JP3435926B2 - Circular accelerator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を周回させ、
出射してビームを得る円形加速器に係り、特に荷電粒子
のベータトロン振動に共鳴を励起してビームを取り出す
円形加速器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is designed to orbit charged particles,
The present invention relates to a circular accelerator that emits a beam to obtain a beam, and particularly to a circular accelerator that excites resonance in betatron oscillation of charged particles to extract a beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ビーム中の荷電粒子は運動量によってそ
れぞれ異なるチューンを持つ。この荷電粒子のチューン
の運動量依存性はクロマティシティと呼ばれる。安定限
界の大きさはチューンの共鳴点からの偏差に依存するの
で、すなわち、荷電粒子は運動量によって異なる安定限
界を持つ。2. Description of the Related Art Charged particles in a beam have different tunes depending on the momentum. The momentum dependence of the tune of this charged particle is called chromaticity. Since the size of the stability limit depends on the deviation of the tune from the resonance point, that is, the charged particle has a stability limit that differs depending on the momentum.
【０００３】しかし、小さな安定限界を持つために出射
の共鳴励起の際に失われてしまう荷電粒子や、大きな安
定限界を持つために出射までに時間がかかり、加速器内
に残留する荷電粒子があって、出射効率が悪く、また、
出射ビームの質が時間的に変化していた。この問題を解
決するためには、クロマティシティを０に補正して、運
動量によらず荷電粒子が同じ安定限界を持つようにすれ
ば良い。However, there are charged particles that are lost during resonance excitation of the emission due to the small stability limit, and charged particles that remain in the accelerator due to the large stability limit. The output efficiency is poor, and
The quality of the emitted beam changed with time. In order to solve this problem, the chromaticity may be corrected to 0 so that the charged particles have the same stability limit regardless of the momentum.
【０００４】３次共鳴を利用してビームの取り出しをす
る従来の円形加速器内には、クロマティシティ補正用と
して一対の六極電磁石と、共鳴励起用として一対の六極
電磁石を設置している。A conventional circular accelerator for extracting a beam by utilizing the third resonance is provided with a pair of sextupole electromagnets for chromaticity correction and a pair of sextupole electromagnets for resonance excitation.
【０００５】共鳴励起用の２台の六極電磁石は、回転対
称で、かつ、ベータトロン振動の位相差がｎπ／３（ｎ
は奇数）である位置に配置され、それぞれ逆向きで同じ
強さに励磁される。共鳴励起用の２台の六極電磁石は、
クロマティシティを変化させずに３次共鳴を励起する。Two hexapole electromagnets for resonance excitation are rotationally symmetric and have a phase difference of betatron oscillation of nπ / 3 (n
Is an odd number) and they are excited in the same strength in opposite directions. The two hexapole electromagnets for resonance excitation are
Excitation of the third resonance without changing the chromaticity.
【０００６】クロマティシティ補正用の２台の六極電磁
石は、同様に回転対称で、かつ、ベータトロン振動の位
相差がｎπ／３（ｎは奇数）である位置に配置される
が、どちらも同じ向きで同じ強さに励磁される。クロマ
ティシティ補正用の２台の六極電磁石は、共鳴成分を持
たず、クロマティシティを０に補正する。The two sextupole electromagnets for chromaticity correction are similarly rotationally symmetric, and are arranged at positions where the phase difference of betatron vibration is nπ / 3 (n is an odd number), but both of them are arranged. It is excited by the same strength in the same direction. The two sextupole electromagnets for chromaticity correction have no resonance component and correct chromaticity to zero.
【０００７】これらの独立した役割を持つ二対の六極電
磁石によって、クロマティシティを０に補正し、運動量
によらず荷電粒子が同じ安定限界を持つようにして、３
次共鳴によるビーム取り出しが行われていた。These two pairs of sextupole electromagnets having independent roles correct the chromaticity to 0 so that charged particles have the same stability limit regardless of momentum.
The beam was extracted by the next resonance.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
円形加速器においては、クロマティシティ補正用と共鳴
励起用の少なくとも４台の六極電磁石を用いるので、広
い設置場所が必要であった。However, in the above-mentioned conventional circular accelerator, since at least four hexapole electromagnets for chromaticity correction and resonance excitation are used, a wide installation place is required.
【０００９】本発明の目的は、出射効率が良くビームを
安定に得られる小型化された円形加速器を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a miniaturized circular accelerator which can obtain a beam with good emission efficiency and stability.
【００１０】[0010]
【課題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、荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相
差がｎπ／３（ｎは奇数）である位置に配置された複数
台の六極電磁石と、前記複数台の六極電磁石に対して電
流を別々に供給する複数台の電源と、それぞれの前記電
源を制御し、それぞれの前記六極電磁石において異なる
強さの磁場を励起する制御装置とを備えたことにある。Means for Solving the Problems The features of the present invention for achieving the above object are that a plurality of six units arranged at a position where the phase difference of betatron oscillation of a charged particle beam is nπ / 3 (n is an odd number). and poles electromagnet, and a plurality of power supply for supplying current separately for the plurality of hexapole electromagnet, respectively of the electrostatic
Control the source and differ in each said sextupole electromagnet
And a controller for exciting a strong magnetic field .
【００１１】[0011]
【００１２】[0012]
【００１３】[0013]
【作用】本発明の特徴によれば、複数台の六極電磁石が
ベータトロン振動の位相差がｎπ／３（ｎは奇数）であ
る位置に配置されているので、安定限界の向きは前記複
数台の六極電磁石の磁場の強さによらず一定である。ま
た、六極電磁石に電流を別々に供給する電源を複数台設
け、それぞれの前記電源を制御し、それぞれの前記六極
電磁石において異なる強さの磁場を励起させる制御装置
を設けているので、前記複数台の六極電磁石それぞれの
磁場の強さを異なる値にすることができ、クロマティシ
ティを０にできる。これらのため、全ての荷電粒子が運
動量によらず大きさが同じ安定限界を持つようにでき
る。よって、出射効率が良く安定なビームが得られる。
更に、上記したように前記制御装置が各電源を制御する
ので、前記複数台の六極電磁石それぞれの磁場の強さを
異なる値にすることができ、共鳴励起、及びクロマティ
シティの補正をそれぞれの六極電磁石で行うことができ
る。従って、六極電磁石の数を減少できるので、円形加
速器を小型化できる。According to the feature of the present invention, since the plurality of hexapole electromagnets are arranged at the positions where the phase difference of betatron vibration is nπ / 3 (n is an odd number), the direction of the stability limit is the above-mentioned plural It is constant regardless of the strength of the magnetic field of the sextupole magnet of the table. Further, a plurality of power supplies for separately supplying currents to the sextupole electromagnets are provided , and each of the power supplies is controlled to control each of the sextupoles.
Control device for exciting magnetic fields of different strength in an electromagnet
Is provided , the magnetic field strengths of the plurality of hexapole electromagnets can be set to different values, and the chromaticity can be set to zero . Because of these, all charged particles in size regardless of the momentum can be to have the same stability limit. Therefore, a stable beam with good emission efficiency can be obtained.
Furthermore , since the control device controls each power source as described above, the magnetic field strengths of the plurality of sextupole electromagnets can be set to different values, and resonance excitation and chromaticity can be reduced. The correction can be done with each sextupole magnet. Therefore, since the number of sextupole magnets can be reduced, the circular accelerator can be downsized.
【００１４】[0014]
【００１５】[0015]
【００１６】[0016]
【００１７】[0017]
【実施例】図１に本実施例の円形加速器を示す。EXAMPLE FIG. 1 shows a circular accelerator of this example.
【００１８】本実施例の円形加速器は、ベータトロン振
動の共鳴点を５／３に選んだ３次共鳴を利用して陽子ビ
ームを出射する。The circular accelerator of this embodiment emits a proton beam by utilizing the third resonance in which the resonance point of betatron oscillation is selected to be 5/3.
【００１９】本実施例の円形加速器は、ビームを外部か
ら円形加速器へ入射させる入射装置９，ビームが周回す
る真空ダクト１０，ビーム軌道を曲げる偏向電磁石１，
ビームのチューンを調整する四極電磁石２，３，入射さ
れたビームにエネルギーを与える高周波加速空胴４，ク
ロマティシティの補正および３次共鳴の励起を行う六極
電磁石５，６，ビームのベータトロン振動振幅を増加さ
せる高周波電場印加用電極７，ベータトロン振動振幅を
増加した陽子をビームとして出射する出射用デフレクタ
ー８，六極電磁石５，６に電流を供給する六極電磁石用
電源１２，１３，六極電磁石用電源１２，１３が供給す
る電流を変えることによって、六極電磁石５，６が作る
磁場の強さを制御する制御装置１１等から構成されてい
る。The circular accelerator of this embodiment comprises an injector 9 for injecting a beam into the circular accelerator from the outside, a vacuum duct 10 around which the beam circulates, a deflection electromagnet 1 for bending the beam orbit 1,
Quadrupole electromagnets 2,3 for adjusting the tune of the beam 2, High-frequency accelerating cavity for energizing the incident beam 4, Six-pole electromagnets 5,6 for correcting the chromaticity and exciting the third resonance, and betatron oscillation of the beam High frequency electric field applying electrode 7 for increasing the amplitude, betatron oscillation Deflection 8 for emitting protons with increased amplitude as a beam, Hexapole electromagnets 5, 6 for supplying electric current to the hexapole electromagnets 12, 13, 6 The control device 11 is configured to control the strength of the magnetic field generated by the sextupole electromagnets 5 and 6 by changing the currents supplied by the pole electromagnet power supplies 12 and 13.
【００２０】本実施例では、主要電磁石である偏向電磁
石１および四極電磁石２，３は、ビームが周回する真空
ダクト１０に沿って、それぞれ９０度の回転対称位置に
配置されている。よって、本実施例の円形加速器は９０
度の回転対称性を持ち、ベータトロン関数β，分散関数
η等の周回するビームの性質を示すパラメータは、９０
度毎に同じ値である。In this embodiment, the deflection electromagnet 1 and the quadrupole electromagnets 2 and 3, which are the main electromagnets, are arranged at 90-degree rotational symmetry positions along the vacuum duct 10 around which the beam circulates. Therefore, the circular accelerator of this embodiment has 90
The parameter having the rotational symmetry of degree and the property of the orbiting beam such as the betatron function β and the dispersion function η is 90
It is the same value every degree.
【００２１】２台の六極電磁石５，６は１８０度の回転
対称位置に配置されている。本実施例では、ベータトロ
ン振動の共鳴点を５／３に選んでいるので、円形加速器
１周の位相差（チューンの２π倍）は１０π／３であ
り、１８０度離れた位置のベータトロン振動の位相差は
５π／３である。The two hexapole electromagnets 5 and 6 are arranged at rotationally symmetrical positions of 180 degrees. In the present embodiment, the resonance point of the betatron vibration is selected to be 5/3, so the phase difference (2π times the tune) of one round of the circular accelerator is 10π / 3, and the betatron vibration at a position separated by 180 degrees. Has a phase difference of 5π / 3.
【００２２】六極電磁石５，６が、ベータトロン振動の
位相差が５π／３である位置に配置されているので、そ
れぞれの励磁量によらず安定限界の向きは一定である。Since the sextupole electromagnets 5 and 6 are arranged at the position where the phase difference of betatron vibration is 5π / 3, the direction of the stability limit is constant regardless of the amount of excitation.
【００２３】制御装置１１は、判定器１１１および磁場
強度制御器１１２を備える。判定器１１１は、真空ダク
ト１０に設けられたビームエネルギー検出器(図示せず)
によって測定されたビームエネルギーに基づいて、ビー
ム出射のために六極電磁石５，６を励磁すべき否か判定
する。ビームエネルギー検出器によって測定されたビー
ムエネルギーが、ビーム出射に適する所定の値に達した
ときは、六極電磁石５，６を励磁すべきと判定する。ビ
ームエネルギーが所定の値に達していないときは、六極
電磁石５，６を励磁しないと判定する。判定器１１１が
判定した結果は、磁場強度制御器１１２に出力される。
磁場強度制御器１１２は、判定器１１１の判定結果によ
って、六極電磁石用電源１２，１３に制御信号Ａ1，Ａ2
およびＢを出力する。制御信号Ａ1，Ａ2は、所定の強さ
の磁場に六極電磁石５，６をそれぞれ励磁する制御信号
である。制御信号Ｂは、六極電磁石５，６の励磁を停止
する制御信号である。The control device 11 includes a judging device 111 and a magnetic field strength controller 112. The determiner 111 is a beam energy detector (not shown) provided in the vacuum duct 10.
Based on the beam energy measured by, it is determined whether or not the sextupole electromagnets 5 and 6 should be excited for beam extraction. When the beam energy measured by the beam energy detector reaches a predetermined value suitable for beam extraction, it is determined that the sextupole electromagnets 5 and 6 should be excited. When the beam energy does not reach the predetermined value, it is determined that the sextupole electromagnets 5 and 6 are not excited. The result determined by the determiner 111 is output to the magnetic field strength controller 112.
The magnetic field strength controller 112 sends control signals A 1 and A 2 to the hexapole electromagnet power supplies 12 and 13 according to the determination result of the determiner 111.
And B are output. The control signals A 1 and A 2 are control signals for exciting the sextupole electromagnets 5 and 6 in a magnetic field having a predetermined strength. The control signal B is a control signal for stopping the excitation of the sextupole electromagnets 5, 6.
【００２４】六極電磁石用電源１２，１３は、制御信号
Ａ1，Ａ2により、六極電磁石５，６にそれぞれ電流を供
給し、制御信号Ｂが入力されるまで電流を供給し続け
る。制御信号Ｂにより、電流の供給を停止し、次の制御
信号Ａ1，Ａ2が入力されるまで、電流を供給しない。The six-pole electromagnet power supplies 12 and 13 supply currents to the six-pole electromagnets 5 and 6 by the control signals A 1 and A 2 , respectively, and continue to supply current until the control signal B is input. The supply of the current is stopped by the control signal B, and the current is not supplied until the next control signals A 1 and A 2 are input.
【００２５】次に、本実施例の運転方法を説明する。Next, the operating method of this embodiment will be described.
【００２６】円形加速器を周回するビームのベータトロ
ン振動の水平方向チューンが1.73，垂直方向チューンが
０.８５ となるように、偏向電極石１および四極電磁石
２，３を励磁する。その後、入射装置９から、エネルギ
ーが１０ＭｅＶで、エミッタンスが１００πmm・mradの
陽子ビームを円形加速器に入射する。入射された陽子ビ
ームは、偏向電磁石１および四極電磁石２，３によって
円形に保たれ、加速器の円形の真空ダクト１０内を周回
する。The deflection electrode stone 1 and the quadrupole electromagnets 2 and 3 are excited so that the betatron oscillation of the beam circling the circular accelerator has a horizontal tune of 1.73 and a vertical tune of 0.85. Then, from the injector 9, a proton beam with energy of 10 MeV and emittance of 100 πmm · mrad is injected into the circular accelerator. The incident proton beam is kept in a circular shape by the deflection electromagnet 1 and the quadrupole electromagnets 2 and 3, and circulates in the circular vacuum duct 10 of the accelerator.
【００２７】周回する陽子ビームは、チューンを保った
まま、高周波加速空胴４を通過する毎に高周波電力を印
加されて、加速される。ビーム出射に適するビームエネ
ルギーを２００ＭｅＶとし、これが目標エネルギーであ
る。目標エネルギーまで加速されたときの、陽子ビーム
のエミッタンスは２１πmm・mradであり、これをエミッ
タンスεとする。The orbiting proton beam is accelerated by applying high-frequency power each time it passes through the high-frequency acceleration cavity 4 while maintaining the tune. The beam energy suitable for beam emission is 200 MeV, and this is the target energy. The emittance of the proton beam when accelerated to the target energy is 21πmm · mrad, and this is referred to as emittance ε.
【００２８】目標エネルギーまで加速したら、四極電磁
石２，３の励磁量を調整して、陽子ビームのベータトロ
ン振動の水平方向チューンνx を１.６７ にする。After accelerating to the target energy, the amount of excitation of the quadrupole electromagnets 2 and 3 is adjusted to set the horizontal tune ν x of the betatron oscillation of the proton beam to 1.67.
【００２９】ビームエネルギーが前述の所定値に達する
と、判定器１１１は励磁すべきと判定し、磁場強度制御
器１１２は六極電磁石用電源１２，１３に制御信号
Ａ1，Ａ2を出力する。制御信号Ａ1 は、六極電磁石用電
源１２を制御し、六極電磁石用電源１２から六極電磁石
５に供給する電流を所定値に制御する。制御信号Ａ
2 は、六極電磁石用電源１３を制御し、六極電磁石用電
源１３から六極電磁石６に供給する電流を所定値に制御
する。When the beam energy reaches the above-mentioned predetermined value, the determiner 111 determines that it should be excited, and the magnetic field strength controller 112 outputs the control signals A 1 and A 2 to the sextupole electromagnet power supplies 12 and 13. . The control signal A 1 controls the sextupole electromagnet power supply 12, and controls the current supplied from the sextupole electromagnet power supply 12 to the sextupole electromagnet 5 to a predetermined value. Control signal A
2 controls the sextupole electromagnet power supply 13, and controls the current supplied from the sextupole electromagnet power supply 13 to the sextupole electromagnet 6 to a predetermined value.
【００３０】制御信号Ａ1 は、数１および数２を解くこ
とによって得られたＫ5 に対応して定められた大きさを
有する信号である。制御信号Ａ2 は、同様に数１および
数２を解くことによって得られたＫ6 に対応して定めら
れた大きさを有する信号である。このため、六極電磁石
５に供給される電流値はＫ5 に対応し、六極電磁石６に
供給される電流値はＫ6 に対応している。The control signal A 1 is a signal having a magnitude determined corresponding to K 5 obtained by solving the equations 1 and 2. The control signal A 2 is a signal having a magnitude determined corresponding to K 6 similarly obtained by solving the equations 1 and 2. Therefore, the current value supplied to the sextupole electromagnet 5 corresponds to K 5 , and the current value supplied to the sextupole electromagnet 6 corresponds to K 6 .
【００３１】Ｋ5，Ｋ6を求める数１および数２について
以下に詳細に説明する。六極電磁石５が励起した磁場に
ついて、水平方向ｘの２階微分を磁気剛性率で割った値
をＫ5 ，六極電磁石６が励起した磁場について、水平方
向ｘの２階微分を磁気剛性率で割った値をＫ6 とする。
Ｋ5，Ｋ6によるクロマティシティの補正を示す式は、次
のようになる。The equations 1 and 2 for obtaining K 5 and K 6 will be described in detail below. For the magnetic field excited by the sextupole electromagnet 5, a value obtained by dividing the second derivative in the horizontal direction x by the magnetic rigidity is K 5 , and for the magnetic field excited by the sextupole electromagnet 6, the second derivative in the horizontal direction is the magnetic rigidity. The value divided by is K 6 .
The equation showing the correction of the chromaticity by K 5 and K 6 is as follows.
【００３２】[0032]
【数１】 [Equation 1]
【００３３】ただし、ξx は六極電磁石を励磁しない場
合の出射時のチューンの運動量依存性（ナチュラルクロ
マティシティ）、βsxは六極電磁石５，６の位置でのベ
ータトロン関数、ηsxは六極電磁石５，６の位置での分
散関数、νx は水平方向チューンであり、これらの値
は、各電磁石の配置および磁場によって決まる値で、予
め計算で求めることができる。Ｌは六極電磁石５，６の
磁極長である。Where ξ x is the momentum dependence of the tune at the time of emission when the sextupole electromagnet is not excited (natural chromaticity), β sx is the betatron function at the positions of the sextupole electromagnets 5, 6, and η sx is The dispersion function at the positions of the sextupole electromagnets 5 and 6, ν x, is a horizontal tune, and these values are values determined by the arrangement of each electromagnet and the magnetic field, and can be calculated in advance. L is the magnetic pole length of the sextupole electromagnets 5 and 6.
【００３４】数１は、六極電磁石５，６が回転対称位置
にあるとき、それぞれの位置におけるベータトロン振動
のパラメータは等しいので、Ｋ5 およびＫ6 の和によっ
てナチュラルクロマティシティが打ち消されることを示
す。Equation 1 shows that when the sextupole electromagnets 5 and 6 are in rotationally symmetric positions, the parameters of the betatron oscillation at the respective positions are equal, and therefore the natural chromaticity is canceled by the sum of K 5 and K 6. Show.
【００３５】また、Ｋ5，Ｋ6と安定限界の大きさの関数
を示す式は、次のようになる。The equation showing the function of K 5 and K 6 and the size of the stability limit is as follows.
【００３６】[0036]
【数２】 [Equation 2]
【００３７】ただし、εは加速終了時のビームのエミッ
タンスであり、δはチューンの共鳴点からのずれで１.
６７−５／３＝0.00333とする。However, ε is the emittance of the beam at the end of acceleration, and δ is the deviation from the resonance point of the tune.
67-5 / 3 = 0.00333.
【００３８】数２は、六極電磁石５，６が回転対称位置
にあるとき、それぞれの位置におけるベータトロン振動
のパラメータは等しいので、安定限界の大きさがＫ5 お
よびＫ6 の差によって決まり、エミッタンスεに等しい
ことを示す。Equation 2 shows that when the sextupole electromagnets 5 and 6 are in rotationally symmetric positions, the parameters of the betatron oscillation at the respective positions are equal, so the size of the stability limit is determined by the difference between K 5 and K 6 , It is equal to emittance ε.
【００３９】数１および数２を連立してＫ5，Ｋ6の値を
求める。Ｋ5 に対応する電流によって六極電磁石５に励
起される磁場の強さと、Ｋ6 に対応する電流によって、
六極電磁石６に励起される磁場の強さは、異なる。The values of K 5 and K 6 are obtained by simultaneously using the equations 1 and 2. By the strength of the magnetic field excited in the sextupole magnet 5 by the current corresponding to K 5 and the current corresponding to K 6 ,
The strength of the magnetic field excited by the sextupole electromagnet 6 is different.
【００４０】制御信号Ａ1，Ａ2に基づいた制御により、
六極電磁石５，６に互いに異なる強さの磁場が励起され
る。このため、ベータトロン振動振幅の大きな陽子に３
次共鳴が励起され、かつ、クロマティシティが補正され
る。出射用デフレクター位置における安定限界は、クロ
マティシティの補正により、陽子の運動量によらずエミ
ッタンスεと同じ大きさになる。また、六極電磁石５，
６が、ベータトロン振動の位相差が５π／３である位置
に配置されているので、Ｋ5，Ｋ6によりず安定限界の向
きは一定である。By the control based on the control signals A 1 and A 2 ,
Magnetic fields having different strengths are excited in the sextupole electromagnets 5 and 6. For this reason, the
The second resonance is excited and the chromaticity is corrected. The stability limit at the exit deflector position becomes the same as the emittance ε regardless of the momentum of the proton due to the correction of the chromaticity. In addition, the hexapole electromagnet 5,
Since No. 6 is arranged at a position where the phase difference of betatron oscillation is 5π / 3, the direction of the stability limit is constant regardless of K 5 and K 6 .
【００４１】六極電磁石５，６の励磁とともに、高周波
電場印加用電極７によって陽子のベータトロン振動の周
期に同期する高周波電場を水平方向に印加する。陽子は
高周波電場からエネルギーを受け取り徐々に振幅が増大
する。Along with the excitation of the sextupole electromagnets 5 and 6, a high frequency electric field is applied in the horizontal direction by the high frequency electric field applying electrode 7 in synchronization with the period of the betatron oscillation of the proton. Protons receive energy from the high-frequency electric field and gradually increase in amplitude.
【００４２】安定限界を越えた陽子は、共鳴を起こして
急激にベータトロン振動振幅を増加する。Protons exceeding the stability limit resonate and rapidly increase the betatron oscillation amplitude.
【００４３】出射用デフレクター８の電極間に入った陽
子はビームとして円形加速器の外へ取り出される。この
とき、どの陽子も、異なる運動量を持っているが、同じ
大きさの安定限界を持つから、安定限界を形成した時点
で失われる陽子や、出射終了時までに安定限界に達しな
い陽子がほとんどないので、出射効率が良い。また、安
定限界はビームの出射開始から終了まで一定であるか
ら、全ての陽子について、同じ条件下で出射されるの
で、出射ビームの質が安定である。The protons entered between the electrodes of the deflector 8 for extraction are taken out of the circular accelerator as a beam. At this time, all protons have different momentums, but since they have the same stability limit, most of the protons that are lost when the stability limit is formed and those that do not reach the stability limit by the end of emission Since it does not exist, the emission efficiency is good. Further, since the stability limit is constant from the start to the end of beam emission, all the protons are emitted under the same conditions, so the quality of the emitted beam is stable.
【００４４】真空ダクト１０内を周回する陽子ビームが
出射されて、周回する陽子ビームの測定されたビームエ
ネルギーが目標エネルギーよりも小さくなった場合、判
定器１１１は出射を終了すべきと判定し、磁場強度制御
器１１２は六極電磁石用電源１２，１３に制御信号Ｂを
出力する。六極電磁石用電源１２，１３は電流の供給を
止め、陽子ビームの出射を終了する。When the proton beam circulating in the vacuum duct 10 is emitted and the measured beam energy of the circulating proton beam becomes smaller than the target energy, the determiner 111 determines that the emission should be terminated, The magnetic field strength controller 112 outputs a control signal B to the hexapole electromagnet power supplies 12 and 13. The power supplies 12 and 13 for the sextupole electromagnets stop the supply of current and terminate the emission of the proton beam.
【００４５】以上に述べた実施例における制御装置１１
は、入力したビームエネルギーに基づいて制御信号
Ａ1，Ａ2，Ｂを出力する構成となっているが、ビームエ
ネルギーの代わりに、ビーム電流を入力しても良い。ビ
ーム電流は、真空ダクト１０に設けられたビーム電流検
出器によって測定される。The controller 11 in the above-described embodiment
Has a configuration to output the control signals A 1 , A 2 and B based on the input beam energy, but a beam current may be input instead of the beam energy. The beam current is measured by a beam current detector provided in the vacuum duct 10.
【００４６】本実施例によれば、ベータトロン振動の位
相差が５π／３である位置に配置されている六極電磁石
５，６が、制御装置１１の制御によって、異なる強さの
磁場を励起することにより、全ての荷電粒子が、前記磁
場によらず向きが一定で、運動量によらず大きさが同じ
安定限界を持つようになるので、出射効率が良くビーム
を安定に得られる。According to the present embodiment, the sextupole electromagnets 5 and 6 arranged at the position where the phase difference of the betatron oscillation is 5π / 3 excites magnetic fields of different strength under the control of the controller 11. By doing so, all charged particles have the same direction regardless of the magnetic field and have the same stability limit in size regardless of the momentum, so that the extraction efficiency is good and the beam can be stably obtained.
【００４７】また、六極電磁石５，６が回転対称である
位置に配置されているので、クロマティシティの補正は
六極電磁石５，６が励起する磁場の強さの和に依存し、
安定限界の大きさは六極電磁石５，６が励起する磁場の
強さの差に依存する。従って、クロマティシティの補正
および安定限界の大きさについては、六極電磁石５，６
が励起する磁場の強さのみを制御すれば良いので、制御
が容易である。Further, since the sextupole electromagnets 5 and 6 are arranged at positions which are rotationally symmetrical, the correction of chromaticity depends on the sum of the magnetic field strengths excited by the sextupole electromagnets 5 and 6,
The size of the stability limit depends on the difference in the strength of the magnetic fields excited by the sextupole electromagnets 5 and 6. Therefore, regarding the correction of chromaticity and the size of the stability limit, the hexapole electromagnets 5, 6
Since it is necessary to control only the strength of the magnetic field excited by, the control is easy.
【００４８】また、制御装置が六極電磁石５，６が励起
する磁場の強さをそれぞれ異なる値に制御するので、共
鳴励起、及びクロマティシティの補正を２台の六極電磁
石で行うことができる。従って、六極電磁石の数を減少
できるので、円形加速機を小型化できる。Further, since the control device controls the strengths of the magnetic fields excited by the sextupole electromagnets 5 and 6 to different values, resonance excitation and correction of chromaticity can be performed by two sextupole electromagnets. . Therefore, since the number of sextupole electromagnets can be reduced, the circular accelerator can be downsized.
【００４９】ます、四極電磁石２，３の励磁量を調整し
て、陽子ビームのベータトロン振動の水平方向チューン
νx を１.６７ にすることと、六極電磁石５，６を励磁
することは、同時に行っても良い。First, by adjusting the excitation amounts of the quadrupole electromagnets 2 and 3, the horizontal tune ν x of the betatron oscillation of the proton beam is set to 1.67 and the hexapole electromagnets 5 and 6 are excited. , You may go at the same time.
【００５０】また、主要電磁石である偏向電磁石と四電
磁石とを繰り返して配置されている円形加速器におい
て、繰り返しの単位が左右対称な配置構造であるとき、
その円形加速器は鏡映対称を持つといい、鏡映対称であ
る位置においては、回転対称である位置と同様に、ベー
タトロン振動のパラメータは同じである。このとき、本
実施例の「１８０度の回転対称」に替えて、「鏡映対
称」の位置に２台の六極電磁石を配置しても良い。Further, in a circular accelerator in which a bending electromagnet, which is a main electromagnet, and a four electromagnet are repeatedly arranged, when the repeating unit has a bilaterally symmetrical arrangement structure,
The circular accelerator is said to have mirror symmetry, and at the position of mirror symmetry, the parameters of the betatron oscillation are the same as in the position of rotational symmetry. At this time, two hexapole electromagnets may be arranged at the “mirror symmetry” position instead of the “180 ° rotational symmetry” in this embodiment.
【００５１】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、出射効率が良く安定な
ビームが得られ、かつ円形加速器を小型化できる。 According to the present invention, the emission efficiency is good and stable.
A beam can be obtained and the circular accelerator can be miniaturized.
【００５２】[0052]
【００５３】[0053]
【００５４】[0054]
【図１】本発明の第１の実施例の円形加速器を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a circular accelerator according to a first embodiment of the present invention.
【符号の説明】
１…偏向電磁石、２…収束用四極電磁石、３…発散用四
極電磁石、４…高周波加速空胴、５，６…六極電磁石、
７…高周波電場印加用電極、８…出射用デフレクター、
９…入射装置、１０…真空ダクト、１１…制御装置、１
２，１３…六極電磁石用電源、１１１…判定器、１１２
…磁場強度制御器。[Explanation of Codes] 1 ... Bending electromagnet, 2 ... Focusing quadrupole electromagnet, 3 ... Divergence quadrupole electromagnet, 4 ... High frequency acceleration cavity, 5, 6 ... Hexapole electromagnet,
7 ... Electrode for applying high frequency electric field, 8 ... Deflector for emission,
9 ... Incident device, 10 ... Vacuum duct, 11 ... Control device, 1
2, 13 ... Power supply for sextupole electromagnet, 111 ... Judgment device, 112
… Magnetic field strength controller.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−62799（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−274700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−170200（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−251900（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65998（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188097（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258900（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159100（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 13/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-62799 (JP, A) JP-A-3-274700 (JP, A) JP-A-62-170200 (JP, A) JP-A-6- 251900 (JP, A) JP 7-65998 (JP, A) JP 6-188097 (JP, A) JP 5-258900 (JP, A) JP 3-159100 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 13/04
Claims (5)
後、出射する円形加速器において、 荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相差がｎπ／３
（ｎは奇数）である位置に配置された複数台の六極電磁
石と、前記複数台の六極電磁石に対して電流を別々に供
給する複数台の電源と、それぞれの前記電源を制御し、
それぞれの前記六極電磁石において異なる強さの磁場の
強さを励起する制御装置とを備えたことを特徴とする円
形加速器。1. A circular accelerator for accelerating a charged particle beam while orbiting it, and then outputting it in a betatron oscillation where the phase difference of betatron oscillation is nπ / 3.
(N is an odd number) and a plurality of sextupole electromagnets disposed at a position which is, a plurality of power supply to supply <br/> feeding current separately to the plurality of hexapole electromagnet, respectively of the Control the power supply,
In each of the sextupole electromagnets,
A circular accelerator comprising: a controller for exciting strength .
後、出射する円形加速器において、 荷電粒子ビームのベータトロン振動の位相差がｎπ／３
（ｎは奇数）である位置に配置された２台の六極電磁石
と、前記２台の六極電磁石の各々に対して１台ずつ設け
られ、前記２台の六極電磁石に電流を別々に供給する２
台の電源と、それぞれの前記電源を制御し、それぞれの
前記六極電磁石において異なる強さの磁場を励起する制
御装置とを備えたことを特徴とする円形加速器。2. A circular accelerator for accelerating a charged particle beam while orbiting it, and then outputting the same, wherein the phase difference of betatron oscillation of the charged particle beam is nπ / 3.
Separately and sextupole electromagnets two arranged in a position which is (n odd), provided one by one for each of the two six-pole magnet, the current in the sextupole electromagnets of the two 2 is supplied to the
Control the power supply of the stand and each of the power supplies,
Controls for exciting magnetic fields of different strength in the sextupole electromagnet
A circular accelerator equipped with a control device .
石を有し、前記複数台の偏向電磁石、前記複数台の四極
電磁石及び前記複数台の六極電磁石は、各々回転対称位
置に配置されることを特徴とする請求項１記載の円形加
速器。3. A plurality of deflection electromagnets and a plurality of quadrupole electromagnets, wherein the plurality of deflection electromagnets, the plurality of quadrupole electromagnets and the plurality of six-pole electromagnets are arranged at rotationally symmetrical positions. The circular accelerator according to claim 1, wherein:
石を有し、前記複数台の偏向電磁石、前記複数台の四極
電磁石及び前記複数台の六極電磁石は、各々鏡映対称位
置に配置されることを特徴とする請求項１記載の円形加
速器。4. A plurality of deflection electromagnets and a plurality of quadrupole electromagnets are provided, and the plurality of deflection electromagnets, the plurality of quadrupole electromagnets and the plurality of six-pole electromagnets are arranged at respective mirror symmetrical positions. The circular accelerator according to claim 1, characterized in that:
幅を増加させる高周波電場印加用電極を備えた請求項１
ないし請求項４のいずれかに記載の円形加速器。 5. A betatron oscillatory vibration of the charged particle beam
A high-frequency electric field applying electrode for increasing the width is provided.
The circular accelerator according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24123295A JP3435926B2 (en) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | Circular accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24123295A JP3435926B2 (en) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | Circular accelerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992500A JPH0992500A (en) | 1997-04-04 |
| JP3435926B2 true JP3435926B2 (en) | 2003-08-11 |
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ID=17071174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP24123295A Expired - Lifetime JP3435926B2 (en) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | Circular accelerator |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3864581B2 (en) * | 1998-10-16 | 2007-01-10 | 株式会社日立製作所 | Charged particle beam extraction method |
| JP3912364B2 (en) | 2003-11-07 | 2007-05-09 | 株式会社日立製作所 | Particle beam therapy system |
-
1995
- 1995-09-20 JP JP24123295A patent/JP3435926B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH0992500A (en) | 1997-04-04 |
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