JP5590550B2 - Electromagnetic system with variable magnetic field distribution - Google Patents
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Description
本発明は、粒子線加速器などで使用される電磁石システムに関し、特に、磁場分布を変更し得るようにした磁場分布可変型電磁石システムに関する。 The present invention relates to an electromagnet system used in a particle beam accelerator or the like, and more particularly to a variable magnetic field distribution type electromagnet system that can change the magnetic field distribution.
陽子などの粒子を加速するシンクロトロン系の粒子線加速器では、リンクを構成する真空チャンバ(真空空洞パイプ)に沿って複数の加速機器、複数の偏向電磁石、複数の収束電磁石などを配置し、これら各加速機器、各偏向電磁石、各収束電磁石などを動作させて、入射路側からリングの真空チャンバ内に導かれた荷電粒子を加速させている。 In synchrotron-based particle beam accelerators that accelerate particles such as protons, multiple accelerators, multiple deflection electromagnets, multiple converging electromagnets, etc. are arranged along the vacuum chamber (vacuum cavity pipe) that constitutes the link. Each acceleration device, each deflection electromagnet, each focusing electromagnet, and the like are operated to accelerate charged particles introduced into the vacuum chamber of the ring from the incident path side.
図10は、このような従来の粒子線加速器で使用される偏向電磁石の正面側断面図を示すものである。 FIG. 10 is a front sectional view of a deflection electromagnet used in such a conventional particle beam accelerator.
図10に示す偏向電磁石101は、窓枠状に形成された磁性材料などによって構成される磁性体102と、磁性体102に形成されたギャップ(空隙)103内に配置された往路側励磁コイル104、復路側励磁コイル106によって構成される偏向励磁コイル109とを備えている。
A
そして、加速器制御装置(図示は省略する)からの指示に対応して、励磁電源(図示は省略する)から励磁電流が供給されているとき、往路側励磁コイル104によって、磁性体102内に磁力線105を発生させるとともに、復路側励磁コイル106によって、磁性体102内に磁力線107を発生させる。
In response to an instruction from an accelerator control device (not shown), when an excitation current is supplied from an excitation power source (not shown), a magnetic line of force is generated in the
これによって、図11に示す如くギャップ103内にフラットな磁場分布特性を持つギャップ内磁力線(偏向磁力線)108が発生し、ギャップ103内に配置された真空チャンバ(図示は省略する)内を通過する荷電粒子が水平方向に偏向させられる。
As a result, a magnetic field line (deflection magnetic field line) 108 having a flat magnetic field distribution characteristic is generated in the
ところで、このような粒子線加速器で使用される従来の偏向電磁石101では、荷電粒子を偏向させるという1つの機能しか持っていないことから、リングを構成する真空チャンバに沿って、多数の偏向電磁石、多数の収束電磁石、多数の加速機器などを配置するのに必要なスペースを確保しなければならない。このため、リング自体が大きくなってしまうという問題があった。
By the way, since the
本発明は、上記の事情に鑑み、荷電粒子の軌道を調整する磁力線の磁場分布を変化させて、各種偏向機能、各種収束機能、他の機能などを持たせることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができ、さらに応答速度を2倍以上、高速化させることができる磁場分布可変型電磁石システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, by changing the magnetic field distribution of the magnetic lines of force for adjusting the trajectory of the load conductive particles, various deflecting function, various convergence function, can have like other features, whereby the ring Providing a variable magnetic field distribution type electromagnet system that can significantly reduce the number of types of electromagnets used, reduce the cost and size of the accelerator, and increase the response speed more than twice. The purpose is to do.
このため、本発明においては、2つのC型励磁ユニットを組み合わせて、これらC型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させることにより、各C型励磁ユニットによって画成されるギャップ内の磁場分布を変化させることができ、これによって偏向機能のほか、収束機能、他の機能などを持たせて、リングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる磁場分布可変型電磁石システムを提供することを目的としている。 For this reason, in the present invention, by combining two C-type excitation units and exciting each of these C-type excitation units independently, the magnetic field distribution in the gap defined by each C-type excitation unit is obtained. This makes it possible to change the number of electromagnets used in the ring by providing a deflection function, a convergence function, and other functions in addition to the deflection function, thereby reducing the cost and size of the accelerator. It is an object of the present invention to provide a variable magnetic field distribution type electromagnet system.
また、本願の請求項2に係る発明では、2つのC型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させ、各C型励磁ユニットによって画成されるギャップ内に2極励磁パターン、4極励磁パターン、または機能結合パターンのいずれかに対応する磁力線を生成させることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる磁場分布可変型電磁石システムを提供することを目的としている。
Further, in the invention according to
また、本願の請求項3に係る発明では、複数の円弧型励磁ユニットを組み合わせて、これら円弧型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させることにより、各円弧型励磁ユニットによって画成される空間内の磁場分布を変化させることができ、これによって収束機能などを調整自在にさせて、リングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる磁場分布可変型電磁石システムを提供することを目的としている。
Further, in the invention according to
そして、本願の請求項4に係る発明では、複数の円弧型励磁ユニットを組み合わせて、これら円弧型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させ、各円弧型励磁ユニットによって画成される空間内に8極励磁パターン、または4極励磁パターンのいずれかに対応する磁力線を生成させることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる磁場分布可変型電磁石システムを提供することを目的としている。
In the invention according to
上記の目的を達成するために、本発明は、磁場分布可変型電磁石システムでは、磁力線を発生して、荷電粒子の軌道を制御する電磁石システムにおいて、荷電粒子の通路となる真空チャンバを囲むように配置される複数の励磁ユニットと、これら各励磁ユニット毎に、指定された電流方向、電流値の励磁電流を生成して、前記各励磁ユニットを各々励磁させる励磁電源と、を備え、前記励磁ユニットの各々は、C字形状の磁性体、前記励磁電源から励磁電流が供給されたとき、前記磁性体内に磁力線を発生させる励磁コイルを備え、前記真空チャンバを囲むように、一方の前記励磁ユニット端部と、他方の前記励磁ユニット端部と対向配置させ、前記励磁電源から一方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流、他方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流を各々、制御させて、一方の前記励磁ユニット、他方の前記励磁ユニットによって生成されるギャップ内磁力線の磁場分布を制御させることを特徴としている。 To achieve the above object, the present invention is, in the magnetic field distribution variable electromagnet system, and generate magnetic lines of force in the electromagnet system for controlling the trajectory of charged particles, so as to surround the vacuum chamber for passage of charged particles a plurality of excitation units arranged on, each respective exciter, specified current direction, and generates an excitation current of a current value, and a magnetizing power source for each energized the respective exciter, the excitation Each of the units includes a C-shaped magnetic body, an excitation coil that generates a magnetic line of force in the magnetic body when an excitation current is supplied from the excitation power supply, and one of the excitation units so as to surround the vacuum chamber. An excitation current to be supplied to one of the excitation units from the excitation power source, and to the other excitation unit, arranged opposite to the end of the other excitation unit. Each excitation current that, by controlled, is characterized in that to control the magnetic field distribution of one of the excitation unit, gap magnetic field lines generated by the other of the exciting unit.
削除 Delete
また、請求項2では、請求項1に記載の磁場分布可変型電磁石システムにおいて、前記励磁電源は、一方の前記励磁ユニット、他方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流の電流方向、電流値を各々、調整し、前記各励磁ユニットのギャップ内に、2極磁場分布特性、4極磁場分布特性、または機能結合磁場分布特性のいずれかに対応する磁力線を生成させることを特徴としている。
Also, each in
また、請求項3では、請求項1に記載の磁場分布可変型電磁石システムにおいて、前記各励磁ユニットは各々、内面側に2つの突起が形成される円弧形状の磁性体、前記各突起に対し、“8”字状に巻き付けられ、前記励磁電源から励磁電流が供給されたとき、前記各突起、前記磁性体内に磁力線を発生させる励磁コイルを備え、前記真空チャンバを囲むように、かつ前記各励磁ユニットの各端部のうち、隣り合う端部同士が密着、または近接するように、前記各励磁ユニットを円形に配置し、前記励磁電源から前記各励磁ユニットに供給する励磁電流を各々、制御させて、前記各励磁ユニットによって画成される円形空間内に生成される磁力線の磁場分布を制御させることを特徴としている。
Further, in
そして、請求項4では、請求項3に記載の磁場分布可変型電磁石システムにおいて、前記励磁電源は、前記各励磁ユニットに供給する励磁電流の電流方向、電流値を各々、調整し、前記各励磁ユニットによって画成される前記円形空間内に、8極磁場分布特性、または4極磁場分布特性のいずれかに対応する磁力線を生成させることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention , in the variable magnetic field distribution type electromagnet system according to the third aspect , the excitation power source adjusts a current direction and a current value of an excitation current to be supplied to each of the excitation units. Magnetic field lines corresponding to either the octupole magnetic field distribution characteristic or the quadrupole magnetic field distribution characteristic are generated in the circular space defined by the unit.
本発明に係る磁場分布可変型電磁石システムでは、荷電粒子の軌道を調整する磁力線の磁場分布を変化させて、各種偏向機能、各種収束機能、他の機能などを持たせることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができ、さらに応答速度を2倍以上、高速化させることができ、2つのC型励磁ユニットを組み合わせて、これらC型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させることにより、各C型励磁ユニットによって画成されるギャップ内の磁場分布を変化させることができ、これによって偏向機能のほか、収束機能、他の機能などを持たせて、リングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる。 In the magnetic field distribution variable electromagnet system according to the present invention, by varying the magnetic field distribution of the magnetic lines of force for adjusting the trajectory of charged particles, various deflecting function, various convergence function, can have like other features, whereby the ring in greatly reducing the number of types of electromagnets are used, cost of the accelerator, it is possible to achieve miniaturization, further response speed twice or more, it is possible to speed up, the two C-type exciter By combining these C-type excitation units independently, the magnetic field distribution in the gap defined by each C-type excitation unit can be changed. By providing functions and other functions, the number of types of electromagnets used in the ring can be greatly reduced, and the cost and size of the accelerator can be reduced .
削除 Delete
また、請求項2の磁場分布可変型電磁石システムでは、2つのC型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させ、各C型励磁ユニットによって画成されるギャップ内に2極励磁パターン、4極励磁パターン、または機能結合パターンのいずれかに対応する磁力線を生成させることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる。
Further, in the magnetic field distribution variable electromagnet system according to
また、請求項3の磁場分布可変型電磁石システムでは、複数の円弧型励磁ユニットを組み合わせて、これら円弧型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させることにより、各円弧型励磁ユニットによって画成される空間内の磁場分布を変化させることができ、これによって収束機能などを調整自在にさせて、リングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる。
In the magnetic field distribution variable electromagnet system according to
そして、請求項4の磁場分布可変型電磁石システムでは、複数の円弧型励磁ユニットを組み合わせて、これら円弧型励磁ユニットを各々、独立させて励磁させ、各円弧型励磁ユニットによって画成される空間内に8極励磁パターン、または4極励磁パターンのいずれかに対応する磁力線を生成させることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成する。
In the variable magnetic field distribution type electromagnet system according to
A.本発明の第1の実施形態
図1は、本発明による磁場分布可変型電磁石システムの第1実施形態を示す正面側断面図である。
A. First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a front side sectional view showing a first embodiment of a variable magnetic field distribution type electromagnet system according to the present invention.
図1に示す磁場分布可変型電磁石システム1は、リングを構成する真空チャンバ15(図2参照)の一側面側に配置されるC型の第1励磁ユニット2と、真空チャンバ15の他側面側に配置されるC型の第2励磁ユニット3と、これら第1励磁ユニット2、第2励磁ユニット3を各々、励磁する励磁電源4とを備えており、励磁電源4によって、第1励磁ユニット2の励磁方向、励磁量、第2励磁ユニット3の励磁方向、励磁量を各々、制御させて、第1励磁ユニット2に、指定された磁場分布特性を持つ第1ギャップ内磁力線16(図3〜図5参照)を生成させるとともに、第2励磁ユニット3に、指定された磁場分布特性を持つ第2ギャップ内磁力線17(図3〜図5参照)を生成させることにより、ギャップ6、12内に、指定された磁場分布特性を持つギャップ内磁力線18(図3〜図5参照)を生成させる。
A magnetic field distribution
第1励磁ユニット2は、所定の磁気特性を持ち、断面がC型形状になるように加工された長手磁性材料などによって構成される第1磁性体5と、第1磁性体5の上部、下部間に形成されたギャップ6内に配置された厚板状の往路側励磁コイル7、第1磁性体5の内面以外の面に密着するように配置された薄板状の復路側励磁コイル8によって構成される第1励磁コイル9とを備えており、励磁電源4から第1励磁電流が供給されているとき、第1励磁コイル9を励磁させて、第1磁性体5内に、第1励磁電流の電流方向、電流値に応じた方向、強さの磁力線を生成させて、ギャップ6内に、第1ギャップ内磁力線16を生成させる。
The
また、第2励磁ユニット3は、所定の磁気特性を持ち、第1磁性体5と同一形状、同一サイズとなるように、かつ断面がC型形状になるように加工された長手磁性材料などによって構成される第2磁性体10と、第2磁性体10の内面以外の面に密着するように配置された薄板状の往路側励磁コイル11、第2磁性体10の上部、下部間に形成されたギャップ12内に配置された厚板状の復路側励磁コイル13によって構成される第2励磁コイル14とを備えており、励磁電源4から第2励磁電流が供給されているとき、第2励磁コイル14を励磁させて、第2磁性体10内に、第2励磁電流の電流方向、電流値に応じた方向、強さの磁力線を生成させて、ギャップ12内に、第2ギャップ内磁力線17を生成させる。
The
また、励磁電源4は、リング制御装置(図示は省略する)からの指示に対応した電流方向、電流値の第1励磁電流を発生して、第1励磁コイル9を励磁させ、ギャップ6内に指定された磁束密度、磁場分布を持つ第1ギャップ内磁力線16を生成させるとともに、リング制御装置からの指示に対応した第2励磁電流を発生して、第2励磁コイル14を励磁させ、ギャップ12内に指定された磁束密度、磁場分布を持つ第2ギャップ内磁力線17を生成させる。
Further, the
次に、図2に示す正面側断面図、図3乃至5を参照しながら、磁場分布可変型電磁石システム1の動作を説明する。
Next, the operation of the magnetic field distribution
まず、図2に示す如く第1励磁ユニット2の各端面と、第2励磁ユニット3の各端面とが密に接合させられ、これら第1励磁ユニット2、第2励磁ユニット3が機械的に一体化させられるとともに、第1励磁ユニット2のギャップ6内、第2励磁ユニット3のギャップ12内に真空チャンバ15が挿通される。
First, as shown in FIG. 2, each end face of the
この後、2極偏向電磁石として使用するときには、励磁電源4によって、励磁方向をプラス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第1励磁電流が生成されて、第1励磁ユニット2の第1励磁コイル9が励磁される。これにより、図3に示す如くギャップ6内に第1ギャップ内磁場分布特性を持つ第1ギャップ内磁力線16が生成される。
Thereafter, when used as a two-pole deflection electromagnet, the
また、この動作と並行し、励磁電源4によって、励磁方向をプラス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第2励磁電流が生成されて、第2励磁ユニット3の第2励磁コイル14が励磁される。これにより、ギャップ12内に第2ギャップ内磁場分布特性を持つ第2ギャップ内磁力線17が生成される。
In parallel with this operation, the
この結果、機械的に一体化された第1励磁ユニット2のギャップ6内に生成された第1ギャップ内磁力線16と、第2励磁ユニット3のギャップ12内に生成された第2ギャップ内磁力線17とが合成されて、図3に示す如く通常の2極偏向電磁石と同様に、均一な磁場分布特性を持つギャップ内磁力線18が生成され、第1励磁ユニット2のギャップ6内、第2励磁ユニット3のギャップ12内に配置された、真空チャンバ15内を通過する荷電粒子が右方向(または、左方向)に偏向される。
As a result, the first in-gap
また、4極励磁電磁石として使用するときには、励磁電源4によって、励磁方向をプラス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第1励磁電流が生成されて、第1励磁ユニット2の第1励磁コイル9が励磁される。これにより、図4に示す如くギャップ6内に第1ギャップ内磁場分布特性を持つ第1ギャップ内磁力線16が生成される。
When used as a four-pole excitation electromagnet, the
また、この動作と並行し、励磁電源4によって、励磁方向をマイナス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第2励磁電流が生成されて、第2励磁ユニット3の第2励磁コイル14が励磁される。これにより、ギャップ12内に第2ギャップ内磁場分布特性を持つ第2ギャップ内磁力線17が生成される。
In parallel with this operation, the
この結果、機械的に一体化された第1励磁ユニット2のギャップ6内に生成された第1ギャップ内磁力線16と、第2励磁ユニット3のギャップ12内に生成された第2ギャップ内磁力線17とが合成されて、図4に示す如く通常の4極電磁石と同様に、4極成分となる斜め勾配磁場分布特性を持つギャップ内磁力線18が生成され、第1励磁ユニット2のギャップ6内、第2励磁ユニット3のギャップ12内に配置された、真空チャンバ15内を通過する荷電粒子が中心方向に収束する。
As a result, the first in-gap
また、機能結合型電磁石として使用するときには、励磁電源4によって、励磁方向をプラス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第1励磁電流が生成されて、第1励磁ユニット2の第1励磁コイル9が励磁される。これにより、図5に示す如くギャップ6内に第1ギャップ内磁場分布特性を持つ第1ギャップ内磁力線16を生成させる。
When used as a function-coupled electromagnet, the
また、この動作と並行し、励磁電源4によって、励磁方向をプラス側にし、励磁量を50%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ第2励磁電流が生成されて、第2励磁ユニット3の第2励磁コイル14が励磁される。これにより、ギャップ12内に第2ギャップ内磁場分布特性を持つ第2ギャップ内磁力線17を生成させる。
In parallel with this operation, the
この結果、機械的に一体化された第1励磁ユニット2のギャップ6内に生成された第1ギャップ内磁力線16と、第2励磁ユニット3のギャップ12内に生成された第2ギャップ内磁力線17とが合成されて、図5に示すような通常の2極偏向電磁石と、4極電磁石とを合わせた機能結合型電磁石と同様に、斜め勾配磁場分布特性を持つギャップ内磁力線18が生成され、第1励磁ユニット2のギャップ6内、第2励磁ユニット3のギャップ12内に配置された、真空チャンバ15内を通過する荷電粒子が右方向に偏向させられながら、収束させられる。
As a result, the first in-gap
このように、この第1形態では、励磁電源4によって、第1励磁ユニット2の励磁方向、励磁量、第2励磁ユニット3の励磁方向、励磁量を各々、制御させて、第1励磁ユニット2に、指定された磁場分布特性を持つ第1ギャップ内磁力線16を生成させるとともに、第2励磁ユニット3に、指定された磁場分布特性を持つ第2ギャップ内磁力線17を生成させ、ギャップ6、12内に、指定された磁場分布特性を持つギャップ内磁力線18を生成させるようにしているので、荷電粒子の軌道を調整する磁力線の磁場分布を変化させて、各種偏向機能、各種収束機能、他の機能などを持たせることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる(請求項1、2及び3に記載の発明の効果)。
Thus, in the first embodiment, the
また、この第1形態では、第1励磁ユニット2の第1励磁コイル9と、第2励磁ユニット3の第2励磁コイル14とによって、1つのギャップ内磁力線18を生成させるようにしているので、従来の偏向電磁石に設けられている励磁コイルに比べ、第1励磁コイル9、第2励磁コイル14のインダクタンスを半減させることができ、これによって応答速度を1マイクロ秒以下にさせることができる。
Moreover, in this 1st form, since the 1st
さらに、この第1形態では、第1磁性体5、第2磁性体10などの鉄心の制約に起因する最大加速エネルギーLの制約を無くすことができ、これによってシンクロトロン等の高エネルギー粒子線加速器の機能を維持しつつ、加速器本体をコンパクト化させることができるとともに、運転中においても、磁場分布を変更させることができる。
Furthermore, in the first embodiment, the restriction of the maximum acceleration energy L caused by the restriction of the iron core such as the first
2.本発明の第2の実施形態
図6は、本発明による磁場分布可変型電磁石システムの第2形態を示す正面側断面図である。
2. Second Embodiment of the Present Invention FIG. 6 is a front side sectional view showing a second embodiment of the variable magnetic field distribution type electromagnet system according to the present invention.
図6に示す磁場分布可変型電磁石システム21は、1/4円弧状に形成される第1電磁石ユニット22、第2電磁石ユニット23、第3電磁石ユニット24、第4電磁石ユニット25と、第1〜第4電磁石ユニット22〜25を個別に励磁する励磁電源26とを備えており、加速器制御装置からの指示信号に応じて、励磁電源26から第1〜第4電磁石ユニット22〜25に励磁電流を供給させて、通常の8極電磁石と同じ磁場分布特性の磁力線35(図8参照)、または4極電磁石と同じ磁場分布特性の磁力線35(図9参照)を生成させ、内部に配置された真空チャンバ27内を通る荷電粒子を収束させる。
The variable magnetic field distribution
第1乃至第4電磁石ユニット22−25は各々、図7に示すように内面側に2つの平面部28、29が形成され、外面側が1/4円弧形状にされた長手磁性材料などによって構成されるベース磁性体30と、所定の磁気特性を持つ長板形状の磁性材料などによって構成され、外面側がベース磁性体30の平面部28と密着させられる第1磁性体31と、所定の磁気特性を持つ長板形状の磁性材料などによって構成され、外面側がベース磁性体30の平面部29と密着させられる第2磁性体32と、第1磁性体31の各側面、第2磁性体32の各3側面を順次、経由するように、第1磁性体31、第2磁性体32に巻き付けられて形成される“8”字状の励磁コイル33と、を備えている。
As shown in FIG. 7, each of the first to fourth electromagnet units 22-25 is made of a longitudinal magnetic material having two
そして、8極電磁石として使用するときには、励磁電源26によって、励磁方向をマイナス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ4つの励磁電流が生成されて、第1電磁石ユニット22〜第4電磁石ユニット25が各々、励磁される。これにより、図8に示す如く第1電磁石ユニット22〜第4電磁石ユニット25間で、隣り合う磁力線が分岐させられて、空洞34内に、通常の8極電磁石と同じ磁場分布特性を持つ磁力線35が生成され、真空チャンバ27内を通る荷電粒子を収束させる。
When using as an octupole electromagnet, the
また、4極電磁石として使用するときには、励磁電源26によって、励磁方向をマイナス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ2つの励磁電流が生成されて、第1電磁石ユニット22、第3電磁石ユニット24が励磁させられるとともに、励磁方向をプラス側にし、励磁量を100%にするのに必要な電流方向、電流値を持つ2つの励磁電流が生成されて、第2電磁石ユニット23、第4電磁石ユニット25が励磁される。これにより、図9に示す如く第1電磁石ユニット22〜第4電磁石ユニット25毎に磁力線が独立させられて、空洞34内に、通常の4極電磁石と同じ磁場分布特性の磁力線35が生成され、真空チャンバ27内を通る荷電粒子を収束させる。
When used as a quadrupole electromagnet, the
このように、この第2形態では、加速器制御装置からの指示信号に応じて、励磁電源26から第1〜第4電磁石ユニット22〜25に励磁電流を各々、供給させて、通常の8極電磁石と同じ磁場分布特性の磁力線35、または4極電磁石と同じ磁場分布特性の磁力線35を生成させるようにしているので、加速対象となっている荷電粒子の種類、目標速度などに応じて、最適な磁場分布特性の磁力線35を生成させることができ、これによってリングで使用される電磁石の種類数を大幅に低減させ、加速器の低価格化、小型化を達成させることができる(請求項1、4及び5に記載の発明の効果)。
As described above, in the second embodiment, in accordance with an instruction signal from the accelerator control device, an excitation current is supplied from the
また、この第2形態では、第1電磁石ユニット22の励磁コイル33〜第4電磁石ユニット22の励磁コイル33を個別に励磁させて、空洞34内に4極、または8極の磁力線35を生成させるようにしているので、従来の収束電磁石に設けられている励磁コイルに比べ、各励磁コイル33のインダクタンスを1/4以下にさせることができ、これによって応答速度を4倍以上、高速化させることができる。
Moreover, in this 2nd form, the
さらに、この第2形態では、第1〜第4電磁石ユニット22〜25の各ベース磁性体30、各第1磁性体31、各第2磁性体32などの鉄心の制約に起因する最大加速エネルギーLの制約を無くすことができ、これによってシンクロトロン等の高エネルギー粒子線加速器の機能を維持しつつ加速器本体をコンパクト化させることができるとともに、運転中においても、磁場分布を変更させることができる。
Furthermore, in this 2nd form, the maximum acceleration energy L resulting from restrictions of iron cores, such as each base
本発明は、粒子線加速器などで使用される電磁石システムに関するものであり、特に、素粒子実験、原子核実験、医学利用(放射線治療)等を目的とした高エネルギー粒子線加速器の多機能化を可能とし、バルク加工を対象にしたナノ材料の量産化への一歩である重イオン加速器に貢献するものであって、産業上の利用可能性を有する。 The present invention relates to an electromagnet system used in a particle beam accelerator and the like, and in particular, it enables multi-functionalization of a high energy particle beam accelerator for the purpose of elementary particle experiment, nuclear experiment, medical use (radiotherapy), etc. It contributes to the heavy ion accelerator, which is a step toward mass production of nanomaterials for bulk processing, and has industrial applicability.
1:磁場分布可変型電磁石システム
2:第1励磁ユニット(励磁ユニット)
3:第2励磁ユニット(励磁ユニット)
4:励磁電源
5:第1磁性体(C字形状の磁性体)
6:ギャップ
7:往路側励磁コイル
8:復路側励磁コイル
9:第1励磁コイル(励磁コイル)
10:第2磁性体(C字形状の磁性体)
11:往路側励磁コイル
12:ギャップ
13:復路側励磁コイル
14:第2励磁コイル(励磁コイル)
15:真空チャンバ
16:第1ギャップ内磁力線
17:第2ギャップ内磁力線
18:ギャップ内磁力線
21:磁場分布可変型電磁石システム
22:第1電磁石ユニット(励磁ユニット)
23:第2電磁石ユニット(励磁ユニット)
24:第3電磁石ユニット(励磁ユニット)
25:第4電磁石ユニット(励磁ユニット)
26:励磁電源
27:真空チャンバ
28:平面部
29:平面部
30:ベース磁性体(円弧形状の磁性体)
31:第1磁性体(円弧形状の磁性体)
32:第2磁性体(円弧形状の磁性体)
33:励磁コイル
34:空洞(円形空間)
35:磁力線
1: Electromagnetic system with variable magnetic field distribution 2: First excitation unit (excitation unit)
3: Second excitation unit (excitation unit)
4: Excitation power supply 5: First magnetic body (C-shaped magnetic body)
6: Gap 7: Outward side exciting coil 8: Inward side exciting coil 9: First exciting coil (exciting coil)
10: Second magnetic body (C-shaped magnetic body)
11: Outward side exciting coil 12: Gap 13: Return side exciting coil 14: Second exciting coil (exciting coil)
15: Vacuum chamber 16: Magnetic field lines in the first gap 17: Magnetic field lines in the second gap 18: Magnetic field lines in the gap 21: Electromagnetic system with variable magnetic field distribution 22: First electromagnetic unit (excitation unit)
23: Second electromagnet unit (excitation unit)
24: Third electromagnet unit (excitation unit)
25: Fourth electromagnet unit (excitation unit)
26: Excitation power supply 27: Vacuum chamber 28: Plane portion 29: Plane portion 30: Base magnetic body (arc-shaped magnetic body)
31: 1st magnetic body (arc-shaped magnetic body)
32: Second magnetic body (arc-shaped magnetic body)
33: Excitation coil 34: Cavity (circular space)
35: Magnetic field lines
Claims (4)
荷電粒子の通路となる真空チャンバを囲むように配置される複数の励磁ユニットと、
前記励磁ユニット毎に、指定された電流方向、電流値の励磁電流を生成して、前記各励磁ユニットを各々、励磁させる励磁電源と、を備え、
前記励磁ユニットの各々は、C字形状の磁性体と、前記励磁電源から励磁電流が供給されたとき前記磁性体内に磁力線を発生させる励磁コイルと、を有し、
前記真空チャンバを囲むように、一方の前記励磁ユニット端部と、他方の前記励磁ユニット端部と対向配置させ、
前記励磁電源から一方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流、他方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流を各々制御して、一方の前記励磁ユニット及び他方の前記励磁ユニットによって生成されるギャップ内磁力線の磁場分布を制御させる、ことを特徴とする磁場分布可変型電磁石システム。 In an electromagnet system that generates magnetic field lines and controls the trajectory of charged particles,
A plurality of excitation units arranged to surround a vacuum chamber serving as a passage for charged particles;
For each of the excitation unit, designated current direction, and generates an excitation current of a current value, each said respective excitation unit, and a excitation power source to be excited,
Each of the excitation units has a C-shaped magnetic body, and an excitation coil that generates lines of magnetic force in the magnetic body when an excitation current is supplied from the excitation power source,
In order to surround the vacuum chamber, one end of the excitation unit and the other end of the excitation unit are arranged opposite to each other,
By controlling the excitation current supplied from the excitation power source to one of the excitation units and the excitation current supplied to the other excitation unit, the magnetic field lines in the gap generated by the one excitation unit and the other excitation unit are controlled. A magnetic field distribution variable electromagnet system characterized by controlling a magnetic field distribution.
前記励磁電源は、一方の前記励磁ユニット、他方の前記励磁ユニットに供給する励磁電流の電流方向、電流値を各々、調整し、前記各励磁ユニットのギャップ内に、2極磁場分布特性、4極磁場分布特性、または機能結合磁場分布特性のいずれかに対応する磁力線を生成させる、ことを特徴とする磁場分布可変型電磁石システム。 The variable magnetic field distribution type electromagnet system according to claim 1 ,
The excitation power supply adjusts the current direction and current value of the excitation current supplied to one of the excitation units and the other of the excitation units, and has a dipole magnetic field distribution characteristic, quadrupole within the gap of each excitation unit. A magnetic field distribution variable electromagnet system characterized by generating magnetic field lines corresponding to either a magnetic field distribution characteristic or a function-coupled magnetic field distribution characteristic.
前記各励磁ユニットは各々、内面側に2つの突起が形成される円弧形状の磁性体、前記各突起に対し、“8”字状に巻き付けられ、前記励磁電源から励磁電流が供給されたとき、前記各突起、前記磁性体内に磁力線を発生させる励磁コイルを備え、
前記真空チャンバを囲むように、かつ前記各励磁ユニットの各端部のうち、隣り合う端部同士が密着、または近接するように、前記各励磁ユニットを円形に配置し、
前記励磁電源から前記各励磁ユニットに供給する励磁電流を各々、制御させて、前記各励磁ユニットによって画成される円形空間内に生成される磁力線の磁場分布を制御させる、ことを特徴とする磁場分布可変型電磁石システム。 The variable magnetic field distribution type electromagnet system according to claim 1,
Each of the excitation units is an arc-shaped magnetic body in which two protrusions are formed on the inner surface side, each of the protrusions is wound in an “8” shape, and when an excitation current is supplied from the excitation power source, Each of the protrusions includes an exciting coil that generates a line of magnetic force in the magnetic body,
Each of the excitation units is arranged in a circle so as to surround the vacuum chamber and so that adjacent ends of the ends of the excitation units are in close contact with each other or close to each other.
A magnetic field characterized in that an excitation current supplied to each excitation unit from the excitation power source is controlled to control a magnetic field distribution of magnetic lines generated in a circular space defined by each excitation unit. Variable distribution type electromagnet system.
前記励磁電源は、前記各励磁ユニットに供給する励磁電流の電流方向、電流値を各々、調整し、前記各励磁ユニットによって画成される前記円形空間内に、8極磁場分布特性、または4極磁場分布特性のいずれかに対応する磁力線を生成させる、ことを特徴とする磁場分布可変型電磁石システム。 The magnetic field distribution variable electromagnet system according to claim 3 ,
The excitation power source adjusts the current direction and the current value of the excitation current supplied to each excitation unit, and the octupole magnetic field distribution characteristic or quadrupole is set in the circular space defined by each excitation unit. A magnetic field distribution variable electromagnet system characterized by generating magnetic field lines corresponding to any of the magnetic field distribution characteristics.
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