JP3594536B2 - Beam chopper - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームを短時間に分割するためのビームチョッパに係り、特に、線形加速器で加速したビームを、シンクロトロンやストレージリングに供給する際に用いるのに好適なビームチョッパに関する。
【0002】
【従来の技術】
線形加速器で加速したビームを、シンクロトロンやストレージリングに供給する場合、ビームの入射及び取出しを行うために、ビームがない区間を必要とする。その時間は、おおよそ数百nsである。そこで、図1に示すような数msのパルス状ビームを、図2に示す如く更に短い時間に分割する必要がある。このため、ビームチョッパが使用される。
【0003】
ビームチョッパには、大きく分けて、静電型、伝送線型、RF型がある。
【0004】
このうち静電型は、図3に例示する如く、ビームの軸方向(ビームラインと称する)10に長い板状のチョッパ電極12を設置し、この電極12に高電圧を印加して、ビーム軌道を偏向する。
【0005】
しかしながら、電極12がビーム軸方向に長いため、ビームが電極を通過するのに時間がかかる。そのため、切れの良いチョッピングができず、電極12の出側に配置したスリット14を通過したビームも偏向してしまうという問題点を有する。
【0006】
即ち、図3のa点にあるビームバンチのみスリット14を通過させ、b〜e点にあるビームバンチは全て遮断したい場合であっても、電圧印加開始時にb点にあるビームバンチは、電極12間に形成される電界Eの影響を受ける時間が短く、僅かに偏向するに止どまるため、チョッピング過程の次の瞬間で、図4に示す如く、スリット14を通過してしまう。c点、d点にあるビームバンチも、十分には偏向できない。偏向を受けたにも拘らずスリット14を通過してしまったビームバンチは、加速途中で真空箱等に衝突し、機器放射化の原因となる。
【0007】
従って、精度の良いチョッピングが要求される場合は、上記の静電型は使用できず、次に説明する伝送線型が使用される。
【0008】
この伝送線型ビームチョッパは、図5に示す如く、ビーム軸方向10に短い板状のチョッパ電極20を多数並設し、この電極20に高電圧を印加して、ビームの軌道を偏向する。電極と電極は同軸ケーブル等の遅延回路22で接続され、ビーム速度と同期して電極20に電圧が印加される。最終端は、遅延回路22と同じインピーダンスの抵抗からなる終端器24に接続される。
【0009】
この伝送線型ビームチョッパにおいては、遅延回路22(同軸ケーブルの長さ)を調整し、ビーム速度と同期して、ビーム軸方向に短い電極に電圧が発生するようにする。このため、ビームバンチは、図6乃至図8に示す如く、チョッパが作る電界Eの影響を全く受けないか(a)、十分に受けるか(b、c・・・)のどちらかになり、中途半端に偏向したビームがスリットを通過することはなくなる。即ち、電圧印加開始時に図6のb点とc点にあったビームバンチは、次の瞬間では、図7に示す如く、次の電極の電界Eの影響を十分に受け、全電極に電圧印加した時には、図8に示す如くなるため、バンチされたa点のビームバンチは、チョッパ電極が作る電界Eの影響を全く受けないが、b点以降のビームバンチは、電界Eの影響を十分に受けるようになる。
【0010】
従って、精度良くインピーダンスマッチングがとれていれば、きれいにチョッピングできる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、終端が遅延回路(同軸ケーブル)22と同じ50Ωの純抵抗で終端するため、大容量のパルス電源が必要である。又、電極20と遅延回路22との接続部で、インピーダンスマッチングがとり難く、調整が厄介である。更に、現時点では、容量の大きな高速スイッチの信頼性がない。又、特に電極に印加した電圧をオフとするときの電圧接動(リンギング)が大きい等の問題点を有していた。
【0012】
なお、最後のRF型ビームチョッパは、1個のRFビームバンチが必要な場合に用いられるもので、静電型や伝送線型とは、目的が違う。
【0013】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、大容量の電源を必要とせず、切れの良いチョッピングが可能なビームチョッパを提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビームを短時間に分割するためのビームチョッパにおいて、ビーム軸方向に並設された、互いに独立した複数の電極と、各電極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給電線と、各給電線に配設された、ビームが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチとを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【0015】
又、前記電源側スイッチと電極の間に、抵抗を挿入したものである。
【0016】
更に、前記電極に印加された電圧をオフとする際に、各電極を、抵抗とコンデンサを介してアースに落とすためのアース側スイッチを備えることにより、電圧をオフとする際のリンギングを防止したものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図9に示す如く、本実施形態におけるチョッパ伝極部分は、従来の伝送線型と同様に、ビーム軸方向に短い電極30を多数並設する。但し、各電極は隣りの電極には接続せず、個々に給電線32を接続する。このため、従来のように純抵抗で終端してインピーダンスを低くする必要がなくなり、小さな容量の電源で駆動でき、必要な電源容量が小さくできる。又、ビーム進行方向に電極が短いため、切れの良いチョッピングができる。
【0019】
更に、伝送線型と同様に、1台の電源34で、多数の電極に給電する事も可能である。又、バンクコンデンサ36をチョッパ本体の近くに配置することで、電源容量を更に小さくすることも可能である。
【0020】
各電極30と電源34の間には、ビームバンチが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチ38が設けられている。又、該電源側スイッチ38と電極30の間に、抵抗40が挿入されている。更に、各電極30を、抵抗44とコンデンサ46を介してアースに落とすためのアース側スイッチ42も設けられている。
【0021】
前記電源側スイッチ38は、図10に示す如く、各ビームバンチが電極を通過するタイミングに合わせて、順次オン(開)とされる。こうすることで、図6乃至図8に示した如く、このビームバンチ(b)の前を走るビームバンチ(a)は、チョッパ電極が作る電界Eの影響を全く受けず、今注目しているビームバンチ(b)以降のビームバンチ(c・・・)は、チョッパ電極が作る電界Eの影響を最大限に受けることができる。
【0022】
なお、ビーム軌道を考えると、電圧を印加する場合よりも、切る場合の電圧振動が重要である。この問題を解決するために、印加した電圧をオフとする際には、アース側スイッチ42により、電極30を抵抗44とコンデンサ46を介してアースに落とすようにしている。
【0023】
各スイッチは、スイッチ制御回路50により、図10に示す如く、オンオフされる。
【0024】
前記実施形態における電極電圧のシミュレーション結果を図11に示す。電極に印加されていた電圧をオフとする際の電圧振動を微妙に調整できる。
【0025】
本実施形態においては、電源側スイッチ38と電極30の間に、抵抗40を挿入しているので、電源34の静電容量に合わせ、抵抗40の値を選ぶ事で、最適な特性に調整可能である。
【0026】
本実施形態においては、又、アース側スイッチ42を設けて、電極30に印加された電圧をオフとする際に、各電極30を、抵抗44とコンデンサ46を介してアースに落とすようにしているので、電圧を切る際の電圧振動を最小に抑える事ができる。
【0027】
本実施形態においては、又、バンクコンデンサ36を、チョッパ本体の近くに配置しているので、電源容量を更に小さくすることができる。なお、バンクコンデンサ36を省略することも可能である。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、大容量の電源を必要とせず、システムの信頼性を向上することができる。又、切れの良いチョッピングが可能である。更に、高速スイッチの容量も小さくて済み、現時点でも略3nsで動作するスイッチが存在するので、十分実現可能である。又、遅延時間の変更も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビームチョッパによりチョッピングされるパルスビームの一例を示す線図
【図2】同じく400nsにチョッピングされたビームの一例を示す、図1のII部を拡大して示す線図
【図3】従来の静電型ビームチョッパの問題点を説明するための、電圧印加開始時の状態を示す断面図
【図4】同じくチョッピングの過程を示す断面図
【図5】従来の伝送線型ビームチョッパの構成を示す斜視図
【図6】従来の伝送線型ビームチョッパ及び本発明の実施形態において、電圧印加開始時にビームが受ける力を示す断面図
【図7】同じく次の瞬間にビームが受ける力を示す断面図
【図8】同じく全電極に電圧を印加した時にビームが受ける力を示す断面図
【図9】本発明に係るビームチョッパの実施形態の構成を示す斜視図
【図10】前記実施形態の電源側スイッチ及びアース側スイッチのオンオフ状態を示す図表
【図11】前記実施形態における電極電圧のシミュレーション結果を示す線図
【符号の説明】
10…ビームライン
a、b、c、d、e…ビームバンチ
30…電極
34…電源
36…バンクコンデンサ
38…電源側スイッチ
40、44…抵抗
42…アース側スイッチ
46…コンデンサ
50…スイッチ制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam chopper for splitting a beam in a short time, and more particularly to a beam chopper suitable for use when a beam accelerated by a linear accelerator is supplied to a synchrotron or a storage ring.
[0002]
[Prior art]
When a beam accelerated by a linear accelerator is supplied to a synchrotron or a storage ring, a section without a beam is required to perform incidence and extraction of the beam. The time is approximately several hundred ns. Therefore, it is necessary to divide a pulse-like beam of several ms as shown in FIG. 1 into a shorter time as shown in FIG. For this purpose, a beam chopper is used.
[0003]
The beam chopper is roughly classified into an electrostatic type, a transmission line type, and an RF type.
[0004]
As shown in FIG. 3, the electrostatic type is provided with a long plate-
[0005]
However, since the
[0006]
That is, even when it is desired to pass only the beam bunch at point a in FIG. 3 through the slit 14 and block all the beam bunches at points b to e, the beam bunch at point b at the start of voltage application will Since the time affected by the electric field E formed therebetween is short and only slightly deflects, it passes through the slit 14 at the next moment of the chopping process as shown in FIG. The beam bunches at points c and d also cannot be sufficiently deflected. The beam bunch that has passed through the slit 14 despite being deflected collides with a vacuum box or the like during acceleration, and causes activation of equipment.
[0007]
Therefore, when high-precision chopping is required, the above-mentioned electrostatic type cannot be used, and the transmission line type described below is used.
[0008]
As shown in FIG. 5, the transmission line type beam chopper includes a large number of short plate-
[0009]
In this transmission line type beam chopper, the delay circuit 22 (the length of the coaxial cable) is adjusted so that a voltage is generated at the short electrode in the beam axis direction in synchronization with the beam speed. For this reason, as shown in FIGS. 6 to 8, the beam bunch is not affected by the electric field E generated by the chopper at all (a) or is sufficiently affected (b, c...) A beam deflected halfway will not pass through the slit. That is, the beam bunches at points b and c in FIG. 6 at the start of voltage application are sufficiently affected by the electric field E of the next electrode at the next instant, as shown in FIG. 8, the beam bunch at the point b, which has been bunched, is not affected by the electric field E generated by the chopper electrode at all, but the beam bunch after the point b is sufficiently affected by the electric field E. To receive it.
[0010]
Therefore, if impedance matching can be performed with high accuracy, fine chopping can be performed.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the termination is terminated by the same 50Ω pure resistance as that of the delay circuit (coaxial cable) 22, a large-capacity pulse power supply is required. In addition, it is difficult to perform impedance matching at the connection between the
[0012]
Note that the last RF beam chopper is used when one RF beam bunch is required, and has a different purpose from the electrostatic type or the transmission line type.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a beam chopper capable of performing sharp chopping without requiring a large-capacity power supply.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a beam chopper for splitting a beam in a short time, a plurality of mutually independent electrodes arranged in parallel in a beam axis direction, and a number of mutually independent power supply lines connected to each electrode. This problem is solved by providing a power supply-side switch disposed on each power supply line and sequentially turned on and off in accordance with the timing at which a beam passes through each electrode.
[0015]
Further, a resistor is inserted between the power switch and the electrode.
[0016]
Furthermore, when turning off the voltage applied to the electrodes, each electrode is provided with a ground-side switch for dropping to ground via a resistor and a capacitor, thereby preventing ringing when turning off the voltage. Things.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
As shown in FIG. 9, the chopper pole portion in the present embodiment has a large number of
[0019]
Further, similarly to the transmission line type, it is possible to supply power to a large number of electrodes by one power supply 34. Further, by disposing the
[0020]
Between each
[0021]
As shown in FIG. 10, the power-supply-
[0022]
Considering the beam trajectory, the voltage oscillation when turning off is more important than when applying voltage. In order to solve this problem, when turning off the applied voltage, the
[0023]
Each switch is turned on and off by the
[0024]
FIG. 11 shows a simulation result of the electrode voltage in the embodiment. Voltage oscillation when turning off the voltage applied to the electrode can be finely adjusted.
[0025]
In the present embodiment, since the
[0026]
In the present embodiment, a ground-
[0027]
In the present embodiment, since the
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, the reliability of the system can be improved without requiring a large-capacity power supply. Also, sharp chopping is possible. Further, the capacity of the high-speed switch is small, and there is a switch that operates at about 3 ns even at the present time. In addition, the delay time can be easily changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a pulse beam chopped by a beam chopper. FIG. 2 is a diagram showing an example of a beam similarly chopped at 400 ns. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state at the start of voltage application for explaining a problem of the conventional electrostatic beam chopper. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a chopping process similarly. FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a force applied to a beam at the start of voltage application in a conventional transmission line beam chopper and an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a force applied to a beam when a voltage is applied to all the electrodes. FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a beam chopper according to the present invention. Diagram showing a simulation of electrode voltage results in Figure 11 the embodiment shown the OFF state of the power-side switch and the ground-side switch in the form [Description of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ビーム軸方向に並設された、互いに独立した複数の電極と、
各電極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給電線と、
各給電線に配設された、ビームが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチと、
を備えたことを特徴とするビームチョッパ。In a beam chopper for splitting a beam in a short time,
A plurality of independent electrodes arranged side by side in the beam axis direction,
A number of independent feeders connected to each electrode,
A power-supply-side switch disposed on each power supply line and sequentially turned on and off in accordance with a timing at which a beam passes through each electrode;
A beam chopper comprising:
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