(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、
上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、
上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、
上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項２】
少なくとも上記出射手段の入口部分に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出射手段との距離を変化させることを特徴とした請求項１に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項３】
上記偏向電磁石の磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子ビームの出射を停止することを特徴とした請求項１または２に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項４】
上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、
上記偏向電磁石の磁場が一定の状態で上記高周波加速空胴の周波数を変化させて荷電粒子ビームの運動量を変化させることにより運動量偏位を制御することを特徴とした請求項１から３に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項５】
上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、
上記高周波加速空胴の周波数が一定または上記高周波加速空胴に加速電界を発生させない状態で偏向電磁石の磁場を変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御することを特徴とした請求項１から３に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項６】
上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、
上記高周波加速空胴の周波数及び上記偏向電磁石の磁場を同時または順次に変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御することを特徴とした請求項１から３に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項７】
上記荷電粒子ビームの運動量偏位と上記ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段から出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調整することを特徴とした請求項１から６に記載の荷電粒子ビームの出射装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、
上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、
上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、
上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、
上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段と
を備えたことを特徴とする円形加速器。
【請求項９】
荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた円形加速器と、
上記荷電粒子ビームを輸送する輸送ダクトと、
上記輸送ダクトから分岐する複数の分岐輸送ダクトと、
上記輸送ダクトから上記各々の分岐輸送ダクトに上記荷電粒子ビームの輸送の切換を行う切換手段と、
上記分岐輸送ダクトにより輸送された上記荷電粒子ビームを照射する照射室と
を備えたことを特徴とする円形加速器システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は荷電粒子ビームを周回させて出射する荷電粒子ビームの出射装置及び円形加速器並びに円形加速器システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、円形加速器中の荷電粒子ビームは、設計軌道を中心としてベータトロン振動をしながら周回している。この際、後述する図１０に示すようなセパラトリクスと呼ばれる安定限界が存在し、安定限界内、すなわち、安定領域の荷電粒子ビームは安定した周回を行うが、安定限界を越えた荷電粒子ビームは振動振幅が増加して発散する性質を有する。この性質を利用して荷電粒子ビームを出射するため、従来の円形加速器においては、四極電磁石を用いて、加速器１周当たりのベータトロン振動数を表すチューンを整数±１／３に近づけ六極電磁石を励磁（３次共鳴）すること等が行われている。
【０００３】
図８は、例えば、Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A374（１９９６）, "Slow beam extraction by a transverse RF field with AM and FM", K. Noda et al., pp.269-277 の第２７０頁に示されたこの種の従来の円形加速器の機器配置を示す図であり、図において、１０１は偏向電磁石、１０２はベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する出射用六極電磁石、１０３はベータトロン振動数の調整及び出射時に上記安定領域を狭めるために用いる四極電磁石、１０４は出射チャネルの入口となる出射用静電電極、１０５は荷電粒子ビームの周回軌道を上記電極に近づけるために用いる出射用バンプ電磁石、１０６は荷電粒子ビームを加速する高周波加速空胴、１０７はクロマティシティ（ベータトロン振動数の運動量依存性）を調整するために用いる六極電磁石である。
【０００４】
図９は、図８の円形加速器の動作パターンを示す図である。図において、１０８のグラフは、偏向電磁石１０１の磁場強度、１０９は六極電磁石１０２の磁場強度、１１０は四極電磁石１０３の磁場強度、１１１は静電電極１０４の電界強度、１１２は出射用バンプ電磁石１０５の磁場強度である。
【０００５】
図１０は位相空間（荷電粒子軌道の位置と傾きを座標とした空間）における１／３整数共鳴のセパラトリクス（ベータトロン振動の安定領域と共鳴領域の境界）を示す図であり、図において、１１３ａは出射開始時のセパラトリクス、１１３ｂは出射終了直前のセパラトリクス、１１４は静電電極１０４の電極ギャップである。
【０００６】
次に動作について説明する。荷電粒子ビームは、図８に示すように、偏向電磁石１０１の磁場増加と高周波加速空胴１０６の作用により加速され、偏向電磁石１０１の磁場強度１０８と出射用六極電磁石１０２の磁場強度１０９が一定の期間に出射される。出射期間には四極電磁石１０３の磁場強度１１０の変化によってベータトロン振動の安定領域をセパラトリクス１１３ａからセパラトリクス１１３ｂのように狭め、ベータトロン振動の振幅が大きな荷電粒子から順次共鳴状態にする。共鳴状態になった荷電粒子は振動の振幅を増加させながらセパラトリクスの延長線に沿って電極ギャップ１１４に到達して周回軌道から取り出される。
【０００７】
バンプ電磁石１０５は磁場強度１１２のように励磁するパルス電磁石で、出射時に荷電粒子ビームの周回軌道を静電電極１０４に近づけて出射中の荷電粒子ビームが円形加速器の他の部分に衝突することを防ぐために使用する。
【０００８】
荷電粒子ビームの出射は上記安定領域が零になった時点で終了するが、その途中で出射を停止する場合には、四極電磁石１０３の磁場の変化方向を素早く反転させることや、四極電磁石１０３と逆極性の磁場を高速に発生させる四極電磁石を用いるなどの方法が用いられる。
【０００９】
静電電極１０４に到達した荷電粒子の軌道の傾きは、図１０に示すように、出射中に変化するため、出射された荷電粒子ビームのエミッタンス（位相空間における面積）が図に斜線で示した領域のように大きくなるので、静電電極１０４を電界強度１１１のように変化させて軌道の傾きを補正することによりエミッタンスを小さくすることが行われている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の荷電粒子ビームの出射装置は以上のように構成されているので、出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを小さくするためには出射中に静電電極１０４の強度を変化させなければならず、それらの電源にはパターン制御の機能が必要であるという問題点があった。
【００１１】
また、出射を途中で停止させるためには四極電磁石１０３の励磁電流の変化方向を素早く反転させる機能を電源に付加することや、高速に動作する四極電磁石を別途設置することが必要であった。
【００１２】
また、出射効率を低下させないためにはバンプ電磁石１０５を用いなければならず、製作コストの増加や設置スペース確保のために加速器の小型化が難しいなどの問題点があった。
【００１３】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、小型化が図れ、安価に製造することができるとともに、出射の調整が容易で、良質な荷電粒子ビームを出射することができる荷電粒子ビームの出射装置及び円形加速器並びに円形加速器システムを得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた荷電粒子ビームの出射装置である。
【００１５】
また、少なくとも上記出射手段の入口部分に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出射手段との距離を変化させる。
【００１６】
また、上記偏向電磁石の磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子ビームの出射を停止する。
【００１７】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記偏向電磁石の磁場が一定の状態で上記高周波加速空胴の周波数を変化させて荷電粒子ビームの運動量を変化させることにより運動量偏位を制御する。
【００１８】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波数が一定または上記高周波加速空胴に加速電界を発生させない状態で偏向電磁石の磁場を変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御する。
【００１９】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波数及び上記偏向電磁石の磁場を同時または順次に変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御する。
【００２０】
また、上記荷電粒子ビームの運動量偏位と上記ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段から出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調整する。
【００２１】
また、この発明は、荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた円形加速器である。
【００２２】
また、この発明は、荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた円形加速器と、上記荷電粒子ビームを輸送する輸送ダクトと、上記輸送ダクトから分岐する複数の分岐輸送ダクトと、上記輸送ダクトから上記各々の分岐輸送ダクトに上記荷電粒子ビームの輸送の切換を行う切換手段と、上記分岐輸送ダクトにより輸送された上記荷電粒子ビームを照射する照射室とを備えた円形加速器システムである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビームの出射装置を有する円形加速器を図に基づいて説明する。図１において、１は荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石、２はベータトロン振動のセパラトリクスを形成する（すなわち、ベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する）出射用六極電磁石である。３はベータトロン振動数及びセパラトリクスの面積を調整するために用いる四極電磁石である。本実施の形態においては、偏向電磁石１が、偏向電磁石１の基準磁場から一意的に決まる運動量に対して荷電粒子ビームの中心運動量を変位させてベータトロン振動の安定領域を狭めることにより荷電粒子ビームをベータトロン振動の共鳴領域に移動させるための運動量変位制御手段を構成している。４は荷電粒子ビームを周回軌道から取り出す出射チャネル（図示せず）の入口となる出射用静電電極、６は荷電粒子ビームを加速する高周波加速空胴、７はクロマティシティを調整するために用いる六極電磁石である。
【００２４】
図２は荷電粒子ビームの出射に用いる機器の動作パターンであり、８は偏向電磁石１の磁場強度、９は出射用六極電磁石２の磁場強度、１０は四極電磁石３の磁場強度、１５は高周波加速空胴６の加速電圧、１６は六極電磁石７の磁場強度である。なお、図２に示すＢ０，Ｂ１，Ｂ２は磁場強度の変化を示す点であるが、偏向電磁石１の磁場強度８は、Ｂ０からＢ１に変化し、さらにＢ２の方向に変化する。
【００２５】
図３は静電電極４の場所における位相空間であり、１４は静電電極４の電極ギャップ、１７ａは偏向電磁石１の磁場がＢ０の時のセパラトリクス、１７ｂは偏向磁場がＢ１の時のセパラトリクス、１８は共鳴状態に准った荷電粒子が静電電極４に接近する経路、１９ａは偏向磁場がＢ０（基準磁場強度）の時の荷電粒子ビームの中心、１９ｂは偏向磁場がＢ１の時の荷電粒子ビームの中心、１９ｃは偏向磁場がＢ２の時の荷電粒子ビームの中心である。
【００２６】
次に動作について説明する。荷電粒子ビームの加速完了後に、高周波加速空胴６の加速電圧を零にして、出射用六極電磁石２と四極電磁石３の磁場強度を調整して荷電粒子ビームがベータトロン振動の安定領域内に留まる大きさのセパラトリクス１７ａを形成する。なお、出射時に加速電圧を零にするのは、出射された荷電粒子ビームに加速周波数の時間構造を発生させないためである。
【００２７】
その後、偏向電磁石１の磁場をＢ０からＢ１に変化させ、荷電粒子ビームのエミッタンスに等しい面積のセパラトリクス１７ｂを形成する。この時、荷電粒子ビームの中心は位置１９ａから位置１９ｂに移動するので、荷電粒子ビームを静電電極４に接近させるためにバンプ電磁石５を用いる必要はない。本実施の形態においては、少なくとも出射チャネル入口部分に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出射手段との距離を変化させる。
【００２８】
偏向電磁石１の磁場を更にＢ２の方向に変化させていくと、セパラトリクスはその面積を減少させながら位置１９ｃの方向に移動する。セパラトリクスの面積より大きなエミッタンスの荷電粒子はベータトロン振動の共鳴を起こして経路１８に沿って電極ギャップ１４に移動して出射されるので、偏向電磁石１の磁場を変化させるだけで荷電粒子ビームを出射することができる。このように、本実施の形態においては、高周波加速空胴６の周波数が一定または高周波加速空胴６に加速電界を発生させない状態で偏向電磁石１の磁場を変化させることにより磁場に対する荷電粒子ビームの運動量偏位を制御することができる。
【００２９】
出射は偏向電磁石１の磁場がＢ２になりセパラトリクスの面積が零になった時点で終了するが、その磁場変化を図２の点線で示すように反転させれば、上記と逆の過程が起こるので、四極電磁石３の磁場強度を変化させることなく出射を途中で停止することができる。すなわち、本実施の形態においては、偏向電磁石の磁場に対する荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子ビームの出射を停止する。
【００３０】
また、六極電磁石７を用いてクロマティシティを適切に設定して出射中の経路１８を図３に示すように一致させることにより、出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを小さくすることが出来るので、静電電極４の電界強度を変化させる必要はない。
【００３１】
以上のように、本実施の形態においては、荷電粒子ビームの加速に用いる偏向電磁石１を利用して、偏向電磁石の磁場から一意的に決まる運動量に対して荷電粒子ビームの中心運動量を変化させることにより、運動量分散関数を利用してバンプ電磁石５を用いることなく荷電粒子ビームの周回軌道を出射チャネルに近づけ、同時に、クロマティシティを利用して四極電磁石３の磁場を変化させることなくベータトロン振動の安定領域を狭め、荷電粒子ビームを円形加速器から出射するものである。これにより、バンプ電磁石５が不要となり、また、四極電磁石３の磁場を変化させるための機能を付加する必要もないので、製作コストを削減することができるとともに装置の小型化が図れる。
また、荷電粒子ビームの出射の速やかな停止は、偏向磁場に対する荷電粒子ビームの運動量の変化方向を反転させて、周回軌道を出射チャネルから遠ざけるのと同時にベータトロン振動の安定領域を広げることにより行うので、、四極電磁石３の励磁電流の変化方向を素早く反転させる機能を電源に付加することや、高速に動作する四極電磁石を別途設置する必要もないため、その分のコストの削減が図れる。
また、出射される荷電粒子ビームのエミッタンス調整は、六極電磁石７を用いてクロマティシティの値を調整して静電電極４へ到達する荷電粒子の軌道の傾きを揃えることにより行うので、出射の調整が容易で、良質な荷電粒子ビームを出射できるとともに、静電電極４の強度を変化させるためのパターン制御の機能を電源に付加する必要がないので、製作コストの削減、装置の小型化が図れる。
【００３２】
実施の形態２．
図４は荷電粒子ビームの出射に用いる機器の動作パターンであり、８は偏向電磁石１の磁場強度、９は出射用六極電磁石２の磁場強度、１０は四極電磁石３の磁場強度、１５は高周波加速空胴６の加速電圧、１６は六極電磁石７の磁場強度である。本実施の形態における装置の構成は基本的に図１に示したものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３３】
上記実施の形態１では、荷電粒子ビームの出射時に高周波加速空胴６の加速電圧を零にする場合について述べたが、本実施の形態においては、図４に示すように加速電圧１５を継続して発生させておくようにする。これにより、出射を途中で停止した場合に円形加速器内に残った荷電粒子ビームを減速して破棄することが速やかに行え、装置の放射化を低減することができる。
【００３４】
なお、補足ながら、上記実施の形態１の場合に、残留荷電粒子ビームを減速するためには、減速に先立って残留荷電粒子ビームを高周波捕獲する必要がある。
【００３５】
実施の形態３．
図５は荷電粒子ビームの出射に用いる機器の動作パターンであり、８は偏向電磁石１の磁場強度、９は出射用六極電磁石２の磁場強度、１０は四極電磁石３の磁場強度、２０は高周波加速空胴６の加速周波数、１６は六極電磁石７の磁場強度である。本実施の形態における装置の構成は基本的に図１に示したものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３６】
上記実施の形態２では、偏向電磁石１の基準磁場に対して荷電粒子ビームの運動量を偏位させるために偏向電磁石１の磁場を変化させたが、本実施の形態においては、図５に示すように、偏向磁場８が一定の状態で高周波加速空胴６の加速周波数２０を変化させて荷電粒子ビームの運動量を変化させるようにする。加速周波数の変更及びそれに対する荷電粒子ビームの応答は偏向電磁石１の磁場の応答速度に比べて早いので、この手段を用いれば、図５の期間Ｔｌ及び期間Ｔ２を短縮することができ、荷電粒子ビームの出射の開始と停止を上記実施の形態２に比べてさらに迅速に行うことが可能になる。また、荷電粒子ビームの出射を四極電磁石を用いて停止させる従来の方法のような電磁石電源への機能付加や電磁石の追加が不要なので、加速器の低コスト化や小型化が可能になる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は荷電粒子ビームの出射に用いる機器の動作パターンであり、８は偏向電磁石１の磁場強度、９は出射用六極電磁石２の磁場強度、１０は四極電磁石３の磁場強度、２０は高周波加速空胴６の加速周波数、１６は六極電磁石７の磁場強度である。本実施の形態における装置の構成は基本的に図１に示したものと同様であるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
上記実施の形態２では、偏向電磁石１の磁場を変化させることにより、また、上記実施の形態３では、高周波加速空胴を用いて荷電粒子ビームの運動量を変化させることにより、セパラトリクスの面積の減少と荷電粒子ビームの中心の移動を行ったが、本実施の形態においては、図６に示すように、セパラトリクスの面積が荷電粒子ビームのエミッタンスに等しくなるまでの出射準備を偏向磁場８の変化により行い、出射の開始と停止を高周波加速空胴の加速周波数２０の変化により行うようにする。すなわち、本実施の形態においては、高周波加速空胴６の周波数及び偏向電磁石１の磁場を同時または順次に変化させることにより偏向磁場に対する荷電粒子ビームの運動量偏位を制御する。運動量分散関数が小さい場合、上記実施の形態３では加速周波数の変化幅が大きくなるが、本実施の形態によれば、そのような円形加速器でも加速周波数２０の変化幅を小さくすることができると共に、荷電粒子ビームの出射の開始と停止を上記実施の形態３と同様に迅速に行うことができる。
【００３９】
実施の形態５．
図７は静電電極４の場所における位相空間であり、１４は静電電極４の電極ギャップ、１７ａは出射開始時（実施の形態１では偏向磁場がＢｌの時）のセパラトリクス、１７ｂは出射途中（実施の形態１では偏向磁場がＢ２の時）のセパラトリクス、１８は共鳴状態になった荷電粒子が静電電極４に接近する経路、２１は出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを表す四角形、１９ａは出射開始時の荷電粒子ビームの中心、１９ｂは出射途中の荷電粒子ビームの中心である。
【００４０】
上記実施の形態１〜形態４では、共鳴状態になった荷電粒子が静電電極４に接近する経路を荷電粒子ビームの運動量偏位によらず一致させたが、本実施の形態においては、図１に示した六極電磁石７を用いてクロマティシティの値を調整することにより接近経路１８を荷電粒子ビームの運動量偏位ごとに異なるようにして、出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを四角形２１のように増加させるようにする。すなわち、荷電粒子ビームの運動量偏位とベータトロン振動数の関係を調整して円形加速器から出射される荷電粒子ビームのエミッタンスを調整する。この方法を用いれば、出射された荷電粒子ビームの水平方向と垂直方向のエミッタンスの比を自由に調整できるので、荷電粒子ビームを用いた放射線医療システムにおけるビームスキャニング照射等に好適な両方向のエミッタンスが等しい荷電粒子ビームを出射することができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は、荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた荷電粒子ビームの出射装置であるので、バンプ電磁石が不要となり、少なくともその分だけ、小型化が図れ、安価に製造することができるとともに、安定領域を狭めることにより出射の調整を行うので、出射の調整が容易で、良質な荷電粒子ビームを出射することができる。
【００４２】
また、少なくとも上記出射手段の入口部分に運動量分散関数を発生させることにより、荷電粒子ビームの出射時に偏向磁場に対する荷電粒子ビームの中心運動量の偏位に同期して荷電粒子ビームの周回軌道と上記出射手段との距離を変化させるようにしたので、バンプ電磁石を用いる必要がないので、不要とすることができる。
【００４３】
また、上記偏向電磁石の磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位の変化方向を反転させてベータトロン振動の安定領域を広げることにより荷電粒子ビームの出射を停止するようにしたので、四極電磁石の磁場強度を変化させる必要がないので、磁場強度を変更させるための手段を不要とすることができる。
【００４４】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記偏向電磁石の磁場が一定の状態で上記高周波加速空胴の周波数を変化させて荷電粒子ビームの運動量を変化させることにより運動量偏位を制御するようにしたので、荷電粒子ビームの出射の開始と停止を迅速に行うことができる。
【００４５】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波数が一定または上記高周波加速空胴に加速電界を発生させない状態で偏向電磁石の磁場を変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御するようにしたので、高周波加速空胴の周波数を変化させる必要もなく、高周波加速空胴に加速電界を発生させる必要もなく、荷電粒子ビームの運動量偏位を制御することができ、容易に制御することができる。
【００４６】
また、上記荷電粒子ビームを加速させる高周波加速空洞をさらに備え、上記高周波加速空胴の周波数及び上記偏向電磁石の磁場を同時または順次に変化させることにより上記磁場に対する上記荷電粒子ビームの運動量偏位を制御するようにしたので、容易に制御を行うことができる。
【００４７】
また、上記荷電粒子ビームの運動量偏位と上記ベータトロン振動数の関係を調整して上記出射手段から出射される上記荷電粒子ビームのエミッタンスを調整するようにしたので、静電電極の電界強度を変化させる必要はない。
【００４８】
また、この発明は、荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えたので、出射の調整が容易な円形加速器を得ることができる。
【００４９】
また、この発明は、荷電粒子ビームが周回する周回軌道を内包するダクトと、上記荷電粒子ビームを周回軌道に沿って周回させる偏向電磁石と、上記荷電粒子ビームのベータトロン振動を安定領域と共鳴領域に分割する領域分割手段と、上記荷電粒子ビームを上記周回軌道から取り出す出射手段と、上記荷電粒子ビームの中心運動量を変位させて、上記ベータトロン振動の上記安定領域を狭めることにより、上記荷電粒子ビームを上記ベータトロン振動の上記共鳴領域に移動させる運動量変位制御手段とを備えた円形加速器と、上記荷電粒子ビームを輸送する輸送ダクトと、上記輸送ダクトから分岐する複数の分岐輸送ダクトと、上記輸送ダクトから上記各々の分岐輸送ダクトに上記荷電粒子ビームの輸送の切換を行う切換手段と、上記分岐輸送ダクトにより輸送された上記荷電粒子ビームを照射する照射室とを備えたので、出射の調整が容易な円形加速器システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の荷電粒子ビームの出射装置を有する円形加速器の構成を示した構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における出射装置の動作パターンを示す説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態１における１／３整数共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
【図４】  この発明の実施の形態２における出射装置の動作パターンを示す説明図である。
【図５】  この発明の実施の形態３における出射装置の動作パターンを示す説明図である。
【図６】  この発明の実施の形態４における出射機器の動作パターンを示す説明図である。
【図７】  この発明の実施の形態５における１／３整数共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
【図８】  従来の荷電粒子ビーム出射装置（円形加速器）の構成を示す構成図である。
【図９】  従来の荷電粒子ビーム出射装置の動作パターンを示す説明図である。
【図１０】  従来の荷電粒子ビーム出射装置の１／３整数共鳴のセパラトリクスを示す説明図である。
【符号の説明】
１，１０１  偏向電磁石、２、１０２  出射用六極電磁石、３，１０３  四極電磁石、４、１０４  出射用静電電極、５、１０５  出射用バンプ電磁石、６、１０６  高周波加速空胴、７，１０７  六極電磁石、８，１０８  偏向電磁石の励磁パターン、９，１０９  出射用六極電磁石の励磁パターン、１０，１１０  四極電磁石の励磁パターン、１１，１１１  出射用静電電極の電界印加パターン、１２，１１２  出射用バンプ電磁石の励磁パターン、１４，１１４  出射用静電電極のギャップ、１５  高周波加速空胴の加速電圧パターン、１６  六極電磁石の励磁パターン、１７  セパラトリクス、１８  出射される荷電粒子の移動経路、１９  荷電粒子ビームの中心、２０  高周波加速空胴の周波数パターン、２１  出射された荷電粒子ビームのエミッタンス、１１３ａ，１１３ｂ  従来のセパラトリクス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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