特開 2024-30239 加速粒子生成装置及び加速粒子生成方法

(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】P2024030239

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】加速粒子生成装置及び加速粒子生成方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 5/02 20060101AFI20240229BHJP

   G21K 1/087 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H05H5/02 A

G21K1/087 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132954

(22)【出願日】2022-08-24

(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】安田 浩昌

(72)【発明者】

【氏名】川崎 泰介

(72)【発明者】

【氏名】佐古 貴行

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA01

2G085BA19

2G085BB02

2G085CA14

2G085CA24

(57)【要約】

【課題】荷電粒子ビームが複数の加速並行平板電極間に生ずる加速電場からのエネルギを効率良く取得して、荷電粒子を設計通りに加速できること。
【解決手段】荷電粒子のビームを発生するビーム源１１と、ビーム源からの荷電粒子ビームＰを通過させて加速する加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂと、加速並行平板電極のそれぞれに電圧を印加するために高電圧を発生する高電圧電源１３Ａ、１３Ｂと、レーザＬを発生するレーザ源１５と、レーザ源からのレーザが照射されることでＯＮ状態となって、高電圧電源からの電圧をパルス電圧として加速並行平板電極に印加する光スイッチ１６Ａ、１６Ｂと、を有する加速粒子生成装置１０であって、光スイッチ間をレーザが通過するレーザ光路の光路長Ｋを調整して、加速並行平板電極へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームの加速並行平板電極通過タイミングと一致させる光路長調整機構１７を有して構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子のビームを発生するビーム源と、
前記ビーム源からの荷電粒子ビームを通過させて加速する複数の加速並行平板電極と、
前記加速並行平板電極のそれぞれに電圧を印加するために高電圧を発生する複数の高電圧電源と、
光を発生する光源と、
前記加速並行平板電極及び前記高電圧電源のそれぞれに接続され、前記光源からの光が照射されることでＯＮ状態となって、前記高電圧電源からの電圧をパルス電圧として前記加速並行平板電極に印加する複数の光スイッチと、を有する加速粒子生成装置であって、
複数の前記光スイッチ間を光が通過する光路の光路長を調整して、前記加速並行平板電極へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームの前記加速並行平板電極通過タイミングと一致させる光路長調整機構を有して構成されたことを特徴とする加速粒子生成装置。

【請求項2】

前記加速並行平板電極に印加されるパルス電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段による測定値と荷電粒子ビームが隣接する前記加速並行平板電極間を通過する時間とに基づいて光路長調整機構の動作を制御する制御手段と、を更に有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の加速粒子生成装置。

【請求項3】

前記光路長調整機構は、光を反射させると共に移動可能な移動式反射鏡を備えて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の加速粒子生成装置。

【請求項4】

前記電圧測定手段は、加速並行平板電極に印加されるパルス電圧を分圧する分圧器と、この分圧器により分圧されたパルス電圧の波形を測定する波形測定装置と、を備えて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の加速粒子生成装置。

【請求項5】

前記分圧器は、加速並行平板電極からのパルス電圧を伝搬する伝搬路の先に、直列接続された複数のコンデンサと、これらのコンデンサと並列に接続された負荷抵抗とを備えてなり、複数のコンデンサ間のパルス電圧が波形測定器へ出力されるよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載の加速粒子生成装置。

【請求項6】

荷電粒子のビームを発生するビーム源と、
前記ビーム源からの荷電粒子ビームを通過させて加速する複数の加速並行平板電極と、
前記加速並行平板電極のそれぞれに電圧を印加するために高電圧を発生する複数の高電圧電源と、
光を発生する光源と、
前記加速並行平板電極及び前記高電圧電源のそれぞれに接続され、前記光源からの光が照射されることでＯＮ状態となって、前記高電圧電源からの電圧をパルス電圧として前記加速並行平板電極に印加する複数の光スイッチと、を有する加速粒子生成装置を用意し、
複数の前記光スイッチ間を光が通過する光路の光路長を調整して、前記加速並行平板電極へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームの前記加速並行平板電極通過タイミングと一致させることを特徴とする加速粒子生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光の入射によりＯＮ状態になる光スイッチによって加速並行平板電極にパルス電圧を印加して電場を形成し、荷電粒子を加速する加速粒子生成装置、及び加速粒子生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の加速器は、静電場または高周波エネルギを用いて加速電場を形成し、荷電粒子の加速を行っている。しかしながら、加速電場の強さを上げていくと、静電場ではパッシェンの法則、高周波エネルギではキルパトリック放電限界という経験則に従って放電が発生してしまう。真空度の向上や表面処理、加速周波数の向上等により放電電圧の改善は可能であるが、現実的に加速勾配は静電場による加速で１ＭＶ／ｍ程度、高周波エネルギによる加速で４０ＭＶ／ｍ程度が限界であり、それ以上では放電が発生する可能性がある。

【0003】

また、特にイオンのように質量が大きな粒子の加速では、粒子速度が相対論的速度β＝1に近づくまで時間がかかる。このため、高周波エネルギによる加速でイオンを加速する際には、徐々に変化する粒子速度に加速位相を合わせるため加速効率が更に低下し、加速勾配は数百ＫＶ／ｍ～数ＭＶ／ｍになる。その結果、装置が数百平方メートル以上の巨大なサイズとなり、加速器普及の妨げとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第５７５７１４６号明細書

【特許文献2】特表２０１３－５０４１５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の加速効率の低下を回避して高加速勾配を実現する手段として、誘電体壁加速(Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｌｌ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ：ＤＷＡ)が提案されている(特許文献１)。これは、パルス電圧を利用した加速器(特許文献２)の一種で、スイッチング素子により発生したパルス電圧を伝搬して電極間に加速電場を発生するものである。加速のための電極を積層することで多段化が容易なため、静電場による加速のように粒子エネルギに応じた大電圧を印加する必要がない。また、スイッチング素子によるスイッチングのタイミングを粒子ビームに同期させることで、イオンのように質量の大きな粒子の加速も、数十ＭＶ／ｍ以上の加速勾配を実現することができる。

【0006】

しかし、加速並行平板電極までのパルス電圧の伝搬路長さの不一致やレーザ光路長の違いにより、粒子ビームが加速並行平板電極を通過するタイミングが不適切で、粒子ビームが良好に加速されない場合がある。つまり、スイッチング素子のＯＮのタイミングが、粒子ビームが加速並行平板電極を通過するタイミングとずれて、粒子を設計通りに加速できない課題がある。

【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、荷電粒子ビームが複数の加速並行平板電極間に生ずる加速電場からのエネルギを効率良く取得して、荷電粒子を設計通りに加速させることができる加速粒子生成装置及び加速粒子生成方法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加速粒子生成装置は、荷電粒子のビームを発生するビーム源と、前記ビーム源からの荷電粒子ビームを通過させて加速する複数の加速並行平板電極と、前記加速並行平板電極のそれぞれに電圧を印加するために高電圧を発生する複数の高電圧電源と、光を発生する光源と、前記加速並行平板電極及び前記高電圧電源のそれぞれに接続され、前記光源からの光が照射されることでＯＮ状態となって、前記高電圧電源からの電圧をパルス電圧として前記加速並行平板電極に印加する複数の光スイッチと、を有する加速粒子生成装置であって、複数の前記光スイッチ間を光が通過する光路の光路長を調整して、前記加速並行平板電極へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームの前記加速並行平板電極通過タイミングと一致させる光路長調整機構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加速粒子生成方法は、荷電粒子のビームを発生するビーム源と、前記ビーム源からの荷電粒子ビームを通過させて加速する複数の加速並行平板電極と、前記加速並行平板電極のそれぞれに電圧を印加するために高電圧を発生する複数の高電圧電源と、光を発生する光源と、前記加速並行平板電極及び前記高電圧電源のそれぞれに接続され、前記光源からの光が照射されることでＯＮ状態となって、前記高電圧電源からの電圧をパルス電圧として前記加速並行平板電極に印加する複数の光スイッチと、を有する加速粒子生成装置を用意し、複数の前記光スイッチ間を光が通過する光路の光路長を調整して、前記加速並行平板電極へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームの前記加速並行平板電極通過タイミングと一致させる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、荷電粒子ビームが複数の加速並行平板電極間に生ずる加速電場からのエネルギを効率良く取得して、荷電粒子を設計通りに加速させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る加速粒子生成装置を示す構成図。

【図2】図１の加速並行平板電極周囲の接続関係を示す斜視図。

【図3】第２実施形態に係る加速粒子生成装置を示す構成図。

【図4】図３の電圧モニタの回路構成を示す電気回路図。

【図5】図３及び図４の電圧モニタの波形測定装置が測定した加速並行平板電極に印加されるパルス電圧の時間分布を示すグラフ。

【図6】図３の各電圧モニタのそれぞれが測定した各加速並行平板電極に印加されるパルス電圧の時間分布を示すグラフ。

【図7】図３の制御手段が実行する光路長調整手順及び荷電粒子加速手順を示すフローチャート。

【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２）
図１は、第１実施形態に係る加速粒子生成装置を示す構成図である。この図１に示す加速粒子生成装置１０は、光の入射によりＯＮ状態になる光スイッチを用いた光伝導スイッチング方式の加速装置であり、ビーム源１１、複数の加速並行平板電極（例えば加速並行平板電極１２Ａ及び１２Ｂ）、複数の高電圧電源（例えば高電圧電源１３Ａ及び１３Ｂ）、グラウンド電極１４、光源としてのレーザ源１５、複数の光スイッチ（例えば光スイッチ１６Ａ及び１６Ｂ）、光路長調整機構１７、並びにビームエネルギ測定装置１８を有して構成される。

【0013】

ビーム源１１は、例えば陽子、電子、イオン等の荷電粒子のビーム（荷電粒子ビームＰ）を発生する。高電圧電源１３Ａは加速並行平板電極１２Ａに、高電圧電源１３Ｂは加速並行平板電極１２Ｂにそれぞれ電圧（後述のパルス電圧）を印加するために高電圧を発生する。また、レーザ源１５は、光としてのレーザＬを発生する。

【0014】

光スイッチ１６Ａ及び１６Ｂは、レーザ源１５からのレーザＬの入射により、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に高速で瞬間的に動作する。光スイッチ１６Ａは、高電圧伝搬路１９Ａを介して高電圧電源１３Ａに、スイッチ電圧伝搬路２０Ａを介して加速並行平板電極１２Ａにそれぞれ電気的に接続される。また、光スイッチ１６Ｂは、高電圧伝搬路１９Ｂを介して高電圧電源１３Ｂに、スイッチ電圧伝搬路２０Ｂを介して加速並行平板電極１２Ｂに、それぞれ電気的に接続される。

【0015】

光スイッチ１６Ａは、レーザＬの入射によりＯＮ状態となったときに、高電圧電源１３Ａからの高電圧をパルス波形としたパルス電圧を、スイッチ電圧伝搬路２０Ａを経て加速並行平板電極１２Ａに印加する。光スイッチ１６Ｂは、レーザＬの入射によりＯＮ状態となったときに、高電圧電源１３Ｂからの高電圧をパルス波形としたパルス電圧を、スイッチ電圧伝搬路２０Ｂを経て加速並行平板電極１２Ｂに印加する。

【0016】

加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ及びグラウンド電極１４は、図１及び図２に示すように、ビーム源１１からの荷電粒子ビームＰを通過させて加速する。つまり、加速並行平板電極１２Ａは、高電圧電源１３Ａ及び光スイッチ１６Ａによりパルス電圧が印加されたときに加速並行平板電極１２Ｂとの間で加速電場を形成し、この加速電場内を流れる荷電粒子ビームＰを加速する。その後、加速並行平板電極１２Ｂは、高電圧電源１３Ｂ及び光スイッチ１６Ｂによりパルス電圧が印加されたときにグラウンド電極１４との間で加速電場を形成し、この加速電場内を流れる荷電粒子ビームＰを更に加速する。

【0017】

ここで、グラウンド電極１４は、加速並行平板電極１２Ａ及び１２Ｂの下流に設置されて電位が零の電極である。また、ビームエネルギ測定装置１８は、グラウンド電極１４の下流に設置されて、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ及びグラウンド電極１４を通過して加速された荷電粒子ビームＰのビームエネルギを測定する。この荷電粒子ビームＰのビームエネルギＥは、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂに印加されるパルス電圧の電圧をＶ、加速並行平板電極の数をＮ（第１実施形態ではＮ＝２）、荷電粒子ビームＰの価数（電荷）をＱとすると、Ｅ＝Ｎ×Ｑ×Ｖである。

【0018】

光路長調整機構１７は、レーザＬを反射させると共に固定して設置された固定式反射鏡２１と、レーザＬを反射させると共に移動可能に設けられた移動式反射鏡２２とを備えてなる。レーザ源１５から出射されたレーザＬは、光スイッチ１６Ａを通過してこの光スイッチ１６ＡをＯＮ状態にした後、固定式反射鏡２１、移動式反射鏡２２により順次反射され、その後、光スイッチ１６Ｂを通過してこの光スイッチ１６ＢをＯＮ状態とする。

【0019】

光路長調整機構１７は、移動式反射鏡２２を移動させることで、上述の光スイッチ１６Ａと１６Ｂ間をレーザＬが通過するレーザ光路の光路長Ｋを調整する。この光スイッチ１６Ａ、１６Ｂ間のレーザ光路の光路長Ｋは、荷電粒子ビームＰが加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間を通過する通過時間をＴとし、レーザＬの速度をＣとしたとき、Ｋ＝ＣＴとなるように調整される。これにより、加速並行平板電極１２Ａ及び１２Ｂ（特に加速並行平板電極１２Ｂ）へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームＰが加速並行平板電極１２Ａ及び１２Ｂ（特に加速並行平板電極１２Ｂ）を通過する通過タイミングと一致させることが可能になる。

【0020】

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）光路長調整機構１７は移動式反射鏡２２を移動させることで、光スイッチ１６Ａ、１６Ｂ間をレーザＬが通過するレーザ光路の光路長Ｋを調整して、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ（特に加速並行平板電極１２Ｂ）へのパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームＰの加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ（特に加速並行平板電極１２Ｂ）通過タイミングと一致させるものである。従って、光スイッチ１６Ａ、１６Ｂのそれぞれが加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂにパルス電圧を順次印加させることで、これらの加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂが加速電場を形成して荷電粒子ビームＰを加速する際に、荷電粒子ビームＰは、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間、及び加速並行平板電極１２Ｂ、グラウンド電極１４間にそれぞれ形成される加速電場からのエネルギを効率良く取得することができる。この結果、光路長調整機構１７を備えた加速粒子生成装置１０は、荷電粒子を設計通りに加速することができる。

【0021】

［Ｂ］第２実施形態（図３～図７）
図３は、第２実施形態に係る加速粒子生成装置を示す構成図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、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。

【0022】

本第２実施形態の加速粒子生成装置２５が第１実施形態と異なる点は、電圧測定手段としての複数の電圧モニタ（例えば電圧モニタ２６Ａ及び２６Ｂ）と、光路長調整機構１７等を制御する制御手段２７とが、第１実施形態の加速粒子生成装置１０に追加して構成された点である。

【0023】

電圧モニタ２６Ａは、電極電圧伝搬路２８Ａを介して加速並行平板電極１２Ａに電気的に接続され、光スイッチ１６ＡがＯＮ状態になったときに加速並行平板電極１２Ａに印加されるパルス電圧を測定する。また、電圧モニタ２６Ｂは、電極電圧伝搬路２８Ｂを介して加速並行平板電極１２Ｂに電気的に接続され、光スイッチ１６ＢがＯＮ状態になったときに加速並行平板電極１２Ｂに印加されるパルス電圧を測定する。これらの電圧モニタ２６Ａ及び２６Ｂは、図４に示すように、分圧器としての分圧回路２９と波形測定装置３０とを有して構成され、具体的にはＥＯプローブ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｂｅ）が好ましい。

【0024】

分圧回路２９は、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂからのパルス電圧を伝搬する電極電圧伝搬路２８Ａ、２８Ｂの先に、直列接続された複数（例えば２個）のコンデンサ３１及び３２と、これらのコンデンサ３１及び３２に並列に接続された負荷抵抗３３とを備えてなる。この分圧回路２９によって、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂに印加されたパルス電圧が分圧される。分圧回路２９のコンデンサ３１、３２間に波形測定装置３０が接続されることで、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂへのパルス電圧が分圧回路２９により分圧され、その波形が波形測定装置３０に出力されて測定される。

【0025】

波形測定装置３０により測定される加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂへの印加パルス電圧の波形（時間分布）を図５に示す。加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂへの印加パルス電圧の時間分布３４は、最大波高になるまでにある一定の立上り時間Ｓａを要し、一定時間Ｓｂを経過した後に降下する。次に、加速並行平板電極１２Ａへの印加パルス電圧の時間分布３５Ａと、加速並行平板電極１２Ｂへの印加パルス電圧の時間分布３５Ｂとを図６に示す。加速並行平板電極１２Ａへの印加パルス電圧の時間分布３５Ａにおける立上り時刻をｔ１とし、加速並行平板電極１２Ｂへの印加パルス電圧の時間分布３５Ｂにおける立上り時刻をｔ２とすると、これらの時間差Δｔ＝｜ｔ１－ｔ２｜は、光スイッチ１６Ａ、１６Ｂ間のレーザ光路の光路長Ｋに依存（比例）する。

【0026】

図３に示す制御手段２７は、電圧モニタ２６Ａ及び２６Ｂの測定値（光スイッチ１６Ａ、１６Ｂにより加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂに印加されるパルス電圧の時間分布３５Ａ、３５Ｂ）と、荷電粒子ビームＰが隣接する加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間を通過する通過時間Ｔとに基づいて、光路長調整機構１７の移動式反射鏡２２の動作（移動）を制御する。更に、この制御手段２７は、ビーム源１１、レーザ源１５並びに高電圧電源１３Ａ及び１３Ｂの起動と停止を制御する。また、制御手段２７には、ビームエネルギ測定装置１８からの荷電粒子ビームＰのビームエネルギの測定値が入力される。

【0027】

上述の移動式反射鏡２２の移動制御について、制御手段２７は、まず、シミュレーション等で予め求められた荷電粒子ビームＰの加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間の通過時間Ｔを取得し、この通過時間Ｔと、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂへの印加パルス電圧の時間分布３５Ａ、３５Ｂにおける立上り時刻ｔ１、ｔ２の時間差Δｔとを比較する。次に、制御手段２７は、Δｔ＞Ｔのときには、レーザ光路の光路長Ｋが短くなるように移動式反射鏡２２を移動させ、Δｔ＜Ｔのときには、レーザ光路の光路長Ｋが長くなるように移動式反射鏡２２を移動させる。制御手段２７は、上述の電圧モニタ２６Ａ、２６Ｂによるパルス電圧の測定と、光路長調整機構１７の移動式反射鏡２２の移動制御とを繰り返し実行して、時間差Δｔと通過時間Ｔとの差が最小（好ましくは時間差Δｔと通過時間Ｔとが一致）になるように移動式反射鏡２２を移動させる。

【0028】

次に、レーザ光路の光路長Ｋの調整手順及び荷電粒子ビームＰの加速手順について、主に図７を参照して説明する。
まず、高電圧電源１３Ａ、１３Ｂの電圧値、レーザ源１５の出力値などの各機器のパラメータを設定すると共に、制御手段２７は、荷電粒子ビームＰが加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間を通過する通過時間Ｔを取得して、光スイッチ１６Ａ、１６Ｂ間のレーザ光路の光路長Ｋを設定する（Ｓ１）。次に、制御手段２７は、高電圧電源１３Ａ、１３Ｂにより、ＯＦＦ状態の光スイッチ１６Ａ、１６Ｂのそれぞれに電圧を印加させる（Ｓ２）。

【0029】

次に、制御手段２７は、レーザ源１５からレーザＬを照射させて（Ｓ３）、光スイッチ１６Ａにより加速並行平板電極１２Ａにパルス電圧を印加させ、引き続き、光スイッチ１６Ｂにより加速並行平板電極１２Ｂにパルス電圧を印加させる。次に、加速並行平板電極１２Ａに印加されたパルス電圧を電圧モニタ２６Ａが測定して制御手段２７へ出力し、引き続き、加速並行平板電極１２Ｂに印加されたパルス電圧を電圧モニタ２６Ｂが測定して制御手段２７へ出力する（Ｓ４）。

【0030】

次に、制御手段２７は、電圧モニタ２６Ａ、２６Ｂにて測定されたパルス電圧の波形である時間分布３５Ａ、３５Ｂにおけるそれぞれの立上り時刻ｔ１、ｔ２の時間差Δｔが、設定値（荷電粒子ビームＰが加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ間を通過する通過時間Ｔ）と一致するか否かを判断する（Ｓ５）。制御手段２７は、ステップＳ５において、Δｔ＞Ｔの場合にはレーザ光路の光路長Ｋが短くなるように修正して計算し、Δｔ＜Ｔの場合には光路長Ｋが長くなるように修正して計算する（Ｓ６）。

【0031】

制御手段２７は、ステップＳ６にて計算し修正した光路長Ｋとなるように光路長調整機構１７の移動式反射鏡２２を移動して、レーザ光路の光路長Ｋを調整する（Ｓ７）。制御手段２７は、ステップＳ３～Ｓ７を繰り返し実行して、ΔｔとＴとの差が最小、好ましくはΔｔがＴと一致するように、光路長調整機構１７の移動式反射鏡２２を移動させて、レーザ光路の光路長Ｋを調整する。

【0032】

その後、制御手段２７は、ビーム源１１を起動させて（Ｓ８）、荷電粒子ビームＰを加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ及びグラウンド電極１４に通過させ、加速並行平板電極１２Ａと加速並行平板電極１２Ｂ間に形成される加速電場、加速並行平板電極１２Ｂとグラウンド電極１４間に形成される加速電場により荷電粒子ビームＰを順次加速させる。これらの加速電場により加速された荷電粒子ビームＰのビームエネルギは、ビームエネルギ測定装置１８により測定されて（Ｓ９）、その測定値が制御手段２７へ出力される。

【0033】

制御手段２７は、ビームエネルギ測定装置１８により測定された荷電粒子ビームＰのビームエネルギが所定値以上増大している場合には、光路長調整機構１７によるレーザ光路の光路長Ｋの調整を完了する（Ｓ１０）。制御手段２７は、ビームエネルギ測定装置１８により測定された荷電粒子ビームＰのビームエネルギの増大量が所定値未満である場合には、光路長調整機構１７による光路長Ｋの調整以外の他の対策が必要であるかを検討するよう提示する。

【0034】

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（２）を奏する。
（２）レーザＬの入射によりＯＮ状態に変化して加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂのそれぞれにパルス電圧を付加する光スイッチ１６Ａ、１６Ｂ間のレーザ光路の光路長Ｋは、電圧モニタ２６Ａ、２６Ｂのそれぞれにより測定された加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂの印加パルス電圧の測定値に基づいて、（つまり、測定された印加パルス電圧の時間分布３５Ａ、３５Ｂにおける立上り時刻ｔ１、ｔ２の時間差Δｔに基づいて）、制御手段２７が光路長調整機構１７の移動式反射鏡２２を移動させることで調整される。これにより、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ(特に加速並行平板電極１２Ｂ)のパルス電圧の印加タイミングを、荷電粒子ビームＰの加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ(特に加速並行平板電極１２Ｂ)の通過タイミングと高精度に一致させることができる。従って、加速並行平板電極１２Ａ、１２Ｂ及びグラウンド電極１４を通過する荷電粒子ビームＰは、これらの電極１２Ａ、１２Ｂ、１４により形成される加速電場からのエネルギをより一層効率良く取得することができる。この結果、光路長調整機構１７、電圧モニタ２６Ａ及び２６Ｂを備えた加速粒子生成装置２５は、荷電粒子ビームＰを設計通りに正確に加速することができる。

【0035】

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、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、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。

【0036】

例えば、光源から照射される光は、レーザ源１５からのレーザＬに限らず、例えばＬＥＤによる光を光学系で集光させて用いてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１０…加速粒子生成装置、１１…ビーム源、１２Ａ、１２Ｂ…加速並行平板電極、１３Ａ、１３Ｂ…高電圧電源、１５…レーザ源（光源）、１６Ａ、１６Ｂ…光スイッチ、１７…光路長調整機構、２２…移動式反射鏡、２５…加速粒子生成装置、２６Ａ、２６Ｂ…電圧モニタ（電圧測定手段）、２７…制御手段、２９…分圧回路（分圧器）、３０…波形測定装置、３１、３２…コンデンサ、３３…負荷抵抗、Ｋ…光路長、Ｌ…レーザ（光）、Ｐ…荷電粒子ビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】