JPH05343199A - 円形誘導加速器用低電圧変調器 - Google Patents
円形誘導加速器用低電圧変調器Info
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- JPH05343199A JPH05343199A JP3265105A JP26510591A JPH05343199A JP H05343199 A JPH05343199 A JP H05343199A JP 3265105 A JP3265105 A JP 3265105A JP 26510591 A JP26510591 A JP 26510591A JP H05343199 A JPH05343199 A JP H05343199A
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- betatron
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- winding
- capacitor
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H11/00—Magnetic induction accelerators, e.g. betatrons
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/04—Magnet systems, e.g. undulators, wigglers; Energisation thereof
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 穿孔検層装置用ベータトロンの駆動に適合し
た低電圧電源回路を提供する。 【構成】 独立的低電圧ＤＣ電源１８と、ベータトロン
巻線２６の一側部へ接続された中間低電圧コンデンサ２
０と、該ベータトロン巻線の他方の側部へ接続された高
電圧コンデンサ３２とを有している。単一方向電流装置
２４，２８，３０，３４は、通常、ベータトロン巻線を
介して、低電圧コンデンサから高電圧コンデンサへの電
流の流れを許容する。その際に、エネルギが、電源及び
低電圧コンデンサから、ベータトロン巻線を介して、高
電圧コンデンサへ転送される。電流の流れ方向を逆とさ
せ且つその際に両方のコンデンサ内に格納されたエネル
ギをベータトロン巻線内へ放電させてベータトロン磁気
回路を励起させるためにスイッチ３６，３８が選択的に
設けられている。
た低電圧電源回路を提供する。 【構成】 独立的低電圧ＤＣ電源１８と、ベータトロン
巻線２６の一側部へ接続された中間低電圧コンデンサ２
０と、該ベータトロン巻線の他方の側部へ接続された高
電圧コンデンサ３２とを有している。単一方向電流装置
２４，２８，３０，３４は、通常、ベータトロン巻線を
介して、低電圧コンデンサから高電圧コンデンサへの電
流の流れを許容する。その際に、エネルギが、電源及び
低電圧コンデンサから、ベータトロン巻線を介して、高
電圧コンデンサへ転送される。電流の流れ方向を逆とさ
せ且つその際に両方のコンデンサ内に格納されたエネル
ギをベータトロン巻線内へ放電させてベータトロン磁気
回路を励起させるためにスイッチ３６，３８が選択的に
設けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ベータトロン型の磁気
誘導加速器に関するものであって、更に詳細には、独立
的な低電圧電源を使用することによりベータトロンを駆
動するための改良型変調器回路に関するものである。更
に詳細には、本発明は、穿孔検層装置環境においてベー
タトロンを駆動すべく適合された低電圧電源回路に関す
るものである。
誘導加速器に関するものであって、更に詳細には、独立
的な低電圧電源を使用することによりベータトロンを駆
動するための改良型変調器回路に関するものである。更
に詳細には、本発明は、穿孔検層装置環境においてベー
タトロンを駆動すべく適合された低電圧電源回路に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は従来のベータトロン駆動回路を示
している。高電圧ＤＣ電源１０がコンデンサ１２を横断
して変調器（パルス発生用）回路１４へ結合されてお
り、該変調器回路は、ベータトロン磁界内にトラップさ
れた電子を加速するために時間と共に変化する電圧パル
スで所望の繰返し速度において一次ベータトロンコイル
回路１６をパルス動作する。各加速サイクル期間中、コ
ンデンサ１２内に格納乃至は蓄積されたエネルギが、ス
イッチング回路網（変調器１４内に設けられている）を
介してベータトロン磁気回路へ転送され、且つ各サイク
ルの終わりに、磁気回路内の残存エネルギは回復回路
（これも変調器１４内に設けられている）を介してコン
デンサ１２へ帰還される。磁気回路、コンデンサ及びス
イッチング／回復回路網における損失のために、元のエ
ネルギの一部は回復されることがなく電源によって補充
されねばならない。このことは、電源１０は、コンデン
サ１２に対して意図された最大電圧と少なくとも等しい
か又はそれより大きな出力電圧を有するものでなければ
ならず、換言すると、ベータトロン回路へ印加される最
大励起電圧と少なくとも等しいか又はそれより大きな出
力電圧を有するものでなければならないことを意味して
いる。
している。高電圧ＤＣ電源１０がコンデンサ１２を横断
して変調器（パルス発生用）回路１４へ結合されてお
り、該変調器回路は、ベータトロン磁界内にトラップさ
れた電子を加速するために時間と共に変化する電圧パル
スで所望の繰返し速度において一次ベータトロンコイル
回路１６をパルス動作する。各加速サイクル期間中、コ
ンデンサ１２内に格納乃至は蓄積されたエネルギが、ス
イッチング回路網（変調器１４内に設けられている）を
介してベータトロン磁気回路へ転送され、且つ各サイク
ルの終わりに、磁気回路内の残存エネルギは回復回路
（これも変調器１４内に設けられている）を介してコン
デンサ１２へ帰還される。磁気回路、コンデンサ及びス
イッチング／回復回路網における損失のために、元のエ
ネルギの一部は回復されることがなく電源によって補充
されねばならない。このことは、電源１０は、コンデン
サ１２に対して意図された最大電圧と少なくとも等しい
か又はそれより大きな出力電圧を有するものでなければ
ならず、換言すると、ベータトロン回路へ印加される最
大励起電圧と少なくとも等しいか又はそれより大きな出
力電圧を有するものでなければならないことを意味して
いる。
【０００３】典型的な穿孔検層装置においては、この様
な最大電圧は１乃至２ＫＶの程度であるか又はそれより
高いものである。研究室の環境においては問題ではない
が、高電圧コンデンサ／充電用電源システムに対する要
求は、穿孔検層装置の厳しく且つ閉込められた環境にお
いては困難な問題であると共にコスト高の原因となる。
な最大電圧は１乃至２ＫＶの程度であるか又はそれより
高いものである。研究室の環境においては問題ではない
が、高電圧コンデンサ／充電用電源システムに対する要
求は、穿孔検層装置の厳しく且つ閉込められた環境にお
いては困難な問題であると共にコスト高の原因となる。
【０００４】独立した低電圧電源を持ったベータトロン
用のパルス発生回路は、非静止条件下での欠陥検知にお
いて使用する場合に関して、Ｐｒｉｂｏｒｙ ｉ Ｔｅ
ｋｈｎｉｋａ Ｅｋｓｐｅｒｉｍｅｎｔａ、Ｎｏ．４、
ｐｐ．１６−１８、７月−８月、１９８８年の文献から
の翻訳である「独立的な低電圧源を有するベータトロン
電磁マグネット用サイリスタ電流−パルス発生器（Ｔｈ
ｙｌｉｓｔｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎ
ｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ Ｂｅｔａｔｒｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｍａｇｎｅｔ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｌｙ）」、原子核
実験技術（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．４、
ＰａｒｔＩ、ｐｐ．８３２−８３５、１９８９年の文献
においてＢａｇｉｎｓｋｉｉｅｔ ａｌ．によって記載
されている。この文献に記載された回路では、従来の整
流ブリッジが使用されており、そのＤＣ対角線はベータ
トロン巻線を有しており、且つそのＡＣ対角線はベータ
トロンに対して高電圧励起エネルギを供給するための高
電圧格納コンデンサを有している。該回路内の損失を補
充するためのエネルギは、中間誘導格納回路を介して、
低電圧電源から高電圧格納コンデンサへ転送される。こ
の回路は、２７Ｖ ＤＣ電源を使用するベータトロン巻
線上で１．５ＫＶの電圧を発生させたことが報告されて
いる。誘導性格納装置は、低電圧電源と高電圧格納コン
デンサとの間の効果的なバッファとして作用することが
可能であるが、この様な回路は過剰なエネルギ損失を発
生する場合がある。なぜならば、そのエネルギは、イン
ダクタ内を流れる電流によって支持される磁界内に格納
されるからである。従って、ゼロでない電流に起因して
インダクタ内に格納される一方、エネルギが損失され
る。
用のパルス発生回路は、非静止条件下での欠陥検知にお
いて使用する場合に関して、Ｐｒｉｂｏｒｙ ｉ Ｔｅ
ｋｈｎｉｋａ Ｅｋｓｐｅｒｉｍｅｎｔａ、Ｎｏ．４、
ｐｐ．１６−１８、７月−８月、１９８８年の文献から
の翻訳である「独立的な低電圧源を有するベータトロン
電磁マグネット用サイリスタ電流−パルス発生器（Ｔｈ
ｙｌｉｓｔｏｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎ
ｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ Ｂｅｔａｔｒｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｍａｇｎｅｔ ｗｉｔｈ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｕｐｐｌｙ）」、原子核
実験技術（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．４、
ＰａｒｔＩ、ｐｐ．８３２−８３５、１９８９年の文献
においてＢａｇｉｎｓｋｉｉｅｔ ａｌ．によって記載
されている。この文献に記載された回路では、従来の整
流ブリッジが使用されており、そのＤＣ対角線はベータ
トロン巻線を有しており、且つそのＡＣ対角線はベータ
トロンに対して高電圧励起エネルギを供給するための高
電圧格納コンデンサを有している。該回路内の損失を補
充するためのエネルギは、中間誘導格納回路を介して、
低電圧電源から高電圧格納コンデンサへ転送される。こ
の回路は、２７Ｖ ＤＣ電源を使用するベータトロン巻
線上で１．５ＫＶの電圧を発生させたことが報告されて
いる。誘導性格納装置は、低電圧電源と高電圧格納コン
デンサとの間の効果的なバッファとして作用することが
可能であるが、この様な回路は過剰なエネルギ損失を発
生する場合がある。なぜならば、そのエネルギは、イン
ダクタ内を流れる電流によって支持される磁界内に格納
されるからである。従って、ゼロでない電流に起因して
インダクタ内に格納される一方、エネルギが損失され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、独立的な低電圧電源を使用することにより
ベータトロンを駆動する改良した変調器回路を提供する
ことを目的とする。
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、独立的な低電圧電源を使用することにより
ベータトロンを駆動する改良した変調器回路を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ベータ
トロンを駆動するための変調器回路は、独立した低電圧
ＤＣ電源と、中間の低電圧充電用コンデンサと、高電圧
励起コンデンサとを有している。ベータトロン巻線は、
高電圧コンデンサと低電圧コンデンサとの間において誘
導的充電関係で結合されている。単一方向電流装置は、
ベータトロン巻線を介して低電圧コンデンサから高電圧
コンデンサへの放電用の電流の流れを許容するが、逆方
向の電流の流れを阻止する。両方のコンデンサは、初期
的に、同一の電源電圧に遭遇し且つその電圧へ充電され
る。低電圧コンデンサは、高電圧コンデンサよりも極め
て大きな容量を有するべく選択されており、従って低電
圧コンデンサは、高電圧コンデンサによって獲得される
ものよりも著しく大きな全電荷を獲得する。
トロンを駆動するための変調器回路は、独立した低電圧
ＤＣ電源と、中間の低電圧充電用コンデンサと、高電圧
励起コンデンサとを有している。ベータトロン巻線は、
高電圧コンデンサと低電圧コンデンサとの間において誘
導的充電関係で結合されている。単一方向電流装置は、
ベータトロン巻線を介して低電圧コンデンサから高電圧
コンデンサへの放電用の電流の流れを許容するが、逆方
向の電流の流れを阻止する。両方のコンデンサは、初期
的に、同一の電源電圧に遭遇し且つその電圧へ充電され
る。低電圧コンデンサは、高電圧コンデンサよりも極め
て大きな容量を有するべく選択されており、従って低電
圧コンデンサは、高電圧コンデンサによって獲得される
ものよりも著しく大きな全電荷を獲得する。
【０００７】両方のコンデンサが電源電圧へ充電される
と、スイッチング回路が動作されて該回路内の電流の流
れの方向を逆とさせ、その際に両方のコンデンサ内に格
納されているエネルギをベータトロン巻線内へ放電させ
且つ磁気回路を励起させる。ｑ1 ＞＞ｑ2 であるから、
高電圧コンデンサは、低電圧コンデンサよりも一層迅速
に放電する。高電圧コンデンサが放電すると、スイッチ
ング回路が再度動作されて高電圧コンデンサを介しての
電流の流れの方向を回復させる。このことは、低電圧コ
ンデンサ内に格納されたエネルギの一部が、ベータトロ
ン電磁石を介して、高電圧コンデンサへ転送させること
となる。次いで、低電圧コンデンサ上の電圧が、電源に
よって、その初期値へ復帰される。
と、スイッチング回路が動作されて該回路内の電流の流
れの方向を逆とさせ、その際に両方のコンデンサ内に格
納されているエネルギをベータトロン巻線内へ放電させ
且つ磁気回路を励起させる。ｑ1 ＞＞ｑ2 であるから、
高電圧コンデンサは、低電圧コンデンサよりも一層迅速
に放電する。高電圧コンデンサが放電すると、スイッチ
ング回路が再度動作されて高電圧コンデンサを介しての
電流の流れの方向を回復させる。このことは、低電圧コ
ンデンサ内に格納されたエネルギの一部が、ベータトロ
ン電磁石を介して、高電圧コンデンサへ転送させること
となる。次いで、低電圧コンデンサ上の電圧が、電源に
よって、その初期値へ復帰される。
【０００８】前述したサイクルが繰返され、且つ回路損
失が、低電圧コンデンサから引出されたエネルギによっ
て正確にバランスされるまで、高電圧コンデンサ上に電
荷をポンプアップする。次いで、該回路は、ベータトロ
ンの動作励起電圧において平衡状態となる。この様に、
本発明の変調器回路は、大きな電圧利得及び高いエネル
ギ回復効率を与えると共に、単に低電圧ＤＣ電源を必要
とするに過ぎない。
失が、低電圧コンデンサから引出されたエネルギによっ
て正確にバランスされるまで、高電圧コンデンサ上に電
荷をポンプアップする。次いで、該回路は、ベータトロ
ンの動作励起電圧において平衡状態となる。この様に、
本発明の変調器回路は、大きな電圧利得及び高いエネル
ギ回復効率を与えると共に、単に低電圧ＤＣ電源を必要
とするに過ぎない。
【０００９】
【実施例】図２に示した本発明の好適実施例において
は、例えば１０乃至１００Ｖのオーダーの独立した低電
圧ＤＣ電源１８の正端子が、分離チョーク２２及びダイ
オード２４を介して中間の低電圧格納コンデンサ２０へ
接続されると共に、ベータトロン巻線２６の正側へ接続
されている。簡単化のために、ベータトロン巻線は、単
一のコイル２６によって図２において示されている。該
巻線は、勿論、典型的には、より複雑なものであり、且
つ図２の簡単なコイル２６は、単に、実際の巻線を例示
的に示すためのものに過ぎないものであることを理解す
べきである。ダイオード２８は、巻線２６の正側を電気
的接地から分離している。ベータトロン巻線の負側は、
ブロッキングダイオード３０を介して高電圧格納コンデ
ンサ３２へ接続されている。ダイオード３４は、コンデ
ンサ３２を接地から分離している。理解される如く、コ
ンデンサ２０、チョーク２２及びダイオード２４は、ダ
イオード３０と、コンデンサ３２と、ダイオード３４と
によって構成される高電圧励起回路へベータトロン巻線
２６を介してエネルギを転送するための中間低電圧充電
用回路を構成している。後に更に詳細に説明する如く、
スイッチ３６及び３８は、開放状態乃至は非導通状態に
ある場合に、ベータトロン巻線２６を介して低電圧コン
デンサ２０から高電圧コンデンサ３２への電流の流れを
許容し、且つ、閉成乃至は導通状態にある場合に、電流
の流れを逆とさせて両方のコンデンサの結合された電荷
を該巻線を介して放電させ且つその際にベータトロン磁
気回路を励起させるために選択的に設けられている。
は、例えば１０乃至１００Ｖのオーダーの独立した低電
圧ＤＣ電源１８の正端子が、分離チョーク２２及びダイ
オード２４を介して中間の低電圧格納コンデンサ２０へ
接続されると共に、ベータトロン巻線２６の正側へ接続
されている。簡単化のために、ベータトロン巻線は、単
一のコイル２６によって図２において示されている。該
巻線は、勿論、典型的には、より複雑なものであり、且
つ図２の簡単なコイル２６は、単に、実際の巻線を例示
的に示すためのものに過ぎないものであることを理解す
べきである。ダイオード２８は、巻線２６の正側を電気
的接地から分離している。ベータトロン巻線の負側は、
ブロッキングダイオード３０を介して高電圧格納コンデ
ンサ３２へ接続されている。ダイオード３４は、コンデ
ンサ３２を接地から分離している。理解される如く、コ
ンデンサ２０、チョーク２２及びダイオード２４は、ダ
イオード３０と、コンデンサ３２と、ダイオード３４と
によって構成される高電圧励起回路へベータトロン巻線
２６を介してエネルギを転送するための中間低電圧充電
用回路を構成している。後に更に詳細に説明する如く、
スイッチ３６及び３８は、開放状態乃至は非導通状態に
ある場合に、ベータトロン巻線２６を介して低電圧コン
デンサ２０から高電圧コンデンサ３２への電流の流れを
許容し、且つ、閉成乃至は導通状態にある場合に、電流
の流れを逆とさせて両方のコンデンサの結合された電荷
を該巻線を介して放電させ且つその際にベータトロン磁
気回路を励起させるために選択的に設けられている。
【００１０】コンデンサ２０は、チョーク２２を介し
て、電源１８によって連続的に充電される。このこと
は、ＤＣ電源１８を、該回路内のＡＣ及びその他の時間
と共に変化する過渡的状態から分離している。ダイオー
ド２４は、更に、電源１８を回路の過渡的状態から分離
すべく作用する。一方、充電用スイッチをその目的のた
めに使用することが可能である。
て、電源１８によって連続的に充電される。このこと
は、ＤＣ電源１８を、該回路内のＡＣ及びその他の時間
と共に変化する過渡的状態から分離している。ダイオー
ド２４は、更に、電源１８を回路の過渡的状態から分離
すべく作用する。一方、充電用スイッチをその目的のた
めに使用することが可能である。
【００１１】各充電用サイクル（図３参照）の開始時
（ｔ＝０）において、高エネルギＦＥＴ装置とすること
が可能なスイッチ３６及び３８は開放状態であり、且
つ、コンデンサ２０（Ｖ1 ）が定ＤＣ電源１８の電圧Ｖ
0 （例えば、１０Ｖ）へ完全に充電される時間（ｔ＝ｔ
1 ）まで、開放状態を維持する。メインのコンデンサ３
２（Ｖ2 ）は、同様に、巻線２６及びダイオード３０及
び３４を介して１０Ｖへ充電される。コンデンサ２０及
び３２は、コンデンサ２０の容量Ｃ1 が、コンデンサ３
２の容量Ｃ2 よりも著しく大きい、例えば１００倍又は
それ以上大きく、且つコンデンサ２０上の初期的電荷ｑ
1 がコンデンサ３２上の初期的電荷ｑ2 よりも著しく大
きいように、選択されている。時間ｔ＝ｔ1 において、
スイッチ３６，３８が閉成され、一方ダイオード３０が
逆バイアス状態となり、且つコンデンサ２０，３２上の
電荷は、電流経路２０，２６，３６，３２，３８を介し
てベータトロン巻線２６内へ放電される。従って、巻線
２６を横断しての電圧は、コンデンサ２０及び３２上の
電圧及びコンデンサ３２内に格納された全てのエネルギ
の和に等しく、且つコンデンサ２０内のエネルギの一部
は巻線２６へ転送される。
（ｔ＝０）において、高エネルギＦＥＴ装置とすること
が可能なスイッチ３６及び３８は開放状態であり、且
つ、コンデンサ２０（Ｖ1 ）が定ＤＣ電源１８の電圧Ｖ
0 （例えば、１０Ｖ）へ完全に充電される時間（ｔ＝ｔ
1 ）まで、開放状態を維持する。メインのコンデンサ３
２（Ｖ2 ）は、同様に、巻線２６及びダイオード３０及
び３４を介して１０Ｖへ充電される。コンデンサ２０及
び３２は、コンデンサ２０の容量Ｃ1 が、コンデンサ３
２の容量Ｃ2 よりも著しく大きい、例えば１００倍又は
それ以上大きく、且つコンデンサ２０上の初期的電荷ｑ
1 がコンデンサ３２上の初期的電荷ｑ2 よりも著しく大
きいように、選択されている。時間ｔ＝ｔ1 において、
スイッチ３６，３８が閉成され、一方ダイオード３０が
逆バイアス状態となり、且つコンデンサ２０，３２上の
電荷は、電流経路２０，２６，３６，３２，３８を介し
てベータトロン巻線２６内へ放電される。従って、巻線
２６を横断しての電圧は、コンデンサ２０及び３２上の
電圧及びコンデンサ３２内に格納された全てのエネルギ
の和に等しく、且つコンデンサ２０内のエネルギの一部
は巻線２６へ転送される。
【００１２】ｑ2 はｑ1 よりも著しく小さいので、コン
デンサ３２はコンデンサ２０よりも前に放電される。適
用状態に依存して、スイッチ３６，３８は、コンデンサ
３２（Ｖ2 ）が放電される前、それと同時に、又はその
後に、時間ｔ＝ｔ3 において再度開放させることが可能
である。該スイッチの開成と共に、ダイオード３０及び
３４は順方向バイアス状態となり、その際にコンデンサ
３２を介して流れる電流の極性を変化させる。従って、
ベータトロン磁石内のエネルギは、電流経路２０，２
６，３０，３２，３４を介してコンデンサ３２へ復帰さ
れる。該回路内の電流（Ｉ）は、究極的に、ゼロへ降下
し、その時間ｔ＝ｔ5 において、コンデンサ３２は完全
に再充電され（図３におけるＶ2 ）、且つダイオード３
０及び３４は再度逆バイアス状態とされる。これによ
り、一つの充電及び回復サイクルが完了する。
デンサ３２はコンデンサ２０よりも前に放電される。適
用状態に依存して、スイッチ３６，３８は、コンデンサ
３２（Ｖ2 ）が放電される前、それと同時に、又はその
後に、時間ｔ＝ｔ3 において再度開放させることが可能
である。該スイッチの開成と共に、ダイオード３０及び
３４は順方向バイアス状態となり、その際にコンデンサ
３２を介して流れる電流の極性を変化させる。従って、
ベータトロン磁石内のエネルギは、電流経路２０，２
６，３０，３２，３４を介してコンデンサ３２へ復帰さ
れる。該回路内の電流（Ｉ）は、究極的に、ゼロへ降下
し、その時間ｔ＝ｔ5 において、コンデンサ３２は完全
に再充電され（図３におけるＶ2 ）、且つダイオード３
０及び３４は再度逆バイアス状態とされる。これによ
り、一つの充電及び回復サイクルが完了する。
【００１３】この様に、コンデンサ３２を横断しての電
圧Ｖ2 は、回路内の損失がサイクル期間中コンデンサ２
０から放電されたエネルギの量と等しくなるまで、充電
／回復回路が繰返される場合に増加される。サイクル期
間中にコンデンサ２０から引出されるエネルギの量が回
路損失を超えると、その差はコンデンサ３２へ移行し且
つｑ2 を増加させる。回路損失がコンデンサ２０から放
電されたエネルギと等しくなる点に到達すると、システ
ムは平衡状態となり、且つ、その後は、サイクルの開始
時及び終了時におけるコンデンサ３２上の電圧は実質的
に一定のままとなる。
圧Ｖ2 は、回路内の損失がサイクル期間中コンデンサ２
０から放電されたエネルギの量と等しくなるまで、充電
／回復回路が繰返される場合に増加される。サイクル期
間中にコンデンサ２０から引出されるエネルギの量が回
路損失を超えると、その差はコンデンサ３２へ移行し且
つｑ2 を増加させる。回路損失がコンデンサ２０から放
電されたエネルギと等しくなる点に到達すると、システ
ムは平衡状態となり、且つ、その後は、サイクルの開始
時及び終了時におけるコンデンサ３２上の電圧は実質的
に一定のままとなる。
【００１４】変調器回路のエネルギ効率ηは、パルス当
り変調器回路内へ放電されたエネルギに対する回復され
たエネルギの比である。それは、回路内の個々の構成要
素の効率に依存し、最大放電電流及び変調周波数ｆの関
数であり、次式で表わされる。
り変調器回路内へ放電されたエネルギに対する回復され
たエネルギの比である。それは、回路内の個々の構成要
素の効率に依存し、最大放電電流及び変調周波数ｆの関
数であり、次式で表わされる。
【００１５】
【数１】
【００１６】尚、Ｌはベータトロンインダクタンスであ
り、且つＣ2 はコンデンサ３２の容量である。この回路
において遭遇する損失には三つのタイプのものがある。
即ち、（ｉ）磁石内のヒステリシス損失であり、それは
主に磁石内において到達された最大磁界に依存する。
（ｉｉ）磁石及びコイル内の渦電流損失であり、それは
磁界及び変調周波数と共に迅速に増加する。（ｉｉｉ）
オーミック損失があり、それは、放電電流と共に増加
し、且つ、与えられた最大電流に対して、変調周波数ｆ
と共に減少する。最良の全体的効率は、通常、Ｌを可及
的に大きくすることにより達成され、それは、最大放電
電流と変調周波数の両方を減少させる。低いｆの回路に
おけるより長い電流循環時間に起因するオーミック損失
における増加は、同一の量のエネルギをベータトロン磁
石へ送給するのに必要な最大電流における減少によって
補償され尚余りがある。
り、且つＣ2 はコンデンサ３２の容量である。この回路
において遭遇する損失には三つのタイプのものがある。
即ち、（ｉ）磁石内のヒステリシス損失であり、それは
主に磁石内において到達された最大磁界に依存する。
（ｉｉ）磁石及びコイル内の渦電流損失であり、それは
磁界及び変調周波数と共に迅速に増加する。（ｉｉｉ）
オーミック損失があり、それは、放電電流と共に増加
し、且つ、与えられた最大電流に対して、変調周波数ｆ
と共に減少する。最良の全体的効率は、通常、Ｌを可及
的に大きくすることにより達成され、それは、最大放電
電流と変調周波数の両方を減少させる。低いｆの回路に
おけるより長い電流循環時間に起因するオーミック損失
における増加は、同一の量のエネルギをベータトロン磁
石へ送給するのに必要な最大電流における減少によって
補償され尚余りがある。
【００１７】電圧利得を決定するために、コンデンサ３
２が放電された時間、即ちｔ3 において、スイッチ３
６，３８が開成するものと仮定する。以下の説明を容易
とするために、充電用スイッチを開成することにより各
放電／回復サイクル期間中に、容量Ｃ1 を持ったコンデ
ンサ２０が電源から切断されるものと仮定する。Ｖ1 及
びＶ1fがそれぞれコンデンサ２０の初期電圧及び最終電
圧であるとすると、Ｖ2は放電／回復サイクル前後の両
方におけるコンデンサ３２の電圧であり、且つＣ1 及び
Ｃ2 はそれぞれコンデンサ２０及び３２の容量であり、
各サイクルにおけるエネルギ損失は次式で表わされる。
２が放電された時間、即ちｔ3 において、スイッチ３
６，３８が開成するものと仮定する。以下の説明を容易
とするために、充電用スイッチを開成することにより各
放電／回復サイクル期間中に、容量Ｃ1 を持ったコンデ
ンサ２０が電源から切断されるものと仮定する。Ｖ1 及
びＶ1fがそれぞれコンデンサ２０の初期電圧及び最終電
圧であるとすると、Ｖ2は放電／回復サイクル前後の両
方におけるコンデンサ３２の電圧であり、且つＣ1 及び
Ｃ2 はそれぞれコンデンサ２０及び３２の容量であり、
各サイクルにおけるエネルギ損失は次式で表わされる。
【００１８】
【数２】
【００１９】且つ、
【００２０】
【数３】
【００２１】各サイクルにおいてコンデンサ２０から流
出す全電荷は２Ｑ2 ＝２Ｃ2 Ｖ2 であり、且つコンデン
サ２０内に残存する電荷はＣ1 Ｖ1f＝Ｃ1 Ｖ1 −２Ｑ2
＝Ｃ1 Ｖ1 −２Ｃ2 Ｖ2 、即ち、次式が得られる。
出す全電荷は２Ｑ2 ＝２Ｃ2 Ｖ2 であり、且つコンデン
サ２０内に残存する電荷はＣ1 Ｖ1f＝Ｃ1 Ｖ1 −２Ｑ2
＝Ｃ1 Ｖ1 −２Ｃ2 Ｖ2 、即ち、次式が得られる。
【００２２】
【数４】
【００２３】従って、以下の電圧利得は式（２）乃至
（４）を結合することにより得られる。
（４）を結合することにより得られる。
【００２４】
【数５】
【００２５】この電圧利得は以下の漸近的な値へ近付
く。
く。
【００２６】
【数６】
【００２７】但し、
【００２８】
【数７】
【００２９】図２に基づいて構成され且つＬ＝２０μ
Ｈ、Ｃ1 ＝２７０μｆ、Ｃ2 ＝２．５μｆ、Ｖ1 ＝２６
Ｖ、Ｖ2 ＝６５０Ｖを有するテスト回路は８９％の効率
及び電圧利得２５を達成した。コンデンサ２０及び３２
のそれぞれを横断しての電圧Ｖ1及びＶ2 の波形及びベ
ータトロン２６における電流波形Ｉを図３に示してあ
る。以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説
明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべ
きものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することな
しに種々の変形が可能であることは勿論である。
Ｈ、Ｃ1 ＝２７０μｆ、Ｃ2 ＝２．５μｆ、Ｖ1 ＝２６
Ｖ、Ｖ2 ＝６５０Ｖを有するテスト回路は８９％の効率
及び電圧利得２５を達成した。コンデンサ２０及び３２
のそれぞれを横断しての電圧Ｖ1及びＶ2 の波形及びベ
ータトロン２６における電流波形Ｉを図３に示してあ
る。以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説
明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべ
きものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することな
しに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図１】 ベータトロン用の従来の駆動回路を示した概
略ブロック図。
略ブロック図。
【図２】 本発明の一実施例に基づいて構成したベータ
トロン用の低電圧駆動型変調器回路を示した概略図。
トロン用の低電圧駆動型変調器回路を示した概略図。
【図３】 低電圧コンデンサ上の電圧Ｖ1 、高電圧コン
デンサ上の電圧Ｖ2及び回路内の電流Ｉの時間的な変化
を示したグラフ図。
デンサ上の電圧Ｖ2及び回路内の電流Ｉの時間的な変化
を示したグラフ図。
１８ 独立的低電圧ＤＣ電源 ２０ 中間の低電圧格納コンデンサ ２２ 分離チョーク ２４ ダイオード ２６ ベータトロン巻線 ２８ ダイオード ３０ ブロッキングダイオード ３２ 高電圧格納コンデンサ ３４ ダイオード ３６，３８ スイッチ
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも１個の磁化巻線を持ったベー
タトロン用の変調器回路において、低電圧ＤＣ電源が設
けられており、前記電源を横断して結合して低電圧容量
手段が設けられており、前記電源を横断して結合して高
電圧容量手段が設けられており、前記低電圧容量手段の
容量は前記高電圧容量手段の容量よりも著しく大きく、
前記ベータトロンの巻線は前記低電圧容量手段と前記高
電圧容量手段との間において誘導性充電関係で結合され
ており、前記ベータトロン巻線と前記高電圧容量手段と
の間に動作結合されており前記ベータトロン巻線を介し
て前記低電圧容量手段から前記高電圧容量手段への電流
の流れを通常許容するが逆の電流の流れを防止する単一
方向電流手段が設けられており、前記高電圧容量手段及
び前記低電圧容量手段内に格納されたエネルギを前記ベ
ータトロン巻線内へ放電させるために前記低電圧容量手
段と前記高電圧容量手段との間での電流の流れの方向を
選択的に逆とさせるスイッチング手段が設けられている
ことを特徴とする変調器回路。 - 【請求項２】 請求項１において、更に、前記電源を回
路過渡状態から分離させるために前記低電圧容量手段と
前記電源との間に動作結合して分離手段が設けられてい
ることを特徴とする変調器回路。 - 【請求項３】 請求項２において、前記分離手段がチョ
ークと単一方向電流装置とを有することを特徴とする変
調器回路。 - 【請求項４】 請求項１において、前記低電圧容量手段
の容量が、実質的に１００倍以上前記高電圧容量手段の
容量よりも大きいことを特徴とする変調器回路。 - 【請求項５】 請求項１において、前記スイッチング手
段が、前記高電圧容量手段の負側と前記巻線の正側との
間に動作結合された第一スイッチと、前記高電圧容量手
段の正側と電気的接地との間に動作結合された第二スイ
ッチとを有することを特徴とする変調器回路。 - 【請求項６】 請求項５において、前記第一スイッチ及
び第二スイッチが、前記高電圧容量手段をそれぞれ充電
及び放電させるために非導通状態と導通状態との間で同
時的にスイッチされることを特徴とする変調器回路。
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| US598482 | 1990-10-16 |
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| JP03265105A Expired - Fee Related JP3122186B2 (ja) | 1990-10-16 | 1991-10-14 | 円形誘導加速器用低電圧変調器 |
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| IE (1) | IE74867B1 (ja) |
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| US8035321B2 (en) * | 2007-12-14 | 2011-10-11 | Schlumberger Technology Corporation | Injector for betatron |
| US8321131B2 (en) * | 2007-12-14 | 2012-11-27 | Schlumberger Technology Corporation | Radial density information from a Betatron density sonde |
| US8519365B2 (en) | 2008-05-22 | 2013-08-27 | Vladimir Balakin | Charged particle cancer therapy imaging method and apparatus |
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| US8188688B2 (en) | 2008-05-22 | 2012-05-29 | Vladimir Balakin | Magnetic field control method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system |
| US8378311B2 (en) * | 2008-05-22 | 2013-02-19 | Vladimir Balakin | Synchrotron power cycling apparatus and method of use thereof |
| US8129699B2 (en) | 2008-05-22 | 2012-03-06 | Vladimir Balakin | Multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus coordinated with patient respiration |
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| US8598543B2 (en) | 2008-05-22 | 2013-12-03 | Vladimir Balakin | Multi-axis/multi-field charged particle cancer therapy method and apparatus |
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| US8569717B2 (en) | 2008-05-22 | 2013-10-29 | Vladimir Balakin | Intensity modulated three-dimensional radiation scanning method and apparatus |
| US9095040B2 (en) | 2008-05-22 | 2015-07-28 | Vladimir Balakin | Charged particle beam acceleration and extraction method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system |
| US9044600B2 (en) | 2008-05-22 | 2015-06-02 | Vladimir Balakin | Proton tomography apparatus and method of operation therefor |
| US8718231B2 (en) | 2008-05-22 | 2014-05-06 | Vladimir Balakin | X-ray tomography method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system |
| US9056199B2 (en) | 2008-05-22 | 2015-06-16 | Vladimir Balakin | Charged particle treatment, rapid patient positioning apparatus and method of use thereof |
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| US8907309B2 (en) | 2009-04-17 | 2014-12-09 | Stephen L. Spotts | Treatment delivery control system and method of operation thereof |
| US7939809B2 (en) | 2008-05-22 | 2011-05-10 | Vladimir Balakin | Charged particle beam extraction method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system |
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| US8627822B2 (en) | 2008-07-14 | 2014-01-14 | Vladimir Balakin | Semi-vertical positioning method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system |
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| RU2459395C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Линейный индукционный ускоритель |
| US9354351B2 (en) | 2011-05-17 | 2016-05-31 | Schlumberger Technology Corporation | High throughput pulse height analyzer |
| US8933651B2 (en) | 2012-11-16 | 2015-01-13 | Vladimir Balakin | Charged particle accelerator magnet apparatus and method of use thereof |
| EP2929334A1 (en) * | 2012-12-04 | 2015-10-14 | BP Exploration Operating Company Limited | Apparatus and method for radiographic inspection of underwater objects |
| RU2583039C2 (ru) * | 2014-05-14 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Линейный индукционный ускоритель |
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-
1990
- 1990-10-16 US US07/598,482 patent/US5077530A/en not_active Expired - Lifetime
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1991
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