JPH0558240B2 - - Google Patents
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- JPH0558240B2 JPH0558240B2 JP22203283A JP22203283A JPH0558240B2 JP H0558240 B2 JPH0558240 B2 JP H0558240B2 JP 22203283 A JP22203283 A JP 22203283A JP 22203283 A JP22203283 A JP 22203283A JP H0558240 B2 JPH0558240 B2 JP H0558240B2
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- Japan
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- quadrupole
- electrodes
- particle accelerator
- electrode
- frequency
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
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Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は四重極粒子加速器に係り、特に、
RFQ（Radio Freqnency Quadrupole）イオン加
速器の如く、種々のイオンを効率良く、任意のエ
ネルギーに加速することのできる四重極粒子加速
器に関する。
RFQ（Radio Freqnency Quadrupole）イオン加
速器の如く、種々のイオンを効率良く、任意のエ
ネルギーに加速することのできる四重極粒子加速
器に関する。
従来のRFQイオン加速器の構造を第１図に示
す。該図の如く、四重極電極１，２，３，４は向
き合つた面が凹凸に波打つており、その様子を垂
直断面と水平断面で示したのが第２図ａ，ｂであ
る。これらの電極１，２，３，４には高周波が印
加され、電極１と３がのとき電極２と４はで
あり、電極１と３がのとき電極２と４はにな
る。又、第２図ａ，ｂからわかるように、電極
１，３と電極２，４は凹凸の位相が180°ずれてお
り、このため、例えば電極１，３がで電極２，
４がのとき、第２図ａ，ｂに示すように、中心
軸上に軸方向の電界が生ずる。矢印６，７，８の
電界の方向を示す。電極にかかる電圧の極性が逆
になつたときには、第２図ａ，ｂの電界の方向も
逆になる。今、第２図ａ，ｂの左からこの四重電
極電界の中に入つてきたイオンが、丁度、常に右
方向へ加速電界を受けるようなスピード、および
位相で入つてくると、そのままエネルギーが単調
に増加する。また、初め減速を受けるような位相
のときに入つたイオンは、次の加速電界のとき、
後から来た粒子の中にバンチングされ、あとは単
調に加速される。
す。該図の如く、四重極電極１，２，３，４は向
き合つた面が凹凸に波打つており、その様子を垂
直断面と水平断面で示したのが第２図ａ，ｂであ
る。これらの電極１，２，３，４には高周波が印
加され、電極１と３がのとき電極２と４はで
あり、電極１と３がのとき電極２と４はにな
る。又、第２図ａ，ｂからわかるように、電極
１，３と電極２，４は凹凸の位相が180°ずれてお
り、このため、例えば電極１，３がで電極２，
４がのとき、第２図ａ，ｂに示すように、中心
軸上に軸方向の電界が生ずる。矢印６，７，８の
電界の方向を示す。電極にかかる電圧の極性が逆
になつたときには、第２図ａ，ｂの電界の方向も
逆になる。今、第２図ａ，ｂの左からこの四重電
極電界の中に入つてきたイオンが、丁度、常に右
方向へ加速電界を受けるようなスピード、および
位相で入つてくると、そのままエネルギーが単調
に増加する。また、初め減速を受けるような位相
のときに入つたイオンは、次の加速電界のとき、
後から来た粒子の中にバンチングされ、あとは単
調に加速される。
このように、RFQでは、どのような高周波位
相で入つてくるイオンも最終的には有効に加速で
き、また、垂直、および水平方向の高周波電界に
よる強収束作用が利用できる。そのため、非常に
高い透過率が得られる。
相で入つてくるイオンも最終的には有効に加速で
き、また、垂直、および水平方向の高周波電界に
よる強収束作用が利用できる。そのため、非常に
高い透過率が得られる。
ところで、従来の装置では、加速管５は電極
１，２，３，４と共に高周波の空洞共振器を形成
していた。第３図に従来のRFQの断面を示す。
該図において、９は高周波電力をこの空洞共振器
へ供給するための高周波ケーブルで中心導体の先
端１０はループアンテナ状の結合器になつてい
る。この共振器の共振周波数は、その幾何学的な
寸法で決まつてしまうため、周波数を変えること
はできない。例えば、100MHzのH+加速器の例で
は流さ約1.5ｍ、直径0.5ｍ位である。もしこれを
使つて例の別のイオン種を加速する場合には、イ
オンのエネルギーはeV＝1/2mV2（ここで、ｅは
電子の電荷、Ｖはイオン加速電圧、ｍはイオン質
量、ｖはイオンのスピード）であるから、入射ス
ピードをH+の場合と同じにするには入射エネル
ギーを質量ｍに比例して増大してやる必要があ
り、また、出射エネルギーも質量ｍに比例して増
大する。つまり、H+を1MeVまで加速するRFQ
ではAs+は75MeVになつてしまう。
１，２，３，４と共に高周波の空洞共振器を形成
していた。第３図に従来のRFQの断面を示す。
該図において、９は高周波電力をこの空洞共振器
へ供給するための高周波ケーブルで中心導体の先
端１０はループアンテナ状の結合器になつてい
る。この共振器の共振周波数は、その幾何学的な
寸法で決まつてしまうため、周波数を変えること
はできない。例えば、100MHzのH+加速器の例で
は流さ約1.5ｍ、直径0.5ｍ位である。もしこれを
使つて例の別のイオン種を加速する場合には、イ
オンのエネルギーはeV＝1/2mV2（ここで、ｅは
電子の電荷、Ｖはイオン加速電圧、ｍはイオン質
量、ｖはイオンのスピード）であるから、入射ス
ピードをH+の場合と同じにするには入射エネル
ギーを質量ｍに比例して増大してやる必要があ
り、また、出射エネルギーも質量ｍに比例して増
大する。つまり、H+を1MeVまで加速するRFQ
ではAs+は75MeVになつてしまう。
このような特性は、イオン打込器のように、色
色なエネルギーで色々なイオンを打込むという目
的には向かない。
色なエネルギーで色々なイオンを打込むという目
的には向かない。
また、観点を変えて、As+専用の1MeV加速器
をRFQで作るためには、周波数はそのままで、
流さを1/75にするか、または長さそのままで高周
波の周波数を1/75にするしかない。前者の場合
は、電極表面の凹凸の周期長が1/75になるため、
電極加工上の問題がある。また、後者の場合は、
空洞共振器の共振条件を合わせるために、加速管
の直径を約75倍にする必要があり、いずれも非現
実的である。
をRFQで作るためには、周波数はそのままで、
流さを1/75にするか、または長さそのままで高周
波の周波数を1/75にするしかない。前者の場合
は、電極表面の凹凸の周期長が1/75になるため、
電極加工上の問題がある。また、後者の場合は、
空洞共振器の共振条件を合わせるために、加速管
の直径を約75倍にする必要があり、いずれも非現
実的である。
また、第１図の従来方式の構造では、長時間運
転中にイオンスパツタなどで加速管内壁が汚れて
きた場合、空洞共振器のＱ値が下がり、所定の高
周波電圧が発生できなくなることがある。
転中にイオンスパツタなどで加速管内壁が汚れて
きた場合、空洞共振器のＱ値が下がり、所定の高
周波電圧が発生できなくなることがある。
本発明の目的は、種々のイオンを数百KeVか
ら数MeVまでの任意のエネルギーに加速でき、
これにより高電圧、大電流のイオン打込器が実現
可能な四重極粒子加速器を提供するにある。
ら数MeVまでの任意のエネルギーに加速でき、
これにより高電圧、大電流のイオン打込器が実現
可能な四重極粒子加速器を提供するにある。
本発明は互いに向き合つた面を波打たせた構造
の四重極電極を絶縁物を介して加速管から絶縁す
ると共に、この加速管の近傍に共振回路を設置
し、前記四重極電極のうち、互いに隣り合わない
２つの電極を組とする２組に分け、そのうちの一
つの組を、前記共振回路を構成するコンデンサの
一つの極に電気的に接続し、他の極にもう１つの
電極の組を電気的に接続するようにしたことによ
り、所期の目的を達成するようになしたものであ
る。
の四重極電極を絶縁物を介して加速管から絶縁す
ると共に、この加速管の近傍に共振回路を設置
し、前記四重極電極のうち、互いに隣り合わない
２つの電極を組とする２組に分け、そのうちの一
つの組を、前記共振回路を構成するコンデンサの
一つの極に電気的に接続し、他の極にもう１つの
電極の組を電気的に接続するようにしたことによ
り、所期の目的を達成するようになしたものであ
る。
以下、本発明の一実施例を第４図を用いて説明
する。
する。
該図に示す如く、本実施例では、四重極電極
１′，２′，３′，４′は、絶縁物１１を介して加速
管５から絶縁されている。また、加速管５の外部
近傍には、インダクタンスＬのコイル１２と容量
C1の可変コンデンサ１３とから成る共振回路が
設置され、互いに隣り合わない四重極電極１′と
３′、及び２′と４′とをそれぞれ１つの組とし、
そして、四重極電極１′と３′とからなる組を可変
コンデンサ１３の一方に電気的に接続し、四重極
電極２′と４′からなる組を可変コンデンサ１３の
他方に電気的に接続されている。
１′，２′，３′，４′は、絶縁物１１を介して加速
管５から絶縁されている。また、加速管５の外部
近傍には、インダクタンスＬのコイル１２と容量
C1の可変コンデンサ１３とから成る共振回路が
設置され、互いに隣り合わない四重極電極１′と
３′、及び２′と４′とをそれぞれ１つの組とし、
そして、四重極電極１′と３′とからなる組を可変
コンデンサ１３の一方に電気的に接続し、四重極
電極２′と４′からなる組を可変コンデンサ１３の
他方に電気的に接続されている。
この場合の等価回路を第５図に示す。この等価
回路において、コンデンサ１７は四重極電極１′，
３′と２′，４′間の浮遊容量C2である。したがつ
て、この共振回路の共振周波数は
１／2π√Ｌ（C1＋C2）であり、発振器１６の出力周波 数に同調されている。また、発振器１６の出力は
増幅器１５で増幅されたあと、カツプリングコイ
ル１４を通してこの共振回路に供給される。これ
により、イオン種が変わつても、それに応じて周
波数を変えてやれば、出力エネルギーを任意に決
めることができる。
回路において、コンデンサ１７は四重極電極１′，
３′と２′，４′間の浮遊容量C2である。したがつ
て、この共振回路の共振周波数は
１／2π√Ｌ（C1＋C2）であり、発振器１６の出力周波 数に同調されている。また、発振器１６の出力は
増幅器１５で増幅されたあと、カツプリングコイ
ル１４を通してこの共振回路に供給される。これ
により、イオン種が変わつても、それに応じて周
波数を変えてやれば、出力エネルギーを任意に決
めることができる。
更に、この方式の改良として、発振器１６の周
波数設定と、コイル１２と可変コンデンサ１３、
および電極間容量１７から成る共振回路の周波数
設定を連動して行なわれる機構にすることができ
る。
波数設定と、コイル１２と可変コンデンサ１３、
および電極間容量１７から成る共振回路の周波数
設定を連動して行なわれる機構にすることができ
る。
また、外部共振回路から増幅器１５に正帰還を
かけることにより、発振回路を構成することがで
きるので、この場合は発振器１６を省略すること
ができる。
かけることにより、発振回路を構成することがで
きるので、この場合は発振器１６を省略すること
ができる。
また、外部回路を複数個設けることにより、複
数個の周波数の正弦波を電極に重畳できるので、
その結果として、例えば矩形波に近い波形にする
こともでき、加速効率を上げることができる。
数個の周波数の正弦波を電極に重畳できるので、
その結果として、例えば矩形波に近い波形にする
こともでき、加速効率を上げることができる。
本発明の別の実施例を第６図に示す。
該図に示す本実施例は、共振回路の前に直流絶
縁用のコンデンサ１８，１９を設け、このコンデ
ンサ１８，１９で直流電源２０により、電極１′，
３′と電極２′，４′の間に直流電圧を与えるよう
にしたものである。コンデンサ１８，１９の容量
は、高周波電圧を電極１′，２′，３′，４′に与え
るになんら支承ないよう十分大きい値を選んでい
る。これらにより電極１′，３′と電極２′，４′の
間には直流電圧と高周波電圧を重畳して印加する
ことができる。
縁用のコンデンサ１８，１９を設け、このコンデ
ンサ１８，１９で直流電源２０により、電極１′，
３′と電極２′，４′の間に直流電圧を与えるよう
にしたものである。コンデンサ１８，１９の容量
は、高周波電圧を電極１′，２′，３′，４′に与え
るになんら支承ないよう十分大きい値を選んでい
る。これらにより電極１′，３′と電極２′，４′の
間には直流電圧と高周波電圧を重畳して印加する
ことができる。
従つて、軸方向の高周波電界の他に、軸と直角
方向には四重極マスフイルターと同じ電界が生じ
るため、イオンの加速と質量分析を同時に行なう
ことができる。
方向には四重極マスフイルターと同じ電界が生じ
るため、イオンの加速と質量分析を同時に行なう
ことができる。
なお、第４図、および第６図の外部共振回路の
周波数同調用として可変コンデンサかわりに可変
インダクタンスを使つても同様の効果が得られる
ことは、電気回路理論から明らかである。
周波数同調用として可変コンデンサかわりに可変
インダクタンスを使つても同様の効果が得られる
ことは、電気回路理論から明らかである。
以上説明した本発明の四重極粒子加速器によれ
ば、RFQ加速器の高効率を維持したままで、種
種のイオンを任意のエネルギーに加速できるた
め、高電圧、大電流のイオン打込器としての応用
が可能となる。
ば、RFQ加速器の高効率を維持したままで、種
種のイオンを任意のエネルギーに加速できるた
め、高電圧、大電流のイオン打込器としての応用
が可能となる。
第１図は従来のRFQ加速器の構造を示す図、
第２図ａは第１図の電極の垂直断面図、第２図ｂ
は第１図の電極の水平断面図、第３図は従来の
RFQ加速器の電気回路的構造および高周波の供
給方法を示す図、第４図は本発明の一実施例を示
す図、第５図は本発明の電気的等価回路を示す
図、第６図は別の実施例を示す図である。 １，２，３，４，１′，２′，３′，４′……四重
極電極、５……加速管、６，７，８……軸上の軸
方向電界成分を示す矢印、９……同軸ケーブル、
１０……ループアンテナ、１１……絶縁物、１２
……インダクタンス、１３……可変コンデンサ、
１４……カツプリングコイル、１５……増幅器、
１６……発振器、１７……電極間の浮遊容量、１
８，１９……コンデンサ、２０……直流電源。
第２図ａは第１図の電極の垂直断面図、第２図ｂ
は第１図の電極の水平断面図、第３図は従来の
RFQ加速器の電気回路的構造および高周波の供
給方法を示す図、第４図は本発明の一実施例を示
す図、第５図は本発明の電気的等価回路を示す
図、第６図は別の実施例を示す図である。 １，２，３，４，１′，２′，３′，４′……四重
極電極、５……加速管、６，７，８……軸上の軸
方向電界成分を示す矢印、９……同軸ケーブル、
１０……ループアンテナ、１１……絶縁物、１２
……インダクタンス、１３……可変コンデンサ、
１４……カツプリングコイル、１５……増幅器、
１６……発振器、１７……電極間の浮遊容量、１
８，１９……コンデンサ、２０……直流電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 互いに向き合つた面を波打たせた構造の四重
極電極と、該四重極電極の周囲を覆う加速管とを
備えた四重極粒子加速器において、前記四重極電
極を絶縁物を介して前記加速管から絶縁すると共
に、この加速管の近傍に共振回路を設置し、か
つ、前記四重極電極のうち、互いに隣り合わない
２つの電極を組とする２組に分け、そのうちの一
つの組を、前記共振回路を構成するコンデンサの
一つの極に電気的に接続し、他の極にもう１つの
電極の組を電気的に接続するようにしたことを特
徴とする四重極粒子加速器。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記共振回
路を複数個設け、これら複数個の共振回路の異な
つた周波数の高周波電解を重畳して電界に印加す
ることを特徴とする四重極粒子加速器。 ３ 特許請求の範囲第１項、または第２項におい
て、前記共振回路の共振周波数を可変としたこと
を特徴とする四重極粒子加速器。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記四重極
電極に直流と交流を重畳して印加できるようにし
たことを特徴とする四重極粒子加速器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22203283A JPS60115199A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 四重極粒子加速器 |
| US06/763,133 US4801847A (en) | 1983-11-28 | 1984-11-22 | Charged particle accelerator using quadrupole electrodes |
| DE8484904176T DE3477528D1 (en) | 1983-11-28 | 1984-11-22 | Quadrupole particle accelerator |
| PCT/JP1984/000557 WO1985002489A1 (en) | 1983-11-28 | 1984-11-22 | Quadrupole particle accelerator |
| EP84904176A EP0163745B1 (en) | 1983-11-28 | 1984-11-22 | Quadrupole particle accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22203283A JPS60115199A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 四重極粒子加速器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60115199A JPS60115199A (ja) | 1985-06-21 |
| JPH0558240B2 true JPH0558240B2 (ja) | 1993-08-26 |
Family
ID=16776012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22203283A Granted JPS60115199A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | 四重極粒子加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60115199A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0824076B2 (ja) * | 1987-02-04 | 1996-03-06 | 株式会社日立製作所 | 四重極粒子加速器 |
| JPH0714020B2 (ja) * | 1987-02-04 | 1995-02-15 | 株式会社日立製作所 | 電子装置の冷却方法 |
| US5796219A (en) * | 1988-07-15 | 1998-08-18 | Shimadzu Corp | Method and apparatus for controlling the acceleration energy of a radio-frequency multipole linear accelerator |
| JPH0697640B2 (ja) * | 1988-07-15 | 1994-11-30 | 株式会社島津製作所 | 高周波四重極加速器における加速エネルギ制御方法 |
| WO1990004738A1 (en) * | 1988-10-24 | 1990-05-03 | The Brinkmann Corporation | Switch for portable light source |
| JPH061678B2 (ja) * | 1988-11-24 | 1994-01-05 | 工業技術院長 | 外部共振回路型ｒｆｑ加速器 |
| JPH0831359B2 (ja) * | 1990-02-21 | 1996-03-27 | 株式会社日立製作所 | 四重極粒子加速装置、及びその運転方法 |
| JPH04120400U (ja) * | 1991-04-11 | 1992-10-28 | 東芝機械株式会社 | 静電偏向器 |
-
1983
- 1983-11-28 JP JP22203283A patent/JPS60115199A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60115199A (ja) | 1985-06-21 |
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