JPH09219300A - 高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器 - Google Patents
高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器Info
- Publication number
- JPH09219300A JPH09219300A JP2256696A JP2256696A JPH09219300A JP H09219300 A JPH09219300 A JP H09219300A JP 2256696 A JP2256696 A JP 2256696A JP 2256696 A JP2256696 A JP 2256696A JP H09219300 A JPH09219300 A JP H09219300A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- accelerator
- acceleration
- high frequency
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 環状加速器において、荷電粒子の空間電荷に
よる発散力を、小型，低コストで低減し、荷電粒子ビー
ムの損失を低減する。 【解決手段】 高周波加速装置は、１台の高周波加速空
胴１と、制御器１１と、基本高周波発振器１２ａと、２
倍の高調波発振器１２ｂと、各高周波間の位相を調整す
る位相器１３と、各高周波を増幅する高周波増幅器１５
ａ，１５ｂと、各高周波電力を１台の高周波加速空胴１
に給電する高周波電力給電用アンテナ１６と、必要に応
じてビームの特性を検出するビームモニタ１７とを備え
る。高周波加速空胴１は、内導体２１と、外導体２２、
高周波加速間隙２３と、内導体２１と外導体２２の間に
装荷された１本以上の環状磁性体２４を備える。この環
状磁性体２４の透磁率を調整し、基本高周波と同時に、
高調波も加速空胴１内に入力できるようにする。これに
より、加速空胴１は１台で済み、加速器の小型化，低コ
スト化が図れる。
よる発散力を、小型，低コストで低減し、荷電粒子ビー
ムの損失を低減する。 【解決手段】 高周波加速装置は、１台の高周波加速空
胴１と、制御器１１と、基本高周波発振器１２ａと、２
倍の高調波発振器１２ｂと、各高周波間の位相を調整す
る位相器１３と、各高周波を増幅する高周波増幅器１５
ａ，１５ｂと、各高周波電力を１台の高周波加速空胴１
に給電する高周波電力給電用アンテナ１６と、必要に応
じてビームの特性を検出するビームモニタ１７とを備え
る。高周波加速空胴１は、内導体２１と、外導体２２、
高周波加速間隙２３と、内導体２１と外導体２２の間に
装荷された１本以上の環状磁性体２４を備える。この環
状磁性体２４の透磁率を調整し、基本高周波と同時に、
高調波も加速空胴１内に入力できるようにする。これに
より、加速空胴１は１台で済み、加速器の小型化，低コ
スト化が図れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はイオンシンクロトロ
ンの技術に係り、特に、空間電荷によるビームの発散を
抑制して効率的に荷電粒子ビームを加速すると共にビー
ムの運動量分散の増大を抑制するのに好適な高周波加速
装置とその制御方法並びに環状加速器に関する。
ンの技術に係り、特に、空間電荷によるビームの発散を
抑制して効率的に荷電粒子ビームを加速すると共にビー
ムの運動量分散の増大を抑制するのに好適な高周波加速
装置とその制御方法並びに環状加速器に関する。
【０００２】
【従来の技術】環状加速器で荷電粒子ビームを周回させ
加速する場合、荷電粒子の空間電荷力によってビームが
発散し加速できない荷電粒子が生じてしまうという問題
がある。そこで、空間電荷力によるビーム発散を低減す
るために、従来から、高調波を用いて荷電粒子分布を進
行方向に平坦化している。ここで簡単にこの方法につい
て説明する。
加速する場合、荷電粒子の空間電荷力によってビームが
発散し加速できない荷電粒子が生じてしまうという問題
がある。そこで、空間電荷力によるビーム発散を低減す
るために、従来から、高調波を用いて荷電粒子分布を進
行方向に平坦化している。ここで簡単にこの方法につい
て説明する。
【０００３】空間電荷による荷電粒子ビームの発散力
は、粒子の進行方向の分布形状に依存し、平坦分布をし
ているほうが発散力は小さい。一方、高周波加速では、
図９に示す様に、高周波電場によって形成されるＲＦ
（高周波）バケット３０と呼ばれる位相空間上の安定領
域に粒子を保ちながら加速を行う。高周波電場に捕獲さ
れた粒子３２は、ＲＦバケット３０内で同期粒子３１の
周りを回転しながら加速されるため、進行方向の分布
は、ＲＦバケット３０の形状に依存することになる。そ
こで、ＲＦバケット３０の形状を、図９（ｂ）に示す様
に、ビームの進行方向に平坦化されるように調整する
と、空間電荷効果による荷電粒子ビームの発散力の低減
が可能となる。
は、粒子の進行方向の分布形状に依存し、平坦分布をし
ているほうが発散力は小さい。一方、高周波加速では、
図９に示す様に、高周波電場によって形成されるＲＦ
（高周波）バケット３０と呼ばれる位相空間上の安定領
域に粒子を保ちながら加速を行う。高周波電場に捕獲さ
れた粒子３２は、ＲＦバケット３０内で同期粒子３１の
周りを回転しながら加速されるため、進行方向の分布
は、ＲＦバケット３０の形状に依存することになる。そ
こで、ＲＦバケット３０の形状を、図９（ｂ）に示す様
に、ビームの進行方向に平坦化されるように調整する
と、空間電荷効果による荷電粒子ビームの発散力の低減
が可能となる。
【０００４】ＲＦバケットは高周波電場によって形成さ
れるので、結局、高周波加速空胴に印加する高周波の波
形を調整すれば、その分布形状を平坦化することが可能
となる。そこで従来は、例えばA. Hofmann , 「Bunches
with Local Elliptic Energy Distribution」(IEEE,NS
-26,No.3,1979,p3526)に記載されている様に、基本波用
高周波加速空胴とは別に高調波用高周波加速空胴を用
い、荷電粒子ビームの分布形状の平坦化を図っている。
この従来技術を適用した環状加速器を図８に示す。
れるので、結局、高周波加速空胴に印加する高周波の波
形を調整すれば、その分布形状を平坦化することが可能
となる。そこで従来は、例えばA. Hofmann , 「Bunches
with Local Elliptic Energy Distribution」(IEEE,NS
-26,No.3,1979,p3526)に記載されている様に、基本波用
高周波加速空胴とは別に高調波用高周波加速空胴を用
い、荷電粒子ビームの分布形状の平坦化を図っている。
この従来技術を適用した環状加速器を図８に示す。
【０００５】図８の環状加速器は、前段加速器２からの
荷電粒子ビームを環状加速器に入射するための入射器３
と、入射された荷電粒子ビームの軌道を偏向させる偏向
電磁石４と、ビームの発散を抑さえる収束用電磁石５
と、基本高周波用加速空胴１ａ及び高調波用加速空胴１
ｂと、ビームモニタ１７とを備える。そして、高周波加
速空胴１ａには、基本高周波発振器１２ａで発生された
基本高周波が、位相器１３ａと高周波増幅器１５ａとを
介して高周波電力供給用アンテナ１６ａから供給され、
高調波加速器１ｂには、２倍高周波発振器１２ｂで発生
された２倍高調波が、基本高周波との間の位相を調整す
る位相器１３ｂと高周波増幅器１５ｂとを介して高周波
電力供給用アンテナ１６ｂから供給されるようになって
いる。
荷電粒子ビームを環状加速器に入射するための入射器３
と、入射された荷電粒子ビームの軌道を偏向させる偏向
電磁石４と、ビームの発散を抑さえる収束用電磁石５
と、基本高周波用加速空胴１ａ及び高調波用加速空胴１
ｂと、ビームモニタ１７とを備える。そして、高周波加
速空胴１ａには、基本高周波発振器１２ａで発生された
基本高周波が、位相器１３ａと高周波増幅器１５ａとを
介して高周波電力供給用アンテナ１６ａから供給され、
高調波加速器１ｂには、２倍高周波発振器１２ｂで発生
された２倍高調波が、基本高周波との間の位相を調整す
る位相器１３ｂと高周波増幅器１５ｂとを介して高周波
電力供給用アンテナ１６ｂから供給されるようになって
いる。
【０００６】環状加速器に入射された荷電粒子ビーム
は、各加速空胴１ａ，１ｂの各々に設けられている図示
しない加速間隙に励起された高周波電圧によって形成さ
れるＲＦバケット内に捕獲され、所望のエネルギにまで
加速される。荷電粒子ビームの受ける高周波電圧は、前
記の基本高周波と２倍の高調波とによって励起される高
周波電圧の合成値と等価となる。即ち、この合成された
高周波電圧によって形成されるＲＦバケット形状は、粒
子の進行方向に平坦化される。
は、各加速空胴１ａ，１ｂの各々に設けられている図示
しない加速間隙に励起された高周波電圧によって形成さ
れるＲＦバケット内に捕獲され、所望のエネルギにまで
加速される。荷電粒子ビームの受ける高周波電圧は、前
記の基本高周波と２倍の高調波とによって励起される高
周波電圧の合成値と等価となる。即ち、この合成された
高周波電圧によって形成されるＲＦバケット形状は、粒
子の進行方向に平坦化される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図１０は、基本波に第
２高調波を合成したときの荷電粒子の分布形状を示す図
である。基本波：第２高調波＝１：０．２５の状態を同
図（ａ）に、以下、１：０．５を同図（ｂ）に、１：
０．７５を同図（ｃ）に、１：１を同図（ｄ）に示す。
この図１０に示されるように、２倍高調波を基本波に合
成した場合、荷電粒子ビームの進行方向の分布を平坦化
させることが可能であることが分かる。加速間隙に励起
される高周波電圧の高調波成分が、基本波成分に対して
２５％程度、最低でも１０％程度ないと、平坦化は図れ
ない。
２高調波を合成したときの荷電粒子の分布形状を示す図
である。基本波：第２高調波＝１：０．２５の状態を同
図（ａ）に、以下、１：０．５を同図（ｂ）に、１：
０．７５を同図（ｃ）に、１：１を同図（ｄ）に示す。
この図１０に示されるように、２倍高調波を基本波に合
成した場合、荷電粒子ビームの進行方向の分布を平坦化
させることが可能であることが分かる。加速間隙に励起
される高周波電圧の高調波成分が、基本波成分に対して
２５％程度、最低でも１０％程度ないと、平坦化は図れ
ない。
【０００８】しかし従来は、荷電粒子ビームを可能な限
り高エネルギに加速するために、加速間隙の電圧が高く
なるように加速空胴内に設置する磁性体の特性を選択す
る等し、その高周波電圧強度の周波数依存性が、図１１
に示す様に、高くなるようにしている。従って、基本波
用の高周波加速空胴に基本波と第２高調波とを入力した
場合、第２高調波の加速間隙電圧強度は、基本波のそれ
の１００分の１以下になってしまい、実質的に荷電粒子
ビームの進行方向分布の平坦化を図ることができない。
このため従来は、図８で説明したように、基本波用の加
速空胴１ａの他に、２倍高調波用の加速空胴１ｂを設け
ている。
り高エネルギに加速するために、加速間隙の電圧が高く
なるように加速空胴内に設置する磁性体の特性を選択す
る等し、その高周波電圧強度の周波数依存性が、図１１
に示す様に、高くなるようにしている。従って、基本波
用の高周波加速空胴に基本波と第２高調波とを入力した
場合、第２高調波の加速間隙電圧強度は、基本波のそれ
の１００分の１以下になってしまい、実質的に荷電粒子
ビームの進行方向分布の平坦化を図ることができない。
このため従来は、図８で説明したように、基本波用の加
速空胴１ａの他に、２倍高調波用の加速空胴１ｂを設け
ている。
【０００９】すなわち、従来は、基本波用の加速空胴の
他に、基本波に合成する高調波毎に加速空胴を設ける必
要があり、加速器システムが大型化，高コスト化してし
まうという問題がある。
他に、基本波に合成する高調波毎に加速空胴を設ける必
要があり、加速器システムが大型化，高コスト化してし
まうという問題がある。
【００１０】本発明の目的は、荷電粒子ビームの進行方
向の分布を平坦化して空間電荷力による発散を抑制し、
しかも、小型化，低コスト化を図ることのできる高周波
加速装置とその制御方法並びに環状加速器を提供するこ
とにある。
向の分布を平坦化して空間電荷力による発散を抑制し、
しかも、小型化，低コスト化を図ることのできる高周波
加速装置とその制御方法並びに環状加速器を提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、入射器と複
数の偏向電磁石と高周波加速空胴とを環状に配置し前段
加速器から前記入射器に入射された荷電粒子を周回させ
ながら前記高周波加速空胴に高周波電力を供給して荷電
粒子のエネルギを増加させる環状加速器において、高周
波加速空胴として共振周波数領域が広帯域化され且つ内
部に基本高周波用アンテナ及び高調波用アンテナを備え
る加速空胴を用い、前記基本高周波用アンテナに基本高
周波電力を供給し且つ同時に前記高調波用アンテナに該
基本高周波の高調波電力を供給することで、達成され
る。
数の偏向電磁石と高周波加速空胴とを環状に配置し前段
加速器から前記入射器に入射された荷電粒子を周回させ
ながら前記高周波加速空胴に高周波電力を供給して荷電
粒子のエネルギを増加させる環状加速器において、高周
波加速空胴として共振周波数領域が広帯域化され且つ内
部に基本高周波用アンテナ及び高調波用アンテナを備え
る加速空胴を用い、前記基本高周波用アンテナに基本高
周波電力を供給し且つ同時に前記高調波用アンテナに該
基本高周波の高調波電力を供給することで、達成され
る。
【００１２】上記目的はまた、高周波加速空胴として、
共振周波数領域が広帯域化され且つ内部にアンテナを備
える加速空胴を用い、基本高周波電力と該基本高周波の
高調波電力とを合成した電力を前記アンテナに供給する
ことで、達成される。
共振周波数領域が広帯域化され且つ内部にアンテナを備
える加速空胴を用い、基本高周波電力と該基本高周波の
高調波電力とを合成した電力を前記アンテナに供給する
ことで、達成される。
【００１３】上記目的は、好適には、基本波成分に対し
て高調波成分が少なくとも１０％以上となるように高周
波加速空胴を広帯域化することで、達成される。
て高調波成分が少なくとも１０％以上となるように高周
波加速空胴を広帯域化することで、達成される。
【００１４】上記目的は、加速開始から加速終了までの
全使用周波数帯域で高調波電力を基本高周波電力と同時
に前記高周波加速空胴に供給することで、達成される。
全使用周波数帯域で高調波電力を基本高周波電力と同時
に前記高周波加速空胴に供給することで、達成される。
【００１５】上記目的は、加速開始から加速終了までの
全使用周波数帯域のうち加速開始の低エネルギ領域での
み高調波電力を基本高周波電力と同時に前記高周波加速
空胴に供給することで、達成される。
全使用周波数帯域のうち加速開始の低エネルギ領域での
み高調波電力を基本高周波電力と同時に前記高周波加速
空胴に供給することで、達成される。
【００１６】基本高周波電力と同時に高調波電力を高周
波加速空胴に入力するため、荷電粒子の進行方向の分布
は平坦化され、空間電荷力による発散が抑制される。従
来は周回する荷電粒子ビームの高エネルギ化のみを目指
していたため、１つの周波数の高周波電力を供給する高
周波加速空胴には高調波を入力することはできなかった
が、本発明では、荷電粒子ビームの高エネルギ化をある
程度犠牲にして、基本周波の他にその高調波も同時に入
力できるように加速空胴を広帯域化している。このた
め、高周波加速空胴は１個で済み、システムの小型化，
低コスト化を図ることが可能となる。
波加速空胴に入力するため、荷電粒子の進行方向の分布
は平坦化され、空間電荷力による発散が抑制される。従
来は周回する荷電粒子ビームの高エネルギ化のみを目指
していたため、１つの周波数の高周波電力を供給する高
周波加速空胴には高調波を入力することはできなかった
が、本発明では、荷電粒子ビームの高エネルギ化をある
程度犠牲にして、基本周波の他にその高調波も同時に入
力できるように加速空胴を広帯域化している。このた
め、高周波加速空胴は１個で済み、システムの小型化，
低コスト化を図ることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図７は、本発明の第１実施例に係る
環状加速器の構成図である。本実施例に係る環状加速器
は、前段加速器２からの荷電粒子ビームを環状加速器に
入射するための入射器３と、入射された荷電粒子ビーム
の軌道を偏向させる偏向電磁石４と、ビームの発散を抑
さえる収束用電磁石５と、高周波加速空胴１と、ビーム
モニタ１７とを備える。高周波加速装置は、この１台の
高周波加速空胴１とこれに高周波を印加する制御装置と
で構成される。
参照して説明する。図７は、本発明の第１実施例に係る
環状加速器の構成図である。本実施例に係る環状加速器
は、前段加速器２からの荷電粒子ビームを環状加速器に
入射するための入射器３と、入射された荷電粒子ビーム
の軌道を偏向させる偏向電磁石４と、ビームの発散を抑
さえる収束用電磁石５と、高周波加速空胴１と、ビーム
モニタ１７とを備える。高周波加速装置は、この１台の
高周波加速空胴１とこれに高周波を印加する制御装置と
で構成される。
【００１８】図１は、図７に示す高周波加速装置の構成
図である。高周波加速装置の制御装置は、制御器１１
と、基本高周波発振器１２ａと、２倍高調波発振器１２
ｂと、それぞれの高周波間の位相差を調整する位相器１
３ａ，１３ｂと、それぞれの高周波信号を増幅する高周
波増幅器１５ａ，１５ｂとを備えて成る。
図である。高周波加速装置の制御装置は、制御器１１
と、基本高周波発振器１２ａと、２倍高調波発振器１２
ｂと、それぞれの高周波間の位相差を調整する位相器１
３ａ，１３ｂと、それぞれの高周波信号を増幅する高周
波増幅器１５ａ，１５ｂとを備えて成る。
【００１９】高周波加速空胴１は、内導体２１と、外導
体２２と、内導体２１に設けられた加速間隙２３と、内
導体２１と外導体２２の間に装荷された１本以上の環状
磁性体２４（図示の例では４本）と、各環状磁性体２４
に巻回した高周波電力給電用アンテナ１６とを備える。
外側２本の磁性体２４に巻回したアンテナ１６ａに高周
波増幅器１５ａからの高周波電力１０２ａが供給され、
内側２本の磁性体２４に巻回したアンテナ１６ｂに高周
波増幅器１５ｂからの高周波電力１０２ｂが供給され
る。尚、１７は、必要に応じてビームの特性を検出する
ビームモニタである。
体２２と、内導体２１に設けられた加速間隙２３と、内
導体２１と外導体２２の間に装荷された１本以上の環状
磁性体２４（図示の例では４本）と、各環状磁性体２４
に巻回した高周波電力給電用アンテナ１６とを備える。
外側２本の磁性体２４に巻回したアンテナ１６ａに高周
波増幅器１５ａからの高周波電力１０２ａが供給され、
内側２本の磁性体２４に巻回したアンテナ１６ｂに高周
波増幅器１５ｂからの高周波電力１０２ｂが供給され
る。尚、１７は、必要に応じてビームの特性を検出する
ビームモニタである。
【００２０】制御器１１からの制御信号１００ａ，１０
０ｂに基づき基本高周波発振器１２ａ，２倍高調波発振
器１２ｂから出力された各高周波信号１０１ａ，１０１
ｂは、周波数によって加速間隙２３に励起される高周波
電圧の位相が異なるため、位相器１３ａ，１３ｂによっ
て相互間の位相差を予め調整する。また、必要に応じて
ビームモニタ１７からのフィードバック信号１１０を用
いビームとの位相調整を行う。その後、高周波増幅器１
５ａ，１５ｂによって増幅された各高周波信号１０２
ａ，１０２ｂは、高周波電力給電用アンテナ１６ａ，１
６ｂを通して高周波加速空胴１に給電される。
０ｂに基づき基本高周波発振器１２ａ，２倍高調波発振
器１２ｂから出力された各高周波信号１０１ａ，１０１
ｂは、周波数によって加速間隙２３に励起される高周波
電圧の位相が異なるため、位相器１３ａ，１３ｂによっ
て相互間の位相差を予め調整する。また、必要に応じて
ビームモニタ１７からのフィードバック信号１１０を用
いビームとの位相調整を行う。その後、高周波増幅器１
５ａ，１５ｂによって増幅された各高周波信号１０２
ａ，１０２ｂは、高周波電力給電用アンテナ１６ａ，１
６ｂを通して高周波加速空胴１に給電される。
【００２１】高周波電力給電用アンテナ１６ａ，１６ｂ
は、高周波加速空胴１内に装荷された環状磁性体２４に
巻回したループ状アンテナであり、磁気的結合により、
加速間隙２３に加速電圧を励起する。この励起された高
周波電圧は、基本高周波信号１０２ａと２倍高調波信号
１０２ｂによって励起される高周波電圧の合成値と等価
である。荷電粒子の進行方向の分布は、この高周波電圧
によって形成されるＲＦバケットの形状に依存する。す
なわち、基本高周波信号１０２ａと２倍高調波信号１０
２ｂの位相，振幅を調整することにより、このＲＦバケ
ットの形状は平坦化させる。
は、高周波加速空胴１内に装荷された環状磁性体２４に
巻回したループ状アンテナであり、磁気的結合により、
加速間隙２３に加速電圧を励起する。この励起された高
周波電圧は、基本高周波信号１０２ａと２倍高調波信号
１０２ｂによって励起される高周波電圧の合成値と等価
である。荷電粒子の進行方向の分布は、この高周波電圧
によって形成されるＲＦバケットの形状に依存する。す
なわち、基本高周波信号１０２ａと２倍高調波信号１０
２ｂの位相，振幅を調整することにより、このＲＦバケ
ットの形状は平坦化させる。
【００２２】尚、上述した図１に示す第１実施例では、
別々の環状磁性体２４に高周波電力給電用アンテナ１６
ａ，１６ｂを設けたが、両アンテナ１６ａ，１６ｂを共
通の１本または複数本の環状磁性体２４に設けても、同
様の効果を得ることができる。また、アンテナ１６ａ，
１６ｂの一方を加速間隙２３に直接接続してもよい。更
に、上述した実施例では、基本高周波と２倍高調波とを
組み合わせたが、さらに高次の高調波を組み合わせても
よい。この場合、従来技術ではさらに多くの高周波加速
空胴が必要となるが、この実施例によれば、高周波加速
空胴は１台のままでよく、装置の大型化，高コスト化は
回避される。
別々の環状磁性体２４に高周波電力給電用アンテナ１６
ａ，１６ｂを設けたが、両アンテナ１６ａ，１６ｂを共
通の１本または複数本の環状磁性体２４に設けても、同
様の効果を得ることができる。また、アンテナ１６ａ，
１６ｂの一方を加速間隙２３に直接接続してもよい。更
に、上述した実施例では、基本高周波と２倍高調波とを
組み合わせたが、さらに高次の高調波を組み合わせても
よい。この場合、従来技術ではさらに多くの高周波加速
空胴が必要となるが、この実施例によれば、高周波加速
空胴は１台のままでよく、装置の大型化，高コスト化は
回避される。
【００２３】図２は、本発明の第２実施例に係る高周波
加速装置の構成図である。本実施例の高周波加速装置で
は、制御器１１の制御信号に基づいて基本高周波発振器
１２ａ，２倍高調波発振器１２ｂから出力された各高周
波信号を、位相器１３ａ，１３ｂで位相調整した後、合
成器１４により合成し、増幅器１５で増幅する。そし
て、高周波加速空胴１内の各磁性体２４に巻回された各
アンテナ１６に、この増幅した高周波を共通に供給する
構成となっている。
加速装置の構成図である。本実施例の高周波加速装置で
は、制御器１１の制御信号に基づいて基本高周波発振器
１２ａ，２倍高調波発振器１２ｂから出力された各高周
波信号を、位相器１３ａ，１３ｂで位相調整した後、合
成器１４により合成し、増幅器１５で増幅する。そし
て、高周波加速空胴１内の各磁性体２４に巻回された各
アンテナ１６に、この増幅した高周波を共通に供給する
構成となっている。
【００２４】本実施例は、図１に示す第１実施例と同様
の効果を得ることができると共に、高周波増幅器１５が
１台で済むため、低コスト化を図れるという効果があ
る。
の効果を得ることができると共に、高周波増幅器１５が
１台で済むため、低コスト化を図れるという効果があ
る。
【００２５】図３は、本発明の第３実施例に係る高周波
加速装置の構成図である。本実施例の高周波加速装置で
は、制御器１１の制御信号に基づいて、発振器１２が、
基本高周波と２倍高調波を予め位相を調節して合成した
後の高周波信号１０１として発生し、位相器１３は、ビ
ームモニタ１７からのフィードバック信号１１０を用い
て位相調整を行い、この位相器１３の出力信号を高周波
増幅器１５が増幅して各アンテナ１６に供給する構成と
なっている。
加速装置の構成図である。本実施例の高周波加速装置で
は、制御器１１の制御信号に基づいて、発振器１２が、
基本高周波と２倍高調波を予め位相を調節して合成した
後の高周波信号１０１として発生し、位相器１３は、ビ
ームモニタ１７からのフィードバック信号１１０を用い
て位相調整を行い、この位相器１３の出力信号を高周波
増幅器１５が増幅して各アンテナ１６に供給する構成と
なっている。
【００２６】この第３実施例では、高周波発振器１２，
位相器１３がそれぞれ１台で済むため、第２実施例と比
べて更に低コスト化を図ることができる。
位相器１３がそれぞれ１台で済むため、第２実施例と比
べて更に低コスト化を図ることができる。
【００２７】図４は、本発明の第４実施例に係る高周波
加速装置の構成図である。本実施例が第３実施例（図
３）と異なる点は、高周波加速空胴１内に装荷した環状
磁性体２４に直流磁場をかけてその透磁率を変化させる
ためのバイアス磁場発生手段１８を設け、この高周波加
速空胴１の共振周波数をバイアス信号１１１により制御
して、荷電粒子ビームの周回周波数との同調制御を行う
ようにしたことである。これにより、第３実施例と比較
して、高い加速間隙電圧を得ることが可能となる。
加速装置の構成図である。本実施例が第３実施例（図
３）と異なる点は、高周波加速空胴１内に装荷した環状
磁性体２４に直流磁場をかけてその透磁率を変化させる
ためのバイアス磁場発生手段１８を設け、この高周波加
速空胴１の共振周波数をバイアス信号１１１により制御
して、荷電粒子ビームの周回周波数との同調制御を行う
ようにしたことである。これにより、第３実施例と比較
して、高い加速間隙電圧を得ることが可能となる。
【００２８】図５は、上述した高周波加速装置の制御方
法（非同調制御）を説明する図である。高周波加速空胴
に給電する高周波電力の基本波周波数は、同図（ａ）に
示すように、加速開始時点（ｔ＝ｔs）から加速終了時
点（ｔ＝ｔe）までの時間の進行に伴って増加させる。
即ち、周波数ｆs（例えば、０．５ＭＨｚ）で加速を開
始し、加速終了時には２０倍程度の周波数ｆe（例え
ば、１０ＭＨｚ）にまで増加する。
法（非同調制御）を説明する図である。高周波加速空胴
に給電する高周波電力の基本波周波数は、同図（ａ）に
示すように、加速開始時点（ｔ＝ｔs）から加速終了時
点（ｔ＝ｔe）までの時間の進行に伴って増加させる。
即ち、周波数ｆs（例えば、０．５ＭＨｚ）で加速を開
始し、加速終了時には２０倍程度の周波数ｆe（例え
ば、１０ＭＨｚ）にまで増加する。
【００２９】この基本波の運転周波数帯域（ｆs〜ｆe）
全域にわたって、加速間隙に励起される高周波電圧の基
本波成分と２倍高調波成分の比が“１：０．１”以上と
なるように設計された加速空胴、例えば環状磁性体の透
磁率が調整され前記比以上の高調波成分の高周波が基本
波と同時に入力できるように設計された加速空胴を用い
る。これにより、加速範囲における各周波数に対する基
本波と第２高調波の加速間隙電圧強度は、同図（ｂ）〜
（ｃ）に示すようになり、粒子の進行方向の分布形状は
平坦化する。このため、空間電荷によるビームの発散が
抑制されると共に、運動量分散の増大も抑制される。こ
の場合、高周波加速空胴の共振周波数と荷電粒子の周回
周波数との同調制御が不要となり、制御系の簡略化も図
れる。
全域にわたって、加速間隙に励起される高周波電圧の基
本波成分と２倍高調波成分の比が“１：０．１”以上と
なるように設計された加速空胴、例えば環状磁性体の透
磁率が調整され前記比以上の高調波成分の高周波が基本
波と同時に入力できるように設計された加速空胴を用い
る。これにより、加速範囲における各周波数に対する基
本波と第２高調波の加速間隙電圧強度は、同図（ｂ）〜
（ｃ）に示すようになり、粒子の進行方向の分布形状は
平坦化する。このため、空間電荷によるビームの発散が
抑制されると共に、運動量分散の増大も抑制される。こ
の場合、高周波加速空胴の共振周波数と荷電粒子の周回
周波数との同調制御が不要となり、制御系の簡略化も図
れる。
【００３０】図６は、上述した高周波加速装置の別の制
御方法（同調制御）を説明する図である。同調制御にお
いては、高周波加速空胴の運転周波数（もしくは共振周
波数ｆr）と荷電粒子の周回周波数との同調させること
により、加速範囲における各周波数に対する基本波と第
２高調波の加速間隙電圧強度は、同図（ｂ）〜（ｃ）に
示すようになる。これにより、荷電粒子の進行方向の分
布形状は平坦化され、空間電荷によるビームの発散が抑
制されると共に運動量分散の増大も抑制される。この同
調制御の場合は、図５の非同調制御に比較して、高い加
速間隙電圧を得ることができる。
御方法（同調制御）を説明する図である。同調制御にお
いては、高周波加速空胴の運転周波数（もしくは共振周
波数ｆr）と荷電粒子の周回周波数との同調させること
により、加速範囲における各周波数に対する基本波と第
２高調波の加速間隙電圧強度は、同図（ｂ）〜（ｃ）に
示すようになる。これにより、荷電粒子の進行方向の分
布形状は平坦化され、空間電荷によるビームの発散が抑
制されると共に運動量分散の増大も抑制される。この同
調制御の場合は、図５の非同調制御に比較して、高い加
速間隙電圧を得ることができる。
【００３１】尚、同調制御，非同調制御の制御方法の違
いに関わらず、必ずしも運転周波数領域全域にわたって
基本波と１つ以上の高調波とを同時に比率１：０．１以
上で加速空胴に給電する必要はなく、相対的に空間電荷
によるビーム発散の影響が大きい低エネルギ領域におい
てのみ、例えば加速開始の時点でのみ荷電粒子の分布形
状を平坦するだけでも、大きな効果を得ることができ
る。荷電粒子の分布形状の平坦化は、２倍高調波を必ず
用いる必要はなく、基本高周波と任意のｎ倍高調波の組
み合わせで達成できることはいうまでもない。
いに関わらず、必ずしも運転周波数領域全域にわたって
基本波と１つ以上の高調波とを同時に比率１：０．１以
上で加速空胴に給電する必要はなく、相対的に空間電荷
によるビーム発散の影響が大きい低エネルギ領域におい
てのみ、例えば加速開始の時点でのみ荷電粒子の分布形
状を平坦するだけでも、大きな効果を得ることができ
る。荷電粒子の分布形状の平坦化は、２倍高調波を必ず
用いる必要はなく、基本高周波と任意のｎ倍高調波の組
み合わせで達成できることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、２台目以降の加速空胴
を新たに付加することなく、１台の加速空胴で荷電粒子
の進行方向の分布を効果的に平坦化でき、小型，低コス
トの加速器で空間電荷による荷電粒子ビームの損失低減
およびビームの運動量分散増大の抑制が可能となる。
を新たに付加することなく、１台の加速空胴で荷電粒子
の進行方向の分布を効果的に平坦化でき、小型，低コス
トの加速器で空間電荷による荷電粒子ビームの損失低減
およびビームの運動量分散増大の抑制が可能となる。
【００３３】また、比較的空間電荷によるビームの発散
の問題が大きな低エネルギ領域で本発明を適用すること
により、従来より高電流化が図れる。または、ビーム径
を小さくできるため、偏向電磁石等の電源系の低コスト
化も図れる。更に、入射エネルギをさらに低くできるの
で、前段加速器の低コスト化が図れる。
の問題が大きな低エネルギ領域で本発明を適用すること
により、従来より高電流化が図れる。または、ビーム径
を小さくできるため、偏向電磁石等の電源系の低コスト
化も図れる。更に、入射エネルギをさらに低くできるの
で、前段加速器の低コスト化が図れる。
【図１】本発明の第１実施例に係る高周波加速装置の構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る高周波加速装置の構
成図である。
成図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る高周波加速装置の構
成図である。
成図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る高周波加速装置の構
成図である。
成図である。
【図５】上記各実施例における高周波加速装置の制御方
法のうち非同調制御を説明する図である。
法のうち非同調制御を説明する図である。
【図６】上記各実施例における高周波加速装置の制御方
法のうち同調制御を説明する図である。
法のうち同調制御を説明する図である。
【図７】本発明の一実施例に係る環状加速器の構成図で
ある。
ある。
【図８】従来の環状加速器の構成図である。
【図９】ＲＦバケット（荷電粒子の進行方向の形状分
布）の説明図である。
布）の説明図である。
【図１０】基本波に対する第２高調波成分比率を変えた
ときの荷電粒子の進行方向の分布を説明する図である。
ときの荷電粒子の進行方向の分布を説明する図である。
【図１１】従来の高周波加速空胴における加速間隙電圧
強度の周波数分布を示す図である。
強度の周波数分布を示す図である。
１，１ａ，１ｂ…高周波加速空胴、２…前段加速器、３
…入射器、４…偏向電磁石、５…収束用電磁石、１１…
制御器、１２，１２ａ，１２ｂ…高周波発振器、１３，
１３ａ，１３ｂ…位相器、１４…高周波合成器、１５，
１５ａ，１５ｂ…高周波増幅器、１６，１６ａ，１６ｂ
…高周波電力供給用アンテナ、１７…ビームモニタ、１
８…バイアス磁場発生装置、２１…内導体、２２…外導
体、２３…加速間隙、２４…磁性体、３０…ＲＦ（高周
波）バケット、３１…同期粒子、３２…非同期粒子、１
００ａ，１００ｂ…制御信号、１０１ａ，１０１ｂ…高
周波信号、１０２ａ，１０２ｂ…増幅後の高周波信号、
１１０…フィードバック信号、１１１…バイアス信号。
…入射器、４…偏向電磁石、５…収束用電磁石、１１…
制御器、１２，１２ａ，１２ｂ…高周波発振器、１３，
１３ａ，１３ｂ…位相器、１４…高周波合成器、１５，
１５ａ，１５ｂ…高周波増幅器、１６，１６ａ，１６ｂ
…高周波電力供給用アンテナ、１７…ビームモニタ、１
８…バイアス磁場発生装置、２１…内導体、２２…外導
体、２３…加速間隙、２４…磁性体、３０…ＲＦ（高周
波）バケット、３１…同期粒子、３２…非同期粒子、１
００ａ，１００ｂ…制御信号、１０１ａ，１０１ｂ…高
周波信号、１０２ａ，１０２ｂ…増幅後の高周波信号、
１１０…フィードバック信号、１１１…バイアス信号。
Claims (8)
- 【請求項１】 入射器と複数の偏向電磁石と高周波加速
空胴とを環状に配置し前段加速器から前記入射器に入射
された荷電粒子を周回させながら前記高周波加速空胴に
高周波電力を供給して荷電粒子のエネルギを増加させる
環状加速器に設けられ、前記高周波加速空胴と該高周波
加速空胴に高周波電力を供給する高周波源とを備える高
周波加速装置において、共振周波数領域が広帯域化され
且つ内部に基本高周波用アンテナ及び高調波用アンテナ
を備える高周波加速空胴と、前記基本高周波用アンテナ
に基本高周波電力を供給し且つ同時に前記高調波用アン
テナに該基本高周波の高調波電力を供給する高周波源と
を備えることを特徴とする高周波加速装置。 - 【請求項２】 入射器と複数の偏向電磁石と高周波加速
空胴とを環状に配置し前段加速器から前記入射器に入射
された荷電粒子を周回させながら前記高周波加速空胴に
高周波電力を供給して荷電粒子のエネルギを増加させる
環状加速器に設けられ、前記高周波加速空胴と該高周波
加速空胴に高周波電力を供給する高周波源とを備える高
周波加速装置において、共振周波数領域が広帯域化され
且つ内部にアンテナを備える高周波加速空胴と、基本高
周波電力と該基本高周波の高調波電力とを合成した電力
を前記アンテナに供給する高周波源とを備えることを特
徴とする高周波加速装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
高周波加速空胴は、基本波成分に対して高調波成分が少
なくとも１０％以上となるように広帯域化してあること
を特徴とする高周波加速装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の高周波加速装置の制御方法において、加速開始から加
速終了までの全使用周波数帯域で高調波電力を基本高周
波電力と同時に前記高周波加速空胴に供給することを特
徴とする高周波加速装置の制御方法。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の高周波加速装置の制御方法において、加速開始から加
速終了までの全使用周波数帯域のうち加速開始の低エネ
ルギ領域でのみ高調波電力を基本高周波電力と同時に前
記高周波加速空胴に供給することを特徴とする高周波加
速装置の制御方法。 - 【請求項６】 入射器と複数の偏向電磁石と高周波加速
空胴とを環状に配置し前段加速器から前記入射器に入射
された荷電粒子を周回させながら前記高周波加速空胴に
高周波電力を供給して荷電粒子のエネルギを増加させる
環状加速器において、前記高周波加速空胴として共振周
波数領域を広帯域化し且つ内部に基本高周波用アンテナ
及び高調波用アンテナを備える加速空胴を用い、前記基
本高周波用アンテナに基本高周波電力を供給し且つ同時
に前記高調波用アンテナに該基本高周波の高調波電力を
供給する高周波源を設けたことを特徴とする環状加速
器。 - 【請求項７】 入射器と複数の偏向電磁石と高周波加速
空胴とを環状に配置し前段加速器から前記入射器に入射
された荷電粒子を周回させながら前記高周波加速空胴に
高周波電力を供給して荷電粒子のエネルギを増加させる
環状加速器において、前記高周波加速空胴として共振周
波数領域を広帯域化し且つ内部にアンテナを備える加速
空胴を用い、基本高周波電力と該基本高周波の高調波電
力とを合成した電力を前記アンテナに供給する高周波源
を設けたことを特徴とする環状加速器。 - 【請求項８】 請求項６または請求項７において、前記
加速空胴は、基本波成分に対して高調波成分が少なくと
も１０％以上となるように広帯域化してあることを特徴
とする環状加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2256696A JPH09219300A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2256696A JPH09219300A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09219300A true JPH09219300A (ja) | 1997-08-19 |
Family
ID=12086433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2256696A Pending JPH09219300A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09219300A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008218053A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Accuthera Inc | 加速装置および加速装置を用いたｘ線発生装置 |
| JP2010277770A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波加速装置及び環状型加速器 |
-
1996
- 1996-02-08 JP JP2256696A patent/JPH09219300A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008218053A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Accuthera Inc | 加速装置および加速装置を用いたｘ線発生装置 |
| JP2010277770A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波加速装置及び環状型加速器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4533875A (en) | Wide-band gyrotron traveling-wave amplifier | |
| US5365186A (en) | Proton maser | |
| Chen | Control of transverse motion caused by chromatic aberration and misalignments in linear accelerators | |
| JPH09219300A (ja) | 高周波加速装置とその制御方法並びに環状加速器 | |
| US6690023B2 (en) | Methods and apparatus for providing a broadband tunable source of coherent millimeter, sub-millimeter and infrared radiation utilizing a non-relativistic electron beam | |
| JP3600129B2 (ja) | 高周波加速装置及び環状型加速器 | |
| US20100060208A1 (en) | Quarter-Wave-Stub Resonant Coupler | |
| US11699575B2 (en) | Multiple frequency electron cyclotron resonance thruster | |
| Zhang et al. | Fast and flexible control of beam longitudinal phase space for high-repetition-rate x-ray free-electron lasers | |
| JPH0888100A (ja) | 加速器及びその運転方法 | |
| Katyukha et al. | Helicon ion source for plasma processing | |
| Maeda et al. | Possibility of a multibunch plasma afterburner for linear colliders | |
| Burov et al. | Beam stability issues in very large hadron collider | |
| JP3381577B2 (ja) | 加速器とその運転方法 | |
| JP3367433B2 (ja) | イオンビーム加速装置およびそれを用いた円形加速器 | |
| Bandurkin et al. | Development of a high-power wideband amplifier on the basis of a free-electron maser having an operating frequency near 30 GHz: Modeling and results of the initial experiments | |
| JP2001015043A (ja) | 多空胴クライストロン装置 | |
| JP2856126B2 (ja) | イオンビーム加速装置およびそれを用いた円形加速器 | |
| JP2006228579A (ja) | 加速器システム及びその運転方法 | |
| JPH0935899A (ja) | 荷電粒子ビームの取り出し方法 | |
| Lin et al. | Wiggler enhanced cyclotron autoresonance maser amplifiers | |
| Thumm | Recent applications of millimeter and submillimeter wave gyrotrons | |
| JP2000030899A (ja) | 環状型加速器及びその高周波励振装置 | |
| JPH08148298A (ja) | 加速器及びその運転方法 | |
| Seeman | SLC beam dynamics issues |