JP5649432B2 - シンクロトロンのタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、シンクロトロンのタイミング制御装置に関する。

シンクロトロン放射光を発生するシンクロトロンは、蓄積リングを周回する電子ビームの電流値を維持するために電子ビームを追加入射している。

一般的に、蓄積リングを周回する電子ビームは、真空の蓄積リング中に残留するわずかな分子に衝突することなどによって徐々に減少する。そこで、シンクロトロンは、電子ビームの電流値を測定し、電流値が低下したところで電子ビームの追加入射を（例えば一日に約一回の頻度で）行う（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。近年、電子ビームの電流値の変動をさらに小さくするために、電子ビームの追加入射を数分程度の短い周期で繰り返し行う運転、所謂トップアップ運転を実施している。

他方、シンクロトロンの特定のバケットに電子ビームを追加入射する装置が知られている。この装置は、シンクロトロンの特定バケットに電子ビームを追加入射するために、シンクロトロン側の高周波加速装置の高周波信号を変調してライナックに印加し、シンクロトロンのバケットにライナックのビーム出力を同期する（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１２４８００号公報 特開平５−２１２００号公報

Ｙ．Ｋａｗａｓｈｉｍａ、「ＴＩＭＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＡＴ ＳＰｒｉｎｇ−８」、１３ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＳＰ８−ＲＦ／０１−１、ＡＵＧＵＳＴ ２００１

従来のシンクロトロンは、常に電子ビームの電流値を測定、監視し、この電流値の変動が小さくなるように電子ビームの追加入射を繰り返す。すなわち、従来のシンクロトロンは、電子ビームの電流値の測定値をもとに電子ビームの追加入射のタイミングを取るタイミング制御装置を必要とする。この従来のシンクロトロンのタイミング制御装置は、電子ビームの追加入射を要するバケットを特定するために、電子ビームの電流値の瞬時値を測定可能な静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）や、静電誘導型電流モニタが出力する高周波（例えば、約５００ＭＨｚ）の微弱な信号を扱う高性能な高周波信号回路を備える電流検出器を必要とする。

そこで、本発明は、電子ビームの電流値の瞬時値を測定しなくても、所要のバケットに電子ビームを追加入射して電子ビームの電流値を略一定に維持可能なシンクロトロンのタイミング制御装置を提供する。

前記の課題を解決するため本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置は、トリガ信号を受け取ると電子ビームを出力するビーム発生装置と、ビーム許可信号およびバケット信号を受け取ると前記バケット信号が指定するバケット番号へ前記電子ビームを出力するよう前記ビーム発生装置へ前記トリガ信号を出力するトリガ発生装置と、を備えるシンクロトロンに接続し、前記電子ビームを出力するタイミングを制御するシンクロトロンのタイミング制御装置において、カウント値と前記バケット番号とを対応付けて複数有する動作データを記憶する記憶部と、前記電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値と前記カウント値とが一致すると、前記予め定める時間間隔の経過と判断して前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力するカウンタと、を備え、予め定める時間間隔毎に前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力することを特徴とする。
また、本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置は、トリガ信号を受け取ると電子ビームを出力するビーム発生装置と、ビーム許可信号およびバケット信号を受け取ると前記バケット信号が指定するバケット番号へ前記電子ビームを出力するよう前記ビーム発生装置へ前記トリガ信号を出力するトリガ発生装置と、を備えるシンクロトロンに接続し、前記電子ビームを出力するタイミングを制御するシンクロトロンのタイミング制御装置において、カウント値と前記バケット番号の増加量とを対応付ける動作データを記憶する記憶部と、前記電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値と前記カウント値とが一致すると、前記予め定める時間間隔の経過と判断して前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力するとともに前記バケット信号が指定する前記バケット番号を増加量分増加するカウンタと、を備え、予め定める時間間隔毎に前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力することを特徴とする。

また、本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置は、トリガ信号を受け取ると電子ビームを出力するビーム発生装置と、ビーム許可信号およびバケット信号を受け取ると前記バケット信号が指定するバケット番号へ前記電子ビームを出力するよう前記ビーム発生装置へ前記トリガ信号を出力するトリガ発生装置と、出力した電子ビームの平均電流を測定する平均電流測定部と、を備えるシンクロトロンに接続し、前記電子ビームを出力するタイミングを制御するシンクロトロンのタイミング制御装置において、前記平均電流測定部が測定する平均電流が予め定める追加入射電流値よりも小さくなると予め定める時間間隔毎に前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力することを特徴とする。

本発明によれば、電子ビームの電流値の瞬時値を測定しなくても、所要のバケットに電子ビームを追加入射して電子ビームの電流値を略一定に維持可能なシンクロトロンのタイミング制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るタイミング制御装置を適用するシンクロトロンを概略的に示したブロック図。 本発明の第１実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図。 本発明の第１実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置によるタイミング制御を示したフローチャート。 本発明の第２実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図。 本発明の第２実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御を示したフローチャート。 本発明の第３実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図。 本発明の第３実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御を示したフローチャート。

本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るタイミング制御装置を適用するシンクロトロンを概略的に示したブロック図である。

図１に示すようにシンクロトロン１は、電子ビームを出力する入射加速器２と、入射加速器２が出力する電子ビームを蓄積、加速する蓄積リング３と、入射加速器２が電子ビームを出力するタイミングを制御するタイミング制御装置５と、を備える。

入射加速器２は、シンクロトロン１よりも小さいシンクロトロンや、ライナックであり、蓄積リング３へビーム入射の観点ではいずれでも良い。入射加速器２は、電子ビームを出力するビーム発生装置としての電子銃６を備える。

蓄積リング３は、真空な空間を仕切る環状の管である。入射加速器２から蓄積リング３に入射した電子ビームは、バンチと呼ばれる塊になって蓄積リング３内の空間を周回する。このバンチの存在可能な場所をバケットと呼ぶ。蓄積リング３を周回するバンチは、複数存在するものであり、その最大個数は、蓄積リング３に加わる加速高周波周期に対する電子ビームの回転周期の比であるハーモニック数であり、蓄積リング３一周における安定位相の数であるバケットの個数である。換言すれば、蓄積リング３を周回するバケットに電子ビームが入っているとみなせる。

入射加速器２から蓄積リング３に入射する電子ビームがいずれのバンチに入射するのか、すなわちいずれのバケットに入るのかは、入射加速器２の電子銃６に与えるビームトリガ信号ｔのタイミングによる。

図２は、本発明の第１実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図である。

図２に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５は、入射加速器２の電子銃６に与えるビームトリガ信号ｔのタイミングを制御するものである。

ここで、先ず、シンクロトロン１は、トリガ信号ｔを受け取ると電子ビームを出力する電子銃６と、ビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂを受け取るとバケット信号ｂが指定するバケット番号へ電子ビームを出力するよう電子銃６へトリガ信号ｔを出力するトリガ発生装置１１と、動作開始信号ｓを受け取るとトリガ発生装置１１へ入射周期信号ｆを周期的に出力する入射周期信号発生装置１２と、電子銃６が出力する電子ビームの強度を調整する信号を出力するビーム調整部１３と、を備える。

入射周期信号発生装置１２は、タイミング制御装置５が出力する動作開始信号ｓ１を受け取ると動作を開始してトリガ発生装置１１およびタイミング制御装置５へ周期的な入射周期信号ｆ（例えば、約１Ｈｚ毎のパルス信号）を出力する。入射周期信号ｆは、トリガ発生装置１１およびタイミング制御装置５の同期を取る信号であり、電子ビームの周回周期（すなわち、バンチあるいはバケットの周回周期）よりも長い周期毎に発生する信号である。また、入射周期信号発生装置１２は、タイミング制御装置５が出力する動作停止信号ｓ２を受け取ると動作を停止する。

トリガ発生装置１１は、タイミング制御装置５が出力するビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂを受け取ると、バケット信号ｂが指定するバケット番号へ電子ビームを出力するよう電子銃６へトリガ信号ｔを出力する。トリガ発生装置１１は、高周波加速の基準周波数と同一周期（例えば、約５００ＭＨｚ）の基準クロック信号ｃを出力するマスター信号発生器１５と、基準クロック信号ｃを分周して電子ビームの周回周期信号ｒを発生する分周器１６と、バケットカウンタ１７と、フリップフロップ回路１８と、ＡＮＤ回路１９と、を備える。

バケットカウンタ１７は、周回周期信号ｒを起点に基準クロック信号ｃをカウントしてバケット信号ｂが指定するバケット番号をカウントしてトリガ信号ｔ’を発生する。

フリップフロップ回路１８は、入射周期信号発生装置１２が出力する入射周期信号ｆをセット信号Ｓとして受け取り、ＡＮＤ回路１９回路が出力するトリガ信号ｔをリセット信号Ｒとして受け取るＳＲ型のフリップフロップである。フリップフロップ回路１８は出力信号ＱをＡＮＤ回路１９へ出力する。

ＡＮＤ回路１９は、フリップフロップ回路１８が出力する出力信号Ｑと、バケットカウンタ１７が出力するトリガ信号ｔ’と、タイミング制御装置５が出力するビーム許可信号ｅとの論理積を演算し、３つの信号Ｑ、ｔ’、ｅが揃えば電子銃６へトリガ信号ｔを出力する。

ビーム調整部１３は、電子ビームの追加入射一回当たりの電流値が適正値になるよう電子銃６の出力を変更する。

次いで、タイミング制御装置５について説明する。

タイミング制御装置５は、予め定める時間間隔毎にビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力するものである。タイミング制御装置５は、動作データ作成部２１と、補助記憶装置２２と、運転操作部２３と、主記憶装置２５と、カウンタ２６と、を備える。

動作データ作成部２１は、電子ビームを蓄積リング３へ入射するタイミングを指定する動作データを作成する。動作データは、カウント値とバケット番号とを対応付けて順次に並べたデータ構造を有する。動作データは、１つのカウント値と１つのバケット番号とを対にして１ワードの１つのデータとし、このデータが順次にリスト状に並ぶ。

補助記憶装置２２は、動作データ作成部２１が作成する動作データを記憶する。

運転操作部２３は、電子ビームの入射運転操作を行うものである。運転操作部２３は、入射周期信号発生装置１２へ動作開始信号ｓ１を出力して電子ビームの入射開始操作を行い、入射周期信号発生装置１２へ動作停止信号ｓ２を出力して電子ビームの入射停止操作を行う。また、運転操作部２３は、補助記憶装置２２が記憶する動作データを読み込んで主記憶装置２５に書き込む。

主記憶装置２５は、補助記憶装置２２が記憶する動作データを一時的に記憶する。主記憶装置２５は、補助記憶装置２２よりも高速に読み込み可能なメモリである。

カウンタ２６は、電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値とカウント値とが一致すると、予め定める時間間隔の経過と判断してビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力する。カウンタ２６は、主記憶装置２５から１つのカウント値と１つのバケット番号とを読み込む毎に、順次に次のデータにアドレスを進め、最終のデータ対に達したら先頭のデータに戻る。また、カウンタ２６は、「電子ビームの周回周期よりも長い周期」を計数するための信号として、入射周期信号ｆを周期的に受け取る。カウンタ２６は、カウント値と入射周期信号ｆの計数値とを比較して、予め定める時間間隔が経過しているか否かを判断する。ところで、カウント値は、予め電子ビームの減少の状況を測定しておき、電子ビームの追加入射によって電子ビームの電流値を略一定に維持できる時間間隔を入射周期信号ｆの周期で割った値になるよう設定する。

次に、タイミング制御装置５による電子ビームの入射タイミングの制御について説明する。

図３は、本発明の第１実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置によるタイミング制御を示したフローチャートである。

図３に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５は、先ず、ステップＳ１において、シンクロトロン１の運転開始を待機する。タイミング制御装置５は、シンクロトロン１が運転を開始している場合にはステップＳ２に進み、その他の場合には待機を継続する。

次に、タイミング制御装置５のカウンタ２６は、ステップＳ２において、動作データから読み込むデータを指定するためのアドレス指定変数Ｉを０にリセットする。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ３において、動作データの先頭から順次に読み込み行うために、アドレス指定変数Ｉをインクリメントする。なお、カウンタ２６は、ステップＳ２を行った後にステップＳ３を処理すると、動作データの先頭データを指定することになる。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ４において、アドレス指定変数Ｉが指定する順位のデータを読み込み、カウント値変数Ｃ（Ｉ）にカウント値を代入し、バケット値変数Ｂ（Ｉ）にバケット番号を代入する。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ５において、「電子ビームの周回周期よりも長い周期」を計数するための計数値を０にリセットする。

次に、タイミング制御装置５は、ステップＳ６において、シンクロトロン１が運転を停止しているか否かを判断する。タイミング制御装置５は、シンクロトロン１が停止している場合にはステップＳ１に戻り、その他の場合にはステップＳ７に進む。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ７において、入射周期信号ｆの受け取りを待機する。カウンタ２６は、入射周期信号ｆの受け取ればステップＳ８に進み、その他の場合にはステップＳ６に戻って制御を継続する。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ８において、計数値をインクリメントしてステップＳ９に移行する。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ９において、予め定める時間間隔が経過しているか否かを判断するために、カウント値を代入してあるカウント値変数Ｃ（Ｉ）と入射周期信号ｆの計数値とが一致しているか否かを判断する。カウンタ２６は、カウント値変数Ｃ（Ｉ）と計数値とが一致する場合には予め定める時間間隔が経過していると判断してステップＳ１０に進み、その他の場合にはステップＳ６に戻り制御を継続する。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ１０において、ビーム許可信号ｅと、バケット値変数Ｂ（Ｉ）から読み出すバケット番号に対応するバケット信号ｂとをトリガ発生装置１１へ出力する。

次に、カウンタ２６は、ステップＳ１１において、アドレス指定変数Ｉが動作データのデータ個数に達したか否かを判断する。カウンタ２６は、アドレス指定変数Ｉと動作データのデータ個数とが一致する場合にはステップＳ２に戻って動作データの先頭から制御を継続し、その他の場合にはステップＳ３に戻って制御を継続する。

このように構成された本実施形態に係るシンクロトロン１のタイミング制御装置５は、電子ビームを追加入射するタイミングと、追加入射の対象であるバケット番号を一連の動作データにして、予め定める時間間隔によって電子ビームを追加入射するタイミングを調整し、所要のバケットに電子ビームを追加入射できる。

また、本実施形態に係るシンクロトロン１のタイミング制御装置５は、電子ビームを追加入射するタイミングを取るために、電子ビームの電流値の瞬時値を測定する必要が無く、静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）や、静電誘導型電流モニタが出力する高周波の微弱な信号を扱う高性能な高周波信号回路を必要としない。

［第２の実施形態］
本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置の第２実施形態について、図４から図５を参照して説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図である。

本実施形態に係るタイミング制御装置５Ａにおいて第１実施形態のタイミング制御装置５と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５Ａは、入射加速器２の電子銃６に与えるビームトリガ信号ｔのタイミングを制御するものであり、予め定める時間間隔毎にビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力するものである。タイミング制御装置５Ａは、動作データ作成部２１Ａと、補助記憶装置２２Ａと、運転操作部２３Ａと、主記憶装置２５Ａと、カウンタ２６Ａと、を備える。

動作データ作成部２１Ａは、電子ビームを蓄積リング３へ入射するタイミングを指定する動作データを作成する。動作データは、カウント値とバケット番号の増加量とを対応付けるデータ構造を有する。動作データは、１つのカウント値と１つのバケット番号の増加量とを対にする１ワードの１つのデータである。

補助記憶装置２２Ａは、動作データ作成部２１Ａが作成する動作データを記憶する。

運転操作部２３Ａは、電子ビームの入射運転操作を行うものである。運転操作部２３Ａは、入射周期信号発生装置１２へ動作開始信号ｓ１を出力して電子ビームの入射開始操作を行い、入射周期信号発生装置１２へ動作停止信号ｓ２を出力して電子ビームの入射停止操作を行う。また、運転操作部２３Ａは、補助記憶装置２２Ａが記憶する動作データを読み込んで主記憶装置２５Ａに書き込む。

主記憶装置２５Ａは、補助記憶装置２２Ａが記憶する動作データを一時的に記憶する。主記憶装置２５Ａは、補助記憶装置２２Ａよりも高速に読み込み可能なメモリである。

カウンタ２６Ａは、電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値とカウント値とが一致すると、予め定める時間間隔の経過と判断してビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力するとともにバケット信号ｂが指定するバケット番号を増加量分増加する。カウンタ２６Ａは、主記憶装置２５Ａからカウント値とバケット番号の増加量とを読み込む。また、カウンタ２６Ａは、「電子ビームの周回周期よりも長い周期」を計数するための信号として、入射周期信号ｆを周期的に受け取る。カウンタ２６Ａは、カウント値と入射周期信号ｆの計数値とを比較して、予め定める時間間隔が経過しているか否かを判断する。ところで、カウント値は、予め電子ビームの減少の状況を測定しておき、電子ビームの追加入射によって電子ビームの電流値を略一定に維持できる時間間隔を入射周期信号ｆの周期で割った値になるよう設定する。

次に、タイミング制御装置５Ａによる電子ビームの入射タイミングの制御について説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御を示したフローチャートである。

図５に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５Ａは、先ず、ステップＳ２１において、シンクロトロン１の運転開始を待機する。タイミング制御装置５Ａは、シンクロトロン１が運転を開始している場合にはステップＳ２２に進み、その他の場合には待機を継続する。

次に、タイミング制御装置５Ａのカウンタ２６Ａは、ステップＳ２２において、主記憶装置２５Ａから動作データを読み込み、カウント値変数Ｃにカウント値を代入し、バケット増量値変数Ｄにバケット番号の増加量を代入する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２３において、電子ビームを追加入射する対象と成るバケット番号を代入するバケット値変数Ｂを０にリセットする。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２４において、「電子ビームの周回周期よりも長い周期」を計数するための計数値を０にリセットする。

次に、タイミング制御装置５Ａは、ステップＳ２５において、シンクロトロン１が運転を停止しているか否かを判断する。タイミング制御装置５Ａは、シンクロトロン１が停止している場合にはステップＳ２１に戻り、その他の場合にはステップＳ２６に進む。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２６において、入射周期信号ｆの受け取りを待機する。カウンタ２６Ａは、入射周期信号ｆの受け取ればステップＳ２７に進み、その他の場合にはステップＳ２５に戻って制御を継続する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２７において、計数値をインクリメントしてステップＳ２８に移行する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２８において、予め定める時間間隔が経過しているか否かを判断するために、カウント値を代入してあるカウント値変数Ｃと入射周期信号ｆの計数値とが一致しているか否かを判断する。カウンタ２６Ａは、カウント値変数Ｃと計数値とが一致する場合には予め定める時間間隔が経過していると判断してステップＳ２９に進み、その他の場合にはステップＳ２５に戻り制御を継続する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ２９において、ビーム許可信号ｅと、バケット値変数Ｂから読み出すバケット番号に対応するバケット信号ｂとをトリガ発生装置１１へ出力する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ３０において、バケット値変数Ｂとバケット増量値変数Ｄとの和を算出して新しいバケット番号とし、この新しいバケット番号をバケット値変数Ｂに代入する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ３１において、バケット値変数Ｂがバケットの総数（すなわち、ハーモニック数）以上か否かを判断する。カウンタ２６Ａは、バケット値変数Ｂがバケットの総数以上になっている場合にはステップＳ２３に戻って制御を継続し、その他の場合にはステップＳ２５に戻って制御を継続する。

タイミング制御装置５Ａは、例えば、ハーモニック数＝バケットの総数＝１０、バケット番号の増加量＝２、とすれば、入射周期信号ｆの計数量がカウント値に達する度、バケット値変数Ｂ＝０、２、４、６、８、０、２、４、６、８、０、………、のように偶数バケットに順番に電子ビームの追加入射を行う。また、例えば、タイミング制御装置５Ａは、バケット番号の増加量＝３とすれば、バケット値変数Ｂ＝０、３、６、９、０、３、６、９、０、………、のように３バケット毎に電子ビームの追加入射を行う。

このように構成された本実施形態に係るシンクロトロン１のタイミング制御装置５Ａは、電子ビームを追加入射するタイミングと、追加入射の対象であるバケット番号を指定する増加量を動作データにして、予め定める時間間隔によって電子ビームを追加入射するタイミングを調整し、所要のバケットに電子ビームを追加入射できる。

また、本実施形態に係るシンクロトロン１のタイミング制御装置５Ａは、電子ビームを追加入射するタイミングを取るために、電子ビームの電流値の瞬時値を測定する必要が無く、静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）や、静電誘導型電流モニタが出力する高周波の微弱な信号を扱う高性能な高周波信号回路を必要としない。

［第３の実施形態］
本発明に係るシンクロトロンのタイミング制御装置の第３実施形態について、図６から図７を参照して説明する。

図６は、本発明の第３実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御装置を示したブロック図である。

図６に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５Ｂは、入射加速器２の電子銃６に与えるビームトリガ信号ｔのタイミングを制御するものである。

ここで、先ず、シンクロトロン１Ｂは、電子銃６と、トリガ発生装置１１と、入射周期信号発生装置１２と、ビーム調整部１３と、蓄積リング３を周回する電子ビームの電流値を測定する平均電流測定部２８と、を備える。

平均電流測定部２８は、所謂ＤＣＣＴ（ＤＣ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であり、静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）とは異なり、電子ビームが周りに作る磁場を利用して電子ビームの電流値を測定する。平均電流測定部２８が測定する電子ビームの電流値を平均電流値と呼ぶ。なお、一般に、ＤＣＣＴは、静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）よりも安価な装置である。

次いで、タイミング制御装置５Ｂは、平均電流測定部２８が測定する電子ビームの平均電流値が予め定める追加入射電流値よりも小さくなるとビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力するものである。タイミング制御装置５Ｂは、動作データ作成部２１Ｂと、補助記憶装置２２Ｂと、運転操作部２３Ｂと、主記憶装置２５Ｂと、カウンタ２６Ｂと、平均電流入力部２９と、を備える。

動作データ作成部２１Ｂは、電子ビームを蓄積リング３へ入射するタイミングを指定する動作データを作成する。動作データは、追加入射電流値とバケット番号の増加量とを対応付けるデータ構造を有する。動作データは、１つの追加入射電流値と１つのバケット番号の増加量とを対にする１ワードの１つのデータである。

補助記憶装置２２Ｂは、動作データ作成部２１Ｂが作成する動作データを記憶する。

運転操作部２３Ｂは、電子ビームの入射運転操作を行うものである。運転操作部２３Ｂは、入射周期信号発生装置１２へ動作開始信号ｓ１を出力して電子ビームの入射開始操作を行い、入射周期信号発生装置１２へ動作停止信号ｓ２を出力して電子ビームの入射停止操作を行う。また、運転操作部２３Ｂは、補助記憶装置２２Ｂが記憶する動作データを読み込んで主記憶装置２５Ｂに書き込む。

主記憶装置２５Ｂは、補助記憶装置２２Ｂが記憶する動作データを一時的に記憶する。主記憶装置２５Ｂは、補助記憶装置２２Ｂよりも高速に読み込み可能なメモリである。

カウンタ２６Ｂは、入射周期信号ｆを受け取ると予め定める時間間隔の経過と判断して平均電流測定部２８が測定する平均電流値と動作データとを参照し、平均電流値が予め定める追加入射電流値よりも小さくなると、ビーム許可信号ｅおよびバケット信号ｂをトリガ発生装置１１へ出力するとともにバケット信号ｂが指定するバケット番号を増加量分増加する。カウンタ２６Ｂは、主記憶装置２５Ｂから追加入射電流値とバケット番号の増加量とを読み込む。ところで、追加入射電流値は、予め電子ビームの減少の状況を測定しておき、電子ビームの追加入射によって電子ビームの電流値を略一定に維持できる範囲に設定する。

平均電流入力部２９は、平均電流測定部２８が測定する平均電流値をカウンタ２６Ｂへ渡すインタフェースである。

次に、タイミング制御装置５Ｂによる電子ビームの入射タイミングの制御について説明する。

図７は、本発明の第３実施形態に係るシンクロトロンのタイミング制御を示したフローチャートである。

図７に示すように、本実施形態に係るタイミング制御装置５Ｂは、先ず、ステップＳ４１において、シンクロトロン１Ｂの運転開始を待機する。タイミング制御装置５Ｂは、シンクロトロン１Ｂが運転を開始している場合にはステップＳ４２に進み、その他の場合には待機を継続する。

次に、カウンタ２６Ｂは、ステップＳ４２において、主記憶装置２５Ｂから動作データを読み込み、追加入射電流値変数Ｌに追加入射電流値を代入し、バケット増量値変数Ｄにバケット番号の増加量を代入する。

次に、カウンタ２６Ｂは、ステップＳ４３において、電子ビームを追加入射する対象と成るバケット番号を代入するバケット値変数Ｂを０にリセットする。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ４４において、平均電流測定部２８が測定する平均電流値を取得する。

次に、タイミング制御装置５Ｂは、ステップＳ４５において、シンクロトロン１が運転を停止しているか否かを判断する。タイミング制御装置５Ｂは、シンクロトロン１が停止している場合にはステップＳ４１に戻り、その他の場合にはステップＳ４６に進む。

次に、カウンタ２６Ｂは、ステップＳ４６において、平均電流値が追加入射電流値変数Ｌよりも小さくなったか否かを判断する。カウンタ２６Ｂは、平均電流値が追加入射電流値変数Ｌよりも小さい場合にはステップＳ４７に進み、その他の場合にはステップＳ４４に戻り制御を継続する。

次に、カウンタ２６Ｂは、ステップＳ４７において、入射周期信号ｆの受け取りを待機する。カウンタ２６Ｂは、入射周期信号ｆを受け取ると予め定める時間間隔が経過していると判断してステップＳ４８に進み、その他の場合にはステップＳ４７を繰り返す。

次に、カウンタ２６Ｂは、ステップＳ４８において、ビーム許可信号ｅと、バケット値変数Ｂから読み出すバケット番号に対応するバケット信号ｂとをトリガ発生装置１１へ出力する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ４９において、バケット値変数Ｂとバケット増量値変数Ｄとの和を算出して新しいバケット番号とし、この新しいバケット番号をバケット値変数Ｂに代入する。

次に、カウンタ２６Ａは、ステップＳ５０において、バケット値変数Ｂがバケットの総数（すなわち、ハーモニック数）以上か否かを判断する。カウンタ２６Ａは、バケット値変数Ｂがバケットの総数以上になっている場合にはステップＳ４３に戻って制御を継続し、その他の場合にはステップＳ４７に戻って制御を継続する。

タイミング制御装置５Ｂは、例えば、ハーモニック数＝バケットの総数＝１０、バケット番号の増加量＝２、とすれば、平均電流値が追加入射電流値Ｌよりも小さくなる度、バケット値変数Ｂ＝０、２、４、６、８、０、２、４、６、８、０、………、のように偶数バケットに順番に電子ビームの追加入射を行う。また、例えば、タイミング制御装置５Ｂは、バケット番号の増加量＝３とすれば、平均電流値が追加入射電流値Ｌよりも小さくなる度、バケット値変数Ｂ＝０、３、６、９、０、３、６、９、０、………、のように３バケット毎に電子ビームの追加入射を行う。

本実施形態に係るタイミング制御装置５Ｂは、電子ビームの減少をＤＣＣＴである平均電流測定部２８で測定する平均電流値により判定する。これは、通常、各バケットにおける電子ビームの電流値は、ほとんどの場合、略均等に減少することを利用している。

このように構成された本実施形態に係るシンクロトロン１Ｂのタイミング制御装置５Ｂは、電子ビームの減少状況を反映する追加入射電流値と、追加入射の対象であるバケット番号を指定する増加量を動作データにして、予め定める時間間隔によって電子ビームを追加入射するタイミングを調整し、所要のバケットに電子ビームを追加入射できる。

また、本実施形態に係るシンクロトロン１Ｂのタイミング制御装置５Ｂは、電子ビームを追加入射するタイミングを取るために、電子ビームの電流値の瞬時値を測定する必要が無く、静電誘導型電流モニタ（ＥＳＭ）や、静電誘導型電流モニタが出力する高周波の微弱な信号を扱う高性能な高周波信号回路を必要としない。タイミング制御装置５Ｂは、一般的なシンクロトロンが備えるＤＣＣＴを活用して電子ビームの追加入射のタイミングを制御できる。

したがって、本実施形態に係るシンクロトロン１、１Ｂのタイミング制御装置５、５Ａ、５Ｂによれば、電子ビームの電流値の瞬時値を測定しなくても、所要のバケットに電子ビームを追加入射して電子ビームの電流値を略一定に維持できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ｂ シンクロトロン
２ 入射加速器
３ 蓄積リング
５、５Ａ、５Ｂ タイミング制御装置
６ 電子銃
１１ トリガ発生装置
１２ 入射周期信号発生装置
１３ ビーム調整部
１５ マスター信号発生器
１６ 分周器
１７ バケットカウンタ
１８ フリップフロップ回路
１９ ＡＮＤ回路
２１、２１Ａ、２１Ｂ 動作データ作成部
２２、２２Ａ、２２Ｂ 補助記憶装置
２３ 運転操作部
２５、２５Ａ、２５Ｂ 主記憶装置
２６、２６Ａ、２６Ｂ カウンタ
２８ 平均電流測定部
２９ 平均電流入力部

Claims (2)

1. トリガ信号を受け取ると電子ビームを出力するビーム発生装置と、ビーム許可信号およびバケット信号を受け取ると前記バケット信号が指定するバケット番号へ前記電子ビームを出力するよう前記ビーム発生装置へ前記トリガ信号を出力するトリガ発生装置と、を備えるシンクロトロンに接続し、前記電子ビームを出力するタイミングを制御するシンクロトロンのタイミング制御装置において、
   カウント値と前記バケット番号とを対応付けて複数有する動作データを記憶する記憶部と、
   前記電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値と前記カウント値とが一致すると、前記予め定める時間間隔の経過と判断して前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力するカウンタと、を備え、
   予め定める時間間隔毎に前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力することを特徴とするシンクロトロンのタイミング制御装置。
2. トリガ信号を受け取ると電子ビームを出力するビーム発生装置と、ビーム許可信号およびバケット信号を受け取ると前記バケット信号が指定するバケット番号へ前記電子ビームを出力するよう前記ビーム発生装置へ前記トリガ信号を出力するトリガ発生装置と、を備えるシンクロトロンに接続し、前記電子ビームを出力するタイミングを制御するシンクロトロンのタイミング制御装置において、
   カウント値と前記バケット番号の増加量とを対応付ける動作データを記憶する記憶部と、
   前記電子ビームの周回周期よりも長い周期毎に計数する計数値と前記カウント値とが一致すると、前記予め定める時間間隔の経過と判断して前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力するとともに前記バケット信号が指定する前記バケット番号を増加量分増加するカウンタと、を備え、
   予め定める時間間隔毎に前記ビーム許可信号および前記バケット信号を前記トリガ発生装置へ出力することを特徴とするシンクロトロンのタイミング制御装置。

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