[发明专利]圆形加速器

说明书

技术领域

本发明涉及入射低能量束并射出在平衡轨道上加速的高能量束的圆形加速器。

背景技术

以往，同步加速器等圆形加速器被提供给使带电粒子束旋转加速并用束输送系统输送从该平衡轨道取出的束、从而向期望的对象物照射的物理实验，或作为粒子线医用被提供给癌治疗、患部的诊断等中。

在这样的圆形加速器中，为了连续地射出所加速的带电粒子，使用束的电子回旋加速器(betatron)振动的共振。电子回旋加速器振动的共振是如下的现象。带电粒子一边沿着左右(水平方向)或上下(垂直方向)在圆形加速器的平衡轨道的周围振动一边旋转。将其称为电子回旋加速器振动。一般将电子回旋加速器振动的旋转轨道的每一周的振动数称为调谐(tune)(电子回旋加速器振动数)。调谐可以用设置于旋转轨道上的偏转电磁铁、四极电磁铁等控制。如果使调谐的小数部接近a/b(a、b为整数)，同时励磁设置于平衡轨道上的共振发生用多极磁铁(例如六极电磁铁)，则大量旋转的带电粒子中的具有某一定以上的电子回旋加速器振动振幅的带电粒子的电子回旋加速器振动的振幅急剧增加。将该现象称为电子回旋加速器振动的共振，将稳定区域与不稳定区域的边界部分称为稳定界限(分界线，Separatrix)。共振的稳定界限的电子回旋加速器振动振幅的大小依赖于从调谐的小数部偏离的偏差，偏差越小，其大小越小。对于分界线外侧的束，束变得不稳定而逐渐向圆形加速器的外部取出。这样在共振射出中需要调谐的微妙的调整，在射出参数的调整中需要很多时间。

作为进行这样的共振射出的方法，以往一般公知以下的四个方法。

“方法1”将分界线的大小从最初的大的状态逐渐变小，使旋转中的带电粒子中的电子回旋加速器振动振幅大的带电粒子首先发生共振，之后使振动振幅小的带电粒子依次发生共振而逐渐从射出器向照射室射出带电粒子束。

“方法2”通过将调谐保持为恒定而将稳定界限设为恒定，通过高频使束的电子回旋加速器振动的振幅增加而发生共振。

“方法3”通过将调谐保持为大致恒定而将稳定界限设为大致恒定，通过高频使束的电子回旋加速器振动的振幅增加而使束增大至稳定界限的边界，之后励磁四极电磁铁并使分界线减小若干而逐渐取出带电粒子束。

“方法4”通过将调谐保持为大致恒定而将稳定界限设为大致恒定，通过高频加速电场使束逐渐加速，逐渐取出成为分界线之外的束。

在上述的所有方法中，带电粒子并非仅在中心轨道旋转，而通过中心轨道外侧、中心轨道内侧等各个部分。在该情况下，在以往例子中通过在时间上控制六极电磁铁等而矫正调谐的变化。作为其具体例，公开出如下技术：为了防止起因于平衡轨道由于偏转电磁铁、四极电磁铁、功能结合型电磁铁等的励磁电流的变化等而偏移的电子回旋加速器振动数(调谐)的变化，而稳定地射出带电粒子束，除了共振射出用的六极电磁铁以外，还设置消除起因于偏转电磁铁和四极电磁铁等的励磁电流的调谐变化的六极电磁铁，向上述六极电磁铁供给对旋转束附加消除由于偏转电磁铁和四极电磁铁等的励磁电流而引起的调谐变化的发散力、收敛力那样的励磁电流(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开平11-074100号公报

发明内容

但是在上述专利文献1示出的旋转型加速器中，

(1)为了防止由于起因于偏转电磁铁、其它电磁铁等的励磁电流的变化的平衡轨道的变异而引起的调谐的变化，需要对六极电磁铁等进行复杂的控制，束调整需要较长的时间。

(2)在相同能量的射出中，在共振射出的情况下在减小分界线的过程中带电粒子束通过不同的束轨道上，所以为了防止起因于轨道的变化的调谐的变化，需要复杂的控制，需要很多的束调整时间。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种圆形加速器，静态地矫正调谐的变化，即使平衡轨道变位，调谐也大致线性地变化，可以通过简单的控制稳定地射出束，可以缩短束调整时间，其结果降低成本。

本发明的带电粒子束在平衡轨道上旋转的圆形加速器具备：偏转电磁铁，发生偏转磁场；六极电磁铁，发生矫正由于带电粒子束的能量的差异而引起的电子回旋加速器振动的差异的磁场；以及射出装置，从平衡轨道向圆形加速器的外部取出带电粒子束，

在偏转电磁铁的带电粒子束出入的磁极边缘部，附设有末端部件(endpack)，该末端部件在具有带电粒子束的中心能量的束的平衡轨道的径向外侧部分设置有第一突起部，在径向内侧部分设置有第二突起部，并且第一、第二突起部的形状被设定成在带电粒子束的加速能量的范围内，能量不同的束的电子回旋加速器振动数恒定或相对能量成为线性。