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公開番号2025070212
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023180363
出願日2023-10-19
発明の名称偏向電磁石及び粒子線照射装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類G21K 1/093 20060101AFI20250424BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】荷電粒子線を偏向するための必要条件を満たしつつ、線材の巻線時間が低減する偏向電磁石及びその関連技術を提供する。
【解決手段】偏向電磁石に設けられる立体コイル11は、磁場の印加方向Y、荷電粒子線の軌道方向Zで座標系を定義した場合、磁場で偏向された荷電粒子線の円弧軌道の半径方向Xと印加方向Yが成すX-Y断面座標において、励磁電流が同方向のコイル線材12(12a,12b)が、半径方向Xと成す角度が30°<|θ|の範囲で他の範囲より相対的に占積率が低く巻線されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
磁場の印加方向Ｙ、荷電粒子線の軌道方向Ｚで座標系を定義した場合、
前記磁場で偏向された前記荷電粒子線の円弧軌道の半径方向Ｘと前記印加方向Ｙが成すＸ－Ｙ断面座標において、
励磁電流が同方向のコイル線材が、前記半径方向Ｘと成す角度が３０°＜｜θ｜の範囲で、他の範囲より相対的に占積率が低く巻線されている立体コイルを備える偏向電磁石。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
請求項１の偏向電磁石において、前記立体コイルは、
巻線した前記コイル線材のうち前記軌道方向Ｚに沿う両側の端部が間隔を空けて互いに向かい合い、
巻線した前記コイル線材のうち前記軌道方向Ｚと直交する両側の端部がそれぞれ前記荷電粒子線を通過させる通過口を形成する偏向電磁石。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の偏向電磁石において、
複数の前記立体コイルが同心状に積層され、前記３０°＜｜θ｜の範囲における前記半径方向Ｘの外側が、内側よりも前記占積率が高く巻線されている偏向電磁石。
【請求項４】
請求項３に記載の偏向電磁石において、
前記立体コイルの外側に同心状に配置され、前記磁場をさらに誘導させる強磁性のヨーク材を備える偏向電磁石。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のの偏向電磁石において、前記立体コイルは、
前記立体コイルは、前記半径方向Ｘと成す角度が４５°＜｜θ｜の範囲において、他の範囲より相対的に占積率が低く巻線されている偏向電磁石。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の偏向電磁石において、
前記コイル線材は超電導性を示す偏向電磁石。
【請求項７】
請求項４に記載の偏向電磁石を、
回転ガントリーに実装させた粒子線照射装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、荷電粒子線を偏向する偏向電磁石及びその関連技術に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
偏向電磁石は、荷電粒子線を偏向するために、必要とされる強度の磁場を通過領域全体にわたって均一に形成することが求められている。そして、荷電粒子線を偏向する必要条件を満たす線材配置が、理論計算によって求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２０６６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、必要な磁場強度を維持したうえでさらに均一性を向上させようとすると、複数層にわたる多段の巻線コイルが必要となる。そして、この層数に応じて線材の巻線時間が増加し、偏向電磁石が高コストになる課題があった。
【０００５】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、荷電粒子線を偏向するための必要条件を満たしつつ、線材の巻線時間を低減する偏向電磁石及びその関連技術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】
【０００６】
実施形態に係る偏向電磁石において、磁場の印加方向Ｙ、荷電粒子線の軌道方向Ｚで座標系を定義した場合、前記磁場で偏向された前記荷電粒子線の円弧軌道の半径方向Ｘと前記印加方向Ｙが成すＸ－Ｙ断面座標において、励磁電流が同方向のコイル線材が前記半径方向Ｘと成す角度が３０°＜｜θ｜の範囲で、他の範囲より相対的に占積率が低く巻線された立体コイルを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、荷電粒子線を偏向するための必要条件を満たしつつ、線材の巻線時間が低減する偏向電磁石及びその関連技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の第１実施形態に係る偏向電磁石に適用される立体コイルを示す斜視図。
荷電粒子線の軌道方向Ｚに直交する立体コイルのＸ－Ｙ断面座標。
第１実施形態で立体コイルの円周方向の角度θにおけるコイル線材の占積率を示すグラフ。
（Ａ）立体コイルを円周方向の角度θ－粒子線軌道方向Ｚによる平面座標系で展開した平面展開図、（Ｂ）立体コイルを円周方向の角度θによる直線座標系で展開した断面図。
比較例として、広く採用されているｃｏｓθ型の立体コイルを示す断面図。
ｃｏｓθ型の立体コイル（比較例）の円周方向の角度θにおけるコイル線材の占積率を示すグラフ。
（Ａ）励磁したｃｏｓθ型の立体コイル（比較例）が発生する磁場の２極成分の強度を示す図、（Ｂ）同・その他の多極成分（４極成分，６極成分，…２ｎ極成分）の強度の合計を示す図。
第２実施形態の偏向電磁石に適用される立体コイルの実施例を示す断面図。
第２実施形態における立体コイルの円周方向の角度θにおけるコイル線材の占積率を示すグラフ。
第３実施形態に係る偏向電磁石の断面図。
各実施形態に係る偏向電磁石が実装されたガントリ式の粒子線照射装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る偏向電磁石１０Ａ（１０）に適用される立体コイル１１を示す斜視図である。図２は荷電粒子線の軌道方向Ｚに直交する立体コイル１１のＸ－Ｙ断面座標である。図１に示すように立体コイル１１は、その中心軸が荷電粒子線の軌道方向Ｚに一致するように、湾曲形状を有している。そして立体コイル１１の少なくとも内側全体は、荷電粒子線が通過する真空の磁場空間１３が形成されている。
【００１０】
図１に示すように偏向電磁石１０に設けられる立体コイル１１は、磁場の印加方向Ｙ、荷電粒子線の軌道方向Ｚで座標系が定義されている。そして図２に示すように、磁場で偏向された荷電粒子線の円弧軌道の半径方向Ｘと印加方向Ｙが成すＸ－Ｙ断面座標に注目する。この場合、励磁電流が同方向のコイル線材１２（１２ａ，１２ｂ）は、半径方向Ｘと成す角度が３０°＜｜θ｜（θ＜－３０°，３０°＜θ）の範囲で、他の範囲より相対的に占積率が低く巻線されている。なおＸ－Ｙ断面座標においてコイル線材１２（１２ａ，１２ｂ）は、印加方向Ｙを対称に巻線されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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