JP2002022894A - ビームチョッパ - Google Patents

ビームチョッパ

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JP2002022894A JP2000212442A JP2000212442A JP2002022894A JP 2002022894 A JP2002022894 A JP 2002022894A JP 2000212442 A JP2000212442 A JP 2000212442A JP 2000212442 A JP2000212442 A JP 2000212442A JP 2002022894 A JP2002022894 A JP 2002022894A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大容量の電源を必要とせず、切れの良いチョ
ッピングを可能とする。 【解決手段】 互いに独立した多数の電極30を、ビー
ム軸方向10に多数並設し、各電極にそれぞれ接続され
た、互いに独立した多数の給電線32に配設された電源
側スイッチ38を、ビームバンチa、b・・・が各電極
を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビームを短時間に
分割するためのビームチョッパに係り、特に、線形加速
器で加速したビームを、シンクロトロンやストレージリ
ングに供給する際に用いるのに好適なビームチョッパに
関する。
【0002】
【従来の技術】線形加速器で加速したビームを、シンク
ロトロンやストレージリングに供給する場合、ビームの
入射及び取出しを行うために、ビームがない区間を必要
とする。その時間は、おおよそ数百nsである。そこ
で、図1に示すような数msのパルス状ビームを、図2
に示す如く更に短い時間に分割する必要がある。このた
め、ビームチョッパが使用される。
【0003】ビームチョッパには、大きく分けて、静電
型、伝送線型、RF型がある。
【0004】このうち静電型は、図3に例示する如く、
ビームの軸方向(ビームラインと称する)10に長い板
状のチョッパ電極12を設置し、この電極12に高電圧
を印加して、ビーム軌道を偏向する。
【0005】しかしながら、電極12がビーム軸方向に
長いため、ビームが電極を通過するのに時間がかかる。
そのため、切れの良いチョッピングができず、電極12
の出側に配置したスリット14を通過したビームも偏向
してしまうという問題点を有する。
【0006】即ち、図3のa点にあるビームバンチのみ
スリット14を通過させ、b〜e点にあるビームバンチ
は全て遮断したい場合であっても、電圧印加開始時にb
点にあるビームバンチは、電極12間に形成される電界
Eの影響を受ける時間が短く、僅かに偏向するに止どま
るため、チョッピング過程の次の瞬間で、図4に示す如
く、スリット14を通過してしまう。c点、d点にある
ビームバンチも、十分には偏向できない。偏向を受けた
にも拘らずスリット14を通過してしまったビームバン
チは、加速途中で真空箱等に衝突し、機器放射化の原因
となる。
【0007】従って、精度の良いチョッピングが要求さ
れる場合は、上記の静電型は使用できず、次に説明する
伝送線型が使用される。
【0008】この伝送線型ビームチョッパは、図5に示
す如く、ビーム軸方向10に短い板状のチョッパ電極2
0を多数並設し、この電極20に高電圧を印加して、ビ
ームの軌道を偏向する。電極と電極は同軸ケーブル等の
遅延回路22で接続され、ビーム速度と同期して電極2
0に電圧が印加される。最終端は、遅延回路22と同じ
インピーダンスの抵抗からなる終端器24に接続され
る。
【0009】この伝送線型ビームチョッパにおいては、
遅延回路22(同軸ケーブルの長さ)を調整し、ビーム
速度と同期して、ビーム軸方向に短い電極に電圧が発生
するようにする。このため、ビームバンチは、図6乃至
図8に示す如く、チョッパが作る電界Eの影響を全く受
けないか(a)、十分に受けるか(b、c・・・)のど
ちらかになり、中途半端に偏向したビームがスリットを
通過することはなくなる。即ち、電圧印加開始時に図6
のb点とc点にあったビームバンチは、次の瞬間では、
図7に示す如く、次の電極の電界Eの影響を十分に受
け、全電極に電圧印加した時には、図8に示す如くなる
ため、バンチされたa点のビームバンチは、チョッパ電
極が作る電界Eの影響を全く受けないが、b点以降のビ
ームバンチは、電界Eの影響を十分に受けるようにな
る。
【0010】従って、精度良くインピーダンスマッチン
グがとれていれば、きれいにチョッピングできる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、終端が
遅延回路(同軸ケーブル)22と同じ50Ωの純抵抗で
終端するため、大容量のパルス電源が必要である。又、
電極20と遅延回路22との接続部で、インピーダンス
マッチングがとり難く、調整が厄介である。更に、現時
点では、容量の大きな高速スイッチの信頼性がない。
又、特に電極に印加した電圧をオフとするときの電圧接
動(リンギング)が大きい等の問題点を有していた。
【0012】なお、最後のRF型ビームチョッパは、1
個のRFビームバンチが必要な場合に用いられるもの
で、静電型や伝送線型とは、目的が違う。
【0013】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、大容量の電源を必要とせず、切れの
良いチョッピングが可能なビームチョッパを提供するこ
とを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、ビームを短時
間に分割するためのビームチョッパにおいて、ビーム軸
方向に並設された、互いに独立した複数の電極と、各電
極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給電線
と、各給電線に配設された、ビームが各電極を通過する
タイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイ
ッチとを備えることにより、前記課題を解決したもので
ある。
【0015】又、前記電源側スイッチと電極の間に、抵
抗を挿入したものである。
【0016】更に、前記電極に印加された電圧をオフと
する際に、各電極を、抵抗とコンデンサを介してアース
に落とすためのアース側スイッチを備えることにより、
電圧をオフとする際のリンギングを防止したものであ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。
【0018】図9に示す如く、本実施形態におけるチョ
ッパ伝極部分は、従来の伝送線型と同様に、ビーム軸方
向に短い電極30を多数並設する。但し、各電極は隣り
の電極には接続せず、個々に給電線32を接続する。こ
のため、従来のように純抵抗で終端してインピーダンス
を低くする必要がなくなり、小さな容量の電源で駆動で
き、必要な電源容量が小さくできる。又、ビーム進行方
向に電極が短いため、切れの良いチョッピングができ
る。
【0019】更に、伝送線型と同様に、1台の電源34
で、多数の電極に給電する事も可能である。又、バンク
コンデンサ36をチョッパ本体の近くに配置すること
で、電源容量を更に小さくすることも可能である。
【0020】各電極30と電源34の間には、ビームバ
ンチが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オ
ンオフされる電源側スイッチ38が設けられている。
又、該電源側スイッチ38と電極30の間に、抵抗40
が挿入されている。更に、各電極30を、抵抗44とコ
ンデンサ46を介してアースに落とすためのアース側ス
イッチ42も設けられている。
【0021】前記電源側スイッチ38は、図10に示す
如く、各ビームバンチが電極を通過するタイミングに合
わせて、順次オン(開)とされる。こうすることで、図
6乃至図8に示した如く、このビームバンチ(b)の前
を走るビームバンチ(a)は、チョッパ電極が作る電界
Eの影響を全く受けず、今注目しているビームバンチ
(b)以降のビームバンチ(c・・・)は、チョッパ電
極が作る電界Eの影響を最大限に受けることができる。
【0022】なお、ビーム軌道を考えると、電圧を印加
する場合よりも、切る場合の電圧振動が重要である。こ
の問題を解決するために、印加した電圧をオフとする際
には、アース側スイッチ42により、電極30を抵抗4
4とコンデンサ46を介してアースに落とすようにして
いる。
【0023】各スイッチは、スイッチ制御回路50によ
り、図10に示す如く、オンオフされる。
【0024】前記実施形態における電極電圧のシミュレ
ーション結果を図11に示す。電極に印加されていた電
圧をオフとする際の電圧振動を微妙に調整できる。
【0025】本実施形態においては、電源側スイッチ3
8と電極30の間に、抵抗40を挿入しているので、電
源34の静電容量に合わせ、抵抗40の値を選ぶ事で、
最適な特性に調整可能である。
【0026】本実施形態においては、又、アース側スイ
ッチ42を設けて、電極30に印加された電圧をオフと
する際に、各電極30を、抵抗44とコンデンサ46を
介してアースに落とすようにしているので、電圧を切る
際の電圧振動を最小に抑える事ができる。
【0027】本実施形態においては、又、バンクコンデ
ンサ36を、チョッパ本体の近くに配置しているので、
電源容量を更に小さくすることができる。なお、バンク
コンデンサ36を省略することも可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、大容量の電源を必要と
せず、システムの信頼性を向上することができる。又、
切れの良いチョッピングが可能である。更に、高速スイ
ッチの容量も小さくて済み、現時点でも略3nsで動作
するスイッチが存在するので、十分実現可能である。
又、遅延時間の変更も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビームチョッパによりチョッピングされるパル
スビームの一例を示す線図
【図2】同じく400nsにチョッピングされたビーム
の一例を示す、図1のII部を拡大して示す線図
【図3】従来の静電型ビームチョッパの問題点を説明す
るための、電圧印加開始時の状態を示す断面図
【図4】同じくチョッピングの過程を示す断面図
【図5】従来の伝送線型ビームチョッパの構成を示す斜
視図
【図6】従来の伝送線型ビームチョッパ及び本発明の実
施形態において、電圧印加開始時にビームが受ける力を
示す断面図
【図7】同じく次の瞬間にビームが受ける力を示す断面
【図8】同じく全電極に電圧を印加した時にビームが受
ける力を示す断面図
【図9】本発明に係るビームチョッパの実施形態の構成
を示す斜視図
【図10】前記実施形態の電源側スイッチ及びアース側
スイッチのオンオフ状態を示す図表
【図11】前記実施形態における電極電圧のシミュレー
ション結果を示す線図
【符号の説明】
10…ビームライン a、b、c、d、e…ビームバンチ 30…電極 34…電源 36…バンクコンデンサ 38…電源側スイッチ 40、44…抵抗 42…アース側スイッチ 46…コンデンサ 50…スイッチ制御回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビームを短時間に分割するためのビームチ
    ョッパにおいて、 ビーム軸方向に並設された、互いに独立した複数の電極
    と、 各電極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給
    電線と、 各給電線に配設された、ビームが各電極を通過するタイ
    ミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチ
    と、 を備えたことを特徴とするビームチョッパ。
  2. 【請求項2】前記電源側スイッチと電極の間に、抵抗が
    挿入されていることを特徴とする請求項1に記載のビー
    ムチョッパ。
  3. 【請求項3】前記電極に印加された電圧をオフとする際
    に、各電極を、抵抗とコンデンサを介してアースに落と
    すためのアース側スイッチを、更に備えたことを特徴と
    する請求項1又は2に記載のビームチョッパ。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015179585A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 住友重機械工業株式会社 荷電粒子線治療装置

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