[发明专利]漂移管直线加速器

说明书

技术领域

本发明涉及对真空圆柱形谐振腔提供高频功率、以由圆柱形谐振腔内的棒（杆状部）所支撑的电极（漂移管）彼此之间产生的电场对带电粒子进行加速的漂移管直线加速器。

背景技术

漂移管直线加速器通过在圆柱形谐振腔内沿射束前进方向配置1对以上中空圆柱形状的漂移管电极来构成。对圆柱形谐振腔内提供高频功率，以漂移管电极之间产生的高频电场对带电粒子（例如，质子或碳离子等）沿射束前进方向进行加速。将漂移管电极的配置设计成当高频电场的朝向与射束前进方向相反时，带电粒子存在于漂移管电极之内。

在圆柱形谐振腔内产生的电磁场模式有TM模式（在圆柱形谐振腔的长边方向产生电场）和TE模式（在圆柱形谐振腔的长边方向产生磁场）这两种。使用TM模式的漂移管直线加速器有阿尔瓦雷茨（Alvarez）型漂移管直线加速器。在该阿尔瓦雷茨型漂移管直线加速器中，由于圆柱形谐振腔内的电磁场模式被直接用于在漂移管电极之间产生的加速电场或聚焦电场，因此，漂移管电极以从圆柱形谐振腔垂下的方式被杆状部支撑。另一方面，使用TE模式的漂移管直线加速器有IH（Interdigital-H：交叉指－H）型漂移管直线加速器等。在IH型漂移管直线加速器中，由于圆柱形谐振腔内的电磁场模式无法被直接用于加速电场或聚焦电场，因此支撑漂移管电极的杆状部在圆柱形谐振腔的上下（或左后）交叉配置，由感应电流在漂移管电极之间间接地产生加速电场或聚焦电场。

若对这些谐振腔的内部引入规定频率的高频功率，则会引起谐振，在漂移管电极之间产生电场。由该在漂移管电极之间产生的电场使粒子每越过漂移管电极之间时不断被加速。

粒子束是带电粒子的集合体，因此在粒子相互之间斥力会发生作用（这被成为空间电荷效应）。因此随着粒子束沿前进方向前进其在径向和前进方向都发生扩散，特别是由于径向的发散会与真空管的管壁碰撞造成粒子束的损失。因此，需要对径向射束发散进行抑制的射束径向聚焦设备。以往通过聚焦装备和漂移管电极一体化的聚焦设备内置型漂移管电极来对射束发散进行抑制（专利文献1），但是近年来提出了APF（Alternating-Phase Focusing：交变相聚焦）法，通过将在漂移管电极之间产生的弯曲的电场分布和带电粒子通过漂移管电极之间的时刻相关联地进行设计来得到射束的聚焦力（专利文献2）。

将APF法应用于IH型直线加速器的APF-IH型直线加速器由于无需使用聚焦设备内置型漂移管电极，因此价格便宜且结构简单，例如用于医疗装置等要求可靠的领域。

使用碳离子等重粒子线（不含质子）的医疗用同步加速器设施中，在入射器的后级加速器利用APF-IH型直线加速器。在前级加速器对在离子源产生的碳离子进行预加速之后，以三个连续的四极磁铁进行聚焦以满足APF-IH型直线加速器的入射条件（接受条件）之后，将入射的400eμA（＝100μA）四价碳射束加速到4Mev/u。与以往的使用聚焦设备内置型漂移管电极的漂移管直线加速器（阿尔瓦雷茨型直线加速器）相比，由该APF-IH型直线加速器实现了全长缩短为1/6左右的小型化（非专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-32975号公报

专利文献2：日本专利特开2006-351233号公报

非专利文献

非专利文献1：Nuclear Instruments and Methods in Physics Research（物理学研究中的核仪器与方法）A572(2007),1007-1021

发明内容

发明所要解决的问题

粒子束是带电粒子的集合体，因此在粒子相互之间由于各个电荷斥力会发生作用。特别是对于带电离子是质子这样的重量轻的大电流粒子束，而且是低能量粒子的情况下，该空间电荷效应会使对于射束前进方向的径向的发散力变得相对较大，从而产生问题。特别是虽然实际上能以APF-IH型直线加速器将小电流（100μA）碳射束加速到4Mev/u，但是由于APF的聚焦力较小，无法将10mA以上的大电流的质子加速到使用质子线的医疗用同步加速器设施用入射器所需的7MeV。例如，对质子束进行聚焦所需要的聚焦力是四价碳射束的3倍，而且电流量也从100μA上升到100倍以上的10mA以上，也就是说与碳射束相比需要300倍以上的聚焦力，因此APF-IH型直线加速器无法适用于大电流质子加速。

本发明为了解决上述的以往的加速器的问题而完成，目的在于提供一种能对大电流的粒子束进行加速的漂移管直线加速器。