JPH07105279B2 - 電磁石電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、粒子加速器に用いられる電磁石用の電源装置
に係り、特に、高精度に磁場制御を行うことができる電
磁石電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、シンクロトロン、サイクロトロン等の粒子加速
器においては、粒子ビームが通る真空チャンバの偏向部
に電磁石が設けられる。そして、この電磁石には、所定
の磁場を生起させて粒子ビームの軌道を偏向するため
に、電源装置からの電流が供給される。

通常、この電磁石電源装置においては、偏向磁場を極め
て高い精度で生起することが要求され、そのため、電磁
石への供給電流をフィードバック制御するようになって
いる。第６図に、従来の電磁石電源装置を示す。従来の
電磁石電源装置においては、定電流電源１から電磁石コ
イル２に至る電流供給ライン３上に、シャント抵抗ある
いはDC・CT（直流電流変換器）等の電流検出器４を設
け、この電流検出器４の検出信号をフィードバック要素
として、定電流電源１の出力電流を制御していた。すな
わち、電流検出器４の検出信号を基準信号発生器５から
の基準信号と誤差増幅器６において比較し、これらの偏
差に基づいて定電流電１を制御して、電磁石コイル２に
供給される電流を調整していた。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来は、電流検出器４の検出信号に基づき定
電流電源１の出力電流をフィードバック制御している。
そのため、温度ドリフトによって電流検出器４のインピ
ーダンスが変化すると、定電流電源１の出力電流は正確
に検出できなくなり、電磁石によって生起される磁場を
精度良く制御できなくなる。

また、電磁石コイル２への供給電流とそれによって生起
される偏向磁場との間にはヒステリシスがあるため、こ
の点からも高精度に磁場制御ができないものとなってい
た。

本発明は、このような従来技術の欠点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、電磁石による偏向磁場を高精
度に制御できる電磁石電源装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、粒子加速器の真空
チャンバの偏向部に設けられた電磁石に電流を供給し
て、偏向磁場を生起し、上記チャンバ内における粒子ビ
ームの軌道を制御する電磁石電源装置において、上記電
磁石に電流を供給するための定電流電源と、上記電磁石
に所定の磁場を生起させるべく予め定められた基準信号
を発する基準信号発生器と、上記真空チャンバの偏向部
に近接して設けられた磁場センサと、上記基準信号発生
器からの基準信号と磁場センサからの検出信号とを比較
し上記定電流電源の出力電流を調整する第１のフィード
バック系と、上記電磁石に供給される電流を検出する電
流検出器と、この電流検出器の検出信号を磁場センサか
らの検出信号により補正し、この補正された検出信号と
上記基準信号発生器からの基準信号とを比較し上記定電
流電源の出力電流を調整する第２のフィードバック系
と、加速運動時には上記第１のフィードバック系を選択
し、蓄積運転時には上記第２のフィードバック系を選択
する制御方式切換器とを備えたものである。

［作用］ 上記構成によれば、加速運転時には、第１のフィードバ
ック系において、磁場センサからの検出信号が基準信号
発生器からの基準信号と比較され、両者の偏差に基づい
て定電流電源の出力電流が調整される。このため、生起
された実際の偏向磁場に対応した信号をフィードバック
要素として、電磁石に供給される電流が調整されること
になり、温度ドリフトや電磁石のヒステリシスに拘りな
く、偏向磁場を高精度に制御することができる。また、
蓄積運転時には、第２のフィードバック系において、電
流検出器の検出信号が磁場センサからの検出信号により
補正され、この補正された検出信号が基準信号発生器か
らの基準信号と比較され、両者の偏差に基づいて定電流
電源の出力電流が調整される。このため、加速運転時よ
り高精度の磁場制御が必要となる蓄積運転時において
も、磁場を高精度に制御でき、蓄積運転時に偏向磁場を
厳密に一定に維持できる。

［実施例］ まず、本発明が適用される粒子加速器及び、その粒子加
速器において磁場センサからの検出信号に基づいて出力
電流が調整される電磁石電源装置を説明する。

第２図に、粒子加速器の一例としてSOR装置を示す。SOR
装置９は、電子ビームが偏向されたとき放出されるSOR
光（シンクロトロン放射光）を利用する装置であり、所
定エネルギレベルの電子ビームを発生するリニアック10
に後段に、電子ビームを蓄積する真空チャンバ11が組み
込まれて構成されている。真空チャンバ11は、リニアッ
ク10からの電子ビームを所定の周回軌道上で蓄積するた
めに、略リング状に形成されており、その偏向部には偏
向電磁石12が設けられている。

偏向電磁石12は、第１図に示すように、コア12aに電磁
石コイル12bを巻回してなり、真空チャンバ11を挟むよ
う両磁極を有する。電磁石コイル12bには、電磁石電源
装置13が接続されており、それより電流が供給されて上
記両磁極間に偏向磁場を生起するようになっている。

電磁石電源装置13は、従来と同様に、電流供給ライン14
を介して電磁石コイル12bに電流を供給する定電流電源1
5および基準信号を発する基準信号発生器16を備えてい
る。

定電流電源15は、第３図は具体的に示すように、交流電
源（図示省略）を整流平滑して直流電源電源を得る整流
装置19と、この整流装置19の後段に設けられた直列制御
素子20とからなる。直列制御素子20としては、装置19お
よびコイル12bそれぞれコレクタおよびエミッタ端子を
接続したトランジスタが用いられる。そのため、この素
子20のベース端子（制御入力端子）20aに信号入力があ
ると、エミッタ・コレクタ端子間電子を一定に保つよう
電流制御される。こうして、定電流電源15においては、
制御入力端子20aに入力される信号レベルに応じて、出
力電流が調整されるようになっている。

基準信号発生器16は、この定電流電源15の出力電流を設
定するものである。ここでは、予め定められたパターン
に従って電流を出力させるべく（第４図の磁場パターン
を生起させるべく）、基準信号の時系列が順次出力され
るようになっている。

第３図の電磁石電源装置13においては、さらに、第１図
に示す如く磁場レベルを検出する磁場センサ17およびそ
れよりの信号をフィードバック要素として定電流電源15
を制御するフィードバック手段18を備えており、基準信
号発生器16からの信号に正確に追従して電磁石コイル12
bに電流を供給しうるようになっている。

磁場センサ17は、実際に生起された偏向磁場を正確に検
出するために、偏向電磁石12の磁極と真空チャンバ11と
の間に設けられている。この磁場センサ17には、高精度
な測定を実現するために、ホール素子もしくはNMRが用
いられる。このような素子を用いることにより、偏向磁
場は0.01％以下の精度で測定される。

フィードバック手段18は、第３図に示すように、誤差増
幅器22に、基準信号発生器16から基準信号が、磁場セン
サ17から検出信号が共に入力され、両者の偏差が演算さ
れたのち、制御入力端子20aに出力されるようになって
いる。ここで、磁場センサ17の検出出力は、磁場・電圧
較正器23および電圧増幅器24を介して誤差増幅器22に入
力される。これは、上記検出出力を、磁場・電圧較正器
23において、偏向磁場に対して直線的な関係に修正し、
電圧増幅器24において、基準信号発生器16からの基準信
号と同ゲインに調整するためである。

次に、この電磁石電源装置13の制御動作について説明す
る。

今、SOR装置９の運転が開始されると、その運転を通じ
て基準信号発生器16から基準信号が順次出力される。こ
の基準信号の出力によって、フィードバック手段18にお
いては、その基準信号と磁場センサ17からの検出信号と
が比較され、これらの偏差（誤差信号）が制御入力端子
20aに出力される。これにより、定電流電源15の出力電
流が、上記基準信号と検出信号とが一致するよう調整さ
れ、電磁石コイル12bに供給される電流が基準値に設定
される。

このように第３図の電磁石電源装置13によれば、生起さ
れる実際の偏向磁場を磁場センサ17で検出し、これをフ
ィードバック要素としたため、定電流電源15の出力電流
および偏向磁場間のヒステリシスを無視した高精度の磁
場制御が行える。通常、電磁石コイル12bに供給される
電流および発生する偏向磁場間のヒステリシスのため、
電流を上昇させて制御した時と下降させて制御した時と
で、生起される偏向磁場が異なるが、上述のように実際
の磁場レベルに対応した磁場センサ17の検出信号に基づ
き定電流電源15の出力電流を制御すると、その電流の調
整方向に拘らず偏向磁場を所定に調整でき、高精度の磁
場制御が行える。また、第３図の電磁石電源装置13によ
れば、磁場センサ17の温度ドリフトが従来の電流検出器
に対して少ないことからも、高精度の磁場制御が行え
る。

なお、磁場センサ17としては、上述したホール素子、NM
R以外のものを使用してもよい。要は、温度ドリフトが
少なく高精度に偏向磁場を検出できるものであればよ
い。

第５図に、本発明の実施例を示す。

SOR装置９にあっては、蓄積した電子ビームからSOR光を
取り出す蓄積運転時には電子ビームを加速する加速運転
時よりも高精度の磁場制御が必要となる。そのため本発
明では、SOR装置の蓄積運転時と加速運転時とで、互い
に異なる系統のフィードバック制御を行うようにしてい
る。

具体的には図示するように、定電流電源15からの電流供
給ライン14上に、電流検出器26を設け、フィードバック
手段27に２系統のフィードバック系を具備するようにし
ている。フィードバック手段27は、磁場センサ17からの
検出信号を制御方式切換器28に入力する第１のフィード
バック系と他に、電流検出器26からの検出信号を電圧加
算器29を経て制御方式切換器28に入力する第２のフィー
ドバック系を備えている。この第２のフィードバック系
においては、電圧加算器29に磁場・電圧較正器23からの
出力が変動電圧分増幅器30を介して入力されており、電
流検出器26からの検出信号が偏向磁場の変動分相当補正
されたのち、制御方式切換器28に入力されるようになっ
ている。これら２系統のフィードバック系は、加速運転
時と蓄積運転時とで上記制御方式切換器28を切り換える
ことにより、選択される。このフィードバック系の選択
によって、加速運転時には磁場センサ17の検出信号が、
蓄積運転時には補正された電流検出器26の検出信号がそ
れぞれ誤差増幅器22に入力され、基準信号との偏差が制
御入力端子20aに出力される。

こうして、この実施例では、加速運転時に磁場センサ17
からの検出信号に基づきフィードバック制御を行うのに
対し、蓄積運転時には磁場センサ17の検出信号により補
正された電流検出器26の検出信号に基づきフィードバッ
ク制御を行うため、加速運転時より高精度の磁場制御が
必要となる蓄積運転時においても、磁場を高精度に制御
できる。よって、蓄積運転時に偏向磁場を厳密に一定に
維持できる。

［発明の効果］ 以上、要するに本発明によれば、電磁石による偏向磁場
を検出する磁場センサを設け、実際の磁場値をフィード
バック要素として電磁石に供給される電流を制御したた
め、偏向磁場を高精度に制御することができると共に、
蓄積運転時には補正された電流検出器の検出信号がフィ
ードバックされるので、加速運転時よりも高精度の磁場
制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁場センサを有した電磁石電源装置を示す概略
構成図、第２図は一実施例の電磁石電源装置が適用され
るSOR装置を示す図、第３図は磁場センサを有した電磁
石電源装置の回路ブロック図、第４図はSOR装置運転時
の偏向磁場パターンを示す図、第５図は本発明の実施例
に係る電磁石電源装置の回路ブロック図、第６図は従来
の電磁石電源装置を示す回路ブロック図である。 図中、９はSOR装置（粒子加速器）、11は真空チャン
バ、12は偏向電磁石、13、25は電磁石電源装置、15は定
電流電源、16は基準信号発生器、17は磁場センサ、18、
27はフィードバック手段、26は電流検出器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子加速器の真空チャンバの偏向部に設け
   られた電磁石に電流を供給して、偏向磁場を生起し、上
   記チャンバ内における粒子ビームの軌道を制御する電磁
   石電源装置において、上記電磁石に電流を供給するため
   の定電流電源と、上記電磁石に所定の磁場を生起させる
   べく予め定められた基準信号を発する基準信号発生器
   と、上記真空チャンバの偏向部に近接して設けられた磁
   場センサと、上記基準信号発生器からの基準信号と磁場
   センサからの検出信号とを比較し上記定電流電源の出力
   電流を調整する第１のフィードバック系と、上記電磁石
   に供給される電流を検出する電流検出器と、この電流検
   出器の検出信号を磁場センサからの検出信号により補正
   し、この補正された検出信号と上記基準信号発生器から
   の基準信号とを比較し上記定電流電源の出力電流を調整
   する第２のフィードバック系と、加速運転時には上記第
   １のフィードバック系を選択し、蓄積運転時には上記第
   ２のフィードバック系を選択する制御方式切換器とを備
   えたことを特徴とする電磁石電源装置。