Electron accelerator

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は共振空胴電子加速器に関する。 この共振空胴電子加速器は、各種の物質に対して、例えば農産物に対して直接に電子を照射する時に、
または重金属の目標物に電子を衝突させることによって得られるＸ線を照射する時に使用される。

【０００２】

【従来の技術】共振空胴電子加速器は、本明細書の末尾に掲載された文献（1）〜（3）によってすでに公知である。 これらの文献（1）〜（3）については他の文献と同様、後述する。

【０００３】”Rhodotron”（ロドトロン・登録商標）
と呼ばれている公知の加速器の特殊実施例の概略が、第１図と第２図に示されており、第１図はその縦断面であり、第２図はその横断面である。 この加速器は、高周波源ＳＨＦ、電子源Ｋ、共軸空胴ＣＣ、および二つの電子デフレクタＤ１、Ｄ２を有する。 共軸空胴ＣＣは二つのフランジ31、32の他に、外部円筒状コンダクタ10、および内部円筒状コンダクタ20によって形成されている。 この共軸空胴ＣＣは軸Ａおよびこの軸Ａに垂直なメジアン平面（正中面）Ｐｍを有する。

【０００４】以上のような空胴のすべての可能な共振モードの中のひとつに、ＴＥタイプのいわゆる基本モードがある。 このモードの場合、電場Ｅはメジアン平面において完全に放射状であり、この平面の両側で減少してゆき、フランジ31、32において電場は除去される。 逆に、
磁場Ｈは、これらのフランジに沿って最大を示し、メジアン平面で除去され、この平面で方向を変える。

【０００５】ループ34を使用して空胴ＣＣには高周波源ＳＨＦが与えられている。 電子源Ｋは電子線Ｆｅを放射する。 この電子線は、共軸空胴ＣＣの軸に垂直な平面に含まれる。 例えば、第２図のメジアン平面Ｐｍに含まれる。 この平面Ｐｍは点Ｏにおいて共軸空胴の軸と交わる。 電子線Ｆｅは穴11を通って空胴ＣＣに入り、外部コンダクタ10の第１の直径ｄ１に沿って空胴ＣＣを横切る。 内部コンダクタ20は二つの穴21,22を有している。
これらの穴は直径上に対向して配置され、電子線がこれらの穴を連続的に貫通する。

【０００６】位相条件と周波数条件とが満たされる時（電場は、電子の速度方向と反対方向に維持されなければならない）、電子線は電場によって加速される。 加速された電子線は、穴11に対して直径上を反対方向に位置する穴12を通って共軸空胴ＣＣの外に出て、その後、デフレクタＤ１によって変向（偏向）される。 この電子線は穴13を通って空胴ＣＣに再導入され、第２の直径Ｄ２
をたどり、共軸空胴ＣＣの中で第２の加速を受ける。 そして、電子線は穴13に対して直径上の反対方向にある穴
14を通って再び空胴外に出る。

【０００７】空胴外に出ると、電子線は、デフレクタｄ
２によって再び変向させられ、穴15から共軸空胴ＣＣへ再導入される。 電子線は第３の直径ｄ３をたどり、第３
の加速を受け、穴15に対して直径上の反対方向にある穴
16を通って共軸空胴ＣＣの外に出る。

【０００８】以上説明したように、Rhodotron（登録商標）は共軸空胴ＣＣによって加速された電子線がその共軸空胴ＣＣを何度も出たり入ったりするように構成されている。

【０００９】第３図は、高周波源ＳＨＦの構成を示す概略図である。 この高周波源ＳＨＦによって高周波電磁エネルギ-を共軸空胴ＣＣに供給することが可能となる。

【００１０】第３図の高周波源ＳＨＦはパワーオシレータ管36、アンプ40によって増幅された後にパワーオシレータ管36のグリッドを制御するために高周波信号を送信するパイロットオシレータ38、パワーオシレータ管36のプレートが連結されている共振空胴42、高周波源ＳＨＦ
のインピーダンスを伝送線46に適合させるもうひとつ別の共振空胴44、を有する。 伝送線46により、連結ループ
34を介して高周波源ＳＨＦを共軸空胴ＣＣに連結することが可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高周波源ＳＨＦは比較的その構造が複雑であり、しかも高価であり、さらに信頼性の問題を引き起こしている。 本発明はこれらの欠点を除去することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達するために、本発明の共振空胴電子加速器は、共振空胴に電磁エネルギーを供給するための電子線が利用され、この電子線のエネルギーを共振空胴に転化するために、この電子線が共振空胴に適度な回数、注入されることを特徴とする。

【００１３】さらに詳細には、本発明は、第１電子線を加速するための電子加速器に関し、該加速器は少なくとも一つの共振空胴と、該空胴に空胴の共振周波数で電磁場を供給する手段と、からなる、。 本発明の電子加速器は以下の点を特徴とする。 すなわち、共振空胴に電磁場を供給する手段は、第２電子線を形成し共振空胴が第２
電子線の電子を減速するように機能するたびに、パルスの形で該第２電子線を共振空胴に注入する手段と合体している。 さらに、本発明の電子加速器は以下の点を特徴とする。 すなわち、第１電子線を形成し、共振空胴の中にパルスの形で、第２電子線とは逆の位相で、第２電子線の軌道とは別個の軌道をたどるように該第１電子線を注入する手段を有する。

【００１４】したがって、本発明の電子加速器においては、第２電子線（電磁場生成電子線）から得られたエネルギーによってのみ共振空胴は維持され、この電子加速器を作動させるためにＨＦパワー供給源を必要としない。 これらの特徴は図１、図２に示されたRhodotron
（登録商標）の場合と異なっている。

【００１５】本発明により、第２電子線（生成電子線）
から得られるエネルギーによって電子加速器の効率を増大し、その信頼性を向上させ、コストを著しく縮小することが可能となる。

【００１６】この発明は、電子加速器によって得られるパワーが上昇することで一層有利となる。 言うまでもなく、本発明の電子加速器では、第２電子線が加速器に注入された時の第２電子線のエネルギーよりも、第１電子線が該加速器から外に出た時の第１電子線のエネルギーが高くなるように構成される。

【００１７】また、加速器が機能するためには第２電子線（生成電子線）によって共振空胴を電磁エネルギーで満たすことがまず第１に必要である。 共振空胴をその電磁エネルギーで充満するために要する時間はほぼ１ミリ秒というきわめて短い時間である。

【００１８】好ましくは、注入時における第１電子線と第２電子線のパルスの持続時間は最大で電磁場の周期の約１／１０である。

【００１９】後述されるように、このような狭いパルスは空胴の電磁場に関する位相条件として好ましい。 なぜなら、生成電子線を良好に減速し、加速されるべき第１
電子線を良好に加速させるために、その最適位相が存在するからである。

【００２０】好ましくは、注入時には第２電子線の電子エネルギーはエネルギーしきい値を超え、このしきい値以下では第２電子線の電子は共振空胴内でその流れが止められる。 このエネルギーしきい値を超えることによって、共振空胴中で妨害プラズマの形成が回避される。

【００２１】本発明の電子加速器の特別実施例によれば、第１電子線および第２電子線を形成し、それらを共振空胴に注入するための手段は、静電加速管と、第１電子線をあらかじめ加速し、第２電子線を加速するための少なくとも１つの高電圧発生装置と合体している。 この高電圧発生装置はGrenacher型の電子ボルト増倍を有する高電圧源であってもよい。

【００２２】本発明の電子加速器の第１実施例によれば、共振空胴は外部円筒状コンダクタと内部円筒状コンダクタとからなり、これら二つのコンダクタは共軸であり、第１電子線と第２電子線とを共軸空胴のなかに導入し、かつ共軸空胴から外へ取り出すための穴をそれぞれ有している。 さらに本発明の電子加速器は少なくともひとつのの電子デフレクタから成り、該デフレクタは電子線を変向（偏向）させることが可能であり、このデフレクタにより電子線は空胴内の直径上を通過してから空胴内のもう一つ別の直径上に再注入される。

【００２３】さらに、Rhodotron（登録商標）のような共振空胴が使用される。

【００２４】ある特別な実施例によれば、Rhodotron
（登録商標）のような共振空胴において、外部円筒状コンダクタは第２電子線を空胴内に注入するための穴を有し、内部円筒状コンダクタは外部円筒状コンダクタの穴に対面した穴を有している。 電子加速器はさらに第２電子線を受理するための手段を有し、該受理手段は内部円筒状コンダクタの内部に配置され、かつコンダクタの穴と対面している。

【００２５】共振空胴の内部コンダクタ内部にその生成電子線（第２電子線）を受理するための手段が与えられているので、生成電子線は共振空胴を完全に横断せず、
空胴内でいわゆる”ハーフパッセージ（half passag
e）”を行なう。

【００２６】共軸円筒状コンダクタと静電加速管とを使用した本発明の電子加速管のひとつの有利な実施例によれば、静電加速管は互いに隣接した外部円筒状コンダクタの穴に対面して配置されている。 さらに、これら二つの加速管に対して単一の高電圧発生装置を使用することが可能であり、これにより加速器のコストを削減することが可能となる。

【００２７】この実施例では、本発明の電子加速器は、
さらに、密閉されたエンクロージャを有し、該エンクロージャ内部には静電加速管と高電圧発生装置とが配置され、該エンクロージャはひとつの誘電体（絶縁体）を形成する気体によって加圧されている。

【００２８】本発明の電子加速器の第２特別実施例によれば、電子加速器は少なくともひとつの共振空胴を備えた線形加速構造体から成り、第１電子線と第２電子線とは線形加速構造体のひとつの端部ともう一つ別の端部からそれぞれ該線形加速構造体のなかに注入される。

【００２９】本発明の電子加速器の第３実施例によれば、共振空胴は内部円筒状コンダクタと外部円筒状コンダクタとから成り、外部円筒状コンダクタは直径上を対向した二つの穴を有し、内部円筒上コンダクタは外部円筒状コンダクタの穴と一直線上にある直線上に対向した二つの穴を有し、第１電子線と第２電子線とはそれぞれ外部円筒状のひとつの穴ともうひとつ別の穴からそれぞれ共振空胴内に注入される。

【００３０】

【実施例】本発明を非限定的実施例と添付の図面を参照しつつ以下に詳述する。

【００３１】図４にその概略が示されている本発明の加速器はRhodotron型の共振空胴48から成る。 Rhodotron型共振空胴については明細書末尾に掲載された文献（１）
と（２）に述べられており、図面では図１と図２に示されている。

【００３２】図４に示されるように、共振空胴48は外部円筒状コンダクタ50と内部円筒状コンダクタ52とから成り、これら二つのコンダクタは互いに共軸である。

【００３３】また、図４の加速器は、加速されるべき電子線56を形成し、この電子線を共振空胴内に注入するための手段54と、共振空胴に電磁エネルギーを供給するために空胴内でそのエネルギーの一部を消失する電子線、
つまり電磁エネルギー生成電子線60を形成し、この生成電子線を空胴内に注入する手段58と、から成る。

【００３４】Rhodotron（登録商標）の空胴に関して言うと、外部コンダクタ50と内部コンダクタ52とはそれぞれ電子線56、60とが空胴48を横断するための穴を有し、
これらの穴は直径上を対向して配置されている。

【００３５】本発明の電子加速器もRhodotronのように電子線56を再循環させる電子デフレクタ62を有する。

【００３６】図４に示された実施例において、加速される電子線56は連続して空胴58を数度、横断し、その電子線の通過跡はロゼット（バラ飾り）のような形となる。
この実施例では、生成電子線60は空胴48を一度、横切るだけである。

【００３７】図４には、外部コンダクタ50の穴64が示されている。 加速された電子線56はこの穴64から空胴外へ出てゆき、所望の目的に使用される。 電子線56、60の生成については後述する。

【００３８】次に、空胴48内での電子束の加速と減速に関して述べる。 空胴48の”放射状”共振モードは放射状電場Ｅｒと方位磁場Ｈａを有するだけである。

【００３９】これらの電場Ｅｒと磁場Ｈａは次式によって与えられる。

【００４０】 Er＝（V／r）・cos（z・pi／L）・cos（2pi・F・t） Ha＝（V／r）・（2L・Mo・F） ^-1・sin（z・pi／L）・sin（2pi・F・t） ただし、ｐｉは数3.14、Ｖは電位の次元を有する定数、
ｔは時間、Ｆは空胴の共振周波数、Ｍｏは4pi・10 ^-7 、
ｚは空胴の軸の横座標であり、-L/2と+L/2の間にある、
Ｌは空胴の軸に沿った空胴長、ｒは空胴軸と直角な交軸の横座標、をそれぞれ示している。

【００４１】図５において、Ｏは空胴の中心を表わす。
横座標ｒを有する軸を横断する時、電子線は外部コンダクタ上の最小値−ｒ２から内部コンダクタ上の座標値−
ｒ１を通り、続いて内部コンダクタの座標値ｒ１を通り、最後に外部コンダクタのｒ２を通る。

【００４２】空胴48は共振波長２Ｌを有する。

【００４３】周期Ｆ ^ー1で空胴に蓄積されるエネルギーの平均値Ｗｍは次式のようになる。

【００４４】Wm＝（pi/2）E ₀・V ²・L・ιn（r2/r1） ただし、Ｅ ₀は真空の誘電率を示す。

【００４５】電子束が、空胴のメジアン面で、しかもひとつの直径に沿って、かつ（空胴に現出する電磁場と関連した）ある特定な位相で空胴48に注入されると仮定した場合、電子束の電子は電磁場と相互作用することによって、一回の横断でエネルギー量ｄＷが空胴に供給される。

【００４６】もしも、電磁場の各周期Ｆ ^ー1の間に同一の電子束が同一の入力位相で注入される時、空胴の電磁場には”生成”力が与えられる。 周期Ｆ ^ー1における”生成”力の平均値をＰｇとする。

【００４７】この周期の期間に空胴が獲得する平均力のバランスは次式のようになる。

【００４８】dWm/dt＝Pg-Pj＝Pg-（2pi・F/Q）Wm ただし、ｐｊは空胴壁でジュール効果により消失する空胴損失、Ｑは過電圧係数を示し、この過電圧係数はＬ
と、ｒ１と、ｒ２と、周波数Ｆで空胴壁を形成している金属の表面厚と、の関数として求められる。 Ｐｇの値については後述する。

【００４９】次に、空胴のメジアン面に沿って、かつ空胴の直径に沿って空胴48を横断する電子について説明する。 電子が横断するために空胴のコンダクタ50、52には穴が与えられている（図５参照）。 電子は連続してＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、の各点を通過する。 その横座標はｒの座標上でそれぞれーｒ２、ーｒ１、ｒ１、ｒ２である。

【００５０】次のような方程式系を示すことができる。

【００５１】 g（g ² -1） ^-1/2・dg/dt = -｜e｜V（mo・c） ^-1・r ^-1・cos（2pi・F・t） v = dr/dt = c（g ² -1） ^1/2・g ^-1 g=（1-v ² /c ² ） ^-1/2この系において、 ｜e｜は電荷の絶対値、moは電子静止質量、cは真空中の光速を表わす。

【００５２】この方程式系によって距離ＡＢとＣＤにおける電子エネルギーを算出することができる。

【００５３】Ａ点からＤ点までの通過全体において電子が相対論的速度を維持している時、通路ＡＤ間の電子エネルギーの変化量Ｄｇは次式のように表わすことができる。

【００５４】 Dg = gD-gA =2｜e｜・V・（mo・c ² ） ^-1・IAB・sinφo この方程式を立証するために、電子がＯを通過する時、
時間（時刻）ｔにおける電磁場の位相φと時間（時刻）
ｔｏにおける電磁場の位相φoとを考えてみる。 位相φ
とφoとは次式によって与えられる。

【００５５】φ＝2pi・F・（t-to） φo=2pi・F・to 上の方程式において、gDとgAは、、Ｄ点における電子エネルギー、Ａ点における電子エネルギ-をそれぞれ示している。 IABはφAとφBの間の関数（sinφ）・φ ^-lの積分である。 これらの値φAとφBは、それぞれ電子がＡ点を通過した時の位相φの値、電子がＢ点を通過した時の位相φの値である。

【００５６】エネルギー変化量Dgを表示することは、電子の減速あるいは加速のプロセスについて物理的に考察するのに適切である。

【００５７】すなわち、空胴48を横切る電子と電磁場との間のエネルギー移動（交換）は、エネルギー移動関数
Dgによって表示される。 位相φoの関数としての移動関数Dgは正、または負、または零のいづれかである。

【００５８】Dgが正の場合、電子は加速され空胴からエネルギーを受け取る。 Dgが負の場合、電子は減速され空胴48に対して電磁エネルギーを与える。

【００５９】vがcに近似している時はエネルギー移動関数は上記のように与えられるが、vがcと著しく異なる時は、前述の方程式系に基づいて計算されなければならない。

【００６０】電子の最大のエネルギー獲得量はφoに次の値を挿入し、これをDgの方程式に挿入することによって得られる： pi/2+ 2K・pi ただし、Kは整数であり、正、負または零のいづれかである。

【００６１】電子の最大のエネルギー損失量はφoに次の値を挿入し、これをDgの方程式に挿入することによって得られる： 3pi/2+ 2K・pi Dgの最大絶対値｜Dg｜maxは次式によって得られる： ｜Dg｜max = 2｜e｜・V・IAB・（ ^m o・^c2 ）-1 電子が空胴48を離れる時の電子のエネルギーgDを位相φ
oの関数として、図６に示す。

【００６２】ある条件のもとで電子はその初期エネルギーのすべてを失い、その最初の横断で空胴から外に出れないことが図６から理解される。 その条件とは、gAが｜
Dg｜max以下の場合と考えられる。

【００６３】実際、この状態を避けることがこの発明の目的であり、もしも生成電子線60の電子が空胴内に蓄積せず、妨害プラズマが空胴のなかに形成されないならば、生成電子線60の電子は前記のしきい値｜Dg｜max以上の初期エネルギーgAで空胴に注入される。

【００６４】一個の電子ではなく、位相幅±dφの電子束が空胴48に注入され、その位相幅が φo = 3pi/2+ 2K・pi に近い実際的な場合について考察する。

【００６５】この時、電子は （gDmin, gDmin + dg）の範囲のエネルギーＤで空胴から外へ飛び出す。

【００６６】量dgは｜e｜・V・IAB・（ ^m o・^c2 ）-1・（d ^φ ）2
とほんのわずか異なる。

【００６７】生成電子線が空胴を一度、通過するだけの場合、そのように注入された電子線の電子がそのエネルギーほとんどすべてを放って、わずかなエネルギーを分散して空胴を出るとすると、gAは 2｜e｜・V・IAB・（ ^m o・^c2 ）-1 をわずかに超えていなければならない。 そしてdφは（d
g/ ^gA） 1/2 とわずかに異なるだけである。

【００６８】さて今度は前述した力Ｐｇを求めてみる。
この力ＰｇはＡからＤへ空胴内を横断した電子によって消失される力に等しい。

【００６９】ピーク電流がic、その幅がT（図７参照）
である電流パルス列iによって構成される電子線について考えてみる。 各パルスは時^間 F-1だけ前のパルスと離れている。 従って、あるひとつの完備したパルスの電子によって消失した全エネルギーを決定することができ、
パワーＰｇを決定することができる。

【００７０】これを求めるために、時間ユニット毎に同一パルスが存在し、生成電子線の最大減速に対応した位相φoは φo = -pi/2+ 2K・pi であるという事実が考慮される。

【００７１】従って、次式を得ることができる。

【００７２】 Pg = （2・ic/pi）・（V・IA ^B・ mo ^-1・c-2）・sin（pi・F・T） 従って、 Pg = 2＜i＞・V・IAB・（ ^m o・^c2 ）-1 ただし、＜i＞は生成電子線によって輸送された平均電流である。

【００７３】再び、図４に示された加速器について説明する。 生成電子線60は規則的な周^期 F-1で発せられた電子束の列である。 典型的には、Fは100〜200MHzである。
これらパルスの持続時間^Tは F-1に比べて小さく、しか^も
10 ^-1・F-1を超えない。

【００７４】電子束の最高減速に対応した値φoを考慮すると、生成電子線のパルスの放出位相は空胴48の高周波電磁場に同調した位相である。

【００７５】生成電子線60を形成し、それを空胴に注入する手段58はカソード66と、コントロールグリッド68
と、生成電子線60を加速することを可能にする静電加速管70と、からなる。

【００７６】電子束の形成はカソード66とコントロールグリッド68とによって保証され、空胴48の高周波の場と同調させられる。 加速されるべき電子線56は電子束によって構成され、これら電子束は互いに時^間 F-1だけ離れており、その間隔^Tは F-1よりも短く、しか^も 10 ^-1・F-1以下である。

【００７７】電子線56を形成し、空胴に注入する手段54
は電子線56の電子を発するカソード76と、電子束の放出時間を制御するグリッド74と、静電加速管76と、からなる。 加速管76は電子線56をあらかじめ加速し、空胴内でさらに加速されるように電子線56を空胴48に注入する。

【００７８】電子線56の電子束の放出位相は空胴48での電子の最高加速を引き起こす値と完全に同調していなければならない。

【００７９】これとの関連で、加速器は、例えば、空胴
48内に空胴の電磁場を計測する計測ループ78によって形成されたＨＦプローブを有する。

【００８０】第４図の加速器はさらにアンプ80を有する。 該アンプはプローブからの信号を増幅し、空胴の発振と同期したコントロールパルスを供給し、上記に定義したように、ふたつの電子束放出の間の適切な位相ずれで各電子線の電子束を放出させる。

【００８１】さらに第４図の加速器は、生成電子線が空胴48を通過した後にその生成電子線から電子を集めるための電子コレクタ82を有する。 コレクタ82の前には、第４図に示すように、電子が集められる前に電子を減速するための偏向管84が配置されている。 この偏向管によって、電子の残余のエネルギ-を回復することが可能となり、設置された加速器のエネルギー効率を向上させるために、電気力の形でその同じ電子を使用することが可能となる。

【００８２】第４図に示された実施例では、加速管70,7
6は、有利なように、空胴48の二つの隣接した穴の上に配置されている。 このような配置によって、生成電子線
60を加速し電子線56をあらかじめ加速するための同一の高電圧発生器86を使用することが可能となる。

【００８３】高電圧発生器86はGreinacher型の電圧の電子増倍を有する高電圧源であってもよい。 この高電圧源は、例えば、文献（４）に記載された型の高電圧源である。

【００８４】一般的に、二つの加速管70、76に加えられる高電圧は、数百キロボルト、すなわち約１ＭＶ（メガボルト）である。

【００８５】この場合、加速管70、76およびすべての高電圧電子装置は密閉のエンクロ-ジャ88内部に配置される。 電気的ブレークダウンを防止するために、エンクロージャ88は気体_Ｓ Ｆ6によって加圧されている。 一般的に、コレクタ82および偏向管84は_Ｓ Ｆ6のような気体によって保護されない。

【００８６】しかしながら、空胴外へ出る生成電子線の電子のエネルギーを効率よく回復したい場合は、減速電極を電圧に偏向させることが必要であり、そのためには以上のような保護が必要となる。 従って、コレクタ82および偏向管84は、上記のような気体で加圧された密閉のエンクロ-ジャ90に配置される。

【００８７】充分に短く、しかも加速管70、76の中へ注入するレベルと正しく同期したパルスを生成するには、
文献（５）、（６）のなかで述べられているものに類似したカソード／グリッドのシステムによって可能となる。 典型的には、カソード／グリッドのシステムEimac
Y646BあるいはEimac Y796によって、期^間 10-9s のパルス用の２Ａピーク電流の放射をコントロールすることが可能となる。

【００８８】第８図にその概略部分を示しているように、本発明の加速器の構造上の変形例において、生成電子線60は、空胴48をその直径の半分だけ横切る。 このような構成は電子線60を形成するために付与された静電加速器の高電圧を半分にできるという利点を有する。

【００８９】さらに、空胴で加速されるべき電子の通過毎に１MeVを伝える本発明の加速器では、注入される生成電子線のエネルギーは約500 KeVで充分である。

【００９０】従って、第８図に示されるように、電子線
60を回復し減速管94とその背後の電子コレクタ96によって構成される手段は、円筒状コンダクタ52内部に配置されている。

【００９１】しかしながら、生成電子線回復手段が、加速されるべき電子線の軌道を妨害しないことを保証するために、生成電子線60を空胴のメジアン面の外側に注入することが必要である。 メジアン面は加速されるべき電子線のために取っておかれる。 生成電子線はほぼ上述のような仕方で遅くなる。

【００９２】しかしながら、磁場Ｈａは補力を作り出す。 生成電子線が空胴48のメジアン面からかなり離れて注入されない場合、その補力は一般的に低い。 補力によって、生成電子線の電子の出口の位置が、Zに沿って、
ずれる。 生成電子線の出口の穴の位置を決める時に、Z
に沿ったずれを考慮にいれることは必要である。

【００９３】第４図の加速器に関連して述べられた内容は、第９図にその部分的な概略が示されている型の本発明の加速器にも当てはまる。 この場合は、一回の通過当りlMeVで作動するRhodotron（登録商標）型の共軸の空胴98に考慮が払われている。

【００９４】生成電子線60は４MeVで注入され、減速横断を４回、行なう。 この減速横断によって空胴98に電磁エネルギーが供給される。 生成電子線60は空胴98を離れる時に適切な手段100によって回復される。 加速されるべき電子線56は４MeVで空胴98を通過し、５回通過した後、９ MeVのエネルギーで空胴98を離れる。

【００９５】もっと一般的に言うと、生成電子線が共軸の空胴をＮ１回、通過し、一方、加速されるべき電子線は同じ空胴をＮ２回、通過し、Ｎ１がＮ２と同じかまたはそれ以上であるような本発明に関わる加速器を考案することが可能である。

【００９６】上述の各実施例において、共振空胴が"トランス（変圧器）"として機能するということに注意を払わなければならない。 この変圧器は、低い強度ではあるが高い放出エネルギーを一般的に有する加速されるべき電子線の他に、一般的に高い強度で低いエネルギーを持った生成電子線も使用する。 これらふたつの電子線は、それぞれの電子束の位相がpiだけずれている点で異なっている。

【００９７】ふたつの電子線のうちのひとつによって移譲されたパワーをもうひとつ別の電子線のパワーに完全に移すことはできない。 なぜなら、システムに次のような損失があるからである。

【００９８】空胴中のジュール効果による損失、空胴の壁の上での電子線の電子の損失、および、生成電子線を回復させる間に失うエネルギーの損失。

【００９９】しかしながら、静電加速および静電減速は非常に高い効率レベルで実行される工程である、ということに注意しなければならない。 これに関しては、文献（７）を参照すべきである。 この文献のなかでは、99.5
%を超える回復効率について言及されている。

【０１００】さらに本発明は、Rhodotron（登録商標）
で使用された共振空胴以外の共振空胴で行なうことも可能である。 しかしながら、使用される空胴は、生成電子線が通過できるような構造でなければならない。

【０１０１】さらに、生成電子線の電子パルスは、空胴の共振周波数に対応した周期以下の持続時間を充分、有していることが望ましいが、空胴の共振周波数が減少するに従ってこれを実現することは一層、容易となる。 例証された方法では、約200MHz以下の共振周波数を有する空胴が適当な空胴である。

【０１０２】たとえば、線形加速器（Linac）において使用される型の少なくとも１つの加速空胴を使用して、
本発明の加速器を作り出すことが可能である。 第１０図にこれに関連した本発明の加速器の概略が示されている。 この加速器は少なくともひとつの共振空胴を有する線形加速構造体102と、加速されるべき電子線を形成しそれを前記構造体に注入する手段104と、生成電子線60
を形成しそれを前記構造体のなかに注入するための手段
106とから成っている。

【０１０３】この典型的実施例において、電子線56は構造体102のひとつの端部から注入され、前記構造体を数回、通過し、その間にこの電子線56のエネルギーは増大する。 一方、生成電子線60は構造体の他方の端部から注入され、構造体を一回、通過した後、この生成電子線は適切な手段108によって集められる。

【０１０４】さらに、第１０図の加速器は構造体102の両側に電子線56の偏向を保証する磁気デフレクタ110,11
2を有する。 これによって、電子線56は構造体102を繰り返し通過することが可能となる。 磁気デフレクタ110,11
2はまた生成電子線60も偏向させる。 これによって生成電子線60は構造体に注入され、続いて構造体102を離れた時、この電子線60を電子コレクタ手段108に供給するために、生成電子線60はもう一度偏向される。

【０１０５】第１１図は、Rhodotron（登録商標）において使用される型の共軸空胴114を有した本発明のもう一つ別の加速器の概略を示している。

【０１０６】この加速器の空胴には４個の穴116があるだけである。 すなわち、内部コンダク上の直径上に対向したふたつの穴と、外部コンダクタ上の直径上に対向したふたつの穴であり、これら４個の穴は一直線上にある。 以上のように直径が定義され、この直径上を生成電子線60と加速されるべき電子線とがたどる。

【０１０７】電子線形成・注入手段106から発した生成電子線60は、空胴114を一度、通過し、その直径をたどり、空胴を離れた後、適切な手段108によって集められる。

【０１０８】第１１図に示されるように、電子線形成・
注入手段104から発した電子線56は、前記直径をたどりながら、空胴114を連続して通過する。

【０１０９】第１１図に示されるように、生成電子線60
は、前記直径の一方の端部から注入され、電子線56はもうひとつ別の端部から注入される。

【０１１０】さらに、第１１図には空胴114の両側にそれぞれ配置された磁気デフレクタ118、120が示されている。 該デフレクタは生成電子線60を空胴114に注入するためにこの生成電子線60を偏向させ、さらにこの生成電子線60をコレクト手段108に供給するために空胴114の出口でこの生成電子線60を偏向させる。

【０１１１】磁気デフレクタ118、120は電子線56を空胴
114に注入して偏向させる機能も有する。 図１１の場合と同じように、電子線56の偏向によって、該電子線56は連続して空胴114を横断することが可能となり、電子線5
6のエネルギーは横断ごとに増大する。

【０１１２】本明細書で取り上げた文献は次の通りである。

【０１１３】（1） フランス特許出願8707378、出願日1
987年5月26日、名称”共軸空胴電子加速器”。

【０１１４】（2） フランス特許出願8910144、出願日1
989年7月27日、名称”改良型電子加速器自由電子レーザ”。

【０１１５】（3） ”素粒子物理学から農産物加工業へ”、La Recherche、1990年12月、vol.21、p.1464。

【０１１６】（4） フランス特許出願8910653、1989年8
月8日、”静電電子加速器”、発明者ミッシェル・ロシュ、特許EP-A-0 412 896と比較。

【０１１７】（5） Ｓ． Ｖ． ベンスン等、”スタンフォードマークIII赤外線自由電子レーザに関するステータスリポート”、自由電子レーザに関する第９回国際会議、於ウイリアムズバーグ、1987年9月。

【０１１８】（6） Ｊ． Ｃ． ボーデン等、”CLIO注入システムのコミショニング”、Nuclar Instruments and M
ethods in Physics and Reserch、A304 （1991年）、p
p.322〜328。

【０１１９】（7） Ｌ． Ｒ． エリアス、”自由電子レーザ用静電加速器”、Nuclar Instruments and Methods i
n Physics and Reserch、A287 （1990年）、pp.79〜8
6。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の共振空胴電子加速器では、共振空胴に電磁エネルギーを供給するための電磁エネルギー生成電子線（第２電子線）を利用し、この電子線のエネルギーを空胴に転化するために、
この第２電子線を共振空胴に適度な回数、注入する。 従って、構造が複雑であり、高価であり、しかも信頼性に問題のあった従来の高周波源ＳＨＦのようなＨＦパワー供給源が不要となる。 本発明の共振空胴電子加速器により、第２電子線（電磁エネルギー生成電子線）から得られるエネルギーによって電子加速器の効率を増大し、その信頼性を向上させ、コストを著しく縮小することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の共振空胴加速器の縦断面の概略図。

【図２】図１の横断面概略図。

【図３】公知の高周波源の概略図。 この高周波源によって図１、図２に示された加速器の共振空胴に電磁エネルギーを供給することが可能となる。

【図４】共軸の円筒状コンダクタを備えた共振空胴を使用した本発明の電子加速器の特別実施例の概略図。

【図５】図４の共振空胴の縦断面の概略図。

【図６】図４の加速器が作動するために得られるべき位相条件を説明したグラフ。

【図７】生成電子線（第２電子線）に対応した電流パルス。 該パルスによって図４の加速器の共振空胴に電磁エネルギーを供給することが可能となる。

【図８】本発明の特別実施例の概略図。 この実施例において、生成電子線（第２電子線）は共振空胴において”
ハーフパッセージ（半分通過）”をするにすぎない。

【図９】本発明のさらに別の実施例の概略図。 この実施例において、生成電子線（第２電子線）は共振空胴を一回以上、横断する

【図１０】少なくともひとつの共振空胴を備えた線形構造体を使用した本発明のさらに別の実施例の概略図。

【図１１】Rhodotron（登録商標）のような共振空胴を使用した本発明のさらに別の実施例の概略図。 この実施例では生成電子線（第２電子線）は空胴を一回、横断するだけである。

【符号の説明】 ４８ 共振空胴 ５０ 外部円筒状コンダクタ ５２ 内部円筒状コンダクタ ５４ 第１電子線を形成し、この電子線を共振空胴内に注入する手段 ５６ 第１電子線 ５８ 電磁エネルギー生成電子線を形成し、この生成電子線を共振空胴内に注入する手段 ６０ 第２電子線（電磁エネルギー生成電子線） ６２ 電子デフレクタ ６４ 外部円筒状コンダクタの穴 ６６ カソード ６８ コントロールグリッド ７０ 静電加速管 ７２ カソード ７４ 電子束の放出時間を制御するコントロールグリッド ７６ カソード ７８ 空胴の電磁場を計測する計測ループ ８０ アンプ ８２ 電子コレクタ ８４ 電子が集められる前に電子を減速するための偏向管 ８６ 高電圧発生装置 ８８ 密閉のエンクロ-ジャ ９０ 密閉のエンクロ-ジャ