特開 2022-175836 電磁石及び荷電粒子加速装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175836

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】電磁石及び荷電粒子加速装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/04 20060101AFI20221117BHJP

   H05H 13/04 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

H05H7/04

H05H13/04 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021082565

(22)【出願日】2021-05-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横田 龍輝

(72)【発明者】

【氏名】田島 裕二郎

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA13

2G085BA13

2G085BA14

2G085BC02

2G085BC05

2G085BD01

2G085EA07

(57)【要約】

【課題】分離した荷電粒子ビームの軌道と電磁石との干渉を回避しつつ、分離した荷電粒子ビームの軌道とメイン領域を進行する荷電粒子ビームの軌道との離反距離を十分に確保できること。
【解決手段】四極電磁石１４は、荷電粒子ビームである周回ビーム２Ａが進行するためのメイン領域２３のほかに、分離した荷電粒子ビームである出射ビーム２Ｂが進行するためのビーム通過ギャップ２６が設けられた鉄心２０と、鉄心に巻き回された励磁コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと、鉄心のメイン領域２３に設けられて、内部を周回ビーム２Ａが進行するメイン真空ダクト１２と、鉄心のビーム通過ギャップ２６に設けられて、内部を出射ビーム２Ｂが進行するサブ真空ダクト１７と、を有して構成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子ビームが進行するためのメイン領域の他に、分離した前記荷電粒子ビームが進行するためのビーム通過ギャップが設けられた鉄心と、
前記鉄心に巻き回された励磁コイルと、
前記鉄心の前記メイン領域に設けられて、内部を前記荷電粒子ビームが進行するメイン真空ダクトと、
前記鉄心の前記ビーム通過ギャップに設けられて、内部を分離した荷電粒子ビームが進行するサブ真空ダクトと、を有して構成されたことを特徴とする電磁石。

【請求項2】

前記鉄心には、ビーム通過ギャップが複数設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁石。

【請求項3】

前記鉄心には、荷電粒子ビームが進行しないビーム不通過ギャップが設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁石。

【請求項4】

前記ビーム不通過ギャップには、ビーム通過ギャップに設けられたサブ真空ダクトと同様な構成の構造物が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の電磁石。

【請求項5】

前記鉄心には、ビーム通過ギャップの周囲またはビーム不通過ギャップの周囲をそれぞれ支持する支持部材が配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁石。

【請求項6】

請求項1乃至５のいずれか１項に記載の電磁石を備えて構成されたことを特徴とする荷電粒子加速装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は電磁石、及びこの電磁石を備えた荷電粒子加速装置に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子加速装置は、電子や陽子をはじめとする荷電粒子を加速し、高エネルギの状態にする装置である。この荷電粒子加速装置から取り出された荷電粒子ビームは、例えば癌の粒子線治療や素粒子物理研究、新素材の開発などの幅広い分野で用いられる。

【0003】

一方、上述の荷電粒子加速装置では、荷電粒子ビームは主に電磁石によってその軌道や形状が制御される。例えば、荷電粒子加速装置としてのシンクロトロンにおいては、荷電粒子ビームは環状に設置された真空ダクトの内部を周回するように偏向電磁石の磁場によって偏向され、荷電粒子ビームの拡散は四極電磁石及び六極電磁石によって抑制される。シンクロトロンにおけるビームの出射部では、静電デフレクタにより荷電粒子を蹴り出し、この蹴り出されて分離された荷電粒子のビームをセプタム電磁石によりビーム周回軌道の外側へ偏向させて、荷電粒子ビームの利用のためにビーム輸送系に送られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平３－５５７００号公報

【特許文献2】特開２０１９－９６５４３号公報

【特許文献3】特開２００７－３５４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図７に示す従来のシンクロトロンのビーム出射部１００は、静電デフレクタ１０１、偏向電磁石１０２、四極電磁石１０３及びセプタム電磁石１０４が順次配置されてなる。このビーム出射部１００では、出射される荷電粒子ビームのみをセプタム電磁石１０４内の磁場で偏向する必要があるため、周回する荷電粒子ビームのビーム周回軌道１Ａと出射すべき荷電粒子ビームのビーム出射軌道１Ｂとのセパレーション(離反距離)を十分にとる必要がある。

【0006】

しかしながら、セプタム電磁石１０４よりも上流側の四極電磁石１０３（図８参照）において、荷電粒子ビームの軌道は、励磁コイル１０５が巻き回される鉄心１０６の中央位置にある真空ダクト１０７内に制限される。そのため、ビーム出射軌道１Ｂの出射ビーム２Ｂは、四極電磁石１０３の中央付近を、ビーム周回軌道１Ａの周回ビーム２Ａに接近した浅い角度で進行しなければならない。従って、ビーム周回軌道１Ａとビーム出射軌道１Ｂ間に十分なセパレーション(離反距離)を得るためには、四極電磁石１０３からセプタム電磁石１０４に至る直線部分の長さＬ０を大きく設定しなければならない。このことはビーム出射部１００の設計尤度が低下する要因になっている。

【0007】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、分離した荷電粒子ビームの軌道と電磁石との干渉を回避しつつ、分離した荷電粒子ビームの軌道とメイン領域を進行する荷電粒子ビームの軌道との離反距離を十分に確保できる電磁石及び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】

【0008】

本発明の実施形態における電磁石は、荷電粒子ビームが進行するためのメイン領域の他に、分離した前記荷電粒子ビームが進行するためのビーム通過ギャップが設けられた鉄心と、前記鉄心に巻き回された励磁コイルと、前記鉄心の前記メイン領域に設けられて、内部を前記荷電粒子ビームが進行するメイン真空ダクトと、前記鉄心の前記ビーム通過ギャップに設けられて、内部を分離した荷電粒子ビームが進行するサブ真空ダクトと、を有して構成されたことを特徴とするものである。

【0009】

本発明の実施形態における荷電粒子加速装置は、前記実施形態に記載の電磁石を備えて構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、分離した荷電粒子ビームの軌道と電磁石との干渉を回避しつつ、分離した荷電粒子ビームの軌道とメイン領域を進行する荷電粒子ビームの軌道との離反距離を十分に確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る電磁石が適用された四極電磁石及び偏向電磁石を備えるシンクロトロンのビーム出射部を示す平面図。

【図2】図１の四極電磁石を示す正面図。

【図3】図２の四極電磁石の第１変形形態を示す正面図。

【図4】図２の四極電磁石の第２変形形態を示す正面図。

【図5】図１の偏向電磁石を示す正面図。

【図6】第２実施形態に係る電磁石が適用されたビーム輸送系の四極電磁石を示す正面図。

【図7】従来のシンクロトロンのビーム出射部を示す平面図。

【図8】図７の四極電磁石を示す正面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図５）
図１は、第１実施形態に係る電磁石が適用された四極電磁石及び偏向電磁石を備えるシンクロトロンのビーム出射部を示す平面図である。荷電粒子加速装置としてのシンクロトロン１０は、陽子や電子などの荷電粒子を周回させて加速し、高エネルギの状態にするものであり、メイン真空ダクト１２、偏向電磁石１３、四極電磁石１４、六極電磁石及び高周波加速空胴（共に図示せず）を有して構成される。

【0013】

メイン真空ダクト１２は、環状に設置されており、内部を荷電粒子ビームが進行する。偏向電磁石１３は、発生する磁場によりメイン真空ダクト１２内の荷電粒子ビームを偏向させて、この荷電粒子ビームをメイン真空ダクト１２内で周回させる。四極電磁石１４及び六極電磁石は、メイン真空ダクト１２内の荷電粒子ビームを収束させてその拡散を抑制する。高周波加速空胴は、メイン真空ダクト１２内を周回して進行する荷電粒子ビームを加速する。ここで、メイン真空ダクト１２内を周回して進行する荷電粒子ビームを周回ビーム２Ａと称し、その軌道をビーム周回軌道１Ａと称する。

【0014】

シンクロトロン１０により加速された荷電粒子ビームは、図１に示すシンクロトロン１０のビーム出射部１１からビーム輸送系（図示せず）へ出射され、このビーム輸送系を経て粒子線治療や素粒子物理研究などのための各装置へ導かれる。上記ビーム出射部１１は、静電デフレクタ１５、偏向電磁石１３、四極電磁石１４及びセプタム電磁石１６が順次配置されて構成され、更に、メイン真空ダクト１２及びサブ真空ダクト１７を有する。

【0015】

静電デフレクタ１５は、ビーム周回軌道１Ａを周回する周回ビーム２Ａの荷電粒子を蹴り出す。この静電デフレクタ１５により蹴り出されてビーム周回軌道１Ａから分離された荷電粒子のビームはサブ真空ダクト１７内を進行し、偏向電磁石１３の磁場により、ビーム周回軌道１Ａから離反する方向に偏向されて出射ビーム２Ｂとなる。この出射ビーム２Ｂの軌道をビーム出射軌道１Ｂと称する。サブ真空ダクト１７内を進行する出射ビーム２Ｂは、四極電磁石１４の磁場により再度ビーム周回軌道１Ａから離反する方向へ偏向され、セプタム電磁石１６によりビーム周回軌道１Ａから更に離反する方向に偏向されて、ビーム輸送系に送られる。

【0016】

上述のシンクロトロン１０のビーム出射部１１における四極電磁石１４を図２に示し、その変形形態を図３及び図４に示し、更に、ビーム出射部１１における偏向電磁石１３を図５に示す。

【0017】

図２に示す四極電磁石１４は、鉄心２０、励磁コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２１Ｄ、並びに支持部材２２を有し、更に、前述のメイン真空ダクト１２及びサブ真空ダクト１７を有して構成される。

【0018】

四極電磁石１４の鉄心２０は、正面視矩形状の中央位置に空隙（ギャップ）であるメイン領域２３が形成される。更に、鉄心２０は、メイン領域２３を臨む周辺部２４から等間隔にメイン領域２３へ向かって磁極部２５が４本突設されると共に、周辺部２４に単一のビーム通過ギャップ２６が形成される。メイン領域２３は周回ビーム２Ａを進行させるために、ビーム通過ギャップ２６は出射ビーム２Ｂを進行させるためにそれぞれ設けられたものである。

【0019】

４本の各磁極部２５に、励磁コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄがそれぞれ巻き回される。また、支持部材２２は、鉄心２０の周辺部２４におけるビーム通過ギャップ２６の周囲、つまりビーム通過ギャップ２６を臨む位置に掛け渡されて固定され、周辺部２４におけるビーム通過ギャップ２６の周囲を支持して補強する。この支持部材２２は、非磁性体にて構成される。

【0020】

鉄心２０のメイン領域２３内にメイン真空ダクト１２が配置され、このメイン真空ダクト１２の内部を周回ビーム２Ａが進行する。メイン真空ダクト１２は非磁性体にて構成されると共に、内部が真空に保持されることで、進行する周回ビーム２Ａに対しビーム損失を抑制する。このメイン真空ダクト１２内を進行する周回ビーム２Ａは、励磁コイル２１Ａ～２１Ｄにより励起された磁場Ｍによってメイン真空ダクト１２の中央位置に収束され、拡散が抑制される。

【0021】

鉄心２０のビーム通過ギャップ２６内にサブ真空ダクト１７が配置され、このサブ真空ダクト１７の内部をビーム周回軌道１Ａから分離した出射ビーム２Ｂが進行する。サブ真空ダクト１７は、非磁性体にて構成されると共に、内部が真空に保持されることで、進行する出射ビーム２Ｂに対しビーム損失を抑制する。このサブ真空ダクト１７内を進行する出射ビーム２Ｂは、ビーム通過ギャップ２６に生じた磁場Ｎによってビーム周回軌道１Ａ（周回ビーム２Ａ）から離反する方向Ｐに偏向される。

【0022】

上述のようにメイン領域２３及びビーム通過ギャップ２６が形成された鉄心２０は、四極電磁石１４の磁場の対称性を維持するように、その厚さを含めた形状が調整されている。

【0023】

図３に示す四極電磁石２７は四極電磁石１４の第１変形形態である。この四極電磁石２７では、鉄心２８にメイン領域２３及びビーム通過ギャップ２６が形成されると共に、ビーム通過ギャップ２６の対称な位置にビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ、２９Ｚが形成されている。例えば、ビーム不通過ギャップ２９Ｚは、ビーム通過ギャップ２６に対向する位置に形成され、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ及び２９Ｙは、ビーム通過ギャップ２６に対し互いに反対方向に９０度離れた位置に形成される。これらのビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ及び２９Ｚは、荷電粒子ビームが進行（通過）しないギャップである。

【0024】

ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ及び２９Ｚは、ビーム通過ギャップ２６と同様な形状に形成され、これにより、四極電磁石２７の磁場の対称性が維持される。また、鉄心２８には、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ、２９Ｚのそれぞれの周囲に、つまりビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ、２９Ｚのそれぞれを臨む位置に支持部材２２が掛け渡されて固定されて、鉄心２８のビーム不通過ギャップ２９Ｘ～２９Ｚのそれぞれの周囲が支持されて補強される。

【0025】

図４に示す四極電磁石３０は四極電磁石１４の第２変形形態である。この四極電磁石３０では、鉄心は第１変形形態の鉄心２８であり、この鉄心２８のビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙ、２９Ｚのそれぞれに、四極電磁石３０の磁場の対称性をより厳密に維持するための構造物３１が配置される。この構造物３１は、ビーム通過ギャップ２６に配置されたサブ真空ダクト１７と同様な構成、例えば非磁性体製の筒形状に形成される。

【0026】

図５に示す偏向電磁石１３は、四極電磁石１４の第２変形形態の四極電磁石３０と同様な構成である。つまり、正面視矩形状の鉄心３２の中央位置にメイン領域３５が形成され、鉄心３２はメイン領域３５を臨む周辺部３６の対向位置に、メイン領域３５へ向かって磁極部３７が突設される。各磁極部３７に励磁コイル３３Ｘ、３３Ｙがそれぞれ巻き回される。

【0027】

鉄心３２の周辺部３６には、ビーム通過ギャップ３８が形成されると共に、このビーム通過ギャップ３８の対向位置にビーム不通過ギャップ３９が形成される。鉄心３２の周辺部３６におけるビーム通過ギャップ３８とビーム不通過ギャップ３９のそれぞれの周囲、つまりビーム通過ギャップ３８とビーム不通過ギャップ３９のそれぞれを臨む位置に、非磁性体製の支持部材３４が掛け渡されて固定される。この支持部材３４が、鉄心３２の周辺部３６におけるビーム通過ギャップ３８、ビーム不通過ギャップ３９のそれぞれの周囲を支持して補強する。

【0028】

鉄心３２のメイン領域３５内にメイン真空ダクト１２が配置され、このメイン真空ダクト１２の内部を周回ビーム２Ａが進行する。このメイン真空ダクト１２内を進行する周回ビーム２Ａは、励磁コイル３３Ｘ及び３３Ｙにより励起される磁場Ｓによってビーム位置が偏向されて、メイン真空ダクト１２内を周回する。

【0029】

鉄心３２のビーム通過ギャップ３８内にサブ真空ダクト１７が配置され、このサブ真空ダクト１７の内部をビーム周回軌道１Ａから分離した出射ビーム２Ｂが進行する。このサブ真空ダクト１７を進行する出射ビーム２Ｂは、ビーム通過ギャップ３８に生じた磁場Ｔによってビーム周回軌道１Ａ（周回ビーム２Ａ）から離反する方向Ｐに偏向される。また、鉄心３２のビーム不通過ギャップ３９内に、偏向電磁石１３の磁場の対称性を厳密に維持するための構造物３１が配置されている。

【0030】

以上のように構成されたことから、本第１実施形態の四極電磁石１４、２７及び３０によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。偏向電磁石１３においても、四極電磁石１４等と同様な効果を奏する。

【0031】

(１)シンクロトロン１０のビーム出射部１１に設けられた四極電磁石１４、２７及び３０の鉄心２０、２８には、周回ビーム２Ａを進行させるためのメイン領域２３のほかに、ビーム周回軌道１Ａから分離して出射する出射ビーム２Ｂを進行させるためのビーム通過ギャップ２６が設けられている。このため、出射ビーム２Ｂのビーム出射軌道１Ｂと四極電磁石１４、２７及び３０との干渉を回避しつつ、サブ真空ダクト１７内の出射ビーム２Ｂのビーム出射軌道１Ｂとメイン真空ダクト１２内の周回ビーム２Ａのビーム周回軌道１Ａとの図１に示す離反距離（セパレーション）Ｈを十分に確保することができる。この結果、シンクロトロン１０のビーム出射部１１における四極電磁石１４、２７、３０からセプタム電磁石１６に至る直線部分の長さＬを、従来の直線部分の長さＬ０(図７)に比べて短縮できるので、シンクロトロン１０のビーム出射部の設計尤度を向上させることができる。

【0032】

（２）ビーム周回軌道１Ａから分離して出射するサブ真空ダクト１７内の出射ビーム２Ｂは、四極電磁石１４、２７、３０の鉄心２０、２８のビーム通過ギャップ２６を進行するとき、このビーム通過ギャップ２６内の磁場Ｎによって、鉄心２０、２８のメイン領域２３のメイン真空ダクト１２内を進行する周回ビーム２Ａのビーム周回軌道１Ａから離反する方向Ｐに偏向される。この観点からも、出射ビーム２Ｂのビーム出射軌道１Ｂと周回ビーム２Ａのビーム周回軌道１Ａとの図１に示す離反距離（セパレーション）Ｈを、更に十分に確保できる。この結果、シンクロトロン１０のビーム出射部１１に設置されたセプタム電磁石１６を削減または省略できるので、ビーム出射部１１における直線部分の長さＬの短縮と相俟って、シンクロトロン１０の設置面積を減少させることができる。

【0033】

［Ｂ］第２実施形態（図６）
図６は、第２実施形態に係る電磁石が適用されたビーム輸送系の四極電磁石を示す正面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分ついては、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0034】

本第２実施形態の電磁石としての四極電磁石４０が第１実施形態と異なる点は、四極電磁石４０がビーム輸送系に設置された電磁石であると共に、この四極電磁石４０を構成する鉄心４１の周辺部４２に、荷電粒子ビーム２Ｃのビーム軌道１Ｃから分離した荷電粒子ビーム２Ｄ、２Ｅが進行するためのビーム通過ギャップが複数、例えば２個（ビーム通過ギャップ２６及び４３）が形成された点である。

【0035】

つまり、四極電磁石４０は、鉄心４１、励磁コイル２１Ａ～２１Ｄ、及び支持部材２２を有し、更に、メイン真空ダクト１２及びサブ真空ダクト１７を有して構成される。鉄心４１は、正面視矩形状の中央位置に空隙（ギャップ）であるメイン領域２３が形成される。更に、鉄心４１は、メイン領域２３を臨む周辺部４２から等間隔にメイン領域２３へ向かって磁極部２５が４本突設されると共に、それぞれの磁極部２５に励磁コイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄが巻き回される。

【0036】

鉄心４１の周辺部４２には、対向位置にビーム通過ギャップ２６、４３がそれぞれ１個形成されると共に、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙが対向して形成される。また鉄心４１の周辺部４２には、ビーム通過ギャップ２６、４３、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙの周囲、つまりビーム通過ギャップ２６、４３、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙをそれぞれ臨む位置に支持部材２２が架け渡されて固定されて、鉄心４１の周辺部４２におけるビーム通過ギャップ２６、４３、ビーム不通過ギャップ２９Ｘ、２９Ｙのそれぞれの周囲が支持されて補強される。

【0037】

メイン真空ダクト１２は、鉄心４１のメイン領域２３内に配置され、このメイン真空ダクト１２の内部を荷電粒子ビーム２Ｃが進行する。このメイン真空ダクト１２内を進行する荷電粒子ビーム２Ｃは、励磁コイル２１Ａ～２１Ｄにより励起された磁場Ｍによってメイン真空ダクト１２の中央位置に収束され、拡散が抑制される。この荷電粒子ビーム２Ｃの軌道がビーム軌道１Ｃである。

【0038】

サブ真空ダクト１７は、鉄心４１のビーム通過ギャップ２６、４３のそれぞれに配置され、これらのサブ真空ダクト１７の内部を、ビーム軌道１Ｃから分離した荷電粒子ビーム２Ｄ、２Ｅがそれぞれ進行する。荷電粒子ビーム２Ｄの軌道がビーム軌道１Ｄであり、荷電粒子ビーム２Ｅの軌道がビーム軌道１Ｅである。

【0039】

ビーム通過ギャップ２６に配置されたサブ真空ダクト１７内を進行する荷電粒子ビーム２Ｄは、ビーム通過ギャップ２６に生じた磁場Ｎによってビーム軌道１Ｃ（荷電粒子ビーム２Ｃ）から離反する方向Ｐに偏向される。また、ビーム通過ギャップ４３に配置されたサブ真空ダクト１７内を進行する荷電粒子ビーム２Ｅは、ビーム通過ギャップ４３に生じた磁場Ｋによってビーム軌道１Ｃ（荷電粒子ビーム２Ｃ）から離反する方向Ｑに偏向される。ここで、離反する方向Ｑは、例えば離反する方向Ｐと反対方向である。

【0040】

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、次の効果（３）を奏する。
（３）四極電磁石４０の鉄心４１には、荷電粒子ビーム２Ｃを進行させるためのメイン領域２３のほかに、荷電粒子ビーム２Ｃのビーム軌道１Ｃから分離した荷電粒子ビーム２Ｄ、２Ｅをそれぞれ進行させるための複数のビーム通過ギャップ（ビーム通過ギャップ２６及び４３）が設けられている。このため、分離した荷電粒子ビーム２Ｄのビーム軌道１Ｄ及び分離した荷電粒子ビーム２Ｅのビーム軌道１Ｅと四極電磁石４０との干渉を回避しつつ、荷電粒子ビーム２Ｄのビーム軌道１Ｄと荷電粒子ビーム２Ｃのビーム軌道１Ｃとの離反距離、荷電粒子ビーム２Ｅのビーム軌道１Ｅと荷電粒子ビーム２Ｃのビーム軌道１Ｃとの離反距離をそれぞれ十分に確保することができる。

【0041】

従って、この四極電磁石４０によって、荷電粒子ビーム毎に進行すべきビーム通過ギャップ２６、４３を選択することで、各荷電粒子ビーム（例えば荷電粒子ビーム２Ｄ、２Ｅ）を異なる方向へ偏向させることができる。この結果、１台の四極電磁石４０で荷電粒子ビーム（例えば荷電粒子ビーム２Ｄ、２Ｅ）を異なる方向に同時に分岐することができる。

【0042】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

２Ａ…周回ビーム（荷電粒子ビーム）、２Ｂ…出射ビーム（荷電粒子ビーム）、１０…シンクロトロン（荷電粒子加速装置）、１１…ビーム出射部、１２…メイン真空ダクト、１３…偏向電磁石（電磁石）、１４…四極電磁石（電磁石）、１７…サブ真空ダクト、２０…鉄心、２１Ａ～２１Ｄ…励磁コイル、２２…支持部材、２３…メイン領域、２６…ビーム通過ギャップ、２７…四極電磁石（電磁石）、２８…鉄心、２９Ｘ～２９Ｚ…ビーム不通過ギャップ、３０…四極電磁石（電磁石）、３１…構造物、３２…鉄心、３３Ｘ、３３Ｙ…励磁コイル、３４…支持部材、３５…メイン領域、３８…ビーム通過ギャップ、３９…ビーム不通過ギャップ、４０…四極電磁石（電磁石）、４１…鉄心、４２…周辺部、４３…ビーム通過ギャップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】