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荷電粒子軌道制御装置、荷電粒子加速器、荷電粒子蓄積リング及び偏向電磁石 外国出願あり

国内特許コード P140010984
整理番号 F10059-JP
掲載日 2014年9月5日
出願番号 特願2012-549810
登録番号 特許第5854518号
出願日 平成23年12月19日(2011.12.19)
登録日 平成27年12月18日(2015.12.18)
国際出願番号 JP2011079423
国際公開番号 WO2012086612
国際出願日 平成23年12月19日(2011.12.19)
国際公開日 平成24年6月28日(2012.6.28)
優先権データ
  • 特願2010-283850 (2010.12.20) JP
発明者
  • 佐々木 茂美
  • 宮本 篤
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 荷電粒子軌道制御装置、荷電粒子加速器、荷電粒子蓄積リング及び偏向電磁石 外国出願あり
発明の概要 粒子軌道制御装置(100)は、周回型の荷電粒子加速器又は荷電粒子蓄積リングに用いられている。粒子軌道制御装置(100)は、荷電粒子の軌道が複数周回で元の軌道に復帰可能に構成されている。粒子軌道制御装置(100)は、荷電粒子(3)を偏向させる複数の偏向電磁石(1)を有している。粒子軌道制御装置(100)は、荷電粒子(3)が通過する度に、各偏向電磁石(1)における荷電粒子(3)の軌道が2つの軌道の間で交互に切り替わるように、各偏向電磁石(1)の偏向角と互いの位置関係が規定されている。
従来技術、競合技術の概要



周回(リング)型の荷電粒子加速器には、主要なタイプとして、サイクロトロンとシンクロトロンとがある。サイクロトロンでは、加速する荷電粒子のエネルギーが高くなるにつれてその軌道半径が大きくなる。一方、シンクロトロンでは、加速する荷電粒子のエネルギーが高くなるのに同期して偏向電磁石の強度も大きくするため、加速する荷電粒子の軌道は常に一定に保たれている。





シンクロトロン型の荷電粒子加速器や荷電粒子蓄積リングは、現在では電子(陽電子)やプロトンの高エネルギー加速器として用いられる他、大小の放射光源リングとして世界中で建設され稼働している(例えば、非特許文献1乃至5参照)。また、近年では、プロトンや炭素イオンを加速・蓄積し、医療用に供するシンクロトロン施設が数多く建設されている(例えば、非特許文献6乃至8参照)。





これら非特許文献1乃至8に開示されたシンクロトロン加速器中の粒子軌道は全て1周で閉じている。すなわち、加速器中の荷電粒子は、リング1周で元の軌道に復帰している。

産業上の利用分野



本発明は、荷電粒子の周回型の軌道を制御する荷電粒子軌道制御装置、荷電粒子加速器、荷電粒子蓄積リング及び偏向電磁石に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
周回型の荷電粒子加速器又は荷電粒子蓄積リングに用いられ、
荷電粒子が折れ線軌道で周回し複数周回で元の軌道に復帰可能に構成されており、
それぞれが少なくとも1つの偏向電磁石を有し、前記荷電粒子を偏向させるように構成された複数の偏向部を有し、
前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向部における前記荷電粒子の軌道が2つの軌道の間で交互に切り替わるように、前記各偏向部の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
荷電粒子軌道制御装置。

【請求項2】
前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向部に入射する前記荷電粒子の入射位置が2つの位置で交互に切り替わるように、前記各偏向部の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項3】
前記荷電粒子が通過する度に、前記各偏向部に入射する前記荷電粒子の入射角度が2つの角度で交互に切り替わるように、前記各偏向部の偏向角と互いの位置関係が規定されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項4】
前記各偏向部には、
前記荷電粒子の軌道の内周側から外周側に沿って磁気勾配が形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項5】
mの倍数でない自然数をnとすると、正n角形の外縁に前記各偏向部を配置して、前記荷電粒子がm(mは1でない自然数)周回で元の軌道に復帰するように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項6】
前記各偏向部は、
前記荷電粒子の周回中の軌道に前記正n角形の各辺の一部が含まれるように、かつ、前記荷電粒子が前記正n角形の各辺をm-1個置きに通るように、前記荷電粒子を偏向させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項7】
mは3であり、
前記偏向部は、
前記正n角形の各頂点にそれぞれ配置され、
一方の隣接頂点から到達した前記荷電粒子を、他方の隣接頂点に隣接する頂点に向かって偏向させ、
前記一方の隣接頂点に隣接する他の頂点から到達した前記荷電粒子を、前記他方の隣接頂点に向かって偏向させる、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項8】
前記正n角形の各頂点の間に、一方の隣接頂点から出た前記荷電粒子を他方の隣接頂点に偏向させる偏向部がさらに設けられている、
ことを特徴とする請求項7に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項9】
nは、2の倍数でなく、かつ、3の倍数でもない自然数であり、
前記偏向電磁石の磁力を制御する電磁石電源をさらに備え、
前記電磁石電源が、前記複数の偏向電磁石各々の磁力を調整することにより、
前記荷電粒子の周回数を1乃至3の間で切り換え可能である、
ことを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子軌道制御装置。

【請求項10】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御された荷電粒子加速器。

【請求項11】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置によって荷電粒子の軌道が制御された荷電粒子蓄積リング。

【請求項12】
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の荷電粒子軌道制御装置に用いられ、
複数の異なる位置から荷電粒子を入射し、その入射位置に応じた荷電粒子の互いに交差する複数の異なる軌道を有し、各軌道に応じた複数の異なる位置から荷電粒子を出射する、
偏向電磁石。
産業区分
  • 原子力
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012549810thum.jpg
出願権利状態 登録


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