JP3381972B2 - 粒子加速器のタイミング制御装置 - Google Patents
粒子加速器のタイミング制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子等の荷電粒子を加
速・蓄積する粒子加速器において、高速、高精度、高再
現性で動作する必要のある機器のタイミング制御装置に
係り、特に広範囲にわたる遅延時間を高分解能で設定で
き、かつ高精度、高再現性動作特性を備えた粒子加速器
のタイミング制御装置に関するものである。
速・蓄積する粒子加速器において、高速、高精度、高再
現性で動作する必要のある機器のタイミング制御装置に
係り、特に広範囲にわたる遅延時間を高分解能で設定で
き、かつ高精度、高再現性動作特性を備えた粒子加速器
のタイミング制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、この種の粒子加速器の一例を示
す構成図である。図５において、荷電粒子入射器１は、
例えば線形加速器であり、所定の運動エネルギーを持つ
荷電粒子、例えば電子のビームを出力する。この荷電粒
子入射器１から出力された荷電粒子ビームは、静電イン
フレクター２によって静電偏向を受け、加速・蓄積リン
グ３の真空ダクト４内の所定軌道に対して、接線方向か
ら入射する。
す構成図である。図５において、荷電粒子入射器１は、
例えば線形加速器であり、所定の運動エネルギーを持つ
荷電粒子、例えば電子のビームを出力する。この荷電粒
子入射器１から出力された荷電粒子ビームは、静電イン
フレクター２によって静電偏向を受け、加速・蓄積リン
グ３の真空ダクト４内の所定軌道に対して、接線方向か
ら入射する。
【０００３】加速・蓄積リング３内には、偏向電磁石５
が図示の斜線部位に複数個配置されており、これによっ
て荷電粒子入射器１から入射した荷電粒子ビームを偏向
させる。すなわち、荷電粒子ビームは、この偏向電磁石
５が発生する磁場によって、真空ダクト４内の所定の軌
道内に収まるように制御される。
が図示の斜線部位に複数個配置されており、これによっ
て荷電粒子入射器１から入射した荷電粒子ビームを偏向
させる。すなわち、荷電粒子ビームは、この偏向電磁石
５が発生する磁場によって、真空ダクト４内の所定の軌
道内に収まるように制御される。
【０００４】また、高周波加速装置６内には、あらかじ
め高周波磁場が形成されており、これによって荷電粒子
ビームには、周回軌道を回る時に電磁波として失われる
エネルギー以上のエネルギーが与えられ、徐々に加速さ
れる。そして、所定のエネルギーに到達した荷電粒子ビ
ームは、高周波加速装置６内に発生した電場によって、
一定の運動エネルギーに保たれるように制御される。こ
れにより、シンクロトロン放射現象による荷電粒子ビー
ムの運動エネルギーの損失を補なう。また、荷電粒子ビ
ームが偏向される際に放出する電磁波は、シンクロトロ
ン放射光と呼ばれ、実験や、半導体素子製造の光源等に
利用される。
め高周波磁場が形成されており、これによって荷電粒子
ビームには、周回軌道を回る時に電磁波として失われる
エネルギー以上のエネルギーが与えられ、徐々に加速さ
れる。そして、所定のエネルギーに到達した荷電粒子ビ
ームは、高周波加速装置６内に発生した電場によって、
一定の運動エネルギーに保たれるように制御される。こ
れにより、シンクロトロン放射現象による荷電粒子ビー
ムの運動エネルギーの損失を補なう。また、荷電粒子ビ
ームが偏向される際に放出する電磁波は、シンクロトロ
ン放射光と呼ばれ、実験や、半導体素子製造の光源等に
利用される。
【０００５】なお、図５に示した加速・蓄積リング３
や、粒子輸送管７には、図示したものの他に、四極磁石
や六極磁石等が設置されているが、説明を簡単にする便
宜上、ここではその図示を省略している。
や、粒子輸送管７には、図示したものの他に、四極磁石
や六極磁石等が設置されているが、説明を簡単にする便
宜上、ここではその図示を省略している。
【０００６】以上説明したように高周波加速を行なう
と、入射された荷電粒子ビームは、密度変調を受けるこ
とになる。その結果、荷電粒子は、高周波加速装置６に
よって発生される高周波磁場の各周期の内の数度の位相
内にのみ集団化する。この荷電粒子の集団をバンチと称
する。リング内に形成され得るバンチの数はハーモニッ
ク数と呼ばれ、リングの周長と高周波電場の周波数によ
って決まる。
と、入射された荷電粒子ビームは、密度変調を受けるこ
とになる。その結果、荷電粒子は、高周波加速装置６に
よって発生される高周波磁場の各周期の内の数度の位相
内にのみ集団化する。この荷電粒子の集団をバンチと称
する。リング内に形成され得るバンチの数はハーモニッ
ク数と呼ばれ、リングの周長と高周波電場の周波数によ
って決まる。
【０００７】すなわち、加速・蓄積リング３内には、ハ
ーモニック数分のバケットと呼ばれる容器が周回してお
り、その内にバンチ化した荷電粒子が存在するといった
形になる。入射される荷電粒子ビームが充分に長い場
合、全てのバケットにバンチが存在することになる。逆
に、高周波電場の波長以下の非常に短い荷電粒子ビーム
を入射した場合、あるバケットにのみバンチが存在す
る。これを単バンチ運転と称する。本発明は、この単バ
ンチ運転のための入射タイミングを制御するものであ
り、以下にこのタイミング制御装置の従来例について説
明する。
ーモニック数分のバケットと呼ばれる容器が周回してお
り、その内にバンチ化した荷電粒子が存在するといった
形になる。入射される荷電粒子ビームが充分に長い場
合、全てのバケットにバンチが存在することになる。逆
に、高周波電場の波長以下の非常に短い荷電粒子ビーム
を入射した場合、あるバケットにのみバンチが存在す
る。これを単バンチ運転と称する。本発明は、この単バ
ンチ運転のための入射タイミングを制御するものであ
り、以下にこのタイミング制御装置の従来例について説
明する。
【０００８】図６は、従来の粒子加速器のタイミング制
御装置の構成例を示すブロック図である。図６におい
て、基準クロック発生器８は、高周波加速の基準周波数
と同一周波数の基準クロックを、タイミング制御装置９
へ入力する。この基準クロックは、以降のカウンタの桁
数を抑えるため、分周器１０によって1/10〜1/100 に分
周された後、スタートパルス発生器１１からの入射スタ
ートパルスと同期回路１２にて同期をとり、同期クロッ
クとして以降のカウンタへ入力される。
御装置の構成例を示すブロック図である。図６におい
て、基準クロック発生器８は、高周波加速の基準周波数
と同一周波数の基準クロックを、タイミング制御装置９
へ入力する。この基準クロックは、以降のカウンタの桁
数を抑えるため、分周器１０によって1/10〜1/100 に分
周された後、スタートパルス発生器１１からの入射スタ
ートパルスと同期回路１２にて同期をとり、同期クロッ
クとして以降のカウンタへ入力される。
【０００９】遅延カウンタ１３は、この同期クロックを
あらかじめ設定されたカウント数だけカウントし、その
出力信号は、アナログ遅延回路１４によって所定の遅延
を加えられた後、荷電粒子入射器１へ入射指令として出
力される。
あらかじめ設定されたカウント数だけカウントし、その
出力信号は、アナログ遅延回路１４によって所定の遅延
を加えられた後、荷電粒子入射器１へ入射指令として出
力される。
【００１０】加速・蓄積リング３内に複数のバンチを等
間隔に入射する単バンチ運転では、遅延カウンタ１３が
その入射するバンチ数だけ必要となる。また、この遅延
カウンタ１３は、スタートパルスから一斉にカウントを
始めるので、各々の設定値は、入射するバンチの間隔と
荷電粒子入射器１の動作インターバルを共に考慮したも
のとなる。さらに、この遅延カウンタ１３の出力で制御
される機器は、荷電粒子入射器１のみではなく、静電イ
ンフレクター２等も含まれるが、説明を簡単にするた
め、ここでは省略している。
間隔に入射する単バンチ運転では、遅延カウンタ１３が
その入射するバンチ数だけ必要となる。また、この遅延
カウンタ１３は、スタートパルスから一斉にカウントを
始めるので、各々の設定値は、入射するバンチの間隔と
荷電粒子入射器１の動作インターバルを共に考慮したも
のとなる。さらに、この遅延カウンタ１３の出力で制御
される機器は、荷電粒子入射器１のみではなく、静電イ
ンフレクター２等も含まれるが、説明を簡単にするた
め、ここでは省略している。
【００１１】ここで、高周波加速と同一周波数のクロッ
クを基準としたのは、次のような理由によるものであ
る。すなわち、粒子加速器では、ほぼ光速に近い速度の
荷電粒子を周回させるため、高精度のタイミングで各機
器を制御する必要がある。一つの加速器システムの内
に、複数の基準クロックを持つと、その周波数の絶対値
差および変動によって、高精度のタイミング制御が行な
えなくなる。従って、従来、加速器システムでは単一の
基準クロックを持ち、この周波数で高周波加速を行なう
と共に、一連のタイミング制御上の基準として用いてい
る。これにより、絶対値差は、単一ゆえに無く、そのク
ロックが持つ周波数変動も、システム全体がこれにのっ
た形をとるので、全システムとして非常に再現性の良い
ものになる。従って、本タイミング制御装置も、この基
準クロックを用いている。
クを基準としたのは、次のような理由によるものであ
る。すなわち、粒子加速器では、ほぼ光速に近い速度の
荷電粒子を周回させるため、高精度のタイミングで各機
器を制御する必要がある。一つの加速器システムの内
に、複数の基準クロックを持つと、その周波数の絶対値
差および変動によって、高精度のタイミング制御が行な
えなくなる。従って、従来、加速器システムでは単一の
基準クロックを持ち、この周波数で高周波加速を行なう
と共に、一連のタイミング制御上の基準として用いてい
る。これにより、絶対値差は、単一ゆえに無く、そのク
ロックが持つ周波数変動も、システム全体がこれにのっ
た形をとるので、全システムとして非常に再現性の良い
ものになる。従って、本タイミング制御装置も、この基
準クロックを用いている。
【００１２】以下の説明の簡単のため、本タイミング制
御装置で制御する対象の一例を、以下の通りとする。加
速・蓄積リングの周長をｌ＝３００ｍ、高周波加速に用
いる高周波電場の基準クロックの周波数をｆ0 ＝５００
ＭＨｚ、荷電粒子入射器１の動作インターバルをｔint
＝２０ｍｓとし、等間隔で４つのバンチへ入射する単バ
ンチ運転を考える。
御装置で制御する対象の一例を、以下の通りとする。加
速・蓄積リングの周長をｌ＝３００ｍ、高周波加速に用
いる高周波電場の基準クロックの周波数をｆ0 ＝５００
ＭＨｚ、荷電粒子入射器１の動作インターバルをｔint
＝２０ｍｓとし、等間隔で４つのバンチへ入射する単バ
ンチ運転を考える。
【００１３】この時、バンチがリングを１周する時間
が、ｔR ＝ｌ／ｃ＝１μｓ（ｃ＝３×１０8 ｍ／ｓ：光
速）であり、周回周波数はｆR ＝１／ｔR ＝１ＭＨｚと
なる。またハーモニクス数ｈは、ｆ0 ＝ｈ・ｆR よりｈ
＝５００となる。
が、ｔR ＝ｌ／ｃ＝１μｓ（ｃ＝３×１０8 ｍ／ｓ：光
速）であり、周回周波数はｆR ＝１／ｔR ＝１ＭＨｚと
なる。またハーモニクス数ｈは、ｆ0 ＝ｈ・ｆR よりｈ
＝５００となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな一般的な単バンチ運転において、従来のタイミング
制御装置にはいくつかの問題点がある。まず、前述した
ように、一つのスタートパルスから一斉にカウントする
遅延カウンタ１３が、入射するバンチ数と同じ４台必要
な点である。すなわち、遅延カウンタ１３は、高速、高
精度、高再現性が要求されるので、高価なものとなって
しまうだけでなく、複数のカウンタを並列して走らせる
ため、個々のカウンタの固定遅延時間の差が誤差となっ
てしまう。この場合、アナログ遅延回路１４の設定によ
ってこの誤差を補正するのは手間がかかる。
うな一般的な単バンチ運転において、従来のタイミング
制御装置にはいくつかの問題点がある。まず、前述した
ように、一つのスタートパルスから一斉にカウントする
遅延カウンタ１３が、入射するバンチ数と同じ４台必要
な点である。すなわち、遅延カウンタ１３は、高速、高
精度、高再現性が要求されるので、高価なものとなって
しまうだけでなく、複数のカウンタを並列して走らせる
ため、個々のカウンタの固定遅延時間の差が誤差となっ
てしまう。この場合、アナログ遅延回路１４の設定によ
ってこの誤差を補正するのは手間がかかる。
【００１５】また、入射できるバンチの数が、遅延カウ
ンタ１３の数で制限され、さらに入射するバンチ数を増
やすには、遅延カウンタを増設する必要があり、その分
誤差の補正にさらに手間がかかる等、合理的ではない。
ンタ１３の数で制限され、さらに入射するバンチ数を増
やすには、遅延カウンタを増設する必要があり、その分
誤差の補正にさらに手間がかかる等、合理的ではない。
【００１６】次に、この遅延カウンタ１３の設定値に注
目すると、基準クロックを分周せずにカウントする場
合、桁数が非常に大きくなってしまう。すなわち、上記
の例で荷電粒子入射器１のインターバルｔint ＝２０ｍ
ｓをカウントすると、基準クロックｆ0 ＝５００ＭＨｚ
より、カウント値＝ｔint ×ｆ0 ＝1 ×１０7 となる。
また、この遅延カウンタ１３をＴＴＬで構成するには、
扱う周波数を数１０ＭＨｚ以下のオーダーにする必要が
ある。
目すると、基準クロックを分周せずにカウントする場
合、桁数が非常に大きくなってしまう。すなわち、上記
の例で荷電粒子入射器１のインターバルｔint ＝２０ｍ
ｓをカウントすると、基準クロックｆ0 ＝５００ＭＨｚ
より、カウント値＝ｔint ×ｆ0 ＝1 ×１０7 となる。
また、この遅延カウンタ１３をＴＴＬで構成するには、
扱う周波数を数１０ＭＨｚ以下のオーダーにする必要が
ある。
【００１７】従って、遅延カウンタ１３をＴＴＬで構成
し、カウントする桁数を減少させるために、従来では分
周器１０を用いて、基準クロックを１／１０〜１／１０
０に分周している。例えば、いま基準クロックｆ0 ＝５
００ＭＨｚを１／１００に分周する場合を考える。単バ
ンチ運転を行なうには、高周波加速の電場の限られた位
相内へ正確に入射する必要がある。そのためには、タイ
ミング制御装置として、ｆ0 の１／１０、すなわち０．
２ｎｓ程度の分解能が要求される。
し、カウントする桁数を減少させるために、従来では分
周器１０を用いて、基準クロックを１／１０〜１／１０
０に分周している。例えば、いま基準クロックｆ0 ＝５
００ＭＨｚを１／１００に分周する場合を考える。単バ
ンチ運転を行なうには、高周波加速の電場の限られた位
相内へ正確に入射する必要がある。そのためには、タイ
ミング制御装置として、ｆ0 の１／１０、すなわち０．
２ｎｓ程度の分解能が要求される。
【００１８】また、遅延カウンタ１３だけでは、高周波
電場の位相０のタイミングしか検出できないので、アナ
ログ遅延回路１４を用いて、分解能を上げると共に任意
の位相へ入射できるようにしている。
電場の位相０のタイミングしか検出できないので、アナ
ログ遅延回路１４を用いて、分解能を上げると共に任意
の位相へ入射できるようにしている。
【００１９】ここで、基準クロックを１／１００に分周
し、５ＭＨｚにしてしまうと、基準クロックの変動が１
００倍されて、遅延カウンタ１３の出力に現われる。遅
延カウンタ１３の動作は、基準クロック、すなわち高周
波加速の電場に同期しているが、アナログ遅延回路１４
は周波数によらない固定遅延を加えるので、入射タイミ
ングが目的の位相からずれてしまう。また、この分周後
のクロックで荷電粒子入射器１の動作インターバルｔ
int ＝２０ｍｓをカウントすると、１×１０5 カウント
となり、この間にも上記のずれが積み重なって次第に大
きくなる。そして、このような変動があっては、精度の
よい単バンチ運転を行なうことができない。
し、５ＭＨｚにしてしまうと、基準クロックの変動が１
００倍されて、遅延カウンタ１３の出力に現われる。遅
延カウンタ１３の動作は、基準クロック、すなわち高周
波加速の電場に同期しているが、アナログ遅延回路１４
は周波数によらない固定遅延を加えるので、入射タイミ
ングが目的の位相からずれてしまう。また、この分周後
のクロックで荷電粒子入射器１の動作インターバルｔ
int ＝２０ｍｓをカウントすると、１×１０5 カウント
となり、この間にも上記のずれが積み重なって次第に大
きくなる。そして、このような変動があっては、精度の
よい単バンチ運転を行なうことができない。
【００２０】以上のように、従来の粒子加速器のタイミ
ング制御装置においては、合理的でないばかりでなく、
精度のよい単バンチ運転を行なうことができないという
問題があった。本発明の目的は、高精度でかつ合理的な
単バンチ運転を行なうことが可能な極めて信頼性の高い
粒子加速器のタイミング制御装置を提供することにあ
る。
ング制御装置においては、合理的でないばかりでなく、
精度のよい単バンチ運転を行なうことができないという
問題があった。本発明の目的は、高精度でかつ合理的な
単バンチ運転を行なうことが可能な極めて信頼性の高い
粒子加速器のタイミング制御装置を提供することにあ
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、荷電粒子ビームを出力する荷電粒子入
射器と、この荷電粒子入射器から出力される荷電粒子ビ
ームを所定のエネルギーまで加速・蓄積するための高周
波加速装置を備えた加速・蓄積リングとからなる粒子加
速器の荷電粒子入射のタイミングを制御する粒子加速器
のタイミング制御装置において、高周波加速装置で用い
られる周波数と同一周波数のクロックを基準として所定
のバンチの間隔をカウントし、バンチ間隔クロックを出
力するバンチ間隔計数手段と、バンチ間隔計数手段から
出力されるバンチ間隔クロックをカウントし、各バンチ
に対応したバンチ識別信号、およびバンチが１周したこ
とを示す周回クロックを出力する１周計数手段と、１周
計数手段から出力される周回クロックを基準として荷電
粒子入射器の動作インターバルをカウントし、入射器動
作許可信号を出力する入射インターバル計数手段と、入
射インターバル計数手段から出力される入射器動作許可
信号をカウントし、各バンチに対応した入射回数カウン
ト値を出力する入射回数計数手段と、１周計数手段から
出力されるバンチ識別信号、入射インターバル計数手段
から出力される入射器動作許可信号、および入射回数計
数手段から出力される入射回数カウント値の論理積条件
が成立すると、バンチ間隔計数手段から出力されるバン
チ間隔クロックをトリガ信号として出力する論理演算回
路を、入射するバンチの数に相当する分だけ有し、当該
各論理演算回路から出力されるトリガ信号の論理和条件
信号を荷電粒子入射器への入射指令として出力する荷電
粒子入射タイミング算出手段とを備えて構成している。
めに本発明では、荷電粒子ビームを出力する荷電粒子入
射器と、この荷電粒子入射器から出力される荷電粒子ビ
ームを所定のエネルギーまで加速・蓄積するための高周
波加速装置を備えた加速・蓄積リングとからなる粒子加
速器の荷電粒子入射のタイミングを制御する粒子加速器
のタイミング制御装置において、高周波加速装置で用い
られる周波数と同一周波数のクロックを基準として所定
のバンチの間隔をカウントし、バンチ間隔クロックを出
力するバンチ間隔計数手段と、バンチ間隔計数手段から
出力されるバンチ間隔クロックをカウントし、各バンチ
に対応したバンチ識別信号、およびバンチが１周したこ
とを示す周回クロックを出力する１周計数手段と、１周
計数手段から出力される周回クロックを基準として荷電
粒子入射器の動作インターバルをカウントし、入射器動
作許可信号を出力する入射インターバル計数手段と、入
射インターバル計数手段から出力される入射器動作許可
信号をカウントし、各バンチに対応した入射回数カウン
ト値を出力する入射回数計数手段と、１周計数手段から
出力されるバンチ識別信号、入射インターバル計数手段
から出力される入射器動作許可信号、および入射回数計
数手段から出力される入射回数カウント値の論理積条件
が成立すると、バンチ間隔計数手段から出力されるバン
チ間隔クロックをトリガ信号として出力する論理演算回
路を、入射するバンチの数に相当する分だけ有し、当該
各論理演算回路から出力されるトリガ信号の論理和条件
信号を荷電粒子入射器への入射指令として出力する荷電
粒子入射タイミング算出手段とを備えて構成している。
【００２２】ここで、特に上記請求項１に記載の粒子加
速器のタイミング制御装置において、１周計数手段から
出力されるバンチ識別信号に対して、対応する各バンチ
毎に互いに異なった所定時間の遅延を加える遅延手段を
付加している。
速器のタイミング制御装置において、１周計数手段から
出力されるバンチ識別信号に対して、対応する各バンチ
毎に互いに異なった所定時間の遅延を加える遅延手段を
付加している。
【００２３】
【作用】従って、本発明の粒子加速器のタイミング制御
装置においては、バンチを形成する高周波加速と同一周
波数の基準クロックを、バンチ間隔計数手段でカウント
し、目的のバンチが加速・蓄積リングの入射位置へ来る
タイミングを示すバンチ間隔クロックを出力する。
装置においては、バンチを形成する高周波加速と同一周
波数の基準クロックを、バンチ間隔計数手段でカウント
し、目的のバンチが加速・蓄積リングの入射位置へ来る
タイミングを示すバンチ間隔クロックを出力する。
【００２４】次に、このバンチ間隔クロックを１周計数
手段でカウントし、入射位置へ来るバンチが何番目のバ
ンチかを示すバンチ識別信号と、バンチが１周したこと
を示す周回クロックとを出力する。
手段でカウントし、入射位置へ来るバンチが何番目のバ
ンチかを示すバンチ識別信号と、バンチが１周したこと
を示す周回クロックとを出力する。
【００２５】次に、この周回クロックを基準として、荷
電粒子入射器の動作インターバルを入射インターバル計
数手段によってカウントし、荷電粒子入射器が動作可能
な状態であるタイミングを示す入射器動作許可信号を出
力する。
電粒子入射器の動作インターバルを入射インターバル計
数手段によってカウントし、荷電粒子入射器が動作可能
な状態であるタイミングを示す入射器動作許可信号を出
力する。
【００２６】次に、この入射器動作許可信号を入射回数
計数手段でカウントし、その入射が何回目か、すなわち
何番目のバンチへ入射するかを示す入射回数カウント値
を出力する。
計数手段でカウントし、その入射が何回目か、すなわち
何番目のバンチへ入射するかを示す入射回数カウント値
を出力する。
【００２７】さらに、これらの各計数手段の出力であ
る、バンチ間隔クロック、バンチ識別信号、入射器動作
許可信号、入射回数カウント値に基づいて論理演算を行
ない、目的のバンチへ各１回ずつ入射するタイミングを
算出し、荷電粒子入射器へ入射指令として出力する。す
なわち、バンチ識別信号、入射器動作許可信号、および
入射回数カウント値の論理積条件が成立した時に、入射
するバンチの数に相当する分のバンチ間隔クロックをト
リガ信号として出力し、これらの各トリガ信号の論理和
条件信号を荷電粒子入射器へ入射指令として出力する。
る、バンチ間隔クロック、バンチ識別信号、入射器動作
許可信号、入射回数カウント値に基づいて論理演算を行
ない、目的のバンチへ各１回ずつ入射するタイミングを
算出し、荷電粒子入射器へ入射指令として出力する。す
なわち、バンチ識別信号、入射器動作許可信号、および
入射回数カウント値の論理積条件が成立した時に、入射
するバンチの数に相当する分のバンチ間隔クロックをト
リガ信号として出力し、これらの各トリガ信号の論理和
条件信号を荷電粒子入射器へ入射指令として出力する。
【００２８】そして、この入射指令に従って入射するこ
とにより、所定の数の等間隔の目的バンチへのみ入射す
ることができる。また、上記のように計数手段を直列に
動作させ、単一化してその各々の出力を論理演算するこ
とにより、計数手段の数は入射バンチ数によらず、入射
指令の間の誤差も一様になるため、補正も容易であり、
合理的なものとなる。すなわち、入射するバンチの数が
増えても、計数手段の数を増やす必要がなくなる。ま
た、バンチ間隔計数手段は、基準クロックをそのままカ
ウントするため、ＥＣＬ等の高速の素子で構成する必要
があるが、それ以降の各計数手段は、扱う周波数が次第
に低くなるため、ＴＴＬ等で構成でき、全体としては安
価なものにすることができる。さらに、分周器を用いな
いことにより、前述したような問題はなくなり、高精
度、高再現性のタイミング制御を実現することができ
る。
とにより、所定の数の等間隔の目的バンチへのみ入射す
ることができる。また、上記のように計数手段を直列に
動作させ、単一化してその各々の出力を論理演算するこ
とにより、計数手段の数は入射バンチ数によらず、入射
指令の間の誤差も一様になるため、補正も容易であり、
合理的なものとなる。すなわち、入射するバンチの数が
増えても、計数手段の数を増やす必要がなくなる。ま
た、バンチ間隔計数手段は、基準クロックをそのままカ
ウントするため、ＥＣＬ等の高速の素子で構成する必要
があるが、それ以降の各計数手段は、扱う周波数が次第
に低くなるため、ＴＴＬ等で構成でき、全体としては安
価なものにすることができる。さらに、分周器を用いな
いことにより、前述したような問題はなくなり、高精
度、高再現性のタイミング制御を実現することができ
る。
【００２９】
【実施例】本発明は、計数手段を直列に接続して単一化
し、さらに分周器を用いずに高周波加速と同一周波数の
基準クロックを直接カウントすることにより、従来より
も高精度でかつ合理的な単バンチ運転を行なうものであ
る。
し、さらに分周器を用いずに高周波加速と同一周波数の
基準クロックを直接カウントすることにより、従来より
も高精度でかつ合理的な単バンチ運転を行なうものであ
る。
【００３０】以下、上記のような考え方に基づく本発明
の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による粒子加速器のタイミング制御装置
の構成例を示すブロック図であり、図６と同一要素には
同一符号を付して示している。
の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による粒子加速器のタイミング制御装置
の構成例を示すブロック図であり、図６と同一要素には
同一符号を付して示している。
【００３１】すなわち、本実施例の粒子加速器のタイミ
ング制御装置９は、図１に示すように、同期回路１２
と、バンチ間隔カウンタ１５と、１周カウンタ１６と、
遅延手段であるディレーライン１７と、入射インターバ
ルカウンタ１８と、入射回数カウンタ１９と、荷電粒子
入射タイミング算出回路３０とから構成している。
ング制御装置９は、図１に示すように、同期回路１２
と、バンチ間隔カウンタ１５と、１周カウンタ１６と、
遅延手段であるディレーライン１７と、入射インターバ
ルカウンタ１８と、入射回数カウンタ１９と、荷電粒子
入射タイミング算出回路３０とから構成している。
【００３２】ここで、同期回路１２は、前記高周波加速
装置６で用いられる周波数と同一周波数の基準クロック
を基準クロック発生器８から入力し、スタートパルス発
生器１１からのスタートパルスと同期をとり、同期クロ
ックを出力するものである。
装置６で用いられる周波数と同一周波数の基準クロック
を基準クロック発生器８から入力し、スタートパルス発
生器１１からのスタートパルスと同期をとり、同期クロ
ックを出力するものである。
【００３３】また、バンチ間隔カウンタ１５は、例えば
ＥＣＬ等の高速素子で構成され、同期回路１２から出力
される同期クロックを基準として所定のバンチの間隔を
カウントし、バンチ間隔クロックＡを出力するものであ
る。
ＥＣＬ等の高速素子で構成され、同期回路１２から出力
される同期クロックを基準として所定のバンチの間隔を
カウントし、バンチ間隔クロックＡを出力するものであ
る。
【００３４】さらに、１周カウンタ１６は、バンチ間隔
カウンタ１５から出力されるバンチ間隔クロックＡをカ
ウントし、バンチ識別信号Ｂ、およびバンチが１周した
ことを示す周回クロックＣ´を出力するものである。
カウンタ１５から出力されるバンチ間隔クロックＡをカ
ウントし、バンチ識別信号Ｂ、およびバンチが１周した
ことを示す周回クロックＣ´を出力するものである。
【００３５】さらにまた、ディレーライン１７は、１周
カウンタ１６から出力されるバンチ識別信号Ｂに対し
て、対応する各バンチ毎に互いに異なった所定時間の遅
延を加え、各バンチに対応した信号Ｂ1 〜Ｂn （ｎは入
射するバンチの数）として出力するものである。
カウンタ１６から出力されるバンチ識別信号Ｂに対し
て、対応する各バンチ毎に互いに異なった所定時間の遅
延を加え、各バンチに対応した信号Ｂ1 〜Ｂn （ｎは入
射するバンチの数）として出力するものである。
【００３６】一方、入射インターバルカウンタ１８は、
１周カウンタ１６から出力される周回クロックＣ´を基
準として荷電粒子入射器の動作インターバルをカウント
し、入射器動作許可信号Ｃを出力するものである。
１周カウンタ１６から出力される周回クロックＣ´を基
準として荷電粒子入射器の動作インターバルをカウント
し、入射器動作許可信号Ｃを出力するものである。
【００３７】また、入射回数カウンタ１９は、入射イン
ターバルカウンタ１８から出力される入射器動作許可信
号Ｃをカウントし、各バンチに対応した入射回数カウン
ト値Ｄ1 〜Ｄn を出力するものである。
ターバルカウンタ１８から出力される入射器動作許可信
号Ｃをカウントし、各バンチに対応した入射回数カウン
ト値Ｄ1 〜Ｄn を出力するものである。
【００３８】さらにまた、荷電粒子入射タイミング算出
回路３０は、１周カウンタ１６から出力されるバンチ識
別信号Ｂ、入射インターバルカウンタ１８から出力され
る入射器動作許可信号Ｃ、および入射回数カウンタ１９
から出力される入射回数カウント値Ｄ1 〜Ｄn の論理積
条件が成立すると、バンチ間隔カウンタ１５から出力さ
れるバンチ間隔クロックＡをトリガ信号として出力する
論理演算回路を、入射するバンチの数に相当する分だけ
有し、これらの各論理演算回路から出力されるトリガ信
号の論理和条件信号を、前記荷電粒子入射器１への入射
指令として出力するものである。
回路３０は、１周カウンタ１６から出力されるバンチ識
別信号Ｂ、入射インターバルカウンタ１８から出力され
る入射器動作許可信号Ｃ、および入射回数カウンタ１９
から出力される入射回数カウント値Ｄ1 〜Ｄn の論理積
条件が成立すると、バンチ間隔カウンタ１５から出力さ
れるバンチ間隔クロックＡをトリガ信号として出力する
論理演算回路を、入射するバンチの数に相当する分だけ
有し、これらの各論理演算回路から出力されるトリガ信
号の論理和条件信号を、前記荷電粒子入射器１への入射
指令として出力するものである。
【００３９】図２は、荷電粒子入射タイミング算出回路
３０の構成例を示すブロック図である。すなわち、本荷
電粒子入射タイミング算出回路３０は、図２に示すよう
に、入射するバンチの数ｎに相当する分のｎ個のトリガ
検出回路２０と、論理和（オア）回路２１と、モノマル
チバイブレータ２２と、ディレーライン２３とからなっ
ている。
３０の構成例を示すブロック図である。すなわち、本荷
電粒子入射タイミング算出回路３０は、図２に示すよう
に、入射するバンチの数ｎに相当する分のｎ個のトリガ
検出回路２０と、論理和（オア）回路２１と、モノマル
チバイブレータ２２と、ディレーライン２３とからなっ
ている。
【００４０】ここで、１番目のバンチに対応するトリガ
検出回路２０は、２個の論理積（アンド）回路２０１，
２０２、ＲＳフリップフロップ回路２０３、ディレーラ
イン２０４からなり、１周カウンタ１６からのバンチ識
別信号Ｂ1 と、入射インターバルカウンタ１８からの入
射器動作許可信号Ｃと、入射回数カウンタ１９からの入
射回数カウント値Ｄ1 との論理積をとり、その論理積条
件が成立すると、バンチ間隔カウンタ１５からのバンチ
間隔クロックＡを、バンチへ入射するタイミングである
トリガ信号Ｅ1 として出力するものである。なお、２番
目〜ｎ番目の各バンチに対応するトリガ検出回路２０に
ついても同様であり、番目に対応する添字を付して示し
ている。
検出回路２０は、２個の論理積（アンド）回路２０１，
２０２、ＲＳフリップフロップ回路２０３、ディレーラ
イン２０４からなり、１周カウンタ１６からのバンチ識
別信号Ｂ1 と、入射インターバルカウンタ１８からの入
射器動作許可信号Ｃと、入射回数カウンタ１９からの入
射回数カウント値Ｄ1 との論理積をとり、その論理積条
件が成立すると、バンチ間隔カウンタ１５からのバンチ
間隔クロックＡを、バンチへ入射するタイミングである
トリガ信号Ｅ1 として出力するものである。なお、２番
目〜ｎ番目の各バンチに対応するトリガ検出回路２０に
ついても同様であり、番目に対応する添字を付して示し
ている。
【００４１】また、論理和回路２１は、各トリガ検出回
路２０から出力される トリガ信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，……Ｅ
n の論理和をとり、その論理和条件信号を出力するもの
である。
路２０から出力される トリガ信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，……Ｅ
n の論理和をとり、その論理和条件信号を出力するもの
である。
【００４２】さらに、モノマルチバイブレータ２２は、
論理和回路２１から出力されるトリガ信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，
……Ｅn を所定のパルス幅の信号に変換し出力するもの
である。
論理和回路２１から出力されるトリガ信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，
……Ｅn を所定のパルス幅の信号に変換し出力するもの
である。
【００４３】さらにまた、ディレーライン２３は、モノ
マルチバイブレータ２２から出力される信号に対して所
定時間の遅延を加え、入射指令Ｆを荷電粒子入射器１へ
出力するものである。
マルチバイブレータ２２から出力される信号に対して所
定時間の遅延を加え、入射指令Ｆを荷電粒子入射器１へ
出力するものである。
【００４４】次に、以上のように構成した本実施例の粒
子加速器のタイミング制御装置９の動作について、図３
に示すタイミングチャートを用いて詳細に説明する。な
お、以降では、説明を簡単にするために、タイミング制
御の対象を、次のようにおくことにする。
子加速器のタイミング制御装置９の動作について、図３
に示すタイミングチャートを用いて詳細に説明する。な
お、以降では、説明を簡単にするために、タイミング制
御の対象を、次のようにおくことにする。
【００４５】
加速・蓄積リング３の周長 ｌ＝３００ｍ
基準クロックの周波数 ｆ0 ＝５００ＭＨｚ
入射するバンチの数 ｎ＝４個
荷電粒子入射器１の動作インターバル ｔint ＝２０ｍ
ｓ 基準クロック発生器８は、粒子加速器システム全体の基
準クロック発生源であり、高周波加速に用いられる周波
数と同一周波数ｆ0 ＝５００ＭＨｚの基準クロックが、
本タイミング制御装置へ入力される。また、スタートパ
ルス発生器１１からは、入射開始を示すスタートパルス
が入力される。そして、基準クロックは、同期回路１２
において、このスタートパルスと同期をとり、同期クロ
ックとしてバンチ間隔カウンタ１５へ入力される。
ｓ 基準クロック発生器８は、粒子加速器システム全体の基
準クロック発生源であり、高周波加速に用いられる周波
数と同一周波数ｆ0 ＝５００ＭＨｚの基準クロックが、
本タイミング制御装置へ入力される。また、スタートパ
ルス発生器１１からは、入射開始を示すスタートパルス
が入力される。そして、基準クロックは、同期回路１２
において、このスタートパルスと同期をとり、同期クロ
ックとしてバンチ間隔カウンタ１５へ入力される。
【００４６】バンチ間隔カウンタ１５では、あらかじめ
設定されたバンチ間隔分の同期クロックをカウントする
毎にＯＮするバンチ間隔クロックＡが出力される。ここ
では、入射するリングの周長ｌ＝３００ｍ、高周波加速
の周波数ｆ0 ＝５００ＭＨｚより、ハーモニスク数ｈ＝
ｌ・ｆ0 ／ｃ＝５００（ｃ：光速＝３×１０8 ｍ／ｓ）
であり、入射するバンチ数ｎ＝４であるから、バンチ間
隔はｈ／ｎ＝１２５となる。すなわち、バンチ間隔クロ
ックＡは、ｆ0 ／（ｈ／ｎ）＝４ＭＨｚのクロックであ
り、入射する各バケットが、入射位置へ来るタイミング
を示すことになる。
設定されたバンチ間隔分の同期クロックをカウントする
毎にＯＮするバンチ間隔クロックＡが出力される。ここ
では、入射するリングの周長ｌ＝３００ｍ、高周波加速
の周波数ｆ0 ＝５００ＭＨｚより、ハーモニスク数ｈ＝
ｌ・ｆ0 ／ｃ＝５００（ｃ：光速＝３×１０8 ｍ／ｓ）
であり、入射するバンチ数ｎ＝４であるから、バンチ間
隔はｈ／ｎ＝１２５となる。すなわち、バンチ間隔クロ
ックＡは、ｆ0 ／（ｈ／ｎ）＝４ＭＨｚのクロックであ
り、入射する各バケットが、入射位置へ来るタイミング
を示すことになる。
【００４７】一方、１周カウンタ１６では、あらかじめ
入射するバンチ数ｎ＝４が設定され、バンチ間隔クロッ
クＡをカウントしてバンチ数毎にＯＮする周回クロック
Ｃ´が出力される。この周回クロックＣ´とは、バンチ
が１周したことを示し、その周波数ｆR は｛ｆ0 ／（ｈ
／ｎ）｝／ｎとなる。また、１周カウンタ１６のカウン
ト値にタイミングして、所定時間の遅延がディレーライ
ン１７で加えられ、バンチ識別信号Ｂ1 〜Ｂ4 として出
力される。そして、周回クロックＣ´は、入射インター
バルカウンタ１８へ入力される。
入射するバンチ数ｎ＝４が設定され、バンチ間隔クロッ
クＡをカウントしてバンチ数毎にＯＮする周回クロック
Ｃ´が出力される。この周回クロックＣ´とは、バンチ
が１周したことを示し、その周波数ｆR は｛ｆ0 ／（ｈ
／ｎ）｝／ｎとなる。また、１周カウンタ１６のカウン
ト値にタイミングして、所定時間の遅延がディレーライ
ン１７で加えられ、バンチ識別信号Ｂ1 〜Ｂ4 として出
力される。そして、周回クロックＣ´は、入射インター
バルカウンタ１８へ入力される。
【００４８】入射インターバルカウンタ１８では、この
周回クロックＣ´を基準にして、荷電粒子入射器１の動
作インターバル ｔint ＝２０ｍｓがカウントされる。
従って、この例では、入射インターバルカウンタ１８の
設定値は、ｔint ・ｆR ＝２×１０4 となる。
周回クロックＣ´を基準にして、荷電粒子入射器１の動
作インターバル ｔint ＝２０ｍｓがカウントされる。
従って、この例では、入射インターバルカウンタ１８の
設定値は、ｔint ・ｆR ＝２×１０4 となる。
【００４９】入射インターバルカウンタ１８からは、荷
電粒子入射器１が動作可能であることを示す入射器動作
許可信号Ｃが出力され、入射回数カウンタ１９へ入力さ
れる。すると、入射回数カウンタ１９では、この入射器
動作許可信号Ｃがカウントされ、その入射が何回目か、
すなわち何番目のバンチへ入射するかを示す入射回数カ
ウント値Ｄ1 〜Ｄ4 が出力される。
電粒子入射器１が動作可能であることを示す入射器動作
許可信号Ｃが出力され、入射回数カウンタ１９へ入力さ
れる。すると、入射回数カウンタ１９では、この入射器
動作許可信号Ｃがカウントされ、その入射が何回目か、
すなわち何番目のバンチへ入射するかを示す入射回数カ
ウント値Ｄ1 〜Ｄ4 が出力される。
【００５０】さらに、上記バンチ間隔クロックＡ、バン
チ識別信号Ｂ1 〜Ｂ4 、入射器動作許可信号Ｃ、入射回
数カウント値Ｄ1 〜Ｄ4 は、荷電粒子入射タイミング算
出回路３０へ入力される。荷電粒子入射タイミング算出
回路３０には、トリガ検出回路２０が、入射するバンチ
の数だけある。
チ識別信号Ｂ1 〜Ｂ4 、入射器動作許可信号Ｃ、入射回
数カウント値Ｄ1 〜Ｄ4 は、荷電粒子入射タイミング算
出回路３０へ入力される。荷電粒子入射タイミング算出
回路３０には、トリガ検出回路２０が、入射するバンチ
の数だけある。
【００５１】１番目のトリガ検出回路２０では、バンチ
識別信号Ｂ1 、入射器動作許可信号Ｃ、および入射回数
カウント値Ｄ1 の３つ共にＯＮしている時に、バンチ間
隔クロックＡを一つだけ通して、トリガ信号Ｅ1 が出力
される。すなわち、１番目のバンチについて、荷電粒子
入射器１が動作可能で、１回目の入射である時に、目的
のバンチが入射位置に来たことを示す。また、２番目、
３番目、４番目のトリガ検出回路２０でも、同様にして
トリガ信号Ｅ2 、Ｅ3 、Ｅ4 が出力される。
識別信号Ｂ1 、入射器動作許可信号Ｃ、および入射回数
カウント値Ｄ1 の３つ共にＯＮしている時に、バンチ間
隔クロックＡを一つだけ通して、トリガ信号Ｅ1 が出力
される。すなわち、１番目のバンチについて、荷電粒子
入射器１が動作可能で、１回目の入射である時に、目的
のバンチが入射位置に来たことを示す。また、２番目、
３番目、４番目のトリガ検出回路２０でも、同様にして
トリガ信号Ｅ2 、Ｅ3 、Ｅ4 が出力される。
【００５２】これらのトリガ信号Ｅ1 〜Ｅ4 は、論理和
回路２１によって論理和がとられ、モノマルチバイブレ
ータ２２で所定のパルス幅の信号となり、ディレーライ
ン２３によって所定時間の遅延が加えられた後、入射指
令Ｆとして荷電粒子入射器１へ出力される。このディレ
ーライン２３は、例えば入射指令Ｆの伝送時間等を考慮
して、入射タイミングの微調整を行なうため、計算機等
により遠隔設定できるものである。
回路２１によって論理和がとられ、モノマルチバイブレ
ータ２２で所定のパルス幅の信号となり、ディレーライ
ン２３によって所定時間の遅延が加えられた後、入射指
令Ｆとして荷電粒子入射器１へ出力される。このディレ
ーライン２３は、例えば入射指令Ｆの伝送時間等を考慮
して、入射タイミングの微調整を行なうため、計算機等
により遠隔設定できるものである。
【００５３】上述したように、本実施例の粒子加速器の
タイミング制御装置９は、粒子加速器の高周波加速装置
６で用いられる周波数と同一周波数の基準クロックを基
準クロック発生器８から入力し、スタートパルス発生器
１１からのスタートパルスと同期をとり、同期クロック
を出力する同期回路１２と、同期回路１２から出力され
る同期クロックを基準として所定のバンチの間隔をカウ
ントし、バンチ間隔クロックＡを出力するバンチ間隔カ
ウンタ１５と、バンチ間隔カウンタ１５から出力される
バンチ間隔クロックＡをカウントし、バンチ識別信号
Ｂ、およびバンチが１周したことを示す周回クロックＣ
´を出力する１周カウンタ１６と、１周カウンタ１６か
ら出力されるバンチ識別信号Ｂに対して、対応する各バ
ンチ毎に互いに異なった所定時間の遅延を加え、各バン
チに対応した信号Ｂ1 〜Ｂn として出力するディレーラ
イン１７と、１周カウンタ１６から出力される周回クロ
ックＣ´を基準として荷電粒子入射器の動作インターバ
ルをカウントし、入射器動作許可信号Ｃを出力する入射
インターバルカウンタ１８と、入射インターバルカウン
タ１８から出力される入射器動作許可信号Ｃをカウント
し、各バンチに対応した入射回数カウント値Ｄ1 〜Ｄn
を出力する入射回数カウンタ１９と、１周カウンタ１６
から出力されるバンチ識別信号Ｂ、入射インターバルカ
ウンタ１８から出力される入射器動作許可信号Ｃ、およ
び入射回数カウンタ１９から出力される入射回数カウン
ト値Ｄ1 〜Ｄn の論理積条件が成立すると、バンチ間隔
カウンタ１５から出力されるバンチ間隔クロックＡをト
リガ信号として出力する論理演算回路を、入射するバン
チの数に相当する分だけ有し、これらの各論理演算回路
から出力されるトリガ信号の論理和条件信号を、荷電粒
子入射器１への入射指令として出力する荷電粒子入射タ
イミング算出回路３０とから構成したものである。
タイミング制御装置９は、粒子加速器の高周波加速装置
６で用いられる周波数と同一周波数の基準クロックを基
準クロック発生器８から入力し、スタートパルス発生器
１１からのスタートパルスと同期をとり、同期クロック
を出力する同期回路１２と、同期回路１２から出力され
る同期クロックを基準として所定のバンチの間隔をカウ
ントし、バンチ間隔クロックＡを出力するバンチ間隔カ
ウンタ１５と、バンチ間隔カウンタ１５から出力される
バンチ間隔クロックＡをカウントし、バンチ識別信号
Ｂ、およびバンチが１周したことを示す周回クロックＣ
´を出力する１周カウンタ１６と、１周カウンタ１６か
ら出力されるバンチ識別信号Ｂに対して、対応する各バ
ンチ毎に互いに異なった所定時間の遅延を加え、各バン
チに対応した信号Ｂ1 〜Ｂn として出力するディレーラ
イン１７と、１周カウンタ１６から出力される周回クロ
ックＣ´を基準として荷電粒子入射器の動作インターバ
ルをカウントし、入射器動作許可信号Ｃを出力する入射
インターバルカウンタ１８と、入射インターバルカウン
タ１８から出力される入射器動作許可信号Ｃをカウント
し、各バンチに対応した入射回数カウント値Ｄ1 〜Ｄn
を出力する入射回数カウンタ１９と、１周カウンタ１６
から出力されるバンチ識別信号Ｂ、入射インターバルカ
ウンタ１８から出力される入射器動作許可信号Ｃ、およ
び入射回数カウンタ１９から出力される入射回数カウン
ト値Ｄ1 〜Ｄn の論理積条件が成立すると、バンチ間隔
カウンタ１５から出力されるバンチ間隔クロックＡをト
リガ信号として出力する論理演算回路を、入射するバン
チの数に相当する分だけ有し、これらの各論理演算回路
から出力されるトリガ信号の論理和条件信号を、荷電粒
子入射器１への入射指令として出力する荷電粒子入射タ
イミング算出回路３０とから構成したものである。
【００５４】従って、遅延時間をカウントする部分、す
なわちカウンタを直列に接続して単一化し、かつまた各
カウンタを並列に動作させるのでなく、各々前段のカウ
ンタの出力をカウントするため、カウンタの数を必要最
少限に抑え、さらに各バンチへの入射のタイミングの誤
差も一様になり、その補正も容易に行なうことができ
る。
なわちカウンタを直列に接続して単一化し、かつまた各
カウンタを並列に動作させるのでなく、各々前段のカウ
ンタの出力をカウントするため、カウンタの数を必要最
少限に抑え、さらに各バンチへの入射のタイミングの誤
差も一様になり、その補正も容易に行なうことができ
る。
【００５５】また、従来のように分周器を用いずに、高
周波加速と同じ周波数の基準クロックを直接カウントす
るため、その周波数の変動による誤差も最少限に止める
ことができる。
周波加速と同じ周波数の基準クロックを直接カウントす
るため、その周波数の変動による誤差も最少限に止める
ことができる。
【００５６】以上により、荷電粒子入射器１の入射タイ
ミングを制御することで、所定の数のバンチへのみ入射
することができ、従来よりも極めて高精度でかつ合理的
な単バンチ運転を行なうことが可能となる。
ミングを制御することで、所定の数のバンチへのみ入射
することができ、従来よりも極めて高精度でかつ合理的
な単バンチ運転を行なうことが可能となる。
【００５７】一方、荷電粒子入射タイミング算出回路３
０は、論理演算回路により構成しているため、回路構成
を簡略化することができ、素子相互間の誤差を無くして
高精度化を図ると共に、素子数を減らして演算の高速化
を図ることが可能となる。
０は、論理演算回路により構成しているため、回路構成
を簡略化することができ、素子相互間の誤差を無くして
高精度化を図ると共に、素子数を減らして演算の高速化
を図ることが可能となる。
【００５８】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。 （ａ）上記実施例では、制御対象を前述のように仮定し
た場合について説明したが、これに限らず、他の異なる
周長のリング、異なる加速周波数でも、全く同様に制御
できるものである。また、荷電粒子入射タイミング算出
回路３０のトリガ検出回路を、想定される単バンチ運転
の最大入射数だけ用意しておくことにより、異なる入射
数にも対応することができる。
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。 （ａ）上記実施例では、制御対象を前述のように仮定し
た場合について説明したが、これに限らず、他の異なる
周長のリング、異なる加速周波数でも、全く同様に制御
できるものである。また、荷電粒子入射タイミング算出
回路３０のトリガ検出回路を、想定される単バンチ運転
の最大入射数だけ用意しておくことにより、異なる入射
数にも対応することができる。
【００５９】（ｂ）上記実施例において、ディレーライ
ン１７は、タイミングをより確実にとるためのもので、
本発明に必要不可欠な要素ではなく、必要に応じて備え
ればよいものである。
ン１７は、タイミングをより確実にとるためのもので、
本発明に必要不可欠な要素ではなく、必要に応じて備え
ればよいものである。
【００６０】（ｃ）上記実施例において、荷電粒子入射
タイミング算出回路３０の構成は、図２に示したものに
限定されるものではなく、他の構成の論理演算回路によ
っても同様に実施できるものである。
タイミング算出回路３０の構成は、図２に示したものに
限定されるものではなく、他の構成の論理演算回路によ
っても同様に実施できるものである。
【００６１】図４は、荷電粒子入射タイミング算出回路
３０の他の構成例を示すブロック図であり、図２と同一
部分には同一符号を付して示している。図４において、
４１，４２，４３，４４，４５は論理積（アンド）回
路、４６は論理和（オア）回路、４７はＲＳフリップフ
ロップ回路、４８はディレーライン、２２はモノマルチ
バイブレータ、２３はディレーライン２３であり、図示
のように構成されている。
３０の他の構成例を示すブロック図であり、図２と同一
部分には同一符号を付して示している。図４において、
４１，４２，４３，４４，４５は論理積（アンド）回
路、４６は論理和（オア）回路、４７はＲＳフリップフ
ロップ回路、４８はディレーライン、２２はモノマルチ
バイブレータ、２３はディレーライン２３であり、図示
のように構成されている。
【００６２】本荷電粒子入射タイミング算出回路におい
ては、前記図２の荷電粒子入射タイミング算出回路に比
べて、全体の回路構成をより一層簡単化することがで
き、素子相互間の誤差を無くしてより一層の高精度化を
図ると共に、素子数を減らして演算のより一層の高速化
を図ることが可能となる。
ては、前記図２の荷電粒子入射タイミング算出回路に比
べて、全体の回路構成をより一層簡単化することがで
き、素子相互間の誤差を無くしてより一層の高精度化を
図ると共に、素子数を減らして演算のより一層の高速化
を図ることが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の粒子加速
器のタイミング制御装置によれば、粒子加速器の高周波
加速装置で用いられる周波数と同一周波数のクロックを
基準として所定のバンチの間隔をカウントし、バンチ間
隔クロックを出力するバンチ間隔計数手段と、バンチ間
隔計数手段から出力されるバンチ間隔クロックをカウン
トし、各バンチに対応したバンチ識別信号、およびバン
チが１周したことを示す周回クロックを出力する１周計
数手段と、１周計数手段から出力される周回クロックを
基準として荷電粒子入射器の動作インターバルをカウン
トし、入射器動作許可信号を出力する入射インターバル
計数手段と、入射インターバル計数手段から出力される
入射器動作許可信号をカウントし、各バンチに対応した
入射回数カウント値を出力する入射回数計数手段と、１
周計数手段から出力されるバンチ識別信号、入射インタ
ーバル計数手段から出力される入射器動作許可信号、お
よび入射回数計数手段から出力される入射回数カウント
値の論理積条件が成立すると、バンチ間隔計数手段から
出力されるバンチ間隔クロックをトリガ信号として出力
する論理演算回路を、入射するバンチの数に相当する分
だけ有し、当該各論理演算回路から出力されるトリガ信
号の論理和条件信号を荷電粒子入射器への入射指令とし
て出力する荷電粒子入射タイミング算出手段と、必要に
応じて、１周計数手段から出力されるバンチ識別信号に
対して、対応する各バンチ毎に互いに異なった所定時間
の遅延を加える遅延手段を備えて構成したので、高精度
でかつ合理的な単バンチ運転を行なうことが可能とな
る。
器のタイミング制御装置によれば、粒子加速器の高周波
加速装置で用いられる周波数と同一周波数のクロックを
基準として所定のバンチの間隔をカウントし、バンチ間
隔クロックを出力するバンチ間隔計数手段と、バンチ間
隔計数手段から出力されるバンチ間隔クロックをカウン
トし、各バンチに対応したバンチ識別信号、およびバン
チが１周したことを示す周回クロックを出力する１周計
数手段と、１周計数手段から出力される周回クロックを
基準として荷電粒子入射器の動作インターバルをカウン
トし、入射器動作許可信号を出力する入射インターバル
計数手段と、入射インターバル計数手段から出力される
入射器動作許可信号をカウントし、各バンチに対応した
入射回数カウント値を出力する入射回数計数手段と、１
周計数手段から出力されるバンチ識別信号、入射インタ
ーバル計数手段から出力される入射器動作許可信号、お
よび入射回数計数手段から出力される入射回数カウント
値の論理積条件が成立すると、バンチ間隔計数手段から
出力されるバンチ間隔クロックをトリガ信号として出力
する論理演算回路を、入射するバンチの数に相当する分
だけ有し、当該各論理演算回路から出力されるトリガ信
号の論理和条件信号を荷電粒子入射器への入射指令とし
て出力する荷電粒子入射タイミング算出手段と、必要に
応じて、１周計数手段から出力されるバンチ識別信号に
対して、対応する各バンチ毎に互いに異なった所定時間
の遅延を加える遅延手段を備えて構成したので、高精度
でかつ合理的な単バンチ運転を行なうことが可能とな
る。
【００６４】また、複数の計数手段を直列に動作させ、
単一化してその各々の出力を論理演算するようにしてい
るので、計数手段の数は入射バンチ数によらず、入射指
令の間の誤差も一様になるため、補正も極めて容易であ
り、合理的なものとなる。すなわち、入射するバンチの
数が増えても、計数手段の数を一切増やす必要がなくな
る。
単一化してその各々の出力を論理演算するようにしてい
るので、計数手段の数は入射バンチ数によらず、入射指
令の間の誤差も一様になるため、補正も極めて容易であ
り、合理的なものとなる。すなわち、入射するバンチの
数が増えても、計数手段の数を一切増やす必要がなくな
る。
【００６５】さらに、バンチ間隔計数手段は、基準クロ
ックをそのままカウントするため、ＥＣＬ等の高速の素
子で構成する必要があるが、それ以降の各計数手段は、
扱う周波数が次第に低くなるので、ＴＴＬ等で構成で
き、全体としては安価なものにすることが可能となる。
さらにまた、分周器を用いていないので、前述したよう
な問題がなくなり、高精度、高再現性のタイミング制御
を実現することが可能となる。
ックをそのままカウントするため、ＥＣＬ等の高速の素
子で構成する必要があるが、それ以降の各計数手段は、
扱う周波数が次第に低くなるので、ＴＴＬ等で構成で
き、全体としては安価なものにすることが可能となる。
さらにまた、分周器を用いていないので、前述したよう
な問題がなくなり、高精度、高再現性のタイミング制御
を実現することが可能となる。
【図１】本発明による粒子加速器のタイミング制御装置
の一実施例を示すブロック図。
の一実施例を示すブロック図。
【図２】同実施例の粒子加速器のタイミング制御装置に
おける荷電粒子入射タイミング算出回路の構成例を示す
ブロック図。
おける荷電粒子入射タイミング算出回路の構成例を示す
ブロック図。
【図３】同実施例の粒子加速器のタイミング制御装置に
おける詳細な動作を説明するためのタイミングチャート
図。
おける詳細な動作を説明するためのタイミングチャート
図。
【図４】本発明による粒子加速器のタイミング制御装置
における荷電粒子入射タイミング算出回路の他の実施例
を示すブロック図。
における荷電粒子入射タイミング算出回路の他の実施例
を示すブロック図。
【図５】従来の粒子加速器の一例を示す構成図。
【図６】従来の粒子加速器のタイミング制御装置の構成
例を示すブロック図。
例を示すブロック図。
１…荷電粒子入射器、２…静電インフレクター、３…加
速・蓄積リング、４…真空ダクト、５…偏向電磁石、６
…高周波加速装置、７…粒子輸送管、８…基準クロック
発生器、９…タイミング制御装置、１０…分周器、１１
…スタートパルス発生器、１２…同期回路、１３…延長
カウンタ、１４…アナログ遅延回路、１５…バンチ間隔
カウンタ、１６…１周カウンタ、１７…ディレーライ
ン、１８…入射インターバルカウンタ、１９…入射回数
カウンタ、２０…トリガ検出回路、２１…論理和（オ
ア）回路、２２…モノマルチバイブレータ、２３…ディ
レーライン、４１，４２，４３，４４，４５…論理積
（アンド）回路、４６…論理和（オア）回路、４７…Ｒ
Ｓフリップフロップ、４８…ディレーライン、２０１，
２０２…論理積（アンド）回路、２０３…ＲＳフリップ
フロップ、２０４…ディレーライン、Ａ…バンチ間隔ク
ロック、Ｂ1 〜Ｂn …バンチ識別信号、Ｃ´…周回クロ
ック、Ｃ…入射器動作許可信号、Ｄ1 〜Ｄn …入射回数
カウント値、Ｅ1 〜Ｅn …トリガ信号、Ｆ…入射指令。
速・蓄積リング、４…真空ダクト、５…偏向電磁石、６
…高周波加速装置、７…粒子輸送管、８…基準クロック
発生器、９…タイミング制御装置、１０…分周器、１１
…スタートパルス発生器、１２…同期回路、１３…延長
カウンタ、１４…アナログ遅延回路、１５…バンチ間隔
カウンタ、１６…１周カウンタ、１７…ディレーライ
ン、１８…入射インターバルカウンタ、１９…入射回数
カウンタ、２０…トリガ検出回路、２１…論理和（オ
ア）回路、２２…モノマルチバイブレータ、２３…ディ
レーライン、４１，４２，４３，４４，４５…論理積
（アンド）回路、４６…論理和（オア）回路、４７…Ｒ
Ｓフリップフロップ、４８…ディレーライン、２０１，
２０２…論理積（アンド）回路、２０３…ＲＳフリップ
フロップ、２０４…ディレーライン、Ａ…バンチ間隔ク
ロック、Ｂ1 〜Ｂn …バンチ識別信号、Ｃ´…周回クロ
ック、Ｃ…入射器動作許可信号、Ｄ1 〜Ｄn …入射回数
カウント値、Ｅ1 〜Ｅn …トリガ信号、Ｆ…入射指令。
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(56)参考文献 特開 平５−21200（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−297100（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−54511（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−48396（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05H 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】 荷電粒子ビームを出力する荷電粒子入射
器と、この荷電粒子入射器から出力される荷電粒子ビー
ムを所定のエネルギーまで加速・蓄積するための高周波
加速装置を備えた加速・蓄積リングとからなる粒子加速
器の荷電粒子入射のタイミングを制御する粒子加速器の
タイミング制御装置において、 前記高周波加速装置で用いられる周波数と同一周波数の
クロックを基準として所定のバンチの間隔をカウント
し、バンチ間隔クロックを出力するバンチ間隔計数手段
と、 前記バンチ間隔計数手段から出力されるバンチ間隔クロ
ックをカウントし、各バンチに対応したバンチ識別信
号、およびバンチが１周したことを示す周回クロックを
出力する１周計数手段と、 前記１周計数手段から出力される周回クロックを基準と
して前記荷電粒子入射器の動作インターバルをカウント
し、入射器動作許可信号を出力する入射インターバル計
数手段と、 前記入射インターバル計数手段から出力される入射器動
作許可信号をカウントし、各バンチに対応した入射回数
カウント値を出力する入射回数計数手段と、 前記１周計数手段から出力されるバンチ識別信号、前記
入射インターバル計数手段から出力される入射器動作許
可信号、および前記入射回数計数手段から出力される入
射回数カウント値の論理積条件が成立すると、前記バン
チ間隔計数手段から出力されるバンチ間隔クロックをト
リガ信号として出力する論理演算回路を、入射するバン
チの数に相当する分だけ有し、当該各論理演算回路から
出力されるトリガ信号の論理和条件信号を前記荷電粒子
入射器への入射指令として出力する荷電粒子入射タイミ
ング算出手段と、 を備えて成ることを特徴とする粒子加速器のタイミング
制御装置。 - 【請求項２】 前記請求項１に記載の粒子加速器のタイ
ミング制御装置において、 前記１周計数手段から出力されるバンチ識別信号に対し
て、対応する各バンチ毎に互いに異なった所定時間の遅
延を加える遅延手段を付加して成ることを特徴とする粒
子加速器のタイミング制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20945193A JP3381972B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 粒子加速器のタイミング制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20945193A JP3381972B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 粒子加速器のタイミング制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0765995A JPH0765995A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3381972B2 true JP3381972B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=16573092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20945193A Expired - Lifetime JP3381972B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 粒子加速器のタイミング制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381972B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3268428B2 (ja) * | 1996-07-30 | 2002-03-25 | 株式会社日立製作所 | デマルチプレクサ装置及びマルチプレクサ装置並びにそれらを備えた信号処理装置 |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP20945193A patent/JP3381972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0765995A (ja) | 1995-03-10 |
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