JPH01307199A - シンクロトロン加速器の励振制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、粒子を効率良く加速するためのシンクロトロ
ン加速器の励振制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、第３図〜第５図に示すようなシンクロトロン加速
器を使った粒子加速システムが知られている。

これを説明すると、まず第３図において、１はシンクロ
トロン加速器であり、このシンクロトロン加速器１は初
期加速用ライナック２と入射器３と複数の偏向電磁石４
．４．・・・とを備えている。

粒子はライナック２から入射器３に入射され複数の偏向
電磁石４，４．・・・の磁界内を通されて偏向されるこ
とにより再び入射器３に戻るように構成され、粒子は、
この経路を巡回するようになっている。この粒子が巡回
する経路中にはキャビティ５が設けられ、粒子は、巡回
中、このキャビティ５を通る度にその内部に発生させて
いる電界により加速されるようになっている。６はその
粒子の経路に沿って形成されている真空ビームダクトで
ある。

キャビティ５内には電力投入器７とチューナー８とプロ
ーブ９とが設けられ、電力投入器７により高周波電力が
キャビティ５内に供給されることにより、チューナー８
との関係で粒子加速用の高周波電界が生じ、このチュー
ナー８を電力投入器７に対して進退させ両者の距離を変
化させることによりキャビティ５内の共振周波数が調整
されるものである。プローブ９は該キャビティ５内の高
周波電界の強さに応じた電圧値を有する高周波信号を得
るためのもので、この高周波信号は次遅する電圧制御に
用いられるものである。

１０は原発振器、１１は励振装置、１２は電力増幅器、
１３はダミーロード、１４はサーキュレータである。原
発振器１０からの高周波信号は励振装置１１によりその
電力が制御され、その制御された高周波信号は電力増幅
器１２により増幅されサーキュレータ１４を通される。

このサーキュレータ１４を通されることで、反射や減衰
なしに電力投入器７により高周波電力として供給され、
また電力投入器７からの反射高周波電力はダミーロード
１３側へ伝送されこれに吸収されるようになっている。

励振装置１１は第４図に示すようにキャビティ電圧検出
器１５とアッテネータ制御器１６とアッテネータ１７と
電力増幅器１８とを有している。

キャビティ電圧検出器１５にはプローブ９からの高周波
信号が入力され、このキャビティ電圧検出器１５により
高周波信号Ｖｃ（ｒｆ’）の振幅に相当する電圧値の直
流電圧信号が生成され、これをキャビティ電圧検出信号
として出力する。アッテネータ制御器１６には基準電圧
信号とキャビティ電圧検出信号とが入力され、このアッ
テネータ制御器１６は、両者の電圧値を比較し、その差
を見込んだ目標値を表したアッテネータ制御信号を出力
する。このアッテネータ制御信号はアッテネータ１７に
人力され、このアッテネータ１７からそのアッテネータ
制御信号の表す電力値に応じた電力値の高周波電力信号
が出力され、この高周波電力信号は電力増幅器１８を通
して励振装置１１の出力として送出される。

１９はチューナー制御装置である。チューナー８は、こ
のチューナー制御装置１９により、ライナック２から粒
子が入射される前にあってはを非同調位置に置かれ、粒
子が入射されると同調位置に移動させられるようになっ
ているものである。

上述の例の如く、シンクロトロン加速器を使った粒子加
速システムにあっては、従来、キャビティ内部の高周波
電圧を検出し、その検出電圧値と基準電圧値とを比較し
てキャビティに与える高周波電力の目標値を決定する閉
ループ制御を行っている。

そして、この閉ループ制御を行うにあたり、基準電圧値
を偏向電磁石等と相関関係を持たせて所定のパターンに
変化させることにより、キャビティに供給する電力を２
１整し、キャビティに発生させる高層ｌｉ電界の強さを
変化させて粒子を次第に加速するようにすることで、粒
子をその消失を極力少な（抑えて効率良く加速するよう
になされている。

第６図（ａ）は上記制御に係る基準電圧信号の基準電圧
値Ｖｅ（ｒｅｌ’）、′：ｊ４６図（ｂ）はキャビティ
電圧検出信号の検出゛ｔは圧値ＶＣＳ第６図（ｃ）はキ
ャビティへの供給電力値Ｐ　（ｒｆ’）の変化のパター
ンを示したものであり、これらの図中、符号Ａは粒子入
射タイミングを指している。

この図に示すように、粒子入射前にあってはチューナー
が非同調状態にあることから基準電圧値Ｖ　ｅ（ｒｃｆ
）の割には供給電力値Ｐ　（ｒｆ）が大きくなり、粒子
入射後にはチューナーが同調状態になるため、供給電力
値Ｐ　（ｒ（’）は、基準電圧値Ｖｃ（ｔｅｌ’）に応
じた値へと下がり、以降、基準電圧値Ｖｃ（ｔｅｌ’）
に応じた上昇を示すようになる。

しかしながら、粒子入射後、チューナーが同調状態に入
り供給電力値Ｐ　（ｒｌ’）が下がる際に、その下がり
具合が急激になって第６図（ｂ）に検出電圧値Ｖｃとし
て示すように、キャビティ内の高周波電圧が基準電圧値
Ｖｃ（ｒｅｆ）からはずれる場合があった。キャビティ
内の高周波電圧が、このように変動した場合、消失する
粒子が増え、粒子の捕獲効率が悪化することとなる。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来の制御方法では、粒子の入射後、
キャビティ内の高周波電圧が基準電圧値のパターンから
はずれ、粒子の捕獲効率が悪化する場合を生ずるという
問題があった。

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、粒子の入射後、キ
ャビティ内の高周波電圧が基準電圧値のパターンから極
力はずれないようにすることができるシンクロトロン加
速器の励振制御方法を提供することにある。

〔発明の槽底〕

（課題を解決するための手段） 本発明のシンクロトロン加速器の励振制御方法は、キャ
ビティ内部の高周波電圧を検出し、その検出電圧値と基
準電圧値とを比較して前記キャビティに与える高周波電
力の目標値を決定する閉ループ制御を行う際に、前記基
準電圧値を所定のパターンに変化させることにより、前
記キャビティに発生させる粒子加速用高周波電界を変化
させて該粒子を次第に加速するようになっているシンク
ロトロン加速器の励振制御方法において、前記粒子の入
射前には一定電力値を前記目標値とすべく開ループ制御
を行い、前記粒子の入射後において該開ループ制御から
前記閉ループ制御に切換えることを特徴としている。

（作　用） 本発明によれば、開ループ制御における目標値と、開ル
ープ制御から閉ループ制御への切換え点とを変更するこ
とにより、シンクロトロン加速器のチューナーが非同調
状態から同調状態へ向かうときにおけるキャビティ内の
高周波電圧の変化パターンを変化させることができる。

よって、シンクロトロン加速器のチューナーが非同調状
態から同調状態へ向かうときにおけるキャビティ内の高
周波電圧が基準電圧値の変化パターンから極力外れない
ように制御条件の設定を行うことができることとなる。

（実施例） 以下に、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明
する。

第１図は本発明方法に係る一実施例のブロック図、第２
図は第１図に示す装置により扱われる値の制御経過時間
に伴なう変化の様子を示すグラフである。なお、第１図
における第５図との同一符号は互いに同−或いは相当す
る部分を示している。

すなわち、まず、第１図に示す装置は、キャビティ内部
の高周波電圧を検出し、その検出電圧値と基準電圧値と
を比較してキャビティに与える高周波電力の目標値を決
定する閉ループ制御を行う機能を有するとともに、粒子
の入射前には前記粒子の入射前には一定電力値を前記目
標値とすべく開ループ制御を行い、前記粒子の入射後に
おいて該開ループ制御から前記閉ループ制御に切換える
ことを特徴としている。

この第１図において、２２はアッテネータ制御器、２３
は初期値設定器、２４は切換えスイッチである。

アッテネータ制御器２２は、第５図に示すアッテネータ
制御器１６と同じ機能を有する他、キャビティ電圧検出
信号が基準電圧信号を越えた時を境にして反転する２値
の切換えタイミング信号を出力する機能を有する。よっ
て、この切換えタイミング信号は、例えば、キャビティ
電圧検出信号の電圧値が基準電圧信号の電圧値以下の場
合に論理「０」になり、キャビティ電圧検出信号の電圧
値が基準電圧信号の電圧値より大きくなった場合に論理
「１」になる。

初期値設定器２３は、粒子の入射前における開ループ制
御のための目標値を初期電力値として設定するためのも
のである。この初期値設定器２３は、その目標値を表し
た信号をアッテネータ制御信号として出力する機能を有
する。

切換えスイッチ２４は、アッテネータ１７への制御信号
の人力をアッテネータ制御器２２のアッテネータ制御１
８号と初期設定器２３のアッテネータ制御信号との何れ
かに切換えるもので、アッテネータ制御器２２からの切
換えタイミング信号がその切換え制御信号として入力さ
れ、この切換えタイミング信号が上記した例の論理であ
れば、これが論理ｒＯＪのときには初期設定器２３のア
ッテネータ制御信号が、論理「１」のときにはアッテネ
ータ制御器２２のアッテネータ制御信号がアッテネータ
１７にそれぞれ入力されるようになっている。これによ
り、粒子の入射前には初期設定器２３からのアッテネー
タ制御信号に基づいて一定電力値を前記目標値とすべく
開ループ制御が行われ、粒子の入射後においてこの開ル
ープ制御からアッテネータ制御器２２のアッテネータ制
御信号に基ずく閉ループ制御に切換えられるようになっ
ている。

第２図（ａ）は上記制御に係る基準電圧信号の基準電圧
値Ｖｃ（ｒｅｖ）、第２図（ｂ）はキャビティ電圧検出
信号の検出電圧値ＶＣ，第２図（Ｃ）はキャビティ５へ
の供給電力値Ｐ　（ｒｆ）の変化のパターンを示したも
のであり、これらの図中、符号Ｂは粒子入射後における
開ループ制御から閉ループ制御への切換えタイミングを
指している。

上述の如く、粒子の入射前には切換えスイッチ２４の接
点が第１図に示す側とは反対側に設定され、初期設定器
２３からのアッテネータ制御信号がアッテネータ１７に
人力されて、これに基づく開ループ制御が行われる。よ
って、キャビティ５に供給される高Ｊｔ’Ｊ波電力値Ｐ
　（ｒｆ’）は、粒子入射前にあっては一定であり且つ
キャビティ５内の高周波電圧が検出電圧値Ｖｃとして見
られるように基準電圧値Ｖｃ（ｔｅｌ’）よりも低くな
るような値となっている。

粒子が入射されチューナー８が非同調状態から同調状態
へ移動させられると、検出電圧値Ｖｃがその低い値から
上がり始めて基準電圧値Ｖｃ（ｒｅｆ’）を越えるよう
になる。

その検出電圧値Ｖｃが基準電圧値Ｖｃ（ｒｅｆ’）を越
える切換えタイミングＢにおいてアッテネータ制御器２
２から切換えタイミング信号が反転し、切換えスイッチ
２４の接点が第１図に示す側に設定され、それまでの開
ループ制御からアッテネータ制御器２２のアッテネータ
制御信号に基づく閉ループ制御に切換えられる。

このように、高周波電力値Ｐ　（ｒｆ’）の変化を極力
小さく且つチューナー８の同調により基準電圧値Ｖｃ（
ｒｅｖ）が変化を始める前にこれに到達するような電力
値を粒子入射前の目標値として初期設定器２３により設
定し、そして制御の切換えタイミングを検出電圧値ＶＣ
が基準電圧値Ｖｃ（ｒｃｆ）を越えた時として設定する
ことにより第２図（ｂ）に示すように、粒子入射後、キ
ャビティ５内の高周波電圧を基準電圧値Ｖｃ（ｒｃ「）
の変化のパターンから外れないようにすることができる
。以降はキャビティ５内の高周波電圧が基準電圧値Ｖｃ
（ｒｅｌ’）のパターンで変化するように電力Ｐ　（ｒ
ｌ’）が増減される。

よって、チューナー７を非同調状態から同調状態へ持っ
て行く際、粒子の捕獲効率を悪化させることがなく、粒
子の加速を効率良く行うことができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、開ループ制御にお
ける目標値と、開ループ制御から閉ループ制御への切換
え点とを変更することにより、シンクロトロン加速器の
チューナーが非同調状態から同調状態へ向かうときにお
けるキャビティ内の高周波電圧の変化パターンを変化さ
せることができるので、シンクロトロン加速器のチュー
ナーが非同調状態から同調状態へ向かうときにおけるキ
ャビティ内の高周波電圧が基準電圧値の変化パターンか
ら極力外れないように制御条件の設定を行うことができ
るという効果を奏する。したがって、シンクロトロン加
速器に粒子の捕獲効率を悪化させることなく粒子加速動
作を行わせることができることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に係る一実施例の励振装置のブロッ
ク図、第２図は第１図に示す実施例において扱われる値
の制御経過時間に伴なう変化の様子を示すグラフ、第３
図はシンクロトロン加速器の構造を示す概念図、第４図
はシンクロトロン加連盟制御装置の全体図、第５図はそ
の従来の励振装置のブロック図、第６図は第５図に示す
従来例において扱われる値の制御経過時間に伴なう変化
の様子を示すグラフである。 １・・・シンクロトロン加速器、５・・・キャビティ、
７・・・電力投入器、８・・・チューナー、９・・・高
周波電圧検出用プローブ、１０・・・原発振器、１９・
・・チューナー制御装置、２１・・・プローブ、１５・
・・キャビティ電圧検出器、１７・・・アッテネータ、
２２・・・アッテネータ制御器、２３・・・初期値設定
器、２４・・・切換えスイッチ、Ｖに（ｔｅｌ’）・・
・基準電圧値、ＶＣ・・・検出電圧値、Ｐ　ｃ（ｒｌ’
）・・・供給電力値、Ｂ・・・切換えタイミング 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 第３図 ツ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、キャビティ内部の高周波電圧を検出し、その検出電
   圧値と基準電圧値とを比較して前記キャビティに与える
   高周波電力の目標値を決定する閉ループ制御を行うにあ
   たり、前記基準電圧値を所定のパターンに変化させるこ
   とにより、前記キャビティに発生させる粒子加速用高周
   波電界の強さを変化させて該粒子を次第に加速するよう
   になっているシンクロトロン加速器の励振制御方法にお
   いて、 前記粒子の入射前には一定電力値を前記目標値とすべく
   開ループ制御を行い、前記粒子の入射後において該開ル
   ープ制御から前記閉ループ制御に切換えることを特徴と
   するシンクロトロン加速器の励振制御方法。