JP2526374B2 - 蓄積リング放射光装置の制御方法 - Google Patents

蓄積リング放射光装置の制御方法

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JP2526374B2 JP58221075A JP22107583A JP2526374B2 JP 2526374 B2 JP2526374 B2 JP 2526374B2 JP 58221075 A JP58221075 A JP 58221075A JP 22107583 A JP22107583 A JP 22107583A JP 2526374 B2 JP2526374 B2 JP 2526374B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子蓄積リング放射光装置の蓄積リング
の蓄積電流とその電流減衰率とを用いて、電子蓄積リン
グの運転を制御する蓄積リング放射光用装置の制御方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
第1図は、電子蓄積リング放射光装置の概略を示すブ
ロック図で、1は45°偏向電磁石(以下、Bという)
で、このB1の8台で偏向が合計360°となり、電子を1
周させるとともに、偏向時にシンクロトロン放射光(以
下、SRという)を放射させる。2は電子ビーム集束用の
四重極電磁石(以下、QFという)で、電子がB1で偏向
しSRを放射すると電子ビームは発散し易いので、電磁力
で集束するためのもので、水平方向のみ集束する。3は
電子ビーム集束用の四重極電磁石(以下、QDという)
で、垂直方向のみ集束する働きがある。4は入射用セプ
タム電磁石で、電子を蓄積リングに入射するとき蓄積リ
ングの軌道に乗り易くする。5は電子ビームの電流モニ
タ、6はキッカーコイルで、電子ビームが軌道に乗れる
ように後押しする。7は電子ビームを加速し蓄積する高
周波空洞、BL0〜BL6はビームラインである。以下、電子
ビームの蓄積電流の減衰過程について説明する。
電子ビームeは、入射用セプタム電磁石4を通して入
射される。通常、電子入射には電子リニアックやマイク
ロトロンが用いられるが、電子ビームeはリニアックや
マイクロトロンに使用される高周波の周期長間隔でバン
チされたパルスビームである。もし、蓄積リングの高周
波空洞7の高周波周波数と同じであれば、同じンチ間隔
で蓄積できる。蓄積リングの高周波源は200〜500MHz程
度でパルス間隔は1.5m〜0.6mとなる。一度入射された電
子ビームeは、パルス間隔の1/10以下のバンチ長で径は
2〜1mm程度の細長いビームとなってSRを放射しながら
蓄積リングを周回する。SR放射で失ったエネルギーは高
周波空洞7でマイクロ源電力によって補われる。
電子蓄積された荷電粒子は安定軌道に沿って回転し蓄
積電流I(t)(以下、特に減衰を問題にしないとき
は、単にIを用いる)となるが、本発明者が論理的に導
いた下記第(1)式で示される電流減衰率−dI/dtで減
衰していく。なお、係数a,b,cは実験的に決まる。
−dI/dt=aI2+b(I)I+cI ……(1) 第(1)式の第1項aI2は、タウシェック効果により
同種の荷電粒子間に働くクーロン散乱力による減衰を表
し蓄積電流Iの2乗に比例し、かつ電子ビームの断面形
状に依存する項でこの断面形状を識別し、B1,QF,2,QD
の制御パラメータを調整し電子ビーム長寿命運転を行
う。
第(1)式の第2項b(I)Iはリング状真空槽内面
からのSRによるアウトガスによる減衰を表す項で、係数
b(I)は近似的に下記第(2)式で表される。
b(I)≒b1I+b2 ……(2) 第(2)式の係数b1,b2の値は真空槽内面の枯らしに
よって減衰する。
第(1)式の第3項cIはSRのビームラインBL0〜BL6か
らのガス流入と高周波空洞7からのアウトガスによる減
衰を表す項で、蓄積電流I(t)の急激な減少は、ガス
流入によって安定軌道の一部に散乱物質が停滞し、荷電
粒子との散乱が荷電粒子間のクーロン散乱と相乗りして
しまうため安定軌道はずれが大きくなり増大する。
従来、蓄積リングの蓄積電流I(t)の減衰制御は、
蓄積電流I(t)の減衰をレコーダ等で正確に記録し蓄
積電流I(t)の1/2寿命または1/e寿命の演算から蓄積
電流I(t)の寿命を延命するためのB1,QF,2,QD3の運
転制御条件を定め、蓄電電流I(t)の減衰傾斜をゆる
やかにするようにB1,QF,2,QD3の各励磁電流,高周波空
洞7へのマイクロ波電流PC等の運転パラメータを決定
して行われていた。なお、1/2寿命,1/e寿命とは蓄積電
流I(t)が1/2,1/eになるまでの時間をいうが、以下
では1/e寿命を用いる。
第2図は、蓄積電流I(t)表示による減衰波形図
で、横軸は蓄積電流I(t)、縦軸は時間t(hr)であ
る。この蓄積電流I(t)の変動をとらえた制御によれ
ば、上記第(1)式および第(2)から定義される蓄積
電流I(t)の電流減衰率を −dI/dt=(a+b1)I2+(b2+c)I ……(3) と表し、特に、真空槽内のアウトガスが少ない場合に
は、この第(3)式の第1項の減衰項から既知の公式を
用いて計算される1/e寿命τTは、 τT=(e−1)I(t)/(−dI/dt) ≒1.718I(t)/(a+b1)I2(t) =1.718/(a+b1)I(t) ……(4) を表示する方式をとることになる。
このように、蓄積リング放射光装置としてSRのビーム
ラインBL0〜BL6使用時において蓄積電流I(t)の制御
管理を十分に行っていくには、これまでの蓄積電流I
(t)表示法による制御管理方式では、蓄積電流I
(t)の減衰原因を究明できず、寿命の判定に長時間を
要する。逆に、第(1)式の第1項aI2のみによる電流
減衰率で蓄積電流I(t)の寿命を表示すると、ビーム
ラインBL0〜BL6からのガス流入、または高周波空洞7の
アウトガスによる減衰を表す第(3)式の第2項の減衰
効果を含めていないため、大きな誤差を生じる。特に小
型の蓄積リング放射光装置では通常運転でガス流入が発
生し易い。この第(3)式第2項から計算される1/e寿
命τeは τe=I(t)/(−dI/dt) ≒I(t)/(b2+c)I(t) =1/(b2+c) ……(5) と表示される。
このように、従来は蓄積電流の寿命計算をI(t)表
示による単一式で評価するため、蓄積電流減衰のモード
が第(3)式の第1項によるものか、第2項によるもの
か究明できず、蓄積電流の寿命計算を正確に短時間にで
きないという問題点があった。
〔発明の目的〕
この発明は、上記の問題点を解決するためになされた
もので、寿命判定を蓄積電流I(t)および電流減衰率
−dI/dtを同時に求めて減衰のモードを第(3)式の第
1項に起因するものか、第2項に起因するものかを判定
し、蓄積電流I(t)の正確な寿命の基準となる蓄積リ
ングの最適運転制御パラメータを選択してガス流入また
はアウトガス量の評価を可能にすることを目的とする。
以下、この発明を図面について説明する。
〔実施例〕
第3図は、この発明を実施するための装置の一実施例
を示す構成ブロック図で、1〜7,BL0〜BL6は第1図と同
一である。8は前記ビームラインBL3上に設けたシリコ
ンダイオード等による放射光測定手段、9はこの放射光
測定手段8で測定した光量から減衰量を演算する演算手
段、10はこの演算手段9から減衰原因を表示する減衰表
示手段、10aはτT表示灯、10bはτe表示灯である。11は
前記演算手段9から求められた演算結果より減衰制御を
行う制御手段で、ビームラインBL0〜BL6を開閉制御する
端子11a,マイクロ波電力PCを電力制御する端子11b,QD
3の励磁電力制御をする端子11c,QF2の励磁電力を制御
する端子11d,B1を励磁電力制御する端子11eを有してい
る。以下、制御動作について説明する。
ビームラインBL3上のガス流入により密度の濃いアウ
トガスが安定軌道に流入し、電子ビーム散乱物質として
停滞して電離され荷電粒子となり、電子ビームと荷電粒
子とのクーロン散乱で電子ビーム電流が減衰するので、
それに応じて放射光も減衰するため、放射光測定手段8
で得た測定値から減衰起因因子を演算手段9で求め、そ
のτT,τe値をτT表示灯10a,τe表示灯10bで例えば、1
0秒毎に演算して表示し、制御パラメータを制御手段11
で各端子11a〜11eに対して制御指令して、蓄積電流Iの
減衰を自動的に補正する。なお、τe表示灯10bが点灯中
はマイクロ波電力PCが減少していることを示し、さら
に、ビームラインBL0〜BL6を閉じた状態であることを示
している。
第4図は、上記実施例の構成で測定した蓄積電流I
(t)の減衰波形図で、τT表示灯10a,τe表示灯10bで
所定時間間隔で表示したものをアナログ的に表現したも
のであり、横軸は蓄積電流I、縦軸は単位時間あたりの
電流減衰率dI/dtを表す。直線IはτT減衰モードでタウ
シェック効果とSRによるアウトガスを主とする減衰を示
し、これは第(3)式の第1項によるものであり、この
とき、τT表示灯10aを表示する。また、途中からの急激
な減衰を示す直線IIはτe減衰モードでビームラインBL3
へのガス流入と高周波空洞7に起因する減衰を示し、こ
れは第(3)式の第2項によるものであり、このときτ
e表示灯10bを表示する。特に、τe減衰モード時には減
衰に起因する要素が高周波空洞7のアウトガスによる場
合、高周波空洞7へのマイクロ波電力PCと高周波空洞
7からの反射電力PRの状態から判定する。オペレータ
はτT,τeの両表示灯10a,10bのいずれが点灯するかに
よって蓄積電流I(t)の減衰原因を知ることができ
る。なお、上記において、電流の減衰率dI/dtから、減
衰がa(タウシェック効果)によるか、b1(アウトガ
ス)よるかは、ともに電流の自乗に比例する項なので、
アウトガスが少なくなると区別できない。しかし、アウ
トガスは少しずつ減少するので日々運転を重ねるとdI/d
tは少しずつ減少する。これは真空槽の内面処理が十分
でなかったことを示しており、場合によっては真空槽交
換の目安となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明は、測定したシンクロ
トロン放射光の光量から荷電粒子の蓄積電流と電流減衰
率を演算し、これらから蓄積リング放射光装置の運転を
制御するようにしたので、減衰起因因子に応じた適確な
制御が可能となり、従来短寿命であった蓄積電流を長寿
命にすることができ、したがって、蓄積リング放射光装
置の利用普及に貢献するところがきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の制御対象である従来の電子蓄積リン
グ放射光測定装置の概略を示すブロック図、第2図は従
来用いられていた蓄積電流と時間との関係を示す減衰波
形図、第3図はこの発明を実施するための装置の一実施
例を示す構成ブロック図、第4図はこの発明で採用した
蓄積電流と電流減衰率との関係を示す図である。 図中、1は45°偏向電磁石、2,3は四重極電磁石、4は
入射用セプタム電磁石、5はモニタ、6はキッカーコイ
ル、7は高周波空洞、8は放射光測定手段、9は演算手
段、10は減衰表示手段、10aはτT表示灯、10bはτe表示
灯、11は制御手段、11a〜11eは端子、BL0〜BLはビーム
ラインである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 鉄夫 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 電子技術総合研究所内 (72)発明者 三角 智久 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 電子技術総合研究所内 (56)参考文献 Proc Symp Accel S ci Technol,4th(1982) P.151−152 IEEE Transactions on Nuclear Scienc e,NS−30[4](1983−8)P. 2944−2946

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子加速器で加速され入射された電子ビー
    ムをリング状の電子軌道上に所定数配列した偏向電磁石
    で前記電子軌道に沿って回転させ、高周波空洞で加速し
    ながら前記偏向電磁石で偏向するときにシンクロトロン
    放射光を発生させる蓄積リング放射光装置における制御
    方法であって、蓄積リングの前記電子軌道上の接線方向
    に放射するシンクロトロン放射光の光量を測定し、この
    測定されたシンクロトロン放射光の光量から荷電粒子の
    蓄積電流と電流減衰率を演算し、この演算で得られた蓄
    積電流と電流減衰率に応じて前記蓄積リング放射光装置
    の運転を制御することを特徴とする蓄積リング放射光装
    置の制御方法。
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