电磁波发生装置

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2024年6月7日发(作者：)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.2

(22)申请日 2006.04.14

(71)申请人 三菱电机株式会社

地址 日本东京

(72)发明人 田中博文

(74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人 吴丽丽

(51)

(10)申请公布号 CN 1856212 A

(43)申请公布日 2006.11.01

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

电磁波发生装置

(57)摘要

本发明提供电磁波发生装置。实现

可以产生大强度的X射线，并且可以高速

切换所发生的X射线的能量的，小型低成

本的电磁波发生装置。在由圆形加速器组

成的电磁波发生装置中，构成圆形加速器

的偏转电磁铁由于根据其形状相对入射或

者加速电子具有聚焦功能，因而该加速器

在电子的入射、加速的全过程中在其半径

方向的规定范围中具有稳定的电子回旋轨

道，在该稳定的电子回旋轨道上设置标

靶，依照该标靶的设置位置，设置回旋的

电子束与上述标靶碰撞的区域，和不与上

述标靶碰撞的区域，通过控制偏转电磁铁

的致偏磁场以及电子束加速的两时间变化

模型，使电子在这些区域之间一边回旋一

边移动，通过和上述标靶碰撞而发生X射

线。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1、一种电磁波发生装置，由圆形加速器组成，该圆形加速器包括：发生电子的电

子发生单元；从上述电子发生单元入射电子的入射单元；加速上述入射的电子的加

速单元；产生用于使上述入射或者使加速电子偏转的致偏磁场的偏转电磁铁；使经

过上述加速的电子碰撞而产生电磁波的标靶，所述电磁波发生装置的特征在于：

上述偏转电磁铁根据其形状对入射或者加速电子具有聚焦功能，上述加速器通过具

有上述聚焦功能的偏转电磁铁，具有在电子的入射、加速的全过程中在该加速器的

半径方向的规定范围中稳定的电子回旋轨道，上述标靶设置在上述稳定的电子回旋

轨道上，依照该标靶的设置位置，在上述稳定的电子回旋轨道的范围内，设置回旋

的电子束与上述标靶碰撞的区域，和与之相邻的不与上述标靶碰撞的至少1个区域，

通过控制偏转电磁铁的致偏磁场以及电子束加速的两时间变化模型，使电子回旋轨

道在这些区域之间移动，通过上述标靶和回旋电子束碰撞而产生电磁波。

2、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

在1次入射中，把电子束从不与标靶碰撞的区域向与标靶碰撞的区域的移动设置为

大于等于2次。

3、如权利要求1或者2所述的电磁波发生装置，其特征在于：

针对每次入射，可变地控制将以入射结束时作为起点的电子回旋轨道从不与标靶碰

撞的区域向与标靶碰撞的区域移动的时刻。

4、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

把电子束的入射、加速中、致偏磁场控制为一定。

5、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

在电子束的入射时间中，进行随着时间使致偏磁场减少的控制。

6、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

电子从电磁波发生装置的外周入射，伴随加速使该电子的回旋轨道在半径方向上缩

小。

7、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

标靶是金属线。

8、如权利要求7所述的电磁波发生装置，其特征在于：

标靶是安装在金属线上的具有比构成金属线的材料的有效原子序数还大的有效原子

序数的材料。

9、如权利要求1所述的电磁波发生装置，其特征在于：

标靶是重金属材料。

说 明 书

技术领域

本发明涉及用一边在加速器内描画圆形轨道一边回旋的电子产生X射线等电磁波

的电磁波发生装置。

背景技术

在利用圆形加速装置的以往的电磁波发生装置中，有利用采用了电子回旋加速器

(Betatron)加速原理的加速装置(简称为电子回旋加速器加速装置)的装置(非专利文

献1(加速器科学(宇称物理学讲义)「龟井亮，木原元央合著」(丸善株式会社)平成

5年9月20日发行(ISBN 4-621-03873-7 C3342)。第4章电子回旋加速器P39～

P43))，以及利用了电子存储环的装置(专利文献1(专利号码第2796071号))。

在利用了电子回旋加速器加速装置的电磁波发生装置中，入射到该装置内的电子束

一边在同一半径轨道上回旋一边加速，在到达规定的能量的时刻，使轨道发生变化，

其结果，碰撞设置在该变化后的轨道上的标靶，产生X射线。(非专利文献1)

另外，利用了电子存储环的电磁波发生装置由入射器和电子存储环构成，加速到规

定的能量的电子束从入射器入射到电子存储环，在同一环内的一定轨道上回旋。在

回旋轨道上配置标靶，通过与回旋电子的碰撞产生X射线。(专利文献1)

在这样的电磁波发生装置中存在以下的问题。

在利用了电子回旋加速器加速装置的电磁波发生装置(非专利文献1)中，因在加速

装置内回旋的电子相互间的库仑反作用力的影响，大电流加速较困难。其结果，加

速电子束的强度与使用了直线加速器的电磁波发生装置相比还弱1～2位左右。另

外，在该类型的加速装置中，虽然电子束在回旋中被加速器加速到规定能量，但在

此期间回旋轨道是一定的，为了与标靶碰撞需要使电子束的轨道挪动到配置有X

射线发生用的标靶的位置上。但是，从回旋轨道错开的电子束其后无法稳定回旋，

使其反复碰撞标靶这一点是困难的。由于这样的原因，发生X射线强度低，几乎

无法把利用了电子回旋加速器加速装置的电磁波发生装置适用到工业、医疗应用领

域。

另外，为了得到能量不同的X射线，需要改变与标靶碰撞的电子束的能量，而在

电子回旋加速器加速装置中，把轨道改变到与标靶碰撞的轨道的电子束其后无法稳

定地回旋，其结果电子丢失。因而，为了发生下一个X射线，必须再次从入射、

加速开始进行，不能高速切换发生能量不同的X射线。而且，因为每次入射的电

子束位置不一定能够正确再现，所以碰撞标靶的电子束位置有微妙的偏差。因此，

即使想要以可移动体为对象采用高速能量差分法等实施精密测量，也因X射线能

量切换的高速性、每次入射的光源位置的再现性的问题而致使应对困难。另外，即

使不要求高速性的情况下，在采用能量差分法进行测量的情况，碰撞到标靶的电子

束位置的微妙偏差也使X射线发生源位置产生偏差，难以进行精密的测定。

在利用电子存储环的电磁波发生装置(专利文献1)中，因为电子束的回旋轨道基本

上没有改变，所以可以使电子束反复碰撞标靶，因此在X射线强度这一点上虽然

与电子回旋加速器加速装置的情况相比得到改善，但取得大的入射电流值困难，以

及，通过用把电子加速到规定能量的入射器和电子存储环来构成从而致使装置大型

化，所以构成设备多，控制也变得复杂。因此成本变高，利用领域也受到限制。

另外，存储环虽然具有把回旋电子束的能量保持在规定的值的功能，但不具有改变

该能量的功能，为了改变它，需要在入射器中改变电子的加速能量入射到存储环。

因而，这种情况下，和电子回旋加速器加速装置的情况一样，高速切换发生能量不

同的X射线这一点困难，和电子回旋加速器加速装置的情况一样在其适用领域中

产生限制。而且，如果使存储环具有加速功能，并作为同步加速器装置来使用，则

可以改变已在加速装置内回旋的电子束的能量，但保证能量切换的高速性困难，进

一步成问题的是在该装置中，因为在加速中电子束的回旋轨道也是一定轨道，所以

在加速途中为了避免和标靶的碰撞，必须在回旋轨道外配置标靶。在这种情况下，

回旋电子束在碰撞标靶后，不能稳定地回旋，和电子回旋加速器的情况一样，使反

复碰撞标靶是困难的。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，实现与以往相比能够发生强度高的X射

线，能够高速切换发生X射线的能量的小型并且低成本的电磁波发生装置。

发明内容

本发明的电磁波发生装置以及电磁波发生方法，在由圆形加速器组成的电磁波发生

装置中，其中圆形加速器包括：发生电子的电子发生单元；从上述电子发生单元入

射电子的入射单元；加速上述入射的电子的加速单元；产生用于使上述入射或者使

加速电子偏转的致偏磁场的偏转电磁铁；使经过上述加速的电子碰撞而产生电磁波

的标靶，所述电磁波发生装置的特征在于：上述偏转电磁铁根据其形状对入射或者

加速电子具有聚焦功能，上述加速器根据所具有的上述聚焦功能的偏转电磁铁，在

电子的入射、加速的全过程中在该加速器的半径方向的规定范围中具有稳定的电子

回旋加速器轨道，上述标靶设置在上述稳定的电子回旋轨道上，依照该标靶的设置

位置，在上述稳定的电子回旋轨道的范围内，设置回旋的电子束与上述标靶碰撞的

区域，和与之相邻的不与上述标靶碰撞的至少1个区域，通过控制偏转电磁铁的致

偏磁场以及电子束加速的两时间变化模型，使电子回旋轨道在这些区域之间移动，

通过上述标靶和回旋电子束碰撞而产生电磁波。

如果采用本发明的电磁波发生装置，因为能够使在不同轨道上稳定回旋的电子反复

碰撞标靶，所以可以产生大强度的X射线，另外，还能够高速切换发生不同能量

的X射线。因此，能够在短时间得到X射线的拍摄图像。另外，还可以高速取得

由不同的能量的X射线产生的多个X射线拍摄图像，能够提供适宜于高速能量差

分法的X射线发生源。

附图说明

图1表示本发明的电磁波发生装置的构成例子1。

图2表示本发明的电磁波发生装置的构成例子2。

图3是致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型1。

图4表示电子束能量和X射线的能量谱线。

图5是致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型2。

图6是致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型3。

具体实施方式

实施方式1

图1、图2是分别表示实施方式1的电磁波发生装置的构成例1和构成例2的图。

无论哪个例子在使用AG(Alternatig Gradient)聚焦加速器(图1根据非专利文献

2(，

shi，”DESIGNAND CONSTRUCTION OF A SPIRAL MAGNET FOR A HY

BRIDACCELERATOR”，

Proceedings of the 1st Annual Meeting of ParticleAccelerator Society of Japan and the 29

th Linear Accelerator Meetingin Japan(August4-6，2004，Funabashi Japan)，465p-

467p)，图2根据专利文献2(专利公开号码2004-296164))这一点上是共同的，通过

进行发挥其特征的规定的控制，能够实现高性能的电磁波发生装置。

在图1中，11是发生电子束的电子发生单元，12是以在与纸面垂直的方向上夹着

电子束行进轨道的形状，并且具有发生与纸面垂直方向的磁场的磁极的螺旋形状的

螺旋磁极，13是回程磁轭，螺旋磁极12和回程磁轭13，虽然省略了记述但和围绕

磁极的线圈形成偏转电磁铁(以下，称为螺旋偏转电磁铁)。14是发生用于加速回旋

的电子束的交流磁场的加速磁心，15是通过和回旋电子束碰撞发生X射线的标靶，

16是入射时在本装置内的电子回旋轨道，17是回旋电子束不与标靶15碰撞的区域

A和回旋电子束与标靶15碰撞的区域B的边界即边界电子回旋轨道，18是电子束

能够稳定回旋的区域的最外周，19是在标靶15上发生的X射线等的电磁波(以下，

作为X射线说明)。所发生的X射线的能量随着碰撞的电子束的能量而变化。

以下说明动作。

在电子发生单元11中发生的电子束如果入射到电磁波发生装置中，则由于受到螺

旋偏转电磁铁的作用而偏转，一边在装置内回旋一边在加速磁心14的磁场中通过

感应出的电场作用在图中的圆周方向上加速。本装置内的电子束在螺旋磁极12的

部分上沿着大致圆弧轨道行进，没有螺旋磁极12的部分沿着接近直线的轨道行进，

两轨道合在一起构成回旋轨道。在通过螺旋偏转电磁铁部分时的电子束的偏转半径

根据伴随加速的电子束的能量的增加，和该偏转电磁铁的致偏磁场强度而变化。通

常，和加速一同，偏转半径增大，电子回旋加速器轨道在半径方向上扩大。来自电

子发生单元11的电子的入射因为在一定时间连续进行，所以初期入射的电子更向

外侧轨道回旋，以后入射的电子在内侧的轨道上回旋，而在其间入射的电子在两轨

道之间的轨道上回旋。因此，加速器内的电子在半径方向上扩展的回旋轨道上回旋。

这一点和利用了电子回旋加速器加速装置的电磁波发生装置基本上不同。

因为电子如此在半径方向上扩展的轨道上回旋，所以如果与在同一轨道上回旋的情

况相比，则在回旋的电子束内的电子的密度减小，电子相互间作用库仑反作用力也

减小。因此，与电子回旋加速器加速装置和存储环相比，可以入射利用大电流束。

回旋的电子束在不碰撞的区域A内，在加速的同时使其回旋轨道在半径方向上逐

渐扩展，直至加速到规定的能量后，通过以后说明的控制，越过边界回旋电子轨道

17达到碰撞的区域B，碰撞到标靶15而放出X射线19。加速中的电子束因为在未

设置标靶15的不碰撞区域A中回旋，所以电子束在加速途中由于与标靶15碰撞

所以不会无谓的损失。而且，标靶15在相对电子束回旋方向上，即相对X射线发

生方向上变薄以便不使所发生的X射因在标靶15内自己吸收而减少。因为碰撞区

域B也可以是电子束的稳定回旋的区域，所以即使在电子束和标靶15碰撞后，电

子束中未碰撞的大部分电子能够继续稳定地回旋，依照电子束回旋轨道的控制方法，

能够实现电子束和标靶15的反复碰撞。

而且，在图1中电子发生单元11设置在电磁波发生装置的内部，但也可以把它设

置在电磁波发生装置的下部，起到完全相同的效果。这和以后说明的图2所示的入

射方式是同一种类，因为发生与加速磁心14的设置位置的干涉，所以电子发生单

元11设置在例如加速装置的下部。

在此，在本申请的电磁波发生装置中使用的偏转电磁铁，因为其构成是，通过在半

径方向上改变磁极间隔等在形状上下工夫，在实现在半径方向上倾斜的磁场的同时，

利用使用螺旋磁极12的磁铁边界的边缘角和漏磁场来聚焦电子束的所谓的边缘聚

焦，所以无论在不碰撞的区域A、碰撞区域B的哪个中都可以使电子束稳定回旋

(非专利文献2)，但并不是必须限定为螺旋磁极形状，只要是实现对半径方向的倾

斜磁场，并能够还包含边缘形状保持对电子束的聚焦能力的磁极形状即可。

图2是用使用了不是螺旋形状的偏转电磁铁的AG聚焦加速装置构成的电磁波发生

装置的1例。

在图2中，21是用于把来自电子发生单元11的电子束导入电磁波发生装置内的隔

膜电极，22是用于使行进电子束的轨道偏转而形成回旋轨道的偏转电磁铁，23是

加速电子束的加速磁心，24是电子束在其中回旋的真空管道，25a、b、c、d分别

是真空管道24内的电子束的代表性的回旋轨道，26是用于向加速磁心23提供电

力的加速磁心用电源，27是偏转电磁铁用电源，15是成为X射线发生源的标靶。

以下说明动作。

在电子发生单元11中发生的电子束经由隔膜电极21入射，在偏转电磁铁23的部

分中成为大致圆弧轨道形成回旋轨道。回旋电子束通过向加速磁心23施加交流磁

场，由电磁感应产生的感应电场而被加速。电子在真空管道24中回旋。25a、b、c、

d是电子束的代表性的回旋轨道。在这种情况下，也和图1的情况一样，在电子束

能够稳定回旋的区域内，能够设定电子束不碰撞标靶15的区域A(回旋轨道25a、b

所属的区域)，和碰撞标靶15的区域B(回旋轨道25c、d所属的区域)。

已入射的电子束在不碰撞的区域A内，按照入射时间在半径方向上扩展的轨道中

回旋并加速。加速到规定的能量的电子和设置在碰撞区域B上的目标15碰撞产生

X射线这一点和图1所示的例子一样。而且，在该图中虽然特别夸张放大描述半径

方向的目标尺寸，但基本上和图1的例子一样。

而且，在图2中电子发生单元11设置在加速装置的外部，虽然电子经由隔膜电极

21入射到回旋轨道，但和图1所示的例子一样，即使配置在加速装置的内部也起

到同样的效果，而且装置整体变得紧凑。

无论在图1、图2的哪个例子中，标靶15一般都是直径10μm左右的线形金属，更

理想的是钨等的重金属，将其设置在该装置内使该线的长度方向与纸面正交的方向

一致(在图中对半径方向进行了放大显示)。由此在确定半径方向的X射线发生源尺

寸的同时，把在发生X射线的标靶15内的自吸收抑制为很小。但是，在线形标靶

的情况下，线长度方向的X射线发生源的尺寸由行进的电子束的同一方向的尺寸

确定，通常它的大小是数mm。为了减小它，还考虑将由碳等的低原子序数物质

(包含有效原子序数)组成的线的中间安装了比该线原子序数(包含有效原子序数)高

的，例如金属，更理想的是钨等的重金属的微小球粒的线作为标靶15。使用原子

序数高的材料是因为能够增加X射线发生效率，并增大X射线强度，同时能够减

小在2个方向上的光源尺寸的缘故。

接着，说明在利用了上述的AG聚焦加速装置的电磁波发生装置中的电子束的控制。

无论在图1、图2的哪种情况下，电子束都可以主要通过偏转电磁铁的磁场(以下

简称为致偏磁场)的时间变化，和加速磁心磁场的时间变化的组合来控制其运动。

图3是表示致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型1的图。31表示致偏磁场的

时间变化，32表示加速磁心的时间变化。它们都是横轴表示时间，用33a、33b表

示的位置分别表示入射开始时间，用34a、34b表示的位置分别表示入射结束时间，

用35a、35b表示的位置分别表示致偏磁场一定控制的开始时间，用36a、36b表示

的位置分别表示致偏磁场一定控制的结束时间。用37a、37b表示的时间范围分别

表示电子束的入射开始到结束的电子束入射时间，用38a、38b表示的范围分别表

示在入射结束后，把电子束加速到规定能量的电子束加速时间。为了使分别已加速

到规定能量的电子束碰撞标靶而进一步加速电子束，把电子束回旋轨道扩大到设置

着标靶15的轨道，从而使电子束碰撞标靶15，用39a、39b表示的范围表示与维

持该碰撞的时间对应的标靶碰撞时间。

致偏磁场的时间变化31和加速磁心磁场的时间变化32的关系不满足电子回旋加速

器加速条件。所谓电子回旋加速器加速条件是加速中的电子束的回旋轨道为一定的

致偏磁场和加速磁心磁场的关系。因而，所谓不满足电子回旋加速器加速条件就是

加速中的电子束的回旋轨道未达到一定轨道。

以下，首先说明在从33a到36a的时间范围中的电子束的动作。在入射开始时间

33a时开始对电磁波发生装置内进行电子入射，在入射结束时间34a入射结束。此

时，加速磁心磁场的时间变化在从入射开始时间33a开始的电子束入射时间37a期

间，如图3下段的加速磁心磁场的时间变化32所示那样增加。由于加速磁心磁场

的作用在电子束的行进方向上发生感应电场，入射的电子束在电子束入射时间37a

期间也加速。在电子束入射时间37a的期间，致偏磁场一定，电子束如回旋轨道

25a、25b所示那样，随着加速磁心磁场的增加而逐渐向外侧扩展。电子束因为在

电子束入射时间37a的期间连续入射，所以在入射结束时间34a的时刻，在半径方

向扩展的电子束回旋。在入射结束时间34a中，在入射开始时间33a入射的电子束

以最高能量回旋到最外侧附近的轨道(例如回旋轨道25b)。另外，在入射结束时间

34a之前入射的电子束以最低能量在最内侧附近的轨道上(例如回旋轨道25a)回旋。

即，在入射结束时间34a的时刻，电子具有规定的能量宽度，在半径方向上扩展的

轨道上回旋。以往的电子回旋加速器装置是弱聚焦磁场，在半径不同的宽区域上难

以得到一定的聚焦力，而在AG聚焦加速器的情况下，通过对偏转电磁铁的形状下

功夫，因为能够在半径不同的宽广的区域上实现大致一定的聚焦力，所以能够自由

改变回旋轨道。

在入射结束时间34a之后转移到与电子束加速时间38a对应的状态。电子束在半径

方向上具有幅宽，例如在偏转电磁铁部分中的圆弧轨道的半径从r1到r2的范围(假

设r1＜r2)中回旋，而在大于该r1小于r2的半径r0上，致偏磁场和加速磁心磁场

保持接近电子回旋加速器加速条件进行变化。因而，如果电子束的能量因加速而变

化，则上述r0之外回旋中的电子束聚集到r0周围。如果从宏观看则是在加速的同

时，电子束尺寸一边逐渐减小一边加速。通过兼顾致偏磁场的增加速度和加速磁心

磁场的增加速度，确定上述半径r0。电子束在规定的能量宽度，并且在半径方向

上扩展的状态下得到加速。向着入射当初的半径方向的回旋轨道的扩展如上述那样

在加速的同时减少，但轨道的扩展依然在剩下的状态下加速。无论怎样都在电子束

加速时间38a内，把电子束的回旋轨道控制成停留在不碰撞的区域A的范围内。

其后，在电子的最大能量达到规定值时，即在时间35a中，把致偏磁场设置为一定

并转移到与标靶碰撞时间39a对应的状态。在此因为加速磁心磁场依然增加，所以

电子束的回旋轨道进一步在半径方向扩大，把电子束引导到碰撞区域B，碰撞标靶

15发生X射线。在此电子束因为在半径方向上扩展回旋，所以在标靶碰撞时间

39a的期间，从最外回旋轨道的电子到在内侧轨道上回旋的电子顺序碰撞标靶15，

而因为对电子束回旋轨道的半径方向上的扩大速度并不大，所以与回旋电子束为了

在半径方向上横切轨道上的标靶15所需要的时间相比，电子束回旋1圈所需要的

时间明显很短。因而，电子束在和标靶15碰撞的轨道上回旋多圈。而后，因为设

置有标靶的碰撞区域B是稳定回旋区域，所以电子束在标靶碰撞时间39a期间稳

定地连续回旋。其结果，可以高效率地把回旋电子束变换为X射线。

这样稳定地回旋并反复碰撞标靶这一点和利用了以往的电子回旋加速器加速装置的

电磁波发生装置有很大不同。与存储环相比，同样在回旋轨道的扩展这一点上有很

大不同。总之，因为靠该特征成为适宜于大电流束的加速的装置，所以起到在小型

的装置中能够产生大强度的X射线的效果。

在以上的说明中，把在图3的标靶碰撞时间39a中的致偏磁场的时间变化31作为

是一定的进行了说明，但因为致偏磁场和加速磁心磁场的关系只要根据电子回旋加

速器加速条件错开即可，所以并不限定为一定，也可以设置成和时间一同逐渐增加

的致偏磁场。这种情况下的电子束的动作和标靶的碰撞和此间致偏磁场的时间变化

是一定的情况基本上相同，而向回旋轨道的半径方向扩大的速度变得缓慢。其结果，

如果进行这样的控制，因为能够延长回旋的电子束和标靶15的碰撞时间，所以回

旋电子束向X射线的变换效率进一步提高。

经过标靶碰撞时间39a后，因为和标靶15的碰撞电子束通常大致消失。因此其后，

使致偏磁场和加速磁心磁场返回初始状态的过程没有特别的限制事项。在图3中在

时间36a以后，以和加速时同等程度的速度减少两磁场，但并不拘泥于此。在使致

偏磁场和加速磁心磁场返回入射时的状态后，再次重复电子束的入射过程以后的步

骤，通过每次使新的电子入射、加速并碰撞标靶，能够连续发生X射线。

在该重复过程中，还可以使致偏磁场和加速磁心的时间变化模型每次相同，但也可

以在每次入射时变化。从图3的时间33b到36b表示该例子。在图3的第2次入射

中，表示使致偏磁场设置成一定的时刻比第1次入射时还提前的例子。图3的电子

束加速时间38b设定为比38a还小的值。如果设置成致偏磁场、加速磁心磁场的时

间变化的倾斜在第1次和第2次中相同，则通过把电子束加速时间38b设定得小，

在第2次的情况下就可以以小的致偏磁场值保持一定值。因而，在时间35b中，与

电子束与在时间35a中的电子束能量相比，处于低能量的状态。

在该状态下，由增加的加速磁心磁场的作用电子束进一步加速，因为致偏磁场保持

为一定值，所以向着回旋轨道的半径方向的扩大速度与第1次相比更快。于是，电

子束因为更早地达到碰撞区域B并和标靶15碰撞，所以和标靶15碰撞的电子束

的能量的值比第1次和标靶15碰撞的电子束的能量还低。这样就能够容易改变与

标靶15碰撞的电子束的能量。而且，达到时间35a或者35b时，电子束并不立即

与标靶15碰撞，在达到时间35a，或者35b的时刻，根据电子束回旋轨道和标靶

15的半径方向的距离的大小程度，碰撞开始的时间变化。即，严格地说从时间35a

或者35b开始经过规定时间后发生X射线。

图4是概略表示在碰撞的电子束的能量高时和低时在标靶15上发生的X射线的能

量谱变化的状况的图。从该图中可知，使高能量的电子束碰撞标靶15时的一方能

够发生更高能量的X射线。通过这样控制与标靶15碰撞的电子的能量，能够控制

所发生的X射线的能量。

而且，虽然在上述例子中设置成靠加速磁心磁场产生的感应电场来加速电子束，但

即使把它变为采用高频电场的加速单元也能够起到同样的效果。这在以后说明的全

部的实施方式中也同样成立。

另外，在上述例子中假设入射中致偏磁场是一定的，在达到时间34a、34b时致偏

磁场突然以一定斜度开始增加，而如果是可以入射的条件则不需要必须把致偏磁场

设定为一定，另外也可以从入射时的磁场开始设置平滑期间，使在时间34a、34b

的时刻的致偏磁场的变化逐渐增加。即使这样，上述的电子束的基本的动作也不变。

进而，在上述的例子中有磁极的部分的轨道是圆弧，没有磁极的部分的轨道大致是

直线，而即使是没有磁极的部分也在致偏磁场的强度大时有时成为圆弧。但是与有

磁极的部分的圆弧相比成为半径大的圆弧。即使这样，相对上述的标靶15的电子

束的基本的动作也不改变。

如上所述，如果采用该实施方式，则在该装置中能够加速大电流，在X射线发生

中也能够在稳定的条件下使电子束回旋，也因为容易改变碰撞标靶15的电子束的

能量，所以在能够容易实现大强度的X射线源的同时，还能够容易改变所发生的

X射线的能量。而且，因为能够如此改善X射线发生强度，所以在各种X射线利

用时，可以谋求照射时间的缩短化，和测量等的高速化。另外，即使把标靶微型化

也能够发生实质上可以利用的强度的X射线，还能够实现X射线发生源尺寸的微

型化。由此，当把该微小的X射线发生源例如用于得到X射线拍摄图像的目的时，

与以往的X射线发生源相比能够得到解像度高的摄像图像。具体地说还取决于装

置规模，但可以实现具有在10μm左右的光源尺寸下可以利用的X射线强度的装置。

另外，通过采用具有聚焦功能的偏转电磁铁，因为能够使加速装置大幅度小型化，

所以与利用了以往类型加速器的电磁波发生装置相比能够大幅度的小型化。其结果，

能够实现在各种利用时方便的，易于使用的光源。另外，通过其小型化，还可以一

并实现低成本化。这一点在小型化的同时，大大有助于因使偏转电磁铁具有聚焦功

能而带来的构造的简单化。

实施方式2

本实施方式是把入射时对电子束回旋轨道的半径方向的扩展的程度与实施方式1的

情况比较增大的形态。图5表示这种情况下的致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化

模型的例子。在图中，号码相同的部分和图3的说明一样。图5的第1次电子入射

的例子是在全过程中把致偏磁场的时间变化31作为一定的例子。在这种情况下，

伴随加速的电子束向回旋轨道的半径方向扩大比图3的情况还大。图5的第2次电

子入射的例子是在电子束的入射时使致偏磁场减少的例子。在这种情况下，伴随加

速的电子束向回旋轨道的半径方向的扩大比把致偏磁场设置成一定时进一步变大。

无论在哪种情况下，都存在为了把电子束加速到规定的能量所需要的装置尺寸大这

一缺点，而相反因为回旋轨道上的电子束密度降低，所以能够加长电子的入射时间

入射大电流。因而，可以加速更大的电流束，与实施方式1的情况相比能够进一步

增大X射线强度。另外，除上述方面以外具有和在实施方式1中说明的效果相同

的效果。

实施方式3

实施方式3是通过不经过电子的再次入射而高速改变电子束的能量，来实现高速切

换所发生的X射线的能量的方式。图6表示这种情况下的致偏磁场和加速磁心磁

场的时间变化模型的例子。在图中从31到39a的说明和图3的情况一样。在此，

36a在表示致偏磁场一定控制结束时间的同时，还是相当于电子束加速时间38a的

电子束再加速时间43a的开始时间。41a在是电子束再加速时间43a的结束的时间

的同时，还是相当于标靶碰撞时间39a的标靶再碰撞时间44a的开始时间。而后，

42a是标靶再碰撞时间44a的结束时间。

以下说明动作。

从时间33a到36a的过程和图3的情况相同。不同之处在于，在标靶碰撞时间39a

的时间过程中再次设置相当于电子束加速时间38a的电子束再加速时间43a，在电

子束从和标靶15的碰撞位置一旦错过的同时，被再次加速，此后再次返回到标靶

15的位置。

即，在标靶碰撞时间39a内，在回旋电子束还没有完全消失的状态中，增加致偏磁

场。通过使此时的增加程度比在电子束加速时间38a内的致偏磁场的增加速度还大，

使电子束的回旋轨道半径缩小。由此，回旋电子束后退到不碰撞的区域A。虽然此

间由于加速磁心磁场逐渐增加所以电子束被逐渐加速，其能量增加，但回旋轨道维

持在该不碰撞的区域A内。而后，在达到规定的能量的时刻41a再次使致偏磁场

为一定。于是，由于加速磁心的磁场增加，电子束的能量进一步增加，回旋轨道在

半径方向上扩大，电子束以比在标靶碰撞时间39a中的电子束还高的能量，碰撞设

置在碰撞区域B上的标靶15。

这样能够容易而且高速地改变在标靶碰撞时间39a内和标靶再碰撞时间44a内发生

的X射线能量。在该例子中在标靶再碰撞时间44a内发生的X射线能量比在标靶

碰撞时间39a内发生的X射线能量还高。

而且，在标靶碰撞时间39a和标靶再碰撞时间44a中的致偏磁场的时间变化无须控

制为一定，也可以和时间一同增加。其效果以及其他的效果和在实施方式1中说明

的效果相同。

实施方式4

在实施方式1到3中都说明了从电磁波发生装置的内侧入射电子束的例子，但并不

限于此，也可以是在电磁波发生装置的外周附近设置电子发生单元11，从电磁波

发生装置的外周附近入射来自电子发生装置11的电子束。为了实现这样的入射，

伴随入射时和加速必须在半径方向上缩小电子束的回旋轨道。用图3说明它。

首先在电子束入射时间37a内的致偏磁场不是一定的，其必须和时间一同增加。由

于加速磁心磁场增加产生的电子束能量的增加的作用，当致偏磁场是一定的情况下，

回旋轨道正在向半径方向上扩大时，通过使致偏磁场和加速一同增加，相反使回旋

轨道在半径方向上缩小。

另外，在相当于电子束加速时间38a的时间内的致偏磁场的时间变化由于也比图3

所示的时间变化更剧烈地增加，因而即使在入射结束后的加速过程中也可以和加速

一同在半径方向上缩小电子束的回旋轨道。而后，成为X射线发生源的标靶15在

这种情况下设置在内侧的回旋轨道上。在时间35a加速到规定的能量，使在内侧的

规定回旋轨道附近回旋的电子必须碰撞进一步设置在其内侧上的标靶15。因此，

在标靶碰撞时间39a内，需要一边加速电子束或者一边保持一定能量，一边增加致

偏磁场，使电子束的回旋轨道进一步向内侧缩小，将其实现是容易的。通过在标靶

碰撞时间39a内使该状态继续，使得在轨道上扩展回旋的电子束顺序碰撞标靶，从

而发生X射线。

而且，在上述例子中是把标靶15配置在内侧的回旋轨道上，但也可以在外侧上。

在这种情况下因为入射之后的电子束碰撞标靶15，所以标靶部分需要制成在短时

间通过的入射条件，而通过控制致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型容易实现。

在这种情况下，碰撞标靶15的区域B所在位置比未碰撞的区域A还靠外侧。在入

射时快速通过该区域B的电子束在A区域上加速，由于减弱致偏磁场因而再次回

旋到区域B。能够利用由于此时和标靶15碰撞而发生的X射线。

在每次入射时，为了改变碰撞标靶的电子能量只要改变致偏磁场和加速磁心磁场的

时间变化模型即可。另外，在1次入射时可以改变碰撞标靶15的电子束能量这一

点也和实施方式3的情况一样，只要改变致偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型

即可。作为这样的X射线发生源的特性是由于该电磁波发生装置在半径方向上具

有宽阔并且稳定的回旋轨道而产生的，在利用以往的电子回旋加速器等的电磁波发

生装置中无论如何也无法实现。

通过这样采用从装置外周附近入射电子束的方式，可以使电子发生单元11的配置

自由度提高，作为整体能够实现紧凑的装置。其他效果和实施方式与1、3所述的

相同。

实施方式5

本实施方式是指在保持电子束的能量的状态下，使电子束在不碰撞的区域A和碰

撞区域B之间往来的方式。用图6说明。在图6中，在标靶碰撞时间39a和标靶再

碰撞时间44a中电子束的能量不同，而通过在电子束加速时间43a中控制加速磁心

磁场，能够在把电子束的能量保持为一定值的状态下通过致偏磁场的增减改变回旋

轨道。

而且至此，说明了未碰撞的区域A和碰撞区域B分别只考虑为1个区域，电子束

在区域A和区域B的回旋轨道的来往的情况。但是，把在标靶15的设置位置上回

旋的轨道作为碰撞区域B，对于和标靶的碰撞区域B，在半径方向上，还在和此前

说明的未碰撞的区域A相反一侧上设定不和标靶15碰撞的区域A1，通过控制致

偏磁场和加速磁心磁场的时间变化模型，在区域A、B、A1之间使电子束在回旋

轨道上移动，能够控制X射线发生的通/断(ON/OFF)。另外，此时，如此前说明的

那样，因为能够改变电子束的能量，所以能够高速切换和上述通/断一致产生的X

射线的能量。

本文标签： 电子束加速回旋电子发生