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원형 가속기{CIRCULAR ACCELERATOR}
본 발명은 저에너지 빔을 입사하고, 평형 궤도상에서 가속한 고에너지 빔을 출사하는 원형 가속기에 관한 것이다.
종래, 싱크로트론 등의 원형 가속기는, 하전 입자빔을 주회(周回) 가속시키고, 그 평형 궤도로부터 추출한 빔을 빔수송계로 수송하여, 원하는 대상물에 조사하는 물리 실험이나, 입자선 의료용으로서 암치료나 환부의 진단에 이용되고 있다. 이러한 원형 가속기에서는 가속한 하전 입자를 연속적으로 출사시키기 위해서, 빔의 베타트론 진동의 공명이 사용되어 왔다. 베타트론 진동의 공명이란, 이하와 같은 현상이다. 하전 입자는 원형 가속기의 평형 궤도의 주변을 좌우(수평 방향) 혹은 상하(수직 방향)로 진동하면서 주회한다. 이것을 베타트론 진동이라고 한다. 베타트론 진동의 주회 궤도 일주당 진동수를 일반적으로 튠(베타트론 진동수)이라고 한다. 튠은 주회 궤도 상에 마련된 편향 전자석이나 4극 전자석 등으로 제어 가능하다. 튠의 소수부를 a/b(a, b는 정수)에 가깝게 하는 동시에, 평형 궤도 상에 마련된 공명 발생용 다중극 자석(예컨대, 6극 전자석)을 여자(勵磁)시키 면, 다수 주회하고 있는 하전 입자 중 어느 일정 이상의 베타트론 진동 진폭을 가지는 하전 입자의 베타트론 진동의 진폭이 급격하게 증가한다. 이 현상을 베타트론 진동의 공명이라고 하고, 안정 영역과 불안정 영역의 경계 부분을 안정 한계(세파라트릭스(separatrix))라고 한다. 공명의 안정 한계의 베타트론 진동 진폭의 크기는 튠의 소수부로부터의 편차에 의존하여, 편차가 작을수록 작아진다. 세파라트릭스보다 외측의 빔은 빔이 불안정하게 되어 서서히 원형 가속기 밖으로 추출된다. 이와 같이 공명 출사에서는 튠의 미묘한 조정이 필요하게 되어서, 출사 파라미터의 조정에는 막대한 시간이 필요하다. 이러한 공명 출사를 행하는 방법으로서, 종래부터 이하의 4가지 방법이 널리 일반적으로 알려져 있다. [방법 1] 세파라트릭스의 크기를 처음의 큰 상태로부터 서서히 줄여가서, 주회중인 하전 입자 중 베타트론 진동 진폭이 큰 하전 입자에 우선 공명을 발생시키고, 그 후 진동 진폭이 작은 하전 입자에 순차적으로 공명을 발생시켜 서서히 하전 입자빔을 출사기로부터 조사실로 출사한다. [방법 2] 튠을 일정하게 유지함으로써 안정 한계를 일정하게 하고, 고주파에 의해 빔 베타트론 진동의 진폭을 증가시켜 공명을 발생시킨다. [방법 3] 튠을 대략 일정하게 유지함으로써 안정 한계를 대략 일정하게 하고, 고주파에 의해 빔의 베타트론 진동의 진폭을 증가시켜 안정 한계의 경계까지 빔을 증대시키고, 그 후에 4극 전자석을 여자하여 세파라트릭스를 약간 작게 하여 서서히 하전 입자빔을 추출된다. [방법 4] 튠을 대략 일정하게 유지함으로써 안정 한계를 대략 일정하게 하여 고주파 가속 전계에 의해 서서히 빔을 가속하여, 세파라트릭스를 벗어난 빔을 서서히 추출된다. 상기 어느 방법도 하전 입자는 중심 궤도만을 주회하는 것이 아니고, 중심 궤도보다 외측, 중심 궤도보다 내측의 여러 가지의 부분을 통과한다. 이 경우, 종래예에서는 6극 전자석 등을 시간적으로 제어함으로써 튠의 변화를 보정하고 있다. 그 구체예로서, 편향 전자석, 4극 전자석, 기능 결합형 전자석 등의 여자 전류의 변화 등에 의해 평형 궤도가 어긋나는 것에 기인하는 베타트론 진동수(튠)의 변화를 방지하여 하전 입자빔을 안정되게 출사하기 위해서, 공명 출사용 6극 전자석 이외에 편향 전자석, 4극 전자석의 여자 전류에 기인하는 튠의 변화를 제거하는 6극 전자석을 마련하여, 편향 전자석이나 4극 전자석의 여자 전류에 의한 튠의 변화를 제거하는 발산력, 수속력을 주회 빔에 제공하는 여자 전류를 상기 6극 전자석에 공급하는 기술이 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1). 특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평11-074100호 공보
그러나 상기 특허 문헌 1에 나타난 주회형 가속기에서는 (1) 편향 전자석이나 다른 전자석 등의 여자 전류의 변화에 기인하는 평형 궤도의 변이에 의한 튠의 변화를 방지하기 위해서 6극 전자석 등에 대해 복잡한 제 어를 행할 필요가 있어서, 빔 조정에 많은 시간이 필요하다. (2) 같은 에너지의 출사에 있어서도, 공명 출사의 경우 세파라트릭스를 줄여가는 과정에서 하전 입자빔은 상이한 빔 궤도 상을 지나기 때문에, 궤도의 변화에 기인하는 튠의 변화를 방지하기 위해 복잡한 제어가 필요하여, 막대한 빔 조정 시간이 필요한다. 본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 튠의 변화를 정적으로 보정하여, 평형 궤도가 변위해도 튠이 대략 선형으로 변화되도록 하여, 간단한 제어로 안정되게 빔을 출사 가능하게 해서, 빔조정 시간을 단축할 수 있고, 그 결과 비용을 저감한 원형 가속기를 제공한다.
본 발명에 따른, 하전 입자빔이 평형 궤도를 주회하는 원형 가속기는 편향 자장을 발생하는 편향 전자석과, 하전 입자빔의 에너지의 차이에 의한 베타트론 진동의 차이를 보정하는 자장을 발생하는 6극 전자석과, 하전 입자빔을 평형 궤도로부터 원형 가속기의 외부로 추출하는 출사 장치를 구비하고 있고, 편향 전자석의 하전 입자빔이 출입하는 자극 에지부에는, 하전 입자빔의 중심 에너지 빔을 갖는 빔의 평형 궤도보다 직경 방향 외측 부분에 제 1 돌기부가, 직경 방향 내측 부분에 제 2 돌기부가 마련된 엔드팩(endpack)이 부설되어 있음과 아울러, 제 1, 제 2 돌기부의 형상이 하전 입자빔의 가속 에너지의 범위 내에서, 에너지가 다른 빔의 베타트론 진동수가 일정하게 혹은 에너지에 대하여 선형으로 되도록 설정되어 있는 것이다.
이러한 편향 전자석을 구비하고 있기 때문에, 공명 출사시의 6극 전자석의 자장 강도의 시간 의존성이 간단한 일차 함수가 되어, 출사시의 가속되어 있는 하전 입자의 에너지가 변화되었을 때의, 출사 파라미터의 조정이 용이하게 되어, 원형 가속기 건설시나, 장기 운전 중지후 또는 장치 부분적 개조후 등에 있어서의 초기의 빔조정 기간을 대폭 단축하는 것이 가능해져서, 운전의 신뢰성의 향상과 아울러, 저비용의 원형 가속기를 실현할 수 있다는 효과가 있다.
(실시예 1) 본 발명의 실시예 1을 도면에 기초해서 설명한다. 도 1은 이 실시예 1에 따른 원형 가속기(100)의 기기 배치를 나타내는 도면이다. 널리 알려져 있는 바와 같이 원형 가속기(100)는 전단 가속기(9)로부터 빔수송계(1)를 통해서 입사한 하전 입자를, 주회 궤도인 평형 궤도(4) 주변을 주회 시키면서 가속한 후, 출사 장치(7) 및 출사용 빔수송계(8)를 거쳐서 도시 생략한 조사실로 하전 입자를 공급한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 원형 가속기(100)는 전단 가속기(9)로부터 수송된 하전 입자, 예컨대 프로톤의 빔이 입사하는 입사 장치(2)와, 이 하전 입자에 에너 지를 제공하는 고주파 가속 공동(cavity)부(5)와, 빔궤도를 구부리는 편향 전자석(3)과, 가속된 하전 입자빔의 출사시의 공명을 여기하는, 즉 하전 입자빔 베타트론 진동을 안정 영역과 공명 영역으로 분할하기 위한 자장을 발생하는 6극 전자석과, 베타트론 진동 진폭이 증가한 프로톤빔을 출사용 빔수송계(8)에 출사하기 위한 출사 장치(7)를 구비하고 있다. 한편, 평형 궤도(4)는 4대의 편향 전자석(3) 사이의 도시는 생략하고 있다. 또한, 도 2(b)에서 후술하는 엔드팩(34) 및 그 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 도시도 생략하고 있다. 편향 전자석(3)과 그 자극 부분의 확대도를 도 2에 나타낸다. 도 2(a)는 편향 전자석(3)의 측면도이며, 도 2(b)는 도 2(a)의 AA 화살표 방향으로부터 본 편향 전자석(3)의 자극(31)의 확대도를 나타낸다. 도 2(a)에 있어서, 편향 전자석(3)은 자극 공극(G)을 사이에 두고 대향하는 자극면(31a)을 갖는 자극(31)과, 편향 자장을 발생시키는 코일(39)을 구비하고 있다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 편향 전자석(3)의 자극(31)은 편향 반경(R)의 중심점을 Q로 해서 편향각 θb으로 빔궤도를 구부린다. 자극(31)은 자극 에지부(32)를 갖고 있다. 그리고 이 실시예 1에서는 상기 편향 반경(R)보다 외주측의 자극 에지부를 에지 외측부(32a)라고 부르고, 내주측을 에지 내측부(32b)라고 부르기로 한다. 도 1에 나타낸 평형 궤도(4)는 도 2(b)에 도시된 빔중심 궤도에 상당하는 중심 에너지의 빔의 평형 궤도(33a), 중심 에너지보다 에너지가 높은 빔(고에너지 빔)의 평형 궤도(33b), 중심 에너지보다 낮은 빔(저에너지 빔)의 평형 궤도(33c)를 총칭하는 것에 상당한다. 자극(31)의 빔의 입구(35a) 및 출구(35b)의 자극 에 지(32)에는 후술하는 엔드팩(34)이 부설되어 있다. 가속되는 하전 입자(4)에 수속 작용을 갖게 하기 위해서, 자극 에지부(32)와, 빔중심 궤도(33a)와 편향 반경(R)의 중심점(Q)을 연결하는 직선과의 사이의 각도 θe를 도 2(b)에 있어서 시계 회전 방향을 양으로 해서 0도보다 크게 하고 있다. 이 각도 θe를 일반적으로 에지 각도라고 부르고 있다. 에지 각도 θe가 클수록 도 2(a)의 지면에 수직인, 수직 방향의 빔수속력이 커지고, 수평 방향의 빔수속력은 작게 된다. 한편, 편향 전자석(3)의 편향각 θb에 걸치는 자극(31)의 메인 부분은 수평 방향의 수속력을 갖고 있지만 수직 방향의 수속력은 0이다. 이상으로부터 에지 각도 θe를 적당하게 선정함으로써, 수평 방향과 수직 방향 쌍방으로 빔수속시키는 안정해를 결정할 수 있다. 널리 일반적으로 알려져 있는 바와 같이, 거의 모든 원형 가속기는 도 2(b)와 같이 에지 각도를 양으로 설정하고 있다. 이 경우, 상기한 에지 내측부(32b) 쪽이, 에지 외측부(32a)보다 자극(31)이 차지하는 비율이 작아져서 필연적으로 자극 에지부(32)에서의 자장 강도 분포는 에지 내측부(32b) 쪽이 약해진다. 그 이유는 보통 일반의 편향 전자석에서는 자극의 경계부의 자장 강도는 빔중심 궤도상에서도 내측에서도 외측에서도 거의 같지만, 에지 각도가 양측(正側)으로 큰 (10도를 넘는 경우 : 본 실시예 1에서는 30도 정도) 경우에는 자극의 경계부의 내측쪽이 약해진다. 전자석 전체의 자장 강도는 자기 저항이 작은 부분이 강하게 되지만, 에지 각도가 양측으로 큰 경우에는 3차원 효과에 의해 자극의 경계부의 내측 방향의 자기 저항이 외측에 비해서 커지기 때문이다. 따라서 빔수속력이 내 측과 외측에서 달라서 튠이 비선형으로 된다. 이 비선형을 선형으로 하는 것이 이 실시예 1을 포함하는 본원 발명의 포인트이다. 도 3에 자극(31)의 빔 출구측(35b) 부근의 자극 에지부(32)의 확대도를 나타낸다. 편향 전자석(3)의 자극(31)의 자극 단면(31b)에는 엔드팩(34)이 부설되어 있다. 이 엔드팩(34)에는 상술한 에지 외측부(32a)에 상당하는 개소에 제 1 돌기부(34a)가, 에지 내측부(32b)에는 제 2 돌기부(34b)가 마련되어 있음과 아울러, 자극 단면(31b)에 밀접해서, 빔 주회 궤도 방향으로 연신하여 자극면(31a)과 동일 평면을 형성하도록 마련되어 있다. 또한, 엔드팩(34)의 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b) 사이에는 각각의 돌기의 바닥변을 연결하는 엔드팩 단면(34c)이 형성되어 있고, 이 엔드팩 단면(34c)은 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 꼭대기 변에 상당하는 평탄부(34d, 34e)와 평행하게 되도록 마련되어 있다. 한편, 자극 단면(31b)과 엔드팩 단면(34c)은 반드시 평행하지 않아도 된다. 엔드팩 단면(34c)으로부터 돌기부 평탄부까지의 길이(돌기의 높이)를, 제 1 돌기부(34a)에서는 L 1 , 제 2 돌기부(34b)에서는 L 2 라고 하고, 이 실시예 1에서는 L 2 >L 1 로 설정하고 있다. 즉 돌기부 평탄부(34d, 34e)는 동일 평면성을 이루고 있지 않다. 또한, 제 1 돌기부(34a)에는, 돌기의 바닥변 즉, 엔드팩 단면(34c) 상의 시작점 S 1 으로부터 평탄부(34d)에 도달하고, 빔의 평형 궤도보다 직경 방향 외측을 향 해서 바닥변과 경사각 θ 1 을 이루는 제 1 평형 궤도측 단부 K 1 가 마련되어 있다. 상기 시작점 S 1 은 고에너지빔평형 궤도(33b)보다 직경 방향 외측으로 설정되어 있다. 또한, 제 2 돌기부(34b)에는, 마찬가지로 바닥변상의 시작점 S 2 로부터 평탄부(34e)에 도달하고, 소정의 경사각(θ 2 )을 갖고 평형 궤도보다 직경 방향 내측을 향하는 제 2 평형 궤도측 단부 K 2 가 마련되고, 상기 시작점 S 2 을 저에너지 빔평형 궤도(33c)보다 직경 방향 내측으로 설정하고 있다. 그리고, 이 실시예 1에서는 상기 θ 1 와 θ 2 의 관계를 θ 2 >θ 1 로 하고 있다. 이러한 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)를 갖는 엔드팩(34)을 자극 단면(31b)에 부설함으로써 자극 에지부(32)의 에지 내측부(32b)의 자장 분포의 약해짐을 보정할 수 있다. 한편, 이 실시예 1에서는 엔드팩(34)에 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)를 갖는 예를 도시했지만, 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)만을, 혹은 2개의 분리된 엔드팩으로 해서 자극 단면(31b)에 부착해도 된다. 이 경우, 자극 단면(31b)은 평면이 아니고, 단차가 있어도 된다. 또한, 이 실시예 1에서는 빔 주회 방향의 엔드팩 형상에 대해서 설명했지만, 직경 방향의 단부 형상은 특별히 제약은 없다. 도 4에 수평 방향의 빔수속 특성을 3차원 자장과 궤도 해석 코드를 이용해서, 튠의 에너지 의존성의 계산 결과를 나타낸다. 공명 출사에서는 수평 방향의 튠만이 제어 대상이 되기 때문에, 수평 방향의 의존성만을 나타내었다. 도 3에 있 어서, 자극에 제 1, 제 2 엔드팩(34a, 34b)이 없다고 한 경우의 계산 결과이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 중심 에너지보다 저에너지인 빔은 편향 전자석의 내측을, 중심 에너지보다 고에너지인 빔은 편향 전자석의 외측을 통과하므로, 자극 에지부(32)에서의 자장 강도 분포는 에지 내측 부분(32b) 쪽이 약해져 있기 때문에, 가로 방향의 수속력은 내측쪽이 외측보다 강하게 되어 있다. 도 5에 수평 방향의 빔수속 특성을 나타내는 튠의, 에너지 의존성을 나타내는 다른 예 B를 나타낸다. 도 4의 결과도 점선 A로 동시에 나타내었다. 이 계산 결과는 도 3에서 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 길이를 L 1 =L 2 , 또한 θ 2 >θ 1 로 했을 때의 계산 결과다. 도 4의 A, 도 5의 B 모두 수평 방향의 튠의 에너지 의존성은 비선형으로 되어 있고, 빔을 공명 출사할 때에는 복잡한 전자석 제어가 필요하게 된다. 한편, 도 6에 수평 방향의 빔수속 특성을 나타내는 튠의, 에너지 의존성을 나타내는 다른 예를 실선 C로 나타낸다. 도 6 중의 계산 결과는 도 3에 나타낸 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 형상, 즉 L 2 >L 1 , θ 2 >θ 1 로 하여, 수평 방향의 튠이 에너지를 변화시켜도 변화하지 않도록 자극 형상을 최적화한 것이다. 이러한 조건이면, 에너지가 변화되어도 튠은 선형이여서, 출사의 조건은 매우 간단하게 된다. 도 6은 에너지 의존성이 없는 결과로 되어 있지만, 이것이 출사에 있어서 최적의 조건이라고는 할 수 없다. 출사시에는 6극 전자석(6)을 여자하여 세파라트릭스를 소정의 크기로 설정한다. 6극 전자석(6)을 여자함으로써 수평 방향의 튠의 에너지 의존성은 6극 전자석(6)을 여자하지 않는 경우에 선형인 경우에는 선형을 유지하지만, 그 경사가 변화되기 때문이다. 이 실시예 1을 포함하는 본 발명에서의 자극 성형에서, 에너지 의존성이 선형으로 되는 것이 본질적이며, 에너지 의존성을 완전히 없앨 필요는 없다. 따라서, 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 형상과 그 배치를 최적화함으로써 일정하지 않게 선형으로 변화시킬 수 있다. 그 한 예를 도 7에 실선 D로 나타내었다. 도 8은 공명 출사를 행하는 경우의, 도 5의 경우 A, 도 6의 경우 C, 도 7의 경우 D의, 어떤 공명 출사시의 6극 전자석(6)의 강도의 시간 의존성의 계산 결과를 나타낸다. A의 조건에서는 시간마다 6극 전자석(6)의 자장 강도를 바꿀 필요가 있어서 초기의 빔조정시에 막대한 조정 시간이 필요하게 된다. 한편, C, D의 경우에는 6극 전자석(6)의 강도의 시간 의존성은 간단한 일차 함수로, 빔조정 기간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 한편, 6극 전자석은 하전 입자빔의 에너지의 차이에 따른 베타트론 진동의 차이를 보정하는 자장을 생성하는 것이다. 도 9에 도 8의 D의 경우의 빔출사시의 빔 전류의 시간 변화의 계산 결과를 나타낸다. 매우 안정적인 빔이 연속적으로 출사되고 있다는 것을 알 수 있다. (실시예 2) 다음으로 실시예 2를 자극 에지부(32)의 부분 확대도인 도 10에 기초해서 설명한다. 도 10에 나타낸 바와 같이 엔드팩(34)의 제 1 돌기부(34a)의 길이 L 1 와, 제 2 돌기부(34b)의 길이 L 2 을 같게, 또한 θ 2 >θ 1 로 설정하고 있다. 즉, 평탄부(34d, 34e)는 동일 평면성을 갖고 경사각(θ 1 , θ 2 )은 동일성을 갖고 있지 않다. 또한, 제 1 돌기부(34a)의 제 1 평형 궤도측 단부 K 1 의 시작점 S 1 이 고에너지 빔의 평형 궤도(33b)의 직경 방향 내측에 설정되고, 제 2 돌기부(34b)의 제 2 평형 궤도측 단부 K 2 의 시작점 S 2 가 저에너지 빔의 평형 궤도(33c)의 직경 방향 외측에 설정되어 있다. 이러한 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)를 갖는 엔드팩(34)을 부설함으로써 상술한 실시예 1과 거의 마찬가지로 도 6에서 C로 도시한 바와 같은 튠의 에너지 의존성을 선형화할 수 있다. 따라서, 실시예 1과 같이 에너지가 변화되었을 때의 출사 파라미터의 조정이 간단하게 되어서, 초기의 빔조정 기간을 대폭 단축할 수 있다. (실시예 3) 실시예 3을 자극 에지부(32)의 부분 확대도인 도 11에 기초해서 설명한다. 이 도 11은 상술한 실시예 2의 도 10과 비교해서, 엔드팩(34)의 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 제 1, 제 2 평형 궤도측 단부 K 1 , K 2 의 시작점을, 중심 에너지 빔의 평형 궤도(33a)와의 교점 S로 한 것만이 다를 뿐 그 이외에는 동일하다. 이 경우에도 실시예 1과 같이, 튠의 에너지 의존성을 선형화할 수 있어, 에너지가 변화되었을 때의 출사 파라미터 조정이 간단화되어, 초기 빔조정 기간을 대폭 단축할 수 있다. (실시예 4) 실시예 4를 자극 에지부(32)의 부분 확대도인 도 12에 기초해서 설명한다. 이 도 12는 상술한 실시예 3의 도 11과 비교하여, 엔드팩(34)의 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 제 1, 제 2 평형 궤도측 단부 K 1 , K 2 가 중심 에너지 빔의 평형 궤도(33a) 상에서, 매끄러운 곡선 KS으로 이어져 있다는 것만 다를 뿐, 그 이외에는 동일하다. 이 경우에도 실시예 1과 같이 튠의 에너지 의존성을 선형화할 수 있어, 에너지가 변화되었을 때의 출사의 파라미터 조정이 간단화되어, 초기 빔조정 기간을 대폭 단축할 수 있다. (실시예 5) 실시예 5를 자극 에지부(32)의 부분 확대도인 도 13에 따라서 설명한다. 도 13은 상술한 실시예 2의 도 10과 비교해서, 엔드팩(34)의 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)의 바닥변과 평탄부(34d, 34e)를 연결하는 제 1, 제 2 평형 궤도측 단부를 형성하는 경사각(θ 1 , θ 2 )을 동일하게 설정하고, 또한 제 1 돌기부(34a)의 P화살표측에서 본 도 13(b)에 나타낸 바와 같이, 자극 에지부(32)로부터 빔의 주회 방향으로 멀어짐에 따라서, 자극 공극(G)이 커지는 제 1 경사면 K 3 이 자극면(31a)과 동일 평면을 이루는 엔드팩면으로부터 제 1 경사각 α 1 을 갖고 마련되어 있다. 또한, 마찬가지로 Q화살표측에서 본 도 13(c)에 나타낸 바와 같이 제 2 경사각 α 2 을 갖고 제 2 경사면 K 4 이 마련되어 있고, 상기 제 1, 제 2 경사각 α 1 ,α 2 은 α 1 <α 2 로 설정되어 있다. 한편, 이 경사면 K 3 , K 4 은 엔드팩(34)의 제 1 돌기부(34a)로부터 제 2 돌기부(34b)로만 마련할 필요는 없고, 또한 직경 방향의 전면에 마련할 필요도 없으며, 일부분에 마련해도 된다. 또한, 이 도 13(b), (c)에서는 제 1, 제 2 돌기부(34a, 34b)에 마련하는 예를 게시했지만, 엔드팩 단면(34)에, 상기 α 1 , α 2 를 적절하게 설정해서 경사면을 마련해도 된다. 그 외에는 상술한 도 10과 마찬가지다. 이 실시예 5에서도 실시예 1과 같이 에너지가 변화되었을 때의 출사의 파라미터의 조정이 간단하게 되어서, 초기의 빔조정 기간을 대폭 단축할 수 있다. 이상, 실시예 1~5에서 설명한 편향 전자석의 자극 경계부에서의 에지 효과는 엔드팩 돌기부를 포함한 자극이 자기적으로 포화하지 않고 있는 경우에는 에너지 의존성은 없다. 그러나, 실제로는 고에너지측에서 약간 포화하고 있기 때문에, 약간의 에너지 의존성이 생긴다. 따라서, 최적의 에지 효과를 갖게 하기 위한 돌기부 형상은 주회하는 입자선의 에너지에 따라 약간 다르게 되지만, 그 정도는 작기 때문에, 소정의 에너지 범위에 대응한 돌기부 형상(즉 자극 형상)의 중간적인 형상으로 함으로써, 상기 소정의 에너지 범위의 입자선에 대해서 소기의 에지 효과를 갖게 하는 것은 가능하다. 한편, 원형 가속기를 조사용으로서 사용하는 경우에는 입자선 출사 에너지를 바꿔서 조사 깊이를 제어하는 것은 일어날 수 있다. 조사 깊이의 제어는 출사후, 렌지 시프터(range shifter)라고 하는 에너지 감쇠 장치를 이용해서, 입자선의 중심 에너지를 저하시킨다고 하는 방법이 있지만, 크게 바꾸는 경우에는 가속기로부터 출사되는 입자의 출사 에너지를 바꾼다고 하는 방법도 취해지며, 현재 있는 장치에서는 예컨대 출사 에너지는 수(數)단계 정도로 바뀌어지게 되어 있다.
본 발명은 하전 입자빔을 이용한 암치료나 환부의 진단 등을 행하는 의료용 가속기나, 여러 가지 재료에의 입자선 조사나, 물리 실험용 가속기에 이용 가능하다.
도 1은 실시예 1의 원형 가속기의 기기 배치를 나타내는 도면, 도 2는 실시예 1의 편향 전자석의 자극 부분을 나타내는 도면, 도 3은 실시예 1의 자극 에지부를 확대해서 나타내는 도면, 도 4는 자극 에지부에 엔드팩을 마련하지 않는 경우의 수평 방향의 튠의 에너지 의존성을 나타내는 도면, 도 5는 엔드팩의 길이를 동일하게 하고, 경사면을 이루는 각도 θ 2 >θ 1 로 했을 때의 수평 방향의 튠의 에너지 의존성을 나타내는 도면, 도 6은 실시예 1에 의한 수평 방향의 튠의 에너지 의존성을 나타내는 도면, 도 7은 실시예 1의 다른 한 예에 의한 수평 방향의 튠의 에너지 의존성을 나타내는 도면, 도 8은 실시예 1에 의한 공명 출사시의 6극 전자석의 강도의 시간 의존성을 나타내는 도면, 도 9는 실시예 1에 의한 빔출사시의 출사 빔 전류를 나타내는 도면, 도 10은 실시예 2의 자극 에지부를 확대해서 나타내는 도면, 도 11은 실시예 3의 자극 에지부를 확대해서 나타내는 도면, 도 12는 실시예 4의 자극 에지부를 확대해서 나타내는 도면, 도 13은 실시예 5의 자극 에지부를 확대해서 나타내는 도면이다. 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 1 : 빔수송계 3 : 편향 전자석 4 : 평형 궤도 66 : 극 전자석 31 : 편향 전자석의 자극 31a : 자극면 32 : 자극 에지부 32a : 에지 외측부 32b : 에지 내측부 33a : 중심 에너지의 빔의 평형 궤도 33b : 고에너지빔의 평형 궤도 33c : 저에너지 빔의 평형 궤도 34 : 엔드팩 34a : 제 1 돌기부 34b : 제 2 돌기부 34c : 엔드팩 단면(돌기부 바닥변) L 1 : 제 1 돌기부의 길이 L 2 : 제 2 돌기부의 길이 θ 1 : 제 1 평형 궤도측 단부의 경사각 θ2 : 제 2 평형 궤도측 단부의 경사각 α1 : 제 1 경사각 α2 : 제 2 경사각 K 1 : 제 1 경사면 K 2 : 제 2 경사면 S 1 : 제 1 평형 궤도측 단부의 시작점 S 2 : 제 2 평형 궤도측 단부의 시작점 SK : 매끄러운 곡선 |
