JP2799907B2 - ビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置 - Google Patents
ビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置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、サイクロトロンにおいてその中心領域にお
けるビームの状態を調整する調整用パラメータを設定す
る際、調整用パラメータの設定可能領域を表示するため
の表示装置に関する。
けるビームの状態を調整する調整用パラメータを設定す
る際、調整用パラメータの設定可能領域を表示するため
の表示装置に関する。
（従来の技術） 一般に、サイクロトロンでは、入射ビームを加速面に
入射する入射系、入射ビームを加速面，すなわち中心領
域で周回軌道運動させるため加速面に対して垂直に磁場
を発生させるためのマグネット系、及び入射ビームを加
速するための加速電界を発生する高周波系、及び、加速
ビームを引き出す引出系が備えられている。
入射する入射系、入射ビームを加速面，すなわち中心領
域で周回軌道運動させるため加速面に対して垂直に磁場
を発生させるためのマグネット系、及び入射ビームを加
速するための加速電界を発生する高周波系、及び、加速
ビームを引き出す引出系が備えられている。
このようなサイクロトロンでは、最適な加速ビームを
引き出すため各系においてビーム電流を観測してこれら
ビーム電流に基づいて各系において調整用パラメータを
調節するようにしている。調整用パラメータとしては，
電磁石，磁気レンズ，高周波装置等の要因があげられ
る。
引き出すため各系においてビーム電流を観測してこれら
ビーム電流に基づいて各系において調整用パラメータを
調節するようにしている。調整用パラメータとしては，
電磁石，磁気レンズ，高周波装置等の要因があげられ
る。
（発明が解決しようとする課題） ところで、従来のサイクロトロンでは、予め各系にお
ける調整用パラメータを初期設定値として設定してお
く。その後、ビーム電流を観測してビーム電流の変化に
基づいて各調整用パラメータを変更してビーム電流が最
大となる調整用パラメータを設定するようにしている。
ける調整用パラメータを初期設定値として設定してお
く。その後、ビーム電流を観測してビーム電流の変化に
基づいて各調整用パラメータを変更してビーム電流が最
大となる調整用パラメータを設定するようにしている。
しかしながら、従来のように調整用パラメータを変更
する際には、オペレータが試行錯誤によって各調整用パ
ラメータを微調整しなければならず、調整用パラメータ
の調整が極めて面倒であるという問題点がある。
する際には、オペレータが試行錯誤によって各調整用パ
ラメータを微調整しなければならず、調整用パラメータ
の調整が極めて面倒であるという問題点がある。
本発明の課題は調整用パラメータを調整する際、ビー
ム電流を最大にするための調整用パラメータ設定可能領
域を表示することのできる表示装置を提供することにあ
る。
ム電流を最大にするための調整用パラメータ設定可能領
域を表示することのできる表示装置を提供することにあ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、入射ビームを加速面に導く入射系を
備え、該入射系は複数の磁気レンズを有するレンズ群と
該レンズ群の後端側に配置されたインフレクタとを備え
ており、前記入射系から入射されたビームを中心領域で
周回軌道運動をさせつつ加速して該加速ビームを取り出
すようにしたサイクロトロンに用いられ、前記中心領域
における調整用パラメータの設定可能領域の算出に必要
なデータを入力する手段と，前記中心領域のビーム軌道
を調整するための調整用パラメータを設定する設定手段
と、あらかじめ作成された前記中心領域のビーム軌道の
近似式にもとづいてパラメータ設定領域を算出する手段
と，該パラメータ設定領域を表示する表示手段とを有
し、前記パラメータ設定領域を前記ビーム調整用パラメ
ータ設定可能領域とするようにしたことを特徴とするビ
ーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置が得られ
る。
備え、該入射系は複数の磁気レンズを有するレンズ群と
該レンズ群の後端側に配置されたインフレクタとを備え
ており、前記入射系から入射されたビームを中心領域で
周回軌道運動をさせつつ加速して該加速ビームを取り出
すようにしたサイクロトロンに用いられ、前記中心領域
における調整用パラメータの設定可能領域の算出に必要
なデータを入力する手段と，前記中心領域のビーム軌道
を調整するための調整用パラメータを設定する設定手段
と、あらかじめ作成された前記中心領域のビーム軌道の
近似式にもとづいてパラメータ設定領域を算出する手段
と，該パラメータ設定領域を表示する表示手段とを有
し、前記パラメータ設定領域を前記ビーム調整用パラメ
ータ設定可能領域とするようにしたことを特徴とするビ
ーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置が得られ
る。
（作用） 本発明では、ビームの加速条件（加速粒子の種類，エ
ネルギー，電荷数等）が決まった時点でオフラインで位
相スリット直前での軌道半径を表わす近似式を求めてお
き，実際の調整時にはその近似式にもとずいてパラメー
タ設定領域を算出し、このパラメータ設定領域をビーム
調整用パラメータ設定可能領域として表示する。
ネルギー，電荷数等）が決まった時点でオフラインで位
相スリット直前での軌道半径を表わす近似式を求めてお
き，実際の調整時にはその近似式にもとずいてパラメー
タ設定領域を算出し、このパラメータ設定領域をビーム
調整用パラメータ設定可能領域として表示する。
従って、オペレータはこの表示されたビーム調整用パ
ラメータ設定可能領域内でロータリエンコーダ，マウス
等の設定手段により調整パラメータを微調整すればよ
く、その結果、ビームを容易に最適状態とすることがで
きる。
ラメータ設定可能領域内でロータリエンコーダ，マウス
等の設定手段により調整パラメータを微調整すればよ
く、その結果、ビームを容易に最適状態とすることがで
きる。
（実施例） 以下本発明について実施例によって説明する。
第１図を参照して，一般に、サイクロトロンは入射系
１、Ｎ極2NとＳ極2Sとによる主電磁石を有するマグネッ
ト系２、高周波系３、及びデフレクタを有する引出系４
を備えており、入射系１は複数の磁気レンズ1Lを有する
レンズ群とこのレンズ群の後端側に配置されたインフレ
クタとを備えている。
１、Ｎ極2NとＳ極2Sとによる主電磁石を有するマグネッ
ト系２、高周波系３、及びデフレクタを有する引出系４
を備えており、入射系１は複数の磁気レンズ1Lを有する
レンズ群とこのレンズ群の後端側に配置されたインフレ
クタとを備えている。
入射ビームは入射系１によってディー電極５上の加速
面に入射され、マグネット系２から加速面に垂直に加え
られる磁場によって周回軌道運動を行う。一方、高周波
系３によって入射ビームには高周波加速電界が加えら
れ、これによって、入射ビームが加速される。そして、
引出系４から加速ビームが引き出される。この際、各系
毎にビーム電流がビーム電流検出センサによって検出さ
れる。
面に入射され、マグネット系２から加速面に垂直に加え
られる磁場によって周回軌道運動を行う。一方、高周波
系３によって入射ビームには高周波加速電界が加えら
れ、これによって、入射ビームが加速される。そして、
引出系４から加速ビームが引き出される。この際、各系
毎にビーム電流がビーム電流検出センサによって検出さ
れる。
第２図を参照して，本発明による設定可能領域表示装
置は，サイクロトロンの中心領域における調整用パラメ
ータの設定可能領域の算出に必要なデータを入力するビ
ーム条件入力装置11,演算装置（以下,CPUと呼ぶ）12,及
びディスプレイ13を備えている。ビーム条件としては，
加速粒子の種類，エネルギー，電荷数等があげられる。
CPU12には，調整用パラメータの設定手段として，値の
変更の容易なロータリエンコーダ14あるいはマウス15等
が接続されている。
置は，サイクロトロンの中心領域における調整用パラメ
ータの設定可能領域の算出に必要なデータを入力するビ
ーム条件入力装置11,演算装置（以下,CPUと呼ぶ）12,及
びディスプレイ13を備えている。ビーム条件としては，
加速粒子の種類，エネルギー，電荷数等があげられる。
CPU12には，調整用パラメータの設定手段として，値の
変更の容易なロータリエンコーダ14あるいはマウス15等
が接続されている。
CPU12にはまた，サイクロトロンの中心領域における
磁場データ，電場データを記憶した磁場データベース1
6,電場データベース17が接続されている。
磁場データ，電場データを記憶した磁場データベース1
6,電場データベース17が接続されている。
第３図はサイクロトロンの中心領域の構造とビーム軌
道の表示例を示し，インフレクタの出口21,プラー22,第
1,第２の位相スリット23,24が示されている。
道の表示例を示し，インフレクタの出口21,プラー22,第
1,第２の位相スリット23,24が示されている。
インフレクタ出口21より２つの位相スリット23,24ま
での区間を中心領域ブロックと呼ぶ。
での区間を中心領域ブロックと呼ぶ。
インフレクタにより加速平面に導かれたビームは，中
心磁場による偏向力とディー電極による加速力を受けて
三次元空間における曲線運動を行う。そして，中心領域
における粒子の運動は， で表わされる。（但し， ｑは粒子の電荷,Eは電場， を表わす。） 上記の微分方程式を微小時間Δｔ毎に解いてｖ・Δｔ
の変位を順次累算してゆくことにより，ある初期条件の
粒子の軌道を求めることができる。
心磁場による偏向力とディー電極による加速力を受けて
三次元空間における曲線運動を行う。そして，中心領域
における粒子の運動は， で表わされる。（但し， ｑは粒子の電荷,Eは電場， を表わす。） 上記の微分方程式を微小時間Δｔ毎に解いてｖ・Δｔ
の変位を順次累算してゆくことにより，ある初期条件の
粒子の軌道を求めることができる。
中心領域の調整用パラメータとして，例えばディー電
圧，中心領域の磁場，ビーム入射位相の３つを選び，こ
れらのいずれかを変化させた時の他の調整用パラメータ
の設定可能領域をアルタイムに計算し表示するのが本発
明の目的である。これは，第３図に示したプラー22,第
1,第２の位相スリット23,24等にビームがあたらないよ
うに通過させる必要があるからである。
圧，中心領域の磁場，ビーム入射位相の３つを選び，こ
れらのいずれかを変化させた時の他の調整用パラメータ
の設定可能領域をアルタイムに計算し表示するのが本発
明の目的である。これは，第３図に示したプラー22,第
1,第２の位相スリット23,24等にビームがあたらないよ
うに通過させる必要があるからである。
第３図に示した３種類のビーム軌道は，ディー電圧を
40,50,60kVに設定した時の粒子の運動をRK（Runge−Kut
ta−Gill）法で計算したものである。
40,50,60kVに設定した時の粒子の運動をRK（Runge−Kut
ta−Gill）法で計算したものである。
上述した理由で，ディー電圧，中心領域の磁場，ビー
ム入射位相を微調整して，ビームがプラー22で遮断され
ることなく，しかも第1,第２の位相スリット23,24を通
過する条件の探索をリアルタイムで行う必要がある。
ム入射位相を微調整して，ビームがプラー22で遮断され
ることなく，しかも第1,第２の位相スリット23,24を通
過する条件の探索をリアルタイムで行う必要がある。
ここで，前述したRK法によってビーム軌道の全体像を
比較的正確に求めることができるが，逐次計算のために
長い計算時間を必要とする。（例えば,VAX3100で１粒子
のトレースに約４秒必要である。）このため,RK法によ
る軌道計算方法にもとづいて調整時にリアルタイムで設
定可能領域を探索することは現実的でない。
比較的正確に求めることができるが，逐次計算のために
長い計算時間を必要とする。（例えば,VAX3100で１粒子
のトレースに約４秒必要である。）このため,RK法によ
る軌道計算方法にもとづいて調整時にリアルタイムで設
定可能領域を探索することは現実的でない。
そこで，軌道の近似モデルを作成し，それに基づいて
設定可能領域を算出する。中心領域のアクセプタンスを
決めているのは,2つの位相スリットの位置rs1,rs2とギ
ャップds1,ds2であり，位相スリットの位置での粒子の
軌道半径r1,r2が rs1−ds1/2＜r1＜rs1＋ds1/2 （２） rs2−ds2/2＜rs2＜rs2＋ds2/2 （３） を満たしていれば，その粒子は中心領域を通過すること
になる。つまり，設定可能領域を計算するためには,r1,
r2とディー電圧v,初期位相φ，中心磁場の増分ｍの関数
関係,r1＝f1（v,φ,m）および,r2＝f2（v,φ,m）がわか
ればよい。この関数f1,f2については次数，係数とも不
明であるので，あらかじめ関数形を決めずに周知のGMDH
法を用いて近似式を導出する。
設定可能領域を算出する。中心領域のアクセプタンスを
決めているのは,2つの位相スリットの位置rs1,rs2とギ
ャップds1,ds2であり，位相スリットの位置での粒子の
軌道半径r1,r2が rs1−ds1/2＜r1＜rs1＋ds1/2 （２） rs2−ds2/2＜rs2＜rs2＋ds2/2 （３） を満たしていれば，その粒子は中心領域を通過すること
になる。つまり，設定可能領域を計算するためには,r1,
r2とディー電圧v,初期位相φ，中心磁場の増分ｍの関数
関係,r1＝f1（v,φ,m）および,r2＝f2（v,φ,m）がわか
ればよい。この関数f1,f2については次数，係数とも不
明であるので，あらかじめ関数形を決めずに周知のGMDH
法を用いて近似式を導出する。
入力データｘ＝｛v,φ,m｝は幾通りかの設定値の組に
おける軌道半径をRK法により算出して用いる。また，基
礎関数は，次式を用いる。
おける軌道半径をRK法により算出して用いる。また，基
礎関数は，次式を用いる。
ｚ＝a0＋a1x1＋a2x2＋a3x1 2 ＋a4x2 2＋a5x1x2 （４） 本装置においては，ビームの加速条件（粒子種類，エ
ネルギーなど）が決まった時点でオフラインで近似式を
求めておき，調整時には，オンラインでr1,r2を近似計
算することにより，表示のリアルタイム性を確保してい
る。
ネルギーなど）が決まった時点でオフラインで近似式を
求めておき，調整時には，オンラインでr1,r2を近似計
算することにより，表示のリアルタイム性を確保してい
る。
次に，調整用パラメータの設定可能領域を算出するた
めに式（２），（３）を満たさない程度を表す関数ｗ
（v,φ,m）を ｗ＝w1 2＋w2 2 （５） w1＝max（|r1−rs1|−ds1/2,0） w2＝max（|r2−rS2|−ds2/2,0） と定義し，それを目的関数とする非線形最小化問題とし
て定式化する。ｗ＝０となる領域をすでに提案した方法
（特願平２−165528号）で求めれば，それが設定可能領
域である。その一例を第４図に示す。第４図（ａ）は入
射ビーム位相とディー電圧との間の表示例を示し，第４
図（ｂ）は中心磁場とディー電圧との間の表示例を示
す。現在の設定値はクロスカーソルで示す。
めに式（２），（３）を満たさない程度を表す関数ｗ
（v,φ,m）を ｗ＝w1 2＋w2 2 （５） w1＝max（|r1−rs1|−ds1/2,0） w2＝max（|r2−rS2|−ds2/2,0） と定義し，それを目的関数とする非線形最小化問題とし
て定式化する。ｗ＝０となる領域をすでに提案した方法
（特願平２−165528号）で求めれば，それが設定可能領
域である。その一例を第４図に示す。第４図（ａ）は入
射ビーム位相とディー電圧との間の表示例を示し，第４
図（ｂ）は中心磁場とディー電圧との間の表示例を示
す。現在の設定値はクロスカーソルで示す。
なお，入射ビームはインフレクタの中心軌道に対し
て，半径方向（Δｒ），角度方向（Δpr）に分布がある
が，ここでは中心軌道に乗っている粒子（Δｒ＝0,Δpr
＝０）で入射ビームを代表して，設定可能領域を求め
た。
て，半径方向（Δｒ），角度方向（Δpr）に分布がある
が，ここでは中心軌道に乗っている粒子（Δｒ＝0,Δpr
＝０）で入射ビームを代表して，設定可能領域を求め
た。
オペレータは第４図（ａ），（ｂ）に示されるような
表示を監視しながらロータリエンコーダ14やマウス15に
よりディー電圧，中心磁場，ビーム入射位相を微調整
し，ビームが２つの位相スリットを通過するのに最適な
調整用パラメータを求める。なお，要求される取出しビ
ーム品質に応じて，この中心領域ブロックのアクセプタ
ンスを決めている位相スリットの位置，幅を調整するこ
ともできる。
表示を監視しながらロータリエンコーダ14やマウス15に
よりディー電圧，中心磁場，ビーム入射位相を微調整
し，ビームが２つの位相スリットを通過するのに最適な
調整用パラメータを求める。なお，要求される取出しビ
ーム品質に応じて，この中心領域ブロックのアクセプタ
ンスを決めている位相スリットの位置，幅を調整するこ
ともできる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明では、表示装置にリアルタ
イムに調整用パラメータ設定可能領域を表示するように
したから、オペレータはこの表示されたビーム調整用パ
ラメータ設定可能領域内で調整パラメータを微調整すれ
ばよく、その結果、ビームを容易に最適状態とすること
ができるという効果がある。
イムに調整用パラメータ設定可能領域を表示するように
したから、オペレータはこの表示されたビーム調整用パ
ラメータ設定可能領域内で調整パラメータを微調整すれ
ばよく、その結果、ビームを容易に最適状態とすること
ができるという効果がある。
第１図は本発明が適用されるサイクロトロンの概略図，
第２図は本発明によるビーム調整用パラメータ設定可能
領域表示装置の一実施例を概略的に示すブロック図、第
３図はサイクロトロンの中心領域の構造とビーム軌道を
例示した図，第４図はディスプレイ装置上の調整用パラ
メータ設定可能領域を二次元的に示す図。 11……ビーム条件入力装置、12……演算装置（CPU）、1
3……ディスプレイ、14……ロータリエンコーダ,15……
マウス、21……インフレクタの出口,22……プラー,23,2
4……第1,第２の位相スリット。
第２図は本発明によるビーム調整用パラメータ設定可能
領域表示装置の一実施例を概略的に示すブロック図、第
３図はサイクロトロンの中心領域の構造とビーム軌道を
例示した図，第４図はディスプレイ装置上の調整用パラ
メータ設定可能領域を二次元的に示す図。 11……ビーム条件入力装置、12……演算装置（CPU）、1
3……ディスプレイ、14……ロータリエンコーダ,15……
マウス、21……インフレクタの出口,22……プラー,23,2
4……第1,第２の位相スリット。
Claims (2)
- 【請求項１】入射ビームを加速面に導く入射系を備え、
該入射系は複数の磁気レンズを有するレンズ群と該レン
ズ群の後端側に配置されたインフレクタとを備えてお
り、前記入射系から入射されたビームを中心領域で周回
軌道運動をさせつつ加速して該加速ビームを取り出すよ
うにしたサイクロトロンに用いられ、前記中心領域にお
ける調整用パラメータの設定可能領域の算出に必要なデ
ータを入力する手段と，前記中心領域のビーム軌道を調
整するための調整用パラメータを設定する設定手段と、
あらかじめ作成された前記中心領域のビーム軌道の近似
式にもとづいてパラメータ設定領域を算出する手段と，
該パラメータ設定領域を表示する表示手段とを有し、前
記パラメータ設定領域を前記ビーム調整用パラメータ設
定可能領域とするようにしたことを特徴とするビーム調
整用パラメータの設定可能領域表示装置。 - 【請求項２】請求項１記載のビーム調整用パラメータの
設定可能領域表示装置において、前記調整用パラメータ
は，ディー電圧，初期位相，中心磁場であることを特徴
とするビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27943990A JP2799907B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | ビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27943990A JP2799907B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | ビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04155800A JPH04155800A (ja) | 1992-05-28 |
| JP2799907B2 true JP2799907B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=17611087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27943990A Expired - Fee Related JP2799907B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | ビーム調整用パラメータの設定可能領域表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2799907B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6663618B2 (ja) * | 2016-06-02 | 2020-03-13 | 株式会社日立製作所 | 加速器および粒子線照射装置 |
-
1990
- 1990-10-19 JP JP27943990A patent/JP2799907B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04155800A (ja) | 1992-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |