２設定加速電圧を得ることができる。
なお、高価な高電圧電源により加速電圧を２Ｖｏとした場合には、図６に示す電圧波形となる。図で、τｂ’は加速可能期間で半周期より短い。τａ’はτｂ’から入射期間を引いた時間である。
【００１９】
実施の形態１では、荷電粒子ビームの入射時には、第１加速コア２１の励磁に加えて、第２加速コア２２を励磁し、荷電粒子ビームへの印加電圧を倍増させ、時間的に早く入射されたビームのエネルギーを短時間に空間電荷（スペースチャージ）の影響を受けないレベルまで加速しているので、入射効率を向上させることができる。
【００２０】
加速コアの励磁コイルの駆動回路（インバータ電源回路）の一般例を図５に示す。サイリスタで構成されるブリッジ回路３４とコンデンサＣ１，Ｃ２で整流・平滑回路３５を形成する。ＩＧＢＴ（  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ）とコンデンサでブリッジ回路に構成したスイッチング回路３６を形成する。スイッチング回路３６内のコンデンサは安定用である。加速コア励磁コイルの巻数比は、Ｎ：１で示しているが、１：１でも良い。Ｉｏ，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は電流を、Ｖａｐ，Ｖａｃは電圧を表す。Ｖａｐ，Ｖａｃ電圧には、矩形波電圧が得られる。
この加速コアの励磁コイルの駆動回路は、出力として矩形波の大電流（例えば１０００Ａ）を得ることができ、その時の電源供給側は負荷として少ない電流（数１０Ａ）で良く、交流電力供給側の影響が少ないものである。
【００２１】
実施の形態１において、コアの断面積Ｓ１は入射時を高電圧としない場合のコア断面積Ｓ０と比較すると、ビーム入射時に高電圧としている分だけロスを生じるので、Ｓ１＝｛１＋αＤ／（ｆτｂ）｝Ｓ０のように拡大する必要がある。この実施の形態１の定数の場合Ｓ１＝１．２Ｓ０となる。なお、Ｄはビームデューティー、ｆは駆動電源の周波数である。
【００２２】
従来の電源で高加速電圧とした場合のコア発熱とこの実施の形態１の発熱を比較する。コアの発熱で主要な成分は渦電流損Ｗｅｄｄｙであり、これは電圧の２乗に比例する。従って電圧を倍に設定した従来の図６の場合、４Ｗｅｄｄｙとなるが、電源のＯＮ時間（τｂ’）が短くなっていることと、従来よりコア断面積が大きいことを考慮すると２Ｗｅｄｄｙとなる。
【００２３】
一方、この実施の形態１の場合は、加速周期に対する倍電圧の時間が２００μｓ／１０００μｓ＝０．２なので、渦電流損は（４×０．２＋１×０．８）Ｗｅｄｄｙ＝１．６Ｗｅｄｄｙ、コア断面積の拡大分を考慮すると、１．３３Ｗｅｄｄｙとなり、渦電流損による発熱を３５％低減できるという効果がある。
【００２４】
なお、実施の形態１における、励磁コイルの並列と直列との切り替えについては、図３では２個の双方向スイッチを使用しているが、図７のように双方向スイッチに対する電流負荷を減らす目的で、３個の双方向スイッチ７３，７４，７５を使用しても良い。また実施の形態１ではビーム入射時の加速電圧を２Ｖｏとしているが、例えば４Ｖｏとする場合には、図８に示すようにコアを第１コア２３，第２コア２４，第３コア２５，第４コア２６と４分割し、双方向スイッチ素子７６，７７で並列と直列とを切り替えるようにすればよい。この場合もスイッチ素子に対する電流負荷低減のために、図９のように５個の双方向スイッチ７８，７９，８０，８１，８２を使用しても良い。
【００２５】
実施の形態２
図１０はこの発明の実施の形態２における励磁コイルの励磁電源回路を示す構成図である。第１励磁電源１１（電圧Ｖｏ）は第１加速コア２７を第１励磁コイル６７により励磁する矩形波電圧出力インバータ電源である。荷電粒子ビームの加速可能期間に亘って低電圧を発生する構成としている。第２励磁電源１２（電圧Ｖ１）は第２加速コア２８を第２励磁コイル６８により励磁する矩形波電圧出力インバータ電源である。実施の形態２では、荷電粒子ビームの入射時及び出射時に第１励磁電源１１に加えて電圧を発生する構成としている。
【００２６】
次に動作について説明する。荷電粒子ビームの入射時には、第１加速コア２７の励磁に加えて、第２励磁電源１２を印加して第２加速コア２８を励磁し、荷電粒子ビームへの印加電圧を倍増（又は複数倍）させ、時間的に早く入射されたビームのエネルギーを短時間に空間電荷（スペースチャージ）の影響を受けないレベルまで加速することによって、入射効率を向上させる。しかし、このままでは図１１に示したビームエネルギー図にあるように、主に第１加速コア２７により出射エネルギーに達するビームの時間幅が広がってしまう。そのため、このベータトロン加速器を他のシンクロトロン加速器の入射器として使用する場合に次段への入射効率が低下するという問題がある。
【００２７】
そこで、図１２，図１３に示しすように最初に入射したビームが出射エネルギーに到達する時刻ｔ２に第２励磁電源１２を再び印加して、時間的に遅く入射したビームの加速電圧を上げることにより、出射ビーム幅を入射時と同一に復元、補正する。これにより、このベータトロン加速器を入射器として使用する場合にも、実施の形態１と同様にコスト低減できる効果が得られる。このときのビームエネルギーを図示すると図１３のとおりである。通常の第１加速コア２７の励磁用電源（第１励磁電源１１）回路はもとより、第２加速コア２８の第２励磁電源１２回路は、共に整流電圧をブリッジ接続したスイッチング素子により矩形波電圧を出力する、簡単なインバータ電源回路で構成できるため、極めて安価なもので実現できる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態３．
実施の形態３を図１０に基づいて説明する。図１０の第１励磁電源１１により、第１加速コア２７が励磁され、と同時に（図１０には示していない）荷電粒子ビームが入射される。実施の形態３における加速コアに印加される加速電圧およびビームエネルギー、ビーム電流の時間的変化を図１４に示す。図１４において、荷電粒子ビームの入射の完了した時刻をｔ１とすると、よりｔ１に近い時刻に入射された方が、励磁される時間が短い分、エネルギー量は少なくなっている。図１４において、エネルギーの幅があるのはこのためである。
【００２９】
次に、ビームを出射する時刻をｔ２とすると、時刻ｔ２において、第２励磁電源１２により第２加速コア２８を励磁し、等価的に第１励磁電源１１の出力電圧に加算させる。これにより加速電圧は増加し、時刻ｔ１近傍で入射されたビームも急峻にエネルギーが増大し、上述のエネルギーの幅を小さくすることができる。その結果、最後に入射した荷電粒子が出射を完了する時刻をｔ３とするとｔ１＞（ｔ３−ｔ２）となる。以上により、図１４に示すように、従来とエネルギーは同一で、出射する時間が短くなることから出射時のビームピーク電流を増大でき、出射効率を向上できるという効果がある。特にこのベータトロン加速器を次段の加速器への入射器として使用する場合に、次段へのビーム入射効率を向上できるという効果がある。
【００３０】
実施の形態４．
実施の形態４について説明する。実施の形態２では、図１０に示すように第１，第２加速コア２７，２８を励磁しているが、それぞれのコアを、例えば、比較的安価なコア材料として、珪素鋼板を使用した場合の渦電流損を求める。電圧波形のパラメータとして、図１２におけるτｂ＝５００μｓ、τａ＝４００μｓとする。第１加速コア２７に関して、断面積をＳｏ、珪素鋼板に特有の渦電流に係わる定数をＣとすると、Ｗｏ＝Ｃ（１／Ｓｏ）Ｖｏ２と計算される。次に、第２加速コア２８の断面積は｛（５００−４００）／５００｝Ｓｏ＝０．２Ｓｏとなる。第２加速コア２８の励磁波形として、まず加速電圧Ｖｏで（τｂ―τａ）の時間だけ励磁し、
次に加速電圧―｛（τｂ―τａ）／（τｂ―２（τｂ―τａ））Ｖｏで｛τｂ―２（τｂ―τａ）｝の時間を励磁しているので、第２加速コアの渦電流損Ｗｏ  ２は、
Ｗｏ２＝Ｗｏ・（１／０．２）・｛２（τｂ―τａ）／τｂ＋（Ｖ３／Ｖｏ）２・（τｂ―２（τｂ―τａ））／τｂ｝＝２．３Ｗｏとなる。
【００３１】
従って合計の渦電流損はＷ＝Ｗｏ＋２．３Ｗｏ＝３．３Ｗｏと計算される。上記の渦電流損を低減するために、コア材の珪素鋼板を例えば、鉄系アモルファス材に変更すると、発熱は１／１０に低減でき０．３３Ｗｏにできるが、加速コアコストがほぼ３倍となってしまう。これに対して、この実施の形態４では、第２加速コア２８だけを鉄系アモルファス材料とし、第１加速コア２７の材質は珪素鋼板のままとする。この場合、コアの発熱は  Ｗ＝Ｗｏ＋２．３（１／１０）Ｗｏ＝１．２３Ｗｏ  と上述の３．３Ｗｏとの比較で３７％程度まで低減でき、しかもコスト上昇はコアの体積比から計算して  ０．８＋３×０．２＝１．４  倍程度に抑えられる。すなわち、低損失で低コストな加速コアを提供できるという効果がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のベータトロン加速器によれば、内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記電源は交流電力を整流・平滑回路により整流電圧に形成し、ブリッジ回路に構成したスイッチ素子により両極性に矩形波電圧を出力するインバータ電源で構成され、粒子の入射から出射までの時間に加速電圧を印加するようにしたので、ベータトロン加速器の加速コアの駆動用電源として、交流電力供給側の負荷が少なく、矩形波の大電流を供給できる電源を提供できる。
【００３３】
また、内部に荷電粒子ビームの通路を形成し、荷電粒子ビームの加速電場を誘起する加速間隙を有する環状の中空導体と、この中空導体を取り囲むように設けた加速コアと、この加速コアに巻きつけた励磁コイルと、この励磁コイルに電圧を印加する電源とを備え、上記加速コアの運転周波数の１周期以内に粒子の入射から出射までを完了するベータトロン加速器において、上記励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、荷電粒子ビームの加速時と出射時を低く設定するようにしたので、経済的に、入射効率を向上させることができる。
【００３４】
また、ベータトロン加速器において、励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時を高く、加速時を低く、出射時を高く設定するようにしたので、経済的に、入射効率を向上させることができ、ベータトロン加速器を入射器としても使用し易い。
【００３５】
また、ベータトロン加速器において、励磁コイルによる加速電圧は、荷電粒子ビームの入射時及び加速時を低く、荷電粒子ビームの出射時を高く設定するようにしたので、出射効率を向上させることができる。
【００３６】
また、この発明のベータトロン用加速コア装置は、第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルと、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルと、これらの励磁コイルに共通の電源を設け、これらの励磁コイルをスイッチング素子で並列接続と直列接続とに切り替えられるようにしたので、電圧Ｖｏの電源を使用した場合でも、２設定加速電圧を得ることができ、所要時期に加速電圧２Ｖｏが得られ、高価な高電圧電源を使用することなく加速電圧の高電圧化が可能となる。
【００３７】
さらにまた、第１の加速コアと、重畳用の第２の加速コアと、上記第１の加速コアを励磁する第１の励磁コイルを有する第１励磁電源回路と、重畳用の上記第２の加速コアを励磁する第２の励磁コイルを有する第２励磁電源回路とを設けたので、高価な高電圧電源を使用することなく所要な時期に加速電圧の高電圧化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるベータトロン加速器を示す構成図である。による加速器の加速電圧波形。
【図２】実施の形態１における加速コアの励磁コイルにおける励磁電源の電圧波形を示す図である。
【図３】図２の電圧波形を実現する実施の形態１の構成を示す図である。
【図４】従来の電圧波形を実現する構成を対比して示す図である。
【図５】加速コアの励磁コイルの駆動回路を示す図である。
【図６】従来のベータトロン加速器の加速電圧波形を対比して示す図である。
【図７】図２の電圧波形を実現する実施の形態１の第２の構成を示す図である。
【図８】図２の電圧波形を実現する実施の形態１の第３の構成を示す図である。
【図９】図２の電圧波形を実現する実施の形態１の第４の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態２及び３における励磁コイルの励磁電源回路を示す構成図である。
【図１１】実施の形態１による加速電圧，ビームエネルギー及びビーム電流の説明図である。
【図１２】実施の形態２による加速電圧波形の説明図である。
【図１３】実施の形態２による加速電圧，ビームエネルギー及びビーム電流の説明図である。
【図１４】実施の形態３による加速電圧，ビームエネルギー及びビーム電流の説明図である。
【符号の説明】
１，１１，１２  励磁電源            ２  加速コア
３  電磁石                          ４  真空ダクト（環状中空導体）
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８  加速コア
６１，６２，６７，６８  励磁コイル
７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８２
双方向性スイッチ素子。
【図１】
2004247109.tif 000003
【図２】
2004247109.tif 000004
【図３】
2004247109.tif 000005
【図４】
2004247109.tif 000006
【図５】
2004247109.tif 000007
【図６】
2004247109.tif 000008
【図７】
2004247109.tif 000009
【図８】
2004247109.tif 000010
【図９】
2004247109.tif 000011
【図１０】
2004247109.tif 000012
【図１１】
2004247109.tif 000013
【図１２】
2004247109.tif 000014
【図１３】
2004247109.tif 000015
【図１４】
2004247109.tif 000016