[发明专利]圆形加速器以及圆形加速器的运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及使带电粒子沿着大致圆形的螺旋轨道旋绕的同时加速至高能量并将加速后的带电粒子射出到外部的圆形加速器。

背景技术

作为沿着螺旋轨道旋绕的同时使带电粒子加速至高能量的装置，有同步回旋加速器和回旋加速器。在这些同步回旋加速器、回旋加速器中，为了使带电粒子稳定地加速，需要“与通过加速电极的定时匹配地，在波束行进方向上施加规定的高频加速电场”、“在波束行进方向上提供规定的聚束力、在波束垂直方向上提供规定的聚束力”。

同步回旋加速器例如如专利文献1记载的那样，由离子源产生的带电粒子通过偏转电磁铁形成旋绕轨道，同时每当通过加速电极时被逐渐加速。伴随着能量增加，旋绕轨道的半径逐渐变大，即成为螺旋轨道，如果加速后的带电粒子达到最高能量，则从射出通道被取出到加速器外部。在专利文献1记载的同步回旋加速器中，(1)对于加速电极部的共振频率，在加速中以1kHz左右的周期高速地进行调制，并通过高速地频率调制了的高频加速电场进行加速；(2)确保波束行进方向的聚束力；(3)由于是弱聚束磁场，所以能够确保波束垂直方向的聚束力。在专利文献1记载的装置中，共振频率的1kHz等级的高速调制的难度非常高。

回旋加速器例如如专利文献2记载的那样，由离子源产生的带电粒子通过由偏转电磁铁提供的偏转磁场形成旋绕轨道，同时每当通过加速电极时被逐渐加速。随着带电粒子被加速而能量增加，旋绕轨道的半径逐渐变大，即成为螺旋轨道，如果加速后的带电粒子达到最高能量，则从射出通道被取出到加速器外部。到此，与同步回旋加速器相同。

在回旋加速器中为了使带电粒子稳定地加速，需要(4)在加速电极中，与带电粒子的通过的定时匹配地，在波束行进方向上施加规定的高频加速电场；(5)在波束垂直方向上提供规定的聚束力，并且(6)在波束行进方向上没有聚束力。

在专利文献2记载的回旋加速器中，对于上述(4)，以使带电粒子的旋绕频率不随着加速发生变化的方式，制作偏转电磁铁的磁场分布，所以无需对高频加速电场的频率进行调制。将该磁场称为等时性磁场。关于(6)，在等时性磁场中在波束行进方向上没有聚束力，所以需要将电磁铁的磁场整形的精度提高至1×10^-6左右，并且增大加速电压而在几百转的程度下取出波束。另外，关于(5)，为了设为等时性磁场，需要设为在半径大的方向上变强的磁场，在垂直方向上产生大的发散力。为了克服该发散力而得到垂直方向的聚束力，偏转电磁铁的结构成为在带电粒子的旋绕方向上大的磁极空隙和小的磁极空隙交替反复的结构，并且使磁极形状成为螺旋状的磁极形状。

【专利文献1】日本特表2008-507826号公报

【专利文献2】日本特表平5-501632号公报

发明内容

以往的圆形加速器存在以下那样的问题。在专利文献1的同步回旋加速器、专利文献2的回旋加速器中，为了加速至在粒子射线治疗中使用那样的几百MeV等级，都难以通过1台加速器变更加速能量。另外，在专利文献1的同步回旋加速器中，在加速中需要高频加速电极部的共振频率的高速调制，以1kHz对施加大功率的部分进行高速驱动，所以难以确保可靠性。另一方面，在专利文献2的回旋加速器中，电磁铁的磁场的必要精度是ΔB/B＝1×10^-6左右，而需要通过在实际设置的场所反复进行磁场测定和磁极加工来实现上述精度这样的烦杂的作业。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种圆形加速器，能够通过1台加速器容易地变更加速能量，在加速中不需要使高频加速电极部的共振频率变化且可靠性高。

本发明提供一种圆形加速器，具备：偏转电磁铁，在带电粒子的旋绕方向上交替配置构成窄的磁极空隙的电磁铁凸部和构成宽的磁极空隙的电磁铁凹部，并通过励磁线圈进行励磁，从而形成偏转磁场；高频电源，用于与带电粒子的旋绕频率匹配地产生高频电场；高频电磁场结合部，与该高频电源连接；加速电极，与该高频电磁场结合部连接；以及加速电极相对接地板，设置成在与加速电极之间形成在带电粒子的旋绕方向上产生高频电场的加速空隙，偏转电磁铁生成如下偏转磁场：在电带粒子的入射至射出的期间，使带电粒子的旋绕频率相对带电粒子的射出部分的旋绕频率以0.7％以上24.7％以下的变化量变化。

根据本发明，得到能够通过1台加速器改变加速能量，而且在加速中不需要使高频加速电极部的共振频率变化的圆形加速器。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的圆形加速器的概略结构的剖面示意图。