JP2001141863A - 粒子ビーム装置 - Google Patents

粒子ビーム装置

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JP2001141863A JP32356399A JP32356399A JP2001141863A JP 2001141863 A JP2001141863 A JP 2001141863A JP 32356399 A JP32356399 A JP 32356399A JP 32356399 A JP32356399 A JP 32356399A JP 2001141863 A JP2001141863 A JP 2001141863A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下を
抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装置を提
供する。 【解決手段】イオン源1と、このイオン源1内のフィラ
メントに電流を流すためのフィラメント電源2、アーク
電源3、バイアス電源4及び引出電源7を備えた粒子ビ
ーム装置において、前記アーク電源3と前記引出電源7
が共にONとなった時刻から一定時間の間、前記バイア
ス電源の出力基準値に一定値を加算する加算回路11を設
ける。アーク電源ON時にバイアス電源の出力電圧が落
込むので、バイアス電源の出力基準を高くする。これに
より、電圧の落込み時間を短縮して、バイアス電源の出
力電圧の変動を抑制し、質の高い粒子ビーム装置を提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は核融合装置のプラズ
マに加熱するために用いられる粒子ビーム装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、粒子ビーム装置はイオン源で荷
電粒子を生成し、生成された荷電粒子をイオン源から引
出し、加速して核融合装置のプラズマを加熱するために
用いる装置である。
【0003】図7を参照して粒子ビーム装置の従来例に
ついて説明する。図7において、従来の粒子ビーム装置
は、イオン源1、イオン源1内のフィラメント5に電流
を流すためのフィラメント電源2、アーク電源3、バイ
アス電源4、第1から第3の電極6,8,10、引出電源
7、加速電源9から構成されている。
【0004】このように構成された粒子ビーム装置にお
いて、フィラメント電源2は、数10本のフィラメント5
に数100 Aの電流を流し、フィラメント5を加熱する電
源である。アーク電源3は、フィラメント5とイオン源
1の壁の間に100 V程度の電圧を印加してイオン粒子を
生成させる電源である。バイアス電源4は、イオン源1
の壁と第1の電極6の間に10V程度の電圧を印加して、
放出される電子の量を制御する電源である。第1の電極
6はイオン源1の開口端に配置されてバイアス電源4と
引出電源7に接続している。
【0005】引出電源7は、第1の電極6と第2の電極
8の間に10Kv程度の電圧を印加し、荷電粒子の引出しを
行う電源である。加速電源9は、第2の電極8と第3の
電極10の間に数10kVから数100kV の電圧を印加し、両電
極8,10間の電位差により荷電粒子を加速する電源であ
る。第2の電極8は第1の電極6の真下に設けられて引
出電源7と加速電源9に接続し、第3の電極10は第2の
電極8の真下に設けられて加速電源9に接続している。
【0006】図8は、粒子ビーム装置を構成する各電源
2,3,4,7及び9の運転タイムシーケンスを示した
ものである。まず、フィラメント電源2、バイアス電源
4、アーク電源3の順に立ち上げて粒子を予備電離させ
た後、一旦アーク電源3を立ち下げる。その後、加速電
源9、引出電源7、アーク電源3の順に立ち上げて粒子
ビームを引出す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の粒子ビーム装置
においては、アーク電源3のON,OFF(入り切り)
によって、バイアス電源4の出力電圧が変動するという
問題がある図9はアーク電源3のタイムシーケンスとバ
イアス電源4の出力電圧変動の関係を示すものである。
最初にアーク電源3がONになった時、バイアス電源4
の出力電圧が低下、つまり落込むが、この時点ではビー
ムを引出していないので、バイアス電源4の出力電圧変
動は装置の性能に影響を与えることはない。
【0008】しかしながら、アーク電源3がOFFにな
った時、バイアス電源4の出力電圧は大きく跳ね上が
り、設定値を大幅に超過する。バイアス電源4の制御応
答速度は他電源との干渉を抑えるために遅くなってお
り、次のアーク電源3のONのタイミングでバイアス電
源4の出力電圧は依然として設定値を上回っているた
め、バイアス電源の制御は電圧を下げる方向に働いてい
る。
【0009】したがって、2回目のアーク電源3のON
により、バイアス電源4の出力電圧は1回目以上に大き
く落込んでしまう。この段階ではビームの引出しを行っ
ているため、バイアス電源4の出力電圧が低下している
期間は、電子の放出量の制御が不能になり、ビームの質
が低下するという課題がある。
【0010】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧低下
を抑制し、質の高いビームを放出できる粒子ビーム装置
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る粒子ビーム装置においては、請求項1
に対応する発明では、イオン源と、このイオン源内のフ
ィラメントに電流を流し加熱するためのフィラメント電
源、前記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加
してイオン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源
の壁と第1の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前
記第1の電極の下方に配置した第2の電極に電圧を印加
する引出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記ア
ーク電源と前記引出電源が共にONとなった時刻から一
定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を
加算する加算回路を設けてなることを特徴とする。
【0012】上記構成の粒子ビーム装置においては、バ
イアス電源の出力電圧が落込んだ時にバイアス電源の出
力設定値を高くするため、電圧の回復時間を短縮してバ
イアス出力電圧の変動を抑制し、質の高いビームを放出
する粒子ビーム装置を提供できる。
【0013】なお、バイアス電源の出力基準値に加算す
る量は時間の関数とすることが好適である。この場合、
バイアス電源の出力電圧の落込みの是正をきめ細かく行
うことができる。
【0014】請求項2に対応する発明では、イオン源
と、このイオン源内のフィラメントに電流を流し加熱す
るためのフィラメント電源、前記フィラメントと前記イ
オン源の壁に電圧を印加してイオン粒子を生成させるア
ーク電源、前記イオン源の壁と第1の電極に電圧を印加
するバイアス電源及び前記第1の電極の下方に配置した
第2の電極に電圧を印加する引出電源を備えた粒子ビー
ム装置において、前記アーク電源がOFFとなった時刻
から一定時間の間、前記バイアス電源の出力基準値に一
定値を減算する減算回路を設けてなることを特徴とす
る。
【0015】上記構成の粒子ビーム装置においては、バ
イアス電源の出力電圧が跳ね上がった時にバイアス電源
の出力設定値を低くするため、電圧の回復時間が短くな
り、2回目のアーク電源ONの時点のバイアス電源の出
力電圧の落込み量が小さくなる。
【0016】なお、アーク電源がOFFとなった時刻か
らバイアス電源の出力基準値に減算する量が時間の関数
とすることが好適である。この場合、バイアス電源の出
力電圧の跳ね上がりの是正をきめ細かく行うことができ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】図1及び図2により本発明に係る
粒子ビーム装置の第1の実施の形態を説明する。
【0018】本実施の形態における粒子ビーム装置の基
本的な構成は図7とほぼ同様であるので、その装置の構
成の説明は省略するが、本実施の形態が従来例と異なる
点は図1に示したように、アーク電源ON、引出電源O
N、バイアス電源ONの3条件が整った時に一定時間一
定電圧をバイアス電源出力基準に加算する加算回路11を
設けたことにある。
【0019】本実施の形態において、図2に示すように
バイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準
よりも一定時間高くなるため、バイアス電源出力電圧の
落込み時間が短縮される。なお、図2は図9と対比して
示すアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源の出
力電圧変動の関係を示している。
【0020】本実施の形態によれば、アーク電源と引出
電源が共にONになった時刻から一定時間の間、バイア
ス電源の出力基準値に一定値を加算するので、バイアス
電源の出力電圧が落込んだ時にバイアス電源の出力設定
値が高くなり、電圧の回復時間を短くすることができ
る。
【0021】次に、図3及び図4により本発明に係る粒
子ビーム装置の第2の実施の形態を説明する。本実施の
形態が従来例と異なる点は図3に示したように、アーク
電源OFFになった時に一定時間一定電圧をバイアス電
源出力基準から減算する減算回路12を設けたことにあ
る。その他の点は従来例とほぼ同様であるため、その構
成の説明は省略する。
【0022】本実施の形態において、図4に示すように
バイアス電源出力指令値が従来のバイアス電源出力基準
よりも一定時間低くなるため、バイアス電源出力電圧の
跳ね上がり時間が短縮される。なお、図4は図9と対比
して示すアーク電源のタイムシーケンスとバイアス電源
の出力電圧変動の関係を示している。
【0023】本実施の形態によれば、アーク電源がOF
Fとなった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力
基準値に一定値を減算し、バイアス電源の出力電圧が跳
ね上がった時にバイアス電源の出力設定値を低くするた
め、電圧の回復時間が短くなり、2回目のアーク電源O
Nの時点のバイアス電源の出力電圧の落込み量を小さく
することができる。
【0024】次に、図5を参照しながら本発明に係る粒
子ビーム装置の第3の実施の形態を説明する。本実施の
形態は、第1の実施の形態において、図5に示すように
アーク電源ON、引出電源ON、バイアス電源ONの3
条件が整った時に時間の関数からなる加算電圧[f
(t)]をバイアス電源出力基準に加算する関数加算回
路13を設けたことにある。
【0025】本実施の形態において、バイアス電源出力
指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも時間関数分
だけ高くなるため、バイアス電源出力電圧の落込み時間
が短縮される。
【0026】本実施の形態によれば、アーク電源と引出
電源が共にONとなった時刻から時間関数分だけバイア
ス電源の出力基準値に加算するので、バイアス電源の出
力電圧が落込んだときにバイアス電源の出力設定値が高
くなり、電圧の回復時間を短くでき、さらに電圧の回復
曲線をきめ細かく調整することができる。
【0027】次に、図6を参照しながら本発明に係る粒
子ビーム装置の第4の実施の形態を説明する。本実施の
形態は、第2の実施の形態において、図6に示したよう
にアーク電源がOFFになった時に時間の関数[g
(t)]からなる減算電圧をバイアス電源出力基準から
減算する関数減算回路14から構成されている。
【0028】本実施の形態において、バイアス電源出力
指令値が従来のバイアス電源出力基準よりも時間の関数
分だけ低くなるため、バイアス電源出力電圧の跳ね上が
り時間が短縮される。
【0029】本実施の形態によれば、アーク電源がOF
Fとなった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力
基準値から減算し、バイアス電源の出力電圧が跳ね上が
った時にバイアス電源の出力設定値を低くするため、電
圧の回復時間を短くきめ細かく調整することができ、2
回目のアーク電源ONの時点のバイアス電源の出力電圧
の落込み量を小さくすることができる。
【0030】
【発明の効果】本発明の粒子ビーム装置において、請求
項1の発明では、アーク電源と引出電源が共にONとな
った時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基準値
に一定値を加算するので、ビーム引出開始時のバイアス
電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒
子ビーム装置を提供することができる。
【0031】また、アーク電源と引出電源が共にONと
なった時刻から時間関数分だけバイアス電源の出力基準
値に加算することにより、ビーム引出開始時のバイアス
電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒
子ビーム装置を提供することができる。
【0032】請求項2の発明では、アーク電源がOFF
となった時刻から一定時間の間、バイアス電源の出力基
準値に一定値を減算するので、ビーム引出開始時のバイ
アス電源の電圧低下を抑制し、質の高いビームを放出す
る粒子ビーム装置を提供することができる。
【0033】また、アーク電源がOFFとなった時刻か
ら時間関数分だけバイアス電源の出力基準値から減算す
ることにより、ビーム引出開始時のバイアス電源の電圧
低下を抑制し、質の高いビームを放出する粒子ビーム装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る粒子ビーム装置の第1の実施の形
態を説明するための回路図。
【図2】図1における粒子ビーム装置のアーク電源のタ
イムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を
示す線図。
【図3】本発明に係る粒子ビーム装置の第2の実施の形
態を説明するための回路図。
【図4】図2における粒子ビーム装置のアーク電源のタ
イムシーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を
示す線図。
【図5】本発明に係る粒子ビーム装置の第3の実施の形
態を説明するための回路図。
【図6】本発明に係る粒子ビーム装置の第4の実施の形
態を説明するための回路図。
【図7】従来の粒子ビーム装置を説明するための概略的
に示す模式図。
【図8】従来の粒子ビーム装置の各電源タイムシーケン
スを示す線図。
【図9】従来の粒子ビーム装置のアーク電源のタイムシ
ーケンスとバイアス電源の出力電圧変動の関係を示す線
図。
【符号の説明】
1…イオン源、2…フィラメント電源、3…アーク電
源、4…バイアス電源、5…フィラメント、6…第1の
電極、7…引出電源、8…第2の電極、9…加速電源、
10…第3の電極、11…加算回路、12…減算回路、13…関
数加算回路、14…関数減算回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源と、このイオン源内のフィラメ
    ントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前
    記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイ
    オン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と
    第1の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第1
    の電極の下方に配置した第2の電極に電圧を印加する引
    出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電
    源と前記引出電源が共にONとなった時刻から一定時間
    の間、前記バイアス電源の出力基準値に一定値を加算す
    る加算回路を設けてなることを特徴とする粒子ビーム装
    置。
  2. 【請求項2】 イオン源と、このイオン源内のフィラメ
    ントに電流を流し加熱するためのフィラメント電源、前
    記フィラメントと前記イオン源の壁に電圧を印加してイ
    オン粒子を生成させるアーク電源、前記イオン源の壁と
    第1の電極に電圧を印加するバイアス電源及び前記第1
    の電極の下方に配置した第2の電極に電圧を印加する引
    出電源を備えた粒子ビーム装置において、前記アーク電
    源がOFFとなった時刻から一定時間の間、前記バイア
    ス電源の出力基準値に一定値を減算する減算回路を設け
    てなることを特徴とする粒子ビーム装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019129086A (ja) * 2018-01-25 2019-08-01 住友重機械工業株式会社 イオン源装置、及び荷電粒子線治療装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019129086A (ja) * 2018-01-25 2019-08-01 住友重機械工業株式会社 イオン源装置、及び荷電粒子線治療装置
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