周波数調整用導体及び加速電極装置
【課題】粒子加速器の小型化を可能とする周波数調整用導体及びこれを備える加速電極装置を提供する。
【解決手段】粒子加速器の加速電極２２に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体４０であって、電気導体をらせん状に巻回してなる。この周波数調整用導体４０によれば、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができ、占有スペースが小さくて済むことで粒子加速器の小型化を図ることができる。
【解決手段】粒子加速器の加速電極２２に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体４０であって、電気導体をらせん状に巻回してなる。この周波数調整用導体４０によれば、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができ、占有スペースが小さくて済むことで粒子加速器の小型化を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体及びこれを備える加速電極装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロン等の粒子加速器に使用される高周波加速空洞（ＲＦキャビティ）は、イオン源から導入されたイオンを加速するために、通常、対向した一対の加速電極（通称、「ディ」）を備えている。このディには、印加する高周波電圧の周波数に応じた長さの内導体（ステム）が連結され、この内導体の周囲に外導体が設けられる。このように、ＲＦキャビティは、印加する高周波電圧の周波数に応じて内導体と外導体の長さを調整し、周波数の調整を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３８６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、高周波電圧の周波数が高い場合（１００ＭＨｚ以上）には、内導体の長さは短くてもよい。しかしながら、印加する高周波電圧の周波数を低くしなければならないときには、必然的に内導体の長さが長くなってしまい、粒子加速器の大型化を招いてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、粒子加速器の小型化を可能とする周波数調整用導体及びこれを備える加速電極装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る周波数調整用導体は、粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体であって、電気導体をらせん状に巻回してなることを特徴とする。
【０００６】
この周波数調整用導体は、電気導体をらせん状に巻回してなるため、従来のように内導体と外導体の長さを調整してキャパシタンス（Ｃ）成分により周波数の調整を行うのではなく、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができ、占有スペースが小さくて済むことで粒子加速器の小型化を図ることができる。
【０００７】
電気導体は板状をなすと好ましい。このようにすれば、周波数の調整が容易になると共に、冷媒を通す導管などの設置スペースを板面上に確保することができる。
【０００８】
本発明に係る加速電極装置は、上記した周波数調整用導体と、周波数調整用導体が連結される加速電極と、を備えることを特徴とする。この加速電極装置では、上記した周波数調整用導体により印加する高周波電圧の周波数を調整することができるため、粒子加速器の小型化を図ることができる。
【０００９】
加速電極装置は、加速電極に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体を備えると好ましい。このようにすれば、加速電極の支持が容易且つ確実になる。
【００１０】
加速電極は、周波数調整用導体のみによって支持されると好ましい。このようにすれば、加速電極の荷重を周波数調整用導体が受けることで、加速電極を支持する支持体を別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粒子加速器の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る粒子加速器としてサイクロトロンの本体部１０の構成を示す正面図である。図１に示すように、サイクロトロンの本体部１０は、一対の磁極１６と、図示しない一対のコイルと、真空箱２０と、一対の加速電極装置３０と、を備えている。
【００１４】
一対の磁極１６は、図１及び図２に示すように、それぞれ円板状の外形を有する。これら磁極１６の対向する面には、それぞれ谷領域１６ａと山領域１６ｂとが交互に連続して設けられている。より詳細には、これら磁極１６の対向する面は、それぞれ４つの谷領域１６ａと４つの山領域１６ｂとが交互に現れる８つの扇形のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の高集束を図っている。
【００１５】
真空箱２０は、図１に示すように、箱本体２１と図示しない箱蓋とを有している。箱本体２１は正面視において円形状をなし、底壁部には磁極１６の外形と略同径の開口部２１ａが設けられている。また、箱本体２１の側壁部には真空排気用の排気口２１ｂが設けられている。箱蓋は、箱本体２１の上部開口を塞ぐ。箱蓋には、磁極１６の外形と略同径の開口部が設けられている。
【００１６】
図示しない一対のコイルは、一対の磁極１６の側面の周りにそれぞれ設けられており、電磁石が構成されている。一対の加速電極装置３０は、加速電極２２と、周波数調整用導体４０と、支持体５０とを備えている。
【００１７】
一対の加速電極２２は、図１及び図３に示すように、それぞれ正面視において略三角形状をなす。各加速電極２２は、例えば銅等の電気導体から構成されており、上下２枚の三角板を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極２２の板面には冷却用の冷媒を通すための管３２を敷設するための複数の溝２４が設けられている。
【００１８】
これら一対の加速電極２２は、一対の磁極１６の谷領域１６ａに位置する。そして、加速電極２２の先端部同士が、図１に示すように、蝶の羽のような外形を有する接続部材３４により、機械的且つ電気的に接続されている。加速電極２２の周囲には、図示しない外導体が設けられており、高周波加速空洞（ＲＦキャビティ）が形成されている。
【００１９】
周波数調整用導体４０は、加速電極２２に連結されて、印加する高周波電圧の周波数を調整する。この周波数調整用導体４０は、図１及び図３に示すように、銅等の電気導体からなる板をらせん状に巻回してなる。図３の例では、１回半程度巻回している。周波数調整用導体４０の巻回量は、印加する高周波電圧の周波数に応じて決定される。
【００２０】
周波数調整用導体４０の外面には、冷媒を循環させるための管３２を敷設する溝４２が設けられており、これが加速電極２２側の溝２４と連絡されている。これにより、加速電極２４及び周波数調整用導体４０を冷却できるようになっている。
【００２１】
支持体５０は、図１及び図３に示すように、電気絶縁性を有するセラミックなどの材料から形成されており、一端が加速電極２２に連結され、他端が真空箱２０の内壁に接続されて、加速電極２２を支持している。周波数調整用導体４０は、この支持体５０の周りに巻回されている。なお、図１においては、周波数調整用導体４０の一部を破断し、支持体５０を示している。
【００２２】
加速電極装置３０の側方には、加速粒子を取り出すためのフォイルストリッパー４６が設けられている。そして、放射性同位元素を生成するためのターゲット４８が、フォイルストリッパー４６により曲げられた加速粒子の軌道上に、真空箱２０により支持された状態で設けられている。また、真空箱２０には、先端が磁極１６内に至る電流検出器４９が設けられている。
【００２３】
本実施形態に係るサイクロトロン１０では、磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏから引き出された陽子或いは重陽子といった加速粒子は、加速電極２２により多重加速される。そして、加速に伴って軌道半径が大きくなり、最後にフォイルストリッパー４６のフォイルにより軌道が曲げられて、ターゲット４８内に進入する。
【００２４】
次に、本実施形態に係る周波数調整用導体４０及び加速電極装置４０の作用及び効果について説明する。
【００２５】
本実施形態の周波数調整用導体４０は、電気導体をらせん状に巻回してなるため、従来のように内導体と外導体の長さを調整してキャパシタンス（Ｃ）成分により印加する高周波電圧の周波数の調整を行うのではなく、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができる。従って、占有スペースが小さくて済むことで、サイクロトロン１０の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、周波数調整用導体４０を構成する電気導体は板状をなすため、周波数の調整が容易になると共に、冷媒を通す管３２などの設置スペースを板面上に確保することができる。よって、この板面に溝４２を設け、この溝４２に加速電極２２側の溝２４を連絡し、これら溝４２，２４に冷媒を通す管３２を敷設して冷媒を循環させることにより、周波数調整用導体４０及び加速電極２２の温度上昇を抑制し、粒子の安定的な加速を図ることができる。
【００２７】
また、上記した周波数調整用導体４０を備える加速電極装置３０は、加速電極２２に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体５０を備えるため、加速電極２２の支持が容易且つ確実になる。
【００２８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、主として支持体５０により加速電極２２を支持していたが、周波数調整用導体４０の剛性を高め、これのみで加速電極２２を支持するようにしてもよい。このようにすれば、加速電極２２の荷重を周波数調整用導体４０が受けることで、加速電極２２を支持する支持体５０を別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るサイクロトロンの本体部の構成を示す正面図である。
【図２】一対の磁極の構成を示す斜視図である。
【図３】加速電極装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…サイクロトロンの本体部、１６…磁極、１６ａ…谷領域、１６ｂ…山領域、２０…真空箱、２２…加速電極、３０…加速電極装置、４０…周波数調整用導体、５０…支持体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体及びこれを備える加速電極装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロン等の粒子加速器に使用される高周波加速空洞（ＲＦキャビティ）は、イオン源から導入されたイオンを加速するために、通常、対向した一対の加速電極（通称、「ディ」）を備えている。このディには、印加する高周波電圧の周波数に応じた長さの内導体（ステム）が連結され、この内導体の周囲に外導体が設けられる。このように、ＲＦキャビティは、印加する高周波電圧の周波数に応じて内導体と外導体の長さを調整し、周波数の調整を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３８６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、高周波電圧の周波数が高い場合（１００ＭＨｚ以上）には、内導体の長さは短くてもよい。しかしながら、印加する高周波電圧の周波数を低くしなければならないときには、必然的に内導体の長さが長くなってしまい、粒子加速器の大型化を招いてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、粒子加速器の小型化を可能とする周波数調整用導体及びこれを備える加速電極装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る周波数調整用導体は、粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体であって、電気導体をらせん状に巻回してなることを特徴とする。
【０００６】
この周波数調整用導体は、電気導体をらせん状に巻回してなるため、従来のように内導体と外導体の長さを調整してキャパシタンス（Ｃ）成分により周波数の調整を行うのではなく、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができ、占有スペースが小さくて済むことで粒子加速器の小型化を図ることができる。
【０００７】
電気導体は板状をなすと好ましい。このようにすれば、周波数の調整が容易になると共に、冷媒を通す導管などの設置スペースを板面上に確保することができる。
【０００８】
本発明に係る加速電極装置は、上記した周波数調整用導体と、周波数調整用導体が連結される加速電極と、を備えることを特徴とする。この加速電極装置では、上記した周波数調整用導体により印加する高周波電圧の周波数を調整することができるため、粒子加速器の小型化を図ることができる。
【０００９】
加速電極装置は、加速電極に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体を備えると好ましい。このようにすれば、加速電極の支持が容易且つ確実になる。
【００１０】
加速電極は、周波数調整用導体のみによって支持されると好ましい。このようにすれば、加速電極の荷重を周波数調整用導体が受けることで、加速電極を支持する支持体を別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、粒子加速器の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る粒子加速器としてサイクロトロンの本体部１０の構成を示す正面図である。図１に示すように、サイクロトロンの本体部１０は、一対の磁極１６と、図示しない一対のコイルと、真空箱２０と、一対の加速電極装置３０と、を備えている。
【００１４】
一対の磁極１６は、図１及び図２に示すように、それぞれ円板状の外形を有する。これら磁極１６の対向する面には、それぞれ谷領域１６ａと山領域１６ｂとが交互に連続して設けられている。より詳細には、これら磁極１６の対向する面は、それぞれ４つの谷領域１６ａと４つの山領域１６ｂとが交互に現れる８つの扇形のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の高集束を図っている。
【００１５】
真空箱２０は、図１に示すように、箱本体２１と図示しない箱蓋とを有している。箱本体２１は正面視において円形状をなし、底壁部には磁極１６の外形と略同径の開口部２１ａが設けられている。また、箱本体２１の側壁部には真空排気用の排気口２１ｂが設けられている。箱蓋は、箱本体２１の上部開口を塞ぐ。箱蓋には、磁極１６の外形と略同径の開口部が設けられている。
【００１６】
図示しない一対のコイルは、一対の磁極１６の側面の周りにそれぞれ設けられており、電磁石が構成されている。一対の加速電極装置３０は、加速電極２２と、周波数調整用導体４０と、支持体５０とを備えている。
【００１７】
一対の加速電極２２は、図１及び図３に示すように、それぞれ正面視において略三角形状をなす。各加速電極２２は、例えば銅等の電気導体から構成されており、上下２枚の三角板を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極２２の板面には冷却用の冷媒を通すための管３２を敷設するための複数の溝２４が設けられている。
【００１８】
これら一対の加速電極２２は、一対の磁極１６の谷領域１６ａに位置する。そして、加速電極２２の先端部同士が、図１に示すように、蝶の羽のような外形を有する接続部材３４により、機械的且つ電気的に接続されている。加速電極２２の周囲には、図示しない外導体が設けられており、高周波加速空洞（ＲＦキャビティ）が形成されている。
【００１９】
周波数調整用導体４０は、加速電極２２に連結されて、印加する高周波電圧の周波数を調整する。この周波数調整用導体４０は、図１及び図３に示すように、銅等の電気導体からなる板をらせん状に巻回してなる。図３の例では、１回半程度巻回している。周波数調整用導体４０の巻回量は、印加する高周波電圧の周波数に応じて決定される。
【００２０】
周波数調整用導体４０の外面には、冷媒を循環させるための管３２を敷設する溝４２が設けられており、これが加速電極２２側の溝２４と連絡されている。これにより、加速電極２４及び周波数調整用導体４０を冷却できるようになっている。
【００２１】
支持体５０は、図１及び図３に示すように、電気絶縁性を有するセラミックなどの材料から形成されており、一端が加速電極２２に連結され、他端が真空箱２０の内壁に接続されて、加速電極２２を支持している。周波数調整用導体４０は、この支持体５０の周りに巻回されている。なお、図１においては、周波数調整用導体４０の一部を破断し、支持体５０を示している。
【００２２】
加速電極装置３０の側方には、加速粒子を取り出すためのフォイルストリッパー４６が設けられている。そして、放射性同位元素を生成するためのターゲット４８が、フォイルストリッパー４６により曲げられた加速粒子の軌道上に、真空箱２０により支持された状態で設けられている。また、真空箱２０には、先端が磁極１６内に至る電流検出器４９が設けられている。
【００２３】
本実施形態に係るサイクロトロン１０では、磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏから引き出された陽子或いは重陽子といった加速粒子は、加速電極２２により多重加速される。そして、加速に伴って軌道半径が大きくなり、最後にフォイルストリッパー４６のフォイルにより軌道が曲げられて、ターゲット４８内に進入する。
【００２４】
次に、本実施形態に係る周波数調整用導体４０及び加速電極装置４０の作用及び効果について説明する。
【００２５】
本実施形態の周波数調整用導体４０は、電気導体をらせん状に巻回してなるため、従来のように内導体と外導体の長さを調整してキャパシタンス（Ｃ）成分により印加する高周波電圧の周波数の調整を行うのではなく、巻回量を調整してインダクタンス（Ｌ）成分により周波数の調整を行うことができる。従って、占有スペースが小さくて済むことで、サイクロトロン１０の小型化を図ることができる。
【００２６】
また、周波数調整用導体４０を構成する電気導体は板状をなすため、周波数の調整が容易になると共に、冷媒を通す管３２などの設置スペースを板面上に確保することができる。よって、この板面に溝４２を設け、この溝４２に加速電極２２側の溝２４を連絡し、これら溝４２，２４に冷媒を通す管３２を敷設して冷媒を循環させることにより、周波数調整用導体４０及び加速電極２２の温度上昇を抑制し、粒子の安定的な加速を図ることができる。
【００２７】
また、上記した周波数調整用導体４０を備える加速電極装置３０は、加速電極２２に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体５０を備えるため、加速電極２２の支持が容易且つ確実になる。
【００２８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、主として支持体５０により加速電極２２を支持していたが、周波数調整用導体４０の剛性を高め、これのみで加速電極２２を支持するようにしてもよい。このようにすれば、加速電極２２の荷重を周波数調整用導体４０が受けることで、加速電極２２を支持する支持体５０を別途設ける必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係るサイクロトロンの本体部の構成を示す正面図である。
【図２】一対の磁極の構成を示す斜視図である。
【図３】加速電極装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…サイクロトロンの本体部、１６…磁極、１６ａ…谷領域、１６ｂ…山領域、２０…真空箱、２２…加速電極、３０…加速電極装置、４０…周波数調整用導体、５０…支持体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体であって、電気導体をらせん状に巻回してなることを特徴とする周波数調整用導体。
【請求項２】
前記電気導体は板状をなすことを特徴とする請求項１に記載の周波数調整用導体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の周波数調整用導体と、
前記周波数調整用導体が連結される加速電極と、
を備えることを特徴とする加速電極装置。
【請求項４】
前記加速電極に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体を備えることを特徴とする請求項３に記載の加速電極装置。
【請求項５】
前記加速電極は、前記周波数調整用導体のみによって支持されることを特徴とする請求項３に記載の加速電極装置。
【請求項１】
粒子加速器の加速電極に連結され印加する高周波電圧の周波数を調整する周波数調整用導体であって、電気導体をらせん状に巻回してなることを特徴とする周波数調整用導体。
【請求項２】
前記電気導体は板状をなすことを特徴とする請求項１に記載の周波数調整用導体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の周波数調整用導体と、
前記周波数調整用導体が連結される加速電極と、
を備えることを特徴とする加速電極装置。
【請求項４】
前記加速電極に連結されこれを支持する電気絶縁性を有する支持体を備えることを特徴とする請求項３に記載の加速電極装置。
【請求項５】
前記加速電極は、前記周波数調整用導体のみによって支持されることを特徴とする請求項３に記載の加速電極装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２５０３３６（Ｐ２００７−２５０３３６Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１５１９（Ｐ２００６−７１５１９）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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