JP4042675B2 - 偏向電磁石および荷電粒子加速装置 - Google Patents
偏向電磁石および荷電粒子加速装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4042675B2 JP4042675B2 JP2003349967A JP2003349967A JP4042675B2 JP 4042675 B2 JP4042675 B2 JP 4042675B2 JP 2003349967 A JP2003349967 A JP 2003349967A JP 2003349967 A JP2003349967 A JP 2003349967A JP 4042675 B2 JP4042675 B2 JP 4042675B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnet
- deflection
- magnetic pole
- magnetic field
- incident
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Description
本発明の実施の形態1にかかる偏向電磁石を図1乃至図3に示す。以下では、偏向電磁石の2つの磁極を垂直上下方向にとり、この間を荷電粒子が周回するという配置で説明する。また、ここでは、この偏向電磁石の磁極が、平面図において、荷電粒子の入射、及び出射のそれぞれの側で、螺旋形状を平面投影した形状の一部をからなる形状(以下、螺旋形状と略称する)である場合を示している。
図1は本発明にかかる偏向電磁石1の上半分を示す鳥瞰図である。偏向電磁石1は荷電粒子偏向軌道面14(図3参照)に対して上下で対称な形状となっているので、上半分のみを示したものである。図2はこの偏向電磁石1の平面図、図3は図2のA−A’方向からの側面図を示す。図2のB−B’、C−C’、D−D’はそれぞれ偏向電磁石1の荷電粒子の入射位置又は出射位置の違いに対応させたものである。図1乃至図3において、偏向電磁石1は、鉄心10と、磁極形成のためにこの鉄心10に巻き回すコイル12a,12b(図1、図2では12bは省略)と、この巻き回されたコイル12a,12bにより形成される磁極11a、11b(図1、図2では省略)と、荷電粒子が偏向電磁石1へ入射または出射する側のコイル12a,12bの外側面を覆い、その覆う面積を、上記偏向電磁石1への入射又は出射する位置に対応して変化させた、磁性材からなる磁極板13a,13b(図1、図2では13bは省略)と、磁極板13a,13bを、鉄心10に磁気的に結合、固定するための磁性材で作られた支持材18a、18b(図1では18bは省略、図2では18a、18bとも省略)とを有する。鉄心10は、図3の両端に示すとおり、磁束に対するリターンヨークとしての役割も担っている。同じく図3に、偏向電磁石1を加速装置に組み込んだ場合の荷電粒子偏向軌道面14を示す。この荷電粒子偏向軌道面14はこの偏向電磁石部では荷電粒子の周回軌道面と一致する。この偏向電磁石内を通過する特定のエネルギーに対応した荷電粒子を番号15として例示した。
本発明の実施の形態2に係る偏向電磁石1の磁極板13aは、磁極板13aと荷電粒子周回軌道面14との距離を可変とする位置調節部を備えた位置調整型の磁極板である。
図8、図9に具体例を示す。図8は本発明の実施の形態の磁極板13aで、図に示すように、偏向電磁石1の荷電粒子の入射又は出射位置に対応した磁極板13aの長手方向には位置調節部17aが複数箇所設けられている。位置調節部17aは、例えば、磁極板13aに開けた位置調整穴19aと、この位置調整穴19aを介して支持板18aに磁極板13aを固定するねじ等の位置調整用留め具20aとで構成されており、位置調節部17aにより、図8に白抜きの矢印で示す方向に磁極板13aを移動させて支持板18aに固定することにより、磁極板13aと荷電粒子周回軌道面14との距離を変えることができる。図9は図8に示すE−E'での断面図である。図10は位置調整型磁極板13aの別の例である。ここでは、磁極板13aを支持する支持板18aをなくし、鉄心10に直接磁極板13aを取り付けている。又、磁極板13aと支持板18aとを一体にし、支持板18aに位置調節部17aを設置し、これを介して鉄心10に固定するという方法でもよい。
本発明の実施の形態3に係る偏向電磁石1の磁極板13aを図12に示す。この実施の形態の磁極板13aは、磁極板をその長手方向に複数に分割して、偏向軌道面14からの磁極板距離を分割磁極板毎に調整できるようにした。この磁極板13aは分割磁極板毎に位置調整部17aを少なくとも1箇所備えている。偏向電磁石1への磁極板13aの支持方法は実施の形態2で説明した方法と同様である。
本発明の実施の形態4に係る偏向電磁石1を図13に示す。本実施の形態は、磁極板以外の漏洩磁場調整手段を有する偏向電磁石についての発明である。図13ではトリムコイルの設置状況が見やすいようにコイル12a、12bは省略した。磁極形状も矩形とし、単純化して示した。図13の偏向電磁石1では、この偏向電磁石1を加速装置2に設置した場合に、磁極11a、11b間の間隔を加速装置の径方向内側に近づくにつれてより狭くしてある。磁極間間隔が小さいと磁場漏洩率は小さくなるので、磁極間間隔を径方向に沿って広げていくことで磁極板でコイル側面を覆う面積を径方向外側に沿って小さくしていくということと同様の効果を得ることができる。しかし、この様にすると、径方向内側に近づくにつれて磁場が強くなってしまい、FFAG加速装置2で要請されている偏向磁場強度分布の径方向依存性が逆転してしまう。この発明では、これを補正するためにトリムコイル21a、21bを設置し、磁場強度分布を補償している。トリムコイルによる補償の具体的な方法としては偏向半径の小さいところで磁極とは逆向きに強い磁場を発生させ磁場強度分布を補償する方法と、偏向半径の大きいところで磁極と同じ向きに強い磁場を発生させて磁場強度分布を補償する方法とがある。図13は前者の例を示した。補償の程度はトリムコイルの設置態様やトリムコイルへの通電量を変えることにより、用途に応じて変えることができる。
本実施の形態は、実施の形態1から4で説明した漏洩磁場調整手段のいずれかと螺旋形状の磁極を有する偏向電磁石とを組み合わせたものである。初めに、螺旋形状の磁極の必要性について説明する。FFAG加速装置2では偏向電磁石1の径方向に磁場強度を大きくしているが、この磁場勾配により荷電粒子には垂直方向に発散力が働いてしまい、荷電粒子の安定な周回の妨げになる。この発散力を抑えるための収束力を得るために螺旋形状磁極を有する偏向電磁石1を採用する。螺旋形状の磁極にすることにより、偏向電磁石への荷電粒子の入射角、および偏向電磁石からの荷電粒子の出射角φ(φは平衡軌道の進行方向に垂直な線と偏向電磁石の磁極面とのなす角度である。)は、通常のセクター型偏向電磁石に比べて大きくすることができ、しかも、いずれの周回軌道からの入射、出射においても同じ角度にすることができる。エッジフォーカスによる垂直方向の収束力はtanφに比例することから、通常のセクター形状の偏向電磁石に比べた場合、この様な螺旋形状の偏向電磁石では、荷電粒子に対する垂直方向の収束力を、加速装置の周回軌道位置に依存することなく一様に、大きくすることができる。従って、螺旋形状磁極は加速装置の径方向の大きさを抑えるための有効な選択と言える。しかし、これだけではこれまで述べてきたように、加速過程でのチューンの変化による共鳴線との抵触を避けられないことから、実施の形態1から4で説明した漏洩磁場調整手段のいずれかを選択して、上記螺旋形状磁極を有する偏向電磁石と組み合わせることにより、加速過程でのチューンの変化を低減することが可能で、且つ、従来の偏向電磁石に比べて周方向にもコンパクトな偏向電磁石を実現することが出来る。この偏向電磁石を加速装置に採用することにより、加速装置もコンパクトにすることが出来る。尚、漏洩磁場分布形状は磁極形状により影響を受けるので、磁極板の形状設計には磁極形状が影響するが、これまで説明してきた本発明の意義と効果は、螺旋形状以外の形状であっても、磁極形状によらず成立する。
Claims (7)
- 入射した荷電粒子を偏向し、出射する偏向電磁石において、入射前の荷電粒子の軌道を入射軌道、出射後の荷電粒子の軌道を出射軌道として、荷電粒子の入射位置が、偏向磁場と上記荷電粒子の入射する軌道とに対して略直交する方向に分布する偏向電磁石であって、当該偏向電磁石への前記荷電粒子の入射位置に対応する入射軌道方向、及び当該偏向電磁石からの前記荷電粒子の出射位置に対応する出射軌道方向への前記偏向磁場からの漏洩磁場分布を、磁場の漏洩率を調節することにより、上記入射又は出射する位置に依存して異なる分布形状にする漏洩磁場調整手段を備えた偏向電磁石。
- 漏洩磁場調整手段は、荷電粒子が偏向電磁石に入射又は出射する側の上記偏向電磁石を構成するコイル最外側面に、磁性材で構成される磁極板を、上記偏向電磁石を構成する鉄心を介して配置し、上記偏向電磁石による上記荷電粒子の偏向軌道面に対向する上記磁極板の面と上記偏向軌道面との空隙間距離が、上記偏向電磁石の上記荷電粒子の入射又は出射する位置に依存して設定されたものであることを特徴とする請求項1に記載の偏向電磁石。
- 磁極板は、位置調整部を備え、この位置調整部により上記空隙間距離を可変にしたことを特徴とする請求項2に記載の偏向電磁石。
- 磁極板は、荷電粒子が上記偏向電磁石に入射又は出射する位置に対応して複数に分割された分割磁極板で構成されるとともに、この分割磁極板毎に、位置調整部を備えたことを特徴とする請求項3に記載の偏向電磁石。
- 漏洩磁場調整手段は、偏向電磁石磁極間の間隔を、荷電粒子が上記偏向電磁石に入射又は出射する位置に依存して変化させた構成であり、かつ、上記入射又は出射する位置に依存した磁場強度分布を調節するトリムコイルを備えたことを特徴とする請求項1に記載の偏向電磁石。
- 偏向電磁石磁極の荷電粒子偏向軌道面への投影形状が、荷電粒子の入射及び出射のそれぞれの側で、螺旋形状を平面投影して形成される形状の一部であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の偏向電磁石。
- 請求項1から6の何れかに記載の2以上の偏向電磁石を使って構成したことを特徴とする荷電粒子加速装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003349967A JP4042675B2 (ja) | 2003-10-08 | 2003-10-08 | 偏向電磁石および荷電粒子加速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003349967A JP4042675B2 (ja) | 2003-10-08 | 2003-10-08 | 偏向電磁石および荷電粒子加速装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005116372A JP2005116372A (ja) | 2005-04-28 |
JP4042675B2 true JP4042675B2 (ja) | 2008-02-06 |
Family
ID=34541686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003349967A Expired - Fee Related JP4042675B2 (ja) | 2003-10-08 | 2003-10-08 | 偏向電磁石および荷電粒子加速装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4042675B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4509880B2 (ja) * | 2005-07-05 | 2010-07-21 | 三菱電機株式会社 | 電磁石装置 |
JP2007026818A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Nhv Corporation | 磁場勾配を形成する電磁石 |
JP4719241B2 (ja) * | 2008-04-15 | 2011-07-06 | 三菱電機株式会社 | 円形加速器 |
JP5336991B2 (ja) * | 2009-10-01 | 2013-11-06 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 荷電粒子線ビームの制御用電磁石及びこれを備えた照射治療装置 |
JP6739393B2 (ja) * | 2017-04-18 | 2020-08-12 | 株式会社日立製作所 | 粒子線加速器および粒子線治療装置 |
-
2003
- 2003-10-08 JP JP2003349967A patent/JP4042675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005116372A (ja) | 2005-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4996496A (en) | Bending magnet | |
US5117212A (en) | Electromagnet for charged-particle apparatus | |
JP5836369B2 (ja) | サイクロトロン、加速された荷電粒子のビームを発生させる方法及びその使用 | |
JP4042675B2 (ja) | 偏向電磁石および荷電粒子加速装置 | |
JP2014053194A (ja) | シンクロトロン | |
JP2018149179A (ja) | 回転照射装置、回転照射方法、及び回転照射治療装置 | |
JP2020064753A (ja) | 加速器、およびそれを用いた加速器システム、粒子線治療システム | |
JP3945601B2 (ja) | 等時性サイクロトロン | |
JP2000082599A (ja) | 円形加速器用電磁石 | |
JP2813386B2 (ja) | 荷電粒子装置の電磁石 | |
KR20210023146A (ko) | 차폐식 영구자석 어레이를 이용한 수평형 가진기 | |
JP2022175836A (ja) | 電磁石及び荷電粒子加速装置 | |
JP4296001B2 (ja) | 円形加速器 | |
JP4294158B2 (ja) | 荷電粒子加速装置 | |
JP2004206995A (ja) | 偏向電磁石、荷電粒子輸送路、および円形加速装置 | |
JP4102677B2 (ja) | 荷電粒子加速装置 | |
JP2017084595A (ja) | 偏向電磁石装置 | |
JPH0521197A (ja) | 二極電磁石 | |
JP2021028001A (ja) | 回転照射装置の制御方法 | |
JP2022176617A (ja) | セプタム電磁石、加速器および粒子線治療システム | |
JPH06151096A (ja) | 加速器用ビームダクト | |
JP2015050047A (ja) | シンクロトロン | |
JP2700687B2 (ja) | ウィグラー装置 | |
JPH11283794A (ja) | 曲線状電磁石 | |
JPH11345700A (ja) | 電磁石及びそれを用いたシンクロトロン |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060908 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060926 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070424 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070620 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070913 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071023 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071105 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131122 Year of fee payment: 6 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |