專利名稱：加速器及回旋加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具備將射束導(dǎo)入至加速軌道的偏轉(zhuǎn)器的加速器及回旋加速器。
背景技術(shù)：
以往，作為這種領(lǐng)域的技術(shù)，已知有下述專利文獻(xiàn)1中記載的回旋加速器。在這種回旋加速器中，通過磁極和Dee電極在加速空間中的作用，在旋渦形的加速軌道加速并輸出射束。專利文獻(xiàn)1的回旋加速器中，從與加速軌道正交的入射方向入射射束。而且，通過用偏轉(zhuǎn)器將來自射束源的射束折彎90°，能夠?qū)⑸涫d入加速空間的上述加速軌道。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-224657號(hào)公報(bào)在這種加速器中，導(dǎo)入至加速軌道的射束擴(kuò)散，從而射束的一部分與劃分加速空間的內(nèi)壁碰撞并消失。由于這種射束的損失，最終從加速器輸出的射束的比例下降。因此， 在這種加速器中為了提高最終得到的射束的比例，期望為了減少與加速空間的內(nèi)壁碰撞的射束而抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散的加速器及回旋加速器。本發(fā)明的加速器的特征在于，具備使從離子源入射的射束通過并使之導(dǎo)入至加速軌道的偏轉(zhuǎn)器，偏轉(zhuǎn)器具有使通過的射束收斂的射束收斂機(jī)構(gòu)。在該加速器中，由于偏轉(zhuǎn)器具有射束收斂機(jī)構(gòu)，因此從離子源入射的射束被偏轉(zhuǎn)器的射束收斂機(jī)構(gòu)收斂而導(dǎo)入至加速軌道，所以能夠抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散。具體而言，射束收斂機(jī)構(gòu)也可以在射束通過的射束通過區(qū)域產(chǎn)生4極形變(歪四極)成分的電場。此時(shí)，通過偏轉(zhuǎn)器的射束能夠被基于射束收斂機(jī)構(gòu)的4極形變成分的電場收斂，并且抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散。并且，偏轉(zhuǎn)器具有空出形成射束通過區(qū)域的縫隙對置設(shè)置的正電極及負(fù)電極，正電極及負(fù)電極也可形成為縫隙的寬度在與射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)不均一。此時(shí)，偏轉(zhuǎn)器的射束通過區(qū)域中產(chǎn)生基于正電極及負(fù)電極的電場。并且，在與射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)，由于正電極及負(fù)電極的縫隙不均一，所以射束受與該截面的通過位置相應(yīng)的電場的影響，并按照通過位置彎曲。因此，可收斂通過射束通過區(qū)域的射束。并且，具體而言，也可以設(shè)為如下加速軌道呈旋渦形，縫隙的寬度在與射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)越是與旋渦形的加速軌道的外側(cè)對應(yīng)的位置，越變寬。而且，也可以設(shè)為如下加速軌道呈旋渦形，射束收斂機(jī)構(gòu)在射束所通過的射束通過區(qū)域產(chǎn)生電場，該電場的強(qiáng)度在與射束之前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)越是與旋渦形的加速軌道的外側(cè)對應(yīng)的位置，越變?nèi)?。并且，本發(fā)明的回旋加速器在旋渦形的加速軌道上加速射束，其特征在于，具備 磁極，產(chǎn)生與加速軌道正交的方向的磁場；Dee電極，在加速軌道上產(chǎn)生用于加速射束的電位差；及偏轉(zhuǎn)器，使以與加速軌道正交的入射方向入射的射束通過且使其彎曲，并導(dǎo)入至加速軌道，其中，偏轉(zhuǎn)器具有收斂所通過的射束的射束收斂機(jī)構(gòu)。該回旋加速器中，由于偏轉(zhuǎn)器具有射束收斂機(jī)構(gòu)，因此從離子源入射的射束被偏轉(zhuǎn)器的射束收斂機(jī)構(gòu)收斂而導(dǎo)入至加速軌道，所以能夠抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的加速器及回旋加速器能夠抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束的擴(kuò)散。


圖1是表示本發(fā)明的加速器(回旋加速器)的一實(shí)施方式的立體圖。圖2是表示圖1的回旋加速器的螺旋偏轉(zhuǎn)器的立體圖。圖3(a)、(b)、(C)是簡略地表示正電極或負(fù)電極的截面形狀的圖。圖4是表示與圖2的螺旋偏轉(zhuǎn)器類似的類似偏轉(zhuǎn)器的立體圖。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明人們進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。圖6是表示根據(jù)本發(fā)明人們進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖表。圖7是在偏轉(zhuǎn)器的其它方式中表示與通過軌道正交的截面的簡要剖視圖。圖8是在偏轉(zhuǎn)器的另一方式中，從上面觀察射束出口附近的俯視圖。圖中1-回旋加速器(加速器)，7_磁極，9-Dee電極，11-離子源，21-螺旋偏轉(zhuǎn)器，23-正電極(射束收斂機(jī)構(gòu))，25-射束通過區(qū)域，27-負(fù)電極(射束收斂機(jī)構(gòu))，B-射束，T-加速軌道。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明所涉及的加速器及回旋加速器的最佳實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1所述的回旋加速器1為對從離子源11入射的離子粒子的射束B進(jìn)行加速而輸出的加速器?；匦铀倨?具備有用于使射束B通過并進(jìn)行加速的俯視圓形的加速空間 5。在此，使回旋加速器1以加速空間5水平地延伸的方式設(shè)置。在以下的說明中使用包含 “上”、“下”的概念的語言時(shí)，設(shè)為與圖1所示的狀態(tài)的回旋加速器1的上下對應(yīng)。并且，如圖1所示，必要時(shí)有時(shí)設(shè)定將ζ軸設(shè)為鉛直軸、xy平面設(shè)為水平面的xyz坐標(biāo)系，將x、y、z 適當(dāng)?shù)厥褂糜谡f明中。回旋加速器1具備有設(shè)置于加速空間5的下方及上方的磁極7。另外，省略加速空間5的上方的磁極7的圖示。磁極7在加速空間5產(chǎn)生鉛直方向的磁場。并且，回旋加速器1具備有俯視扇形的多個(gè)Dee電極9。Dee電極9具有向圓周方向貫穿的空腔，該空腔形成上述加速空間5的一部分。通過向多個(gè)Dee電極9賦予交流電流，使Dee電極9在加速空間5產(chǎn)生周向的電位差，并通過該電位差加速射束B。導(dǎo)入至加速空間5的大致中央的射束B通過基于磁極7的磁場與基于Dee電極9的電場的作用，在加速空間5內(nèi)描繪水平的旋渦形加速軌道T的同時(shí)被加速。被加速的射束B最終沿加速軌道T的切線方向輸出。由于公知回旋加速器1具有以上的結(jié)構(gòu)，所以省略更詳細(xì)的說明。離子束B由設(shè)置于回旋加速器1的下方的離子源11產(chǎn)生，經(jīng)過2個(gè)螺線管13在鉛直向上的入射方向上入射至回旋加速器1。另外，螺線管13發(fā)揮防止射束B發(fā)散的功能。 回旋加速器1中，為了將射束B導(dǎo)入至加速軌道T中，需使鉛直入射的射束B向水平方向彎曲。因此，回旋加速器1具備有設(shè)置于加速空間5的中央的螺旋偏轉(zhuǎn)器21。偏轉(zhuǎn)器21使來自下方的射束B彎曲，并在加速空間5的大致中央水平出射。被出射的射束B導(dǎo)入至前述加速軌道T而被加速。如圖2所示，偏轉(zhuǎn)器21由金屬塊(例如銅塊)構(gòu)成，具備有互相對置的正電極23 和負(fù)電極27。正電極23及負(fù)電極27分別連接于不同的恒壓電源(省略圖示)。正電極23 的表面形成有構(gòu)成扭曲的帶狀曲面的正電極面23a，負(fù)電極27的表面形成有構(gòu)成扭曲的帶狀曲面的負(fù)電極面27a。正電極面23a與負(fù)電極面27a空出預(yù)定的間隙而處于互相對置的位置。在由上述間隙構(gòu)成的旋渦形的空間形成有基于正電極23與負(fù)電極27的電位差的電場。另外，也可根據(jù)構(gòu)成離子束B的離子的極性(正負(fù))使電極23、27的極性相反。從偏轉(zhuǎn)器21的下端部的正電極面23a與負(fù)電極面27a的空隙入射鉛直向上的射束B。被入射的射束B由于受到基于正電極23與負(fù)電極27的電位差的電場的影響和基于磁極7的磁場的影響，因此一邊沿著上述縫隙彎曲成旋渦形一邊前進(jìn)。而且，射束B從偏轉(zhuǎn)器21的上部的正電極面23a與負(fù)電極面27a的空隙水平出射。從偏轉(zhuǎn)器21出射之后，射束B—邊描繪俯視為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的旋渦一邊載入上述加速軌道T中。另外，對偏轉(zhuǎn)器21內(nèi)的射束的理想的通過軌道附加“S”標(biāo)記而圖示。這樣，由上述間隙構(gòu)成的旋渦形的空間成為射束所通過的射束通過區(qū)域25。接著，對正電極23與負(fù)電極27的上述縫隙的寬度進(jìn)行說明。圖3為與通過軌道S正交的截面中的、射束通過區(qū)域25附近的簡要剖視圖，(a)表示偏轉(zhuǎn)器21的下端面的位置，(b)表示偏轉(zhuǎn)器21內(nèi)的任意位置，(c)表示比(b)更靠近通過軌道S的前方(下游側(cè))的任意位置的截面。(a)、(b)、(c)均為從通過軌道S中的射束 B由紙面里側(cè)向外側(cè)前進(jìn)的方向觀察的截面圖。如圖3(a)所示，在偏轉(zhuǎn)器21的下端面，正電極面23a與負(fù)電極面27a平行，上述間隙的寬度g相同。如圖3(b)、(c)所示，取任意截面時(shí)，正電極23與負(fù)電極27的間隙的寬度g在截面內(nèi)不均一，越向圖3(b)、(c)的左邊行進(jìn)越變寬。另外，圖3中的左側(cè)與旋渦形狀的加速軌道T的外側(cè)對應(yīng)，且圖3中的右側(cè)與旋渦形狀的加速軌道T的內(nèi)側(cè)對應(yīng)。換言之，以在取與通過軌道S正交的任意截面時(shí)，正電極面23a的輪廓與負(fù)電極面 27a的輪廓呈八字形的方式形成正電極23和負(fù)電極27。并且，圖3(c)表示位于比圖3(b) 更靠近通過軌道S的前方(下游側(cè))的截面。在圖3(b)與(c)的比較中理解到，以越向通過軌道S的前方行進(jìn)間隙的寬度g的左右差越變大的三維形狀形成正電極23和負(fù)電極27。根據(jù)如以上的間隙的寬度g的設(shè)定，在射束通過區(qū)域25內(nèi)形成如下電場分布越是對應(yīng)于加速軌道T的外側(cè)(圖3中為左側(cè))的位置，基于電極23、27的電場就越弱，越是對應(yīng)于加速軌道T的內(nèi)側(cè)的位置，基于電極23、27的電場就越強(qiáng)。即，在射束通過區(qū)域25 中產(chǎn)生如下所謂4極形變成分的電場射束B的通過位置越向圖3的左側(cè)偏移，射束B通過電場受到的沿圖3的向下(或向上)方向的力變得越小。產(chǎn)生這種4極形變成分的電場的電極23、27的結(jié)構(gòu)具有作為使通過偏轉(zhuǎn)器21的射束B尤其向鉛直方向收斂的射束收斂機(jī)構(gòu)的功能。因此，射束B通過4極形變成分的電場所存在的射束通過區(qū)域25，從而導(dǎo)入至加速軌道T的射束B尤其向鉛直方向(ζ方向)收斂，抑制射束B的鉛直方向的擴(kuò)散。并且， 通過抑制射束B向鉛直方向的擴(kuò)散，在加速空間5中與Dee電極9的內(nèi)壁碰撞的射束變少。 其結(jié)果，能夠提高最終從回旋加速器1輸出的射束B的比例(有時(shí)稱為回旋加速器的透射率等)。 作為用于實(shí)現(xiàn)如上所述的間隙的寬度g的具體例子，若以具體算式表示間隙的寬度g，則成為下式(1)。
權(quán)利要求
1.一種加速器，其特征在于，具備使從離子源入射的射束通過并使之導(dǎo)入至加速軌道的偏轉(zhuǎn)器， 所述偏轉(zhuǎn)器具有使通過的所述射束收斂的射束收斂機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的加速器，其特征在于，所述射束收斂機(jī)構(gòu)在所述射束通過的射束通過區(qū)域產(chǎn)生4極形變成分的電場。
3.如權(quán)利要求2所述的加速器，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)器具有空出形成所述射束通過區(qū)域的縫隙而對置設(shè)置的正電極及負(fù)電極， 所述正電極及所述負(fù)電極形成為所述縫隙的寬度在與所述射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)不均一。
4.如權(quán)利要求3所述的加速器，其特征在于， 所述加速軌道呈旋渦形，所述縫隙的寬度在與所述射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)，越是與所述旋渦形的所述加速軌道的外側(cè)對應(yīng)的位置，越變寬。
5.如權(quán)利要求1所述的加速器，其特征在于， 所述加速軌道呈旋渦形，所述射束收斂機(jī)構(gòu)在所述射束通過的射束通過區(qū)域產(chǎn)生電場， 該電場的強(qiáng)度在與所述射束的前進(jìn)方向正交的截面內(nèi)，越是與所述旋渦形的所述加速軌道的外側(cè)對應(yīng)的位置，越變?nèi)酢?br> 6.一種回旋加速器，在旋渦形的加速軌道加速射束，其特征在于，具備 磁極，產(chǎn)生與所述加速軌道正交的方向的磁場；Dee電極，在所述加速軌道上產(chǎn)生用于加速所述射束的電位差；以及偏轉(zhuǎn)器，使以與所述加速軌道正交的入射方向入射的射束通過且使其彎曲，并導(dǎo)入至所述加速軌道，其中，所述偏轉(zhuǎn)器具有使通過的所述射束收斂的射束收斂機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制導(dǎo)入至加速軌道的射束擴(kuò)散的加速器及回旋加速器。本發(fā)明的回旋加速器具備使從離子源入射的射束通過并使之導(dǎo)入至加速軌道(T)的螺旋偏轉(zhuǎn)器(21)，螺旋偏轉(zhuǎn)器(21)具有在與射束的通過軌道(S)正交的截面中將縫隙設(shè)為不均一的正電極(23)及負(fù)電極(27)，作為收斂所通過的射束(B)的射束收斂機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)H05H13/00GK102264187SQ201110059468
公開日2011年11月30日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者筒井裕士 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社