JP3064344B2 - Charged particle injection method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷電粒子が周回する軌道（以下閉軌道とい
う）をもつ円形加速器に荷電粒子を入射する荷電粒子入
射方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a charged particle injection method for injecting charged particles into a circular accelerator having an orbit around which charged particles orbit (hereinafter referred to as a closed orbit).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体パターン露光や医療での利用などのため
に小形の円形加速器が用いられている。このような従来
の円形加速器では、月刊フイジクス「加速器物理学
（３）」の４〜11頁において論じられている多重回転入
射法を用いて荷電粒子を入射していた。In recent years, small circular accelerators have been used for semiconductor pattern exposure, medical applications, and the like. In such a conventional circular accelerator, charged particles are incident using the multiple rotation incidence method discussed on pages 4 to 11 of the monthly physics “Accelerator Physics (3)”.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術では、荷電粒子が周回する真空ダクトの
閉軌道と垂直な断面（以下真空ダクト断面とは、特別な
断わり書きがない限り閉軌道と垂直な断面をさす）にお
いて、入射器から入射される荷電粒子の範囲（言い替え
れば周回している荷電粒子の通過領域）が、出射口の位
置から真空ダクトの幾何学上の中心閉軌道を挾んで反対
側の前記出射口の位置に対応する位置まで直線領域に限
られていた。そのために、入射する荷電粒子数を増加
し、大電流化するたるには、真空ダクトを大型化する必
要がある。真空ダクトを大型化すると、荷電粒子を周回
させるための各種電磁石が大型化し、円形加速器全体も
大型化する問題がある。In the above-described conventional technology, charged particles are injected from an injector in a section perpendicular to the closed orbit of a vacuum duct orbiting (hereinafter, the section of the vacuum duct is a section perpendicular to the closed orbit unless otherwise specified). (In other words, the passing area of the orbiting charged particles) that corresponds to the position of the outlet on the opposite side of the geometric closed center orbit of the vacuum duct from the position of the outlet. Up to the linear region. Therefore, in order to increase the number of incident charged particles and increase the current, it is necessary to increase the size of the vacuum duct. When the size of the vacuum duct is increased, various electromagnets for orbiting the charged particles are increased in size, and there is a problem that the entire circular accelerator is also increased in size.

また従来技術では、出射口から真空ダクトに入射され
る荷電粒子の入射位置とその軌道勾配が、その時の出射
口における円形加速器に設定されている閉軌道の位置と
軌道勾配に一致している必要がある。しかし、実際に設
定される円形加速器の閉軌道には、設計や制御誤差など
があり、一致させることは困難であり目標通りの電流値
を得ることができない。即ち、大電流化を図ることが難
しく、しかも目標通りの電流値になるべく近づけるため
の煩雑な調整が必要であるという問題があつた。In the prior art, the incident position and the orbital gradient of the charged particles entering the vacuum duct from the exit port need to match the closed orbital position and the orbital gradient set in the circular accelerator at the exit port at that time. There is. However, the closed orbit of the circular accelerator actually set includes design and control errors and the like, and it is difficult to make them coincide with each other, and it is not possible to obtain a target current value. That is, there is a problem that it is difficult to increase the current, and it is necessary to perform a complicated adjustment to make the current value as close to the target as possible.

本発明の第１の目的は、真空ダクトなどの装置を大型
化しなくても大電流の荷電粒子を入射できる荷電粒子入
射方法を提供することにある。A first object of the present invention is to provide a charged particle incident method capable of injecting a large amount of charged particles without increasing the size of a device such as a vacuum duct.

本発明の第２の目的は、煩雑な調整をしなくても荷電
粒子を入射できる荷電粒子入射方法を提供することにあ
る。A second object of the present invention is to provide a charged particle incident method capable of injecting charged particles without complicated adjustment.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記第１及び第２の目的を達成する本発明の第１の特
徴は、入射終了時点で荷電粒子の進行方向に垂直な方向
における各荷電粒子の閉軌道がずれるように、荷電粒子
入射中に各荷電粒子の閉軌道を制御することにある。The first feature of the present invention that achieves the first and second objects is that the charged orbits are closed during injection so that the closed orbits of the charged particles in the direction perpendicular to the traveling direction of the charged particles are shifted at the end of the injection. The purpose is to control the closed orbit of each charged particle.

また、上記第１の目的を達成する本発明の第２の特徴
は、荷電粒子の進行方向に垂直でかつ閉軌道面に水平な
方向における荷電粒子の中心閉軌道を移動させるステッ
プと、荷電粒子の進行方向に垂直でかつ閉軌道面に垂直
な方向における荷電粒子の中心閉軌道を移動させるステ
ップとを、交互に行うことにある。A second feature of the present invention that achieves the first object is that the charged particle moves in a center closed orbit in a direction perpendicular to the traveling direction of the charged particle and horizontal to the closed orbit plane; And moving the center closed trajectory of the charged particle in a direction perpendicular to the direction of travel and perpendicular to the closed trajectory plane.

〔作用〕 本発明の第１の特徴によれば、各荷電粒子の閉軌道が
ずれるように各荷電粒子の閉軌道を制御するため、荷電
粒子の通過領域を広げることができる。よって、真空ダ
クトなどの装置を大型化しなくても大電流の荷電粒子を
入射できる。[Operation] According to the first feature of the present invention, since the closed trajectory of each charged particle is controlled so that the closed trajectory of each charged particle is shifted, the passage area of the charged particle can be expanded. Therefore, charged particles of a large current can be incident without increasing the size of a device such as a vacuum duct.

更に、本発明の第１の特徴によれば、各荷電粒子の閉
軌道がずれるように各荷電粒子の閉軌道を制御するた
め、荷電粒子の通過領域を広げることができ、その分だ
け入射器に衝突する荷電粒子が少なくなる。そのため、
出射口の位置やその勾配に多少のずれがあっても、その
影響は小さくなる。よって、煩雑な調整をしなくても荷
電粒子を入射できる。Further, according to the first feature of the present invention, since the closed orbit of each charged particle is controlled so that the closed orbit of each charged particle is shifted, the passage area of the charged particle can be expanded, and the injector The number of charged particles colliding with is reduced. for that reason,
Even if there is a slight shift in the position of the emission port or its gradient, the effect is reduced. Therefore, charged particles can be incident without complicated adjustment.

また、本発明の第２の特徴によれば、荷電粒子の進行
方向に垂直な２方向に対して荷電粒子の中心閉軌道の移
動を交互に行うため、荷電粒子の通過領域を平面的に広
げることができる。よって、真空ダクトなどの装置を大
型化しなくても大電流の荷電粒子を入射できる。According to the second feature of the present invention, since the center of the charged particle is moved alternately in two directions perpendicular to the traveling direction of the charged particle, the passage area of the charged particle is expanded in a plane. be able to. Therefore, charged particles of a large current can be incident without increasing the size of a device such as a vacuum duct.

上記本発明の第１及び第２の特徴の具体的な例につい
て以下に説明する。Specific examples of the first and second features of the present invention will be described below.

第１図は、本発明における円形加速器の一実施例を示
したものである。円形加速器は、前段加速器30,前段加
速器30からの荷電粒子９をビーム輸送系32を介して真空
ダクト５に入射する入射器１、入射された荷電粒子にエ
ネルギーを付与する高周波加速空胴15、荷電粒子９を周
回させるために荷電粒子９の軌道を曲げる偏向電磁石1
3、荷電粒子９が発散しないように荷電粒子を収束させ
る４極電磁石14、本発明の特徴部である閉軌道移動装置
８及びこれらを制御する制御部から構成されている。前
述したように、荷電粒子の周回軌道を閉軌道と呼ぶ。ま
た、荷電粒子が周回中に偏向電磁石13や４極電磁石14な
どで設定されている荷電粒子の閉軌道を中心閉軌道と呼
び、個々の荷電粒子の閉軌道とは区別する。荷電粒子
は、一般的に第１図の破線で示すように中心閉軌道のま
わりを振動しながら周回する。この振動ベータトロン振
動という。更に、第１図に示すように直交座標x,sをと
ると、ｓ方向は荷電粒子９の周回方向、xs平面は荷電粒
子の閉軌道面となる。また、ｙ方向をxs平面の直交軸と
定義する。FIG. 1 shows an embodiment of a circular accelerator according to the present invention. The circular accelerator comprises a pre-accelerator 30, an injector 1 for injecting charged particles 9 from the pre-accelerator 30 into the vacuum duct 5 via a beam transport system 32, a high-frequency accelerating cavity 15 for applying energy to the incident charged particles, Bending electromagnet 1 that bends the trajectory of charged particles 9 to orbit charged particles 9
3. It comprises a quadrupole electromagnet 14 for converging the charged particles 9 so that the charged particles 9 do not diverge, a closed orbit moving device 8 which is a feature of the present invention, and a control unit for controlling these devices. As described above, the orbit of a charged particle is called a closed orbit. The closed trajectory of the charged particles set by the bending electromagnet 13 and the quadrupole electromagnet 14 while the charged particles are orbiting is called a center closed trajectory, and is distinguished from the closed trajectories of the individual charged particles. The charged particles generally circulate while oscillating around a closed central trajectory as shown by a broken line in FIG. This oscillation is called betatron oscillation. Further, when orthogonal coordinates x and s are taken as shown in FIG. 1, the s direction is the orbital direction of the charged particle 9, and the xs plane is the closed orbit plane of the charged particle. The y direction is defined as an orthogonal axis of the xs plane.

入射できる荷電粒子数即ち電流値は、真空ダクト断面
において荷電粒子が通過できる面積に依存する。従来技
術のように一元的に入射される場合は、ベータトロン振
動が発生している方向の通過領域の長さ言い替えればベ
ータトロン振動の振幅の２乗に比例する。従つて、本発
明はこの通過できる面積である通過領域を拡大する。入
射時において、荷電粒子は、ある塊を持つてある一定時
間、入射器の出射口から連続して真空ダクトに入射され
る。この時にベータトロン振動が発生し、その最大振幅
は、入射器の出射口とその時の中心閉軌道との距離とな
る。従来技術では、出射口付近の中心閉軌道を第２図に
示す出射口Ａから幾何学的中心軌道Ｏまで徐々に変化さ
せて荷電粒子を入射していた。このため、従来技術では
ベータトロン振動の振幅は中心閉軌道の移動と共に徐々
に大きくなる。従つて、入射完了時の荷電粒子のベータ
トロン振動は、入射当初の小さいものから完了直前に入
射された最大のものまで広がる。またベータトロン振動
の一周あたり振動数は整数ではないから、荷電粒子はあ
る真空ダクト断面において、様々な通過位置を通る。こ
の結果、荷電粒子の通過領域は、ベータトロン振動の最
大振幅である出射口Ａから幾何学的中心軌道Ｏまで距離
１の２倍、すなわち第２図に示す直線ACとなる。The number of charged particles that can be incident, that is, the current value, depends on the area through which charged particles can pass in the vacuum duct cross section. When the incident light is unitarily incident as in the prior art, the length of the passing region in the direction in which the betatron oscillation is generated is in proportion to the square of the amplitude of the betatron oscillation. Therefore, the present invention enlarges the passing area, which is the area that can pass. At the time of incidence, the charged particles enter the vacuum duct continuously from the exit of the injector for a certain period of time having a certain mass. At this time, betatron oscillation occurs, and its maximum amplitude is the distance between the exit of the injector and the closed center orbit at that time. In the prior art, charged particles are incident while gradually changing the center closed orbit near the exit from the exit A shown in FIG. 2 to the geometric center orbit O. For this reason, in the related art, the amplitude of the betatron oscillation gradually increases as the center closed orbit moves. Therefore, the betatron oscillation of the charged particles at the time of the completion of the injection spreads from the small one at the beginning of the injection to the largest one injected just before the completion. In addition, since the frequency of one rotation of the betatron oscillation is not an integer, charged particles pass through various passage positions in a certain vacuum duct cross section. As a result, the passage area of the charged particles is twice the distance 1 from the exit A, which is the maximum amplitude of the betatron oscillation, to the geometric center orbit O, that is, the straight line AC shown in FIG.

上記本発明の第１の特徴の具体的な例として、荷電粒
子を加減速することにより荷電粒子の閉軌道を制御する
場合について以下に説明する。入射される荷電粒子は、
偏向電磁石５の向心力との関係で、高エネルギーあるい
は高速度の荷電粒子ほど外側の軌道を描こうとし、逆に
低エネルギーあるいは低速度の荷電粒子ほど内側の軌道
を描こうとする。従つて、荷電粒子を加減速することに
よつて荷電粒子の閉軌道を変えることができる。この結
果、荷電粒子はベータトロン振動による位置の変化に加
えて加減速による閉軌道の変化が重畳されるから、前記
直線領域BCを通過できるようになる。以上のように、荷
電粒子を真空ダクト幅近くまで加減速、言い替えれば真
空ダクト幅に対応するように荷電粒子のエネルギー分散
を拡大することにより、従来入射できなかつた入射器の
出射口の反対側領域まで荷電粒子を入射できる。この結
果電流値を大きくすることができる。特に不規則に加減
速すれば、真空ダクト断面の各通過位置に対する荷電粒
子の通過割合は等しくなる。言い替えれば一様に荷電粒
子を通過させることができるから、それだけ多数の荷電
粒子を入射できる。また、以上の説明からわかるように
ベータトロン振動の振幅を拡大しても同様な正な効果を
期待できる。As a specific example of the first feature of the present invention, a case where the closed trajectory of the charged particle is controlled by accelerating and decelerating the charged particle will be described below. The incident charged particles are
In relation to the centripetal force of the bending electromagnet 5, the higher the energy or the higher the speed of the charged particles, the more the outer trajectory is drawn. On the contrary, the lower the energy or the low speed of the charged particles, the inner trajectory is drawn. Accordingly, the closed trajectory of the charged particle can be changed by accelerating or decelerating the charged particle. As a result, the charged particle is allowed to pass through the linear region BC because the change in the closed trajectory due to acceleration / deceleration is superimposed on the change in position due to the betatron oscillation. As described above, the charged particles are accelerated or decelerated to near the vacuum duct width, in other words, by expanding the energy dispersion of the charged particles to correspond to the vacuum duct width, the opposite side of the exit of the injector which has not been able to be incident conventionally. Charged particles can be incident to the region. As a result, the current value can be increased. In particular, if irregular acceleration / deceleration is performed, the passage ratio of the charged particles to each passage position in the vacuum duct cross section becomes equal. In other words, since the charged particles can be uniformly transmitted, a larger number of charged particles can be incident. Further, as can be understood from the above description, a similar positive effect can be expected even if the amplitude of the betatron oscillation is increased.

次に、上記本発明の第２の特徴の具体的な例について
説明する。荷電粒子の閉軌道を真空ダクト断面において
二次元的に走査することにより、荷電粒子を通過領域を
平面に拡大できるので、従来の一元的な入射装置に比べ
て入射電流を大きくすることができる。入射可能な電流
値は、前述したようにベータトロン振動が発生している
方向の通過領域の長さの２乗に比例する。従つて、二次
元的な走査の方法により例えばｘ−ｙ面内のx,y方向に
ベータトロン振動が発生すればそれぞれのベータトロン
振動が発生している方向の通過領域の長さの２乗の積
に、入射可能な電流値は比例する。一方、ベータトロン
振動が一方向しか発生しないときは、その方向の通過領
域の長さの２乗の他方の幅を掛けたものが入射可能な電
流値となる。Next, a specific example of the second feature of the present invention will be described. By scanning the closed trajectory of the charged particles two-dimensionally in the cross section of the vacuum duct, the region through which the charged particles pass can be enlarged to a plane, so that the incident current can be increased as compared with a conventional unitary injection device. As described above, the current value that can be incident is proportional to the square of the length of the passage area in the direction in which the betatron oscillation occurs. Therefore, for example, if betatron oscillations are generated in the x, y directions in the xy plane by a two-dimensional scanning method, the square of the length of the passing region in the direction in which each betatron oscillation is generated. Is proportional to the product of. On the other hand, when the betatron oscillation occurs in only one direction, the current value that can be incident is obtained by multiplying the square of the length of the passing region in that direction by the other width.

なお、前述したように、従来技術では、出射口の位置
やその勾配が設計からずれたとした場合、入射された荷
電粒子のベータトロン振動の振幅が大きくなる。入射さ
れた荷電粒子が周回して再び入射器の位置まで来たと
き、閉軌道は内側に移動させるが、ベータトロン振動の
振幅が大きくなつた分だけ入射器に衝突する荷電粒子数
が多くなる。また、閉軌道の移動速度を遅くすれば、そ
れだけ入射器に衝突する荷電粒子数が多くなり、総合的
には入射できる荷電粒子の数は多くならない。さらに、
閉軌道が中心閉軌道になつた後の時間を長くしても、そ
の後入射される荷電粒子の多く入射器に衝突してしまい
結局入射できる荷電粒子の数は多くならない。一方、前
述の第１の特徴の具体的な例によれば、出射口の位置や
その勾配が設計からずれてベータトロン振動の振幅が大
きくなつたとしても、荷電粒子の通過領域が広がるの
で、その分だけ入射器に衝突する荷電粒子が少なくな
り、多少時間を長くすれば、通過可能領域を通過する荷
電粒子数が多くなる。この結果、多少の出射口の位置や
その勾配にずれがあつても、その影響は小さくなる。従
つて、出射口の煩雑な調整をしなくても容易に荷電粒子
を入射できる。Note that, as described above, in the related art, if the position of the exit port and the gradient thereof deviate from the design, the amplitude of the betatron oscillation of the incident charged particles increases. When the injected charged particles orbit and return to the position of the injector, the closed orbit moves inward, but the number of charged particles colliding with the injector increases as the amplitude of the betatron oscillation increases. . Also, if the moving speed of the closed trajectory is reduced, the number of charged particles colliding with the injector increases, and the number of charged particles that can be incident does not increase as a whole. further,
Even if the time after the closed orbit becomes the central closed orbit is lengthened, a large number of charged particles subsequently incident collide with the injector and eventually the number of charged particles that can be incident does not increase. On the other hand, according to the specific example of the first feature described above, even if the position of the exit port and the gradient thereof deviate from the design and the amplitude of the betatron oscillation increases, the passage area of the charged particles expands. The number of charged particles colliding with the injector is reduced by that much, and if the time is somewhat lengthened, the number of charged particles passing through the passable area increases. As a result, even if there is a slight shift in the position of the emission port or its gradient, the effect is reduced. Therefore, charged particles can be easily incident without complicated adjustment of the exit.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図に本発明の第１の目的及び第２の目的を達成す
る本発明の実施例を示す。本実施例は、第１の目的を達
成する第１の手段を基本にしたものである。第１図は、
荷電粒子である電子を入射し、加速，蓄積する円形加速
器の磁石配置を示している。１は、電子ビーム（以下単
にビームと呼ぶ）の入射器で、13は偏向電磁石、14は４
極電磁石、15は高周波加速空胴である。また、16は、1
3,14,15の装置の電源及び制御部である。入射器１から
入射されたビーム９は、真空ダクト中心と一致した閉軌
道5₂（以下真空ダクトの幾何学上の中心閉軌道と呼ぶ）
の周囲をベータトロン振動しながら周回するが、周回の
過程で４極電磁石14により閉軌道が安定に保たれるとと
もに、偏向電磁石13で周回できるように偏向される。入
射完了後には、ビーム９は、偏向電磁石13、４極電磁石
14の磁場強度に協調して制御された高周波加速空胴15か
らエネルギーを与えられて、低エネルギーから高エネル
ギーまで加速される。この制御をシンクロトロン加速と
いう。ビーム９がある所望のエネルギーに達したら一定
のエネルギーで周回し、蓄積される。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention which achieves the first and second objects of the present invention. This embodiment is based on the first means for achieving the first object. Figure 1
The magnet arrangement of a circular accelerator for injecting, accelerating and accumulating electrons as charged particles is shown. 1 is an injector for an electron beam (hereinafter simply referred to as a beam), 13 is a bending electromagnet, 14 is 4
The pole electromagnet 15 is a high-frequency accelerating cavity. Also, 16 is 1
These are the power supplies and control units of the devices 3, 14, and 15. Beam 9 incident from the injector 1, (referred to as geometric center closed orbit below the vacuum duct) closed orbit 5 ₂ that matches the vacuum duct center
Is orbited with betatron oscillation around it. In the course of the orbit, the closed orbit is kept stable by the quadrupole electromagnets 14 and deflected by the deflection electromagnets 13 so as to be able to orbit. After the injection is completed, the beam 9 is turned into a bending electromagnet 13, a quadrupole electromagnet.
Energy is given from the high-frequency accelerating cavity 15, which is controlled in cooperation with the magnetic field strength of 14, and is accelerated from low energy to high energy. This control is called synchrotron acceleration. When the beam 9 reaches a certain desired energy, it circulates at a constant energy and is stored.

次に、本発明の特徴である入射時の動作について詳細
に説明する。本実施例の場合は、中心閉軌道は入射時当
初から真空ダクト５の幾何学上の中心閉軌道とほぼ一致
するように設定されている。この状態でビーム９が入射
器１から入射直後に配置された４極電磁石14に向かつて
入射される。入射されたビーム９は、その４極電磁石14
によつて拘束され、その後偏向電磁石13に求心力を受
け、半円状の軌道を描き周回軌道を採るようになる。こ
の時、周回軌道を採るようになつたビーム９は、前述し
たように出射口から中心閉軌道の距離に対応する振幅を
持つたベータトロン振動を採る。このようにしてビーム
９は、一定時間連続的に入射される。また、ビーム９は
第２図に示すようにある幅を持つ団子状態で入射される
から、ベータトロン振動の振幅もその幅に対応してある
広がりを持つている。ベータトロン振動しながら周回し
ているビーム９は、閉軌道移動装置17₀によりエネルギ
ーを受け周回方向に加減速される。作用の項で説明した
ように、加速されたビームについては、偏向電磁石13で
の偏向半径が大きくなるため閉軌道は、第１図の外側、
即ち、第２図の入射器側へ移動し、減速されたビームの
閉軌道は、第１図の内側、即ち、第２図の入射器の反対
側へ移動する。従つて、ビームを加減速することによつ
てビームの閉軌道を変えることができる。この結果、ビ
ームはベータトロン振動による閉軌道の変化に加えて加
減速による閉軌道の変化が重畳されるから、ビームの閉
軌道は第１図のs,x軸を含む面（水平面内）で移動し、
前記直線領域BCを通過できるようになる。以上のよう
に、ビームを真空ダクト幅近くまで加減速、言い替えれ
ば真空ダクト幅に対応するように荷電粒子即ち電子のエ
ネルギー分散を拡大することにより、従来入射できなか
つた入射器の出射口の反対側領域までビームを入射でき
る。この結果電流値を大きくすることができる。特に不
規則に加減速すれば、真空ダクト断面の各通過位置に対
するビームの通過割合は等しくなる、言い替えれば一様
にビームを通過させることができるから、それだけ多数
の荷電粒子、本実施例では電子を入射できる。本実施例
の場合、当然直線領域BCの反対側にある入射器１に衝突
して失われるビームもあるが、連続して入射する時間を
多少長くすることが総合的には入射する電子数を多くす
ることができる。この理由を、理解しやすい不規則に加
減速する場合を例にして説明する。不規則に加減速すれ
ば、入射する時間を多少長くすることで一様にビームを
通過させることができる。この結果、失われる電子は入
射器１があるところを通過するものであるから、その他
の通過領域を長さに比例した分だけ結局電子数を多く入
射することができる。通常、直線領域ABに対する直線領
域ACの長さの比は1.4倍程度であるから従来に比べた約
２倍の電流値をとることができる。Next, the operation at the time of incidence, which is a feature of the present invention, will be described in detail. In the case of this embodiment, the center closed trajectory is set so as to substantially coincide with the geometric center closed trajectory of the vacuum duct 5 from the beginning at the time of incidence. In this state, the beam 9 is incident from the injector 1 toward the quadrupole electromagnet 14 disposed immediately after the incidence. The incident beam 9 is transmitted to the quadrupole electromagnet 14
Then, the bending electromagnet 13 receives a centripetal force and draws a semi-circular trajectory to take a orbit. At this time, the beam 9 that has taken the orbit takes betatron oscillation having an amplitude corresponding to the distance of the center closed orbit from the exit port as described above. Thus, the beam 9 is continuously incident for a certain period of time. Further, since the beam 9 is incident in the state of a dumpling having a certain width as shown in FIG. 2, the amplitude of the betatron oscillation also has a certain spread corresponding to the width. Beam 9 orbiting with betatron oscillation is accelerated or decelerated in the circumferential direction receiving energy by closed orbit mobile device 17 _0. As described in the section of the operation, for the accelerated beam, since the deflection radius at the bending electromagnet 13 is large, the closed orbit is outside of FIG.
That is, the closed trajectory of the beam moved to the injector side in FIG. 2 and decelerated moves to the inside of FIG. 1, that is, to the opposite side of the injector in FIG. Accordingly, the closed trajectory of the beam can be changed by accelerating or decelerating the beam. As a result, in the beam, the change in the closed trajectory due to acceleration / deceleration is superimposed on the change in the closed trajectory due to the betatron oscillation. Therefore, the closed trajectory of the beam is in the plane (in the horizontal plane) including the s and x axes in FIG. Move,
It can pass through the straight area BC. As described above, the beam is accelerated or decelerated to near the vacuum duct width. The beam can be incident to the side region. As a result, the current value can be increased. In particular, if acceleration and deceleration are performed irregularly, the passing ratio of the beam to each passing position of the vacuum duct cross section becomes equal, in other words, the beam can be passed uniformly, so that a large number of charged particles, in this embodiment, electrons Can be incident. In the case of the present embodiment, there is naturally a beam that is lost by colliding with the injector 1 on the opposite side of the linear region BC, but it is necessary to lengthen the time of continuous incidence to generally reduce the number of incident electrons. You can do much. The reason for this will be described with reference to an example in which the acceleration and deceleration are irregularly easy to understand. If acceleration and deceleration are performed irregularly, the beam can be made to pass uniformly by slightly increasing the incident time. As a result, since the lost electrons pass through the place where the injector 1 is located, the number of electrons can eventually be increased by an amount proportional to the length in other passing regions. Normally, the ratio of the length of the straight area AC to the length of the straight area AB is about 1.4 times, so that the current value can be about twice as large as that of the related art.

次に、本実施例で第２の目的を如何に達成できるかを
説明する。上述したように、本実施例では故意にビーム
を加減速して通過領域を拡大している。上述した第１の
手段で説明したように荷電粒子を加減速、特に不規則に
加減速すれば、出射口の位置やその勾配が設計からずれ
てベータトロン振動の振幅が大きくなつたとしても、荷
電粒子の通過領域が広がるので、その分だけ入射器に衝
突する荷電粒子が少なくなり、多少時間を長くすれば、
通過可能領域を通過する荷電粒子数が多くなる。その結
果、多少の出射口の位置やその勾配にずれがあつても、
その影響は小さくなる。従つて、本発明によれば、出射
口の煩雑な調整をしなくても容易に荷電粒子ビームを入
射できる。Next, how the second object can be achieved in this embodiment will be described. As described above, in this embodiment, the passing area is expanded by intentionally accelerating or decelerating the beam. If the charged particles are accelerated / decelerated, particularly irregularly accelerated / decelerated as described in the above-described first means, even if the position of the exit port and its gradient deviate from the design and the amplitude of the betatron oscillation increases, Since the passage area of charged particles expands, the number of charged particles colliding with the injector decreases by that much, and if the time is lengthened somewhat,
The number of charged particles passing through the passable region increases. As a result, even if there is some deviation in the position of the exit port or its gradient,
The effect is reduced. Therefore, according to the present invention, a charged particle beam can be easily incident without complicated adjustment of the exit.

第３図（ａ）は周回方向であるｓ方向から、真空ダク
ト５に設置された平行平板電極20を示した図、第３図
（ｂ）は同部分をｘ方向からみた図である。第４図は、
閉軌道移動装置17₀の制御装置16のブロツク図を示す図
である。制御装置16は、電源部161と制御部162から構成
される。制御部162の制御信号163より電源部のノイズジ
エネレータ164の発信の開始や停止が制御される。加減
速をしたときの実施例を示す図である。ノイズジエネレ
ータ164は、不規則な信号を出力し、その出力は増幅器
に入力され、その出力が真空ダクト５の中に設置したそ
れぞれ平行平板電極20に印加されるようになつている。
従つて、二つの平行平板電極20には同一電圧が印加され
る。平行平板電極20各々に同一電圧を印加することか
ら、第３図に示すように平行平板電極20に挾まれる領域
で（点Ｍ付近）には電界は発生しないが、平行平板20の
ビーム周回方向端部では電極20と真空ダクト５の間には
ビーム周回方向の電界が発生する。発生する電界の向き
及び大きさはノイズジエネレータ164に不規則に制御さ
れる。電子は負の電荷を有しているからビームは、電界
方向が周回方向と同一のときは加速され、反対の時は減
速される。平行平板電極20に加える信号は、第３図のＧ
から加え、信号は電極をほぼ光速で伝搬するためビーム
は平行平板電極20入り口端と出口端で同じ方向の電界を
感じる。このビームに電界を加える装置としては、必ず
しも平行平板電極である必要はなく線状電極でもかまわ
ない。なお、第３図においてZLは、負荷抵抗である。FIG. 3 (a) is a diagram showing the parallel plate electrode 20 installed in the vacuum duct 5 from the s direction which is the circumferential direction, and FIG. 3 (b) is a diagram of the same portion viewed from the x direction. FIG.
Shows a block diagram of a control device 16 of the closed orbit mobile device 17 _0. The control device 16 includes a power supply unit 161 and a control unit 162. The start and stop of transmission of the noise generator 164 of the power supply unit are controlled by the control signal 163 of the control unit 162. It is a figure showing an example at the time of accelerating / decelerating. The noise generator 164 outputs an irregular signal, the output of which is input to the amplifier, and the output is applied to each of the parallel plate electrodes 20 installed in the vacuum duct 5.
Therefore, the same voltage is applied to the two parallel plate electrodes 20. Since the same voltage is applied to each of the parallel plate electrodes 20, no electric field is generated in the region sandwiched between the parallel plate electrodes 20 (around the point M) as shown in FIG. At the end in the direction, an electric field is generated between the electrode 20 and the vacuum duct 5 in the beam circling direction. The direction and magnitude of the generated electric field are irregularly controlled by the noise generator 164. Since the electrons have a negative charge, the beam is accelerated when the direction of the electric field is the same as the circling direction and decelerated when the direction is opposite. The signal applied to the parallel plate electrode 20 is represented by G in FIG.
In addition, since the signal propagates through the electrode at almost the speed of light, the beam feels an electric field in the same direction at the entrance end and the exit end of the parallel plate electrode 20. A device for applying an electric field to the beam is not necessarily a parallel plate electrode, but may be a linear electrode. In FIG. 3, ZL is a load resistance.

平行平板電極20に印加する電圧の大きさ、符号を時間
的に不規則に変化させ、加速，減速を行う電界の方向、
強度を変化させれば、ビームの閉軌道位置も不規則に変
化する。電界の変化量は、入射したビームが加速器を一
周する間に受けるエネルギー変化を小さく抑える程度に
するが、一方エネルギーが変化した時に生じる閉軌道位
置の変化によりビームの入射器への衝突を避け得る程度
の大きさにする。このような電界を平行平板電極20から
印加した時、ビームの閉軌道は、入射直後は第２図に示
す真空ダクトの幾何学中心にあるが、入射開始後ビーム
のエネルギーをわずかに増加もしくは減少させることの
繰り返しにより、ビームの閉軌道は真空ダクトの幾何学
中心からずれていく。この過程で、閉軌道位置が入射器
側に大きくずれたビームについては入射器電極1₁に衝突
し失われるが、入射器と反対側には入射器側に比べ多く
のビームを周回させ得る広がりがあり、継続的にビーム
を入射することにより、ビームを入射器の反対側の真空
ダクト壁5₁近傍から入射器１の電極1₁位置の領域まで周
回させることができる。従つて、ビーム入射開始後充分
時間が経過した後平行平板電極20への電圧の印加を停止
することにより大電流の入射を完了する。上記でビーム
の一周ごとのエネルギー変化が大きい場合には、閉軌道
位置の変化量が大きくなるとともにベータトロン振動振
幅が過大になるビームが増加するため、ビームロスが多
くなる。そのため、前述のようにビームの一周ごとのエ
ネルギー変化を小さく抑えている。The direction of the electric field for accelerating and decelerating the magnitude and sign of the voltage applied to the parallel plate electrode 20 irregularly in time,
If the intensity changes, the closed orbit position of the beam also changes irregularly. The amount of change in the electric field is such that the change in energy that the incident beam undergoes during one round of the accelerator is small, but the change in the closed orbital position that occurs when the energy changes can avoid collision of the beam with the injector. Make it about the size. When such an electric field is applied from the parallel plate electrode 20, the closed trajectory of the beam is at the geometric center of the vacuum duct shown in FIG. 2 immediately after the incidence, but the energy of the beam slightly increases or decreases after the start of the incidence. By repeating this, the closed trajectory of the beam shifts from the geometric center of the vacuum duct. In this process, it spreads the beam closed orbit position greatly deviates the incident-side is lost collide with the injector electrode 1 _1, on the opposite side of the injector is capable of circulating many beams as compared to the incident-side There are, by entering the continuous beam, it is possible to circulate the beam to the region of the electrode 1 ₁ position of the injector 1 from the vacuum duct wall 5 ₁ near the opposite side of the injector. Therefore, the application of the voltage to the parallel plate electrode 20 is stopped after a sufficient time has elapsed after the start of the beam incidence, thereby completing the injection of the large current. In the case where the energy change for each round of the beam is large, the amount of change in the closed orbital position becomes large and the number of beams whose betatron oscillation amplitude becomes excessive increases, so that the beam loss increases. For this reason, as described above, the energy change per one round of the beam is suppressed to be small.

次に、加減速する閉軌道移動装置17の第２の実施例を
説明する。第２の実施例では、第１図と同じ円形加速器
で閉軌道移動装置17として第５図の共振型空胴17₁を用
いる。第５図の共振型胴17₁は、制御装置16内の交流電
源166から印加される周波数_ｃの交流電圧によつて、
同図に示すように周回方向に交番電界を、xy平面内に交
番磁界を発生する。従つて、この交番電界によりビーム
９は、共振型空胴17₁を通過する時、加速あるいは減速
される。特に、磁界周波数_ｃとビームの周回周波数
_ｒとの比_c/_ｒが無理数に近い値となるように選ぶ
と、第１の実施例の不規則な効果が発生する。従つて、
第１の実施例と同様の効果により入射電流値を大きくす
ることができる。Next, a description will be given of a second embodiment of the closed orbit moving device 17 which accelerates and decelerates. In the second embodiment, using the resonant cavity 17 ₁ of FIG. 5 as a closed orbit mobile device 17 in the same circular accelerator as Figure 1. Fifth resonant cylinder 17 ₁ of the drawing, Yotsute AC voltage of a frequency _c which is applied from the AC power source 166 in the control device 16,
As shown in the figure, an alternating electric field is generated in the circumferential direction, and an alternating magnetic field is generated in the xy plane. Accordance connexion, the beam 9 by the alternating electric field, when it passes through the resonant cavity 17 ₁ is accelerated or decelerated. In particular, the magnetic field frequency _c and the orbital frequency of the beam
_If the ratio _c / _r to _r is selected to be a value close to an irrational number, the irregular effect of the first embodiment occurs. Therefore,
The incident current value can be increased by the same effect as in the first embodiment.

更に、加減速する閉軌道移動装置17の第３の実施例を
説明する。本実施例の加速器の構成を第６図に示す。本
実施例では、高周波加速空胴15に閉軌道移動装置17₂の
機能を持たせたものである。第６図の構成は、閉軌道移
動装置17₂この点で第１図とは異なり、他の点は同一で
ある。本実施例の閉軌道移動装置17₂は、ビームの周回
周波数の整数倍ｎの周波数で時間変化する成分と時間的
に不規則に変化する成分を重畳させた電界をビームに加
える。高周波加速空胴の機能は、一定の中心閉軌道を周
回させるもしくはビームのエネルギーを増加させるもの
である。この場合、ビームに加える電界の時間変化の周
波数はビームの周回周波数の整数倍の成分のみである。
第７図に閉軌道移動装置17₂の制御装置16のブロツク図
を示す。閉軌道移動装置17₂には、交流電源167からの周
波数がｎの交流電圧と強度が時間的にランダムに変化
するノイズジエネレータ164からの交流電圧を重畳させ
た電圧信号を印加する。ビームの周回周波数がである
ため、ビームは閉軌道移動装置17₂で周回ごとに強度が
ランダムに変化する電界で加速あるいは減速される。従
つて、ビームの閉軌道位置が変化することにより周回領
域が増加し入射電流値を増大できる。また、入射終了後
は、ノイズジエネレータ164を停止し、強度がランダム
に変化する電圧のビームは閉軌道移動装置17₂への印加
をやめ、周波数がｎの交流電圧のみを印加するように
する。これにより、入射終了後、ビームの加速を行え
る。以上説明したように、本実施例でも第1,第２の実施
例と同じ効果が得られる。Further, a third embodiment of the closed orbit moving device 17 which accelerates and decelerates will be described. FIG. 6 shows the configuration of the accelerator of this embodiment. In this embodiment, those having the function of closed orbit mobile device 17 ₂ to the high-frequency acceleration cavity 15. The 6 Figure configuration is different from the first drawing in closed orbit mobile device 17 ₂ In this regard, the otherwise identical. Closed orbit mobile device 17 ₂ in this embodiment, applying an electric field overlapped with the component temporally irregularly varying components time-varying at a frequency of an integer multiple n of the revolution frequency of the beam to the beam. The function of the high-frequency accelerating cavity is to orbit a fixed central orbit or to increase the energy of the beam. In this case, the frequency of the time change of the electric field applied to the beam is only a component that is an integral multiple of the revolving frequency of the beam.
Shows a block diagram of a control device 16 of the closed orbit mobile device 17 ₂ in FIG. 7. The closed orbit moves device 17 _2, the AC voltage and the intensity of the frequency from the AC power supply 167 n applies a voltage signal obtained by superimposing an AC voltage from the noise diethyl Nereta 164 randomly varied temporally. Since it is the revolution frequency of the beam, the beam intensity for each orbiting at closed orbit mobile device 17 ₂ is accelerated or decelerated by the electric field changes at random. Therefore, when the closed orbit position of the beam changes, the orbital area increases and the incident current value can be increased. Further, after the incident ends stops noise diethyl Nereta 164, beam voltage intensity varies randomly stopped applied to closed orbit mobile device 17 _2, so that the frequency is applied only AC voltage n . Thereby, after the end of the incidence, the beam can be accelerated. As described above, the present embodiment also provides the same effects as the first and second embodiments.

以上の実施例では、周回方向に掛ける電界を変化させ
て第１の目的及び第２の目的を達成する手段について説
明した。次の第４の実施例は、第１図のxs平面に垂直な
方向すなわち第２図に示すｙ方向に磁場を掛けて同一の
目的を達成する実施例である。本実施例の閉軌道移動装
置17₃は、例えば第１図の閉軌道移動装置17を偏向電磁
石13と同様な機能を持つ電磁石、例えば２極電磁石で構
成する。ビームが電磁石を通過するときビームはｘ方向
に力を受けるから、その受けた力に応じてビームの閉軌
道がずれる。そこで、第１の実施例と同様にその電磁石
の磁場強度を変化させ、磁界の方向及び強度変化させる
と、あるビームは周回軌道の内側にまた他のビームは外
側にその閉軌道ずらす。その結果、これまでの実施例同
様の効果が得られる。また、不規則に磁場強度を変えれ
ば、これまでの実施例同様その効果は大きいものとな
る。In the above embodiment, the means for achieving the first and second objects by changing the electric field applied in the circumferential direction has been described. The following fourth embodiment is an embodiment that achieves the same object by applying a magnetic field in a direction perpendicular to the xs plane in FIG. 1, that is, in the y direction shown in FIG. Closed orbit mobile device 17 ₃ of the present embodiment constitutes an electromagnet, for example, 2-pole magnet with eg same function as bending magnet 13 a closed orbit mobile device 17 of FIG. 1. When the beam passes through the electromagnet, the beam receives a force in the x direction, and the closed trajectory of the beam shifts according to the received force. Therefore, when the magnetic field strength of the electromagnet is changed and the direction and strength of the magnetic field are changed in the same manner as in the first embodiment, a certain beam is shifted toward the inside of the orbit and another beam is shifted toward the outside toward the closed orbit. As a result, the same effects as in the previous embodiments can be obtained. Further, if the magnetic field strength is changed irregularly, the effect becomes large as in the previous embodiments.

次に、本発明の第１の目的である大電流の入射を達成
する３つの手段のうち第２の手段の実施例を説明する。
第１の手段では、個々のビーム或は電子の閉軌道を変化
させることによつて大電流化を図つた。第２の手段で
は、ビームの中心閉軌道を変えることによつて大電流化
を図る。Next, an embodiment of the second means of the three means for achieving the injection of a large current, which is the first object of the present invention, will be described.
In the first means, the current is increased by changing the closed trajectory of each beam or electron. The second means is to increase the current by changing the center closed trajectory of the beam.

第２手段一実施例である第５の実施例を第８図を用い
て説明する。本実施例の磁石配置の第１図と異なるとこ
ろは、閉軌道移動装置17₄を入射器１の前後に配置して
いることである。本実施例は、ビームの中心閉軌道全体
を入射開始前にビームの中心閉軌道全体を真空ダクトの
幾何学上の中心閉軌道より入射器の出射口側の反対側即
ち周回軌道の内側23までずらし、その後２つの閉軌道移
動装置17₄間のビームの中心閉軌道のみを出射口Ｉから
周回軌道の内側23まで徐々に変化させる。前記周回軌道
の内側の位置、即ち入射完了時のビームの中心閉軌道の
位置を第２図に示すABの中点とすると、ビームの通過領
域は最大となる。その結果ビームの通過領域を第２図の
直線領域Ａまで拡大でき大電流化できる。以下、本実施
例を詳細に説明する。本実施例における閉軌道移動装置
17₄は、例えば通常バンプ電磁石と呼ばれるものを用い
る。まず、制御装置16により偏向電磁石13と４極電磁石
14の励磁量を制御し、入射後のビーム（エネルギーEi）
の中心閉軌道を真空ダクトの幾何学中心より内側の波線
23で示す閉軌道になるようにする。次にバンプ電磁石の
励磁量を制御し、電磁石17₄間の閉軌道位置を出射口Ｉ
を通るように設定する。その後、入射時間の経過ととも
に制御装置16により電磁石17₄の磁場強度を減少させて
いき磁場強度をゼロにもどした時点でビームの中心閉軌
道が第８図の破線23に一致し入射を完了する。この過程
を第９図に示す。第９図は、入射器１の出射口における
真空ダクトの断面図を示したもので、入射器開始時、入
射途中（ｂ）（ｃ）及び入射完了時（ｄ）の入射ビーム
９、ビーム中心閉軌道5co及び入射されたビームのベー
タトロン振動によるビームの広がり状況40を示したもの
である。各時点おける入射ビームのビームの広がりは、
ビーム中心閉軌道5coと出射口位置との差で決まるベー
タトロン振動の振幅で決定される。従つて、入射開始時
の入射ビームの広がり40sは、その時のビーム中心閉軌
道5coと出射口位置は一致しているからベータトロン振
動はほとんど発生せず、入射ビーム自身の広がりとな
る。一度入射されたビームは、ビーム中心閉軌道5coの
移動と共に、同じ広がりを持つて内側に移動していく。
その後、時間の経過と共にビーム中心閉軌道5coは内側
にずれるから、ビームの広がり40は徐々に大きくなつて
いき、入射完了時には第９図（ｄ）に示すように最大と
なり、その広がりは直線領域ABとなる。入射完了時のビ
ーム中心閉軌道が加速時或は蓄積時のビーム中心閉軌道
と異なるときは、所望のビーム中心閉軌道例えば真空ダ
クトの幾何学上の中心閉軌道になるように、制御装置16
により偏向電磁石13と４極電磁石14の励磁量を制御し、
ビーム中心閉軌道を制御する。以上説明したように本実
施例においても、ビームの中心閉軌道を真空ダクトの幾
何学上の中心閉軌道から入射器の反対側へずらしビーム
通過領域を増加させることができ、大電流入射を実現で
きる。A fifth embodiment, which is an embodiment of the second means, will be described with reference to FIG. Is different from the first view of the magnet arrangement of this embodiment is that it is arranged before and after the injector 1 a closed orbit mobile device 17 _4. In the present embodiment, the entire center closed orbit of the beam is changed from the geometrically closed center orbit of the vacuum duct to the opposite side of the exit side of the injector, that is, the inner side 23 of the orbit, before starting the entire center closed orbit of the beam. shifting, it is gradually changed then only the center closed orbit of the beam between the two closed orbit mobile device 17 ₄ from the exit I to the inside 23 of the orbit. Assuming that the position inside the orbit, that is, the position of the center closed orbit of the beam at the time of the completion of the incidence, is the middle point of AB shown in FIG. 2, the beam passage area becomes the maximum. As a result, the beam passage area can be expanded to the linear area A in FIG. 2 and the current can be increased. Hereinafter, this embodiment will be described in detail. Closed track moving device in this embodiment
17 _4, for example using what is usually referred to as a bump magnet. First, the control device 16 controls the bending electromagnet 13 and the quadrupole electromagnet.
Controls the amount of excitation of 14 and the beam after incidence (energy Ei)
Wavy line inside the geometric center of the vacuum duct
Make the closed orbit shown by 23. Then controlling the excitation of the bump magnet, exit port I of the closed orbit position between the electromagnet 17 ₄
Set to pass through. Thereafter, to complete the match enters the passage together with the control device 16 by the electromagnet 17 ₄ dashed 23 of the center closed orbit is 8 view of the beam at the time of the going field strength to reduce the magnetic field strength was returned to zero incidence time . This process is shown in FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of a vacuum duct at the exit of the injector 1, showing the incident beam 9, the beam center at the start of the injector, during the injection (b) and (c), and at the completion of the injection (d). It shows a closed orbit 5co and a beam spreading state 40 due to betatron oscillation of an incident beam. The beam spread of the incident beam at each point is
It is determined by the amplitude of the betatron oscillation determined by the difference between the beam center closed orbit 5co and the exit position. Accordingly, the spread 40s of the incident beam at the start of the incidence has almost no betatron oscillation since the beam center closed trajectory 5co at that time coincides with the position of the exit port, and the spread of the incident beam itself is obtained. The beam once incident moves inward with the same spread as the beam center closed orbit 5co moves.
Thereafter, the beam center closed trajectory 5co shifts inward with the passage of time, so that the beam spread 40 gradually increases, and at the completion of the incidence, becomes maximum as shown in FIG. AB. When the beam center closed trajectory at the time of the completion of the injection is different from the beam center closed trajectory at the time of acceleration or accumulation, the controller 16 is controlled so that a desired beam center closed trajectory such as the geometric center closed trajectory of the vacuum duct is obtained.
Controls the amount of excitation of the bending electromagnet 13 and the quadrupole electromagnet 14,
Controls the beam center closed trajectory. As described above, also in this embodiment, it is possible to increase the beam passage area by shifting the center closed trajectory of the beam from the geometrically closed center trajectory of the vacuum duct to the opposite side of the injector, thereby realizing a large current injection. it can.

また本実施例では、最初ビーム中心閉軌道を全体に移
動しその後、入射器前後のビーム中心閉軌道を移動させ
ることによつて、本発明の第１の目的を達成している
が、次のようにしても同様に実現できる。その第１は、
ビーム中心閉軌道全体を出射口Ｉから周回軌道の内側23
まで徐々に変化させることである。第２は、ビーム中心
閉軌道全体は移動させず、入射器出射口におけるビーム
中心閉軌道のみを出射口Ｉから周回軌道の内側23まで徐
々に変化させることである。第１の方法は、偏向電磁石
13と４極電磁石14でビーム中心閉軌道を移動可能である
から、第８図に示す閉軌道移動装置17₄が不要となる。
第２の方法の装置構成は第８図と同一となる。In the present embodiment, the first object of the present invention is achieved by first moving the beam center closed trajectory to the whole and thereafter moving the beam center closed trajectory before and after the injector. This can be realized similarly. The first is
The entire beam center closed orbit is placed inside the orbit 23
It is to gradually change until. Secondly, the entire beam center closed orbit is not moved, and only the beam center closed orbit at the exit of the injector is gradually changed from the exit I to the inside 23 of the orbit. The first method is a bending electromagnet
Since 13 and quadrupole magnets 14 is movable beam center closed orbit, closed orbit mobile device 17 ₄ shown in FIG. 8 is not required.
The device configuration of the second method is the same as that of FIG.

更に、第８図で示す第５の実施例では、ビーム中心閉
軌道全体の移動を偏向電磁石13と４極電磁石14で行なつ
たが、高周波加速空洞15でも実現できる。この実施例を
第６の実施例とする。高周波加速空洞15の周波数をと
し、その時の中心閉軌道の周長をＣ、各々の変化量をΔ
，ΔＣとすると次式が成立する。Further, in the fifth embodiment shown in FIG. 8, the entire beam center closed trajectory is moved by the bending electromagnet 13 and the quadrupole electromagnet 14, but the movement can also be realized by the high-frequency accelerating cavity 15. This embodiment is referred to as a sixth embodiment. Let the frequency of the high-frequency accelerating cavity 15 be C, the perimeter of the central closed orbit at that time is C, and
, ΔC, the following equation holds.

ΔC/C＝−Δ／ …（１） 従つて高周波加速空洞から印加する交流電圧の周波数
を制御することによりビーム中心閉軌道全体を移動させ
ることができる。この場合、ビーム中心閉軌道は、周波
数を高くすると加速器内側に、周波数を低くすると加速
器外側に移動する。ΔC / C = −Δ / (1) Accordingly, by controlling the frequency of the AC voltage applied from the high-frequency accelerating cavity, the entire beam center closed orbit can be moved. In this case, the beam center closed orbit moves to the inside of the accelerator when the frequency is increased, and moves outside the accelerator when the frequency is decreased.

次に、第１の手段と第２の手段を併用した実施例につ
いて説明する。Next, an embodiment in which the first means and the second means are used in combination will be described.

第10図に併用した場合の一実施例である第７の実施例
を示す。第７の実施例では、ビームの周回方向の電界に
よる個々のビームの閉軌道位置変化と電磁石の磁場によ
るビーム中心閉軌道位置変化とを併用する。第10図の円
形加速器で偏向電磁石、４極電磁石の配置は第１図の円
形加速器と同じである。第10図の閉軌道移動装置17
₀は、ビームの周回方向の電界（時間的に不規則変化）
によりビームの個々の閉軌道位置を変化させる第１の実
施例と同じ装置である。第10図の閉軌道移動装置17
₅は、電磁石であり、ビームの中心閉軌道を移動させ
る。電磁石17₅は、構造的には第４の実施例で示した閉
軌道移動装置17₃と同様で、例えば２極電磁石で構成す
る。電磁石17₃の電流値は、第４の実施例ではビームの
周回周波数より高周波で変化するのに対し、本実施例で
は、入射開始後ビームの周回数に換算して数10ターン分
の時間をかけて徐々に予め設定した初期値から減少させ
る。電磁石17₅の電流の初期値は、入射開始時にビーム
の閉軌道がビームの円形加速器への出射口付近（第10図
のＩ）を通るように設定する。このような状況で電磁石
17₅の電流値を減少させていく。電磁石電流値の変化に
より、閉軌道は、入射位置から円形加速器の内周側に移
動するが、電磁石17₅の電流値を減少させていくプロセ
スから時間的にランダムに変化する電界を発生させ、ビ
ームを加速あるいは減速する。このようにビームの加
速，減速と電磁石の磁場の閉軌道位置を変化させること
により、ビームの閉軌道位置を、入射点付近から加速器
内周側まで変化させることができる。従つて、入射電流
値を高くできる効果がある。また、本実施例では、閉軌
道の移動を、ビーム周回方向の電界だけでなく、電磁石
の磁場も用いて行つていることにより、ビーム周回方向
の電界だけで入射電流の増大を図つた第一の実施例の加
速器より小さな電界強度で済む。FIG. 10 shows a seventh embodiment, which is one embodiment in the case of using together. In the seventh embodiment, the change in the closed orbit position of each beam due to the electric field in the circling direction of the beam and the change in the closed center orbit position of the beam due to the magnetic field of the electromagnet are used together. The arrangement of the bending electromagnet and the quadrupole electromagnet in the circular accelerator of FIG. 10 is the same as that of the circular accelerator of FIG. Closed track moving device 17 in Fig. 10
₀ is the electric field in the circling direction of the beam (irregular change over time)
This is the same device as in the first embodiment in which the individual closed trajectory positions of the beam are changed according to the first embodiment. Closed track moving device 17 in Fig. 10
Reference numeral ₅ denotes an electromagnet that moves the center closed trajectory of the beam. Electromagnet 17 _5, is structurally similar to the closed orbit mobile device 17 ₃ shown in the fourth embodiment is composed of, for example, 2-pole magnet. Current value of the electromagnet 17 _3, whereas in the fourth embodiment varies at a high frequency than the revolution frequency of the beam, in this embodiment, the number 10 turns worth of time in terms of the number of turns of the incident after the start beam And gradually decreases from a preset initial value. The initial value of the current of the electromagnet 17 _5, closed orbit of the beam at the start of incidence is set so as to pass through the vicinity of the exit of the circular accelerator (I of FIG. 10) of the beam. Electromagnet in this situation
17 Decrease the current value of ₅ . The change in the electromagnet current value, closed orbit is moved from the incident position on the inner circumferential side of the circular accelerator, an electric field is generated which varies from process used to reduce the current value of the electromagnet 17 ₅ temporally random, Accelerate or decelerate the beam. As described above, by changing the position of the closed orbit of the magnetic field of the electromagnet by accelerating and decelerating the beam, the position of the closed orbit of the beam can be changed from near the incident point to the inner peripheral side of the accelerator. Therefore, there is an effect that the incident current value can be increased. Further, in the present embodiment, the movement of the closed orbit is performed not only by the electric field in the beam circling direction but also by the magnetic field of the electromagnet, so that the incident current is increased only by the electric field in the beam circulating direction. The electric field strength required is smaller than that of the accelerator of the embodiment.

以上説明した第７の実施例において、閉軌道移動装置
17₀を起動する時期は何時でもよい。上記の説明では、
入射開始から起動しているが、例えば、最初のうちは起
動せず、ビームの中心閉軌道が真空ダクトの幾何学上の
中心閉軌道になつた時に電磁石17₅の電流値を固定し、
その後起動しても良い。更に、本実施例においても、実
施例１と同様に、閉軌道移動装置17₅として、第４の実
施例の電磁石17₃を用い、磁場によりビームの個々のビ
ーム閉軌道を移動させることにより実現しても良い。こ
の場合、閉軌道移動装置17₅と17₀を兼用することも可能
である。In the seventh embodiment described above, the closed orbit moving device
17 ₀ the time to start is good at any time. In the above description,
While running from the incident started, for example, among the first not start, the current value of the electromagnet 17 ₅ fixed at the beam center closed orbit has decreased to the center closed orbit on geometry of the vacuum duct,
It may be started after that. Further, in the present embodiment, similarly to Embodiment 1, realized by a closed orbit mobile device 17 _5, which uses an electromagnet 17 ₃ of the fourth embodiment, moving the individual beams closed orbit of the beam by the magnetic field You may. In this case, it may also serve a closed orbit mobile device 17 ₅ and 17 _0.

次に第７の実施例の他の変形例を説明する。本実施例
の加速器の構成は第10図の第７の実施例と同一で、閉軌
道移動用の電磁石17₅を交流電流（電流の一周期はビー
ムが加速器を数10回周回する程度の時間）で励磁する。
閉軌道移動用の電磁石17₅の電流変化を第11図に示す。
電流の最大値I_maxは、ビームの閉軌道位置の最大変位量
がビームの入射位置Ｉより外側にならないように決定す
る。電磁石17₅に第11図の電流を流す一方、第７の実施
例と同様に、閉軌道移動装置17₀からビーム周回方向の
電界を加える。その結果、ビームの周回領域を増加させ
ることができ、入射電流を増加できる。なお、本実施例
では、閉軌道移動用の電磁石17₅の電流変化を正弦波と
したが、三角波や鋸歯状波あるいはこれらの変形として
もよい。Next, another modified example of the seventh embodiment will be described. Identical to the seventh embodiment of the arrangement FIG. 10 of the accelerator of this embodiment, one period of the alternating current (current electromagnet 17 ₅ closed orbit for moving the time extent of the beam orbiting accelerator several 10 times ) To excite.
The current variation of the electromagnet 17 ₅ of closed orbit mobile shown in Figure 11.
Maximum value I _max of the current, the maximum displacement of the closed orbit position of the beam is determined so as not outside the incident position I of the beam. While passing a current of Figure 11 to the electromagnet 17 _5, as in the seventh embodiment, application of an electric field of the beam rotating direction from the closed orbit mobile device 17 _0. As a result, the circling area of the beam can be increased, and the incident current can be increased. In the present embodiment, although a sine wave current change of the electromagnet 17 ₅ of closed orbit for moving may be a triangular wave or a sawtooth wave or a variation thereof.

最後に、本発明の第１の目的を達成する第３の手段に
ついて説明する。Finally, a third means for achieving the first object of the present invention will be described.

第３の手段の一実施例である本発明の第８の実施例を
第12図を用いて説明する。第８の実施例の装置構成は、
第８図に示す第５の実施例の装置構成において、ｘ方向
すなわち水平方向の閉軌道移動装置17₄の他に、ｙ方向
すなわち垂直方向の閉軌道を変える閉軌道移動装置17₆
を付加した構成である。第12図は、エネルギーが20MeV
の電子を入射した後、500MeVまで加速蓄積する円形加速
器の例を示したもので、入射器１前後の磁石配置を示
す。第12図において、前述した装置構成の違いとは別
に、閉軌道を決定する４極電磁石14を閉軌道移動装置17
より入射器１側に配置している点が更に異なる。このよ
うに４極電磁石14を配置しても実質的な閉軌道移動装置
17の機能は変わらない。本実施例では、閉軌道移動装置
17₄,17₆は、それぞれ２つの２極電磁石（17₄₁,17₄₂），
（17₆₁,17₆₂）で構成する。閉軌道移動装置17₄は、閉軌
道を水平方向に移動させるために垂直方向に磁場変化を
発生させ、一方閉軌道移動装置17₆は、閉軌道を垂直方
向に移動させるために水平方向に磁場変化を発生させ
る。第12図の入射器１の出射口Ｉにおける真空ダクト５
のxy平面図を第13図に示す。入射器１から入射されるビ
ームの中心閉軌道の位置をxy座標系で表した場合、各２
極電磁石の励磁量は、入射開始時には中心閉軌道がＣ
（x_I,y_I）を通るように調整されている。また、入射開
始時の４つの２極電磁石17₄₁,17₄₂,17₆₁及び17₆₂の磁場
強度をそれぞれB40,B50,B60及びB70（一般的にはB40≠B
50,B60≠B70であり、B40＞B50,B60＞B70とは限らない）
とする。An eighth embodiment of the present invention, which is an embodiment of the third means, will be described with reference to FIG. The device configuration of the eighth embodiment is as follows.
In the apparatus configuration of the fifth embodiment shown in FIG. 8, in addition to the x-direction or horizontal direction of the closed orbit mobile device 17 _4, closed orbit mobile device changing the closed orbit of the y-direction or vertical direction 17 ₆
Is added. Fig. 12 shows that the energy is 20 MeV
FIG. 1 shows an example of a circular accelerator that accelerates and accumulates up to 500 MeV after electrons are injected, and shows a magnet arrangement before and after the injector 1. In FIG. 12, the quadrupole electromagnet 14 for determining the closed trajectory is separated from the closed
It is further different in that it is arranged closer to the injector 1 side. Even if the quadrupole electromagnet 14 is arranged in this way, a substantially closed orbit moving device
17 functions remain the same. In the present embodiment, the closed orbit moving device
17 _4, 17 _6, each of the two 2-pole magnet (17 _41, 17 _42),
(17 ₆₁ , 17 ₆₂ ). Closed orbit mobile device 17 ₄ generates a magnetic field change in the vertical direction to move the closed trajectory in the horizontal direction, whereas closed orbit mobile device 17 _6, the magnetic field in the horizontal direction to move the closed trajectory in the vertical direction Make a change. Vacuum duct 5 at exit I of injector 1 in FIG.
The xy plan view of is shown in FIG. When the position of the center closed orbit of the beam incident from the injector 1 is represented by an xy coordinate system,
The excitation amount of the pole magnet is C
(X _I , y _I ). Further, the magnetic field strengths of the four dipole electromagnets 17 ₄₁ , 17 ₄₂ , 17 ₆₁ and 17 ₆₂ at the start of the incidence are respectively B40, B50, B60 and B70 (generally B40 ≠ B
50, B60 ≠ B70, not necessarily B40> B50, B60> B70)
And

第14図は入射過程における磁場強度の変化を示すもの
で、まず入射開始時刻t0からt1までの間は垂直方向の閉
軌道移動装置の電磁石17₆₁,17₆₂の磁場強度B6,B7は変化
させず、水平方向の閉軌道移動装置の電磁石17₄₁,17₄₂
の磁場強度B4,B5を減少させ、水平方向の中心閉軌道位
置をｘ＝x₁からｘ＝０に戻す。この減少のための時間
は、ビームの周回時間のおよそ20〜50倍程度にする。こ
こまでの過程で中心閉軌道は、第13図の太い線40は中心
閉軌道移動時のビームの通過領域を示し、そのｙ方向の
太さはｙ方向のベータトロン振動によるビーム幅を表し
ている。ビームが位置Ｄに達した後に垂直方向の中心閉
軌道装置の電磁石17₆₁,17₆₂の磁場強度B6,B7を減少さ
せ、垂直方向の平行軌道位置をｙ＝y_I2にする。その
後、ｔ＝t2の電磁石4,5の磁場強度B4,B5を入射開始時の
B40,B50として水平方向の中心閉軌道位置をｘ＝x_Iとす
る。その結果中心閉軌道の位置は、第13図の位置Ｅとな
る。ここで電磁石6,7の磁場強度については、第１図の
位置ＣからＥへの中心閉軌道の移動で、すでに入射され
たビームが電極1₁で失われることがないように定める。
また、２極電磁石17₄₁,17₄₂の磁場強度B4,B5を０から入
射開始時のB40,B50に増加させる間の時間Δｔ（第14図
ではΔｔ≒０となつている）は、一般的に短時間である
方が望ましい。FIG. 14 shows the change in the magnetic field strength during the injection process.First, the magnetic field strengths B6 and B7 of the electromagnets 17 ₆₁ and 17 ₆₂ of the vertical closed orbit moving device are changed between the injection start times t0 and t1. not, the electromagnet 17 ₄₁ horizontal closed orbit mobile device, 17 ₄₂
Reducing the field strength B4, B5, and returning the center closed orbit position in the horizontal direction from x = x ₁ to x = 0. The time for this reduction is approximately 20 to 50 times the orbiting time of the beam. In the process up to this point, the center closed orbit, the thick line 40 in FIG. 13 shows the beam passage area during the movement of the center closed orbit, and the thickness in the y direction represents the beam width due to betatron oscillation in the y direction. I have. Reducing the field strength B6, B7 of the electromagnet 17 _61, 17 ₆₂ in the vertical center closed orbit apparatus after the beam has reached the position D, and the parallel track position in a direction perpendicular to the y = y _I2. Then, the magnetic field strengths B4 and B5 of the electromagnets 4 and 5 at t = t2 are
B40, and x = x _I a center closed orbit position in the horizontal direction as B50. As a result, the position of the center closed trajectory becomes the position E in FIG. Here For magnetic field strength of the electromagnet 6 and 7, by moving the center closed orbit to E from the position C of FIG. 1, already incident beam defined so as not to be lost in the electrode 1 _1.
The time Δt (Δt ≒ 0 in FIG. 14) during which the magnetic field strengths B4, B5 of the dipole magnets 17 ₄₁ , 17 ₄₂ are increased from 0 to B40, B50 at the start of the injection is generally the same. It is desirable that the time is short.

次に、２極電磁石17₄₁,17₄₂の磁場強度B4,B5を再びゆ
つくり減少させ、水平方向の中心閉軌道ｘを０にする
と、このときの中心閉軌道は第13図の位置Ｈとなつてい
る。このような磁場変化を繰り返すことにより、第13図
のA,B,C,Dの４点で囲まれる二次元領域内を塗りつぶす
ように中心閉軌道を移動させながら入射が行え、大電流
の入射を実現できる。Next, 2-pole magnet 17 _41, 17 ₄₂ of the magnetic field strength B4, B5 is again boiled create reduced, when the horizontal center closed orbit x to 0, the center closed orbit at this time is a position H in FIG. 13 I'm sorry. By repeating such a magnetic field change, the injection can be performed while moving the center closed orbit so as to fill the two-dimensional area surrounded by the four points A, B, C, and D in FIG. Can be realized.

次に第３の手段の第２の実施例である本発明の第９の
実施例について説明する。本実施例では第12図と同じ構
成の加速器を用い、入射開始時には中心閉軌道を入射位
置（x_I,y_I）の位置に置くものとする。その後第15図の
ように、中心閉軌道のｘ方向位置はx_Iのままで、中心閉
軌道のｙ方向位置を０に戻すように、２極電磁石17₆₁,1
7₆₂の磁場強度B6,B7を減少させる。次に水平方向（ｘ方
向）の中心閉軌道をx_Iからわずかに減少させるように２
極電磁石17₄₁,17₄₂の磁場強度B4,B5を下げる。この時の
磁場減少量は、中心閉軌道移動後、ビームが入射器1₁の
電極で失われないように設定する。その後、ｙ方向の中
心閉軌道位置を、２極電磁石17₆₁,17₆₂の強度を入射開
始時のB60,B70にすることによりｙ＝y_Iとし、その後減
磁する。これらの電磁石の磁場強度の時間変化により、
中心閉軌道位置の変化は第16図のように位置Ｃ→Ｆ→Ｇ
→…と移動する。即ち第８の実施例とは直角な方向に二
次元領域を走査してビーム入射を行うもので、同様に大
電流の入射を実現できる。Next, a ninth embodiment of the present invention, which is a second embodiment of the third means, will be described. In the present embodiment using the accelerator with the same configuration as FIG. 12, at the beginning of incidence is assumed centered closed orbit at a position of the incident position (x _I, y _I). As in the subsequent Fig. 15, x-direction position of the center closed orbit remains of x _I, a y-direction position of the center closed orbit back to 0, 2-pole magnet 17 _61, 1
7 _Reduce the magnetic field strength B6, B7 of ₆₂ . Then the center closed orbit in the horizontal direction (x-direction) so as to slightly decreased from x _I 2
Lowering the pole electromagnet 17 _41, 17 ₄₂ of the magnetic field strength B4, B5. Field reduction at this time, after the center closed orbit movement, the beam is set so as not lost in the electrode of the injector 1 _1. Thereafter, the center closed orbit position in the y-direction, the strength of the two-pole magnet 17 _61, 17 ₆₂ and y = y _I by the incident starting B60, B70, then demagnetization. Due to the time change of the magnetic field strength of these electromagnets,
The change of the center closed orbital position is as shown in FIG.
Move to →. That is, the eighth embodiment scans a two-dimensional area in a direction perpendicular to the eighth embodiment to perform beam incidence, and can similarly achieve high current incidence.

次に第３手段の第３の実施例である本発明の第10の実
施例を説明する。第17図は本実施例のための円形加速器
の入射器付近の断面図で、中心閉軌道の垂直方向移動は
第12図と同じく２極電磁石17₆によつて水平方向磁場を
発生して行う。しかし水平方向移動は２極電磁石17₄で
はなく、高周波印加装置17₇で行う。これは通常の円形
加速器でビームエネルギーを増大させるのに使用してい
る高周波加速空胴あるいはアンテナを使用してもよい
し、第２の実施例で述べた平行平板電極を用いてもよ
い。本実施例は、第２の手段のうち中心閉軌道全体を移
動させる手段の１つでもある。高周波印加装置を高周波
加速空胴とすれば、第６の実施例では、周波数の変化に
よつて中心閉軌道を制御するのに対し、本実施例は高周
波電圧によつて中心閉軌道を制御する。高周波印加装置
８には、ビーム加速時と同様、周回周波数の整数倍の高
周波を印加する。xy面内の入射器位置、ビーム入射位置
は第12図と同じである。高周波印加装置から高周波を印
加することにより、ビームは加速もしくは減少され、入
射の過程でビームの水平方向の中心閉軌道位置が変化す
る。この時の水平方向の中心閉軌道位置の変化Δｘは、 Δｘ＝η・Δp/p …（２） で与えられる。ただしηは分散関数、Δp/pはビームの
運動量のずれがある（垂直方向の分散関数は通常０であ
るか０とみなせるほど十分小さいので、電界による平衡
軌道の垂直方向の移動はないとしてもよい）。従つて、
式（２）の変化Δｘが入射位置x_Iにおおむね等しくなる
ような運動量変化Δp/pが生じるように、高周波電圧V_RF
を定めればよい。この電圧V_RFは、シンクロトロン振動
の安定限界を求める次式から求めることができる。Next, a tenth embodiment of the present invention, which is a third embodiment of the third means, will be described. Performed Figure 17 is a cross-sectional view of the vicinity of the injector of the circular accelerator for this embodiment, the vertical movement of the center closed orbit by generating Yotsute horizontal magnetic field also 2-pole magnet 17 ₆ and FIG. 12 . However horizontal movement is two-pole magnet 17 rather than _4, carried out at a high frequency applying device 17 _7. This may use a high-frequency accelerating cavity or antenna used to increase the beam energy in a normal circular accelerator, or may use the parallel plate electrode described in the second embodiment. This embodiment is also one of the means for moving the entire central closed trajectory of the second means. If the high-frequency applying device is a high-frequency accelerating cavity, the sixth embodiment controls the central closed trajectory by changing the frequency, whereas this embodiment controls the central closed trajectory by the high-frequency voltage. . As in the case of the beam acceleration, a high frequency that is an integral multiple of the circulation frequency is applied to the high frequency application device 8. The position of the injector and the position of incidence of the beam in the xy plane are the same as in FIG. By applying a high frequency from the high frequency applying device, the beam is accelerated or reduced, and the position of the center closed orbit in the horizontal direction of the beam changes during the incident process. The change Δx in the horizontal center closed orbit position at this time is given by Δx = η · Δp / p (2) Where η is the dispersion function and Δp / p is the beam momentum shift (the vertical dispersion function is usually 0 or small enough to be regarded as 0, so even if there is no vertical movement of the equilibrium orbit due to the electric field, Good). Therefore,
Wherein as the momentum change Delta] p / p as the change Δx is approximately equal to the incident position x _I (2) occurs, the high-frequency voltage V _RF
Should be determined. This voltage _VRF can be obtained from the following equation for obtaining the stability limit of synchrotron oscillation.

ただし、φ_０は加速位相、αはモーメンタムコンパク
シヨンフアクター、ｈはハーモニツクナンバー、Ｅはビ
ームエネルギーである。 However, φ ₀ is the acceleration phase, α is the momentum compact Chillon off actor, h is the harmony poke number, E is the beam energy.

Ｆ（χ）は次式で表される関数である。 F (χ) is a function represented by the following equation.

垂直方向の閉軌道移動装置の電磁石17₆については、
入射開始時に垂直方向の中心閉軌道位置がy_Iにあるよう
に磁場B60,B70を与えておき、入射開始後の磁場強度B6,
B7を徐々に減少させていき、垂直方向の中心閉軌道位置
を０に戻す。このように、第９の実施例で述べた走査を
おこなうことによつて、第18図のようなxy面内の二次元
領域内を中心閉軌道が移動し、大電流入射を実現でき
る。 The electromagnet 17 ₆ in the vertical direction of the closed orbit mobile devices,
Center closed orbit position in the vertical direction at the start of incidence previously giving magnetic field B60, B70 as in y _I, the magnetic field strength after the start incident B6,
B7 is gradually decreased, and the vertical center closed orbit position is returned to zero. As described above, by performing the scanning described in the ninth embodiment, the center closed orbit moves in a two-dimensional area in the xy plane as shown in FIG. 18, and large current incidence can be realized.

第３の手段の大電流の効果を、第８の実施例で評価す
ると、垂直方向への中心閉軌道の移動回数をＮとすれ
ば、従来技術に比べ、Ｎ倍の大電流化が図れる。第１あ
るいは第２の手段を付加することによつて更に、荷電粒
子の通過領域を更に拡大でき、更に大電流化が図れる。When the effect of the large current of the third means is evaluated in the eighth embodiment, if the number of movements of the center closed trajectory in the vertical direction is N, the current can be increased N times as compared with the conventional technology. By adding the first or second means, the passage area of the charged particles can be further expanded, and the current can be further increased.

上記すべての実施例は、周回ビームの軌道がレースト
ラツク形状になつている円形加速器の場合であるが、本
発明はレーストラツク形状以外の円形加速器に対しても
適用できる。その１例として、本発明の第１の目的を達
成する第１の手段を第19図に示すような偏向角360度の
偏向電磁石を使用した円形加速器に適用した場合を示
す。入射器１では、外部からのビームが真空ダクト５外
壁5₁にいたるまで、偏向電磁石13の磁場を感じないよう
に磁場シールドしておく。外部から入射しビームダクト
外壁5₁に達したビームは偏向電磁石13の磁場により周回
し始める。閉軌道移動装置17₈では、第１図の場合と同
様にビームに不規則に加速もしくは減速し閉軌道を移動
させることにより、ビームを円形加速器内に入射する。
十分時間が経過したのち閉軌道移動装置17₈からの加速
もしくは減速を停止し入射は完了する。その後ビーム
は、高周波加速空胴15と偏向電磁石13によりビームは円
形加速器内を安定に周回する。本実施例においても、レ
ーストラツク型の第１の実施例同様にビームの通過領域
を拡大でき、大電流化を図ることができる。Although all of the above embodiments are directed to circular accelerators in which the orbit of the orbiting beam has a racetrack shape, the present invention can be applied to circular accelerators other than the racetrack shape. As an example, a case will be described in which the first means for achieving the first object of the present invention is applied to a circular accelerator using a bending electromagnet having a deflection angle of 360 degrees as shown in FIG. In injector 1, until the beam from the outside through to the vacuum duct 5 the outer wall 5 _1, keep the magnetic field shielded so as not to feel the magnetic field of the bending magnet 13. Beam reaching externally incident beam duct outer wall 5 ₁ begins to orbit by the magnetic field of the bending magnet 13. In closed orbit mobile device 17 _8, by moving irregularly acceleration or deceleration closed orbit the beam as in the case of FIG. 1, and enters the beam into the circular accelerator.
Stop enters the acceleration or deceleration from the closed orbit mobile device 17 ₈ After sufficient time has elapsed is completed. Thereafter, the beam is stably circulated in the circular accelerator by the high-frequency acceleration cavity 15 and the bending electromagnet 13. Also in this embodiment, as in the first embodiment of the race track type, the beam passage area can be enlarged, and a large current can be achieved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、真空ダクトなどの装置を大型化しな
くても大電流の荷電粒子を入射できる。また、煩雑な調
整をしなくても荷電粒子を入射できる。ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a charged particle of a large electric current can be incident, without enlarging an apparatus, such as a vacuum duct. Also, charged particles can be incident without complicated adjustment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の第１の実施例の円形加速器の構成図、
第２図は本発明の第１あるいは第２の手段によつて拡大
される通過領域を示す図、第３図は閉軌道移動装置の第
２の実施例である平行平板電極を示す図、第４図は第１
の実施例の閉軌道移動装置の制御装置のブロツク図、第
５図は閉軌道移動装置の第２の実施例を示す図、第６図
は本発明の第３の実施例の円形加速器の構成図、第７図
は閉軌道移動装置の第３の実施例の制御装置のブロツク
図、第８図は本発明の第５の実施例の円形加速器の構成
図、第９図は第５の実施例における入射過程を示す図、
第10図は第７の実施例の円形加速器の構成図、第11図は
閉軌道移動装置の第７の実施例を構成する電磁石の電流
の変化を示す図、第12図は本発明の第８の実施例の入射
器前後における磁石配置を示す図、第13図は第８の実施
例における入射過程を示す図、第14図は第８の実施例で
の各電磁石の磁場強度変化を示す図、第15図は第９の実
施例での各電磁石の磁場変化を示す図、第16図は第９の
実施例における入射過程を示す図、第17図は本発明の第
10の実施例の入射器前後における磁石配置を示す図、第
18図は、第10の実施例での中心閉軌道の移動領域を示す
図、第19図は偏向電磁石が360゜一体型の円形加速器に
適用した時の一実施例を示す図である。 １……入射器、５……真空ダクト、９……荷電粒子ビー
ム、13……偏向電磁石、14……４極電磁石、15……高周
波加速空胴、16……制御装置、17……閉軌道移動装置、
30……前後加速器。FIG. 1 is a configuration diagram of a circular accelerator according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing a passage area enlarged by the first or second means of the present invention, FIG. 3 is a view showing a parallel plate electrode which is a second embodiment of the closed orbit moving apparatus, FIG. Fig. 4 is the first
FIG. 5 is a block diagram of a control device of the closed orbit moving device according to the third embodiment, FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the closed orbit moving device, and FIG. 6 is a configuration of a circular accelerator according to a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of a control device of a third embodiment of the closed orbit moving device, FIG. 8 is a block diagram of a circular accelerator of a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a fifth embodiment. Diagram showing the incident process in the example,
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a circular accelerator according to a seventh embodiment, FIG. 11 is a diagram showing a change in current of an electromagnet constituting a seventh embodiment of the closed orbit moving device, and FIG. FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of magnets before and after the injector in the eighth embodiment, FIG. 13 is a diagram showing an injection process in the eighth embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing a change in magnetic field strength of each electromagnet in the eighth embodiment. FIG. 15, FIG. 15 is a diagram showing a magnetic field change of each electromagnet in the ninth embodiment, FIG. 16 is a diagram showing an incident process in the ninth embodiment, and FIG.
The figure showing the magnet arrangement before and after the injector of the tenth embodiment,
FIG. 18 is a diagram showing a moving region of a center closed orbit in a tenth embodiment, and FIG. 19 is a diagram showing an embodiment in which a bending electromagnet is applied to a 360 ° integrated circular accelerator. 1 ... injector, 5 ... vacuum duct, 9 ... charged particle beam, 13 ... deflecting electromagnet, 14 ... quadrupole electromagnet, 15 ... high frequency accelerating cavity, 16 ... control device, 17 ... closed Orbit moving device,
30 ...... Front and rear accelerator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 政嗣 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−177900（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−198099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−175400（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 13/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaji Nishi 1168 Moriyama-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-62-177900 (JP, A) JP-A-62 198099 (JP, A) JP-A-63-175400 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) H05H 13/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】荷電粒子を円形加速器に入射する荷電粒子
入射方法において、 入射終了時点で荷電粒子の進行方向に垂直な方向におけ
る各荷電粒子の閉軌道がずれるように、荷電粒子入射中
に各荷電粒子の閉軌道を制御することを特徴とする荷電
粒子入射方法。In a charged particle injection method for injecting charged particles into a circular accelerator, each charged particle is injected during charging so that the closed orbit of each charged particle in a direction perpendicular to the traveling direction of the charged particles is shifted at the end of the injection. A charged particle injection method comprising controlling a closed orbit of a charged particle. 【請求項２】荷電粒子を円形加速器に入射する荷電粒子
入射方法において、 荷電粒子入射中に前記円形加速器を周回する荷電粒子を
加速或いは減速することによって各荷電粒子の閉軌道を
制御し、入射終了時点で荷電粒子の進行方向に垂直な方
向における各荷電粒子の閉軌道をずらすことを特徴とす
る荷電粒子入射方法。2. A charged particle injection method for injecting charged particles into a circular accelerator, wherein the closed orbit of each charged particle is controlled by accelerating or decelerating charged particles orbiting the circular accelerator during injection of charged particles. A charged particle injection method, wherein a closed trajectory of each charged particle is shifted in a direction perpendicular to a traveling direction of the charged particle at an end point. 【請求項３】荷電粒子を円形加速器に入射する荷電粒子
入射方法において、 荷電粒子入射中に前記円形加速器を周回する荷電粒子に
磁場を印加することによって各荷電粒子の閉軌道を制御
し、入射終了時点で荷電粒子の進行方向に垂直な方向に
おける各荷電粒子の閉軌道をずらすことを特徴とする荷
電粒子入射方法。3. A charged particle injection method for injecting charged particles into a circular accelerator, wherein the closed orbit of each charged particle is controlled by applying a magnetic field to the charged particles orbiting the circular accelerator during the injection of charged particles. A charged particle injection method, wherein a closed trajectory of each charged particle is shifted in a direction perpendicular to a traveling direction of the charged particle at an end point. 【請求項４】荷電粒子を円形加速器に入射する荷電粒子
入射方法において、 荷電粒子の進行方向に垂直でかつ閉軌道面に水平な方向
における荷電粒子の中心閉軌道を移動させるステップ
と、荷電粒子の進行方向に垂直でかつ閉軌道面に垂直な
方向における荷電粒子の中心閉軌道を移動させるステッ
プとを、交互に行うことを特徴とする荷電粒子入射方
法。4. A charged particle injection method for injecting charged particles into a circular accelerator, comprising: moving a central closed trajectory of the charged particles in a direction perpendicular to a traveling direction of the charged particles and horizontal to a closed trajectory plane; Moving the central closed trajectory of the charged particle in a direction perpendicular to the direction of travel and perpendicular to the closed trajectory plane.