JP2000082599A - 円形加速器用電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円形加速器用電磁石において、補正コイルの
発生磁界を増強させる。 【解決手段】 電磁石の中心に注入されたビームを偏向
させてビーム軌道面上を周回させる磁界を発生させる主
コイル５と、ビーム軌道面上を周回中にビ−ムに電界を
与え、ビーム進行方向に加速する加速空洞と、ビームの
周回方向に沿って前記加速空洞と交互に配置される磁極
３を備え、磁極３の外周と主コイル５との間に補正コイ
ル１７を挿入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は患部に照射する荷
電粒子を取り出す円形加速器用電磁石に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の円形加速器用電磁石として、Ｐｒ
ｏｐｏｓａｌ ｆｏｒ ａ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ
ｇ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩ
ＮＧＣＹＣＬＯＴＲＯＮ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ
Ｃａｎｃｅｒ Ｔｈｅｒａｐｙ，ＭＳＵＣ−−８７４
Ｌ，Ｆｅｒｂｒｕａｒｙ、１９９３、ｐ２、Ｆｉｇ１．
１に示されたものが知られている。

【０００３】図１２は従来の円形加速器用電磁石の全体
構成を示す斜視図である。図において、１は電磁石、２
は電磁石１の中心、３は磁極、５は主コイル（図の例で
は超電導コイル）、６はＺ軸であり、円形加速器用電磁
石の中心軸である。７は加速空洞、９はヨーク天板、１
０がヨーク、１１は磁極外周部、１２は補正鉄板であ
る。

【０００４】磁極３は通常鉄で構成する。Ｚ軸に沿って
対称に配置した磁極３間には大きな吸引電磁力がＺ軸方
向に働くため、磁極３を分厚い鉄であるヨーク天板９及
び、ヨーク１０で支持する。このためヨーク天板９、ヨ
ーク１０の重量の合計は、一般的に数十トンになる。

【０００５】図１３は実験物理学講座２８、加速器（共
立出版） １１章ｐ４４８ の図１１−７６図に示され
た別の円形加速器用電磁石である。図において、１３は
磁極面補正コイル、１５は加速空洞部補正コイルであ
る。

【０００６】図１４は図１３に示す円形加速器用電磁石
において、特に磁極３及び磁極面補正コイル１３の断面
図を模式的に示した図である。円形加速器用電磁石のＺ
軸の中点をミッドプレーン１４と呼ぶが、磁極面補正コ
イル１３は、磁極３とミッドプレーン１４間の磁極表面
にコイル巻線を配置する。ミッドプレーン１４は、加速
されるビームが周回する面であり、ビーム軌道面とも呼
ぶ。なお、Ｒ軸が径方向である。

【０００７】図１５は同じく図１３に示す円形加速器用
電磁石において、特に加速空洞部７及び加速空洞部補正
コイル１５，１６の断面図を模式的に示した図である。
加速空洞部補正コイル１５は、加速空洞７とミッドプレ
ーン１４との間にコイル巻線を、加速空洞部補正コイル
１６は加速空洞７とヨーク天板９との間にコイル巻線を
挿入する。

【０００８】図１６は図１２に示す円形加速器用電磁石
の磁極３、補正鉄板１２の断面図を模式的に示した図で
ある。次に円形加速器用電磁石の動作について、主に図
１２に示す円形加速器用電磁石を用いて説明する。図１
２の例ではビームを偏向させる磁界を発生する主コイル
５は超電導コイルであり、１対のソレノイドコイルで形
成されている。

【０００９】電磁石の中心２に入射されたビームは、主
コイル５が発生する磁界により偏向され図１５に示すビ
ーム軌道面１４上を周回する間、加速空洞７にてビーム
進行方向（円周方向）の電界を受けビーム進行方向（径
方向Ｒ）に加速される。電磁石の中心２の近傍から磁極
外周部１１直前の範囲では、加速空洞７を通過する度
に、ビームが加速されビームのエネルギーが大きくな
る。ビームのエネルギーが大きくなるとビームの軌道半
径は大きくなる。即ち軌道は螺旋を描きながら大きくな
る。

【００１０】ビームの軌道半径が磁極外周部１１付近に
なると、加速空洞７がなくなるため、ビームは加速され
なくなる。また、磁極３がなくなるため磁界は急速に減
少する。これにより、ビームはもはや偏向されることな
くほぼ直進し、電磁石の外部に取り出される。この磁界
が急激に減少しはじめる位置を、以下ではビーム取り出
し半径と呼ぶ。このビーム取り出し半径は、ほぼ磁極外
周部１１の半径に等しい。なお、図１２、１３の例では
加速空洞７と磁極３とは周方向に交互に配置する。これ
らの図に示す例では、加速空洞７と磁極３とはＺ軸に対
し３回対称に交互に配置している。

【００１１】次に、ＡＶＦサイクロトロンについて説明
する。このタイプの円形加速器では、加速空洞７の周波
数を一定にする。これにより加速空洞のＱ値を上げ、大
きな加速電界を得ることが可能になる。加速空洞の周波
数を一定にするにはビームの周回周波数を一定にする必
要がある。ビームの周回周波数ｗとＺ軸方向の磁界（周
方向へ平均した磁界）Ｂｚ（ｒ）とは、以下の関係があ
る。

【００１２】ｗ＝ｑＢｚ（ｒ）／ｍ

【００１３】ここで、ｑは荷電粒子の電荷であり、ｍは
ビームの質量である。ビームの質量ｍはビームのエネル
ギーの増加即ちビームの軌道半径ｒの増加と共に増加す
る。ビームの周回周波数ｗを一定にするには、Ｂｚもｒ
と共に増加する磁界分布にする必要がある。この磁界を
等時性磁界と呼ぶ。実際の周方向に平均した磁界は、正
確にこの磁界に合わせる必要がある。

【００１４】なお、図１２に示す磁極３の目的の一つは
上記等時性磁界の作成である。このため、ｒが大きくな
るとともに磁極３とビーム軌道面間のギャップを小さく
したり、ｒと共に磁極３の幅を広くする等を行う。特
に、ビーム取り出し半径である磁極外周部１１近傍にお
いて、上記ギャップは数１０ｍｍと僅かな隙間になる。

【００１５】厳密にこの径方向と共に増加する磁界を得
るには、現状の３次元磁界計算コードでは精度が不足し
ている。このため、磁界測定の実測に基づき、磁界分布
を補正する必要がある。

【００１６】以上は、磁界Ｂｚ（ｒ）を等時性磁界へ近
づけるには補正が必要なことを述べた。次に、補正が必
要な別の磁界について述べる。径方向の半径が一定位置
における、周方向への磁界分布Ｂｚ（θ）において、Ｃ
ＯＳθあるいはＳＩＮθで変化する磁界を１次のハーモ
ニック磁界と呼ぶ。この磁界が存在すると、ビームの共
鳴が生じ荷電粒子径が増大し荷電粒子が失われる。

【００１７】特に、この１次のハーモニック磁界はビー
ムの取り出し半径近傍で小さな値にする必要がある。こ
の磁界もある仕様（通常１から２Ｇａｕｓｓ程度）まで
補正する必要がある。取り出し半径近傍の最大磁界は、
超電導電磁石の場合最大４Ｔ程度にあるため、この値は
非常に厳しい値である。このため、等時性磁界作成と同
様に磁界測定に基づく補正が必要である。

【００１８】以下、これらの磁界の補正の手段につい
て、図１３から図１６を用いて述べる。図１３には、等
時性磁界補正用のコイルが種々示されている。まず、１
３は磁極面に配置する磁極面補正コイルである。この磁
極面補正コイル１３の断面を模式的に示した図が図１４
である。磁極面補正コイル１３により、Ｚ方向の磁界を
発生させることができる。電流を変えたコイルを多数配
置すれば、径方向に沿って変化する種々の磁界分布を発
生でき、上記等時性磁界を発生できる。

【００１９】次に、図１３には加速空洞部補正コイル１
５がある。この加速空洞部補正コイル１５は加速空洞部
近傍の空いたスペースに配置される。加速空洞部補正コ
イル１５の断面を模式的に示した図が図１５である。図
１５において、加速空洞部補正コイル１５はミッドプレ
ーン１４と加速空洞７間にコイル巻線を、図１３で図示
されないが、加速空洞部補正コイル１６は加速空洞７と
ヨーク天板９間にコイル巻線を配置する。

【００２０】但し、加速空洞部補正コイル１５、１６
は、一般に周方向に対し磁極が存在するため、周方向に
沿って全面的に配置できず、図１３の例では、３回対称
配置になる。これらのコイルも磁極面補正コイル１３と
同様に、多数のコイルを配置し、各コイルの電流値を変
化させることにより、等時性磁界を補正することができ
る。

【００２１】ところで、図１３の例では、主コイル５は
常電導電磁石であり、磁界強度は最大でも２Ｔ程度であ
る。この場合、補正は加速空洞部補正コイル１５，１６
でも充分対応可能であった。ところが、図１２の様な超
電導コイルの場合には、磁界強度が４Ｔ近くなり、補正
のための磁界強度も大きくする必要がある。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、図１２
で示す様な超電導コイルの場合は、磁界強度が４Ｔ近く
なると、図１３に示した加速空洞部補正コイルでは磁界
強度が足らず、補正が完全にできない場合がある。即
ち、図１４に示すように磁極面補正コイル１３では磁極
３とミッドプレーン１４間の隙間にコイル巻線を配置す
るが、この隙間は以前述べた様に、取り出し半径位置で
は数１０ｍｍと狭い。

【００２３】また、通常磁極は常温のため、磁極面補正
コイルは常電導コイルであり、大きな磁界の発生には、
大きな断面積が必要である。従って、大断面積の磁極面
補正コイルを上記隙間に挿入できず大きな磁界強度を得
ることができないという問題がある。図１５に示す加速
空洞部補正コイル１５の場合も同様な問題点が生じる。

【００２４】更に、図１５に示す加速空洞部補正コイル
１６の場合は、加速空洞７とヨーク天板９間に大きな隙
間があるため大断面積のコイルの配置可能である。しか
しながら、加速空洞部補正コイル１６の配置場所がビー
ム軌道面１４から離れているため、ビーム軌道面１４に
ある大きさの磁界を発生させようとした場合、大きな起
磁力が必要であるという問題点があった。

【００２５】上記の様に、常電導のコイルでのハーモニ
ック磁界の補正に限界があるため、図１２に示す円形加
速器用電磁石では補正鉄板１２を磁極３の表面に貼るこ
とによりハーモニック磁界を補正していた。この様子を
模式的に示した図が、図１６である。磁極３の外周部１
１に補正鉄板１２を貼る様子が示されている。この補正
鉄板１２は、特に１次のハーモニック磁界の補正に有効
で、周方向に鉄を非対称に貼ることにより、誤差磁界を
補正できる。

【００２６】しかしながら、図１２に示す様に、磁極３
はヨーク天板９に支持されており、ヨーク天板９はヨー
ク１０に支持されている。補正鉄板１２で磁界分布を補
正して誤差磁界を補正しようとすると、図１２に示す様
にヨーク天板９をヨーク１０から分解し、手作業で補正
鉄板１２を磁極３の外周部１１の表面に貼る必要があ
る。ところがこのヨーク天板９、磁極３は重量が一般に
数十トンと非常に大きく、ヨーク天板９の分解には大変
な手間を要し、容易に補正鉄板１２を磁極３の外周部１
１の表面に貼ることができないという問題点がある。

【００２７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、特にビーム取り出し半径付近
で、磁界を補正するために充分な強度の磁界を発生させ
ることができる補正コイルを備えた円形加速器用電磁石
を得ることを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る円
形加速器用電磁石は、電磁石の中心に注入されたビーム
を偏向させてビーム軌道面上を周回させる磁界を発生さ
せる主コイルと、ビーム軌道面上を周回中にビ−ムに電
界を与え、ビーム進行方向に加速する加速空洞と、前記
ビームの周回方向に沿って前記加速空洞と交互に配置さ
れる磁極を備え、前記磁極の外周と前記主コイルとの間
に補正コイルを挿入したものである。

【００２９】請求項２の発明に係る円形加速器用電磁石
は、補正コイルを磁極の周面方向に沿って複数に分割し
て挿入し、この分割した補正コイルの少なくとも一部で
電流値または電流方向を異ならせたものである。

【００３０】請求項３の発明に係る円形加速器用電磁石
は、ビームの周回面を対称面とし、この対称面を介して
対向配置された第１の補正コイル群と第２の補正コイル
群の間で電流値が同一の補正コイルを電流源に対して直
列接続したものである。

【００３１】請求項４の発明に係る円形加速器用電磁石
は、補正コイルは円筒状の巻枠にコイル巻線を巻回して
形成した後に、円筒内に磁極挿入させたものである。

【００３２】請求項５の発明に係る円形加速器用電磁石
は、回転ガントリーに搭載された際に、補正コイルの電
流値を前記回転ガントリーの回転角度に応じて可変させ
る制御手段を備えたものである。

【００３３】請求項６の発明に係る円形加速器用電磁石
において、補正コイルは磁極とビーム軌道面との間に配
置したものである。

【００３４】請求項７の発明に係る円形加速器用電磁石
において、補正コイルは加速空洞表面近傍に配置したも
のである。

【００３５】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は本実施の形態に係る円形加速器用電磁石の断面図
である。尚、図中、図１４〜１６と同一符号は同一又は
相当部分を示す。本実施の形態においては、磁極３の外
周面１１と主コイル５の間に補正コイル１７を挿入して
いる。従来は、磁極面補正コイル１３は図１４に示すよ
うに磁極３の平面部とミッドプレート１４との間に、或
いは図１５に示すように加速空洞部補正コイル１５を加
速空洞７とミッドプレート１４との間ないし加速空洞部
補正コイル１６を加速空洞７とヨーク天井９との間に挿
入していた。

【００３６】本実施の形態は図１４に示す従来の位置に
も加え、補正コイル１７を磁極３の外周面１１と主コイ
ル５との間にも挿入する。これにより、各補正コイル１
３，１７が発生する磁界を全合計で増加させることが可
能である。これにより、磁極面補正コイル３のコイル径
を大きくする必要が無く。また図１６に示す補正鉄板１
２を用いる必要がなくなる。

【００３７】図１の例では、補正コイル１７はソレノイ
ド型コイルの例を示した。この補正コイル１７は主コイ
ル５とは異なる位置にあるため、異なる分布を有する。
従って、補正コイル１７に流す電流の値の調整により、
等時性磁界への補正が可能である。

【００３８】補正コイル１７は、超電導コイルである主
コイル５の近傍に配置され冷却が容易であるため常電導
コイルで構成しても良い。しかし、より大きな磁界を得
ようとするならば超電導コイルで構成しても良い。な
お、主コイル５を超電導コイルで構成した場合は、磁極
３は４Ｔ程度と完全飽和の状態にある。従って、補正コ
イル１７の磁界分布はほぼ空心コイルと同様に扱える。

【００３９】また、図１の例では補正コイル１７は１対
のみ示したが、２対以上で構成しても良い。更に、補正
コイル１７は一般に一対のコイルを、ミッドプレーン１
４に対して対称に配置して構成する。

【００４０】なお、Ｚ軸に沿った非対称磁界を補正する
場合であれば、補正コイル１７をミッドプレーン１４に
対し非対称に配置しても良い。

【００４１】実施の形態２ 図２（ａ）はＺ軸を中心とした円周方向２０に図１に示
す補正コイル１７を２１〜２６、２７〜３２に分割し、
ミッドプレート１４に対して対称に配置した状態を示
す。ここで、分割したコイル２１〜２６をそれぞれ第１
の補正コイル〜第６の補正コイル、コイル２７〜３２を
それぞれ第７の補正コイル７〜第１２の補正コイル１２
と呼ぶ。

【００４２】尚、図２（ｂ）において、３３は超電導コ
イルである主コイル５を収納するクライオスタットの壁
面である。

【００４３】実施の形態１では、補正コイル１７による
等時性磁界への補正の例であった。本実施の形態は、補
正コイル１７による取り出し半径近傍の１次ハーモニッ
ク磁界の補正について述べる。

【００４４】図２（ａ）の補正コイル１７は、ミッドプ
レーン１４に対し対称に配置し、かつ周方向に沿って分
割して配置した第１の補正コイル２１〜第６の補正コイ
ル２６、第７の補正コイル２７〜第１２の補正コイル３
２を有する。ミッドプレーン１４に対し対称に配置した
第１の補正コイル２１から第６の補正コイル２６と、第
７の補正コイル７から第１２の補正コイル３２のそれぞ
れに電流が、図２（ｂ）に示す様に同じ大きさで同方向
に流れるようにする。これら補正コイルに流れる電流の
リーターンは、図２（ｂ）に示す様によりミッドプレー
ン１４から離れた位置になる。図２（ｂ）に示すコイル
巻線配置の断面図から明らかなように磁界の取り出し半
径近傍でＺ方向の磁界を発生できる。

【００４５】なお、図２（ｂ）において、主コイル５を
超電導コイルの場合で示しているため、３３は超電導コ
イルを収納するクライオスタットの壁面を表している。
しかし、主コイル５は常電導コイルでも良い。なお、磁
極３が存在するが、実施の形態１でも述べた様に、主コ
イル５は４Ｔ近い磁界であり、完全飽和の状態にあるた
め、ほぼ空心コイルに近い磁界を補正コイル１７により
発生できる。

【００４６】更に、周方向に分割した第１の補正コイル
２１〜第６の補正コイル２６、第７の補正コイル２７〜
第１２の補正コイル３２は、図２（ｃ）に示す様に電流
を変化させる。特に、Ｚ軸に対し１８０度回転対称位置
の補正コイル、例えば第１の補正コイル２１と第４の補
正コイル２４とは電流の大きさは同じであるが、電流の
向きは反転させる。この電流分布により周方向にＣＯＳ
θで変化する磁界を発生できる。この発生磁界を示した
図が図３のコサインカーブで示す図である。θ方向にＣ
ＯＳθで変化していることが分かる。

【００４７】この磁界は１次ハーモニック磁界３５と呼
ばれている。磁極３の製作誤差等により、この磁界が発
生した場合、この磁界とは反対方向の磁界が発生する様
に第１の補正コイル２１から第１２の補正コイル３２を
上記の様に周方向に変化させた電流分布で励磁すれば、
上記誤差磁界を補正できる。また、コイルであるので、
各コイルの電流を順次変化させることにより１次のハー
モニック磁界の位相、強度がどの様な成分になっても補
正鉄板１２を設けることなく、１次のハーモニック誤差
磁界を補正できる。

【００４８】補正コイル１７は周方向に６分割の例を示
したが、周方向に更に細かく分割すれば、より細かく１
次ハーモニック磁界の位相は制御可能である。また、補
正コイル１７を更に細かく分割し、コイルの電流も周方
向にＣＯＳ（２θ）に比例する様にして電流を流せば、
図３の下図に示す様に、周方向にＣＯＳ（２θ）で変化
する磁界、２次のハーモニック磁界を発生できる。これ
により、磁極等の製作誤差で発生する２次のハーモニッ
ク誤差磁界の補正が可能になる。以下、コイルの分割数
を増加させることにより、更に高次の磁界も発生可能で
ある。

【００４９】また、上記電流に加え、各コイルとも同方
向の電流を加えれば、周方向には一様で、径方向に変化
する磁界を与えることができ、等時性磁界への補正にも
利用できる。なお、図２（ａ）の例では、第１の補正コ
イル２１〜第６の補正コイル２６のコイル巻線、第７の
補正コイル２７〜第１２の補正コイル３２のコイル巻線
はＺ軸を中心に周方向全周に沿って連続的に存在してい
るが、間欠的に存在させても良い。

【００５０】実施の形態３ 補正コイル１７に電流を流し磁界を発生させる場合、補
正コイル１７の分割数が増加するほど各補正コイルに電
流を流す電源の数が増加しコストアップの要因となっ
た。本実施の形態では、補正コイル１７の分割数の増加
に関わらず電源の数を低減させる電源の設置方法につい
て説明する。図４は本実施の形態における電源と補正コ
イル１７との接続方法を示す図である。図において４０
は補正コイルに磁界発生の電流を流す電源である。

【００５１】実施の形態２では、図２（ｃ）により、１
次のハーモニック磁界を発生する補正コイル１７のコイ
ル電流の向きについて説明した。これをまとめると、以
下の様な２種類の電流配置がある。 図２（ｃ）に示す様に、Ｚ軸に対し１８０度回転対称
位置の補正コイル、例えば第１の補正コイル２１と第４
の補正コイル２４とは、電流の大きさは同じであるが、
電流の向きは反対である。 図２（ａ）に示す、ミッドプレーン１４に対し対称に
配置した、第１の補正コイル２１から第６の補正コイル
２６の電流と、第７の補正コイル２７から第１２の補正
コイル３２の電流は、同じ大きさで同方向に流れる様に
配置する。従って、、とも、電流の大きさは同じで
ある。従って、電源４０を共通化できる。この様子を示
した図が図４である。この結果、電源４０をコイルに直
列に接続すれば、電源４０の個数を低減できる。更に、
図４の上の図と下の図も電流が同じため、直列に接続で
きる。。即ち、４個のコイルを直列に接続でき、電源の
数をコイル数の１／４に低減できる。

【００５２】実施の形態４ 補正コイル１７は図２に示す様に、複雑な構造であり、
固定化されたクライオスタットの壁面を介しての巻線作
業は容易でない。本実施の形態では、容易な巻線作業に
よる補正コイルの製作方法について説明する。

【００５３】図５（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態におけ
る補正コイルの巻線方法を説明する図である。図におい
て、４２は巻枠、４４は補正コイル１７を構成するコイ
ル巻線である。補正コイル１７の製作時、図５（ａ）に
示す様に、まず巻枠４２にコイル巻線４４を巻回する。
この場合、巻枠４２にはコイル巻線４４を巻くための溝
あるいは突起等が設けられていれば、巻線が容易であ
る。また、第１補正コイル２１〜第１２の補正コイル３
２毎にコイル巻線４４を別途製作しておき、巻枠４２に
コイル巻線４４をネジ止め等により取り付けても良い。

【００５４】巻枠４２にコイル巻線４４を巻回して補正
コイル１７を作成後に、図５（ｂ）に示す様に、補正コ
イル１７を取り付けた巻枠４２を、電磁石に挿入後、３
の磁極３及びヨーク天板１０を挿入すれば良い。完成後
の電磁石を図５の左下図に示す。

【００５５】実施の形態５ 図６は円形加速器用電磁石を搭載した回転ガントリーの
全体構成を示す斜視図である。図において、５０は回転
ガントリー、５２は回転ガントリーの回転角θｇであ
り、水平面からの角度である。５４はビーム輸送系であ
り、５６はビームを照射する患者である。

【００５６】図７は回転ガントリーに円形加速器用電磁
石を搭載した場合に発生する１次ハーモニック磁界を説
明する図である。図において、５８は円形加速器用電磁
石の中心Ｚ軸、６０は主コイル５の中心Ｚ軸、６２は円
形加速器用電磁石の中心Ｚ軸と主コイルの中心Ｚ軸との
ずれδである。

【００５７】次に、回転ガントリーについて概説する。
円形加速器用電磁石１から取り出されたビームは、ビー
ム輸送系５４を通過し、ガン患者５６に照射される。ビ
ームを患部に集中して照射するため、ビームは回転させ
て照射する必要がある。このため、回転ガントリー５０
が必要である。回転ガントリー５０はビーム照射系５４
を回転させる必要があり大型になる。

【００５８】これを小型化するため、図６の例では回転
ガントリー５０に円形加速器用電磁石１を搭載した構造
を採る。なお、回転ガントリー５０に円形加速器用電磁
石１を搭載するため、円形加速器用電磁石１のＺ軸は水
平方向を向く。

【００５９】上記、回転ガントリー５０に円形加速器用
電磁石１を搭載し、かつ主コイル５を超電導コイルとし
た場合、１次のハーモニック磁界が新たに発生する。こ
の発生の理由について図７で説明する。主コイル（超電
導コイル）５を常温空間に対して支持するサポート部
は、熱侵入を低減させるため極力細い構成としている。
このためサポート部は重力により、径方向に撓む。その
ため、図７では円形加速器用電磁石１の中心軸であるＺ
軸は水平方向を向いており、径方向は上下方向となる。

【００６０】一方、磁極３はヨーク天板９、ヨーク１０
に固定している。このヨーク天板９は従来例でも述べた
様に、分厚い鉄で構成しているため、重力による撓みは
無視できる。即ち、円形加速器用電磁石１の中心Ｚ軸５
８と磁極３の中心軸とは一致する。

【００６１】これらにより、主コイル中心軸６０と円形
加速器用電磁石１の中心Ｚ軸５８とは図７に示す様にδ
ずれることになる。円形加速器用電磁石１の中心Ｚ軸を
基準とし、例えば取り出し半径で周方向に１周した分布
を評価すると、このずれδにより、図７の下図に示す様
に、１次のハーモニック磁界３５が発生する。

【００６２】回転ガントリー５０が回転しなければ、補
正コイル１７でこのまま補正すれば良いが、実際には回
転ガントリー５０は回転する。このため、円形加速器用
電磁石１の中心Ｚ軸５８を基準にすると主コイル５が左
記Ｚ軸に対し回転する様に見える。即ち、回転毎に１次
のハーモニック磁界の位相がずれる様に見える。このた
め、１次のハーモニック磁界を補正鉄板で補正すること
は不可能で、補正コイルで１次のハーモニック磁界を、
回転ガントリーの回転角に応じてアクティブに補正する
必要がある。

【００６３】このように補正を行うため、図８に示した
制御装置を用いる。図において、６４は回転ガントリー
５０の回転角θｇ（図６の５２）の検出装置であり、エ
ンコーダ等である。６６はこの回転ガントリー５０の回
転角θｇに基づき、補正コイル６８の電流値を決定し、
電源４０から出力される電流を制御する制御部、６８は
補正コイルである。

【００６４】回転ガントリー５０の回転角θｇに対応し
て、１次のハーモニック磁界の大きさを予め磁界測定等
で把握しておく。これにより、補正コイル６８の電流値
も決まる。回転ガントリー５０の回転角θｇから、制御
部６６は電源電流値を決定し、電源４０から出力電流値
を制御する。なお、上記例ではエンコーダ等により回転
角を実測すると述べたが、回転角は実測値ではなく、設
定値を用いても良い。

【００６５】実施の形態６ 図９は補正コイル１７の回転ガントリー５０の回転角θ
ｇに対応した電流を示した図である。上記実施の形態５
では、回転ガントリー５０の回転角θｇに応じて、アク
ティブに補正コイル６８の電流値を変化させると述べ
た。この補正コイル６８が主コイル５と磁極３間に配置
したコイル１７であると、特に取り出し半径近傍の磁界
を発生できるため、この位置の補正が容易になる。

【００６６】なお、円形加速器用電磁石のＺ軸が水平方
向に向くため、補正コイル１７のＺ軸も図９（ａ）に示
す様に水平方向を向く。また、図９（ｂ）は、コイル２
１、２２、２３、及び２７、２８、２９に分割された補
正コイルにおける回転ガントリー５０の回転角θｇに応
じた電流変化も示す。図９（ｂ）に示すコイル電流によ
り、回転ガントリー５０の回転角θｇに対応した１次の
ハーモニック磁界を発生させることができる。

【００６７】実施の形態７ 図１０は磁極表面補正コイルを配置した円形加速器用電
磁石の一部断面図である。図において、８０は磁極３と
ミッドプレーン１４間に配置した磁極表面補正コイルで
ある。実施の形態５では、主コイル５と磁極３間に配置
した補正用コイルについて述べたが、本実施の形態では
別の形状のコイルによる補正コイルついて述べる。図１
０に示す磁極表面補正コイル８０でも１次のハーモニッ
ク磁界を発生できる。この磁極表面補正コイル８０は、
図１３及び図１４に示すの磁極表面の補正コイル１３と
は異なる巻線方法になる。例えば図１４に示す磁極表面
の補正コイル１３は、等時性磁界の補正用であり、周方
向へは電流が変化しないとしていた。

【００６８】しかし、図１０に示す磁極表面コイル８０
は、図２に示す補正コイル１７と同様に、周方向にコイ
ルを分割し、周方向に電流が変化する様にコイル電流を
通電する。これにより、１次のハーモニック磁界を発生
できる。更に、回転ガントリー５０の回転角θｇ毎に周
方向に分割された各コイルの電流値を変化させる。これ
により、回転ガントリー５０の回転時に発生する１次ハ
ーモニック磁界をアクティブに補正できる。

【００６９】実施の形態８ 図１１は本実施の形態に係る加速空洞表面補正コイルの
図である。８２はヨーク天板９と加速空洞７の間に配置
した加速空洞表面コイルであり、８４はミッドプレーン
１４と加速空洞７の間に配置した加速空洞表面コイルで
ある。

【００７０】本実施の形態では上記各実施の形態とは異
なる別の形状のコイルについて述べる。図１１に示す様
に、加速空洞７近傍に配置した加速空洞表面コイル８
２，８４でも１次のハーモニック磁界を発生できる。こ
のコイルは、図１０に示した磁極表面コイル８０と同様
に、周方向に電流が変化する様にコイルを分割（図２
（ａ）を参照）し、コイル電流を通電する。これによ
り、ミッドプレーン１４上に１次のハーモニック磁界を
発生できる。

【００７１】更に、回転ガントリー５０の回転角θｇ毎
に周方向に分割されたコイル電流値を変化させる。これ
により、回転ガントリー５０の回転時に発生する１次ハ
ーモニック磁界を実施の形態と同様にアクティブに補正
する。

【００７２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、電磁石の中心
に注入されたビームを偏向させてビーム軌道面上を周回
させる磁界を発生させる主コイルと、ビーム軌道面上を
周回中にビ−ムに電界を与え、ビーム進行方向に加速す
る加速空洞と、前記ビームの周回方向に沿って前記加速
空洞と交互に配置される磁極を備え、前記磁極の外周と
前記主コイルとの間に補正コイルを挿入して円形加速器
用電磁石を構成したので、磁界を補正するための充分な
強度の磁界をビーム取り出し半径付近で発生させること
ができるという効果がある。

【００７３】請求項２の発明によれば、補正コイルを磁
極の周面方向に沿って複数に分割して挿入し、この分割
した補正コイルの少なくとも一部で電流値または電流方
向を異ならせるようしたので、容易に１次のハーモニッ
ク誤差磁界を補正できるという効果がある。

【００７４】請求項３の発明によれば、ビームの周回面
を対象面とし、この対象面を介して対向配置された第１
の補正コイル群と第２の補正コイル群間における補正コ
イルで電流値が同一の補正コイルを電流源に対して直列
接続したので、補正コイルの増加に拘わりなく電流源の
数を減少させることができるという効果がある。

【００７５】請求項４の発明によれば、補正コイルは円
筒状の巻枠にコイル巻線を巻回して形成した後に、円筒
内に磁極挿入させることで、円形加速度器用電磁に対す
る補正コイルの組み込みが容易になるという効果があ
る。

【００７６】請求項５の発明によれば、回転ガントリー
に搭載された際に、補正コイルの電流値を前記回転ガン
トリーの回転角度に応じて可変させる制御手段を備えた
ので、回転ガントリーの回転角に応じた１次のハーモニ
ック磁界をアクティブに補正できるという効果がある。

【００７７】請求項６の発明によれば、補正コイルを磁
極とビーム軌道面との間に配置したことで、回転ガント
リーの回転角に応じた１次のハーモニック磁界をアクテ
ィブに補正できるという効果がある。

【００７８】請求項７の発明によれば、補正コイルを加
速空洞表面近傍に配置したことで、回転ガントリーの回
転角に応じた１次のハーモニック磁界をアクティブに補
正できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項１の円形加速器用電磁石の断
面図である。

【図２】 本発明の請求項２の補正コイルの図である。

【図３】 本発明の請求項２の補正コイルが発生する磁
界である。

【図４】 本発明の請求項３の補正コイルの電源との結
線図である。

【図５】 本発明の請求項４の補正コイルの組立法の図
である。

【図６】 本発明の請求項５の円形加速器用電磁石の斜
視図である。

【図７】 本発明の請求項５の誤差磁界発生の説明図で
ある。

【図８】 本発明の請求項５の構成図である。

【図９】 本発明の請求項６の補正コイルと補正コイル
に流れる電流波形図である。

【図１０】 本発明の請求項７の円形加速器用電磁石の
断面図である。

【図１１】 本発明の請求項８の円形加速器用電磁石の
断面図である。

【図１２】 従来の発明の円形加速器用電磁石の斜視図
である。

【図１３】 従来の発明の円形加速器用電磁石の断面図
である。

【図１４】 従来の発明の円形加速器用電磁石の断
面図である。

【図１５】 従来の発明の円形加速器用電磁石の斜視図
である。

【図１６】 従来の発明の円形加速器用電磁石の斜視図
である。

【符号の説明】

１ 電磁石、３ 磁極、５ 主コイル、６ Ｚ軸、７
加速空洞、１１ 磁極外周部、１３ 磁極面補正コイ
ル、１４ ミッドプレーン、１５ 加速空洞部補正コイ
ル（１）、１６ 加速空洞部補正コイル（２）、１７
補正コイル、２０円周方向、３５ １次ハーモニック磁
界、３６ ２次ハーモニック磁界、４２巻枠、４４ コ
イル巻線、５０ 回転ガントリー、５２ 回転ガントリ
ーの回転角θｇ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁石の中心に注入されたビームを偏向
   させてビーム軌道面上を周回させる磁界を発生させる主
   コイルと、ビーム軌道面上を周回中にビ−ムに電界を与
   え、ビーム進行方向に加速する加速空洞と、前記ビーム
   の周回方向に沿って前記加速空洞と交互に配置される磁
   極を備え、前記磁極の外周と前記主コイルとの間に補正
   コイルを挿入したことを特徴とする円形加速器用電磁
   石。
2. 【請求項２】 補正コイルを磁極の周面方向に沿って複
   数に分割して挿入し、この分割した補正コイルの少なく
   とも一部で電流値または電流方向を異ならせたことを特
   徴とする請求項１に記載の円形加速器用電磁石。
3. 【請求項３】 ビームの周回面を対称面とし、この対称
   面を介して対向配置された第１の補正コイル群と第２の
   補正コイル群との間で電流値が同一の補正コイルを電流
   源に対して直列接続したことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の円形加速器用電磁石。
4. 【請求項４】 補正コイルは円筒状の巻枠にコイル巻線
   を巻回して形成した後に、円筒内に磁極挿入させること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円形
   加速器用電磁石。
5. 【請求項５】 回転ガントリーに搭載された際に、補正
   コイルの電流値を前記回転ガントリーの回転角度に応じ
   て可変させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれかに記載の円形加速器用電磁石。
6. 【請求項６】 補正コイルは磁極面とビーム軌道面との
   間に配置したことを特徴とする請求項５に記載の円形加
   速器用電磁石。
7. 【請求項７】 補正コイルは加速空洞表面近傍に配置し
   たことを特徴とする請求項５に記載の円形加速器用電磁
   石。