JPH02267899A - シンクロトロン加速器による粒子加速システムの励振制御方法 - 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
加速器による粒子加速システムの励振制御方法に関する
。

（従来の技術） 従来、第３図乃至第５図に示すようなシンクロトロン加
速器を使用した粒子加速システムが知られている。

以下これについて説明すると、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と複数個の
、偏向電磁石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、複数個の電磁石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。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り、これらの詳細は第
４図により詳細に説明する。

第４図はシンクロトロン加速器による粒子加速システム
全体の構成例を示すもので、第３図に示されているブロ
ックと同一ブロックには同一符号を付して示す。第４図
において、７はキャビティ５に電力を投入する電力投入
器、８はキャビティ５の共振周波数を調整するチューナ
、２４はチューナ８を制御するチューナ制御装置である
。９はキャビティ５内の高周波電界を検出するプローブ
である。すなわち、キャビティ５内には電力投入器７と
チューナ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８を進退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
号はキャビティ５に与える高周波電力の振幅制御に用い
られるものである。また、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
の電力及び位相が制御され、その制御された高周波信号
は電力増幅器１２により増幅されてサーキュレータ１４
を介して電力投入器７に入力され、この電力投入器７か
ら出力される反射高周波電力はダミーロード１３側へ伝
送されてこれに吸収されるようになっ、ている。さらに
、１５は位相検出器の基準信号となる高周波信号を検出
するための方向性結合器、１６はキャビティ５に与えら
れる高周波電力に比例した高周波信号を検出するための
方向性結合器である。

第５図は第４図の励振装置１１の構成を示すブロック回
路である。第４図に示されているブロックと同一ブロッ
クには同一符号を付して示し、ここではその説明を省略
する。第５図において、１７は第４図で説明した方向性
結合器１５．１６により検出される基準高周波信号（Ｐ
ｒｅｒ）と高周波信号Ｐ（ｒｆ）との位相差Δψを検出
する位相差検出器、８はこの位相差Δψが入力される移
相器制御器、１９はこの移相器制御器１８により制御さ
れる移相器、２０はキャビティ検出高周波信号Ｖｃ　　
（ｒｆ）を検出するキャビティ電圧検出器、２１はこの
キャビティ電圧検出器２０で検出されたキャビティ電圧
検出信号ＶＣとキャビティ電圧基準Ｖｃ（ｒｅｆ）とが
入力されるアッテネータ制御器、２２はこのアッテネー
タ制御器２１により制御されるアッテネータ、２３は電
力増幅器である。

位相差検出器１７には方向性結合器１５．１６からの高
周波信号Ｐｒｅｆ　、　Ｐ　（ｒｆ）が入力されると、
その位相差信号Δψを生成してこれを移相制御器１８に
与えるものである。移相制御器１８は位相差が一定とな
るような目標値を表した移相器ｆｉ１ｍ信号を移相器１
９に与えるものである。移相器１９は移相器制御信号が
入力されるとキャビティに与える高周波電力の位相と原
発振器１０の出力位相との差が常に一定となるようにし
て、このキャビティに与える高周波電力の位相変化を小
さくするものである。

一方、キャビティ電圧検出器２０にはプローブ９からの
キャビティ検出高周波信号Ｖｃ　　（ｒｆ）が入力され
、キャビティ電圧検出器２０によりキャビティ検出高周
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Ｖ
ｃとして出力する。アッテネータ制御器２１には基準電
圧信号Ｖｃ（ｒｅｆ’）とキャビティ電圧検出、信号Ｖ
ｃとが入力され、このアッテネータ＠ｒ制御器２１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２２に入力され、このアッテネー
タ２２からそのアッテネータ＄制御信号を表す電力値に
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２３を通して励振装置１１の出力
として送出される。

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
ープ制御を行なっている。

そして、この閉ループ制御を行なうにあたり、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、キャビティに与える高周波電
力を調整し、キャビティに発生させる高周波電界の強さ
を変化させて粒子を次第に加速するようにしている。

さらに、キャビティに与える高周波電力を広い範囲で調
整することによって発生する位相変化は、原発振器１０
の高周波信号を方向性結合器１５で検出し、この方向性
結合器１５から出力される基準高周波信号Ｐ　（ｒｅｆ
　）の位相を基準位相とじて位相の閉ループ制御を行な
うことにより小さくするようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、キャビティに与える高周波電力の大きさに対
する位相変化は第６図に示すような関係となっている。

この位相変化は高周波電力の出力変化に伴って電力増幅
器の特性により生じるものである。従って、この関係か
らも分るように高周波電力が大きくなるに従って位相変
化も大きくなり、特に図示Ａ領域においては位相変化が
小さいのに対してＢ領域では位相変化が急激に大きくな
る傾向にある。

そこで、従来では前述したように高周波信号の位相を閉
ループ制御により位相変化を補償し、特に位相変化が急
激に大６きくなるような第６図に示すＢ領域ではキャビ
ティに与える高周波電力の振幅と位相の制御を行なって
いる。

しかし、このような励振制御方法において、さらにシン
クロトロン加速器の粒子加速効率を良くするため、キャ
ビティに与える高周波電力を第６図におけるＡ領域にま
でまたがるような低いところまで制御して粒子加速しよ
うとすると、位相差を検出する２つの高周波信号レベル
のアンバランスにより位相差検出器の誤差が大きくなる
。このため、位相の閉ループ制御を行なっているにもか
かわらず、位相変化が大きくなってしまうという問題が
あった。例えば位相を１＠〜３＠以内に制御していたの
が、位相差検出器の°誤差により±５＠〜１０°と位相
変化が大きくなる。

本発明はキャビティに与える高周波電力の制御範囲を０
近傍から最大値までの広い範囲とした場合でも、位相変
化を小さく押えることができるシンクロトロン加速器に
よる粒子加速システムの励振制御方法を提供することを
目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、キャビティ内部の
高周波電圧を検出し、その電圧検出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ない、且つ前記キャビティに
与える高周波電力の位相変化を小さくするような制御を
行ないながら、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
するようにしたシンクロトロン加速器による粒子加速シ
ステムの励振制御方法において、前記キャビティに与え
られる高周波電力に対して一義的に位相変化補償量を決
定し、この高周波電力と位相変化補償量との関係に従っ
て前記キャビティに与える高周波電力の位相変化を補償
するようにしたものである。

（作用） このような粒子加速システムの励振制御方法にあっては
、キャビティに与えられている高周波電力が検出される
と、キャビティに与えられる高周波電力に対して一義的
に決定された位相変化補償量をもとに高周波電力検出値
に対して必要とする高周波電力の位相変化が補償される
ので、高周波電力の制御範囲が広範囲となっても位相変
化を小さく抑さえることが可能°となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明方法を説明するための第１の実施例を示
すブロック回路図を示すもので、第５図と同一ブロック
又は同一ブロックに相当する部分には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べ
る。

第１の実施例では第５図で示した位相差検出器による位
相の閉ループ制御を行なわず、第４図に示す方向性結合
器１６からの高周波電力の検出信号Ｐ（ｒｒ）を高周波
電力検出器２５に入力してキャビティに与えられている
高周波電力を検出し、その高周波電力検出信号Ｐを位相
器制御器１８に与えるようにしている。また、位相制御
器１８には予め高周波電力値に対する位相変化補償量の
関係が定められており、この関係に従って高周波電力値
の変化によって引き起こされる位相変化を補償する制御
器制御信号が出力できるようになっている。

次に第１図に示す励振装置の作用について説明する。

第４図に示す方向性結合器１６からの高周波電力の検出
信号Ｐ　（ｒｆ’）が高周波電力検出器２５に入力され
ると、この高周波電力検出器２５では高周波電力の検出
信号Ｐ　（ｒｒ）から高周波電力値信号を生成し、これ
を高周波電力値検出信号Ｐとして出力される。位相器制
御器１８にこの高周波電力値検出信号Ｐが入力されると
、高周波電力値に併せて決められた位相変化補償量を位
相器制御信号として出力する。位相器１９ではこの位相
器制御信号により高周波信号の位相変化を補償するよう
に位相を調整する。

本発明では高周波電力値に対する位相変化の関係は一義
的に決定され、例えば第６図に示すようになることが分
っていることから、まずその関係について測定すること
により、容易に知ることができる。従って、高周波電力
値が分れば位相器１９の位相変化補償量も一義的に決定
することができ、第７図に示すようになる。そこで、こ
の第７図に示すような関数を発生させる関数発生機能を
移相器制御器１８に持たせておくことにより、位相の閉
ループ制御をしなくてもキャビティに与える高周波電力
の位相変化を小さく抑えることができる。

このように高周波電力値により一義的に決定される位相
変化信号として出力するようにしておくことにより、従
来の位相の閉ループ制御のように位相検出器の誤差が大
きくなることによる間屈点。

つまり位相変化を小さくできないということがなく、高
周波電力を０近傍から最大値まで変化させてもキャビテ
ィに与える高周波電力の位相変化を小さく抑えることが
できる。

第２図は本発明方法を説明するための第２の実施例を示
すブロック回路図を示すもので、第１図と同一ブロック
又は同一ブロックに相当する部分には同一符号を付して
その説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べ
る。

前述したように本発明ではキャビティ５に与える高周波
電力値を検出し、この高周波電力値に対して必要とする
位相変化補償量を一義的に決定し、この関係に従って位
相変化の補償をするようにしている。

前述の第１の実施例ではキャビティに与えられる高周波
電力値を第４図に示すようにキャビティ５の入力部に設
けられた方向性結合器１６により検出し、これを高周波
電力検出器２５に与えるようにした。しかし、高周波電
力の検出位置としては必ずしもこの位置に限定されるも
のではなく、例えば電力増幅器１２の増幅率が一定であ
るとすれば励振袋Ｗ１１１から出力される高周波電力は
キャビティ５に与えられる高周波電力と比例関係にある
。

そこで、第２の実施６例では励振装置１１の電力増幅器
２３から出力される高周波電力を方向性結合器２６によ
り検出し、この方向性結合器２６で検出された高周波信
号を高周波電力検出器２５に入力するようにしたもので
ある。

従って、励振装置１１の出力高周波電力を方向性結合器
２６により検出し、これを高周波電力検出器２５に与え
てその高周波電力検出値Ｐを位相器制御器１８に入力す
ることにより、この位相器制御器１８では高周波電力検
出値に対して必要とする位相変化補償量を一義的に決定
できるので、この関係に従って位相器１９を制御すれば
、キャビティに与えられる高周波電力の位相変化の補償
を行なうことができ、第１の実施例と同様の効果を得る
ことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、キャビティに与える
高周波電力の制御範囲を０近傍から最大値までの広い範
囲とした場合でも、位相変化を小さく押えることができ
るシンクロトロン加速器による粒子加速システムの励振
制御方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を説明するための第１の実施例にお
ける励振装置を示すブロック回路図、第２図は本発明方
法を説明するための第２の実施例における励振装置を示
すブロック回路図、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速器による
粒子加速システムの全体を示す構成図、第５図は従来の
励振装置を示すブロック回路図、第６図は位相補償をし
ないときのキャビティに与える高周波電力値に対する位
相変化を示した曲線図、第７図は高周波電力値に対する
位相変化補償量の関係を示した曲線図である。 １・・・シンクロトロン加速器、２・・・ライナック、
３・・・入射器、４・・・偏向電磁石、５・・・キャビ
ティ、６・・・真空ビームダクト、７・・・電力投入器
、８・・・チューナ、９・・・プローブ、１０・・・原
発振器、１１・・・励振装置、１２・・・電力増幅器、
１３・・・ダミーロード、１４・・・サーキュレ、−夕
、１５，１６．２６・・・方向性結合器、１７・・・位
相差検出器、１８・・・位相器制御器、１９・・・位相
器、２０・・・キャビティ電圧検出器、２１・・・アッ
テネータ制御器、２２・・・アッテネータ、２３・・・
電力増幅器、２５・・・高周波電力検出器。 第 図 第 図

Claims (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、その電圧検出値
   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ない、且つ
   前記キャビティに与える高周波電力の位相変化を小さく
   するような制御を行ないながら、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したシンクロトロン加速器
   による粒子加速システムの励振制御方法において、前記
   キャビティに与えられる高周波電力に対して一義的に位
   相変化補償量を決定し、この高周波電力と位相変化補償
   量との関係に従って前記キャビティに与える高周波電力
   の位相変化を補償することを特徴とするシンクロトロン
   加速器による粒子加速システムの励振制御方法。