專利名稱：漂移管直線加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對真空圓柱形諧振腔提供高頻功率、以由圓柱形諧振腔內(nèi)的棒(桿狀部)所支撐的電極(漂移管)彼此之間產(chǎn)生的電場對帶電粒子進行加速的漂移管直線加速器。
背景技術(shù)：
漂移管直線加速器通過在圓柱形諧振腔內(nèi)沿射束前進方向配置I對以上中空圓柱形狀的漂移管電極來構(gòu)成。對圓柱形諧振腔內(nèi)提供高頻功率，以漂移管電極之間產(chǎn)生的高頻電場對帶電粒子(例如，質(zhì)子或碳離子等)沿射束前進方向進行加速。將漂移管電極的配置設計成當高頻電場的朝向與射束前進方向相反時，帶電粒子存在于漂移管電極之內(nèi)。在圓柱形諧振腔內(nèi)產(chǎn)生的電磁場模式有TM模式(在圓柱形諧振腔的長邊方向產(chǎn) 生電場)和TE模式(在圓柱形諧振腔的長邊方向產(chǎn)生磁場)這兩種。使用TM模式的漂移管直線加速器有阿爾瓦雷茨(Alvarez)型漂移管直線加速器。在該阿爾瓦雷茨型漂移管直線加速器中，由于圓柱形諧振腔內(nèi)的電磁場模式被直接用于在漂移管電極之間產(chǎn)生的加速電場或聚焦電場，因此，漂移管電極以從圓柱形諧振腔垂下的方式被桿狀部支撐。另一方面，使用TE模式的漂移管直線加速器有IH (Interdigital-Η :交叉指一 H)型漂移管直線加速器等。在IH型漂移管直線加速器中，由于圓柱形諧振腔內(nèi)的電磁場模式無法被直接用于加速電場或聚焦電場，因此支撐漂移管電極的桿狀部在圓柱形諧振腔的上下(或左后)交叉配置，由感應電流在漂移管電極之間間接地產(chǎn)生加速電場或聚焦電場。若對這些諧振腔的內(nèi)部引入規(guī)定頻率的高頻功率，則會引起諧振，在漂移管電極之間產(chǎn)生電場。由該在漂移管電極之間產(chǎn)生的電場使粒子每越過漂移管電極之間時不斷被加速。粒子束是帶電粒子的集合體，因此在粒子相互之間斥力會發(fā)生作用(這被成為空間電荷效應)。因此隨著粒子束沿前進方向前進其在徑向和前進方向都發(fā)生擴散，特別是由于徑向的發(fā)散會與真空管的管壁碰撞造成粒子束的損失。因此，需要對徑向射束發(fā)散進行抑制的射束徑向聚焦設備。以往通過聚焦裝備和漂移管電極一體化的聚焦設備內(nèi)置型漂移管電極來對射束發(fā)散進行抑制(專利文獻I)，但是近年來提出了 APF (Alternating-PhaseFocusing :交變相聚焦)法，通過將在漂移管電極之間產(chǎn)生的彎曲的電場分布和帶電粒子通過漂移管電極之間的時刻相關(guān)聯(lián)地進行設計來得到射束的聚焦力(專利文獻2)。將APF法應用于IH型直線加速器的APF-1H型直線加速器由于無需使用聚焦設備內(nèi)置型漂移管電極，因此價格便宜且結(jié)構(gòu)簡單，例如用于醫(yī)療裝置等要求可靠的領(lǐng)域。使用碳離子等重粒子線(不含質(zhì)子)的醫(yī)療用同步加速器設施中，在入射器的后級加速器利用APF-1H型直線加速器。在前級加速器對在離子源產(chǎn)生的碳離子進行預加速之后，以三個連續(xù)的四極磁鐵進行聚焦以滿足APF-1H型直線加速器的入射條件(接受條件)之后，將入射的400θμΑ (= ΙΟΟμΑ)四價碳射束加速到4Mev/u。與以往的使用聚焦設備內(nèi)置型漂移管電極的漂移管直線加速器(阿爾瓦雷茨型直線加速器)相比，由該APF-1H型直線加速器實現(xiàn)了全長縮短為1/6左右的小型化(非專利文獻I)。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開平11-32975號公報專利文獻2 :日本專利特開2006-351233號公報非專利文獻非專利文獻1:Nuclear Instruments and Methods in Physics Research (物理學研究中的核儀器與方法)A572 (2007)，1007-1021

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題粒子束是帶電粒子的集合體，因此在粒子相互之間由于各個電荷斥力會發(fā)生作用。特別是對于帶電離子是質(zhì)子這樣的重量輕的大電流粒子束，而且是低能量粒子的情況下，該空間電荷效應會使對于射束前進方向的徑向的發(fā)散力變得相對較大，從而產(chǎn)生問題。特別是雖然實際上能以APF-1H型直線加速器將小電流(100 μ A)碳射束加速到4Mev/u，但是由于APF的聚焦力較小，無法將IOmA以上的大電流的質(zhì)子加速到使用質(zhì)子線的醫(yī)療用同步加速器設施用入射器所需的7MeV。例如，對質(zhì)子束進行聚焦所需要的聚焦力是四價碳射束的3倍，而且電流量也從100 μ A上升到100倍以上的IOmA以上，也就是說與碳射束相比需要300倍以上的聚焦力，因此APF-1H型直線加速器無法適用于大電流質(zhì)子加速。本發(fā)明為了解決上述的以往的加速器的問題而完成，目的在于提供一種能對大電流的粒子束進行加速的漂移管直線加速器。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明的漂移管直線加速器使入射的粒子束通過沿圓柱形諧振腔內(nèi)的所述粒子束的射束前進方向配置的圓柱狀的多個漂移管電極內(nèi)部的同時，由在多個漂移管電極之間產(chǎn)生的高頻電場對粒子束進行加速，在端部漂移管電極的內(nèi)部配置有聚焦設備，該端部漂移管電極是多個漂移管電極中配置在離圓柱形諧振腔的入射側(cè)最近處的漂移管電極，該聚焦設備對粒子束進行聚焦，該聚焦設備配置為能與端部漂移管電極獨立地進行位置調(diào)整。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能提供一種能對大電流的粒子束進行加速的漂移管直線加速器。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的主要部分的概要剖視圖。圖2是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的漂移管電極的放大剖視圖。圖3是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的圖1的A-A部分和B-B部分的截面的概要剖視圖。圖4是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的端部漂移管電極的一個例子的放大剖視圖。圖5是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的聚焦設備的殼體的一個例子的放大剖視圖。圖6是對漂移管直線加速器的入射粒子束的位置偏差的影響進行說明的曲線圖。圖7是對本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的電場分布進行說明的曲線圖。
具體實施例方式實施方式I
圖1是示出本發(fā)明的實施方式I的漂移管直線加速器的主要部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖1的漂移管直線加速器是APF-1H型直線加速器。在兼作為真空容器的圓柱形諧振腔I內(nèi)沿射束前進方向2從入射側(cè)開始第I個、第2個、……、第η個這樣地配置多個漂移管電極3。此外，在漂移管電極中，第I漂移管電極標號為12，在入射側(cè)與該第I漂移管電極12相鄰的漂移管電極，也就是配置在離入射側(cè)最近的漂移管電極被稱為端部漂移管電極，標號為13。APF法適用于該漂移管直線加速器，因此特征在于漂移管電極3的間隔周期性地不均勻地擴大。在圓柱形諧振腔I內(nèi)在圓柱形諧振腔的上下(或左右)設有一對脊部5。漂移管電極3由桿狀部6支撐且配置在設置于圓柱形諧振腔I的脊部5上。此外，在圖1中，省略示出圓柱形諧振器的出射側(cè)的截面。圖2是漂移管電極3的放大剖視圖。為了在漂移管電極3之間產(chǎn)生高精度的加速電場分布和聚焦電場分布，桿狀部6在射束前進方向需要±0. 2mm左右，在徑向需要±0. 2_左右的對準位置調(diào)整。因此，在射束前進方向設有位置調(diào)整機構(gòu)，在徑向設有最終加工余量部。作為射束前進方向的位置調(diào)整機構(gòu)，在桿狀部6設有桿狀部底座7，以桿狀部底座螺孔8來進行調(diào)整的方法是便捷的。對于徑向最終加工余量部，將上述桿狀部底座7的底面部9 (與脊部5進行面接觸的部分)，或者在漂移管電極3與桿狀部6分離的情況下將漂移管電極3和桿狀部6接合的部分10作為最終加工余量部來設置。圖2是對桿狀部底座7設有最終加工余量部的情況。圓柱形諧振腔I的空腔直徑(內(nèi)徑)朝粒子束的射束前進方向2擴大。這是為了防止由于漂移管電極集中在入射側(cè)、與從圓柱形諧振腔I整體來看靜電電容集中在入射側(cè)等效而造成在圓柱形諧振腔I內(nèi)的漂移管電極之間產(chǎn)生的電場強度分布集中在入射側(cè)。在漂移管電極之間產(chǎn)生的電場強度遵守由下式(I)表示的法拉第定律。(數(shù)學式I)
權(quán)利要求
1.一種漂移管直線加速器，使入射的粒子束通過沿圓柱形諧振腔內(nèi)的所述粒子束的射束前進方向配置的圓柱狀的多個漂移管電極內(nèi)部的同時，由在所述多個漂移管電極之間產(chǎn)生的高頻電場對粒子束進行加速，該漂移管直線加速器的特征在于，在端部漂移管電極的內(nèi)部配置有聚焦設備的至少一部分，該端部漂移管電極是所述多個漂移管電極中配置在離所述圓柱形諧振腔的入射側(cè)最近處的漂移管電極，該聚焦設備對所述粒子束進行聚焦，該聚焦設備配置為能與所述端部漂移管電極獨立地進行位置調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的漂移管直線加速器，其特征在于所述端部漂移管電極具有第I區(qū)域和第2區(qū)域，該第I區(qū)域位于所述粒子束的入射側(cè)且在內(nèi)部配置有所述聚焦設備，該第2區(qū)域的內(nèi)徑和外徑都比該第I區(qū)域小，該第2區(qū)域具有與第I漂移管電極的外徑相同的外徑，該第I漂移管電極與所述端部漂移管電極相鄰。
3.如權(quán)利要求1所述的漂移管直線加速器，其特征在于所述圓柱形諧振腔是該圓柱形諧振腔的內(nèi)徑朝粒子束的射束前進方向擴大的TE模式型圓柱形諧振腔，配置有所述端部漂移管電極的部分的所述圓柱形諧振腔的內(nèi)徑比配置有第I漂移管電極的部分的所述圓柱形諧振腔的內(nèi)徑大，該第I漂移管電極與所述端部漂移管電極相鄰。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的漂移管直線加速器，其特征在于所述聚焦設備是永磁型四極磁鐵。
5.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的漂移管直線加速器，其特征在于所述多個漂移管電極的配置是適用了 APF法的IH型配置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于獲得一種能對大電流的粒子束進行加速的漂移管直線加速器。在使入射的粒子束通過沿圓柱形諧振腔(1)內(nèi)的所述粒子束的射束前進方向(2)排列配置的圓柱狀的多個漂移管電極(3,12,13)內(nèi)部的同時，由在多個漂移管電極(3,12,13)之間產(chǎn)生的高頻電場對粒子束進行加速的漂移管直線加速器中，在端部漂移管電極(13)的內(nèi)部配置聚焦設備(14)，該端部漂移管電極(13)是多個漂移管電極(3,12,13)中配置在離圓柱形諧振腔(1)的入射側(cè)最近處的漂移管電極，該聚焦設備對粒子束進行聚焦，該聚焦設備配置為可與端部漂移管電極(13)獨立地進行位置調(diào)整。
文檔編號H05H9/00GK103026802SQ20118003423
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者山本和男, 田中博文, 井上博光, 川崎定博 申請人:三菱電機株式會社