JP2892562B2 - Circular accelerator and its operation method - Google Patents

Circular accelerator and its operation method

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JP2892562B2 JP31172692A JP31172692A JP2892562B2 JP 2892562 B2 JP2892562 B2 JP 2892562B2 JP 31172692 A JP31172692 A JP 31172692A JP 31172692 A JP31172692 A JP 31172692A JP 2892562 B2 JP2892562 B2 JP 2892562B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子ビ−ムを周回さ
せる円形加速器に係り、特に、出射ビームで高精度の実
験等を行うのに好適な円形加速器とその運転方法に関す
る。
The present invention relates to a charged particle bi - relates to circular acceleration device for orbiting the beam, in particular, suitable circular accelerator to perform a highly accurate experiments with the outgoing beam and regarding the operating method thereof <br />

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の円形加速器では、電子やイオンの
荷電粒子ビ−ムを周回させながら加速し、その周回軌道
から荷電粒子を出射し、この荷電粒子を輸送系で輸送
し、物理実験等に使用している。荷電粒子ビ−ムを周回
軌道から出射させる方法として、ビ−ムの横方向の振動
であるベ−タトロン振動の共鳴を用いた共鳴出射法が用
いられている。
2. Description of the Related Art A conventional circular accelerator accelerates while orbiting a charged particle beam of electrons or ions, emits charged particles from its orbit, transports the charged particles by a transport system, and performs physical experiments. Used for As a method for emitting a charged particle beam from a circular orbit, a resonance emission method using resonance of betatron oscillation, which is a lateral vibration of the beam, is used.

【0003】ベ−タトロン振動の共鳴とは次のような現
象である。荷電粒子は水平あるいは垂直方向にベ−タト
ロン振動しながら周回する。一周あたりのベ−タトロン
振動数をチュ−ンという。チュ−ンは周回軌道上に設置
した四極磁石の励磁量を調整することで制御可能であ
る。また、周回軌道上に六極以上の多重極磁石を設置す
ると、チュ−ンはベ−タトロン振幅(ベ−タトロン振動
の振幅)によっても変わる。ここで混乱を避けるため、
ベ−タトロン振幅が零近傍の粒子のチュ−ンのことを基
本チュ−ンと呼ぶことにする。以下、単にチュ−ンとい
うときは、ある有限のベ−タトロン振幅をもつ粒子のチ
ュ−ンを意味することにする。
[0003] The resonance of betatron oscillation is the following phenomenon. The charged particles orbit while oscillating betatrons in the horizontal or vertical direction. The betatron frequency per revolution is called a tune. The tune can be controlled by adjusting the amount of excitation of the quadrupole magnet installed on the orbit. Further, when a multipole magnet having six or more poles is provided on the orbit, the tune changes depending on the betatron amplitude (amplitude of betatron oscillation). To avoid confusion here,
A tune of a particle whose betatron amplitude is close to zero is called a basic tune. Hereinafter, the term "tune" simply means a tune of a particle having a certain finite betatron amplitude.

【0004】ここで、基本チュ−ンを整数+p/q
(p、q:既約整数)の共鳴点に近付けると同時に、前
述の多重極磁石を励磁すると、周回している多数の荷電
粒子のうち、ある一定以上のベ−タトロン振幅を持つ荷
電粒子のチュ−ンが共鳴点に一致し、ベ−タトロン振幅
が急激に大きくなる。この現象をベ−タトロン振動の共
鳴という。チュ−ンが共鳴点に一致するときのベ−タト
ロン振幅をベ−タトロン振動の安定限界と呼ぶ。この安
定限界におけるベ−タトロン振幅は、基本チュ−ンが共
鳴点に近いほど小さくなる。
Here, the basic tune is represented by an integer + p / q
(P, q: an irreducible integer) and at the same time, when the above-described multipole magnet is excited, the charged particles having a betatron amplitude greater than or equal to a certain value among a large number of orbiting charged particles are excited. The tune coincides with the resonance point, and the betatron amplitude sharply increases. This phenomenon is called betatron oscillation resonance. The betatron amplitude when the tune coincides with the resonance point is called the stability limit of betatron oscillation. The betatron amplitude at this stability limit becomes smaller as the basic tune is closer to the resonance point.

【0005】そこで、従来は、基本チュ−ンを徐々に共
鳴点に近付けながら、安定限界の大きさを徐々に小さく
していき、ベ−タトロン振幅が大きな粒子から徐々に出
射させていた。これが、通常、一般的に使われている共
鳴出射法である。この共鳴出射法では、安定限界の変化
とともにビ−ムの出射角が変動してしまうので、これを
補正するために、補助用の偏向磁石を用いてビ−ム軌道
を補正制御する必要がある。
Therefore, conventionally, while the basic tune is gradually approached to the resonance point, the size of the stability limit is gradually reduced, and particles having a large betatron amplitude are gradually emitted. This is a commonly used resonance emission method. In this resonance emission method, since the emission angle of the beam fluctuates with a change in the stability limit, it is necessary to correct and control the beam trajectory using an auxiliary deflection magnet in order to correct this. .

【0006】そこで、ビ−ムの出射角を時間的に一定に
するために、最近、次のような有力な方法が提案されて
いる。この方法では、ベ−タトロン振動の安定限界を一
定にして、横方向にキックするある周波数幅をもつ電磁
ノイズを印加する等の手段によりベ−タトロン振幅を徐
々に増大させていく。こうすると、安定限界を越えた粒
子は、出射角が時間的に一定のまま出射される。この従
来方法では、ビ−ム軌道を補正制御する必要がなく、簡
便な装置で実現できるという大きなメリットがある。こ
の方法については、日本物理学会第47回年会講演予稿
集(1992年3月)のp62に記載されている。
In order to keep the beam emission angle constant over time, the following powerful methods have recently been proposed. In this method, the stability of the betatron oscillation is kept constant, and the amplitude of the betatron is gradually increased by means of applying electromagnetic noise having a certain frequency width to kick in the lateral direction. In this way, particles exceeding the stability limit are emitted with the emission angle kept constant over time. This conventional method has a great advantage that it is not necessary to correct and control the beam trajectory and can be realized by a simple device. This method is described in p.62 of the 47th Annual Meeting of the Physical Society of Japan (March 1992).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】出射角を時間的に一定
にできる上記の従来技術では、加速器に蓄積された荷電
粒子ビ−ムをそのまま出射しているため、ビ−ムがもつ
エネルギ幅はそのまま出射ビ−ムにおいても保存され
る。このため、出射ビ−ムのもつエネルギの広がりによ
り、用途によっては実験精度や加工精度等が低下する場
合があり、高精度が要求されるような用途には、このま
までは用いることができない。
In the above-mentioned prior art in which the emission angle can be made constant over time, the charged particle beam accumulated in the accelerator is emitted as it is, so that the energy width of the beam is limited. It is stored as it is in the emission beam. For this reason, depending on the application, the accuracy of the experiment, the processing accuracy, and the like may be reduced due to the spread of the energy of the emission beam, and the device cannot be used as it is in applications requiring high accuracy.

【0008】本発明の目的は、高精度が要求されるよう
な用途に好適な円形加速器とその運転方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a circular accelerator suitable for applications requiring high precision and a method of operating the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、周回する荷
電粒子ビ−ムを形成する粒子群のうち出射直前の粒子の
ベ−タトロン振動を共鳴状態にして出射する円形加速器
において、所要のエネルギ帯の粒子を周回方向に対し横
方向にキックする狭帯域電磁ノイズと、該粒子を周回方
向にキックする狭帯域電磁ノイズとを与え、該エネルギ
帯の粒子のベ−タトロン振動のみを選択的に成長させて
出射させることで、達成される上記目的は、更に、横
方向にキックする狭帯域電磁ノイズによってベ−タトロ
ン振動を選択的に励振された粒子群が出射されるまでに
周回方向にキックする狭帯域電磁ノイズによってその粒
子群のエネルギ幅が有意に増大しないように周回方向に
キックする狭帯域電磁ノイズの強度を周波数帯全体に渡
って或いは部分的に小さくすることで、達成される。
An object of the present invention is to provide a circulating load.
Of the particles immediately before the emission among the particles forming the electron beam
Circular accelerator that emits betatron oscillations in resonance
At the point, particles in the required energy band
Narrow band electromagnetic noise that kicks in the direction
The narrow band electromagnetic noise that kicks in the
Selectively growing only betatron oscillations of band particles
This is achieved by emitting light . The above purpose is further
Betatro by narrow band electromagnetic noise kicking in the direction
By the time the particles that are selectively excited
The narrow band electromagnetic noise that kicks in the orbital direction
So that the energy width of the child group does not increase significantly
Passing the strength of the narrow-band electromagnetic noise that kicks over the entire frequency band
Or partially reduced.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【作用】本発明の円形加速器から出射される荷電粒子
は、そのエネルギ幅が狭く出射角一定のため、この荷電
粒子ビームで行う実験精度は高精度になり、また加工に
この荷電粒子ビームを用いることで、高精度の加工が可
能となる
The charged particles emitted from the circular accelerator of the present invention
Has a narrow energy width and a constant emission angle.
The precision of experiments performed with particle beams has become higher, and
High-precision processing is possible by using this charged particle beam.
It works .

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。本実施例に係る円形加速器は、次の各手段のい
ずれかを備える。 (1)あるエネルギ帯に粒子を供給し、そのエネルギ帯
の粒子のベ−タトロン振動のみを選択的に成長させて出
射する。 (2)ビ−ムのベ−タトロン振動を成長させながら、エ
ネルギ幅を狭くする。 (3)ビ−ムのベ−タトロン振動を成長させながら、あ
るエネルギ帯に存在する粒子のみを選択的に出射する。 (4)ビ−ムのベ−タトロン振動数を共鳴点に徐々に近
付けながら、共鳴点近傍のあるベ−タトロン振動数に到
達した粒子のベ−タトロン振動を選択的に成長させて出
射する。 先ず、上記手段(1)を例にとって説明する。図1は、
加速したビ−ムを出射する本発明の第1実施例に係る円
形加速器の概略平面図であり、荷電粒子ビ−ムを出射す
る円形加速器の機器配置を示す。円形加速器には、前段
加速器16から出射されたビ−ム17をビ−ム輸送系1
8を介して入射器15から入射する。円形加速器は、ビ
−ム軌道を曲げる偏向磁石3、ビ−ム軌道を収束させチ
ュ−ンを制御するための四極磁石5,7、さらに、ビ−
ム出射時の共鳴を励起するための六極磁石9、クロマテ
ィシティを調整するための六極磁石10、周回方向にビ
−ムをキックする電磁ノイズAを印加する高周波印加装
置24、横方向にビ−ムをキックする電磁ノイズBを印
加する高周波印加装置25、ベ−タトロン振幅が増加し
た粒子を出射するための出射用デフレクタ−13等から
構成されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The circular accelerator according to the present embodiment includes the following units.
Have a slip. (1) supplying particles to a certain energy band, and the energy band
Only the betatron oscillations of the particles
Shoot. (2) While growing the betatron oscillation of the beam,
Reduce the energy width. (3) While growing the betatron oscillation of the beam,
Only the particles present in a certain energy band are selectively emitted. (4) The betatron frequency of the beam gradually approaches the resonance point
To reach a betatron frequency near the resonance point.
The betatron oscillation of the reached particles is selectively grown and output.
Shoot. First, the means (1) will be described as an example. FIG.
1 is a schematic plan view of a circular accelerator according to a first embodiment of the present invention which emits an accelerated beam, and shows a device arrangement of the circular accelerator which emits a charged particle beam. In the circular accelerator, the beam 17 emitted from the pre-stage accelerator 16 is transferred to the beam transport system 1.
The light is incident from the injector 15 through 8. The circular accelerator comprises a deflecting magnet 3 for bending the beam trajectory, quadrupole magnets 5 and 7 for converging the beam trajectory and controlling the tune, and a beam.
A hexapole magnet 9 for exciting resonance at the time of beam emission, a hexapole magnet 10 for adjusting chromaticity, a high frequency applying device 24 for applying an electromagnetic noise A for kicking the beam in the circumferential direction, and a lateral direction. The apparatus comprises a high-frequency application device 25 for applying an electromagnetic noise B for kicking a beam, an emission deflector 13 for emitting particles having an increased betatron amplitude, and the like.

【0016】入射器15から入射されたビ−ムは、周回
する過程で偏向磁石3で軌道が曲げられる。四極磁石で
は、設計軌道1からのずれに比例した力で軌道勾配が変
えられる。四極磁石5は、水平方向にビ−ムを収束する
方向に軌道勾配を変え、四極磁石7は、水平方向にビ−
ムを発散する方向に軌道勾配を変える働きをする。垂直
方向には、各々の四極磁石は水平方向とは反対の収束・
発散機能をもつ。これらの四極磁石の働きにより、ビ-
ムは設計軌道1のまわりをベ−タトロン振動しながら周
回する。ビ−ムを安定に周回させるために、チュ−ン
(加速器一周あたりのベ−タトロン振動数)は共鳴点か
らずらしておく。特に、3次以下の低次の共鳴点からず
らしておく。
The trajectory of the beam incident from the injector 15 is bent by the deflecting magnet 3 in the course of orbit. In the quadrupole magnet, the orbit gradient can be changed by a force proportional to the deviation from the design orbit 1. The quadrupole magnet 5 changes the orbit gradient in a direction converging the beam in the horizontal direction, and the quadrupole magnet 7 changes the beam gradient in the horizontal direction.
It works to change the orbital gradient in the direction of divergence. In the vertical direction, each quadrupole magnet has the opposite convergence
Has a divergent function. By the action of these quadrupole magnets,
The orbit moves around the design trajectory 1 with betatron oscillation. In order to make the beam circulate stably, the tune (betatron frequency per one revolution of the accelerator) is shifted from the resonance point. In particular, it is shifted from the lower-order resonance point of the third or lower order.

【0017】座標系は、図1に示すように、ビ−ム周回
方向をs、水平方向をx、垂直方向をyとする。ビ−ム
は、周回軌道である設計軌道1の周囲を振動しながら周
回している。ベ−タトロン振幅は、ビ−ムを構成する粒
子ごとに異なり、振幅の大きな粒子から小さな粒子まで
混在している。
In the coordinate system, as shown in FIG. 1, the beam circling direction is s, the horizontal direction is x, and the vertical direction is y. The beam orbits while vibrating around the design orbit 1 which is an orbit. The betatron amplitude differs for each particle constituting the beam, and particles having a large amplitude to small particles are mixed.

【0018】四極電磁石5及び四極電磁石7を調整し、
水平方向チュ−ンνxあるいは垂直方向チュ−ンνyを整
数+p/q(p,q:既約整数)に近付け、共鳴励起用
磁石9を励磁すると、安定限界より大きなベ−タトロン
振幅をもつ粒子は共鳴により増加する。このときの共鳴
をq次の共鳴とよぶが、以下では3次の共鳴を例にと
り、ビ−ムを水平方向から取り出す場合について説明す
る。
By adjusting the quadrupole electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 7,
When the horizontal tune νx or the vertical tune νy approaches an integer + p / q (p, q: an irreducible integer) and the resonance excitation magnet 9 is excited, particles having a betatron amplitude larger than the stability limit are obtained. Is increased by resonance. The resonance at this time is called a q-order resonance. Hereinafter, a case where the beam is taken out from the horizontal direction will be described by taking a third-order resonance as an example.

【0019】四極電磁石5及び四極電磁石7を調整し、
水平方向チュ−ンνxあるいは垂直方向チュ−ンνyを整
数±1/3に近付け、共鳴励起用磁石9を励磁すると、
ベ−タトロン振幅が大きな粒子に3次共鳴が励起され
る。図1の出射用デフレクタ13設置箇所における各周
回ごとの(x,dx/ds)の様子を図2に示す。
By adjusting the quadrupole electromagnet 5 and the quadrupole electromagnet 7,
When the horizontal tune νx or the vertical tune νy approaches an integer ± 1 / and the resonance excitation magnet 9 is excited,
A tertiary resonance is excited by a particle having a large betatron amplitude. FIG. 2 shows the state of (x, dx / ds) for each round at the installation position of the deflector 13 for emission in FIG.

【0020】図2に示す破線は、(x,dx/ds)の
位相空間における安定限界を示す。安定限界を越えた粒
子は、共鳴により、一周ごとにベ−タトロン振幅が急激
に増加する。図2の安定限界を越えた粒子に付記した数
字1〜10は周回数を示している。安定限界は、基本チ
ュ−ンの共鳴点からの偏差が小さいほど、また共鳴発生
用の多重極磁場の強度が大きいほど小さくなる。図2の
符号20は図1の出射用デフレクタ13の電極を示して
おり、電極20ではさまれた領域に入った粒子が円形加
速器の外に出射される。
The broken line shown in FIG. 2 indicates the stability limit in the phase space of (x, dx / ds). Particles exceeding the stability limit have a sharp increase in betatron amplitude every round due to resonance. Numerals 1 to 10 attached to particles exceeding the stability limit in FIG. 2 indicate the number of turns. The stability limit becomes smaller as the deviation of the fundamental tune from the resonance point becomes smaller and as the intensity of the multipole magnetic field for generating resonance becomes larger. Reference numeral 20 in FIG. 2 indicates an electrode of the emission deflector 13 in FIG. 1, and particles entering a region sandwiched between the electrodes 20 are emitted outside the circular accelerator.

【0021】図3は、本実施例における原理説明図であ
る。図3は、横軸にエネルギの歪みを、縦軸にベ−タト
ロン振幅を示す。図示した十数本の曲線は、水平方向チ
ュ−ンが一定の等高線を表している。このうち破線はベ
−タトロン振動の安定限界を表しており、この破線上で
水平方向チュ−ンは共鳴点にある。3次共鳴の場合、こ
の破線上では水平方向チュ−ンの端数は1/3あるいは2/3
である。
FIG. 3 is an explanatory view of the principle in the present embodiment . FIG. 3 shows the energy distortion on the horizontal axis and the betatron amplitude on the vertical axis. The illustrated dozens of curves show contour lines where the horizontal tune is constant. The broken line represents the stability limit of the betatron oscillation, and the horizontal tune is at the resonance point on the broken line. In the case of the third order resonance, the fraction of the horizontal tune on this broken line is 1/3 or 2/3.
It is.

【0022】中心エネルギE0は、ある周回周波数でリ
ングを周回しており、その周回周波数の整数倍の周波数
f0を含んだある周波数幅をもつ狭帯域ノイズAを印加
する。この狭帯域ノイズAは荷電粒子ビームを周回方向
にキックする電磁ノイズであり、エネルギEのE0から
のずれΔEと狭帯域ノイズAの一成分の周波数fのf0
からのずれΔfとの関係は、モ−メンタムコンパクショ
ンファクタαを用い、 Δf/f0=−(α−γ~2)ΔE/E0 の関係にある。ここに、γはビームエネルギの相対論的
因子出ある。粒子ビ−ムは、この狭帯域ノイズの周波数
領域に応じたエネルギ領域内で拡散し、このエネルギ領
域内でほぼ平坦な分布になる。チュ−ンのエネルギによ
る変化率をクロマティシティというが、このクロマティ
シティを図1に示したクロマティシティ調整用六極磁石
10の励磁量を調整して零でないある有限の値にし、エ
ネルギが異なればチュ−ンが異なるようにしておく。こ
のとき、上記したエネルギ幅をもつビ−ムは、チュ−ン
の幅を持つことになる。
The center energy E0 circulates the ring at a certain circulating frequency, and a narrow band noise A having a certain frequency width including a frequency f0 that is an integral multiple of the circulating frequency is applied. The narrow-band noise A is an electromagnetic noise that kicks the charged particle beam in the orbital direction.
The relationship with the deviation Δf is as follows: Δf / f0 = − (α−γ ~ 2 ) ΔE / E0 using the momentum compaction factor α. Here, γ is a relativistic factor of the beam energy. The particle beam spreads in an energy region corresponding to the frequency region of the narrow band noise, and has a substantially flat distribution in the energy region. The rate of change due to the energy of the tune is referred to as chromaticity. If the chromaticity is adjusted to a finite value other than zero by adjusting the excitation amount of the chromaticity adjusting hexapole magnet 10 shown in FIG. Keep the tune different. At this time, the beam having the above-mentioned energy width has a tune width.

【0023】ここで、さらにビ−ムを横方向にキックす
る狭帯域ノイズBをビ−ムに印加する。この狭帯域ノイ
ズBの周波数帯域は、図3に示すように、ベ−タトロン
振動の安定限界を形成する共鳴周波数(破線部)を含
み、粒子群が存在するベ−タトロン周波数帯の一部と重
ねる。この電磁ノイズBは、 (チュ−ンの端数+整数n)×周回周波数 の周波数成分をもてば、整数nが異なっても同等の効果
をもつ。狭帯域ノイズBに対して実質的に影響を受ける
のは、粒子群のうちエネルギ幅の狭い一部のみであり、
この部分が選択的に横方向に拡散を受けてベ−タトロン
振動が励起され、ベ−タトロン振幅が成長し安定限界を
越えて出射される。これにより、エネルギ幅の狭い出射
ビ−ムを得ることができる。従って、このビームを用い
ることで、高精度なビーム利用が可能となる。
Here, a narrow band noise B for kicking the beam in the horizontal direction is further applied to the beam. As shown in FIG. 3, the frequency band of the narrow band noise B includes a resonance frequency (dashed line) forming a stability limit of betatron oscillation, and a part of the betatron frequency band in which particles exist. Overlap. If this electromagnetic noise B has a frequency component of (fraction of tune + integer n) × circulation frequency, the same effect is obtained even if the integer n is different. Only a part of the particle group having a narrow energy width is substantially affected by the narrow band noise B,
This portion is selectively diffused in the lateral direction to excite the betatron oscillation, and the betatron amplitude grows and is emitted beyond the stability limit. As a result, an emission beam with a narrow energy width can be obtained. Therefore, using this beam
This enables highly accurate beam utilization.

【0024】出射する過程での運転方法の一例を、図4
を用いて説明する。まず、図4のステップ1で、高周波
加速空胴8からのビ−ムへのエネルギ付与を停止する。
これにより、ビ−ムはバンチ形成しなくなり連続状のビ
−ムになる。
FIG. 4 shows an example of an operation method in the emission process.
This will be described with reference to FIG. First, in step 1 of FIG. 4, the application of energy to the beam from the high-frequency acceleration cavity 8 is stopped.
As a result, the beam does not form a bunch and becomes a continuous beam.

【0025】つぎにステップ2で、図1の円形加速器に
設けた電磁ノイズ印加装置24により、ビ−ムを周回方
向にキックする狭帯域電磁ノイズAを印加する。この場
合、前述のごとく狭帯域電磁ノイズAは周回周波数の整
数倍の周波数を含む。この電磁ノイズAによって形成さ
れるエネルギ幅に基づいて基本チュ−ンはある幅をもつ
が、それが3次の共鳴点を含まない程度に電磁ノイズの
周波数帯を狭くしておく必要がある。狭帯域電磁ノイズ
Aを印加することによりビームはエネルギ空間で拡散
し、電磁ノイズAの周波数幅に対応するエネルギ幅で一
様な分布になる。この電磁ノイズAはビ−ム出射が完了
するまで印加しつづける。
Next, in step 2, the electromagnetic noise applying device 24 provided in the circular accelerator of FIG. 1 applies narrow-band electromagnetic noise A that kicks the beam in the orbital direction. In this case, as described above, the narrow-band electromagnetic noise A includes a frequency that is an integral multiple of the circulating frequency. Although the basic tune has a certain width based on the energy width formed by the electromagnetic noise A, it is necessary to narrow the frequency band of the electromagnetic noise so that it does not include the third resonance point. By applying the narrow-band electromagnetic noise A, the beam is diffused in the energy space and has a uniform distribution with an energy width corresponding to the frequency width of the electromagnetic noise A. This electromagnetic noise A is continuously applied until beam emission is completed.

【0026】つぎに、ステップ3で、四極磁石5,7の
励磁量を調整し、水平方向の基本チュ−ンを3次の共鳴
点近傍に設定する。そして、ステップ4で、共鳴励起の
ために六極磁石9及びクロマティシティ調整用の六極磁
石10を励磁する。六極磁石9の励磁量はベ−タトロン
振幅が大きい粒子を含めたほぼ全ての粒子が安定限界内
に収まる程度にしておく。このとき、出射用デフレクタ
13の位置での位相空間上でのビ−ムの軌跡は、図2に
示すように、三角形状になる。
Next, in step 3, the excitation amount of the quadrupole magnets 5 and 7 is adjusted, and the basic tune in the horizontal direction is set near the tertiary resonance point. Then, in step 4, the hexapole magnet 9 for resonance excitation and the hexapole magnet 10 for chromaticity adjustment are excited. The excitation amount of the hexapole magnet 9 is set so that almost all particles including particles having a large betatron amplitude fall within the stability limit. At this time, the trajectory of the beam in the phase space at the position of the output deflector 13 has a triangular shape as shown in FIG.

【0027】つぎのステップ5では、図1の円形加速器
に設けた高周波印加装置25により、ビ−ムを横方向に
キックする狭帯域電磁ノイズBを印加する。この場合、
狭帯域電磁ノイズBは (整数+チュ−ンFの端数)×周回周波数 の周波数から (整数+共鳴チュ−ンの端数)×周回周波数 の周波数に及ぶ周波数帯をもつ。ここにチュ−ンFと
は、幅をもつ基本チュ−ンのうち共鳴点に近い部分のチ
ュ−ンをさす。ビームに狭帯域電磁ノイズBを印加する
ことにより、ビ−ムの一部のエネルギ幅の狭い部分が横
方向に拡散して、ベ−タトロン振幅が成長していき、ベ
−タトロン振動の安定限界を越えて、出射用デフレクタ
13から出射される。この様子は図3に示したとおりで
ある。この過程において、ベ−タトロン振動の安定限界
は時間的に一定に保持されるので、出射ビ−ムの出射角
は常に一定に保たれる。なお、横方向にキックする狭帯
域電磁ノイズBによってベ−タトロン振動を選択的に励
振された粒子群が出射されるまでに、周回方向にキック
する狭帯域電磁ノイズAによってその粒子群のエネルギ
幅が有意に増大しないように、周回方向にキックする狭
帯域電磁ノイズAの強度を周波数帯全体にわたって、あ
るいは部分的に調整する必要がある。
In the next step 5, a narrow-band electromagnetic noise B for kicking the beam in the horizontal direction is applied by the high-frequency application device 25 provided in the circular accelerator of FIG. in this case,
The narrow-band electromagnetic noise B has a frequency band ranging from a frequency of (integer + fraction of tune F) × circulation frequency to a frequency of (integer + fraction of resonance tune) × circulation frequency. Here, the tune F refers to a tune of a portion close to the resonance point among the basic tunes having a width. By applying the narrow-band electromagnetic noise B to the beam, a part of the beam having a narrow energy width is diffused in the lateral direction, the betatron amplitude grows, and the stability limit of the betatron oscillation is increased. Are emitted from the emission deflector 13. This is as shown in FIG. In this process, the stability limit of betatron oscillation is kept constant over time, so that the exit angle of the exit beam is always kept constant. By the time the narrow band electromagnetic noise A kicks in the lateral direction, the energy width of the particle group is reduced by the narrow band electromagnetic noise A that is kicked in the circulating direction until the particle group whose betatron oscillation is selectively excited by the narrow band electromagnetic noise B is emitted. It is necessary to adjust the intensity of the narrow-band electromagnetic noise A kicking in the circling direction over the entire frequency band or partially so that does not increase significantly.

【0028】以上の操作により、出射角が時間的に一定
で、かつエネルギ幅の狭い出射ビ−ムを得ることができ
る。これにより、ビームを用いた実験や加工等の高精度
の制御が可能となる。なお、以上の操作において図4の
ステップ2,3,4の順番は必ずしもこのとおりである
必要はなく、互いに順番を入れかえても良いし、並行し
て実施しても良い。
By the above operation, it is possible to obtain an emission beam having a constant emission angle over time and a narrow energy width. This makes it possible to perform high-precision experiments and
Can be controlled. In the above operation, the order of steps 2, 3, and 4 in FIG. 4 does not necessarily have to be as described above, and the order may be interchanged with each other or may be performed in parallel.

【0029】出射する過程での運転方法の別実施例を図
5を用いて説明する。図5のステップ1〜ステップ4
は、図4のステップ1〜ステップ4と同じである。本実
施例のステップ5では、電磁ノイズAによるエネルギ分
布の平坦化が完了した後、電磁ノイズAの印加を停止す
る。そして、次のステップ6で、ビ−ムを横方向にキッ
クする狭帯域電磁ノイズBを印加する。この場合、狭帯
域電磁ノイズBの周波数帯は (チュ−ンの端数+整数)×周回周波数 を含まないようにしておき、ビ−ムに実効的に影響を及
ぼさないようにしておく。そして、このとき、図4の実
施例では基本チュ−ンは時間的に一定のまま保持される
が、この実施例では、四極磁石5,7の励磁量を制御す
ることにより、水平方向の基本チュ−ンを徐々に3次の
共鳴点に近付けていく。狭帯域電磁ノイズBの周波数帯
は3次の共鳴点をまたいでこの共鳴点近傍に存在するの
で、ビ−ムは徐々に狭帯域電磁ノイズBの周波数帯に近
づく。狭帯域電磁ノイズBの周波数帯に進入したビ−ム
の一部は狭帯域電磁ノイズBから実効的な影響を受け始
め、横方向にすばやく拡散されて出射される。この様子
は図3に示してあるとおりである。このようにして、粒
子は次から次に狭帯域電磁ノイズBの周波数帯に進入
し、あたかもビ−ムが少しずつ切り出されながら出射さ
れることになる。出射されるビ−ムにとってはベ−タト
ロン振動の安定限界は時間的にほぼ一定に保持されるの
で、この実施例においても出射ビ−ムの出射角は常に一
定に保たれる。なお、横方向にキックする狭帯域電磁ノ
イズBによってベ−タトロン振動は選択的に励振された
粒子群が出射されるまでに、ビ−ムのベ−タトロン振動
数を共鳴点に近付ける操作により、その粒子群のエネル
ギ幅が有意に増大しないようにビ−ムのベ−タトロン振
動数を共鳴点に近付ける速度を調整する必要がある。
Another embodiment of the operation method in the process of emitting light will be described with reference to FIG. Step 1 to Step 4 in FIG.
Are the same as Steps 1 to 4 in FIG. In step 5 of the present embodiment, the application of the electromagnetic noise A is stopped after the flattening of the energy distribution by the electromagnetic noise A is completed. Then, in the next step 6, a narrow band electromagnetic noise B for kicking the beam in the horizontal direction is applied. In this case, the frequency band of the narrow-band electromagnetic noise B is set so as not to include (fraction of tune + integer) × circulation frequency so as not to affect the beam effectively. At this time, in the embodiment of FIG. 4, the basic tune is kept constant over time, but in this embodiment, the basic amount in the horizontal direction is controlled by controlling the excitation amount of the quadrupole magnets 5, 7. The tune is gradually approached to the third resonance point. Since the frequency band of the narrow-band electromagnetic noise B exists in the vicinity of the resonance point across the third-order resonance point, the beam gradually approaches the frequency band of the narrow-band electromagnetic noise B. Part of the beam entering the frequency band of the narrow band electromagnetic noise B begins to be effectively affected by the narrow band electromagnetic noise B, and is quickly diffused in the lateral direction and emitted. This is as shown in FIG. In this way, the particles enter the frequency band of the narrow-band electromagnetic noise B one after another, and are emitted as if the beam were cut out little by little. Since the stability limit of betatron oscillation is kept substantially constant in time for the emitted beam, the emission angle of the emitted beam is always kept constant in this embodiment as well. The betatron oscillation is caused by the narrow band electromagnetic noise B kicking in the lateral direction. By the operation of bringing the betatron oscillation frequency of the beam closer to the resonance point by the time the selectively excited particles are emitted, It is necessary to adjust the speed at which the betatron frequency of the beam approaches the resonance point so that the energy width of the particle group does not increase significantly.

【0030】この実施例では、出射角が時間的に一定で
エネルギ幅の狭いという特性に加えて、出射電流が時間
的に一定な出射ビ−ムを得ることができる。これによ
り、ビームを用いた実験や加工等で高精度な制御が可能
となる。なお、以上の操作において図5のステップ2,
3,4,5の順番は必ずしもこのとおりである必要はな
く、互いに順番を入れかえても良いし、並行して実施で
きるものは並行して実施しても良い。
In this embodiment, in addition to the characteristic that the emission angle is constant in time and the energy width is narrow, an emission beam in which the emission current is constant in time can be obtained. This
High-precision control in experiments and processing using beams
Becomes In the above operation, steps 2 and 5 in FIG.
The order of 3, 4, and 5 is not necessarily required to be as described above, and the order may be interchanged with each other, and those that can be performed in parallel may be performed in parallel.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、エネルギ幅の狭いビ−
ムを出射角一定で出射させることが可能となり、高精度
のビーム加工,実験などが可能となる。
According to the present invention, a beam having a narrow energy width is provided.
It can be emitted beam at the emission angle constant and Do Ri Precision
Of beam processing, that Do not allow such experiments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係るビ−ム出射装置を備
える円形加速器の概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a circular accelerator including a beam emitting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例の原理説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of an embodiment of the present invention.

【図3】本発明実施例の原理説明図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the embodiment of the present invention.

【図4】第1実施例のビ−ム出射時の運転手順に係るフ
ローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart of an operation procedure at the time of beam emission according to the first embodiment.

【図5】第2実施例のビ−ム出射時の運転手順に係るフ
ローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of an operation procedure at the time of beam emission according to the second embodiment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 政嗣 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (56)参考文献 特開 平5−198397(JP,A) 特開 平5−258900(JP,A) 特開 平5−62799(JP,A) 特開 平6−36894(JP,A) 特開 平7−14699(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 7/00 - 15/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaji Nishi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-5-198397 (JP, A) JP-A-5-258900 (JP, A) JP-A-5-62799 (JP, A) JP-A-6-36894 (JP, A) JP-A-7-14699 (JP, A) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 6 , DB name) H05H 7/00-15/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 荷電粒子ビ−ムを周回させる磁石と、周
回する荷電粒子ビ−ムを形成する粒子群のうち出射直前
の粒子のベ−タトロン振動を共鳴状態にして出射する出
射用デフレクタとを備える円形加速器において、所要の
エネルギ帯に粒子を供給し該エネルギ帯の粒子のベ−タ
トロン振動のみを選択的に成長させて出射させる手段と
して、粒子を周回方向に対して横方向にキックする狭帯
域電磁ノイズの第1印加手段と、粒子を周回方向にキッ
クする狭帯域電磁ノイズの第2印加手段とを備えること
を特徴とする円形加速器
1. A magnet for orbiting a charged particle beam, and an emission deflector for emitting a betatron oscillation of particles just before emission of a group of particles forming the orbiting charged particle beam and emitting the resonance, In a circular accelerator equipped with
Supplying particles to an energy band, and a particle data of the energy band;
Means for selectively growing and emitting only the tron oscillation
And a narrow band that kicks the particle in the transverse direction to the orbital direction
First electromagnetic wave noise applying means and
And second application means for narrow-band electromagnetic noise
A circular accelerator .
【請求項2】 請求項1において、粒子を横方向にキッ
クする狭帯域電磁ノイズの周波数帯がベ−タトロン振動
の共振周波数+整数n×周回周波数(n=0、±1、±
2、 ・・・・・ )のいずれかの周波数成分を含み、粒子を周
回方向にキックする狭帯域電磁ノイズの周波数帯が整数
m×周回周波数(m=1、2、 ・・・・・ )のいずれかの周
波数成分を含むことを特徴とする円形加速器
2. The method according to claim 1, wherein the particles are laterally kicked.
Betatron oscillation is the frequency band of narrow band electromagnetic noise
Resonance frequency + integer n × circulation frequency (n = 0, ± 1, ±
2, ... )), and contains a frequency component
The frequency band of narrow-band electromagnetic noise that kicks in the clockwise direction is an integer
mx any one of the rounding frequencies (m = 1, 2, ... )
A circular accelerator characterized by including a wave number component .
【請求項3】 請求項1において、横方向にキックする
狭帯域電磁ノイズによってベ−タトロン振動を選択的に
励振された粒子群が出射されるまでに周回方向にキック
する狭帯域電磁ノイズによってその粒子群のエネルギ幅
が有意に増大しないように周回方向にキックする狭帯域
電磁ノイズの強度を周波数帯全体に渡って或いは部分的
に小さくする手段を備えることを特徴とする円形加速
3. A kick in a lateral direction according to claim 1.
Selective betatron oscillation by narrow band electromagnetic noise
Kick in the circling direction until the excited particles are emitted
Energy band of the particle swarm due to narrow band electromagnetic noise
Band that kicks in the circumferential direction so that does not increase significantly
Reduce the intensity of electromagnetic noise over the entire frequency band or partially
Circular acceleration characterized by comprising means for reducing
Bowl .
【請求項4】 周回する荷電粒子ビ−ムを形成する粒子
群のうち出射直前の粒子のベ−タトロン振動を共鳴状態
にして出射する円形加速器において、所要のエネルギ帯
の粒子を周回方向に対し横方向にキックする狭帯域電磁
ノイズと、該粒子を周回方向にキックする狭帯域電磁ノ
イズとを与え、該エネルギ帯の粒子のベ−タトロン振動
のみを選択的に成長させて出射させることを特徴とする
円形加速器の運転方法
4. Particles forming a charged particle beam orbiting.
Betatron oscillation of particles in the group immediately before emission is in resonance
Required energy band in a circular accelerator
Narrow-Band Electromagnetic Kicking Particles Laterally with Orbit
Noise and a narrow band electromagnetic noise that kicks the particle
And the betatron oscillation of the particles in the energy band
Characterized by selectively growing and emitting only
How to operate the circular accelerator .
【請求項5】 請求項4において、横方向にキックする
狭帯域電磁ノイズによってベ−タトロン振動を選択的に
励振された粒子群が出射されるまでに周回方向にキック
する狭帯域電磁ノイズによってその粒子群のエネルギ幅
が有意に増大しないように周回方向にキックする狭帯域
電磁ノイズの強度を周波数帯全体に渡って或いは部分的
に小さくすることを特徴とする円形加速器の運転方法
5. The kick according to claim 4, wherein the kick is performed in a lateral direction.
Selective betatron oscillation by narrow band electromagnetic noise
Kick in the circling direction until the excited particles are emitted
Energy band of the particle swarm due to narrow band electromagnetic noise
Band that kicks in the circumferential direction so that does not increase significantly
Reduce the intensity of electromagnetic noise over the entire frequency band or partially
A method for operating a circular accelerator, characterized in that it is made smaller .
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