JPH0935899A - Take-out method for charged particle beam - Google Patents

Take-out method for charged particle beam

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JPH0935899A
JPH0935899A JP18881495A JP18881495A JPH0935899A JP H0935899 A JPH0935899 A JP H0935899A JP 18881495 A JP18881495 A JP 18881495A JP 18881495 A JP18881495 A JP 18881495A JP H0935899 A JPH0935899 A JP H0935899A
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JP
Japan
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emittance
extraction
energy
acceleration
charged particle
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JP18881495A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Matsuda
浩二 松田
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a beam take-out method which fixedly arrange a take-out beam characteristic and outgoing efficiency, regardless of outgoing energy. SOLUTION: After accelerating beam is ended, a high frequency electric field is applied to increase emittance. By adjusting intensity of the high frequency electric field, emittance when started beam outgoing is fixedly properly arranged, regardless of outgoing energy. By applying a high frequency electric field simultaneously with acceleration, decreasing emittance is suppressed, and arrange emittance constant at the end of acceleration, regardless of outgoing energy.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は荷電粒子ビームを周回さ
せる円形加速器のビーム取り出し方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam extracting method for a circular accelerator which orbits a charged particle beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】円形加速器では電子やイオン等の荷電粒
子ビームを加速して周回させ、その周回軌道から取り出
した荷電粒子ビームを輸送系で輸送し、物理実験や医療
等に使用してきた。従来の荷電粒子ビームの取り出しで
は、エー・アイ・ピー・コンファランス・プロシーディ
ングズNo.127(1983年)(AIP Conference
Proceedings )の第53頁から第61頁において論じら
れているようにビームのベータトロン振動の共鳴が用い
られてきた。
2. Description of the Related Art In a circular accelerator, a charged particle beam such as electrons and ions is accelerated to orbit, and the charged particle beam taken out from the orbit is transported by a transport system and used for physical experiments and medical treatment. In conventional extraction of charged particle beams, AIP Conference Proceedings No. 127 (1983) (AIP Conference
The resonance of the betatron oscillation of the beam has been used as discussed in Proceedings, pages 53-61.

【0003】ベータトロン振動の共鳴とは次のような現
象である。荷電粒子は周回している軌道平面の水平方向
及び垂直方向に振動しながら周回し、この振動をベータ
トロン振動という。ベータトロン振動の周回軌道一周辺
りの振動数をチューンと呼び、チューンは周回軌道上に
設けられた偏向電磁石や四極電磁石などにより制御可能
である。ベータトロン振動振幅は、ビームを構成する粒
子毎に異なり、振幅の大きな粒子から小さな粒子まで混
在している。従って、ビーム径は、ベータトロン振動振
幅の最大値により決まる。
[0003] The resonance of betatron oscillation is the following phenomenon. The charged particles orbit while oscillating in the horizontal and vertical directions of the orbital plane that orbits, and this oscillation is called betatron oscillation. The frequency around the orbit of betatron oscillation is called a tune, and the tune can be controlled by a bending electromagnet or a quadrupole electromagnet provided on the orbit. The betatron oscillation amplitude differs depending on the particles that make up the beam, and particles with large amplitude to particles with small amplitude are mixed. Therefore, the beam diameter is determined by the maximum value of the betatron oscillation amplitude.

【0004】従来例では、チューンを整数±1/3に近
付けると同時に、周回軌道上に設けた共鳴発生用六極電
磁石を励磁すると、周回している荷電粒子のうち、ある
境界以上の振幅を持つ荷電粒子のベータトロン振動振幅
が急激に増加する。この現象をベータトロン振動の共鳴
といい、境界を安定限界と呼ぶ。共鳴の安定限界のベー
タトロン振動振幅の大きさはチューンの整数±1/3か
らの偏差に依存し、このチューンを徐々に整数±1/3
に近付け、即ち安定限界の大きさを徐々に小さくし、周
回中の荷電粒子のうちベータトロン振動振幅が大きな荷
電粒子に先ず共鳴を発生させ、その後振動振幅が小さな
荷電粒子に順次共鳴を発生させて徐々に荷電粒子ビーム
を取り出していた。
In the conventional example, when the tune is approximated to an integer ± 1/3 and the sextupole electromagnet for resonance generation provided on the orbit is excited at the same time, the amplitude of the charged particles in the orbit is above a certain boundary. The betatron oscillation amplitude of the charged particles that it possesses increases rapidly. This phenomenon is called betatron oscillation resonance, and the boundary is called the stability limit. The size of the betatron oscillation amplitude at the stability limit of resonance depends on the deviation from the tune integer ± 1/3, and this tune is gradually changed to the integer ± 1/3.
That is, the size of the stability limit is gradually decreased, and among the charged particles in the orbit, the charged particles with large betatron oscillation amplitude first generate resonance, and then the charged particles with small oscillation amplitude sequentially generate resonance. And gradually extracted the charged particle beam.

【0005】また、特開平5−198397 号公報には、取り
出し時のチューン及び安定限界を一定にしながら、ベー
タトロン振動振幅を増加させて共鳴を発生させ、ビーム
を取り出す円形加速器が記載されている。この方法で
は、安定限界を荷電粒子ビームの大きさ程度にしてお
き、安定限界を一定にしたままの状態でベータトロン振
動振幅を増加させていた。
Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-198397 discloses a circular accelerator for extracting a beam by increasing the betatron oscillation amplitude and generating resonance while keeping the tune and stability limit during extraction constant. . In this method, the stability limit is set to about the size of the charged particle beam, and the betatron oscillation amplitude is increased with the stability limit kept constant.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、次のよ
うな問題があった。
The prior art has the following problems.

【0007】ベータトロン振動振幅の拡がりはエミッタ
ンスと呼ばれ、横軸を粒子の位置、縦軸を粒子の運動の
向きの進行方向からのずれ(軌道勾配)とするグラフ
(図2、位相空間と呼ばれる)上でビームが占める面積
に対応する。荷電粒子は加速によって進行方向の運動量
を得るが、進行方向に垂直な方向の運動量は変化しな
い。そのため、粒子の運動の向きは加速に伴ってビーム
の進行方向へと揃ってくる。従って、エミッタンスは出
射エネルギが高いほど小さくなる。従来、取り出し開始
時に形成する安定限界の大きさは、エミッタンス程度に
設定していたため、その大きさは出射エネルギによって
異なっていた。このため、取り出される荷電粒子の軌道
勾配,出射効率等の出射ビームの各種パラメータが、出
射エネルギ毎に変化するという問題があった。
The spread of the betatron oscillation amplitude is called emittance, and a graph in which the horizontal axis represents the position of the particle and the vertical axis represents the deviation (orbital gradient) of the motion direction of the particle from the traveling direction (FIG. 2, phase space and Called) corresponding to the area occupied by the beam. The charged particles gain momentum in the traveling direction by acceleration, but the momentum in the direction perpendicular to the traveling direction does not change. Therefore, the direction of particle motion is aligned with the direction of beam travel as it accelerates. Therefore, the emittance decreases as the emitted energy increases. Conventionally, the size of the stability limit formed at the start of extraction has been set to about the emittance, so that the size depends on the emitted energy. Therefore, there has been a problem that various parameters of the outgoing beam such as the orbital gradient of the extracted charged particles and the outgoing efficiency change with each outgoing energy.

【0008】本発明の目的は、取り出しビームの特性及
び出射効率等の出射ビームの各種パラメータを出射エネ
ルギによらず一定にするビーム取り出し方法及び装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a beam extraction method and apparatus for making various parameters of an extraction beam such as extraction beam characteristics and extraction efficiency constant regardless of the extraction energy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する第
一の手段は、出射エネルギによらず取り出し直前の水平
又は垂直方向のエミッタンスを揃える手段である。
The first means for achieving the above object is a means for aligning the emittance in the horizontal or vertical direction immediately before extraction regardless of the emitted energy.

【0010】第二の手段は、加速開始時又は加速の途中
から加速終了までの間エミッタンスを概ね一定に保つ手
段である。
The second means is a means for keeping the emittance substantially constant at the start of acceleration or during the course of acceleration to the end of acceleration.

【0011】[0011]

【作用】第一の手段によれば、出射エネルギによらず出
射時のビームの状態が揃い、取り出しビームの軌道勾
配,出射効率等各種ビームパラメータを一定にすること
ができる。出射エネルギによらず出射時のビームの状態
が同一なので、出射時の電磁石の設定条件を統一するこ
とができ、加速器制御の簡単化及び安定化を実現でき
る。また、出射エネルギの変更を簡略化できる。
According to the first means, the state of the beam at the time of extraction is uniform regardless of the extraction energy, and various beam parameters such as the orbital gradient of the extraction beam and the extraction efficiency can be made constant. Since the beam state at the time of extraction is the same regardless of the extraction energy, the setting conditions of the electromagnet at the time of extraction can be unified, and the accelerator control can be simplified and stabilized. Moreover, the change of the emitted energy can be simplified.

【0012】第二の手段によれば、出射エネルギによら
ず加速終了時のビームの状態が揃うので、取り出しビー
ムの軌道勾配,出射効率等各種ビームパラメータを一定
にすることができる。それによって、加速器制御の簡単
化,安定化及び出射エネルギの変更の簡略化を実現でき
る。また、第二の手段では、エミッタンス調節のための
時間を必要としないため、運転効率が向上する。
According to the second means, the state of the beam at the end of acceleration is aligned regardless of the extraction energy, so that various beam parameters such as the orbit gradient of the extraction beam and the extraction efficiency can be made constant. Thereby, simplification and stabilization of the accelerator control and simplification of change of the emitted energy can be realized. In addition, the second means does not require time for adjusting emittance, so that the operation efficiency is improved.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は本発明の円形加速器の運転方法の概
要を示したフローチャートである。本発明の特徴は、ビ
ームの加速と取り出しの間にエミッタンス調節をすると
ころにある。
FIG. 1 is a flow chart showing the outline of the method of operating the circular accelerator according to the present invention. A feature of the present invention is that the emittance is adjusted during the acceleration and extraction of the beam.

【0015】先ず、本発明の第一の実施例である、加速
を終了してからエミッタンスを調節する円形加速器運転
方法を図9を用いて説明する。
First, a first embodiment of the present invention, that is, a method of operating a circular accelerator for adjusting emittance after finishing acceleration will be described with reference to FIG.

【0016】図9は加速したビームを3次共鳴と呼ばれ
る共鳴を利用して出射する円形加速器で、本発明の概要
を示す図である。円形加速器は、偏向電磁石1と収束力
又は発散力を持つ四極電磁石2,3,高周波加速空胴
4,共鳴励起用多極電磁石5,出射用デフレクタ8等か
ら構成されている。座標系はビーム周回方向をs,水平
方向をx(外側を正とする),垂直方向をyとする。ビ
ームは、周回軌道である中心軌道14の周囲をベータト
ロン振動しながら周回する。
FIG. 9 is a diagram showing the outline of the present invention, which is a circular accelerator for emitting an accelerated beam by utilizing resonance called third-order resonance. The circular accelerator comprises a deflection electromagnet 1, a quadrupole electromagnet 2 having a converging force or a diverging force, a high frequency accelerating cavity 4, a multipole electromagnet for resonance excitation 5, a deflector 8 for emission, and the like. In the coordinate system, the beam circulation direction is s, the horizontal direction is x (the outside is positive), and the vertical direction is y. The beam revolves around the central orbit 14, which is a revolving orbit, with betatron oscillation.

【0017】図5は本実施例の円形加速器の運転の手順
を示したフローチャートである。以下この流れに添って
説明する。
FIG. 5 is a flow chart showing the operating procedure of the circular accelerator of this embodiment. A description will be given below according to this flow.

【0018】前段加速器からの荷電粒子ビームは、入射
装置を通じて円形加速器に入射される。入射されたビー
ムの軌道は偏向電磁石によって円形に保たれ、周回毎に
高周波加速空胴4を通過し、その度に加速される。図2
の23aはビームの運動エネルギがE0まで加速された
ときの粒子の分布を示し、23bはビームの運動エネル
ギが出射エネルギであるE1(E1>E0)まで加速さ
れたときの粒子の分布を示す。この図は横軸はビーム中
の粒子の周回毎の水平方向位置x,縦軸は水平方向軌道
勾配x′=dx/dsの関係を表しており、位相空間と
呼ばれる。粒子の分布する範囲の位相空間上での面積を
エミッタンスと呼び、円形加速器内のどの部分において
も同じ値である。エミッタンスは加速と共にビームの運
動量に反比例して小さくなる。従って、出射エネルギま
で加速されたビームのエミッタンスは、出射エネルギが
高いほど小さくなる。ビームの運動エネルギがE0の時
のエミッタンスをε0,E1の時のエミッタンスをε1
(ε1<ε0)とする。
The charged particle beam from the pre-stage accelerator is incident on the circular accelerator through the injector. The trajectory of the incident beam is kept circular by a deflection electromagnet, passes through the high-frequency accelerating cavity 4 every revolution, and is accelerated each time. FIG.
23a shows the distribution of particles when the kinetic energy of the beam is accelerated to E0, and 23b shows the distribution of particles when the kinetic energy of the beam is accelerated to E1 (E1> E0) which is the emission energy. In this figure, the horizontal axis represents the horizontal position x of each particle in the beam in the horizontal direction, and the vertical axis represents the horizontal trajectory gradient x ′ = dx / ds, which is called a phase space. The area in the phase space in which the particles are distributed is called the emittance and has the same value in any part of the circular accelerator. The emittance decreases in inverse proportion to the momentum of the beam with acceleration. Therefore, the emittance of the beam accelerated to the extraction energy becomes smaller as the extraction energy becomes higher. The emittance when the kinetic energy of the beam is E0 is ε0, and the emittance when it is E1 is ε1.
(Ε1 <ε0).

【0019】出射エネルギE1まで加速を終えると、四
極電磁石2及び3を調整して水平方向チューンを5/3
に近付け、1.67 に設定する。次に、高周波電場印加
用電極6を使って、粒子のベータトロン振動の周期に同
期する周波数成分を含む高周波電場をビームの水平方向
に印加する。すると、粒子は徐々にベータトロン振動振
幅が大きくなり、エミッタンスが増大する。高周波電場
の強度は、出射開始までの時間Tの間にエミッタンスを
ε0に増加させる強度に調整する。図6に本実施例によ
る加速器運転時の高周波電場印加用電極の強度の時間変
化の一例を偏向電磁石の磁場強度の時間変化と並べて示
す。
After the acceleration to the emission energy E1, the quadrupole electromagnets 2 and 3 are adjusted to adjust the horizontal tune to 5/3.
Close to and set to 1.67. Next, using the high-frequency electric field applying electrode 6, a high-frequency electric field containing a frequency component synchronized with the period of betatron oscillation of particles is applied in the horizontal direction of the beam. Then, the particles gradually increase in betatron oscillation amplitude and emittance increases. The intensity of the high frequency electric field is adjusted to the intensity that increases the emittance to ε0 during the time T until the start of emission. FIG. 6 shows an example of temporal changes in the strength of the high-frequency electric field applying electrode during operation of the accelerator according to the present embodiment, along with temporal changes in the magnetic field strength of the deflection electromagnet.

【0020】共鳴励起用多極電磁石5(本実施例では六
極電磁石)を励磁すると、ベータトロン振動振幅の大き
な粒子に3次共鳴が励起される。出射用デフレクタ8が
設置されている位置における、位相空間上のビーム中の
粒子の周回毎の軌跡を図3に示す。図3中の斜線を施し
た三角形の領域23aは、エミッタンスがε0の場合の
位相空間における荷電粒子の範囲、領域23bは、エミ
ッタンスがε1の場合の範囲を表す。また三角形の枠線
は、位相空間における安定限界21を示す。図に示した
ように、安定限界の大きさが出射エネルギがE0の場合
の位相空間における荷電粒子の範囲に概ね一致するよう
に、六極電磁石の磁場強度を選定する。高周波電場を印
加したことによりエミッタンスはε0になっているの
で、ビームの範囲は図3の領域23aに一致する。
When the multipole electromagnet 5 for resonance excitation (a hexapole electromagnet in this embodiment) is excited, the third resonance is excited in particles having a large betatron oscillation amplitude. FIG. 3 shows trajectories of particles in the beam on the phase space for each orbit at a position where the deflector 8 for emission is installed. A shaded triangular region 23a in FIG. 3 represents the range of charged particles in the phase space when the emittance is ε0, and a region 23b represents the range when the emittance is ε1. The triangular frame line indicates the stability limit 21 in the phase space. As shown in the figure, the magnetic field strength of the sextupole electromagnet is selected so that the size of the stability limit substantially matches the range of the charged particles in the phase space when the output energy is E0. Since the emittance is ε0 due to the application of the high frequency electric field, the range of the beam coincides with the region 23a of FIG.

【0021】続いて、高周波電場を印加し、荷電粒子の
振幅を徐々に増大させる。安定限界より外側、即ち、ベ
ータトロン振動振幅が安定限界より大きな粒子は、共鳴
により一周毎に振動振幅が急激に増加する。図3の安定
限界の外側に描いた点は、安定限界を越えた場合に粒子
が描く軌跡を表し、点の傍に付けた番号は周回数を示し
ている。ビームが安定限界から外へ出ていく割合は高周
波電場の強度に依存しているので、高周波電場の強度
は、出射開始から出射終了までの時間Teの間に必要量
のビームを取り出すように調節する。
Subsequently, a high frequency electric field is applied to gradually increase the amplitude of the charged particles. Particles that are outside the stability limit, that is, whose betatron oscillation amplitude is larger than the stability limit, have a sharp increase in the oscillation amplitude every revolution due to resonance. The points drawn outside the stability limit in FIG. 3 represent the trajectory drawn by the particles when the stability limit is exceeded, and the numbers beside the points indicate the number of turns. The rate at which the beam moves out of the stability limit depends on the intensity of the high-frequency electric field, so the intensity of the high-frequency electric field is adjusted so that the required amount of beam is extracted during the time Te from the start to the end of extraction. To do.

【0022】図3の30(内側を30i,外側を30o
で示す)は、図1の出射用デフレクタ8の電極を示して
おり、電極30に衝突する粒子は失われ、電極30の間
の領域に入った粒子は円形加速器の外へ取り出される。
六極電磁石及び出射用デフレクタの強度を荷電粒子の運
動量に比例させることで、出射ビームのエミッタンス,
取り出し効率の他、各種ビームパラメータが出射エネル
ギがE0の時の出射ビームに一致する。
30 in FIG. 3 (30i on the inner side and 30o on the outer side)
Indicates an electrode of the deflector 8 for emission of FIG. 1, particles colliding with the electrode 30 are lost, and particles entering the region between the electrodes 30 are taken out of the circular accelerator.
By making the intensity of the sextupole magnet and the deflector for extraction to be proportional to the momentum of the charged particles,
In addition to the extraction efficiency, various beam parameters match the output beam when the output energy is E0.

【0023】また、取り出す荷電粒子の種類を変更する
場合も、エミッタンスをε0に揃え、出射用デフレクタ
の強度を調節することで、出射ビームのエミッタンス,
取り出し効率の他、各種ビームパラメータが出射エネル
ギ,粒子の種類によらず一定になる。
Also when changing the type of charged particles to be taken out, the emittance of the outgoing beam is adjusted by adjusting the emittance to ε0 and adjusting the intensity of the outgoing deflector.
In addition to extraction efficiency, various beam parameters are constant regardless of emission energy and particle type.

【0024】本実施例は、同様の方法で、3次共鳴以外
の共鳴を使ったビームの取り出しにも適用できる。
This embodiment can be applied to beam extraction using resonance other than the third resonance in the same manner.

【0025】また、エミッタンス調節用と出射用との2
種類の高周波電場印加用電極を備えることで、周波数の
選択及び高周波電場強度の調節をそれぞれ独立に制御で
き、制御を簡易化することができる。
[0025] Further, there are two for adjusting emittance and for emitting.
By providing different types of high-frequency electric field applying electrodes, frequency selection and high-frequency electric field strength adjustment can be controlled independently, and control can be simplified.

【0026】次に、ビームを加速しながらエミッタンス
を調節する本発明の第二の実施例を、図9を使って説明
する。図7は、本実施例の円形加速器の運転の手順を示
したフローチャートである。以下この流れに添って説明
する。
Next, a second embodiment of the present invention for adjusting the emittance while accelerating the beam will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flow chart showing the procedure for operating the circular accelerator of this embodiment. A description will be given below according to this flow.

【0027】前段加速器からの荷電粒子ビームは、入射
装置を通じて円形加速器に入射される。入射されたビー
ムの軌道は偏向電磁石によって円形に保たれる。周回毎
に高周波加速空胴4を通過し、その度に加速される。
The charged particle beam from the pre-stage accelerator is incident on the circular accelerator through the injector. The trajectory of the incident beam is kept circular by the bending electromagnet. It passes through the high-frequency acceleration cavity 4 every lap and is accelerated each time.

【0028】ビームのエネルギがE0まで達した時、エ
ミッタンスはε0である。ここで高周波電場印加用電極
6を使って、粒子のベータトロン振動の周期に同期する
周波数成分を含む高周波電場をビームの水平方向に印加
し始める。エネルギが出射エネルギE1になるまで、加
速を続けながら高周波電場を印加し続ける。このとき、
ビームのエネルギが増加して周回周波数が高くなるにつ
れて、高周波電場の周波数を高くする。また、高周波電
場の強度は、加速につれてビームの運動量が増加する割
合に合わせることで、ビームのエミッタンスをエネルギ
がE0になった時から加速終了まで概ね一定に保つ。図
8に本実施例による高周波電場印加用電極の強度の時間
変化の一例を偏向電磁石の磁場強度の時間変化と並べて
示す。
When the beam energy reaches E0, the emittance is ε0. Here, the high-frequency electric field applying electrode 6 is used to start applying a high-frequency electric field including a frequency component synchronized with the period of betatron oscillation of particles in the horizontal direction of the beam. The high frequency electric field is continuously applied while continuing the acceleration until the energy reaches the emission energy E1. At this time,
As the energy of the beam increases and the orbital frequency increases, the frequency of the high frequency electric field increases. The intensity of the high-frequency electric field is adjusted to the rate at which the momentum of the beam increases with acceleration, so that the emittance of the beam is kept substantially constant from when the energy reaches E0 to the end of acceleration. FIG. 8 shows an example of the temporal change in the strength of the high-frequency electric field applying electrode according to this example, along with the temporal change in the magnetic field strength of the deflection electromagnet.

【0029】出射エネルギE1まで加速を終えた時、ビ
ームのエミッタンスはε0のままである。次に四極電磁
石2及び3の強度を調節してチューンを1.503 に設
定し、共鳴励起用多極電磁石5(本実施例では八極電磁
石)を励磁すると、ベータトロン振動振幅の大きな粒子
に2次共鳴が励起される。位相空間上のビーム中の粒子
の周回毎の軌跡を図4に示す。図4中の斜線を施した丸
い領域23aは、位相空間における荷電粒子の範囲を表
し、枠線は位相空間における安定限界21を示す。八極
電磁石の磁場強度は、安定限界の大きさがビームのエミ
ッタンスε0程度になるように選定する。
When the acceleration is completed up to the emission energy E1, the emittance of the beam remains ε0. Next, when the tune is set to 1.503 by adjusting the strength of the quadrupole electromagnets 2 and 3 and the multipole electromagnet 5 for resonance excitation (the octupole electromagnet in this embodiment) is excited, particles having a large betatron oscillation amplitude are formed. The secondary resonance is excited. FIG. 4 shows trajectories of particles in the beam on the phase space for each orbit. The hatched circular region 23a in FIG. 4 represents the range of charged particles in the phase space, and the frame line indicates the stability limit 21 in the phase space. The magnetic field strength of the octupole electromagnet is selected so that the size of the stability limit is about the emittance ε0 of the beam.

【0030】八極電磁石を励磁した後、四極電磁石2及
び3の強度を調節してチューンを徐々に3/2に近付け
る。安定限界の大きさは、チューンの共鳴点(3/2)
からの偏差が小さくなるに従って小さくなり、周回中の
荷電粒子のうちベータトロン振動振幅が大きな荷電粒子
から順に安定限界を越えさせる。安定限界を越えた荷電
粒子は、安定限界から伸びる2本の曲線に添った軌跡を
描きながら急激に振幅を増大する。図4の安定限界の外
側に描いた点は、安定限界を越えた場合に粒子が描く軌
跡を表し、点の傍に付けた番号は周回数を示している。
ビームが安定限界から外へ出ていく割合はチューンを変
化させる速さに依存している。出射開始から出射終了ま
での時間Teの間に必要量のビームを取り出すように四
極電磁石の磁場強度の変化率を調節する。安定限界の大
きさの変化による出射粒子の軌道勾配の時間変化は、出
射用デフレクタ及び輸送系の電磁石の強度の時間的制御
によって補償する。
After exciting the octupole electromagnet, the strength of the quadrupole electromagnets 2 and 3 is adjusted to gradually bring the tune closer to 3/2. The size of the stability limit is the resonance point of the tune (3/2)
The smaller the deviation from, the smaller the deviation becomes, and the stability limit is exceeded in order from the charged particles having a large betatron oscillation amplitude among the charged particles in the orbit. A charged particle exceeding the stability limit drastically increases its amplitude while drawing a locus along two curves extending from the stability limit. The points drawn outside the stability limit in FIG. 4 represent the trajectories of particles when the stability limit is exceeded, and the numbers beside the points indicate the number of turns.
The rate at which the beam moves out of the stability limit depends on the speed at which the tune is changed. The rate of change of the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet is adjusted so that a required amount of beam is extracted during the time Te from the start of extraction to the end of extraction. The temporal change of the orbit gradient of the outgoing particles due to the change of the size of the stability limit is compensated by the temporal control of the strength of the outgoing deflector and the electromagnet of the transport system.

【0031】八極電磁石の強度と、四極電磁石及び出射
用デフレクタの強度変化のパターンを荷電粒子の運動量
に比例させることで、出射ビームのエミッタンス,取り
出し効率の他、各種ビームパラメータが出射エネルギが
E0の時の出射ビームに一致する。
By making the intensity change pattern of the octupole electromagnet and the intensity change of the quadrupole electromagnet and the deflector for extraction proportional to the momentum of the charged particles, in addition to the emittance of the emitted beam and the extraction efficiency, various beam parameters have the emission energy E0. It corresponds to the outgoing beam at.

【0032】また、取り出す荷電粒子の種類を変更する
場合も、エミッタンスをε0に揃え、出射用デフレクタ
の強度を調節することで、出射ビームのエミッタンス,
取り出し効率の他、各種ビームパラメータが出射エネル
ギ,粒子の種類によらず一定になる。
Also when changing the type of charged particles to be extracted, the emittance of the outgoing beam can be adjusted by adjusting the emittance to ε0 and adjusting the intensity of the outgoing deflector.
In addition to extraction efficiency, various beam parameters are constant regardless of emission energy and particle type.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば、出射エネルギによらず
取り出しビームの軌道勾配,出射効率を一定にすること
ができる。出射エネルギによらず出射時のビームの状態
が同一なので、出射時の電磁石の設定条件を統一するこ
とができ、加速器制御の簡単化及び安定化を実現でき
る。また、出射エネルギの変更を簡略化できる。
According to the present invention, the orbital gradient and extraction efficiency of the extraction beam can be made constant regardless of the extraction energy. Since the beam state at the time of extraction is the same regardless of the extraction energy, the setting conditions of the electromagnet at the time of extraction can be unified, and the accelerator control can be simplified and stabilized. Moreover, the change of the emitted energy can be simplified.

【0034】また、加速終了時のエミッタンスが常に一
定の場合、エミッタンス調節のための時間を必要としな
いため、運転効率が向上する。
Further, when the emittance at the end of acceleration is always constant, the time for adjusting the emittance is not required, so that the operating efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の円形加速器運転方法を
示すフローチャート。
FIG. 1 is a flowchart showing a method for operating a circular accelerator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】加速終了後の位相空間におけるビームの範囲を
示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a range of a beam in a phase space after completion of acceleration.

【図3】実施例1での位相空間における安定限界と荷電
粒子の周回毎の位置を示した説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a stability limit in a phase space and a position of charged particles in each orbit according to the first embodiment.

【図4】実施例2での位相空間における安定限界と荷電
粒子の周回毎の位置を示した説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a stability limit in a phase space and a position of charged particles in each orbit in Example 2;

【図5】実施例1での円形加速器運転方法を示すフロー
チャート。
FIG. 5 is a flowchart showing a method for operating a circular accelerator according to the first embodiment.

【図6】実施例1での高周波電場印加用電極の強度の時
間変化を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change over time in the strength of the high-frequency electric field applying electrode in Example 1.

【図7】実施例2での円形加速器運転方法を示すフロー
チャート。
FIG. 7 is a flowchart showing a method for operating a circular accelerator according to a second embodiment.

【図8】実施例2での高周波電場印加用電極の強度の時
間変化を示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change over time in the strength of the high-frequency electric field applying electrode in Example 2.

【図9】本発明の実施例の円形加速器の構成を示す説明
図。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a circular accelerator according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…偏向電磁石、2…収束用四極電磁石、3…発散用四
極電磁石、4…高周波加速空胴、5…共鳴励起用多極電
磁石、6…高周波電場印加用電極、8…出射用デフレク
タ、9…入射装置、10…ビーム、11…ビーム輸送
系、12…前段加速器、13…荷電粒子ビーム、14…
中心軌道、21…安定限界、23…ビームの範囲、30
…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bending electromagnet, 2 ... Focusing quadrupole electromagnet, 3 ... Divergence quadrupole electromagnet, 4 ... High frequency acceleration cavity, 5 ... Resonance excitation multipolar electromagnet, 6 ... High frequency electric field applying electrode, 8 ... Ejecting deflector, 9 ... Injector, 10 ... Beam, 11 ... Beam transport system, 12 ... Pre-accelerator, 13 ... Charged particle beam, 14 ...
Central orbit, 21 ... Stable limit, 23 ... Beam range, 30
…electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】荷電粒子ビームを円形加速器で加速して取
り出すビーム取り出し方法において、 前記荷電粒子ビームの取り出し開始前にエミッタンスを
増加させることを特徴とする荷電粒子ビームの取り出し
方法。
1. A beam extraction method for accelerating and extracting a charged particle beam with a circular accelerator, wherein the emittance is increased before starting extraction of the charged particle beam.
【請求項2】荷電粒子ビームを円形加速器で加速して取
り出すビーム取り出し方法において、 前記荷電粒子ビームの取り出し開始時の水平方向又は垂
直方向のエミッタンスを、ビームのエネルギによらず概
ね一定にすることを特徴とする荷電粒子ビームの取り出
し方法。
2. A beam extraction method for accelerating and extracting a charged particle beam with a circular accelerator, wherein the emittance in the horizontal direction or the vertical direction at the start of extraction of the charged particle beam is made substantially constant regardless of the energy of the beam. And a method for extracting a charged particle beam.
【請求項3】荷電粒子ビームを円形加速器で加速して取
り出すビーム取り出し方法において、 加速開始時又は加速の途中から加速終了までの間、水平
方向又は垂直方向のエミッタンスを概ね一定に保つこと
を特徴とする荷電粒子ビームの取り出し方法。
3. A beam extraction method for extracting a charged particle beam by accelerating it with a circular accelerator, wherein the emittance in the horizontal or vertical direction is kept substantially constant at the start of acceleration or during the middle of acceleration to the end of acceleration. The extraction method of the charged particle beam.
JP18881495A 1995-07-25 1995-07-25 Take-out method for charged particle beam Pending JPH0935899A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011019036A1 (en) 2009-08-11 2011-02-17 国立大学法人群馬大学 Method for extracting a charged particle beam using pulse voltage
JP2015088373A (en) * 2013-10-31 2015-05-07 株式会社東芝 Heavy particle beam therapy device and synchrotron accelerator

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