JP2001085198A - 線形加速器、線形加速器の制御方法、及び線形加速器の制御プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
線形加速器、線形加速器の制御方法、及び線形加速器の制御プログラムを記録した記録媒体Info
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- JP2001085198A JP2001085198A JP26223099A JP26223099A JP2001085198A JP 2001085198 A JP2001085198 A JP 2001085198A JP 26223099 A JP26223099 A JP 26223099A JP 26223099 A JP26223099 A JP 26223099A JP 2001085198 A JP2001085198 A JP 2001085198A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】加速粒子をある程度のエネルギ範囲で位相安定
に加速できる線形加速器及び線形加速器の制御方法、並
びに線型加速器の制御プログラムを記録した記録媒体を
提供する。 【解決手段】複数のセルを有し電磁波を空洞共振する加
速空洞１と、所定のエネルギと入射位相で加速粒子を入
射する入射器と、加速空洞１に空洞共振した電磁波に対
する加速粒子の入射位相が位相安定を生ずる範囲外の値
である場合、入射位相、前記加速空洞に印加する電圧の
うち少なくともいずれかを位相安定になる値に制御する
制御部とを具備する線形加速器。
に加速できる線形加速器及び線形加速器の制御方法、並
びに線型加速器の制御プログラムを記録した記録媒体を
提供する。 【解決手段】複数のセルを有し電磁波を空洞共振する加
速空洞１と、所定のエネルギと入射位相で加速粒子を入
射する入射器と、加速空洞１に空洞共振した電磁波に対
する加速粒子の入射位相が位相安定を生ずる範囲外の値
である場合、入射位相、前記加速空洞に印加する電圧の
うち少なくともいずれかを位相安定になる値に制御する
制御部とを具備する線形加速器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速粒子の入射エ
ネルギを変化させた場合においても位相安定を実現する
ビームダイナミクス設計方法に基づいた線形加速器に関
する。
ネルギを変化させた場合においても位相安定を実現する
ビームダイナミクス設計方法に基づいた線形加速器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】加速器とは、電磁気力を利用することに
より、電子、陽子、或いは各種のイオン荷電粒子を加速
して高エネルギの粒子を作る装置である。この加速器に
よって作られた高速粒子のビームを原子核に衝突させ、
核反応を起こさせたり、素粒子を作ったりすることによ
り、原子核や素粒子の性質を調べることができる。ま
た、この加速器を用いて得られる高速粒子は、原子核や
素粒子等の学術的実験に使用されるばかりでなく、例え
ば、核廃棄物に高速粒子のビームを衝突させ、放射性物
質の半減期を早めることで安全な物質に変化させる等、
様々な分野に応用されている。
より、電子、陽子、或いは各種のイオン荷電粒子を加速
して高エネルギの粒子を作る装置である。この加速器に
よって作られた高速粒子のビームを原子核に衝突させ、
核反応を起こさせたり、素粒子を作ったりすることによ
り、原子核や素粒子の性質を調べることができる。ま
た、この加速器を用いて得られる高速粒子は、原子核や
素粒子等の学術的実験に使用されるばかりでなく、例え
ば、核廃棄物に高速粒子のビームを衝突させ、放射性物
質の半減期を早めることで安全な物質に変化させる等、
様々な分野に応用されている。
【０００３】陽子加速器等に多く採用される物の一つ
に、図３に示す超伝導型線形加速器（超伝導リニアッ
ク）がある。図３において、鉄材でできた加速空洞１０
は長さが約３ｍ程度の円形チューブ状の空洞管であり、
その内面にはニオビウム等の超電導体が使用される。こ
の加速空洞１０中には金属円盤である円盤１０１（１０
１ａ〜１０１ｄ）が、いくつも組み込んで並べられてい
る。各円盤１０１間のギャップはセルと呼ばれ、このセ
ルの間隔を調節することで電磁波の位相速度を加速粒子
の速度に等しくすることができる。
に、図３に示す超伝導型線形加速器（超伝導リニアッ
ク）がある。図３において、鉄材でできた加速空洞１０
は長さが約３ｍ程度の円形チューブ状の空洞管であり、
その内面にはニオビウム等の超電導体が使用される。こ
の加速空洞１０中には金属円盤である円盤１０１（１０
１ａ〜１０１ｄ）が、いくつも組み込んで並べられてい
る。各円盤１０１間のギャップはセルと呼ばれ、このセ
ルの間隔を調節することで電磁波の位相速度を加速粒子
の速度に等しくすることができる。
【０００４】この加速空洞１０と図示していないが加速
粒子のビームを集束させるための磁石を軸方向に複数接
続することで超伝導型線形加速器を作ることができる。
現在では、全長１ｋｍに及ぶ超伝導型線形加速器の建設
計画もなされている。
粒子のビームを集束させるための磁石を軸方向に複数接
続することで超伝導型線形加速器を作ることができる。
現在では、全長１ｋｍに及ぶ超伝導型線形加速器の建設
計画もなされている。
【０００５】次に、上記超伝導型線形加速器の動作原理
を簡単に説明する。円盤１０１の穴の中心を同軸上に並
べて装着した加速空洞１０を複数接続して超伝導型線形
加速器とし、その内部を真空にする。これは、ビームの
通過軌道に残留ガスがあると、これがビームと衝突する
ことによりビームが理想的な通過軌道より外れてしま
い、その結果、ビーム中の粒子数が減少してビームの寿
命を短くしてしまうからである。そして、超伝導型線形
加速器中にπモードの高周波（マイクロ波）を供給する
と、高周波は定在波として超伝導型線形加速器内を空洞
共振する。
を簡単に説明する。円盤１０１の穴の中心を同軸上に並
べて装着した加速空洞１０を複数接続して超伝導型線形
加速器とし、その内部を真空にする。これは、ビームの
通過軌道に残留ガスがあると、これがビームと衝突する
ことによりビームが理想的な通過軌道より外れてしま
い、その結果、ビーム中の粒子数が減少してビームの寿
命を短くしてしまうからである。そして、超伝導型線形
加速器中にπモードの高周波（マイクロ波）を供給する
と、高周波は定在波として超伝導型線形加速器内を空洞
共振する。
【０００６】このような設定において、例えば、荷電粒
子のビームを円盤１０１ａから円盤１０１ｄに向かって
各円盤１０１の中心を通過するように発射する。する
と、ビームはセル１１１を通過するときに当該セル１１
１に生じた電場によって加速される。この加速されたビ
ームが、円盤１０１ａ中を通過したときに共振している
高周波の向きがちょうど逆転するように電磁波のモード
（今の場合、πモード）に合わせてセル１１１の長さを
調節しておけば、次のセルにおいてもさらに加速される
ことになる。各円盤及び後述するように加速粒子の入射
時の高周波電場に対する位相をうまく調節することでビ
ームは電極を通過するたびに加速され、最終的には高速
のビームが得られる。
子のビームを円盤１０１ａから円盤１０１ｄに向かって
各円盤１０１の中心を通過するように発射する。する
と、ビームはセル１１１を通過するときに当該セル１１
１に生じた電場によって加速される。この加速されたビ
ームが、円盤１０１ａ中を通過したときに共振している
高周波の向きがちょうど逆転するように電磁波のモード
（今の場合、πモード）に合わせてセル１１１の長さを
調節しておけば、次のセルにおいてもさらに加速される
ことになる。各円盤及び後述するように加速粒子の入射
時の高周波電場に対する位相をうまく調節することでビ
ームは電極を通過するたびに加速され、最終的には高速
のビームが得られる。
【０００７】上記線形加速器において、Ａｌｂｅｒｔ
Ｅｉｎｓｔｅｉｎの相対性原理によれば、加速する粒子
の速度を次第に増加させると加速粒子の質量ｍは、静止
質量をｍ０としてｍ＝ｍ０／｛１−（ｖ／ｃ）２｝
１／２に従い速度とともに増加してしまう。従って、加
速粒子は各セルの電界によって加速される一方でこの質
量の増加により次第に減速され高周波電場に対して位相
が遅れてしまう。また、電界による加速も電磁波に対す
る加速粒子の位相にずれを生じさせる。その結果、荷電
粒子は平均的に加速されなくなってしまう問題がある。
Ｅｉｎｓｔｅｉｎの相対性原理によれば、加速する粒子
の速度を次第に増加させると加速粒子の質量ｍは、静止
質量をｍ０としてｍ＝ｍ０／｛１−（ｖ／ｃ）２｝
１／２に従い速度とともに増加してしまう。従って、加
速粒子は各セルの電界によって加速される一方でこの質
量の増加により次第に減速され高周波電場に対して位相
が遅れてしまう。また、電界による加速も電磁波に対す
る加速粒子の位相にずれを生じさせる。その結果、荷電
粒子は平均的に加速されなくなってしまう問題がある。
【０００８】線形加速器におけるこの問題は、線形加速
器の中心を通過する軌道（以下、中心軌道）をとる加速
粒子の位相（以下、同期位相）と共振する電磁波の位相
とが同期するように超伝導型線形加速器を設計し、位相
安定と呼ばれる復元作用を働かせることで解決される。
器の中心を通過する軌道（以下、中心軌道）をとる加速
粒子の位相（以下、同期位相）と共振する電磁波の位相
とが同期するように超伝導型線形加速器を設計し、位相
安定と呼ばれる復元作用を働かせることで解決される。
【０００９】すなわち、特定の加速粒子の入射エネルギ
に基づいて同期位相を算出し、高周波がこの同期位相で
共振するように加速空洞を設計する。そして、この同期
位相と同位相で加速粒子を加速空洞に入射（この加速空
洞や各セルへ入射する際の電磁波に対する加速粒子の位
相を「入射位相」と呼ぶ）させる。このとき、例えば電
場が強くなっていく場合を想定すると、同期位相から少
し遅れた位相を有する加速粒子はより大きな加速を受け
ることになり、次第に前方の加速粒子に追いつくことに
なる。一方、電場が減少していく場合を想定すると、上
記結論の逆になる。従って同期位相やエネルギから多少
外れた粒子もそれに続く加速（減速）で自動的に修正さ
れ、次第に同期位相の周りに集まりエネルギと位相がそ
ろってくる。この復元力が位相安定であり、位相安定に
よる考え方を位相安定原理と呼ぶ。
に基づいて同期位相を算出し、高周波がこの同期位相で
共振するように加速空洞を設計する。そして、この同期
位相と同位相で加速粒子を加速空洞に入射（この加速空
洞や各セルへ入射する際の電磁波に対する加速粒子の位
相を「入射位相」と呼ぶ）させる。このとき、例えば電
場が強くなっていく場合を想定すると、同期位相から少
し遅れた位相を有する加速粒子はより大きな加速を受け
ることになり、次第に前方の加速粒子に追いつくことに
なる。一方、電場が減少していく場合を想定すると、上
記結論の逆になる。従って同期位相やエネルギから多少
外れた粒子もそれに続く加速（減速）で自動的に修正さ
れ、次第に同期位相の周りに集まりエネルギと位相がそ
ろってくる。この復元力が位相安定であり、位相安定に
よる考え方を位相安定原理と呼ぶ。
【００１０】この位相安定原理に基づき、線形加速器は
安定して荷電粒子を加速することができる。従来の線型
加速器では、上述したように特定の加速粒子に同期する
加速空洞すなわち特定の加速粒子の入射エネルギに基づ
いた同期位相をもつ加速空洞を設計し、入射位相を同期
位相と等しくした線形加速器のビームダイナミクス設計
を実行している。
安定して荷電粒子を加速することができる。従来の線型
加速器では、上述したように特定の加速粒子に同期する
加速空洞すなわち特定の加速粒子の入射エネルギに基づ
いた同期位相をもつ加速空洞を設計し、入射位相を同期
位相と等しくした線形加速器のビームダイナミクス設計
を実行している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年加速器
はますます大型化しコスト的にも高いものとなってい
る。そのため、特定の入射エネルギに対応した粒子のみ
加速するばかりでなく、ある程度のエネルギ範囲で種々
の粒子を加速できる加速器の実現が望まれている。しか
し、従来の線形加速器では、特定の加速粒子の入射エネ
ルギに基づいて求めた同期位相を有する加速空洞１０及
びビーム・ダイナミクスを設計し、入射器により同期位
相＝入射位相として加速粒子を加速空洞へ入射してい
る。この場合、ビーム・ダイナミクス設計は容易である
が、特定の同期位相を持つ加速粒子しか位相安定な加速
を実行することができない。
はますます大型化しコスト的にも高いものとなってい
る。そのため、特定の入射エネルギに対応した粒子のみ
加速するばかりでなく、ある程度のエネルギ範囲で種々
の粒子を加速できる加速器の実現が望まれている。しか
し、従来の線形加速器では、特定の加速粒子の入射エネ
ルギに基づいて求めた同期位相を有する加速空洞１０及
びビーム・ダイナミクスを設計し、入射器により同期位
相＝入射位相として加速粒子を加速空洞へ入射してい
る。この場合、ビーム・ダイナミクス設計は容易である
が、特定の同期位相を持つ加速粒子しか位相安定な加速
を実行することができない。
【００１２】また、上記構成の線形加速器においてある
程度のエネルギ範囲で位相安定を実現しようとすれば、
円盤の厚みを変える等の加速器の構造自体を変更しなけ
ればならない。
程度のエネルギ範囲で位相安定を実現しようとすれば、
円盤の厚みを変える等の加速器の構造自体を変更しなけ
ればならない。
【００１３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、加速粒子をある程度のエネルギ範囲で位相安定に加
速できる線形加速器及び線形加速器の制御方法、並びに
線型加速器の制御プログラムを記録した記録媒体を提供
することを目的とする。
で、加速粒子をある程度のエネルギ範囲で位相安定に加
速できる線形加速器及び線形加速器の制御方法、並びに
線型加速器の制御プログラムを記録した記録媒体を提供
することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、第１の粒
子を加速することを基準として設計された線型加速器で
あって、夫々が電磁波を空洞共振する状態となるよう
に、粒子の加速方向に沿って交流の電界が形成される複
数のセルを有すると共に、入射器から所定の入射エネル
ギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で入射される加
速空洞と、前記第１の粒子とは種類、入射エネルギの少
なくとも一方が異なる第２の粒子を加速する場合、前記
電界の強度を、前記第２の粒子が前記加速空洞において
位相安定状態で加速される値に制御するための制御部
と、を具備することを特徴とする線形加速器である。
子を加速することを基準として設計された線型加速器で
あって、夫々が電磁波を空洞共振する状態となるよう
に、粒子の加速方向に沿って交流の電界が形成される複
数のセルを有すると共に、入射器から所定の入射エネル
ギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で入射される加
速空洞と、前記第１の粒子とは種類、入射エネルギの少
なくとも一方が異なる第２の粒子を加速する場合、前記
電界の強度を、前記第２の粒子が前記加速空洞において
位相安定状態で加速される値に制御するための制御部
と、を具備することを特徴とする線形加速器である。
【００１５】第２の発明は、前記制御部は、前記入射器
から前記加速空洞への前記第２の粒子の入射エネルギ
と、前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対
する設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状
態で前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子
が有することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記
加速空洞に入射するときの予測入射位相との内の少なく
とも一方に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合の
前記電界の強度を設定することを特徴とする第１の発明
に係る線形加速器である。
から前記加速空洞への前記第２の粒子の入射エネルギ
と、前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対
する設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状
態で前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子
が有することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記
加速空洞に入射するときの予測入射位相との内の少なく
とも一方に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合の
前記電界の強度を設定することを特徴とする第１の発明
に係る線形加速器である。
【００１６】第３の発明は、前記制御部は、前記加速空
洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する設計同期位
相と、各セルに前記電界を形成しない状態で前記加速空
洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有することと
なる位相と、が同じとなる場合の、前記加速空洞の粒子
入射口から前記所定のセルまでの各セルにおける予測入
射位相を算出する手段と、前記第１の粒子に対する設計
値で各セルに前記電界を形成した状態で、前記加速空洞
の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにおいて
前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測同期位相
を、前記予測入射位相に基づいて算出する手段と、前記
所定のセルにおける前記予測同期位相と、前記設計同期
位相との位相差を算出する手段と、前記位相差に基づい
て、前記第２の粒子を加速する場合の、前記入射器から
前記加速空洞への前記第２の粒子の入射位相と、前記電
界の強度とを算出する手段とを有することを特徴とする
第１の発明に係る線形加速器である。
洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する設計同期位
相と、各セルに前記電界を形成しない状態で前記加速空
洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有することと
なる位相と、が同じとなる場合の、前記加速空洞の粒子
入射口から前記所定のセルまでの各セルにおける予測入
射位相を算出する手段と、前記第１の粒子に対する設計
値で各セルに前記電界を形成した状態で、前記加速空洞
の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにおいて
前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測同期位相
を、前記予測入射位相に基づいて算出する手段と、前記
所定のセルにおける前記予測同期位相と、前記設計同期
位相との位相差を算出する手段と、前記位相差に基づい
て、前記第２の粒子を加速する場合の、前記入射器から
前記加速空洞への前記第２の粒子の入射位相と、前記電
界の強度とを算出する手段とを有することを特徴とする
第１の発明に係る線形加速器である。
【００１７】第４の発明は、前記所定のセルは前記加速
空洞のセルが奇数個の場合にはその中間のセルであり、
遇数個の場合には中間付近のセルであることを特徴とす
る第２または第３の発明に係る線形加速器である。
空洞のセルが奇数個の場合にはその中間のセルであり、
遇数個の場合には中間付近のセルであることを特徴とす
る第２または第３の発明に係る線形加速器である。
【００１８】第５の発明は、夫々が電磁波を空洞共振す
る状態となるように、粒子の加速方向に沿って交流の電
界が形成される複数のセルを有すると共に、入射器から
所定のエネルギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で
入射される加速空洞を具備する、第１の粒子を加速する
ことを基準として設計された線型加速器において、前記
第１の粒子とは種類、入射エネルギの少なくとも一方が
異なる第２の粒子を加速する場合の制御方法であって、
前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにお
ける予測入射位相を算出する工程と、前記第１の粒子に
対する設計値で各セルに前記電界を形成した状態で前記
加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セル
において前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測
同期位相を、前記予測入射位相に基づいて算出する工程
と、前記予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を
算出する工程と、前記位相差に基づいて、前記第２の粒
子を加速する場合の、前記入射器から前記加速空洞への
前記第２の粒子の入射位相と、前記電界の強度とを算出
する工程と、前記入射器から前記加速空洞への前記第２
の粒子の入射位相と、前記電界の強度との内の少なくと
も一方を、前記算出した値に基づいて設定する工程とを
具備することを特徴とする線形加速器の制御方法であ
る。
る状態となるように、粒子の加速方向に沿って交流の電
界が形成される複数のセルを有すると共に、入射器から
所定のエネルギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で
入射される加速空洞を具備する、第１の粒子を加速する
ことを基準として設計された線型加速器において、前記
第１の粒子とは種類、入射エネルギの少なくとも一方が
異なる第２の粒子を加速する場合の制御方法であって、
前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにお
ける予測入射位相を算出する工程と、前記第１の粒子に
対する設計値で各セルに前記電界を形成した状態で前記
加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セル
において前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測
同期位相を、前記予測入射位相に基づいて算出する工程
と、前記予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を
算出する工程と、前記位相差に基づいて、前記第２の粒
子を加速する場合の、前記入射器から前記加速空洞への
前記第２の粒子の入射位相と、前記電界の強度とを算出
する工程と、前記入射器から前記加速空洞への前記第２
の粒子の入射位相と、前記電界の強度との内の少なくと
も一方を、前記算出した値に基づいて設定する工程とを
具備することを特徴とする線形加速器の制御方法であ
る。
【００１９】第６の発明は、夫々が電磁波を空洞共振す
る状態となるように、粒子の加速方向に沿って交流の電
界が形成される複数のセルを有すると共に、入射器から
所定のエネルギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で
入射される加速空洞を具備する、第１の粒子を加速する
ことを基準として設計された線型加速器において、前記
第１の粒子とは種類、入射エネルギの少なくとも一方が
異なる第２の粒子を加速する場合の制御プログラムを記
録した記録媒体であって、前記プログラムは、コンピュ
ータに、前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子
に対する設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しな
い状態で前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の
粒子が有することとなる位相と、が同じとなる場合の、
前記加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各
セルにおける予測入射位相を算出し、前記第１の粒子に
対する設計値で各セルに前記電界を形成した状態で前記
加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セル
において前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測
同期位相を、前記予測入射位相に基づいて算出し、前記
予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を算出し、
前記位相差に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合
の、前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の
入射位相と、前記電界の強度とを算出する処理を実行さ
せることを特徴とする線型加速器の制御プログラムを記
録した記録媒体記録媒体である。
る状態となるように、粒子の加速方向に沿って交流の電
界が形成される複数のセルを有すると共に、入射器から
所定のエネルギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で
入射される加速空洞を具備する、第１の粒子を加速する
ことを基準として設計された線型加速器において、前記
第１の粒子とは種類、入射エネルギの少なくとも一方が
異なる第２の粒子を加速する場合の制御プログラムを記
録した記録媒体であって、前記プログラムは、コンピュ
ータに、前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子
に対する設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しな
い状態で前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の
粒子が有することとなる位相と、が同じとなる場合の、
前記加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各
セルにおける予測入射位相を算出し、前記第１の粒子に
対する設計値で各セルに前記電界を形成した状態で前記
加速空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セル
において前記電磁波と前記第２の粒子とが同期する予測
同期位相を、前記予測入射位相に基づいて算出し、前記
予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を算出し、
前記位相差に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合
の、前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の
入射位相と、前記電界の強度とを算出する処理を実行さ
せることを特徴とする線型加速器の制御プログラムを記
録した記録媒体記録媒体である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。
に従って説明する。
【００２１】図１は本発明に係る超伝導型線形加速器を
構成する加速空洞１を側面から見た断面図である。図１
において、加速空洞１はその内面にニオビウム等の超電
導体が使用された全長３ｍ程度の円形状のチューブであ
り、図示していない架台によって支えられている。加速
空洞１の中は円盤１４によりｎ個（ｎは奇数）のセルに
仕切られていて、各セルの長さはπモードの高周波を印
加するものとして設計されている。
構成する加速空洞１を側面から見た断面図である。図１
において、加速空洞１はその内面にニオビウム等の超電
導体が使用された全長３ｍ程度の円形状のチューブであ
り、図示していない架台によって支えられている。加速
空洞１の中は円盤１４によりｎ個（ｎは奇数）のセルに
仕切られていて、各セルの長さはπモードの高周波を印
加するものとして設計されている。
【００２２】円盤１４は加速空洞１に共振する電磁波に
摂動効果を与え、円盤１４の穴の内径は、入射器２から
入射される加速粒子ビームの集束性に影響を与える。
摂動効果を与え、円盤１４の穴の内径は、入射器２から
入射される加速粒子ビームの集束性に影響を与える。
【００２３】また、この加速空洞１は、セルに応じた電
圧Ｅｋ（ｋはセル番号）を電源５により印加すると、各
セルにおいてＥｋに対応した電界を生じ、所定波長のマ
イクロ波が空洞共振するようになっている。そして、所
定の入射エネルギを有した粒子Ａを基準として、この粒
子Ａと前記共振したマイクロ波とが同期位相をφｓ（例
えば、φｓ＝−３０°）としてとが同期するように設計
されている。以下、このように加速空洞１の設計の基準
とした特定粒子についての同期位相を「設計同期位相」
と呼ぶ。
圧Ｅｋ（ｋはセル番号）を電源５により印加すると、各
セルにおいてＥｋに対応した電界を生じ、所定波長のマ
イクロ波が空洞共振するようになっている。そして、所
定の入射エネルギを有した粒子Ａを基準として、この粒
子Ａと前記共振したマイクロ波とが同期位相をφｓ（例
えば、φｓ＝−３０°）としてとが同期するように設計
されている。以下、このように加速空洞１の設計の基準
とした特定粒子についての同期位相を「設計同期位相」
と呼ぶ。
【００２４】この加速空洞１とビーム集束用磁石３（４
極磁石等）を軸方向に複数接続することで、超伝導型線
形加速器を製造することができる。
極磁石等）を軸方向に複数接続することで、超伝導型線
形加速器を製造することができる。
【００２５】本線形加速器は、制御部６によって制御さ
れる。制御部６は、オペレータが本加速器を操作するた
めの入力部６２（キーボードやマウス等）、後述するビ
ーム・ダイナミクス設計処理プログラムが格納されてい
る記録部６４、入射器２や電圧電源５の制御及び前記ビ
ーム・ダイナミクス設計処理プログラムを実行するＣＰ
Ｕ６１、フロッピディスク等に実験結果等を出力する出
力部６３を有している。
れる。制御部６は、オペレータが本加速器を操作するた
めの入力部６２（キーボードやマウス等）、後述するビ
ーム・ダイナミクス設計処理プログラムが格納されてい
る記録部６４、入射器２や電圧電源５の制御及び前記ビ
ーム・ダイナミクス設計処理プログラムを実行するＣＰ
Ｕ６１、フロッピディスク等に実験結果等を出力する出
力部６３を有している。
【００２６】なお、図１において入射器２により入射さ
れる加速粒子ビーム（陽子ビーム等）の流れに基づいて
粒子入射口８から上流側、下流側とし、セルは上流側よ
り第１セルとしている。
れる加速粒子ビーム（陽子ビーム等）の流れに基づいて
粒子入射口８から上流側、下流側とし、セルは上流側よ
り第１セルとしている。
【００２７】上記構成を有する線型加速器による粒子Ａ
についての加速は以下の様である。まず、加速空洞１と
ビーム集束用磁石３とを同軸上に複数接続して超伝導型
線形加速器とし、その内部を真空にする。そして、各セ
ルにπモードの高周波（マイクロ波）を供給すると、高
周波は定在波として超伝導型線形加速器内を空洞共振す
る。このような設定において、入射器２により第１セル
１１の上流側から入射位相φｓで粒子Ａのビームを軸１
５を通過するように入射する。すると、粒子Ａは第１セ
ル１１を通過するときに電場によって加速される。この
加速された粒子Ａが、第１セルと第２セルを仕切る円盤
１４中を通過したときに共振している高周波の向きがち
ょうど逆転し、第２セルにおいてもさらに加速される。
加速空洞１は、設計同期位相をφｓとしているから、入
射位相φｓの粒子Ａは電極を通過するたびに加速され、
最終的には高速のビームが得られる。
についての加速は以下の様である。まず、加速空洞１と
ビーム集束用磁石３とを同軸上に複数接続して超伝導型
線形加速器とし、その内部を真空にする。そして、各セ
ルにπモードの高周波（マイクロ波）を供給すると、高
周波は定在波として超伝導型線形加速器内を空洞共振す
る。このような設定において、入射器２により第１セル
１１の上流側から入射位相φｓで粒子Ａのビームを軸１
５を通過するように入射する。すると、粒子Ａは第１セ
ル１１を通過するときに電場によって加速される。この
加速された粒子Ａが、第１セルと第２セルを仕切る円盤
１４中を通過したときに共振している高周波の向きがち
ょうど逆転し、第２セルにおいてもさらに加速される。
加速空洞１は、設計同期位相をφｓとしているから、入
射位相φｓの粒子Ａは電極を通過するたびに加速され、
最終的には高速のビームが得られる。
【００２８】次に、上記粒子Ａを基準として設計された
本発明に係る線形加速器により、粒子Ａとは異なる入射
エネルギを有する粒子Ｂを加速する場合の制御について
説明する。以下、粒子Ｂは、静止エネルギｅ０、入射エ
ネルギＷ１（粒子Ａとは異なる値）を有するものとす
る。この粒子Ｂを、各セルに電圧Ｅｋが印加された（す
なわち、各セルに電界が形成された）加速空洞１へ入射
位相φｓで入射すると、粒子Ｂと加速空洞１とは非同期
となる場合を想定する。
本発明に係る線形加速器により、粒子Ａとは異なる入射
エネルギを有する粒子Ｂを加速する場合の制御について
説明する。以下、粒子Ｂは、静止エネルギｅ０、入射エ
ネルギＷ１（粒子Ａとは異なる値）を有するものとす
る。この粒子Ｂを、各セルに電圧Ｅｋが印加された（す
なわち、各セルに電界が形成された）加速空洞１へ入射
位相φｓで入射すると、粒子Ｂと加速空洞１とは非同期
となる場合を想定する。
【００２９】なお、説明の都合上以下において入射器２
のまま説明するが、粒子Ａと粒子Ｂの種類が異なる場合
には入射器も別のものとなる。
のまま説明するが、粒子Ａと粒子Ｂの種類が異なる場合
には入射器も別のものとなる。
【００３０】図２は、セルをｎ個（ｎは奇数）有する加
速空洞１についてのビーム・ダイナミクス設計処理手順
を示したフローチャートである。ＣＰＵ６１は、前記記
録部６４に格納されているビーム・ダイナミクス設計処
理プログラムを読み出して当該処理を実行する。
速空洞１についてのビーム・ダイナミクス設計処理手順
を示したフローチャートである。ＣＰＵ６１は、前記記
録部６４に格納されているビーム・ダイナミクス設計処
理プログラムを読み出して当該処理を実行する。
【００３１】ここに示された処理手順の概略は、以下の
ようである。すなわち、加速空洞１全体の設計同期位相
を第ｎｃセル１１２（ただし、ｎｃ＝（ｎ＋１）／２）
での同期位相で代表させる。そして、粒子Ｂの第１セル
への入射位相と各セルに印加する電圧とを調節し、第ｎ
ｃセル１１２での粒子Ｂの位相をφｓにすることで粒子
Ｂと加速空洞１とを同期させる。そのため、まず、各セ
ルに電圧印加がない加速空洞１の第ｎｃセル１１２に、
粒子Ｂが位相φｓで入射するように第１セルの予測入射
位相φｉ１を予測する。そして、前記予測入射位相に基
づく電圧Ｅ１が印加された第１セルの同期位相φｃ１
（以下、予測同期位相）、さらに第２セルから第ｎｃセ
ルまでの各予測入射位相φｉｋと各予測同期位相φｃｋ
とを逐次的に計算する。すると、第ｎｃセル１１２の予
測同期位相φｃｎｃと設計同期位相φｓとは一般に一致
しない。これは、予測入射位相φｉ１が加速による影響
を考慮しておらずその予測が適切でなかったこと、及び
各セルへの印加電圧Ｅｋは粒子Ｂに同期する電圧ではな
いことに起因する。従って、予測同期位相φｃｎｃ＝設
計同期位相φｓとなるように、予測入射位相と各セルの
印加電圧Ｗｋとを再設定するものである。
ようである。すなわち、加速空洞１全体の設計同期位相
を第ｎｃセル１１２（ただし、ｎｃ＝（ｎ＋１）／２）
での同期位相で代表させる。そして、粒子Ｂの第１セル
への入射位相と各セルに印加する電圧とを調節し、第ｎ
ｃセル１１２での粒子Ｂの位相をφｓにすることで粒子
Ｂと加速空洞１とを同期させる。そのため、まず、各セ
ルに電圧印加がない加速空洞１の第ｎｃセル１１２に、
粒子Ｂが位相φｓで入射するように第１セルの予測入射
位相φｉ１を予測する。そして、前記予測入射位相に基
づく電圧Ｅ１が印加された第１セルの同期位相φｃ１
（以下、予測同期位相）、さらに第２セルから第ｎｃセ
ルまでの各予測入射位相φｉｋと各予測同期位相φｃｋ
とを逐次的に計算する。すると、第ｎｃセル１１２の予
測同期位相φｃｎｃと設計同期位相φｓとは一般に一致
しない。これは、予測入射位相φｉ１が加速による影響
を考慮しておらずその予測が適切でなかったこと、及び
各セルへの印加電圧Ｅｋは粒子Ｂに同期する電圧ではな
いことに起因する。従って、予測同期位相φｃｎｃ＝設
計同期位相φｓとなるように、予測入射位相と各セルの
印加電圧Ｗｋとを再設定するものである。
【００３２】以下、図２に従ってビーム・ダイナミクス
設計処理手順の詳細を説明する。
設計処理手順の詳細を説明する。
【００３３】まず、電圧を印加していない加速空洞１へ
入射器２により加速粒子を入射する場合を想定し、この
場合に第ｎｃセル１１２における加速粒子の入射位相が
φｓとなるよう第１セル１１１への予測入射位相を求め
る（ステップＳ１）。
入射器２により加速粒子を入射する場合を想定し、この
場合に第ｎｃセル１１２における加速粒子の入射位相が
φｓとなるよう第１セル１１１への予測入射位相を求め
る（ステップＳ１）。
【００３４】この計算は以下の手順による。まず、πモ
ードで加速空洞１に同期する高周波の波長をλとして、
式（１）により第１セル１１１に入射する加速粒子が加
速によって受ける相対論的効果を示す値であるβ１（当
該加速粒子の速度と光速度の比）を求める。このβ１を
使って式（２）より、電圧を印加していない加速空洞１
においてφｎｃ＝φｓとするための第１セル１１１での
予測入射位相φｉ１を求める。
ードで加速空洞１に同期する高周波の波長をλとして、
式（１）により第１セル１１１に入射する加速粒子が加
速によって受ける相対論的効果を示す値であるβ１（当
該加速粒子の速度と光速度の比）を求める。このβ１を
使って式（２）より、電圧を印加していない加速空洞１
においてφｎｃ＝φｓとするための第１セル１１１での
予測入射位相φｉ１を求める。
【００３５】
【数１】
【００３６】式２において、分母のβ１・λ／２は、Ｗ
１の入射エネルギを有する粒子Ｂが波長λの高周波に同
期するために必要なセル長を示している。また、分子の
第１項は、粒子Ｂが同期するｎ個のセルを有した加速空
洞を想定した場合、当該加速空洞の半空洞長を示し、第
２項は加速空洞１の半空洞長を示している。従って、式
２の第１項は粒子Ｂが同期しない加速空洞１の半空洞長
を通過する場合の位相のずれを意味している。なお、当
然ではあるが、粒子Ａについて式２を計算すれば設計の
とおり同期位相φｓになる。
１の入射エネルギを有する粒子Ｂが波長λの高周波に同
期するために必要なセル長を示している。また、分子の
第１項は、粒子Ｂが同期するｎ個のセルを有した加速空
洞を想定した場合、当該加速空洞の半空洞長を示し、第
２項は加速空洞１の半空洞長を示している。従って、式
２の第１項は粒子Ｂが同期しない加速空洞１の半空洞長
を通過する場合の位相のずれを意味している。なお、当
然ではあるが、粒子Ａについて式２を計算すれば設計の
とおり同期位相φｓになる。
【００３７】次に、電圧の印加された（波長λの高周波
が共振した）第１セルへ式２によって求めた予測入射位
相φｉ１で入射した場合の粒子Ｂの予測同期位相φｃ１
は、式（３）によって求めることができる（ステップＳ
２）。
が共振した）第１セルへ式２によって求めた予測入射位
相φｉ１で入射した場合の粒子Ｂの予測同期位相φｃ１
は、式（３）によって求めることができる（ステップＳ
２）。
【００３８】
【数２】
【００３９】すなわち、粒子Ｂが同期するのに必要な半
セル長はβ１・λ／４であり、粒子Ｂには同期していな
い加速空洞１の第１セルの半セル長がＬ１／２である。
従って、実際に粒子Ｂが電圧を印加した第１セルの半セ
ル長通過すると式３の第２項だけφｉ１から位相差を生
じることになる。
セル長はβ１・λ／４であり、粒子Ｂには同期していな
い加速空洞１の第１セルの半セル長がＬ１／２である。
従って、実際に粒子Ｂが電圧を印加した第１セルの半セ
ル長通過すると式３の第２項だけφｉ１から位相差を生
じることになる。
【００４０】次に、ステップＳ１及びステップＳ２にお
ける第１セル１１１での予測入射位相と予測同期位相を
利用して、以下に示す式（４）、（５）、（６）に基づ
いて、第ｋセル（ｋは２以上の自然数）における予測入
射位相と入射同期位相とを求める（ステップＳ３、ステ
ップＳ４）。
ける第１セル１１１での予測入射位相と予測同期位相を
利用して、以下に示す式（４）、（５）、（６）に基づ
いて、第ｋセル（ｋは２以上の自然数）における予測入
射位相と入射同期位相とを求める（ステップＳ３、ステ
ップＳ４）。
【００４１】
【数３】
【００４２】まず、式（４）により第２セルにおける加
速による相対論的効果を示す値βｋを求め、これを式
（５）に代入することで第ｋセルへの予測入射位相φｉ
ｋを求める。すなわち、粒子Ｂが同期するのに必要なセ
ル長はβｋ−１・λ／２であり、非同期加速空洞１の第
ｋ−１セルのセル長がＬｋ−１／２であるから、第ｋセ
ルに入射する粒子Ｂはその一つ手前の第ｋ−１セルを通
過した結果加速により式５の第２項だけ位相のずれを生
じる。従って、第ｋセルへの予測入射位相は式５によっ
て求められる。この結果と式（６）とより電圧Ｅｋが印
加された第ｋセルの予測同期位相φｃｋを求める。式６
の第２項は式３と同様、粒子Ｂが電圧を印加した第ｋセ
ルの半セル長通過した場合に受ける位相差を示してい
る。
速による相対論的効果を示す値βｋを求め、これを式
（５）に代入することで第ｋセルへの予測入射位相φｉ
ｋを求める。すなわち、粒子Ｂが同期するのに必要なセ
ル長はβｋ−１・λ／２であり、非同期加速空洞１の第
ｋ−１セルのセル長がＬｋ−１／２であるから、第ｋセ
ルに入射する粒子Ｂはその一つ手前の第ｋ−１セルを通
過した結果加速により式５の第２項だけ位相のずれを生
じる。従って、第ｋセルへの予測入射位相は式５によっ
て求められる。この結果と式（６）とより電圧Ｅｋが印
加された第ｋセルの予測同期位相φｃｋを求める。式６
の第２項は式３と同様、粒子Ｂが電圧を印加した第ｋセ
ルの半セル長通過した場合に受ける位相差を示してい
る。
【００４３】なお、粒子Ｂの第１セルへの入射エネルギ
Ｗ１については式１及と式３により、粒子Ｂの第ｋセル
への入射エネルギＷｋについては式４と式６により求め
ることができる。
Ｗ１については式１及と式３により、粒子Ｂの第ｋセル
への入射エネルギＷｋについては式４と式６により求め
ることができる。
【００４４】ステップＳ３、ステップＳ４ののち処理手
順はステップＳ５に移行し、ｋ＝ｎｃ（ただし、ｎｃ＝
（ｎ＋１）／２）か否かを判定し（ステップＳ５）、ｋ
＝ｎｃであればステップＳ７に移行する。一方、ｋ＝ｎ
ｃでなければステップＳ６へ移行してｋをインクリメン
トし（ステップＳ６）、ｋ＝ｎｃになるまで上記予測入
射位相と予測同期位相の逐次計算を繰り返す。
順はステップＳ５に移行し、ｋ＝ｎｃ（ただし、ｎｃ＝
（ｎ＋１）／２）か否かを判定し（ステップＳ５）、ｋ
＝ｎｃであればステップＳ７に移行する。一方、ｋ＝ｎ
ｃでなければステップＳ６へ移行してｋをインクリメン
トし（ステップＳ６）、ｋ＝ｎｃになるまで上記予測入
射位相と予測同期位相の逐次計算を繰り返す。
【００４５】そして、ステップＳ５においてｋ＝ｎｃと
判別されると、第ｎｃセルにおける予測同期位相φｃｎ
ｃとφｓとの差を計算する（ステップＳ７）。
判別されると、第ｎｃセルにおける予測同期位相φｃｎ
ｃとφｓとの差を計算する（ステップＳ７）。
【００４６】上述のようにステップＳ１においてφｉ１
を予測した。このφｉ１は、粒子Ｂが電圧の印加が無い
加速空洞１の第ｃｎｃセルに設計同期位相φｓで入射す
るための第１セル予測入射位相である。ところが、実際
の加速器実験においては各セルに電圧が印加される訳で
あり、この電圧により加速した粒子Ｂを第ｎｃセルへφ
ｓで入射するためには、このφｉ１は適切な入射位相で
はない。このステップＳ７の計算で求めるφｃｎｃとφ
ｓとの差は、電圧の印加された第ｃｎｃセルにおいて実
際に粒子Ｂが設計同期位相φｓで同期するために、第１
セル予測入射位相φｉ１をどの程度調節すればよいかを
示す値である。
を予測した。このφｉ１は、粒子Ｂが電圧の印加が無い
加速空洞１の第ｃｎｃセルに設計同期位相φｓで入射す
るための第１セル予測入射位相である。ところが、実際
の加速器実験においては各セルに電圧が印加される訳で
あり、この電圧により加速した粒子Ｂを第ｎｃセルへφ
ｓで入射するためには、このφｉ１は適切な入射位相で
はない。このステップＳ７の計算で求めるφｃｎｃとφ
ｓとの差は、電圧の印加された第ｃｎｃセルにおいて実
際に粒子Ｂが設計同期位相φｓで同期するために、第１
セル予測入射位相φｉ１をどの程度調節すればよいかを
示す値である。
【００４７】ステップＳ８において、粒子Ｂが第ｃｎｃ
セルにおいてφｓで同期して加速されるように、式
（７）によりステップＳ７で計算した差に基づいてφｉ
１をφｉ１′と再設定する（ステップＳ８）。
セルにおいてφｓで同期して加速されるように、式
（７）によりステップＳ７で計算した差に基づいてφｉ
１をφｉ１′と再設定する（ステップＳ８）。
【００４８】
【数４】
【００４９】そして、ステップＳ８で再設定されたφｉ
１′に基づいて、以下に示す式（８）、（９）、（１
０）により逐次的に各セルについて印加する電圧Ｗｋ´
を再設定し（このようにφｉ１′によって再設定された
印加電圧を同期電圧と定義する。）、粒子Ｂが加速空洞
１に同期する同期電圧を求める（ステップＳ９）。
１′に基づいて、以下に示す式（８）、（９）、（１
０）により逐次的に各セルについて印加する電圧Ｗｋ´
を再設定し（このようにφｉ１′によって再設定された
印加電圧を同期電圧と定義する。）、粒子Ｂが加速空洞
１に同期する同期電圧を求める（ステップＳ９）。
【００５０】
【数５】
【００５１】このような構成によれば、電圧の印加され
ていない加速空洞１の第１セルの入射位相を予測し、当
該第１セル予測入射位相に基づいた第ｃｎｃセルの予測
同期位相をフィードバックすることで第１セル入射位相
をφｉ１′として、また各セルの印加電圧をＷｋ′とし
て再設定して、加速空洞１と粒子Ｂが同期するようなビ
ーム・ダイナミクス設計を行うことができる。
ていない加速空洞１の第１セルの入射位相を予測し、当
該第１セル予測入射位相に基づいた第ｃｎｃセルの予測
同期位相をフィードバックすることで第１セル入射位相
をφｉ１′として、また各セルの印加電圧をＷｋ′とし
て再設定して、加速空洞１と粒子Ｂが同期するようなビ
ーム・ダイナミクス設計を行うことができる。
【００５２】上記ビーム・ダイナミクス設計処理を、超
伝導型線形加速器を構成する全ての加速空洞１に対して
行う。そして、この設計処理により再設定された同期電
圧を対応するセルに印加し、さらに再設定された入射位
相φｉ１′によって粒子Ｂを上流側より入射器２で入射
することで、設計同期位相φｓの基準とした粒子や入射
エネルギに限定されることなく、種々の粒子、入射エネ
ルギであっても位相安定に加速可能な線形加速器の実現
及び線形加速器の制御を行うことができる。その結果、
加速器実験においてコストを低く抑えることができる。
伝導型線形加速器を構成する全ての加速空洞１に対して
行う。そして、この設計処理により再設定された同期電
圧を対応するセルに印加し、さらに再設定された入射位
相φｉ１′によって粒子Ｂを上流側より入射器２で入射
することで、設計同期位相φｓの基準とした粒子や入射
エネルギに限定されることなく、種々の粒子、入射エネ
ルギであっても位相安定に加速可能な線形加速器の実現
及び線形加速器の制御を行うことができる。その結果、
加速器実験においてコストを低く抑えることができる。
【００５３】なお、上記説明において、セルの数を奇数
個としたが、遇数個のセルを有する場合には、ｃｎｃ＝
ｎ／２（若しくは（ｎ＋２／２））と修正すれば、ほぼ
同様の構成により種々の粒子、入射エネルギであっても
位相安定に加速可能な線形加速器の実現及び線形加速器
の制御を行うことができる。
個としたが、遇数個のセルを有する場合には、ｃｎｃ＝
ｎ／２（若しくは（ｎ＋２／２））と修正すれば、ほぼ
同様の構成により種々の粒子、入射エネルギであっても
位相安定に加速可能な線形加速器の実現及び線形加速器
の制御を行うことができる。
【００５４】また、制御部６が実行する制御内容は、コ
ンピュータに実行させることのできるプログラムとし
て、例えば磁気ディスク（フロッピディスク、ハードデ
ィスク）等の記録媒体７に書き込んで適用することも可
能である。本線形加速器を実現するコンピュータは、記
録媒体７に記録されたプログラムを読み込み、このプロ
グラムによって動作が制御されることにより、上述した
制御を実行する。
ンピュータに実行させることのできるプログラムとし
て、例えば磁気ディスク（フロッピディスク、ハードデ
ィスク）等の記録媒体７に書き込んで適用することも可
能である。本線形加速器を実現するコンピュータは、記
録媒体７に記録されたプログラムを読み込み、このプロ
グラムによって動作が制御されることにより、上述した
制御を実行する。
【００５５】以上、本発明を第１実施形態に基いて説明
したが、上記実施形態に限定されるものではなく、例え
ば以下に示す（１）、（２）のように、その要旨を変更
しない範囲で種々変形可能である。
したが、上記実施形態に限定されるものではなく、例え
ば以下に示す（１）、（２）のように、その要旨を変更
しない範囲で種々変形可能である。
【００５６】（１）上記実施の形態においては、電圧の
印加されていない加速空洞について予測入射位相を求
め、これに基づいた第ｎｃセルでの予測同期位相と設計
同期位相とを比較して入射位相を再設定する構成であっ
た。これに対し、設計同期位相を基準としたフィードバ
ックであれば、予測する予測入射位相は電圧の印加され
ていない加速空洞についてであってもよい。すなわち、
所定量の電圧が印加されている場合について予測した予
測入射位相と設計同期位相とを比較して入射位相を再設
定する構成であってもよい。
印加されていない加速空洞について予測入射位相を求
め、これに基づいた第ｎｃセルでの予測同期位相と設計
同期位相とを比較して入射位相を再設定する構成であっ
た。これに対し、設計同期位相を基準としたフィードバ
ックであれば、予測する予測入射位相は電圧の印加され
ていない加速空洞についてであってもよい。すなわち、
所定量の電圧が印加されている場合について予測した予
測入射位相と設計同期位相とを比較して入射位相を再設
定する構成であってもよい。
【００５７】（２）上記実施の形態においては、超伝導
型線形加速器を例としているが、本発明は定在波型の線
形加速器であれば同様の構成によって適用可能である。
型線形加速器を例としているが、本発明は定在波型の線
形加速器であれば同様の構成によって適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、粒子
Ａを加速することを基準として設計された加速空洞の各
セルにおける粒子Ａに対する設計同期位相と、各セルに
電界が形成されていない加速空洞の所定のセルにおいて
粒子Ｂが有することとなる位相とが等しくなるように、
加速空洞の粒子入射口から前記所定セルまでの各セルに
おける予測入射位相と予測同期位相とを算出する。次
に、前記所定のセルについての予測同期位相と設計同期
位相の位相差を算出し、この位相差に基づいて、前記所
定のセルにおいて予測同期位相＝設計同期位相となるよ
うに、入射器から加速器への粒子Ｂの入射位相と各セル
の電界強度とを算出する。そして、前記入射器から加速
器への粒子Ｂの入射位相と各セルの電界強度との少なく
とも一方を前記算出した値に基づいて設定する。
Ａを加速することを基準として設計された加速空洞の各
セルにおける粒子Ａに対する設計同期位相と、各セルに
電界が形成されていない加速空洞の所定のセルにおいて
粒子Ｂが有することとなる位相とが等しくなるように、
加速空洞の粒子入射口から前記所定セルまでの各セルに
おける予測入射位相と予測同期位相とを算出する。次
に、前記所定のセルについての予測同期位相と設計同期
位相の位相差を算出し、この位相差に基づいて、前記所
定のセルにおいて予測同期位相＝設計同期位相となるよ
うに、入射器から加速器への粒子Ｂの入射位相と各セル
の電界強度とを算出する。そして、前記入射器から加速
器への粒子Ｂの入射位相と各セルの電界強度との少なく
とも一方を前記算出した値に基づいて設定する。
【００５９】従って、設計の基準とした粒子Ａとは種
類、入射エネルギの少なくとも一方が異なる粒子Ｂあっ
ても位相安定に加速可能な線形加速器、線形加速器の制
御、及び線型加速器の制御プログラムを記憶した記憶媒
体を提供することができる。
類、入射エネルギの少なくとも一方が異なる粒子Ｂあっ
ても位相安定に加速可能な線形加速器、線形加速器の制
御、及び線型加速器の制御プログラムを記憶した記憶媒
体を提供することができる。
【００６０】その結果、加速器実験におけるコストを低
く抑えることができる。
く抑えることができる。
【図１】本発明に係る超伝導型線形加速器を構成する加
速空洞１を側面から見た断面図。
速空洞１を側面から見た断面図。
【図２】制御部が実行するビーム・ダイナミクス設計の
処理手順を示したフローチャート。
処理手順を示したフローチャート。
【図３】超伝導型線形加速器の加速空洞の側面図。
１…加速空洞 ２…入射器 ３…ビーム集束用磁石 ５…電圧電源 ６…制御部 １１…第１セル １２…第ｎｃセル １３…第ｎセル １４…円盤 ６１…ＣＰＵ ６２…入力部 ６３…出力部 ６４…記録部 ７…記録媒体
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の粒子を加速することを基準として
設計された線型加速器であって、 夫々が電磁波を空洞共振する状態となるように、粒子の
加速方向に沿って交流の電界が形成される複数のセルを
有すると共に、入射器から所定の入射エネルギと入射位
相とで任意の粒子が加速状態で入射される加速空洞と、 前記第１の粒子とは種類、入射エネルギの少なくとも一
方が異なる第２の粒子を加速する場合、前記電界の強度
を、前記第２の粒子が前記加速空洞において位相安定状
態で加速される値に制御するための制御部と、を具備す
ることを特徴とする線形加速器。 - 【請求項２】 前記制御部は、 前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の入射
エネルギと、 前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞に入射するときの予測入射位相と、 の内の少なくとも一方に基づいて、前記第２の粒子を加
速する場合の前記電界の強度を設定することを特徴とす
る請求項１に記載の線形加速器。 - 【請求項３】 前記制御部は、 前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにお
ける予測入射位相を算出する手段と、 前記第１の粒子に対する設計値で各セルに前記電界を形
成した状態で、前記加速空洞の粒子入射口から前記所定
のセルまでの各セルにおいて前記電磁波と前記第２の粒
子とが同期する予測同期位相を、前記予測入射位相に基
づいて算出する手段と、 前記所定のセルにおける前記予測同期位相と、前記設計
同期位相との位相差を算出する手段と、 前記位相差に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合
の、前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の
入射位相と、前記電界の強度とを算出する手段と、を有
することを特徴とする請求項１に記載の線形加速器。 - 【請求項４】 前記所定のセルは前記加速空洞のセルが
奇数個の場合にはその中間のセルであり、遇数個の場合
には中間付近のセルであることを特徴とする請求項２ま
たは３に記載の線形加速器。 - 【請求項５】 夫々が電磁波を空洞共振する状態となる
ように、粒子の加速方向に沿って交流の電界が形成され
る複数のセルを有すると共に、入射器から所定のエネル
ギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で入射される加
速空洞を具備する、第１の粒子を加速することを基準と
して設計された線型加速器において、前記第１の粒子と
は種類、入射エネルギの少なくとも一方が異なる第２の
粒子を加速する場合の制御方法であって、 前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにお
ける予測入射位相を算出する工程と、 前記第１の粒子に対する設計値で各セルに前記電界を形
成した状態で前記加速空洞の粒子入射口から前記所定の
セルまでの各セルにおいて前記電磁波と前記第２の粒子
とが同期する予測同期位相を、前記予測入射位相に基づ
いて算出する工程と、 前記予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を算出
する工程と、 前記位相差に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合
の、前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の
入射位相と、前記電界の強度とを算出する工程と、 前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の入射
位相と、前記電界の強度との内の少なくとも一方を、前
記算出した値に基づいて設定する工程と、を具備するこ
とを特徴とする線形加速器の制御方法。 - 【請求項６】 夫々が電磁波を空洞共振する状態となる
ように、粒子の加速方向に沿って交流の電界が形成され
る複数のセルを有すると共に、入射器から所定のエネル
ギと入射位相とで任意の粒子が加速状態で入射される加
速空洞を具備する、第１の粒子を加速することを基準と
して設計された線型加速器において、前記第１の粒子と
は種類、入射エネルギの少なくとも一方が異なる第２の
粒子を加速する場合の制御プログラムを記録した記録媒
体であって、 前記プログラムは、コンピュータに、 前記加速空洞の各セルにおける前記第１の粒子に対する
設計同期位相と、各セルに前記電界を形成しない状態で
前記加速空洞の所定のセルにおいて前記第２の粒子が有
することとなる位相と、が同じとなる場合の、前記加速
空洞の粒子入射口から前記所定のセルまでの各セルにお
ける予測入射位相を算出し、 前記第１の粒子に対する設計値で各セルに前記電界を形
成した状態で前記加速空洞の粒子入射口から前記所定の
セルまでの各セルにおいて前記電磁波と前記第２の粒子
とが同期する予測同期位相を、前記予測入射位相に基づ
いて算出し、 前記予測同期位相と前記設計同期位相との位相差を算出
し、 前記位相差に基づいて、前記第２の粒子を加速する場合
の、前記入射器から前記加速空洞への前記第２の粒子の
入射位相と、前記電界の強度とを算出する、処理を実行
させることを特徴とする線型加速器の制御プログラムを
記録した記録媒体記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26223099A JP2001085198A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 線形加速器、線形加速器の制御方法、及び線形加速器の制御プログラムを記録した記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26223099A JP2001085198A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 線形加速器、線形加速器の制御方法、及び線形加速器の制御プログラムを記録した記録媒体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085198A true JP2001085198A (ja) | 2001-03-30 |
Family
ID=17372895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26223099A Withdrawn JP2001085198A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 線形加速器、線形加速器の制御方法、及び線形加速器の制御プログラムを記録した記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001085198A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103115407A (zh) * | 2013-02-28 | 2013-05-22 | 苏宇贵 | 烘干空调除湿一体机 |
| JP5602855B2 (ja) * | 2010-07-12 | 2014-10-08 | 三菱電機株式会社 | ドリフトチューブ線形加速器 |
| WO2016135877A1 (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 三菱電機株式会社 | シンクロトロン用入射器システム、およびドリフトチューブ線形加速器の運転方法 |
| WO2019142389A1 (ja) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 加速器及び加速器システム |
| GB2583378A (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-28 | Elekta ltd | Waveguide for a linear accelerator and method of operating a linear accelerator |
| WO2021194655A1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | Applied Materials, Inc. | Controller and control techniques for linear accelerator and ion implanter having linear accelarator |
-
1999
- 1999-09-16 JP JP26223099A patent/JP2001085198A/ja not_active Withdrawn
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111630940A (zh) * | 2018-01-22 | 2020-09-04 | 国立研究开发法人理化学研究所 | 加速器和加速器系统 |
| JPWO2019142389A1 (ja) * | 2018-01-22 | 2021-01-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 加速器及び加速器システム |
| US11432394B2 (en) | 2018-01-22 | 2022-08-30 | Riken | Accelerator and accelerator system |
| JP7318935B2 (ja) | 2018-01-22 | 2023-08-01 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 加速器及び加速器システム |
| CN111630940B (zh) * | 2018-01-22 | 2023-10-17 | 国立研究开发法人理化学研究所 | 加速器和加速器系统 |
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| US11576252B2 (en) | 2020-03-24 | 2023-02-07 | Applied Materials, Inc. | Controller and control techniques for linear accelerator and ion implanter having linear accelerator |
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061205 |