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技術 荷電粒子加速装置

出願人 日新ハイボルテージ株式会社
発明者 水澤健一
出願日 1997年7月15日 (23年4ヶ月経過) 出願番号 1997-224175
公開日 1999年2月12日 (21年9ヶ月経過) 公開番号 1999-040399
状態 未査定
技術分野 粒子加速器
主要キーワード 大地側 荷電粒子加速 高エネルギーパルス 低エネルギー領域 パルスイオンビーム 荷電粒子加速装置 高電圧ターミナル ライナック
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年2月12日)のものです。
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図面 (5)

課題

大電流パルス荷電粒子加速する加速装置の小型化およびコストの低減を図ることができる荷電粒子加速装置を提供すること。

解決手段

直流加速電圧により加速する荷電粒子加速管2の高電圧ターミナル2aと大地との間にコンデンサC1を挿入し、加速管2内を通過する大電流のパルス荷電粒子による高電圧ターミナル2aの電圧低下をコンデンサC1の電圧で補うようにする。

概要

背景

最近、高エネルギーイオンの利用開発が進められ、例えば癌治療おいてもシンクロトロン等による高エネルギーイオンが使用され始めており、そのインジェクターとして数MeVのパルスイオンビームに対する必要性が増してきている。従来、このような高エネルギーパルスイオンビームを得る荷電粒子加速装置としてはライナック等が使用されているが、ライナックでは性能が充分でない上に大型で高価であるという問題がある。

この問題を解消するために、通常、低エネルギー領域荷電粒子を得るために使用されている小型で簡素な構造の直流加速電圧による荷電粒子加速装置の適用が考えられる。図4はこのような直流加速電圧による荷電粒子加速装置の一例の構成を示すブロック図である。図4において、1は荷電粒子源、2は加速管、2aは加速管2の高電圧ターミナル、2bは加速管2の加速電極、3は直流高圧電源である。

加速管2の荷電粒子源1側の端部に高電圧ターミナル2aが設置(高電圧ターミナル2aに荷電粒子源1が設けられる場合もある。)され、高電圧ターミナル2aは直流高圧電源3の一方の極(接地電位に対して正又は負側の端子)に接続されている。加速電極2bは複数段に配列して設置され、各段の加速電極2bはそれぞれ高電圧ターミナル2aの直流高電圧接地電圧との電圧差、つまり直流高圧電源3の両端電圧を複数に分圧して各分圧点に接続されている。

このように構成された加速装置は、荷電粒子源1で発生された荷電粒子(電子を含む)を加速電極2bを通過させ、この間で加速して所望のエネルギーを持った荷電粒子として出力する。

概要

大電流パルス荷電粒子を加速する加速装置の小型化およびコストの低減を図ることができる荷電粒子加速装置を提供すること。

直流加速電圧により加速する荷電粒子加速管2の高電圧ターミナル2aと大地との間にコンデンサC1を挿入し、加速管2内を通過する大電流のパルス荷電粒子による高電圧ターミナル2aの電圧低下をコンデンサC1の電圧で補うようにする。

目的

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたもので、直流加速電圧により加速する荷電粒子加速装置を大電流のパルス荷電粒子の加速装置としての使用を可能にし、この種の荷電粒子を加速する加速装置の小型化およびコストの低減を図ることができる荷電粒子加速装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

直流高電圧ターミナルと前記ターミナルの直流高電圧と接地電圧との電圧差によりパルス荷電粒子加速してなる荷電粒子加速装置であって、前記ターミナルと接地間に前記パルス荷電粒子の加速による前記ターミナルの電圧降下を抑制するコンデンサを挿入してなることを特徴とする荷電粒子加速装置。

技術分野

0001

本発明は、パルス荷電粒子加速する荷電粒子加速装置に関するものである。

背景技術

0002

最近、高エネルギーイオンの利用開発が進められ、例えば癌治療おいてもシンクロトロン等による高エネルギーイオンが使用され始めており、そのインジェクターとして数MeVのパルスイオンビームに対する必要性が増してきている。従来、このような高エネルギーパルスイオンビームを得る荷電粒子加速装置としてはライナック等が使用されているが、ライナックでは性能が充分でない上に大型で高価であるという問題がある。

0003

この問題を解消するために、通常、低エネルギー領域の荷電粒子を得るために使用されている小型で簡素な構造の直流加速電圧による荷電粒子加速装置の適用が考えられる。図4はこのような直流加速電圧による荷電粒子加速装置の一例の構成を示すブロック図である。図4において、1は荷電粒子源、2は加速管、2aは加速管2の高電圧ターミナル、2bは加速管2の加速電極、3は直流高圧電源である。

0004

加速管2の荷電粒子源1側の端部に高電圧ターミナル2aが設置(高電圧ターミナル2aに荷電粒子源1が設けられる場合もある。)され、高電圧ターミナル2aは直流高圧電源3の一方の極(接地電位に対して正又は負側の端子)に接続されている。加速電極2bは複数段に配列して設置され、各段の加速電極2bはそれぞれ高電圧ターミナル2aの直流高電圧接地電圧との電圧差、つまり直流高圧電源3の両端電圧を複数に分圧して各分圧点に接続されている。

0005

このように構成された加速装置は、荷電粒子源1で発生された荷電粒子(電子を含む)を加速電極2bを通過させ、この間で加速して所望のエネルギーを持った荷電粒子として出力する。

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、このような直流加速電圧により加速する荷電粒子加速装置では、高電圧ターミナル2aと大地との間に100〜200pF程度の静電容量C0が存在する。この静電容量C0の存在は、例えば荷電粒子源1で20mA、時間幅250μSの大電流のパルス荷電粒子を形成し、高電圧ターミナル2aに1000KVの加速電圧を印加して加速すると、静電容量C0を100pFとしたとき、(20×10−3×250×10−6)/100×10−12=50×103と計算され、図3電位曲線V1で示すように、パルスの終端で高電圧ターミナル2aの電圧を50KV低下させる。

0007

この低下は荷電粒子に充分なエネルギーを与えることにならず、また、この電圧の低下を直流高圧電源3へフィードバックすることにより補正することは、そのフィードバック制御系に瞬時の応答が要求されることから困難であり、そのためこの種の荷電粒子加速装置を高エネルギーパルスイオンビームを得る荷電粒子加速装置として適用することが容易にできないという問題がある。

0008

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたもので、直流加速電圧により加速する荷電粒子加速装置を大電流のパルス荷電粒子の加速装置としての使用を可能にし、この種の荷電粒子を加速する加速装置の小型化およびコストの低減を図ることができる荷電粒子加速装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、直流高電圧のターミナルと前記ターミナルの直流高電圧と接地電圧との電圧差によりパルス荷電粒子を加速してなる荷電粒子加速装置であって、前記ターミナルと接地間に前記パルス荷電粒子の加速による前記ターミナルの電位降下を抑制するコンデンサを挿入してなることを特徴とする。

0010

本発明では、直流高電圧のターミナルと接地間にコンデンサ、あるいは必要に応じてコンデンサと直列接続したこのコンデンサの電圧低下分を補正する補正用電源を挿入し、コンデンサに蓄積された電圧、あるいはコンデンサに蓄積された電圧とこのコンデンサに直列接続した補正用電源との電圧により、パルス荷電粒子の加速による直流高電圧のターミナルの電圧降下、すなわち加速電圧の電圧降下を抑制する。

0011

したがって、直流加速電圧により加速する荷電粒子加速装置を大電流のパルス荷電粒子の加速装置として適用が可能になり、大電流のパルス荷電粒子の加速装置を簡素な構造にすることができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態の一例の構成を示すブロック図、図2は本発明の実施の形態の他の例の構成を示すブロック図である。なお、図1および図2において図4で示した荷電粒子加速装置と対応する部分には同一の符号を付している。

0013

図1において、1は荷電粒子源、2は加速管、2aは加速管2の高電圧ターミナル、2bは加速管2の加速電極、3は直流高圧電源で、これらは図4で示した荷電粒子加速装置と同様に構成されている。C1はセラミックスコンデンサでこの実施の形態では静電容量1000pFからなり、加速管2の高電圧ターミナル2aと接地間に挿入されている。

0014

このコンデンサC1の挿入により、例えば荷電粒子源1で20mA、時間幅250μSの大電流のパルス荷電粒子を形成し、高電圧ターミナル2aに1000KVの加速電圧を印加して加速すると、(20×10−3×250×10−6)/1000×10−12=5×103と計算され、図3の電位曲線V2で示すように、パルスの終端で高電圧ターミナル2aの電圧を5KVの低下に抑制される。すなわち、1000KVを印加した高電圧ターミナル2aの場合、従来では5%の加速電圧の電圧降下を生じるが、この実施の形態では0.5%に減少することができる。

0015

さらに、加速電圧の電圧低下を小さくするには、図2に示すように、コンデンサC1と直列に補正用電源4を設けると良い。すなわち図2において、1は荷電粒子源、2は加速管、2aは加速管2の高電圧ターミナル、2bは加速管2の加速電極、3は直流高圧電源で、これらは図4で示した荷電粒子加速装置と同様に構成されている。C1は前記実施の形態と同様の静電容量1000pFからなるセラミックスコンデンサ、4は補正用電源でこの実施の形態では、加速管2の高電圧ターミナル2aと接地間に補正用電源4とコンデンサC1を直列に接続した回路が補正用電源4を大地側にして挿入されている。

0016

補正用電源4は、ほぼ10000pFの静電容量C2と内部インピーダンスZを備え、コンデンサC1の電圧降下分を補う三角波状の電圧Vを発生する電源である。このように構成された荷電粒子加速装置では、大電流のパルス荷電粒子を加速すると、高電圧ターミナル2aの電圧を低下しようとするが、その低下分の大半はコンデンサC1に蓄積された電圧により抑制され、さらにコンデンサC1の電圧低下分は補正用電源4の電圧Vの重畳により補われる。

0017

これにより、高電圧ターミナル2aの電圧を、図3の電位曲線V3で示すように、パルスの終端で高電圧ターミナル2aの電圧を0.1%の以下の降下に抑制することができ、シンクロトロンのインジェクタとして用いることも可能になる。また、この実施の形態では補正用電源4の電圧はコンデンサC1を介して高電圧ターミナル2aに送るので、コンデンサC1の電圧降下分を補正すれば足り、補正用電源電圧を小さくすることができ、補正用電源4の小型化が図れる。

0018

なお、各実施の形態で示している数値は一例のものであって、この数値に限定されるものではない。また、本発明に係る荷電粒子加速装置は、タンデム加速装置として組み込むこともできる。

発明の効果

0019

以上記説明したように本発明によれば、直流加速電圧により加速する荷電粒子加速装置を大電流のパルス荷電粒子の加速装置としての使用を可能にするので、大電流のパルス荷電粒子を加速する加速装置の小型化およびコストの低減を図ることができる。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明の実施の形態の一例の構成を示すブロック図である。
図2本発明の実施の形態の他の例の構成を示すブロック図である。
図3荷電粒子加速装置の加速電圧の低下を示す特性図である。
図4直流加速電圧による荷電粒子加速装置の構成を示すブロック図である。

--

0021

1荷電粒子源
2加速管
3直流高圧電源
4補正用電源
C1 コンデンサ

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