JP2680005B2 - シンクロトロン加速の加速方法 - Google Patents
シンクロトロン加速の加速方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、シンクロトロン加速の加速方法及び円形加
速器に係り、特に、工業用放射光装置において、安定に
大電流を加速するのに好適なシンクロトロン加速の加速
方法及び円形加速器に関する。 〔従来の技術〕 工業用の放射光装置としては、例えば半導体工場に設
置できる小型の装置であること、照射時間の短縮のため
に高輝度（大電流）が得られる装置であることが求めら
れている。これに対しては、円形加速器内に荷電粒子を
低エネルギーで入射してシンクロトロン加速することに
より上記要求を実現する方法がある。 荷電粒子をシンクロトロン加速する場合においては、
低エネルギーの入射荷電粒子を高エネルギーに加速する
際、入射時のビーム電流の負荷のために高周波加速空洞
にビームによるリアクタンス成分が発生する。このリア
クタンス成分のため、高周波加速空洞の共振周波数が、
高周波発振器の発振周波数とずれてくる。この周波数の
ずれを放置しておくと、荷電粒子に対して所定の加速電
圧を与えることができなくなってしまう。この発振周波
数と共振周波数とのずれを周波数変調分又はデチユーン
量と呼び、このずれを補正することを周波数変調又はデ
チユーンと呼ぶ。 従来、荷電粒子のシンクロトロン加速の加速方法は
「高周波加速空洞の特性」（INS−TH−96,東京大学原子
核研究所,1975年２月18日）において論じられているよ
うに、デチユーン量を加速初期から末期まで常に一定と
して、高周波加速空洞への供給電力である高周波電力を
制御し、荷電粒子に対して常に一定の加速電圧を与える
という方法が採られきた。 この従来のシンクロトロン加速の加速方法を第２図中
（Ｘ）で示す。グラフの縦軸は高周波電力を、横軸はデ
チユーン量を表している。グラフの曲線I,IIおよびIII
は、荷電粒子のエネルギーがこの順で大きい場合の高周
波電力とデチユーン量の関係を示している。即ち、Ｉは
荷電粒子の初期エネルギー状態を、IIIは最終到達エネ
ルギー状態を、そしてIIはそれらの中間のエネルギー状
態を表している。 第２図中（Ｘ）で示すように、従来のシンクロトロン
加速の加速方法はデチユーン量を固定し、高周波電力の
みを制御する方法である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来例のように、入射時のデチユーン量を一定に
保ったまま、高周波電力のみを操作する場合には、以下
に述べる問題点がある。 問題点の説明の前に、デチユーン量と高周波電力の関
係を示す。 デチユーン量（Δｆ）は、 Δｆ≡ｆ−f0 で定義される。 （ここで、f:高周波発振器の発振周波数 f0:高周波加速空洞の共振周波数 である。） これは、 Δｆ＝1/2Q0・L0Rs/Vc・sinφｓ・ｆ と表される。 （ここで、Q0:高周波加速空洞の無負荷Ｑ値 I0:ビーム電流 Rs:加速空洞のシヤントインピーダンス Vc:加速空洞電圧 φs:加速位相 である。） この時、ビーム電流I0を加速するのに必要な高周波電
力（Pg）は、 Pg＝Vc2/Rs・（１＋β）2/4β・［tan2ψ ＋2sinφstanψ＋１＋α２＋２αcosφｓ］ で与えられる。 （ここで、tanψ＝2Q0/（１＋β）・Δf/f α＝I0Rs/Vc（１＋β） β：外部回路との結合定数 である。） 上記Δｆ、Pgから、デチユーン量は、ビーム電流
（I0）が大きい程、また加速空洞電圧（Vc）が低い程大
きくなり、一方、高周波電力は、加速空洞電圧（Vc）が
高い程大きくなる傾向を有することがわかる。 従って、入射時のように荷電粒子のエネルギーが低い
場合、加速空洞電圧（Vc）低いとデチユーン量が大きく
なる。その位置でデチユーン量を固定し、高周波電力の
みを操作すると、加速空洞電圧の高い最終エネルギーで
は高周波電力が供給不足となり、目標とする電流値を得
ることができなくなる（第２図中の（Ｚ）で示す加速方
法）。 また、加速空洞電圧（Vc）が大きく、デチユーン量の
小さい最終エネルギー付近のデチユーン量に固定した場
合には、低エネルギー部で安定なシンクロトロン振動の
範囲から逸脱し（位相不安定）、ビーム損失を引き起こ
してしまう（第２図中の（Ｘ）で示す加速方法。尚、グ
ラフ中の曲線Ｉ及びIIの破線部分は位相不安定領域を表
している。）。位相不安定領域ではビーム電流（I0）を
維持することができず、ビーム電流（I0）は減少する。
従って、この加速方法は、大電流を加速するのには適さ
ない。 このように、従来のシンクロトロン加速の加速方法で
は、ビーム損失のない大電流の加速ができないという問
題点が有り、小型かつ高輝度の工業用の放射光装置を得
ることができない。 本発明の目的は、上記のようなビーム損失のない大電
流のシンクロトロン加速を可能とするシンクロトロン加
速の加速方法及び円形加速器を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビーム
が位相不安定になるときのデチューン量と高周波電力値
の関係を荷電粒子ビームのエネルギーごとに求めて位相
安定領域を定め、入射時のデチューン量と高周波電力値
とを位相安定領域に定め、デチューン量と高周波電力値
とを、入射時のデチューン量および高周波電力値から、
位相安定領域でのデチューン量と高周波電力値の関係に
従って変えて、入射された荷電粒子ビームをシンクロト
ロン加速することにある。 〔作用〕 本発明によれば、荷電粒子ビームを入射する時に高周
波加速空洞に設定されるデチューン量および高周波電力
値が位相安定領域に設定されているので、円形加速器に
入射された荷電粒子ビームは、安定なシンクロトロン振
動の範囲から逸脱して失われることなく、大電流の荷電
粒子ビームを蓄積することができる。そして、デチュー
ン量と高周波電力値との制御が荷電粒子ビームのエネル
ギーに対応して位相安定領域で行われるので、荷電粒子
ビームが安定なシンクロトロン振動の範囲から逸脱して
ビーム損失を引き起こすことがなく、円形加速器内に存
在する荷電粒子ビームのビーム電流を維持することがで
きる。したがって、大電流の荷電粒子ビームをシンクロ
トロン加速することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。円形加速器として
蓄積リングを、そして荷電粒子として電子を例にとり説
明する。電子の加速に際しては、放射光の発生があるた
め、高周波電力には電子を加速するための高周波電力の
他に、放射光損失を補償するための供給分が含まれる。 第１図は、ビーム電流500mAを安定に、電子エネルギ
ー15MeVから600MeVに加速する時に必要なヂチユーン量
及び高周波電力を示す。この時、高周波加速空洞のシャ
ントインピーダンスは、0.5MΩ、高周波回路との結合定
数は３に取っている。第１図中、曲線の実線部分は、シ
ンクロトロン振動の位相安定領域を、また、破線部分は
位相不安定領域を示しており、後述するように、本発明
は位相安定領域を常に使用してシンクロトロン加速する
ものである。このために、荷電粒子ビームのエネルギー
によって決まるデチューン量と高周波電力値との関係で
あって、荷電粒子ビームが位相不安定になるときのデチ
ューン量と高周波電力値の関係を、荷電粒子ビームのエ
ネルギーごとに求めて、荷電粒子ビームが安定にシンク
ロトロン振動する位相安定領域を定めておく。 以下、本発明の制御例を説明する。 （制御例Ａ） デチユーン量と高周波電力を同時に制御する方法を第
１図のＡに示す。入射時に必要なデチユーン量及び高周
波電力は、電子のエネルギーが増すとともに、どちらも
変化させている。この本実施例では、デチユーン量と高
周波電力との間に、第１図のＡような直線関係が保存さ
れる。この場合のデチユーン量と電子のエネルギーとの
関係を第３図のａに示す。電子のエネルギーが200MeVま
では、約200KHzとほぼ一定値とし、その後徐々に減少さ
せる。この場合、常にシンクロトロン振動の位相安定領
域を通過するため、加速途中でビーム損失を引き起こす
ことはない。 従来例のようにデチユーン量を固定して高周波電力を
制御する場合Ｘだと、エネルギーが300MeV以下でシンク
ロトロン振動の位相不安定領域に入ってしまうので、こ
の時、ビーム電流500mAを維持することはできなくな
る。この場合、ビーム電流は約1/7の70mAに減少してし
まう。 （制御例Ｂ） 高周波電力を一定として、デチユーン量と制御する加
速方法を第１図のＢに示す。この場合も常に位相安定領
域を得るためビーム損失を起こさない。デチユーン量と
電子のエネルギーの関係を第３図のｂに示す。制御例Ａ
と同様の形状をしているが、低エネルギー部でデチユー
ン量の絶対値が大きいことがわかる。 （制御例Ｃ） 入射時の電流値が非常に大きい場合、例えば I0＝１〔Ａ〕 のときには、デチユーン量は、高周波電力を一定とした
場合には、約1MHzとなるため、第１図のＢの方法は適さ
ない。そこで、この場合には、第１図のＣのように、低
エネルギー部では従来のように入射時のデチユーン量に
固定し高周波電力を調節し、最終エネルギーでの電力値
に達したら高周波電力を固定し、その後は、実施例Ｂの
ようにデチユーン量を制御する方法をとる。第３図のｃ
にそのときのデチユーン量と電子のエネルギーの関係を
示す。 以上に示すような制御例によれば、電子蓄積リングに
対して、高エネルギーの前段加速器を使用しなくてもよ
く、工業用放射光装置を小型化することができるという
利点がある。 また、本発明の加速方法は、第１図のA,B及びＣに示
される加速方法以外であっても、常に位相安定領域を経
由する加速方法であれば、加速途中でビーム損失を引起
こすことがなく、大電流のビームを加速することができ
る。 次に、デチユーン量を変化させる方法について説明す
る。 高周波加速空胴内に摂動物を挿入し、その部位での高
周波の作る電磁場成分を吸収することにより行なう方法
を示す。 摂動物の体積をΔτとすると、 となる。 （ここで、 ω ：摂動物のある時の共振周波数 ω０： 〃 ない時 〃 k ：摂動物の形状により決まる定数 V ：加速空胴の体積 E,H ：高周波の電，磁場成分 μ，ε：透磁率，誘電率 である。） これにより、デチユーン量が小さい時には、 ω−ω０＝Δｆ より、 Δf/f＝ｋ（μH2−εE2）/4U・Δτ でデチユーン量が与えられる。 （ここで、 U:高周波加速空胴に充填されるエネルギー である。） 従って、デチユーン量は、摂動物の体積に比例する。
電子のエネルギーが増すに従いデチユーン量が減るた
め、各エネルギーでのデチユーン量を与えるには、入射
時に、高周波加速空胴内に摂動物を挿入しておき、高周
波加速空胴に挿入してある摂動物の体積を大きくするこ
とにより行う。 デチユーン量の与え方を第５図に示す。第５図は、チ
ユーナ（デチユーン量を与える装置）８と高周波加速空
胴１の空間的な関係を示す図で、第５図中、２は摂動
物、３は駆動装置、４は電子ビーム、５はループカプラ
ー、６は摂動物の駆動方向、７はチユーナ制御装置であ
る。この方法は、高周波加速空胴壁に取り付けられた摂
動物２の高周波加速空胴１内への挿入量を変化させるこ
とにより行うものである（プランジャー型チユーナ）。
低エネルギーから高エネルギーに電子を加速する時、デ
チユーン量は滑らかに減少するため、摂動物２は、入射
エネルギー時のデチユーン量分だけ挿入されていたもの
を徐々に挿入量を増してゆき、最終エネルギー段階でほ
ぼ最大挿入量となるまで来る。要求されるストローク幅
の見積りは、デチユーンん量の絶対値の大きい制御例Ｂ
で代表させる。摂動物（プランジャー）の大きさは150m
mφで、最大のストロークを60mmであるとすると、摂動
物（プランジャー）の移動速度は第４図に示すとおりで
ある。この場合、電子のエネルギーが、200〜300MeVの
時点で最大で、約10mm/secの速さが要求される。これ
は、0.4KHz/MeVの速さに対応する。尚、このように、摂
動物（プランジャー）の移動速度は、始めは非常にゆっ
くりしていて中間のエネルギーでピークを迎えるため、
駆動装置のモーターにかかる力も、始めは小さく徐々に
大きくなってゆく。よって、入射時にモーターへの過負
荷もなく信頼性が向上する。 次に、荷電粒子を加速する段階でデチユーン量を制御
するための制御装置の実施例を第６図及び第７図に例示
する。 第６図は、デチユーン量の制御パターン、例えば第３
図のグラフに示すパターンをあらかじめ制御装置に与え
て、荷電粒子のエネルギー変化とともにデチユーン量を
変化させる方法である。第６図中、３−１は駆動モー
タ、３−２はモータドライブ、７−１はパターン発生回
路、７−２はチユーナ制御回路、９は高周波電源、10は
サーキユレータである。この実施例は、第３図に示すよ
うにあらかじめわかっているデチユーン量の制御パター
ンをパターン発生回路７−１によりチユーナ制御回路７
−２に入れ、制御パターンをモータを駆動するための信
号に変換する。そして、モータドライブ３−２によって
駆動モータ３−１を駆動し、高周波加速空胴１のチユー
ナにある摂動物２を動かして摂動部分の体積を変化させ
ることにより、デチユーン量を制御するものである。 第７図は、デチユーン量の制御装置の他の実施例を示
す。第７図中、７−３はコンパレータ、７−４は位相差
検出回路、７−５は局部発信器、11はダミーロードであ
る。この実施例は、高周波電源１からの高周波と、高周
波加速空胴２から得られる高周波のとの位相差を検出し
て、チユーナ制御回路７−２でその位相差をモータドラ
イブ用電圧に変化させ、位相差を補償するように駆動モ
ータ３−１を駆動し、高周波加速空胴１のチユーナにあ
る摂動物２を動かして摂動部分の体積を変化させるもの
である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、入射時および加速時にデチューン量
および高周波電力は位相安定領域にあるので、円形加速
器に入射された荷電粒子ビームは、安定なシンクロトロ
ン振動の範囲から逸脱して失われることなく、大電流の
荷電粒子ビームを蓄積でき、シンクロトロン加速するこ
とができる。
速器に係り、特に、工業用放射光装置において、安定に
大電流を加速するのに好適なシンクロトロン加速の加速
方法及び円形加速器に関する。 〔従来の技術〕 工業用の放射光装置としては、例えば半導体工場に設
置できる小型の装置であること、照射時間の短縮のため
に高輝度（大電流）が得られる装置であることが求めら
れている。これに対しては、円形加速器内に荷電粒子を
低エネルギーで入射してシンクロトロン加速することに
より上記要求を実現する方法がある。 荷電粒子をシンクロトロン加速する場合においては、
低エネルギーの入射荷電粒子を高エネルギーに加速する
際、入射時のビーム電流の負荷のために高周波加速空洞
にビームによるリアクタンス成分が発生する。このリア
クタンス成分のため、高周波加速空洞の共振周波数が、
高周波発振器の発振周波数とずれてくる。この周波数の
ずれを放置しておくと、荷電粒子に対して所定の加速電
圧を与えることができなくなってしまう。この発振周波
数と共振周波数とのずれを周波数変調分又はデチユーン
量と呼び、このずれを補正することを周波数変調又はデ
チユーンと呼ぶ。 従来、荷電粒子のシンクロトロン加速の加速方法は
「高周波加速空洞の特性」（INS−TH−96,東京大学原子
核研究所,1975年２月18日）において論じられているよ
うに、デチユーン量を加速初期から末期まで常に一定と
して、高周波加速空洞への供給電力である高周波電力を
制御し、荷電粒子に対して常に一定の加速電圧を与える
という方法が採られきた。 この従来のシンクロトロン加速の加速方法を第２図中
（Ｘ）で示す。グラフの縦軸は高周波電力を、横軸はデ
チユーン量を表している。グラフの曲線I,IIおよびIII
は、荷電粒子のエネルギーがこの順で大きい場合の高周
波電力とデチユーン量の関係を示している。即ち、Ｉは
荷電粒子の初期エネルギー状態を、IIIは最終到達エネ
ルギー状態を、そしてIIはそれらの中間のエネルギー状
態を表している。 第２図中（Ｘ）で示すように、従来のシンクロトロン
加速の加速方法はデチユーン量を固定し、高周波電力の
みを制御する方法である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来例のように、入射時のデチユーン量を一定に
保ったまま、高周波電力のみを操作する場合には、以下
に述べる問題点がある。 問題点の説明の前に、デチユーン量と高周波電力の関
係を示す。 デチユーン量（Δｆ）は、 Δｆ≡ｆ−f0 で定義される。 （ここで、f:高周波発振器の発振周波数 f0:高周波加速空洞の共振周波数 である。） これは、 Δｆ＝1/2Q0・L0Rs/Vc・sinφｓ・ｆ と表される。 （ここで、Q0:高周波加速空洞の無負荷Ｑ値 I0:ビーム電流 Rs:加速空洞のシヤントインピーダンス Vc:加速空洞電圧 φs:加速位相 である。） この時、ビーム電流I0を加速するのに必要な高周波電
力（Pg）は、 Pg＝Vc2/Rs・（１＋β）2/4β・［tan2ψ ＋2sinφstanψ＋１＋α２＋２αcosφｓ］ で与えられる。 （ここで、tanψ＝2Q0/（１＋β）・Δf/f α＝I0Rs/Vc（１＋β） β：外部回路との結合定数 である。） 上記Δｆ、Pgから、デチユーン量は、ビーム電流
（I0）が大きい程、また加速空洞電圧（Vc）が低い程大
きくなり、一方、高周波電力は、加速空洞電圧（Vc）が
高い程大きくなる傾向を有することがわかる。 従って、入射時のように荷電粒子のエネルギーが低い
場合、加速空洞電圧（Vc）低いとデチユーン量が大きく
なる。その位置でデチユーン量を固定し、高周波電力の
みを操作すると、加速空洞電圧の高い最終エネルギーで
は高周波電力が供給不足となり、目標とする電流値を得
ることができなくなる（第２図中の（Ｚ）で示す加速方
法）。 また、加速空洞電圧（Vc）が大きく、デチユーン量の
小さい最終エネルギー付近のデチユーン量に固定した場
合には、低エネルギー部で安定なシンクロトロン振動の
範囲から逸脱し（位相不安定）、ビーム損失を引き起こ
してしまう（第２図中の（Ｘ）で示す加速方法。尚、グ
ラフ中の曲線Ｉ及びIIの破線部分は位相不安定領域を表
している。）。位相不安定領域ではビーム電流（I0）を
維持することができず、ビーム電流（I0）は減少する。
従って、この加速方法は、大電流を加速するのには適さ
ない。 このように、従来のシンクロトロン加速の加速方法で
は、ビーム損失のない大電流の加速ができないという問
題点が有り、小型かつ高輝度の工業用の放射光装置を得
ることができない。 本発明の目的は、上記のようなビーム損失のない大電
流のシンクロトロン加速を可能とするシンクロトロン加
速の加速方法及び円形加速器を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明の特徴は、荷電粒子ビーム
が位相不安定になるときのデチューン量と高周波電力値
の関係を荷電粒子ビームのエネルギーごとに求めて位相
安定領域を定め、入射時のデチューン量と高周波電力値
とを位相安定領域に定め、デチューン量と高周波電力値
とを、入射時のデチューン量および高周波電力値から、
位相安定領域でのデチューン量と高周波電力値の関係に
従って変えて、入射された荷電粒子ビームをシンクロト
ロン加速することにある。 〔作用〕 本発明によれば、荷電粒子ビームを入射する時に高周
波加速空洞に設定されるデチューン量および高周波電力
値が位相安定領域に設定されているので、円形加速器に
入射された荷電粒子ビームは、安定なシンクロトロン振
動の範囲から逸脱して失われることなく、大電流の荷電
粒子ビームを蓄積することができる。そして、デチュー
ン量と高周波電力値との制御が荷電粒子ビームのエネル
ギーに対応して位相安定領域で行われるので、荷電粒子
ビームが安定なシンクロトロン振動の範囲から逸脱して
ビーム損失を引き起こすことがなく、円形加速器内に存
在する荷電粒子ビームのビーム電流を維持することがで
きる。したがって、大電流の荷電粒子ビームをシンクロ
トロン加速することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。円形加速器として
蓄積リングを、そして荷電粒子として電子を例にとり説
明する。電子の加速に際しては、放射光の発生があるた
め、高周波電力には電子を加速するための高周波電力の
他に、放射光損失を補償するための供給分が含まれる。 第１図は、ビーム電流500mAを安定に、電子エネルギ
ー15MeVから600MeVに加速する時に必要なヂチユーン量
及び高周波電力を示す。この時、高周波加速空洞のシャ
ントインピーダンスは、0.5MΩ、高周波回路との結合定
数は３に取っている。第１図中、曲線の実線部分は、シ
ンクロトロン振動の位相安定領域を、また、破線部分は
位相不安定領域を示しており、後述するように、本発明
は位相安定領域を常に使用してシンクロトロン加速する
ものである。このために、荷電粒子ビームのエネルギー
によって決まるデチューン量と高周波電力値との関係で
あって、荷電粒子ビームが位相不安定になるときのデチ
ューン量と高周波電力値の関係を、荷電粒子ビームのエ
ネルギーごとに求めて、荷電粒子ビームが安定にシンク
ロトロン振動する位相安定領域を定めておく。 以下、本発明の制御例を説明する。 （制御例Ａ） デチユーン量と高周波電力を同時に制御する方法を第
１図のＡに示す。入射時に必要なデチユーン量及び高周
波電力は、電子のエネルギーが増すとともに、どちらも
変化させている。この本実施例では、デチユーン量と高
周波電力との間に、第１図のＡような直線関係が保存さ
れる。この場合のデチユーン量と電子のエネルギーとの
関係を第３図のａに示す。電子のエネルギーが200MeVま
では、約200KHzとほぼ一定値とし、その後徐々に減少さ
せる。この場合、常にシンクロトロン振動の位相安定領
域を通過するため、加速途中でビーム損失を引き起こす
ことはない。 従来例のようにデチユーン量を固定して高周波電力を
制御する場合Ｘだと、エネルギーが300MeV以下でシンク
ロトロン振動の位相不安定領域に入ってしまうので、こ
の時、ビーム電流500mAを維持することはできなくな
る。この場合、ビーム電流は約1/7の70mAに減少してし
まう。 （制御例Ｂ） 高周波電力を一定として、デチユーン量と制御する加
速方法を第１図のＢに示す。この場合も常に位相安定領
域を得るためビーム損失を起こさない。デチユーン量と
電子のエネルギーの関係を第３図のｂに示す。制御例Ａ
と同様の形状をしているが、低エネルギー部でデチユー
ン量の絶対値が大きいことがわかる。 （制御例Ｃ） 入射時の電流値が非常に大きい場合、例えば I0＝１〔Ａ〕 のときには、デチユーン量は、高周波電力を一定とした
場合には、約1MHzとなるため、第１図のＢの方法は適さ
ない。そこで、この場合には、第１図のＣのように、低
エネルギー部では従来のように入射時のデチユーン量に
固定し高周波電力を調節し、最終エネルギーでの電力値
に達したら高周波電力を固定し、その後は、実施例Ｂの
ようにデチユーン量を制御する方法をとる。第３図のｃ
にそのときのデチユーン量と電子のエネルギーの関係を
示す。 以上に示すような制御例によれば、電子蓄積リングに
対して、高エネルギーの前段加速器を使用しなくてもよ
く、工業用放射光装置を小型化することができるという
利点がある。 また、本発明の加速方法は、第１図のA,B及びＣに示
される加速方法以外であっても、常に位相安定領域を経
由する加速方法であれば、加速途中でビーム損失を引起
こすことがなく、大電流のビームを加速することができ
る。 次に、デチユーン量を変化させる方法について説明す
る。 高周波加速空胴内に摂動物を挿入し、その部位での高
周波の作る電磁場成分を吸収することにより行なう方法
を示す。 摂動物の体積をΔτとすると、 となる。 （ここで、 ω ：摂動物のある時の共振周波数 ω０： 〃 ない時 〃 k ：摂動物の形状により決まる定数 V ：加速空胴の体積 E,H ：高周波の電，磁場成分 μ，ε：透磁率，誘電率 である。） これにより、デチユーン量が小さい時には、 ω−ω０＝Δｆ より、 Δf/f＝ｋ（μH2−εE2）/4U・Δτ でデチユーン量が与えられる。 （ここで、 U:高周波加速空胴に充填されるエネルギー である。） 従って、デチユーン量は、摂動物の体積に比例する。
電子のエネルギーが増すに従いデチユーン量が減るた
め、各エネルギーでのデチユーン量を与えるには、入射
時に、高周波加速空胴内に摂動物を挿入しておき、高周
波加速空胴に挿入してある摂動物の体積を大きくするこ
とにより行う。 デチユーン量の与え方を第５図に示す。第５図は、チ
ユーナ（デチユーン量を与える装置）８と高周波加速空
胴１の空間的な関係を示す図で、第５図中、２は摂動
物、３は駆動装置、４は電子ビーム、５はループカプラ
ー、６は摂動物の駆動方向、７はチユーナ制御装置であ
る。この方法は、高周波加速空胴壁に取り付けられた摂
動物２の高周波加速空胴１内への挿入量を変化させるこ
とにより行うものである（プランジャー型チユーナ）。
低エネルギーから高エネルギーに電子を加速する時、デ
チユーン量は滑らかに減少するため、摂動物２は、入射
エネルギー時のデチユーン量分だけ挿入されていたもの
を徐々に挿入量を増してゆき、最終エネルギー段階でほ
ぼ最大挿入量となるまで来る。要求されるストローク幅
の見積りは、デチユーンん量の絶対値の大きい制御例Ｂ
で代表させる。摂動物（プランジャー）の大きさは150m
mφで、最大のストロークを60mmであるとすると、摂動
物（プランジャー）の移動速度は第４図に示すとおりで
ある。この場合、電子のエネルギーが、200〜300MeVの
時点で最大で、約10mm/secの速さが要求される。これ
は、0.4KHz/MeVの速さに対応する。尚、このように、摂
動物（プランジャー）の移動速度は、始めは非常にゆっ
くりしていて中間のエネルギーでピークを迎えるため、
駆動装置のモーターにかかる力も、始めは小さく徐々に
大きくなってゆく。よって、入射時にモーターへの過負
荷もなく信頼性が向上する。 次に、荷電粒子を加速する段階でデチユーン量を制御
するための制御装置の実施例を第６図及び第７図に例示
する。 第６図は、デチユーン量の制御パターン、例えば第３
図のグラフに示すパターンをあらかじめ制御装置に与え
て、荷電粒子のエネルギー変化とともにデチユーン量を
変化させる方法である。第６図中、３−１は駆動モー
タ、３−２はモータドライブ、７−１はパターン発生回
路、７−２はチユーナ制御回路、９は高周波電源、10は
サーキユレータである。この実施例は、第３図に示すよ
うにあらかじめわかっているデチユーン量の制御パター
ンをパターン発生回路７−１によりチユーナ制御回路７
−２に入れ、制御パターンをモータを駆動するための信
号に変換する。そして、モータドライブ３−２によって
駆動モータ３−１を駆動し、高周波加速空胴１のチユー
ナにある摂動物２を動かして摂動部分の体積を変化させ
ることにより、デチユーン量を制御するものである。 第７図は、デチユーン量の制御装置の他の実施例を示
す。第７図中、７−３はコンパレータ、７−４は位相差
検出回路、７−５は局部発信器、11はダミーロードであ
る。この実施例は、高周波電源１からの高周波と、高周
波加速空胴２から得られる高周波のとの位相差を検出し
て、チユーナ制御回路７−２でその位相差をモータドラ
イブ用電圧に変化させ、位相差を補償するように駆動モ
ータ３−１を駆動し、高周波加速空胴１のチユーナにあ
る摂動物２を動かして摂動部分の体積を変化させるもの
である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、入射時および加速時にデチューン量
および高周波電力は位相安定領域にあるので、円形加速
器に入射された荷電粒子ビームは、安定なシンクロトロ
ン振動の範囲から逸脱して失われることなく、大電流の
荷電粒子ビームを蓄積でき、シンクロトロン加速するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のシンクロトロン加速の加速方法の一
実施例を示す図で、シンクロトロン加速時のデチユーン
量と高周波電力の関係を示す図、第２図は、従来のシン
クロトロン加速の加速方法の説明図で、シンクロトロン
加速時のデチユーン量と高周波電力の関係を示す図、第
３図は、第１図に示す本発明の実施例に対応するデチユ
ーン量と電子エネルギーの関係を示す図、第４図は、高
周波電力を一定としたときのデチユーン量を与える時の
プランジャー型チユーナの移動速度を示す図、第５図
は、チユーナと高周波加速空胴の空間的な関係を示す
図、第６図及び第７図は本発明の実施に必要なチユーナ
制御装置の実施例を示す図である。
実施例を示す図で、シンクロトロン加速時のデチユーン
量と高周波電力の関係を示す図、第２図は、従来のシン
クロトロン加速の加速方法の説明図で、シンクロトロン
加速時のデチユーン量と高周波電力の関係を示す図、第
３図は、第１図に示す本発明の実施例に対応するデチユ
ーン量と電子エネルギーの関係を示す図、第４図は、高
周波電力を一定としたときのデチユーン量を与える時の
プランジャー型チユーナの移動速度を示す図、第５図
は、チユーナと高周波加速空胴の空間的な関係を示す
図、第６図及び第７図は本発明の実施に必要なチユーナ
制御装置の実施例を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西 政嗣
茨城県日立市森山町1168番地 株式会社
日立製作所エネルギー研究所内
(72)発明者 柴山 昭則
東京都千代田区内幸町１丁目１番６号
日本電信電話株式会社内
(56)参考文献 特開 昭63−274100（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．高周波加速空胴を有する円形加速器に荷電粒子ビー
ムを入射し、高周波電力を前記高周波加速空胴に供給
し、荷電粒子ビームがシンクロトロン加速されるに従っ
て、前記高周波加速空胴のチューナを駆動して前記高周
波加速空胴に接続された高周波発振器の発振周波数と前
記高周波加速空胴の共振周波数とのずれであるデチュー
ン量を変えるシンクロトロン加速の加速方法において、 荷電粒子ビームのエネルギーによって決まる前記デチュ
ーン量と前記高周波電力値との関係であって、荷電粒子
ビームが位相不安定になるときのデチューン量と高周波
電力値の関係を、荷電粒子ビームのエネルギーごとに求
めて、荷電粒子ビームが安定にシンクロトロン振動する
位相安定領域を定め、入射時のデチューン量と高周波電
力値とを、入射される荷電粒子ビームのエネルギーによ
って決まる前記関係における前記位相安定領域に定める
ステップと、前記デチューン量と前記高周波電力値と
を、前記入射時のデチューン量および高周波電力値か
ら、前記位相安定領域での前記関係に従って変えて、入
射された前記荷電粒子ビームをシンクロトロン加速する
ステップとからなることを特徴とするシンクロトロン加
速の加速方法。 ２．高周波加速空胴を有する円形加速器に荷電粒子ビー
ムを入射し、高周波電力を前記高周波加速空胴に供給
し、荷電粒子ビームがシンクロトロン加速されるに従っ
て、前記高周波加速空胴のチューナを駆動して前記高周
波加速空胴に接続された高周波発振器の発振周波数と前
記高周波加速空胴の共振周波数とのずれであるデチュー
ン量を変えるシンクロトロン加速の加速方法であって、 荷電粒子ビームのエネルギーによって決まる前記デチュ
ーン量と前記高周波電力値との関係であって、荷電粒子
ビームが位相不安定になるときのデチューン量と高周波
電力値の関係を、荷電粒子ビームのエネルギーごとに求
めて、荷電粒子ビームが安定にシンクロトロン振動する
位相安定領域を定め、入射時のデチューン量と高周波電
力値とを、入射される荷電粒子ビームのエネルギーによ
って決まる前記関係における前記位相安定領域に定める
ステップと、前記デチューン量と前記高周波電力値と
を、前記入射時のデチューン量および高周波電力値か
ら、前記位相安定領域での前記関係に従って変えて、入
射された前記荷電粒子ビームをシンクロトロン加速する
ステップとからなることを特徴とするシンクロトロン加
速の加速方法において、 前記デチューンと前記高周波電力とを、前記入射時のデ
チューン量および高周波電力値から、前記位相安定領域
での前記関係に従って予め求められた変化パターンに従
って変えることを特徴とするシンクロトロン加速の加速
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300235A JP2680005B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | シンクロトロン加速の加速方法 |
| EP88120019A EP0318979B1 (en) | 1987-11-30 | 1988-11-30 | Method of synchrotron acceleration and circular accelerator |
| US07/277,989 US4992745A (en) | 1987-11-30 | 1988-11-30 | Method of synchrotron acceleration and circular accelerator |
| DE3854261T DE3854261T2 (de) | 1987-11-30 | 1988-11-30 | Verfahren zur Synchrotronbeschleunigung und Ringbeschleuniger. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300235A JP2680005B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | シンクロトロン加速の加速方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01143199A JPH01143199A (ja) | 1989-06-05 |
| JP2680005B2 true JP2680005B2 (ja) | 1997-11-19 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62300235A Expired - Fee Related JP2680005B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | シンクロトロン加速の加速方法 |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP0318979B1 (ja) |
| JP (1) | JP2680005B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0732079B2 (ja) * | 1986-02-26 | 1995-04-10 | 株式会社日立製作所 | 電子ビ−ム安定化法 |
| JPS63141300A (ja) * | 1986-12-02 | 1988-06-13 | 株式会社東芝 | シンクロトロン加速装置 |
| JPS63274100A (ja) * | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Toshiba Corp | 高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62300235A patent/JP2680005B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-11-30 EP EP88120019A patent/EP0318979B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-30 US US07/277,989 patent/US4992745A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-30 DE DE3854261T patent/DE3854261T2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3854261D1 (de) | 1995-09-07 |
| JPH01143199A (ja) | 1989-06-05 |
| EP0318979A3 (en) | 1990-01-31 |
| EP0318979A2 (en) | 1989-06-07 |
| EP0318979B1 (en) | 1995-08-02 |
| US4992745A (en) | 1991-02-12 |
| DE3854261T2 (de) | 1996-03-21 |
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|---|---|---|---|
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