(57)【要約】      （修正有）【課題】取り出される粒子ビームの輸送系が複数ある場合の、バンチになった粒子ビームに所定の方向のキック角を与えるビームキッカーのｏｎ／ｏｆｆ動作がバンチ間の空白の時間に確実に動作させるキッカーを装備した円形粒子加速器を構成する。【解決手段】粒子ビームが周回する粒子ビーム周回軌道、粒子ビームを粒子ビーム周回軌道に沿って周回させる四極電磁石、偏向電磁石および粒子ビームを加速させる加速空洞、粒子ビームを上記粒子ビーム周回軌道から取り出す出射セプタムを備え、粒子ビームが取り出されるビームダクトが複数ある場合の円形粒子加速器で、ＨＯＭ空洞（高周波空洞）を粒子ビーム周回軌道に直列に配置し、配置した高周波空洞に電磁波を導入して、粒子ビームに対して垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードで励振される高周波空洞の粒子ビームに所定のキック角を与えるビームキッカーとする。【選択図】図１
2005123204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビームが周回する粒子ビーム周回軌道、上記粒子ビームを上記粒子ビーム周回軌道に沿って周回させる四極電磁石、偏向電磁石および上記粒子ビームを加速させる加速空洞、上記粒子ビームを上記粒子ビーム周回軌道から取り出す出射セプタムを備え、粒子ビームが取り出されるビームダクトが複数ある場合の円形粒子加速器において、空洞が上記粒子ビーム周回軌道に直列に配置され、配置した上記空洞に電磁波を導入して、上記粒子ビームに対して垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードを励振する高周波空洞で粒子ビームに所定の方向のキック角を与えるビームキッカーを備えたことを特徴とする円形粒子加速器。
【請求項２】
上記ビームキッカーは、複数の空洞が連結されて粒子ビーム周回軌道に直列に配置され、上記複数の空洞それぞれに電磁波を導入して、上記粒子ビームに対して垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードを励振し、上記複数の空洞の各空洞の磁場方向が互い違いになるπモードで運転される高周波空洞で構成されていることを特徴とする請求項１記載の円形粒子加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円形粒子加速器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な円形粒子加速器は、図３のように構成されている。図３において、１は粒子ビームが入射される入射ダクト、２は入射された粒子ビームを周回方向に曲げる入射セプタム、３は粒子ビームが周回する粒子ビーム周回軌道、４は四極電磁石、５は粒子ビーム軌道の曲部に配置され粒子ビームを周回方向に曲げる偏向電磁石、６は粒子ビームを加速する加速空洞、７は高次モード空洞、８は加速された粒子ビームを出射ダクトに導く出射セプタム、９は六極電磁石、１０は加速された粒子を出射する出射ダクトである。
【０００３】
図３に示すような円形粒子加速器から粒子ビームを取り出す方法には大きく分けて低エネルギーの粒子ビームを取り出す“早い取り出し”と、高エネルギーの粒子ビームを取り出す“遅い取り出し”と呼ばれる２つの方法があり、この発明は“遅い取り出し”に関するものである。
【０００４】
粒子ビーム周回軌道を周回する粒子ビームのセパラトリクスと呼ばれる安定領域と不安定領域の境界が形成されている場合、セパラトリクスの外側すなわち不安定領域に動かす方法としては、セパラトリクスを徐々に小さくする方法と、セパラトリクスは動かさずに安定領域にいた粒子ビームに高周波電場で振動を加えてセパラトリクスまでエミッタンスを増加させる方法があり、後者の方法がｒｆノックアウトを用いた遅い取り出しと呼ばれる。
【０００５】
従来の円形粒子加速器から粒子ビームを取り出すｒｆノックアウトを用いた取り出しは、例えば特許文献１に開示された方法がある。図４に粒子ビームの粒子ビーム周回軌道の直線部にｒｆノックアウト電極が挿入された状態の模式図を示す。
図４の構成は、粒子ビーム周回軌道１１にｒｆノックアウト電極１２、出射セプタム１４が配置され、デフレクター１５を通して粒子ビームが出射される構成である。
【０００６】
円形粒子加速器では、リング状の粒子ビーム周回軌道１１の中を周回する粒子ビームは粒子ビーム周回軌道１１の水平方向と垂直方向に微小振動して周回している。この微小振動をベータトロン振動と呼び、リング状の粒子ビーム周回軌道１１の１周当たりの振動数をベータトロンチューンまたは単にチューン呼んでいる。このチューンは粒子ビームが安定に周回するように選ばれるが、粒子ビームの取り出しには不安定になるチューンを選んで行われる。例えばチューンを１／３整数に選び、六極電磁石により粒子ビームに振動を与えて位相空間上にセパラトリクスを形成した場合、セパラトリクスの外側すなわち不安定領域に出た粒子ビームが粒子ビーム周回軌道１１を周回する毎に振幅が大きくなり、最終的に取り出し用に設置された出射セプタム１４に到達し、出射セプタム１４に形成されている静的な電場または磁場により外側に蹴り出されて下流に設置されたデフレクター１５により出射ダクトに導かれる。
【０００７】
ｒｆノックアウト電極１２は一対の平行平板からなり、この間に周波数Ｆrfの高周波電圧が加えられる。この周波数Ｆrfはベータトロンチューンの小数部分をｎ、周回周波数をＦrev、任意の整数をｍとすると、（式１）で表される。
【０００８】
【数１】
2005123204.tif 000003
【０００９】
ｒｆノックアウト電極１２の間の電場により蹴られる角度θは（式２）の関係になる。
【００１０】
【数２】
2005123204.tif 000004
【００１１】
ここでそれぞれのパラメータの値が次の表１の場合について電場を求める。
【００１２】
【表１】
2005123204.tif 000005
【００１３】
この条件において、電極間のギャップが１００ｍｍの場合、高周波電圧は１０ｋＶを加える必要がある。このように電場による運動量ｐが１０ＧｅＶ／ｃを越えるような領域では、必要な高周波電圧は１０ｋＶよりも高くなり、非常に高い値が必要となる。この電圧を印加するためには、発生させる高周波電源およびｒｆノックアウト電極は高電圧に耐える絶縁構成となる。
【００１４】
円形粒子加速器において、取り出される粒子ビームの輸送系が複数の場合には、粒子ビームの行き先を振り分ける必要がある。粒子ビームが周回する粒子ビーム周回軌道の方向に電場を形成する高周波空洞があり、これに高周波電場を与えた場合、周回軌道を周回する粒子ビームは高周波電源の周波数に同期したパルスを形成する。このパルスを発生させる粒子の塊をバンチと称し、バンチになった粒子ビームの下流に図５に示すようなキッカー電磁石を配置し、バンチとバンチの間の空白時間にキッカーの立ち上げ、あるいは立ち下げを行うことでバンチ毎のビームの振り分けが可能になる。図５の構成は、中心部に粒子ビームが周回する真空に保持された真空ダクト２１、真空ダクト２１に内部の粒子ビームの中心軸に対して垂直方向に磁場を与えるコイル２２、磁束のリターンヨーク２３を備えている。
【００１５】
このように形成された空洞に高周波磁場を発生させ、バンチとバンチの空白の時間に立ち上げあるいは立ち下げを行うと、バンチは磁場によってキックされ、粒子ビーム輸送系に取り出される。このような電磁石磁場によるキッカーの立ち上げ、たち下げを行うｏｎ／ｏｆｆ動作は１００ｎｓ程度が限度であり、振り分け能力が十分に得られない。
【００１６】
【特許文献１】特公平５−１９８３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
円形粒子加速器において、取り出される粒子ビームの輸送系が複数ある場合に、バンチとバンチの間の空白時間にキッカーの立ち上げ、あるいは立ち下げを行うキッカー電磁石を配置した構成のｏｎ／ｏｆｆ動作は１００ｎｓ程度が限度であり、振り分け能力が十分ではない問題点があった。
【００１８】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、取り出される粒子ビームの輸送系が複数ある場合に、粒子ビーム周回軌道の方向に電場を形成する高周波空洞を配置し、高周波電場を与えた場合のバンチになった粒子ビームに所定の方向のキック角を与えるビームキッカーとして、ｏｎ／ｏｆｆ動作がバンチ間の空白の時間に確実に動作するキッカーを装備した円形粒子加速器を構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る円形粒子加速器は、粒子ビームが周回する粒子ビーム周回軌道、粒子ビームを粒子ビーム周回軌道に沿って周回させる四極電磁石、偏向電磁石および粒子ビームを加速させる加速空洞、粒子ビームを上記粒子ビーム周回軌道から取り出す出射セプタムを備え、粒子ビームが取り出されるビームダクトが複数ある場合の円形粒子加速器において、空洞を粒子ビーム周回軌道に直列に配置し、配置した空洞に電磁波を導入して、粒子ビームに対して垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードを励振される高周波空洞で粒子ビームに所定の方向のキック角を与えるビームキッカーを備えた構成としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、ビーム周回軌道に設けるビームキッカーを、空洞を粒子ビーム周回軌道に直列に配置し、空洞に電磁波を導入して、粒子ビームに垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードを励振される高周波空洞で粒子ビームに所定の方向にキック角を与える高周波空洞で構成したことにより、数１０〜数１００ｎｓの高速でｏｎ／ｏｆｆ動作させることができ、正確に粒子ビームの行き先を振り分けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
実施の形態１の円形加速器は、従来の技術欄に示した図３に示したものと同一の構成であり、円形粒子加速器から取り出された粒子ビーム輸送系のビームチャンネルが複数設けられている場合に、バンチ毎に行き先を振り分けるビームキッカーの構成を高周波空洞（HOM＝Higher Order Mode、以下ＨＯＭという）を円形粒子加速器の出射セプタム８の直前に挿入した円形粒子加速器の構成である。図１にＨＯＭ空洞に電磁波を導入してＴＭ１１０モードを励振したビームキッカーの断面および磁場分布の状況を示す。図において、７１はＨＯＭ空洞、７３は高周波電源、７５は導波管、７６はループカプラーである。
【００２２】
ＨＯＭ空洞７１に高周波電源７３から導波管７５を介して電磁波を導入し、ループカプラー７６でＴＭ１１０モードを励振すると、図示のようにビーム進行方向に対して垂直方向の磁場分布になり、粒子ビームは磁場の直角方向にキックされる。バンチの間隔と高周波磁場の位相を同期することによりキックする方向が決まり、下流のビーム輸送系に分離できる。
【００２３】
ＨＯＭ空洞７１の１個で十分なキックが与えられない場合に、ＨＯＭ空洞７１を複数として連結した構成を図２に示す。複数の空洞７１ａ、７１ｂ・・・７１ｎが多連に連結され、粒子ビームが出射セプタム７４に出射されるように構成されている。この構成では、各空洞それぞれに電磁波を導入して、粒子ビームに対して垂直な磁場成分を持つＴＭ１１０モードを励振し、複数の空洞の各空洞の磁場方向が互い違いになるπモードで運転され、粒子ビームに所定の方向のキックを与えられて適正なキック角となり、ビーム輸送系に振り分けられる。
【００２４】
このようにキッカーをＨＯＭ空洞でＴＭ１１０モードを励振した構成にすると、高速でｏｎ／ｏｆｆ動作させることができる。そのｏｎ／ｏｆｆ動作の速度は励振された周波数で決まり、数１０〜数１００ｎｓで動作させることができ、正確に粒子ビームの分離ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１のＨＯＭ空洞を用いたビームキッカーの動作説明図である。
【図２】多連に構成したビームキッカーの構成図である。
【図３】従来の粒子加速器の構成図である。
【図４】粒子ビームの粒子ビーム周回軌道の直線部にｒｆノックアウト電極が挿入された状態の模式的に示した構成図である。
【図５】従来のビームキッカーの動作説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
７１  ＨＯＭ空洞、７１ａ，７２ｂ・・・７２ｎ  ＨＯＭ空洞、７３  高周波電源、
７４  出射セプタム、７５  導波管、７６  ループカプラー。
【図１】
2005123204.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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