线)加速器，以此为例进行说明。此外，第一级加速器并不限于是RFQ，也可以是RFI (Rf-Focused Interdigital:RF-聚焦交叉指)。另外，第二级加速器并不限于是APF，也可以是一般的DTL。
[0015]在高频加速器10中，利用高频电源6来产生用于使带电粒子加速的高频，并提供至作为APF方式IH型DTL加速器的第二级线性加速器3。利用被称为谐振耦合器(resonantcoupler、谐振型功率分配装置)的功率分配装置7与第二级线性加速器3进行高频耦合，从而向作为RFQ型线性加速器的第一级线性加速器2提供高频。
[0016]设置匹配部8以作为对相位及横向射束分布(纵向是射束行进方向)进行调整的部分，使得从第一级线性加速器2射出的带电粒子的射入第二级线性加速器3的相位成为适于APF方式IH型DTL加速器即第二级线性加速器3的加速的相位。
[0017]采用如下结构:使用高频的带电粒子的加速器将高频功率提供至高频加速腔体，利用高频加速腔体中产生的电场对带电粒子进行加速。若将高频功率提供至高频腔体，则会在高频腔体内部感应出高频电场，以作为驻波。高频电场根据其相位而会变为正值也会变为负值，因此以与带电粒子的加速相同步的方式来设计该产生的电场。若不利用计算机来实施最佳设计，则会交替地接受到正电场及负电场，因此带电粒子重复进行加速与减速，从而无法加速至高能量。因该电场分布设计策略的不同，从而存在RFQ、DTL、RFI等加速器种类。以下，对RFQ型线性加速器、APF方式IH型DTL型线性加速器及谐振型功率分配装置的动作的特性进行说明。
[0018](I)RFQ(Rad1 Frequency Quadrupole:射频四极场)型线性加速器RFQ型线性加速器是对从离子源产生的离子束进行高频捕获(bunching)，从而进行初级加速的直线型加速器。使被称为叶片的电极对相对置，从而产生高频四极电场。通过在叶片上设置被称为调制的位移，从而使得带电粒子的速度与高频相位同步，使带电粒子加速。在叶片外侧设置腔体，从而成为在某个频率上谐振的结构。RFQ型线性加速器是适合于使在50keV左右的较低的能量下相位不一致的带电粒子加速至MeV级别的能量为止的加速器。因此，RFQ型线性加速器适合作为直接射入从离子源产生的带电粒子来进行加速的第一级加速器。
[0019](2) APF(Alternating Phase Focus:交替相位聚焦)方式 IH(Interdigital-H)型DTL (Drift Tube Linac:漂移管直线)型线性加速器
IH型DTL加速器是具有如下结构的线性加速器:在谐振器内部上下的加速射束轴方向上安装的被称作为脊部的板上，上下交替地安装有被称为漂移管的中空圆筒形导体。此外，APF方式是指利用谐振器内产生的高频电场，同时进行离子加速与离子聚焦的聚焦方式。由此，在现有的线性加速器中，无需任何的用于射束聚焦的四极电磁铁等聚焦构件，能够实现IH型的DTL线性加速器的小型化。然而，该加速器中，由于利用电场既进行加速又进行聚焦，因此，对于入口的射束能量以及入口的射束相位非常敏感，能量、相位偏离于设计值的带电粒子即使入射进来也无法进行加速。
[0020](3)谐振型功率分配装置
谐振型功率分配装置是通过利用同轴管来连接多台加速腔体，并积极地设计同轴管的长度，从而进行谐振，使得三个腔体像親合腔体(coupled cavities)那样动作的技术。通过使得三个腔体以η /2模式进行动作，从而将较多的高频功率接通至位于两端的加速腔体，然而谐振型功率分配装置本身未接通高频功率，通过安装于谐振型功率分配装置的具有短棒结构等的同轴管的长度等来调节高频功率的分配。若非η/2模式，则谐振型功率分配装置本身也接通有高频功率，从而产生放电等。若设为η/2模式，则向两端的腔体提供两腔体间的相位差被严格固定于180°的高频。
[0021]以往，对于两个不同的加速器，分别从两个高频电源来分别提供高频功率。在使用两个高频电源的情况下，通过控制等来使相位相一致，因此会因温度、外部干扰使得控制变得不稳定而发生变动等，但在使用谐振型功率分配装置的情况下，因这些外部干扰因素而产生的不稳定性将消失。然而，无法调整初始设置阶段的相位的设定值。另外，为了改变功率分配率，需要进行改变，例如改变安装于谐振型分配装置的具有短棒结构等的同轴管的长度，由于难以像在电源的设定面板上改变电源的接通功率那样改变功率分配率，因此在初始设置阶段进行调整是较为困难的。
[0022]接下来，对各加速器的射出带电粒子束的特性、入射至作为APF方式IH型DTL型线性加速器的第二级线性加速器3中的带电粒子束所要求的特性等进行说明。尤其是，通过阐述带电粒子束的能量及相位相对于高频功率的变动，来说明得出本发明的结构的过程。
[0023]在说明中，对参数的标记进行说明。用E来表示带电粒子束所包含的带电粒子的能量分布的中心能量，用Φ来表示相位分布的中心相位。另外，后缀i表示加速器的入口相关的参数，后缀ο表不出口相关的参数，后缀I表不第一级线性加速器2相关的参数，后缀2表示第二级线性加速器3相关的参数。例如，用Eciil来表示第一级线性加速器2的出口的带电粒子束的中心能量，用来表示中心相位。另外，用P1^1来表示提供至第一级线性加速器2的高频功率，用Prf，2来表示提供至第二级线性加速器3的高频功率。上述标记示于图2。
[0024]对于高频功率，提供至两加速器的高频功率之和Prf JL2成为由高频电源6提供的全高频功率Prf，total。此处，通过下式来定义通过使用谐振型功率分配装置7来分配至第二级线性加速器3的高频功率的功率分配率R。
Prfl2=牌 rf, totalPrf1I= (I — R) *P rf, total
[0025]本发明的高频加速器将从作为RFQ型线性加速器的第一级线性加速器2射出的带电粒子通过匹配部8，入射至作为APF方式IH型DTL型线性加速器的第二级线性加速器3。从第一级线性加速器2射出的带电粒子成为行进方向的位置(相位)集中于中心值附近的射束状的块体。将上述射束的块体称为聚束(bunched-beam)。入射至第二级线性加速器3的带电粒子束中的带电粒子中，仅有适于第二级线性加速器3中的加速的中心能量与中心相位附近的带电粒子被加速。第二级线性加速器3中，适于加速所入射的带电粒子的中心能量及中心相位为某一值，其附近存在能容许的范围。仅有进入该容许范围中的粒子被加速。因此，若所入射的带电粒子的能量及相位的中心值发生偏离，则会产生第二级线性加速器3中带电粒子完全没有被加速的状态。另外，在所入射的带电粒子的能量及相位的分布宽于容许范围的情况下，即使中心值不发生偏离，透过效率也会下降。
[0026]在加速器领域中，将该容许范围称作接受度(acceptance)。此处，将针对能量的接受度称作能量接受度，将针对相位的接受度称作相位接受度。通过利用计算机来进行分析，从而求出上述适于加速的中心能量、中心相位、能量接受度、相位接受度。
[0027]首先，对带电粒子的能量进行研究。由于匹配部8通常不具有电场产生装置，磁场也不进行工作，所以能量不会发生变化，因此即使通过匹配部8带电粒子的能量也不会发生变化。由此，从第一级线性加速器2射出的带电粒子的能量成为射入第二级线性加速器3的带电粒子的能量。图3中示出了从第一级线性加速器2射出的带电粒子束的中心能量Eciil相对于提供至第一级线性加速器2的高频功率P rfil进行变化的情况。第一级线性加速器2中，能够以某一范围的高频功率i来对带电粒子进行加速，其特性呈现为若在该范围内使Prfil增加，则E M减小。另一方面，图4中示出了适于APF方式IH型DTL型线性加速器即第二级线性加速器3中的加速的带电粒子束在入口处的能量Eli2相对于提供至第二级线性加速器3的高频功率Prfi2进行变化的情况。特性呈现为若使P rfi2增加，则适于加速的Eli2减小。图4中，实线表示中心能量，利用两根虚线曲线表示上述能量接受度的边界。能量在能量接受度以外的带电粒子均无法加速。
[0028]本发明的实施方式I所涉及的高频加速器的结构中，提供至第一级线性加速器2及第二级线性加速器3的高频功率通过谐振型功率分配装置7来进行分配、供给，因此提