JPH07263196A - 高周波加速空洞 - Google Patents

高周波加速空洞

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JPH07263196A
JPH07263196A JP4810594A JP4810594A JPH07263196A JP H07263196 A JPH07263196 A JP H07263196A JP 4810594 A JP4810594 A JP 4810594A JP 4810594 A JP4810594 A JP 4810594A JP H07263196 A JPH07263196 A JP H07263196A
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JP
Japan
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frequency
cavity
movable
high frequency
tuners
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JP4810594A
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English (en)
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Hiroshi Hirata
寛 平田
Kiyokazu Sato
潔和 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒子ビームの不安定性の原因であった高次モ
ードの共振を抑制し、従来必要であった高次モードダン
バーや、その他複雑なシステムを使用せずに高周波加速
空洞を構成し、ビームの安定した粒子加速器を提供す
る。 【構成】 粒子加速器に用いられる高周波加速空洞にお
いて、高周波電力を入力するための入力カプラー、空洞
の共振周波数を、入力される高周波電力の周波数に同調
させるための少なくとも2つ以上の可動チューナーと、
空洞内の高周波信号をモニターするためのRFモニター
プローブと、チューナー制御装置で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを加速
する加速器に係わり、特に、荷電粒子ビームを加速する
高周波加速空洞に関する。
【0002】
【従来の技術】図7に示すように、高周波加速空洞1は
高周波電力源7からの高周波電力を入力するための入力
カプラー2、空洞1の共振周波数を、入力される高周波
電力の周波数に同調させるための可動チューナー3、加
工誤差などによる周波数の初期調整を行うための固定チ
ューナー4、空洞内の電磁場をモニターするためのRF
モニタープローブ5、空洞1に入力される高周波信号を
とりだす方向性結合器6、可動チューナー3を制御する
チューナー制御盤8から構成される。高周波電力源7か
らの高周波電力は入力カプラー2を介し、超高真空に保
たれた高周波加速空洞1に入力され、空洞1内にビーム
加速に必要なある一定の共振周波数の電磁界を発生させ
る。これによって、空洞を通過する粒子を加速する。空
洞1の温度変化や、ビーム通過により変化する共振周波
数をRFモニタープローブ5で取り出し、方向性結合器
6からの空洞に入力されている高周波信号との位相差を
チューナー制御盤で検知して、その差がなくなるように
可動チューナー3を出し入れする制御を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】粒子加速器において、
粒子ビームの蓄積電流値が大きくなると、ビームが突然
消失したり、ビームの大きさが変化してしまい、安定な
運転ができなくなる問題があった。(粒子ビームの不安
定性)この原因の一つとして、高周波加速空洞に生ずる
高次モード共振がある。
【0004】加速に害を及ぼす代表的な円筒空洞内の電
磁界の高次モードとしては、TM011,TM110
(V),TM110(H),TM111(V),TM1
11(H)などが考えられる。これらの高次モードの共
振周波数fHOM が粒子ビームがリングを周回する周期f
rev と次の関係になったときに高次モードが強く誘起さ
れ、ビームの不安定性が発生しやすくなっていることが
知られている。
【0005】
【数1】 fHOM =nBfrev ±(μ+mΔν)frev ……(1) ここで、 n,m:整数(正) B:バンチ数 μ:モード数 Δν:チューンの小数部分 である。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明に係わる高周波加速空洞は、請求項1に記
載したように、高周波電力を入力するための入力カプラ
ー、空洞の共振周波数を、入力される高周波電力の周波
数に同調させるための少なくとも2つ以上の可動チュー
ナーと、空洞内の高周波信号をモニターするためのRF
モニタープローブと、チューナー制御装置で構成され、
複数の可動チューナーで加速モードの共振周波数を一定
に保ちつつ、高次モードの共振を抑制できる位置で共振
周波数の調整を行う。
【0007】また、請求項2に記載したようにRFモニ
タープローブからの信号により、高次モードの共振を感
知し、高次モードの共振を防ぐように可動チューナーを
制御する。
【0008】さらに、請求項3に記載したように、少な
くとも2つ以上のRFモニタープローブを設ける事によ
り、高次モードを確実に検知して、その高次モードの共
振を防ぐように可動チューナーを制御する。
【0009】さらに、請求項4,5に記載したように、
複数の周波数の高次モードが存在する場合は、それらの
強度の総和を抑制するか、若しくは抑制の優先順位を付
けて制御する。
【0010】
【作用】本発明によれば、高周波加速空洞に複数の可動
チューナーを設ける事によって、任意の可動チューナー
位置で共振周波数の調整ができ、加速器の運転に害を及
ぼす高次モードの共振が起こらないように可動チューナ
ーを制御し、粒子を加速することができる。
【0011】また、本発明によれば、RFモニタープロ
ーブからの信号により、高次モード共振の信号を感知
し、ビーム不安定性を起こす可能性のある周波数成分の
みを取り出して、それがなくなるように、複数の可動チ
ューナーを制御することによって、粒子ビームを安定に
することができる。
【0012】さらに、本発明によれば、少なくとも2つ
以上のRFモニタープローブによって、さまざまな、高
次モードを確実に検知し、ビーム不安定性を起こす可能
性のある周波数成分のみを取り出して、それがなくなる
ように、複数の可動チューナーを制御することによっ
て、粒子ビームを安定にすることができる。
【0013】そして、本発明によれば、複数の周波数の
高次モードが存在する場合は、それらの強度の総和を抑
制するか、若しくは抑制の優先順位を付けて制御するこ
とによって、粒子ビームを安定にすることができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係わる実施例について、添付
図面を参照して説明する。図1に本発明に係わる高周波
加速空洞の第1実施例の構成図を示す。この高周波加速
空洞1は高周波電力源7からの高周波電力を入力するた
めの入力カプラー2、空洞1の共振周波数を入力される
高周波電力の周波数に同調させるための可動チューナ
3、可動チューナー9、空洞内の電磁場をモニターする
ためのRFモニタープローブ5、高周波電力源7から空
洞1に入力される高周波信号をとりだす方向性結合器
6、可動チューナー3を制御するチューナー制御盤8か
ら構成される。
【0015】2つの可動チューナー3,9は、互いのな
す角度が90°になるように、水平方向、垂直方向に配
置する。次に作用を述べる。高周波電力源7からの高周
波電力は入力カプラー2を介し、超高真空に保たれた高
周波加速空洞1に入力され、空洞1内にある一定の共振
周波数の電磁界を発生させる。これによって、空洞を通
過する粒子を加速する。空洞1の温度変化や、ビーム通
過により変化する共振周波数をRFモニタープローブ5
で取り出し、方向性結合器6からの空洞に入力される高
周波信号との位相差をチューナー制御盤8で検知して、
その差がなくなるように可動チューナー3と可動チュー
ナー9を出し入れする制御を行う。可動チューナーを複
数個設けることによって、空洞内をある共振周波数に保
つためには、複数の可動チューナーの挿入量が一定にな
ればよいので、チューナーの挿入量には無限の組み合わ
せが考えられる。たとえば、チューナー3を空洞内へ1
0mm挿入して、チューナー9を空洞内へ20mm挿入
している点で共振周波数に保たれているのならば、チュ
ーナー3を5mm、チューナー9を25mmにしても、
合計の挿入量は同じ30mmであり共振は保たれる。こ
のように、共振周波数に保つためのチューナー位置の組
み合わせは無限に考えられる。
【0016】一般に加速モードと高次モードでは、チュ
ーナーに対する共振周波数の変化の様子は異なるので、
上記2つのチューナーを用い、加速モードの周波数を変
えずに高次モードの共振周波数を変化させ、(1)式の
条件から外すことができる。
【0017】図2に本発明に係わる高周波加速空洞の第
2の実施例の構成図を示す。この高周波加速空洞1は高
周波電力源7からの高周波電力を入力するための入力カ
プラー2、空洞1の共振周波数を入力される高周波電力
の周波数に同調させるための可動チューナー3、可動チ
ューナー9、空洞内の電磁場をモニターするためのRF
モニタープローブ5、RFモニタープローブ5からの信
号から(1)式により求められる周波数成分のみを取り
出す処理を行う高次モード検出盤10、空洞1に入力さ
れる高周波信号をとりだす方向性結合器6、可動チュー
ナー3を制御するチューナー制御盤8から構成される。
【0018】2つの可動チューナー3,9は、互いのな
す角度が90°になるように、水平方向、垂直方向に配
置してある。以下に第2の実施例の作用を示す。第1の
実施例に加えて、RFモニタープローブ5からの信号よ
り、高次モード検出盤10により、高次モード共振が発
生を検知し、その成分のみを取りだし、その成分を抑え
るように2つの可動チューナー3,9を動かすものであ
る。
【0019】通常のRFモニタープローブ5からの信号
は共振周波数に応じた電圧信号である。しかし、高次モ
ード共振が生じた場合には、その基本周波数である共振
周波数とは異なった周波数成分が混在する。したがっ
て、スペクトラムアナライザーにより、RFモニタープ
ローブの信号から、各周波数の信号強度を知る事ができ
る。ここで、(1)式で求められるビーム不安定条件の
周波数に着目し、その周波数での信号強度を弱めるよう
に、かつ加速モードの共振周波数は一定のまま、2つの
可動チューナー3,9を用いて第1の実施例に従い、チ
ューナーの制御を行う。
【0020】図3に高次モード検出盤の構成を示す。高
次モード検出盤10は、スペクトラムアナライザー1
1、信号強度検出器12、データベース13から構成さ
れる。データベース13に予め危険な周波数を入力して
おき、スペクトラムアナライザー11で解析した信号の
うち、危険な周波数の信号強度のみを取り出して、チュ
ーナー制御盤8に送る。チューナー制御盤8では、その
信号を小さくするように、可動チューナーを制御する。
危険な周波数が複数のときは、各信号の和をとるか、優
先順位を設けて制御を行う。
【0021】図4に本発明に係わる高周波加速空洞の第
3実施例の構成図を示す。この高周波加速空洞1は高周
波電力源7からの高周波電力を入力するための入力カプ
ラー2、空洞1の共振周波数を入力される高周波電力の
周波数に同調させるための可動チューナー3、可動チュ
ーナー9、空洞内の電磁場をモニターするための2つの
RFモニタープローブ5,12、RFモニタープローブ
からの信号から高次モード共振成分のみを取り出す処理
を行う高次モード検出盤10、空洞1内の入力される高
周波信号をとりだす方向性結合器6、可動チューナー3
を制御するチューナー制御盤8から構成される。
【0022】2つの可動チューナー3,9は、互いのな
す角度が90°になるように、水平方向、垂直方向に配
置する。2つのRFモニタープローブ5,14は、異な
る高次モードを検出するために、図4のように配置す
る。例として、TM110(V)モードをTM110
(H)モードの検出について述べる。TM110モード
は非軸対称モードであり、図5(a),(b)に示すよ
うに、(V)モードと(H)モードが存在する。図6に
示すように、(V)モードの場合は水平方向についてい
るRFモニタープローブ5の感じる磁界が弱いため、電
圧は垂直方向のRFモニタープローブ12に比べて小さ
くなる。一方(H)モードの場合は、垂直方向について
いるRFモニタープローブ12の感じる磁界が弱いた
め、電圧は水平方向のRFモニタープローブ5と比較し
て小さくなる。したがって、もし、1つのRFモニター
プローブしか備えていなければ、一方のモードを検出で
きない可能性がある。2つのRFモニタープローブを図
4のように配置すれば、より確実に高次モードを検出で
きる。それぞれのRFモニタープローブからの信号は、
高次モード検出盤の中で、信号強度として取り出された
後、足し合わされて、チューナー制御盤8に送られる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように本発明に係わる高周波
加速空洞及びその制御方法によれば、従粒子加速器にお
いて、粒子ビームの蓄積電流値が大きくなると、ビーム
が突然消失したり、ビームの大きさが変化してしまい、
安定な運転ができなくなる問題(粒子ビームの不安定
性)の原因であった、高次モードの共振を抑制し、従来
必要であった高次モードダンバーや、その他複雑なシス
テムを使用せずに高周波加速空洞を構成し、ビームの安
定した粒子加速器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる高周波加速空洞の第1の実施例
を示すブロック図。
【図2】本発明に係わる高周波加速空洞の第2の実施例
を示すブロック図。
【図3】本発明に係わる高周波加速空洞の第2の実施例
における空洞内の高次モード検出盤の構成を示すブロッ
ク図。
【図4】本発明に係わる高周波加速空洞の第3の実施例
を示すブロック図。
【図5】本発明に係わる高周波加速空洞の第3の実施例
において、高周波加速空洞の高次モードTM110を示
す図。
【図6】本発明に係わる高周波加速空洞の第3の実施例
における2つのRFモニタープローブからの信号を示す
図。
【図7】従来の高周波加速空洞システムを示すブロック
図。
【符号の説明】
1…高周波加速空洞 2…入力カプラー 3,9…可動チューナー 5…RFモニタープローブ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子加速器に用いられる高周波加速空洞
    において、高周波電力を入力するための入力カプラー、
    空洞の共振周波数を、入力される高周波電力の周波数に
    同調させるための少なくとも2つ以上の可動チューナー
    と、空洞内の高周波信号をモニターするためのRFモニ
    タープローブと、チューナー制御装置で構成したことを
    特徴とする高周波加速空洞。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高周波加速空洞におい
    て、RFモニターからの信号を用いて、空洞内にある周
    波数で誘起される高次モードを抑制する制御を有するこ
    とを特徴とする高周波加速空洞。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の高周波加速空洞におい
    て、少なくとも2つ以上のRFモニタープローブを用い
    て、ある周波数の高次モードを抑制する制御を有するこ
    とを特徴とする高周波加速空洞。
  4. 【請求項4】 請求項2乃至請求項3に記載の高周波加
    速空洞において、複数の周波数の高次モードを抑制する
    際、それらの強度の総和を抑制することを特長とする高
    周波加速空洞。
  5. 【請求項5】 請求項2乃至請求項3に記載の高周波加
    速空洞において、複数の周波数の高次モードを抑制する
    際、抑制の優先順位を付けることを特徴とする高周波加
    速空洞。
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