JPS60501979A - Particle beam acceleration method and its equipment - Google Patents
Particle beam acceleration method and its equipmentInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 粒子ビーム加速法及びその装置 技術分野 本発明は一般的に粒子加速法及びその装置に関し、より具体的に述べると高温か つ限定的な空間領域において、利用可能な入力電力が限定されている状況のもと で遠距離下の作業に用いられる、非常に安定かつ狭いスはクトルの電子ビームを 与え得る進行波共鳴リング加速器システム(travθlling wave resonant ring accelerator Il17Btem)に 関する。[Detailed description of the invention] Particle beam acceleration method and its equipment Technical field TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to particle acceleration methods and apparatus, and more specifically to high temperature In a situation where the available input power is limited in a limited spatial area. A very stable and narrow space is used for long-distance work. A traveling wave resonant ring accelerator system that can provide resonant ring accelerator Il17Btem) related.
背景技術 進行波線型加速器は過去にも開示されているが、線型加速器の出力から帰還され る残余のRF(ラジオ周波数)電力が、 RFブリッジを用いたRF電力源から の入力と適当な位相関係をもって結合される。適当な位相茶汁のもとで加速器に 入るこのRF定電力帰還ループ内における全減衰量とRFブリッジ比とに依存す る因子の分だけ、電力源から利用可能な電力を超える程に増大される可能性があ る。このようなシステムはR,B、Rシャービー・バービー及びり、B、マレッ ト著の「RF電力帰還のある進行波線型加速器及び磁場の存在下におけるガスに よるRF吸収」と題する物理学会誌記事(270ないし271は−ジ、1949 年2月6日号)並びにP、M、ラポストル及びA、L・セプテイア著の「線型加 速器」と題する文献(56ないし60は−ジ、ノース・ホランド出版社、アムス テルタム、1970年発行〕に開示されている。Background technology Traveling wave linear accelerators have been disclosed in the past, but the feedback from the output of the linear accelerator is The remaining RF (radio frequency) power is transferred from an RF power source using an RF bridge. is coupled with the input of the input signal with an appropriate phase relationship. into an accelerator under suitable phase tea Depends on the total attenuation and RF bridge ratio in this RF constant power feedback loop. may be increased to exceed the power available from the power source by a factor of Ru. Such systems include R, B, R Sherby Barbie, B, Mallet. "Traveling Wave Linear Accelerator with RF Power Feedback and Gas in the Presence of a Magnetic Field" by An article in the Journal of the Physical Society entitled ``RF absorption by (February 6 issue) and “Linear Calculation” by P. M. Lapostol and A. L. Septeia. 56-60, published by North Holland Publishing House, Ams. Tertam, published in 1970].
この帰還の用途に適した種々のR77972回路のうちには、同軸式かつ導波式 混成接合、短分岐カップラ、同軸式かつ導波式混成リング等があり、これらは各 々、下記の特定条件が満足されるべく配置された8端末回路として示すことがで きる。それらの条件とは、第1図に示すように、RFブリッジに四つの伝送線が 接続されていると仮定した場合、(a)アーム(1及び6)はアーム(2及び4 )がこれらの特性インピーダンスによって終端されるときは、ブリッジに独立に 整合されていること、(b)アーム(1)又はアーム(5)のいずれかに入力さ れた電力はアーム(2)及びアーム(4)内の負荷のみに伝送されるように、ア ーム(1)及びアーム■の間に高度の分離性(isolatj、on )が存す ること、(c)逆にアーム(2)(4)は、いずれかのアームに入った電力はア ーム(1)(3)内の負荷のみに与えられるように、相互に平衡化されているこ と、(d)ブリッジ内には電力カ1全く循環しないこと、である。Among the various R77972 circuits suitable for this feedback application are coaxial and waveguide types. There are hybrid junctions, short branch couplers, coaxial type and waveguide type hybrid rings, etc. can be shown as an 8-terminal circuit arranged so that the following specific conditions are satisfied: Wear. Those conditions are that the RF bridge has four transmission lines as shown in Figure 1. (a) Arms (1 and 6) are connected to arms (2 and 4). ) are terminated by these characteristic impedances, the bridge has independent (b) input to either arm (1) or arm (5); so that the power is transferred only to the loads in arm (2) and arm (4). There is a high degree of isolation (isolatj, on) between arm (1) and arm (c) Conversely, in arms (2) and (4), the power that enters either arm is be mutually balanced so that they are applied only to the loads in the systems (1) and (3). and (d) no power circulates within the bridge at all.
第2図にはこのRF帰還法の原理の典型的先行例が示されている。外部電力源か らの電力P1は加速器からの正しく位相整合された残余電力P3と結合される結 果、初期の過渡的ビルドアラ、プ期間経過後、加速器入力端にP2−(1+n) plなる定常的電力レベルで出現する。ブリッジ比nはその2ブリツジが結合を 予定しているRF定電力比として定義される。システムに電力源電力が印加され るとそれは初め加速器と負荷アームに分与される。加速器を一循環した後、ブリ ッジ比が1、帰還ループにおける損失が3dB、位相が整合状態にある場合、刀 o速器の入力は電力源電力の112.5%に増大するが、負荷に対する電力は電 力源電力の12.5%に減少する。この加速器入力電力は各再循環の度に増大( buil+d up)する。そして帰還ループを5回まわった後では入力電力は 電力源電力の194%(定常値の97%)に増大する。各RF通行時間は加速器 内の群速度により主に決定される。ビルドアップ過程が完了するとこの加速器入 力電力は電力源電力の2倍となるが、負荷アーム内の電力は第3図に示すように 零に減少される。ブリッジアーム(1及び3)が相互に共役である性質は、iビ ルドアップ過程の期間中でさえも外部R?電力源に対し一定のインピーダンスが 与えられることを確実ならしめるO RF再循環法の場合、加速器入力電力の安定性は帰還電力と電力源電力との間に 特定な位相関係を厳格に維持することに依存する。すなわち帰還ループの全体的 な電気的長さくelectrical length)は一定の「共鳴」値に維 持されなければならない。従って加速器構造体の温度変化又は正規動作周波数か らの偏位のいずれか己より起こされる、帰還ループにおける位相変化は加速器入 力電力に損失を起こすと共にビーム性能に変化を起こす。FIG. 2 shows a typical prior example of the principle of this RF feedback method. External power source? Their power P1 is combined with the properly phase-matched residual power P3 from the accelerator. As a result, after the initial transient buildup period, P2-(1+n) is applied to the accelerator input terminal. It appears at a steady power level of pl. The bridge ratio n is the connection between the two bridges. Defined as the scheduled RF constant power ratio. Power source power is applied to the system. It is then initially distributed to the accelerator and load arm. After one cycle through the accelerator, the If the edge ratio is 1, the loss in the feedback loop is 3 dB, and the phases are matched, then The input to the o speed generator increases to 112.5% of the source power, but the power to the load is Reduced to 12.5% of power source power. This accelerator input power increases with each recirculation ( build+d up). And after going around the feedback loop 5 times, the input power is Increases to 194% of power source power (97% of steady-state value). Each RF transit time is an accelerator is mainly determined by the group velocity within. Once the build-up process is complete, this accelerator The power output is twice the source power, but the power in the load arm is as shown in Figure 3. reduced to zero. The property that the bridge arms (1 and 3) are mutually conjugate is that External R even during the lead-up process? Constant impedance to the power source O makes sure that it will be given to you For the RF recirculation method, the stability of the accelerator input power is determined by the difference between the feedback power and the source power. It relies on strictly maintaining specific topological relationships. i.e. the overall feedback loop electrical length) is maintained at a constant “resonance” value. must be maintained. Therefore, temperature changes in the accelerator structure or the normal operating frequency The phase change in the feedback loop caused by any of the deviations from the This causes loss in power and changes in beam performance.
先行技術の加速器帰還例においては、帰還ループの位・相変化に帰因するR、F ビルドアップの損失が検出し得て、第2図に示すように加速器帰還ループ内に配 置された高電力R7位相シフタを調節することによって矯正しうるように、加速 器入力端における電力レベルが監視された。In prior art accelerator feedback examples, R, F due to phase changes in the feedback loop Build-up losses can be detected and placed in the accelerator feedback loop as shown in Figure 2. The acceleration can be corrected by adjusting the high power R7 phase shifter placed The power level at the instrument input was monitored.
温度もしくは加速器導波管の周波数依存性位相変化を補償することによってこの 外部的位相シフタの調節が帰還路の全電気的長さを正規共鳴値に維持し得るにも 拘らず、導波管内の加速P電磁場と電子ビームとの間の位相ずれ(pha sθ 5lip)誤差は矯正されないで残された、ということに注目されたい。This can be achieved by compensating for temperature- or frequency-dependent phase changes in the accelerator waveguide. Adjustment of the external phase shifter may also maintain the total electrical length of the return path at the normal resonance value. Regardless, the phase shift between the accelerating P electromagnetic field in the waveguide and the electron beam (pha sθ Note that the error was left uncorrected.
進行波共鳴リング加速器は、メガボルト級の放射線治療用に特に開発された最初 の線型加速システムが医療業務に投入された1950年代初期に商業用として成 功裏に実証された。これらの初期の加速器は2Mvの戦時に開発サレタレーダー ・マグネトロンによりエネルギーを与えられ、患者を配置する手順を著しく簡単 化するため、かつ精確さを増すため、加速器は共心的に配置された(P。Traveling wave resonant ring accelerators are the first developed specifically for megavoltage radiation therapy. Commercial use began in the early 1950s when linear acceleration systems were introduced into medical practice. successfully proven. These early accelerators were the 2Mv wartime development Sareta radar. Energized by a magnetron, which greatly simplifies the patient positioning procedure The accelerators were placed concentrically (P.
ハワード・フランダース及びG、R,ニューベリー、1950年、英国放射線治 療学会誌第23巻355ページ〕。患者の周りに加速器を回転させることはこの 共心的配置の三軸条件の一つであり、マグネトロン周波数の安定性に限界があっ たので、初期の放射線治療加速器は、RF帰還法の場合の優秀な候補であること が証明された。それは、この加速器の導波管の感度と長さは一層小形で取扱い易 いシステムを与えるべく小さくしても依然として4 Mevに負荷されたビーム エネルギーを所望通り達成できたからである。同調可能なマグネトロンの出現、 AFC(自動周波数制御)、及びビーム屈曲技術の使用、及びその後に開発され た新しい設計の進行波構造体の出現により、■帰還はもはや小型の放射線治療加 速器の構成に必要でなくなった(J、ハイムソン及びC,J、カルラマーク、1 963年、英国放射線治療学会誌第36巻429ページ)。Howard Flanders and G. R. Newbury, 1950, British Radiology. Journal of the Medical Society, Volume 23, page 355]. Rotating the accelerator around the patient does this This is one of the three-axis conditions for concentric arrangement, and there is a limit to the stability of the magnetron frequency. Therefore, early radiation therapy accelerators are excellent candidates for RF feedback methods. has been proven. That is, the sensitivity and length of the waveguide of this accelerator are smaller and easier to handle. Even if it is made smaller to give a better system, the beam is still loaded with 4 Mev. This is because the desired energy was achieved. The advent of tunable magnetrons, The use of AFC (Automatic Frequency Control), and beam bending techniques, and subsequently developed With the advent of new designs of traveling wave structures, ■ return is no longer limited to compact radiotherapy treatments. No longer necessary for the construction of speed devices (J, Heimson and C, J, Carlamark, 1 (963, British Journal of Radiotherapy, Vol. 36, p. 429).
治療の用途とは別に、小型の線型加速システムは限定された空間領域でメガボル ト級の放射線ビームを発生させかつ使用する必要のある工業的ラジオグラフィー その他の特別用途に効果的に利用できる。このような特別の用途の一つに、地層 形成層の計測(1ogging)がある。この場合、耐温度対策を受けた線型加 速器システムがポーリング孔内に垂下され、放射線を発生するための安定な高エ ネルギー電子ビームを発生するのに使用される。このビームの相互作用効果がポ ーリング孔のあけられた地層の形成成分とその特性を決定すべく解析できる。Apart from therapeutic applications, compact linear acceleration systems can generate megavoltages in limited spatial regions. Industrial radiography that requires the generation and use of high-grade radiation beams It can be effectively used for other special purposes. One such special application is geological formations. There is measurement of the cambium layer (1ogging). In this case, linear machining with temperature resistance measures is required. The detector system is suspended within the polling hole and provides a stable high energy source to generate radiation. used to generate energetic electron beams. This beam interaction effect is It can be analyzed to determine the formation components and properties of the strata in which the ring holes were drilled.
井戸の計測用途では電子線型加速器の設計に厳しい制限が課される。これらの制 限は加速器装置を収納する圧力容器の横方向寸法が小さいこと(代表的な例とし て5インチ未満)、ポーリング孔計測ケーブルが長いことによる利用可能な電力 が低いこと(代表的な例で゛はIKW未満9、及び運転期間中に相遇する温度が 高いこと(100℃ないし200℃等)、のために起こる制限である。先行技術 の線型加速器の例と比較すると、これらの設計上の制限は独特であって加速器シ ステムは約20.000フイート(6,100m)にも及ぶ距離から運転できる 必要があることを併せて考慮しなげればならない。Well measurement applications place severe limitations on the design of electron linear accelerators. these rules The limitation is that the lateral dimension of the pressure vessel housing the accelerator device is small (a typical example is (less than 5 inches), available power due to long polling hole measurement cables is low (typically less than IKW9) and the temperatures encountered during operation are low. This limitation occurs due to the high temperature (100°C to 200°C, etc.). prior art Compared to the linear accelerator example, these design limitations are unique and The stem can be driven from distances up to approximately 20,000 feet (6,100 meters). The necessity must also be taken into consideration.
ポーリング孔線型加速器システムの設計上の制約は必然的に厳しいものであるが 、出力放射線強度及びエネルギーは現在の計測業務に使用されている化学的放射 線源の強度・エネルギーより実質的に大きくできる。従って標準的なセシウム井 戸計測放射線源と比較して数オーダー大きい放射線出力を有し、メガボルト領域 の平均エネルギー及びピーク光子エネルギーを備えたポーリング孔線型加速器に よって、一層大きな統計的精度のある測定及び一層深い調査がポーリング孔周辺 の地層について可能となる。さらに高い安定性と精度高く再現しうる電子エネル ギー特性と低い電磁的干渉とは、より簡単でかつより精確な測定解析技術を実現 可能ならしめる好ましい付加的特性である。Although the design constraints of Pauling hole linear accelerator systems are necessarily severe, , the output radiation intensity and energy are the same as the chemical radiation used in current measurement practices. The intensity and energy can be substantially greater than that of the radiation source. Therefore standard cesium well It has a radiation output several orders of magnitude higher than that of a door-to-door measurement radiation source, and is in the megavolt region. in a Pauling hole linear accelerator with an average energy and a peak photon energy of Therefore, measurements with greater statistical precision and deeper investigations are needed around the polling holes. This is possible for geological strata. Electronic energy that can be reproduced with even higher stability and precision high energy characteristics and low electromagnetic interference enable easier and more accurate measurement and analysis techniques This is a desirable additional feature that makes it possible.
1記の制約を克服しようとする試みは、J、グリーンの「地質学的形成組成分の 比較計測」と題する1962年10月30日付米国特許第4061.725号及 びR,タルコツトの「連続エネルギースズクトルの陽子源を使用した井戸計測法 及び装置」と題する1976年8月24日付米国特許第4976.879号に記 載されている。ポーリング孔内における極端な温度のため、これら線型加速器の 性能を安定させるための冷却システム及び制御システムの設計がなされている。Attempts to overcome the constraints listed in section 1 are based on J. Green's “Geological Formation Composition No. 4,061.725, dated October 30, 1962, entitled "Comparative Measurements"; ``Well measurement method using a continuous energy tin-cuttle proton source'' by R. Tarkosto. No. 4,976.879, dated Aug. 24, 1976, entitled It is listed. Due to the extreme temperatures in the polling holes, these linear accelerators Cooling and control systems are designed to stabilize performance.
「線量荷電粒子加速器を使用する小凰照射装置」と題するG、アザム他に対する 1979年8月7日付は米国特許第4,163,901号は加速器の・・ウジン グ内に設けた行定の冷却システム、特に当該開示のされた線型加速器用のマグネ トロンP、F電力源を冷却するシステムを開示している。R,タルコツト他の「 線型粒子加速器を含む井戸計測ゾンデ」と題する1978年6月6日付米国特許 第A、093,854号は、マグネトロン発振器により励起される、かつ那速器 温反変化を感知して温度変化に帰因する加速器導波管寸法の変化を補償すべくマ グネトロン周波数を調節する、装置が具備されている定在波型粒子線型加速器を 開示している。この特許はまた加速器内のマイクロウェーブ部の振幅の変化を感 知して、共鳴時に予期される最大振幅値を表わす基準値に当該加速電磁場が維持 されるようにマイクロウェーブ発生器の周波数を制御するための装置を開示して いる。アザム他及びクルコツト他の線型加速器は複雑にして敏感な測定装置及び 制御装置を与えて初めて有用なビームが得られることが注目される。To G. Azam et al. entitled “Small irradiation device using a dose charged particle accelerator” U.S. Patent No. 4,163,901, dated August 7, 1979, is an accelerator... The cooling system installed in the system, especially the magnet for the linear accelerator disclosed in A system for cooling a Tron P,F power source is disclosed. R. Tarcott et al. U.S. Patent dated June 6, 1978 entitled "Well Measurement Sonde Including a Linear Particle Accelerator" No. A, 093,854 is excited by a magnetron oscillator and To sense the temperature change and compensate for the change in the accelerator waveguide dimensions due to the temperature change, A standing wave particle linear accelerator equipped with a device that adjusts the gnetron frequency. Disclosed. This patent also detects changes in the amplitude of the microwave section within the accelerator. knowing that the accelerating electromagnetic field is maintained at a reference value representing the maximum amplitude expected at resonance. Discloses an apparatus for controlling the frequency of a microwave generator such that There is. The linear accelerators of Azam et al. and Kurkott et al. It is noted that a useful beam is obtained only when a control device is provided.
制御が必要であるにも拘らず、これら最後に述べた二つの特許はEMI (電磁 的干渉)の問題に触れていない。Despite the need for control, these last two patents The issue of personal interference) is not touched upon.
小さな直径の円筒状ハウジングから(る幾何的制約が、ポーリング孔線型加速器 に独特の、かつ潜在的に重大なEMI問題を提起する。その理由は、数メガワッ トのピーク電力レベルでパルス入力される変調器成分の近辺で比較的に敏感なエ レクトロニクスを低レベルで作動させる必要があるからである。したがって、ノ ルス形成回路(PFN)及び高電圧スイッチに沿って配される接続ケーブル(電 力供給源と、タイばング、保護、診断、及び検出機能部を制御している回路との 間の接続ケーブル)は放射された電磁場により誘起された電導線上のノイズの影 響を受ける。この結合ノイズは、パルス入力された、上昇時間の短い高電力スイ ッチ管の付近において大きな問題となる。変調器の技術でよく知られているよう に、高電圧スイッチ管はパルス形成回路(PFN)内に蓄えられたエネルギーを 急速に逓昇変圧器に伝送することによってRFF生器及び加速置針の陰極に高電 圧ビデオパルスを印加できる。例えばポーリング孔加速器の変調器の一実施例に おいては500アンはアのパルス電流カハルス変圧器の一次巻線を数マイクロ秒 の間通過するようにスイッチを入れられる。Due to the geometric constraints of the small diameter cylindrical housing, the Pauling hole linear accelerator poses unique and potentially significant EMI problems. The reason is that several megawatts relatively sensitive effects near the modulator components that are pulsed at peak power levels. This is because the lectronics need to operate at low levels. Therefore, no Connection cables (power between the power source and the circuitry controlling the tying, protection, diagnostic, and detection functions. (connecting cables between the Receive the sound. This coupled noise is caused by pulsed, short rise time, high power switches. This becomes a big problem near the switch pipe. It is best known for its modulator technology. In this case, the high voltage switch tube transfers the energy stored in the pulse forming circuit (PFN). A high voltage is applied to the cathode of the RFF generator and the acceleration pointer by rapidly transmitting it to the step-up transformer. A pressure video pulse can be applied. For example, in an example of a modulator for a Pauling hole accelerator. In this case, the pulse current of 500 am is applied to the primary winding of the Cajalus transformer for several microseconds. can be switched on to pass between.
低い利用電力、横方向寸法の制限、高い作動温度、及びEMIの問題に関して、 本出願人は非常に安定な加速形式及びそれを利用する方法が簡単なシステムであ って、メガボルト級の粒子ビームが、長さの短い、かつ小直径の加速器で達成で き、さらにEMIがなく、マイクロウェーブ部の温度を感知する必要もな(、可 動部分もなく、制限された入力電力で済む、広範な温度範囲にわたり一部エネル ギーの粒子を発生するシステムを見出した。この装置及び方法はRFF力源又は 加速器構造体を冷却することなく、又加速器導波管の周囲にビーム収束用ンレノ イドを設ける必要もな(、達成できる。Regarding low power availability, limited lateral dimensions, high operating temperatures, and EMI issues, The applicant has proposed a very stable acceleration format and a simple system for using it. Therefore, megavolt-class particle beams can be achieved with short length and small diameter accelerators. Furthermore, there is no EMI and there is no need to sense the temperature of the microwave section (possible). Partial energy over a wide temperature range with no moving parts and limited input power discovered a system that generates energy particles. The apparatus and method can be applied to an RFF power source or There is no need to cool the accelerator structure, and there is no need to cool down the accelerator structure. There is no need to provide an ID (it can be achieved.
本発明の目的は、進行波共鳴リング装置を使用した非常に安定な加速粒子ビーム を維持する方法及び装置を与えることにあり、本方法では加速器に印加されるR Fエネルギーの一部が抽出され、最適なビーム性能を維持するある位相関係の下 で加速器に再印加されるように、RFブリッジを介して帰還される。The purpose of the present invention is to create a highly stable accelerated particle beam using a traveling wave resonant ring device. The object of the present invention is to provide a method and apparatus for maintaining R applied to an accelerator. A portion of the F energy is extracted under a certain phase relationship that maintains optimal beam performance. is fed back through the RF bridge to be reapplied to the accelerator at .
本発明のもう一つの目的は油田ポーリング孔内に適合する小型構造の前記方法及 び装置を達成することである。Another object of the present invention is to provide a compact structure suitable for use in oilfield polling holes. and equipment.
本発明のもう一つの目的はいかなる外部的冷却システムからも独立した自由浮遊 温度(free floatiry temperature )のもとで作動 するように構成された粒子加速器システムを用いたポーリング孔計測法及びその 装置を与えることである。Another object of the invention is to provide a free-floating system independent of any external cooling system. Operates under free floaty temperature Pauling hole measurement method using a particle accelerator system configured to It is to provide the equipment.
本発明のもう一つの目的は高電力のパルス装置に非常に接近させて配置された敏 感な回路及びケーブルに電磁的干渉を最小にしながらも本発明の主要な目的を達 成する方法及び装置を与えることにある。Another object of the present invention is to provide a sensitive The primary objective of the invention is achieved while minimizing electromagnetic interference in sensitive circuits and cables. The object of the present invention is to provide a method and apparatus for achieving this goal.
本発明のさらに別の目的は二つの相互接続されたモジュール内に加速器全体を詰 込む方法であって、この場合、高温の作業用に設計された耐湿、高電流高電圧用 の急速接続解除可能な、同軸的、しやへいされた接続子によってモジュールをイ ンターフェース接続し、モジュール・で終端する整合済み伝送線を介してモジュ ール間に高電力ビデオパルスを伝送させることができるものを与えることである 。Yet another object of the invention is to package the entire accelerator within two interconnected modules. In this case, a moisture-resistant, high-current, high-voltage method designed for high-temperature work. module with quick-disconnect, coaxial, shielded connectors. module via matched transmission lines that interface and terminate at the module. The goal is to provide something that can transmit high power video pulses between channels. .
一般的に言うと本発明は以下は詳述するように、一本のアームにある電力源から エネルギーを導入し、もう一つのアームにある加速器出力から残余のエネルギー を4人し、電力源エネルギー及び加速器残余エネルギーをさらにもう一つのアー ムにある加速器入力に指向せしめ、かつ第4のアームにあるP、Fモニター及び 負荷に対し不平衡エネルギーを指向せしめる、RFブリッジ回路が与えられる方 法及び装置を含む。この電力源エネルギーは自動的に調節されて検出された第4 アーム内の不平衡エネルギーを最少限に維持する。Generally speaking, the present invention operates from a power source located in a single arm, as detailed below. Introducing energy and extracting residual energy from the accelerator output in the other arm 4 people, and the power source energy and accelerator residual energy are transferred to yet another arc. P, F monitors and Provided with an RF bridge circuit that directs unbalanced energy to the load. Including methods and equipment. This power source energy is automatically adjusted to detect the fourth Keep unbalanced energy in the arm to a minimum.
加速器残余電力がRF源定電力対し正しく位相を合されていると加速器人力RF 定電力最大となり、ブリッジが平衡化され、又第4(負荷)アームにおゆるRF F力レベルが実質上零に低減される。万−何らかの原因により位相誤差が帰還ル ープに導入されると、ブリッジは非平衡となり、加速器の入力電力が低減される ことになり、その結果、非平衡になったP、F電力が第4アーム同に累積する。If the accelerator residual power is correctly phased with respect to the RF source constant power, the accelerator manual RF The constant power is maximized, the bridge is balanced, and the fourth (load) arm is free of any RF The F force level is reduced to substantially zero. – For some reason, the phase error may become a feedback loop. When introduced into a loop, the bridge becomes unbalanced and reduces the input power of the accelerator. As a result, unbalanced P and F powers accumulate in the fourth arm.
この非平衡RF電力の振@j・ま帰還ループの位相誤差の大ぎさに鋭敏に関係し 、ブリッジ及びRF負負荷間第47−A内に配置されたRFモニタによって容易 に検出される。この検出されたブリッジの非平衡は第4アームに入るRFX力が 実質的に零になるまでRF源の周波数を調節することによって共鳴リング帰還ル ープの全電気的長さを端正するのに使われる。The amplitude of this unbalanced RF power is closely related to the magnitude of the phase error in the feedback loop. , facilitated by an RF monitor located within the 47-A between the bridge and the RF negative load. detected. This detected bridge imbalance is due to the RFX force entering the fourth arm. The resonant ring feedback loop is reduced by adjusting the frequency of the RF source until it becomes substantially zero. used to trim the total electrical length of the loop.
本発明の利点は加速器導波管及び共鳴リンク帰還ル−プの双方に対する正しい共 鳴条件が同時に維持される点にある。加速器導波管及び帰還ループの電気的長さ を精確に一定に保つために簡単な自動ロック装置が与えられる。この装置は調節 可能なR7位相シフタを使用せず、又、帰還ループの周囲のRFの位相や電力を 測定する必要もなく、共鳴リングもしくは高電力1’tF源の温度を感知もしく は制御する必要もなく、著しく広い範囲の周囲温度(100℃以上)にわたり機 能する。An advantage of the present invention is that it provides correct co-operation for both the accelerator waveguide and the resonant link feedback loop. The point is that the sounding conditions are maintained at the same time. Electrical length of accelerator waveguide and feedback loop A simple automatic locking device is provided to keep it precisely constant. This device is adjustable It does not use the possible R7 phase shifter and also reduces the phase and power of the RF around the feedback loop. No need to measure temperature of resonant ring or high power 1’tF source. does not need to be controlled and operates over a significantly wide range of ambient temperatures (over 100°C). function.
本発明の別の局面によれば、金属製の囲い(θnclosure)が高電圧スイ ッチを取囲み、同軸伝送線の外側導体とし”ci能する。この囲いは、このよう な同軸伝送線の内側導体を介してパルス形成回路及びパルス変成器間に断続的に 伝送される高電流パルスに対する逆方向回路(con−traflow cir cuit )を与える。このようにして高電圧スイッチを囲む囲いを流れる逆方 向電流は高電圧スイッチ内に発生された磁場に対抗してこれを相殺し相互接続ケ ーブルに対する電磁的干渉中和領域を与える。According to another aspect of the invention, a metal enclosure (θnclosure) is attached to the high voltage switch. This enclosure surrounds the switch and serves as the outer conductor of the coaxial transmission line. intermittently between the pulse forming circuit and the pulse transformer through the inner conductor of the coaxial transmission line. Con-traflow circuit for transmitted high current pulses cuit). In this way, the reverse direction flowing through the enclosure surrounding the high voltage switch The counter current opposes and cancels the magnetic field generated within the high voltage switch and provides an electromagnetic interference neutralization area for cables.
本発明のさらに別の局面は、高ピーク電力ビデオパルスの伝送用に設計された二 重端多重滑りジヨイント高電圧同軸接続子(double encLed、 m ultiple elid、ing joint HVcoaxiax con nector)を取入れたことである。このことにより、ポーリング孔加速器は 容易に電気接続を解(ことができ、そのため輸送および現場での組立てに便利な 手段を与える。このような電磁場ジヨイント高電圧同軸接続子成分は、迅速な接 続解除機能を与えるのみならず業務中に相遇する深刻な環境条件に耐え、高い周 囲温鹿下における計測期間中、ゾンデの内部格方向月゛法に実質的変化が生じて も応力の影響を受けない電気接続を維持するべく構成されている。Yet another aspect of the invention is a double Double end multiple sliding joint high voltage coaxial connector (double encLed, m ultiple elid, ing joint HVcoaxiax con This is due to the introduction of ``nector''. This makes the Pauling hole accelerator Electrical connections can be easily disassembled, making it convenient for transport and on-site assembly. give the means. Such electromagnetic field joint high voltage coaxial connector components are It not only provides a release function but also withstands severe environmental conditions encountered during work and has a high frequency. During the measurement period at Ikushika, substantial changes occurred in the sonde's internal direction. are also configured to maintain a stress-free electrical connection.
本発明のこれらの特徴及び利点は、前記の説明を添付の図面とともに検討するこ とにより、より明らかとなろう。いくつかの図面で同様の素子には同様の記号が 付し第1図は上述したように先行技術で使用されたブリッジ回路を示すブロック 路線図である。These features and advantages of the invention will be apparent from the foregoing description when considered in conjunction with the accompanying drawings. This will make it more clear. Similar elements have similar symbols in some drawings. Figure 1 is a block diagram showing the bridge circuit used in the prior art as described above. This is a route map.
第2図は、上述し、たよりに先行技術に基づく加速器/ステムのブロック路線図 である。FIG. 2 is a block diagram of an accelerator/stem based on the prior art as described above. It is.
第3囚は、先行技術装置及び不兄明による装置におし・て加速器入力電力がどの ように増大するかを示すため、電力比に対しCRF通過数を示した医である。Prisoner 3 is concerned with how much accelerator input power is used in the prior art device and the unknown device. In order to show how the power ratio increases, the doctor showed the number of CRF passages versus the power ratio.
第4図は本発明の構成と作動とを図示するブロック路線図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration and operation of the present invention.
第4A図は第4図のRPモニタから得られるビデオ信号の波形を示す図である。FIG. 4A is a diagram showing the waveform of a video signal obtained from the RP monitor of FIG. 4.
第5図は本発明・の作動を示す、By源位相を基準とした帰還位相に対して定常 状態電力比を目盛ったグラフである。Figure 5 shows the operation of the present invention, which is steady with respect to the feedback phase with the By source phase as the reference. It is a graph in which the state power ratio is scaled.
第6図はRF負荷電力に対して帰還ループ損失と位相誤差とを目盛ったグラフで ある。Figure 6 is a graph of feedback loop loss and phase error against RF load power. be.
第7図は本発明実施例の、一部を断面図とする、立面図である。FIG. 7 is an elevational view, partially in cross section, of an embodiment of the invention.
第8図は第7図に示す構造体の、腺8−8により画された部分の拡大縦方向断面 図である。FIG. 8 is an enlarged longitudinal section of the structure shown in FIG. 7, bounded by gland 8-8. It is a diagram.
第8A図は第8図の線8A−8Aに沿った断面図で、本発明の磁場相殺の特徴を 示す図である。FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line 8A-8A of FIG. 8, and illustrates the magnetic field cancellation feature of the present invention. FIG.
第9図は本発明の井戸計測装置の電磁場ジヨイントの拡大立断面図である。FIG. 9 is an enlarged vertical sectional view of the electromagnetic field joint of the well measuring device of the present invention.
第9A図は本発明の電磁場ジヨイント同軸接続子組立体の透視立面図で一部を断 面で示した図である。FIG. 9A is a perspective elevational view, partially cut away, of the electromagnetic field joint coaxial connector assembly of the present invention. FIG.
第10図は第7図に示す構造体の一部について一部をブロック線図とする立面図 である。Figure 10 is an elevational view, partially a block diagram, of a part of the structure shown in Figure 7. It is.
第11図は第10図に示す構造体の一部について線11−11に沿ってその矢印 方向に見た断面図である。FIG. 11 shows the portion of the structure shown in FIG. FIG.
第12図は本発明の別の実施例の支所面図である。FIG. 12 is a side view of another embodiment of the present invention.
好ましい実施例の説明 本発明の略図が第4図に示されている。Description of the preferred embodiment A schematic diagram of the invention is shown in FIG.
加速された粒子ビームが加速器の出力端(9)に出るように、入力端(8)から 出力端(9)へ、加速器導波管(7)に沿って電子銃(6)のような電子源が粒 子ビームを指向させり。導波管(11〕等を介してRFブリッジ回路(12)の 第一アーム(A1)にRF電力源(10)が接続される。加速器導波管の出力端 (9)からは残余RFエネルギーが導波管(13)等を介してRFブリッジ(1 2)の第三アーム(八6)に指向される。アーム(A+XA3)からのエネルギ ーは導波管(14)を介してブリッジ(12)の第2アーム(A2)経由で導波 管(7)の入力端(8)に指向される。このブリッジ回路における非平衡エネル ギーは導波管(15)を介して第4アーム(A4)中に指向され、RF負負荷1 6)に至る。この非平衡エラ・四キー(±ブリッジ平衡化プロセッサ(1B)へ 、入力信号を与えるRF’tカモニタ(17)によって指向され、このプローこ ツサ(18)はさらにRF源の周波数を制御する。from the input end (8) so that the accelerated particle beam exits the output end (9) of the accelerator. To the output end (9), an electron source such as an electron gun (6) is inserted along the accelerator waveguide (7). Direct the child beam. of the RF bridge circuit (12) via the waveguide (11) etc. An RF power source (10) is connected to the first arm (A1). Output end of accelerator waveguide (9), the residual RF energy is transmitted via the waveguide (13) etc. to the RF bridge (1 2) is directed to the third arm (86). Energy from arm (A+XA3) - is guided through the waveguide (14) via the second arm (A2) of the bridge (12). Directed to the input end (8) of the tube (7). Unbalanced energy in this bridge circuit The energy is directed through the waveguide (15) into the fourth arm (A4) and the RF negative load 1 6). This unbalanced error/four key (± bridge balancing processor (1B) , the probe is directed by an RF't camera monitor (17) that provides an input signal. Tusa (18) further controls the frequency of the RF source.
加速器から正しく位相整合された残余電力(Py)がRF源電力(PF)と結合 されると、ブリッジ比をnとするときFA=(1+ n )PSとなるように加 速器入力に電力増大が起こり、負荷電力(PL)は零に減少される。第4A図に 示す・gルス波形(a)シま負荷アーム(A4)におけるI’1.Fモニタ(1 7)からのビデオ信号によって記録されるこの平衡榮件を示す。Correctly phase-matched residual power (Py) from the accelerator is combined with the RF source power (PF) Then, when the bridge ratio is n, add so that FA = (1 + n) PS. A power increase occurs at the speed generator input and the load power (PL) is reduced to zero. In Figure 4A ・grus waveform (a) I'1. in stripe load arm (A4). F monitor (1 This equilibrium event is shown recorded by the video signal from 7).
もしもP3・がPSに対1〜正1−<位相滌合されていな1−)ればブリッジ( 12)は非平衡状態になり、加速器入力電力が減少され、RF’を力は負荷アー ム(A4)中に指向される。このブリッジ平衡プロセッサ(18)は負荷アーム 内電力レベルを監視しているダイオード検出器(19)からビデオ信号を導出し て、負荷アーム(A4)に入る電力が実質的に零に減少されるまでRF源(10 〕の周波数を変化せしめる制御電圧を与え、又、ブリッジ(12)は従って平衡 状態に戻される。If P3 is opposite to PS (1~positive 1-<1- is not phase-matched), then the bridge ( 12) becomes a non-equilibrium state, the accelerator input power is reduced, and the RF' force is reduced to the load arc. (A4). This bridge balance processor (18) is a load arm The video signal is derived from a diode detector (19) monitoring the internal power level. the RF source (10 ], and the bridge (12) is therefore balanced. returned to the state.
即チ、ブリッジ負荷アームからのモニタ信号はシステムの周波数を制御するよう 9こ使用され、その結果非平衡げ電力のレベルは常に最小値に向けて駆動され、 又は最小値に維持される。この方法によって上記周波数か目υ的にかつ急速に同 調されるのでシステム内の過渡的な位相の乱れがあっても著しく安定した共鳴リ ング加速器の動作が維持できる。Immediately, the monitor signal from the bridge load arm is used to control the frequency of the system. 9 is used, so that the unbalanced power level is always driven towards a minimum value, or maintained at a minimum value. By this method, the above frequency can be visibly and rapidly The resonance resonance is extremely stable even if there are transient phase disturbances in the system. operation of the accelerator can be maintained.
ブリッジ比を1とし、全ループ損失(α)が3dBで、RF源が一定電力のもの であるとすると、加速器入力電力レベル及び負荷アーム電力レベルは、帰還ルー プの全電気的長さが広範囲にわたり調節されるので、逐次的に最大値及び最小値 を経験する。これらの電力レベル変化は、最適加速器性能を達成する作動位相位 置(φ=2πn)の両側の帰還位相変化2πに対して第5図に図示されている。The bridge ratio is 1, the total loop loss (α) is 3 dB, and the RF source is of constant power. , the accelerator input power level and load arm power level are The total electrical length of the loop is adjusted over a wide range so that the maximum and minimum values are experience. These power level changes determine the operating phase position that achieves optimal accelerator performance. It is illustrated in FIG. 5 for a feedback phase change of 2π on both sides of the position (φ=2πn).
ここに述べる共鳴リング進行波線型加速器を用いると、所望の最適ビーム性能を 与える特定の作動周波数によって、任意の温度に対し、全帰還ループ1周が波長 の整数倍←)に相当することが一意的に達成される。The resonant ring traveling wave linear accelerator described here can be used to achieve the desired optimal beam performance. Depending on the specific operating frequency given, one full feedback loop will be around the wavelength for any given temperature. An integer multiple of ←) is uniquely achieved.
帰還ループ内に比較的広帯域の導波管とカップラ成分を使用することによって、 このループ内の反射を最小限にするという重要な条件が充足され、又、第5図の 特性を利用することが可能となる結果、上記システムの実用的利点が増す。即ち 、ブリッジの第1アームに接続されたRF電力源のパルス性能特性は、ダイオー ド検出器信号が最大になるまで、すなわち帰還ループ位相長さが(2m±1)1 rと等しくなるまで、単にシステムの周波数を調節するだけで第4アーム内のR F負荷モニタにより簡便に観測できよう。第4A図に示す7セルス波形(b)は この周波数的に導入されたπ位相シフト条件に対してこの負荷アーム内RFモニ タから導出される代表的ビデオ信号を示す。By using relatively broadband waveguide and coupler components in the feedback loop, The important condition of minimizing reflections in this loop is met, and the The ability to exploit these properties increases the practical advantages of the system. That is, , the pulse performance characteristics of the RF power source connected to the first arm of the bridge are until the code detector signal reaches its maximum, i.e. the feedback loop phase length is (2m±1)1 R in the fourth arm by simply adjusting the frequency of the system until it equals r. This can be easily observed using an F load monitor. The 7 cell waveform (b) shown in Figure 4A is This in-load arm RF monitor for this frequency-introduced π phase shift condition 2 shows a representative video signal derived from a data source.
補足して述べると、上記の諸共鳴リング加速器パラメータを用いた場合、負荷ア ーム電力レベルは理論的にはげ源からブリッジに入る実際の電力の%を最大値と して有し、加速器入力電力レベルはRF源電力の%である。実際上、これらの値 は加速器導波管内のビームの位相後退(back−phasing)によって引 き起こされるループ損失の効果的低減によってやや変化するが、負荷RFモニタ はRF源の性能を確認する精確かつ便利な手段である。この「確認」は前述した ように、ブリッジの第1アーム内RFモニタを用いることなく利用することがで きる作動上及び管理上の利点である。(第2図参照) 本発明のさらに別の局面によれば加速器導波管、RFブリッジ及び伝送線は相互 に剛く接続され、密接して組立てられる結果、帰還ループ内では、 RF酸成分 平均温度は周囲温度や特性因子の変化があっても、はぼ一定に留まる。このよう な構造にし、かつ本発明に従えば、帰還ループの全電気的長さ及び加速器導波管 内ビーム−液位相関係(beam−vrave phase relation ship)は共に、初めに組立てるときに一旦達成されれば、非常に遠方の高温 環境でシステム゛が遠隔作動されるときでさえも、下記の如(はぼ一定に維持さ れる。As a supplementary note, when using the various resonant ring accelerator parameters mentioned above, the load The system power level is theoretically the maximum percentage of the actual power entering the bridge from the bald source. and the accelerator input power level is % of the RF source power. In practice, these values is caused by back-phasing of the beam in the accelerator waveguide. Load RF monitor is an accurate and convenient means of verifying the performance of an RF source. This "confirmation" was mentioned above. As such, it can be used without using the RF monitor in the first arm of the bridge. There are significant operational and management advantages. (See Figure 2) According to yet another aspect of the invention, the accelerator waveguide, the RF bridge and the transmission line are interconnected. As a result of being rigidly connected to and closely assembled, within the feedback loop the RF acid component The average temperature remains approximately constant despite changes in ambient temperature and characteristic factors. like this structure and in accordance with the present invention, the total electrical length of the feedback loop and the accelerator waveguide Inner beam-liquid phase relationship ship), both of which, once achieved during initial assembly, Even when the system is remotely activated in the environment, the It will be done.
任意の作動上又は環境上の変化における帰還ループ全位相誤差Δφはループ内の いろいろなマイクロウェーブ成分からの位相誤差を含んでいる。もしもこれらの 成分各各が同一温度変化によるものであれば、単一の作動周波数調整によってす べての成分の位相誤差が同時的に矯正され、ブリッジは平衡状態に戻される。明 らかにこれらの理想的条件のもとではループの全位相誤差の矯正は加速器導波管 の全電気的長さの回復及び入力電力レベルの回復をもたらし、従って上記ビーム −液位相関係が再び確立される。The feedback loop total phase error Δφ for any operational or environmental change is Contains phase errors from various microwave components. If these If each component is affected by the same temperature change, a single operating frequency adjustment can The phase errors of all components are corrected simultaneously and the bridge is returned to equilibrium. Akira Clearly, under these ideal conditions, the total phase error of the loop can be corrected using the accelerator waveguide. resulting in the restoration of the total electrical length of the beam and the restoration of the input power level, thus the beam - The liquid phase relationship is re-established.
しかし、実際には帰還ループ成分すべてが注意深くかつ緊密な熱的良導状態に統 合されても、いくつかの作動条件のもとで小さな温度差が、例えば加速器導波管 と帰還ループの残りの部分を含んだ相互接続伝送線(及び諸成分)との間に1発 生することが予想される。周波数の調節によって平衡ブリッジを維持することは これらのループ間温度勾配によって影響されない。しかしこのような勾配は加速 器構造体に小さな位相誤差導入する可能性がある。これらの位相誤差の大きさは ループ間温度差、加速器構造体の位相分散特性、及び帰還ループの残り部分を形 成している外部的相互接続導波管の位相分散特性の関数である。However, in reality, all feedback loop components are carefully and tightly integrated into a thermally conductive state. Even if the temperature difference is small under some operating conditions, e.g. and the interconnect transmission line (and components) containing the rest of the feedback loop. expected to survive. Maintaining a balanced bridge by adjusting the frequency They are not affected by inter-loop temperature gradients. However, such a gradient accelerates This may introduce small phase errors into the device structure. The magnitude of these phase errors is Shape the inter-loop temperature difference, the phase dispersion characteristics of the accelerator structure, and the rest of the feedback loop. is a function of the phase dispersion properties of the externally interconnected waveguides.
群速度に代表的な値を採用し、導波管波長を小さくしたため、進行波共鳴リング 加速器構造体は帰還ループの残り部分を含んだ相互接続導波管よりも約15ない し50倍大きな位相−周波数感度(又は位相一温度感度)を有する。その結果、 この加速器構造体による位相誤差の寄与は典型的な場合、帰還ループ内に発生さ れる全位相誤差の90ヴを超える。これは帰還ループの位相的ロッキングにおけ る周波数制御の有効性を説明する京蚤な特徴である。By adopting a typical value for the group velocity and reducing the waveguide wavelength, a traveling wave resonance ring is created. The accelerator structure is approximately 15 times smaller than the interconnecting waveguide containing the remainder of the feedback loop. It has 50 times greater phase-frequency sensitivity (or phase-temperature sensitivity). the result, This phase error contribution from the accelerator structure is typically generated within the feedback loop. The total phase error exceeds 90V. This is due to the topological locking of the feedback loop. This is a key feature that explains the effectiveness of frequency control.
例えば相互接続導波管よりも速く加速器構造体が加熱することによりループ間温 度差が発生すると汗は(より高温に〕均一に加熱された相互接続導波管に起こる であろうと思われる周波数変化よりもやや小さく周波数を減少させることによっ て、ブリッジが平衡状態に維持されよう。したがって、一定のビーム−液位相関 係を維持するに必要とされるよりもやや高い周波数のもとで加速器は作動される 。すなわち、全体的加速器構造体長さは所望の値よりもやや太きい。これらの条 件のもとで導入されるビーム−波位相誤差は、加速器と相互接続導波管との間の 平均温度差と、相互接続導波管回路の位相一温度係数と、均一に加熱された場合 の作動条件のもとにおける加速器導波管によって与えられる全ループ位相誤差の 比率との積によって与えられる。記号ではこのことは次式で書ける。For example, the accelerator structure heats up faster than the interconnecting waveguides, which increases the inter-loop temperature. When temperature differences occur, sweat occurs in uniformly heated interconnecting waveguides (to higher temperatures). By decreasing the frequency slightly less than the expected frequency change, The bridge will be maintained in equilibrium. Therefore, a constant beam-level correlation The accelerator is operated at a slightly higher frequency than required to maintain . That is, the overall accelerator structure length is slightly thicker than desired. these articles The beam-wave phase error introduced under Average temperature difference and phase-to-temperature coefficient of interconnected waveguide circuits when uniformly heated of the total loop phase error imparted by the accelerator waveguide under operating conditions of It is given by the product of the ratio. This can be written symbolically as the following equation.
たとえば進行波共鳴リングシステムにおいて典型的に結合される加速器構造体を その関連の相互接続導波管回路は作動周波数をある範囲にわたって増大させた場 合、それぞれ約6ないし76度/℃及び0.1ないし0.2m/℃なる位相一温 度特性を有する。したがって加速器構造体の全電気的長さを、(著しく安定なビ ーム−位相関係を生ずる作動条件である〕位相±2°に保持するためには、上記 の中間領域値を使用すれば、加速器と相互接続導波管との間に許される最大温度 差は 2/C0,15(4,5/4.65 ) ) =±14℃と与えられ、これは高 い熱伝導性の材料を使用し、かつ上述した小型化技術を採用することによって容 易に達成できる条件である。従って一定のI(F電力の場合、著しく安定かつ再 現性あるビーム性能を達成することは対位相感度及びブリッジ平衡化システムの 応答によって実質上制限され、ポーリング孔計測作業の間に相遇される広範な温 度変化によっては制限されない。For example, accelerator structures typically coupled in traveling wave resonant ring systems The associated interconnected waveguide circuits are capable of increasing the operating frequency over a range of phase temperature of approximately 6 to 76 degrees/℃ and 0.1 to 0.2 m/℃, respectively. It has a degree characteristic. Therefore, the total electrical length of the accelerator structure (remarkably stable In order to maintain the phase at ±2°, which is the operating condition that produces the phase relationship between the Using an intermediate region value of , the maximum temperature allowed between the accelerator and the interconnecting waveguide The difference is 2/C0,15 (4,5/4.65)) = ±14℃, which is high By using materials with high thermal conductivity and employing the miniaturization technology described above, This is a condition that can be easily achieved. Therefore, for a constant I(F power), it is extremely stable and reproducible. Achieving acceptable beam performance depends on phase sensitivity and bridge balancing systems. The wide range of temperatures encountered during poling hole measurement operations is virtually limited by the response. It is not limited by degree changes.
共鳴リング式ポーリング孔加速器に関連して使用される、正しく補償された、か つ平衡化された、RFブリッジの位相弁別有効性が第6図に示されている。この データは負荷アーム内の非平衡RF電力が、ブリッジの入力ポートを基準にした 加速器残余電力及びRF源電力間の非常に小さな位相変化に対していかに応答す るかを示す。例えば、たった2/104の比率の位相変化Δφは帰還ループの全 位相長さに対する2ないし3度の変化であるが、と庇が非平衡電力の速やかな検 出可能な大きさCRF源電力の約y2俤にまで〕成長し、その後、周波数の小さ な変化による自動的矯正が起こる。第6図はもう一つの重要な作動特性を明かす 。すなわち、μdBの帰還ループの変化に対して3dBの定格減衰(α)はブリ ッジ平衡オフセットレベルには無視可能な程度の効果しかない。したがって帰還 ループにおける小さな位相変化を検出する能力は例えば高い周囲温度下にある加 速器導波管の抵抗率の変化によって、あるいは又、別のビーム使用条件のもとで 作動させることによって、起こされる残余電力レベル変化には影蕃されない。Correctly compensated and The phase discrimination effectiveness of a balanced RF bridge is shown in FIG. this The data shows that the unbalanced RF power in the load arm is referenced to the input port of the bridge. How to respond to very small phase changes between accelerator residual power and RF source power Indicates whether For example, a phase change Δφ of only 2/104 Although the change in phase length is 2 to 3 degrees, the eaves allow for quick detection of unbalanced power. It grows to about y2 of the CRF source power that can be output, and then Automatic correction occurs due to changes. Figure 6 reveals another important operating characteristic . In other words, the rated attenuation (α) of 3 dB for a change in the feedback loop of μ dB is The edge balance offset level has a negligible effect. therefore return The ability to detect small phase changes in the loop is e.g. by changing the resistivity of the waveguide or under different beam usage conditions. It is not affected by residual power level changes caused by actuation.
本発明はいろいろな範囲の形状の線型加速器の構成及び作動に対し、かつ広範囲 の用途に対し、適用可能であるが、環境条件が広範囲に変化する地層の計測に用 いる油田井戸のポーリング孔内で使用される線型加速器に理想的に適している。The present invention is applicable to a wide range of linear accelerator configurations and operations, and to a wide range of configurations and operations. However, it is not suitable for measuring geological formations where environmental conditions vary over a wide range. It is ideally suited for linear accelerators used in the polling holes of oil field wells.
加えて、本発明による装置は最小限の空間内に適合できるのみなすす、代表的な 例として3M6vを超える大きなエネルギーを持った粒子ビームを与えることが できる。従って本発明をそのような粒子加速装置に特に利用できる場合を例とし て説明する。In addition, the device according to the invention can be considered to fit within a minimal amount of space; For example, it is possible to give a particle beam with a large energy exceeding 3M6v. can. Therefore, let us take as an example a case in which the present invention can be particularly applied to such a particle accelerator. I will explain.
ここで第7図を参照すると、本発明に基づく小型の井戸計測装置の立面図が示さ れているが、ここで本装置は被覆された多重導体ケーブル(22)によってポー リング孔(21に代表的には直径9インチ(約23 on )未満〕内に本装置 が垂下されている。このケーブル(22)はポーリング孔(21)内にある井戸 計測装置に適当な電力と制御信号を伝送するための通信ケーブルと、井戸計測装 置内の検出器から地表上の記録及び解析装置に対し得られた情報を伝送する通信 ケーブルとを含む。この井戸計測装置は5インチを超えない外径の耐水性ハウジ ングを含み、二つの主要成分である共鳴帯電線状変調器ゾンデ(reSOnan tchargl、ng、1ine type u+odulator 5ond e)(30)と、高′電圧同軸接続子組立体(70)を含む多重ピンに磁場ジヨ イ7ト(60)により相互接続された線型加速器及び検出器ゾンデ(50)と、 を含む。この変調器ゾンデは測距器の接続された制御装置及び補助電力モジュー ル(31)と、共鳴帯電モジュール(32)、パルス形成回路(66)と、高電 圧スイッチモジュー/l/(34)と、を含む。線型加速器ゾンデ(50)はパ ルス変成器モジュール(51〕、RB’発生器及び加速器導波管モジュール(5 2人粒子ビーム屈折モジュール(53)及び核放射線検出器装置モジュール(5 4)を含む。Referring now to FIG. 7, an elevational view of a compact well gauging device according to the present invention is shown. where the device is connected to the port by a sheathed multi-conductor cable (22). The device is inserted into the ring hole (21 typically less than 9 inches (approximately 23 on) in diameter). is hanging down. This cable (22) is connected to a well located within the polling hole (21). Communication cables and well measurement equipment to transmit appropriate power and control signals to the measurement equipment. Communication that transmits information obtained from on-site detectors to recording and analysis equipment on the ground. Includes cable. This well gauging device is housed in a water resistant housing with an outside diameter not exceeding 5 inches. The resonantly charged linear modulator sonde (reSOnan) contains two main components: tchargl, ng, 1ine type u+odlator 5ond (30) and multiple pins including the high voltage coaxial connector assembly (70). a linear accelerator and detector sonde (50) interconnected by an i7t (60); including. This modulator sonde is connected to the rangefinder's control unit and auxiliary power module. (31), a resonant charging module (32), a pulse forming circuit (66), and a high voltage pressure switch module /l/ (34). The linear accelerator sonde (50) is Lus transformer module (51), RB' generator and accelerator waveguide module (5 Two-person particle beam refraction module (53) and nuclear radiation detector device module (5 4).
二以上のゾンデ部分に別個のモジュール素子を与えることにより、作業現場まで 短い部分にした上で輸送すべく分離できる細長い装置を与えることができる。By providing separate modular elements for two or more sonde sections, it is possible to An elongated device can be provided that can be cut into short sections and separated for transport.
ここで第8図を参照すると、変調器ゾンデ(60)の隣接部分及び線型加速器ゾ ンデ(50)が詳細に図示されており、各々の耐水ハウジング(30A)(50 A)内には電磁的干渉(厨工9を低減するため、食鳥の囲い(33A)内に遮蔽 されて同刷!的に装架されたインダクタ(36〕及び高電圧パルス容量(37〕 を含んだパルス形成回路(56ンが、高圧スイッチ(68)及び同軸伝送線(5 9)を介してモジュール(51)内の逓昇パルス変成器(57)の−次巻線に接 続されている。この綜(39〕は電磁場ジヨイント高電圧同軸接続子組立体(7 0)を通過する。この組立体は第9図及びg 9 A図に詳細に示されている。Referring now to FIG. 8, adjacent portions of the modulator sonde (60) and the linear accelerator sonde (60) (50) are shown in detail, each water resistant housing (30A) (50 A) In order to reduce electromagnetic interference (chewer 9), there is a shield in the poultry enclosure (33A). Same printing! mounted inductor (36) and high voltage pulse capacity (37) The pulse forming circuit (56) includes a high voltage switch (68) and a coaxial transmission line (56). 9) to the negative winding of the step-up pulse transformer (57) in the module (51). It is continued. This stem (39) is the electromagnetic field joint high voltage coaxial connector assembly (7 0). This assembly is shown in detail in Figures 9 and 9A.
パルス変成fiAc57)の2次出力(58)(59Uは第10図に示すように 、それぞれ加速器電子銃(6)及びRF源(10〕に接続される。パルス形成回 路とパルス変成器との間の・饗ルス電流ループ路は、伝送線(69〕の外側導体 C59b)及び高電圧スイッチ(38)のセラミック被覆を囲んでいる相互接続 円筒形金属遮蔽(44)における電流が高電圧スイッチ(38)と伝送線(39 )の内a、lI 8体(39a )とを流れる電流とは逆方向に流れるように、 構成されている。The secondary output (58) (59U of pulse transformation fiAc57) is as shown in Figure 10. , respectively connected to the accelerator electron gun (6) and the RF source (10). The pulse current loop path between the transmission line and the pulse transformer is the outer conductor of the transmission line (69). C59b) and the interconnect surrounding the ceramic coating of the high voltage switch (38) Current in the cylindrical metal shield (44) connects the high voltage switch (38) and the transmission line (39). ), so that the current flows in the opposite direction to the current flowing through the 8 bodies (39a). It is configured.
高電圧スイッチ(38)を囲む外側導体遮蔽(44)は一連のばね式金属フィン ガー(46)によってパルス形成回路コンデンサの共通回路(45)に装着され ている。これらフィンガー(46)は良好な電気接触を与える一方、同時に高電 圧スイッチ(38)への手入れが便利なように遮蔽(44)を容易に除去できる ようにされている。このような配置が電気的及び磁気釣場の双方による電磁的干 渉を効果的に低減し、高電圧スイッチ(58)及びその関連の高電力相互接続部 に非常に近接させても制御ケーブル(48)及び敏感なエレクトロニクスが満足 に作動することを可能ならしめる。The outer conductor shield (44) surrounding the high voltage switch (38) is a series of spring-loaded metal fins. attached to the common circuit (45) of the pulse forming circuit capacitor by the ing. These fingers (46) provide good electrical contact while at the same time The shield (44) can be easily removed for convenient access to the pressure switch (38). It is like that. Such an arrangement prevents electromagnetic drying by both electrical and magnetic fishing stations. High voltage switch (58) and its associated high power interconnections control cables (48) and sensitive electronics even when placed in close proximity to make it possible to operate.
第8A図は高電圧同軸伝送線(39)及び高電圧スイッチ(38)を通る第8図 の線(8A−8A)沿いの断面図を示す。Figure 8A is a diagram showing the high voltage coaxial transmission line (39) and the high voltage switch (38). A cross-sectional view along the line (8A-8A) is shown.
この図は同軸組立体の外側領域において外側導体遮蔽内における逆方向電流がい かにして内側導体から発せられる磁場(HI)を相殺する磁場(HO)を発生す るかを示す。This diagram shows the reverse current flow in the outer conductor screen in the outer region of the coaxial assembly. In this way, a magnetic field (HO) is generated that cancels the magnetic field (HI) emitted from the inner conductor. Indicates whether
この実施例では内側導体は両端にて効果的に接地されていることに注目されたい 。従って外方へ発せられた磁場を相殺するには外側導体遮蔽も又両端で接地され なげればならず、高電力伝送線の全長にわたって良好な連続性が維持されなけれ ばならない。これらの必要条件は第9図及び第9A図に開示した高電圧同軸接続 子組立体(7U)である多重滑りジヨイントによって充足され、又、変調器と加 速器ゾンデとの間の著しく有利な脱着可能なインターフェースが得られる。Note that in this example the inner conductor is effectively grounded at both ends. . Therefore, to cancel the outwardly emitted magnetic field, the outer conductor shield must also be grounded at both ends. good continuity must be maintained along the entire length of the high power transmission line. Must be. These requirements are consistent with the high voltage coaxial connections disclosed in Figures 9 and 9A. The child assembly (7U) is filled with multiple sliding joints, and also includes a modulator and an adder. A highly advantageous removable interface with the speed probe is obtained.
第9図は電磁場ジヨイント高電圧同軸接続子組立体(70)の支所面図で、第9 A図はそれを部分的に断面とした透視図であって、この組立体(70)は、伝送 線(71)の内側及び外側環状導体(71aXlb)の終端部にそれぞれ内側及 び外側滑りジヨイント接続子(72バフ3)を備えた挿入側(incoming )同軸伝送線(71〕と、内側導体滑りジョイン) C75−76)及び外側導 体滑りジヨイント(78−79)を有した主電磁場ジヨイント同軸接続子(74 )と、伝送線(77)の内側及び外側導体(77aX77b)端部において内側 及び外側滑りジヨイント接続子C72)C75)を備えた挿出側(exit:i ng)同軸伝送線(77)と、を含む。Figure 9 is a branch side view of the electromagnetic field joint high voltage coaxial connector assembly (70). Figure A is a partially sectioned perspective view of the assembly (70), showing that the transmission The inner and outer annular conductors (71aXlb) of the wire (71) have inner and outer ring conductors at their terminal ends, respectively. and an incoming side with an outer sliding joint connector (72 buff 3). ) Coaxial transmission line (71) and inner conductor sliding joint) C75-76) and outer conductor Main electromagnetic field joint coaxial connector (74) with body sliding joint (78-79) ) and the inner side at the inner and outer conductor (77aX77b) ends of the transmission line (77). and an exit side (exit:i) with an outer sliding joint connector C72)C75) ng) a coaxial transmission line (77).
この電磁場ジヨイント(60〕は、変調器ゾンデ(30)の下方ヘッドを形成し ている多重ビン式・(ルクヘッド(61)と、加速器及び検出器装置ゾンデ(5 0)の上方ヘッドを形成する相手側(mating)多重ソケット式バルクヘッ ド(62)と、を含む。高電圧同軸接続子組立体(70)は、雌二重接F2子( 78)と、バルクヘッド(61X62)内の艶口中に固定された相手側雄二重接 続子(79)とによって!磁場ジョイン) (60) Kて保持される。この保 持は雌接続子(78)の上方端上の及び雄接続子(79〕の下方端上のねじ山に 係合するニッケル鍍金されたねじ山付きアルミニウム製クランプ組立体(81) を用いて行なわれる。This field joint (60) forms the lower head of the modulator sonde (30). Multi-bin type (luke head (61) and accelerator and detector device sonde (5) 0) Mating multiple socket bulkhead forming the upper head (62). The high voltage coaxial connector assembly (70) includes a female double contact F2 ( 78) and the mating male double contact fixed in the gloss opening in the bulkhead (61x62). By Tsuko (79)! Magnetic field join) (60) K is held. This protection The retainer is attached to the threads on the upper end of the female connector (78) and on the lower end of the male connector (79). Engaging nickel-plated threaded aluminum clamp assembly (81) This is done using
電磁場ジョイン) (40)を閉じる際、多重ピン接続子を正しく整合するため に簡単な案内ビン構造が使用される。Electromagnetic field join) (40) In order to properly align the multiple pin connectors when closing (40) A simple guide bin structure is used.
そしてこの閉じは、熱的膨張及び収縮の如何に拘らず、電磁場ジヨイントバルク ヘッド(62)及びゾンデ(50)内の加速器組立体の間に配置された圧縮ばね (図示してなし)によって、作動期間中も維持される。And this closure is independent of the thermal expansion and contraction of the electromagnetic joint bulk. a compression spring located between the head (62) and the accelerator assembly in the sonde (50); (not shown) during operation.
同軸接続子高電圧内側導体ピン(75)及びンケツ) (76)ジヨイント成分 は、銀めっきされたベリリウム銅から構成され、それぞれ、当業者によく知られ た方法で硬化温度の高いシリコン化合物(82)を用いて接続子本体(79)( 78)中に埋込まれる。これら内側導体高電圧成分の遠方側終端部(72)は、 挿入側及び挿出側同軸伝送線(71X77)の高電圧内側導体(71a)(77 a)を形成する。ニッケルめっき鋼管の内径面と深いかつ確実な滑動的接触を果 すばねフィンガーを含む。同様にして、クランプナツト組立体(81〕の端部は 、挿入側及び挿出側同軸伝送線(71X77)の外側導体(71b)()71) )を形成するニッケルめっき鋼管の外径面との滑動的接続を果す。上記のすべて の6個の滑りジヨイント(71a−72,71b−73,75−76,78−7 9,73−77b、 72−77a〕における電気的接続は各ジヨイントの空隙 内に収容されたばね付き金属フィンガー接触子によってなされかつ維持されるこ とに注目されたい。Coaxial connector high voltage inner conductor pin (75) and connector (76) joint component are constructed from silver-plated beryllium copper, each well known to those skilled in the art. The connector body (79) ( 78) be embedded within. The far side terminations (72) of these inner conductor high voltage components are High voltage inner conductor (71a) (77 Form a). Achieves deep and reliable sliding contact with the inner diameter surface of nickel-plated steel pipe. Includes spring fingers. Similarly, the end of the clamp nut assembly (81) , outer conductor (71b) ()71) of the insertion side and extraction side coaxial transmission line (71X77) ) to form a sliding connection with the outer diameter surface of the nickel-plated steel pipe. all of the above 6 sliding joints (71a-72, 71b-73, 75-76, 78-7 9, 73-77b, 72-77a], the electrical connection is made through the air gap of each joint. made and maintained by spring-loaded metal finger contacts housed within the I want to be noticed.
上記の高電圧同軸接続子組立体(70)は二重滑りジ′ヨイント急速分離構造C 7B−76878−79)を含んでいるため変調器ゾンデ(30)及び加速器ゾ ンデ(50)間に電磁場ジヨイントを配する結果、輸送及び現場組立ての助げと なるのみならず、高電圧スイッチ及びパルス形成回路から電磁場ジヨイントに入 る同軸線〔71〕との二重滑りジヨイント(71a−72X71b−73)と、 パルス変成器の入力に電磁場ジヨイント組立体を接続する挿出側同軸伝送線(7 7)との別の二重滑りジヨイント(72−77a)(73−77b)をも含むこ とに注意されたい。迅速かつ経済的組立体装置を与えることに加えて、この伝送 線滑りジヨイントは、耐水性金属製圧力ハウジングとその中に容れられた加速器 装置との開に生ずる大きな縦方向の差動運動(differential mo ve1!1enJ3を許容する。この特徴によって、計測作業の際、又はその後 に発生しうる不利な高温度勾配による損悩を回避できる。たとえばパルス変成器 モジュール(51)及び電磁場ジヨイントバルクヘッド(62〕間の空間は、も しも長くて厚い壁の圧力ハウジングが深い井戸計測の直後に取出され、次にハウ ジング内部の装置が依然として作業時°の高い周囲温度の幾分かを保持している まま氷点近い周囲温度にさらされたとすると、約μインチ(6usai+)小さ くなる。The above high voltage coaxial connector assembly (70) has a double sliding joint quick separation structure C. 7B-76878-79), the modulator sonde (30) and accelerator sonde As a result of placing an electromagnetic joint between the ends (50), transportation and field assembly are facilitated. In addition, high-voltage switches and pulse-forming circuits enter the electromagnetic field joint. a double sliding joint (71a-72X71b-73) with the coaxial line [71], The coaxial transmission line (7) connects the electromagnetic field joint assembly to the input of the pulse transformer. 7) and another double sliding joint (72-77a) (73-77b). Please be careful. In addition to giving quick and economical assembly equipment, this transmission The line sliding joint consists of a water-resistant metal pressure housing and an accelerator housed within it. The large longitudinal differential movement that occurs when opening the device ve1!1enJ3 is allowed. This feature makes it easy to use during or after measurement work. It is possible to avoid damage caused by unfavorable high temperature gradients that can occur during For example pulse transformer The space between the module (51) and the electromagnetic field joint bulkhead (62) is If the long, thick-walled pressure housing is removed immediately after a deep well measurement, then the housing is equipment inside the housing still retains some of the high ambient temperature during operation. If exposed to ambient temperatures close to freezing, the It becomes.
上記の二重滑りジヨイントの方法は広範囲の導体寸法を使用可能ならしめる。外 側及び内側導体の直径比及び(導体を分離している絶縁体(80)の〕誘電率の 選択によって同軸線の特性インピーダンス及び電力取扱い能力が決定されるので 、第9図及び第9A図に丞した電磁場ジヨイント接続子組立体(70)は広範囲 にわたる変調器の特定条件に直ちに適応できる。導体のす法の選択に柔軟性があ ることも、外側導体を流れる電流が内側導体を流れる電流に非常に近づくように させることによって一層効果的に磁場の干渉を減少させる助けとなる。この場合 、外側導体遮蔽カットオフ周波数は干渉磁場の周波数よりはるかに小さく選ばれ る。即ち、外側導体は、導体間の相互インダクタンスに因り、接地面の導体路よ りインピーダンスの低い帰路を与える。The double sliding joint method described above allows a wide range of conductor sizes to be used. outside The diameter ratio of the side and inner conductors and the dielectric constant (of the insulator (80) separating the conductors) The selection determines the coaxial line's characteristic impedance and power handling ability. The electromagnetic field joint connector assembly (70) shown in FIGS. 9 and 9A has a wide range of can be readily adapted to the specific conditions of the modulator over a wide range of conditions. Flexibility in selection of conductor placement method Also, the current flowing through the outer conductor is very close to the current flowing through the inner conductor. This helps reduce magnetic field interference more effectively. in this case , the outer conductor shielding cutoff frequency is chosen much smaller than the frequency of the interfering magnetic field. Ru. In other words, the outer conductor has a lower conductor path than the ground plane due to the mutual inductance between the conductors. provides a low impedance return path.
ここで第10図を参照すると耐水ハウジング(50A)内に収納されている線型 加速器ゾンデ(50)は、掘削による泥その他の液体(23)が充満しているか も知れないポー リング孔(21)中に垂下されている。孔は削られたままが又 は金属ケース(24)及びコンクリ−) (25)のケースが付けられている。Now, referring to Figure 10, the linear type housed in the water-resistant housing (50A) Is the accelerator sonde (50) filled with mud or other liquid (23) from drilling? It hangs down into an unknown polling hole (21). The hole is still cut, but is fitted with a metal case (24) and a concrete case (25).
ハウジングは井戸計測調査期間中、比較的一定の幾何学配置を維持するため、偏 心スライド受け(26)によってケース(24) K対抗されている。ポーリン グ孔加速器ゾンデ(50)は、図に詳細を示すように、そのパルス変成器(57 )高電圧2次巻線二重出力(:5B)<59)が加速器電子銃(6)及び周波数 同調式RF’源(10)に接続されている。このRF源は高利得の、永久磁石に よる焦点を持つ、X−帯域クリストロン増幅器で、外部的冷却に独立に作動する ように構成されており、温度変化対策を施こされた電子的に同調された固体発振 器により駆動される。The housing is biased to maintain a relatively constant geometry during the well gauging survey. The case (24) is opposed by the center slide receiver (26). Pauline The borehole accelerator sonde (50) has its pulse transformer (57) as shown in detail in the figure. ) High voltage secondary winding double output (:5B)<59) is the accelerator electron gun (6) and frequency It is connected to a tuned RF' source (10). This RF source is a high gain, permanent magnet. X-band crystron amplifier with dual focus, operating independently of external cooling Electronically tuned solid-state oscillator configured as driven by the device.
加速器電子銃(6)は加速器導波管(7)の入力端(8)にてRFF力カツプラ に一体的に装着されており、残余RF”4力は、下に詳述するようにRFブリッ ジ(12)に対し、帰還されるべく加速器導波管(7)の出力端からRF出出力 カッシラ介して抽出される。加速器導波管は、(ビーム進路の初期段階で)RF 集束を行うべく、かつ外部冷却に独立に自由浮遊温度にて作動を可能ならしめる べく、構成された複数の結合された空洞(coupled cavities) を含んだ、抑制位相振動の、逓変位相速度の(tapered phase v elocity)高群速度を得る構成のものである。このX−帯域加速器導波’ 1(7)の外径は2インチ(5,08a++)未満である。こノ加速器導波管の 設計及び構造はラポストル他編の上記文献に述べられている。抑制位相振動加速 器導波管のビームの光学的設計はその文献の469×−ジに揚げられた1962 年、1965年a、1966年aの本出願人の文献に記載されており、当業者に は周知である。井戸計測装置の他の成分を接続する相互接続ケーブル(27)は ほんの部分的に略記したにすぎない。The accelerator electron gun (6) connects the RFF force coupler at the input end (8) of the accelerator waveguide (7). The remaining RF4 power is transferred to the RF bridge as detailed below. RF output from the output end of the accelerator waveguide (7) to be fed back to the waveguide (12). Extracted through Cassilla. The accelerator waveguide (early in the beam path) Enables operation at free-floating temperatures for focusing and independent of external cooling. a plurality of coupled cavities configured to of the tapered phase velocities of the suppressed phase oscillations, including It has a configuration that obtains a high group velocity (elocity). This X-band accelerator waveguide’ 1(7) has an outside diameter of less than 2 inches (5,08a++). This accelerator waveguide The design and construction are described in Lapostol et al., supra. suppression phase vibration acceleration The optical design of the waveguide beam was published in 1962 in that document, 469 1965a, 1966a, and is described in the applicant's literature of 1965a, 1966a, is well known. The interconnect cable (27) connecting the other components of the well gauging device is This is only a partial abbreviation.
加速器導波管Q)の出力端(9)には加速粒子ビーム用のビーム管(63)が与 えられており、このビーム管(63)の周囲には磁気的ビーム屈折システム(6 4)がこのビームを収束させ、かつ屈折させ、電子ウィンドー(65)を通過さ せて標的に当て、所望の放射線を発生させる。当業者にはよく理解されている方 法でこの加速器導波管真空システムはRFウィンドー及び電子ビームウィンドー を以って密閉され、かつ終端されており、高い真空状態が電子真空ポンプ(66 )により維持される。A beam tube (63) for an accelerated particle beam is provided at the output end (9) of the accelerator waveguide Q). The beam tube (63) is surrounded by a magnetic beam refraction system (63). 4) focuses and refracts this beam and passes it through the electronic window (65). the target and generate the desired radiation. Those who are well understood by those skilled in the art In this method, this accelerator waveguide vacuum system has an RF window and an electron beam window. It is sealed and terminated by an electronic vacuum pump (66 ) maintained by
加速器導波管モジュール及びビーン屈折モジュールは、検出装置モジュール(5 4)が許容不可量の核放射線照射を直接受けることを防ぐための放射線遮蔽(5 5)によって、核放射線検出装置モジュール(54)から分離されている。いろ いろの種類の放射線の発生とその検出は本発明の範囲外にあり、上記グリーン及 びタルコツトの特許における解説により了解されよう。The accelerator waveguide module and the bean refraction module are connected to the detector module (5 4) Radiation shielding (5) to prevent direct exposure to unacceptable amounts of nuclear radiation 5) from the nuclear radiation detector module (54). colour The generation and detection of various types of radiation are outside the scope of the present invention and are This will be understood from the explanations in the Tarcosto patent.
RF源(10)から加速器導波管(乃の付近に組立られた7ブリツジ(12)へ 、マイクロウェーブのエネルギーを指向させるため、第一の指向装置即ち導波管 (11〕が設けられている。加速器導波管(力の出力端(9)から抽出されたR FエネルギーなRFブリッジ(12)の第3人力アームに指向させるため、別の 指向装置即ち導波管(13〕が設けられている。さらに、導波管(11)によっ てRF源からブリッジに指向されたエネルギと、導波管(1′5)によって加速 器導波管からブリッジ(12)中に抽出されたエネルギーとを共に、ブリッジか ら那速器導波管(7)の入力端へ指向させるための別の指向装置即ち導波管(1 4)が設けられている。ブリッジ(12)の第4ポートには第4の指向装置即ち 導波管(15)が設けられており、これはT(F負荷(16)に接続されている 。加速器(7)から抽出され、導波管(13)によってブリッジ(12〕に指向 された残余エネルギーが、導波管(11)を介してRF源(10)から到達する エネルギーと正しく位相整合されていないと、このブリッジは非平衡状態となり エネルギーは第4導波管(15)を通過し、ここで非平衡状態の存在がRFF力 モニタ(17)によって検出される。ブリッジ平衡プロセッサ(18)は負荷ア ーム(15)における電力レベルを監視するダイオード検出器(19)からビデ オ信号を受信し、負荷アーム(15)内の電力レベルが実質的に零になるまでR F源(10)の周波数を調節する。ブリッジはかくしてその平衡状態を回復する 。即ちブリッジ負荷アーム(15)からのモニタ信号は非平衡RF社力が常に最 小値に向くように、又は最小値をとるように1.W動されるべくシステム周波数 の制御に使用される。したがって帰還ループの全−気!′7J長さ及び加速器導 波管内のビームー波関係が共に実質上一定に維持される。このことにより著しく 広範囲の作動温度にわたり上述したように安定なビーム性能が得られる0 可動式位相シック及びそれらに必要な1ぷ劾J4’jJRaのような可動部分が 本発明には不要であることを計画された(ゝO 又、本発明は正しい作動周波数が自動的にEl、Fブリッジによって達成される ので、冷却なしの」通器構造体及び冷却なしのRF源の使用を可能にし、その結 果、重要な成分に関する在来の温度安定化及び温度感知がもはや不要なことにも 注目されたい。From the RF source (10) to the 7 bridge (12) assembled near the accelerator waveguide (no) , a first directing device or waveguide for directing the microwave energy. (11) is provided.The accelerator waveguide (R extracted from the force output end (9) In order to direct the F energy to the third human power arm of the RF bridge (12), another A directing device or waveguide (13) is provided.Furthermore, the waveguide (11) energy directed into the bridge from the RF source and accelerated by the waveguide (1'5). The energy extracted from the waveguide into the bridge (12) is transferred to the bridge (12). Another directing device, i.e., a waveguide (1 4) is provided. The fourth port of the bridge (12) has a fourth directing device, i.e. A waveguide (15) is provided, which is connected to a T(F load (16) . extracted from the accelerator (7) and directed to the bridge (12) by the waveguide (13) The residual energy reached from the RF source (10) via the waveguide (11) If the energy and phase are not properly matched, this bridge will be in an unbalanced state. The energy passes through the fourth waveguide (15) where the presence of a non-equilibrium state causes the RFF force to Detected by a monitor (17). The bridge balance processor (18) The video signal is output from a diode detector (19) that monitors the power level in the system (15). until the power level in the load arm (15) is substantially zero. Adjust the frequency of the F source (10). The bridge thus restores its equilibrium state . In other words, the monitor signal from the bridge load arm (15) is always 1. Towards the small value or to take the minimum value. System frequency to be operated used for control. Therefore, the entire feedback loop! '7J length and accelerator guide Both beam-wave relationships within the wave tube remain substantially constant. This significantly 0, which provides stable beam performance as described above over a wide range of operating temperatures. Movable phase chics and their necessary moving parts such as J4'j JRa It was planned that this invention would not require it (ゝO Also, the present invention ensures that the correct operating frequency is automatically achieved by the El,F bridge. This allows the use of "uncooled" through-hole structures and uncooled RF sources, and their consequences. As a result, traditional temperature stabilization and temperature sensing for critical components are no longer necessary. I want to be noticed.
帰還ループの厳密な全電気長さ及び加速器導波管内の最適ビーム−液位相関係を 広範な温度にわたり加速器の作動中にも維持するため、本発明の進行波共鳴リン グ制御方法及び装置の利用上、本加速器システムの構成時及び作動期間中、帰還 ループ内に恒久的な成る特定の物理的条件を確立することが必要である。実際上 はこのことは、所望の最適値(2nπ)のほぼ20ないし60度の範囲で全ルー プ位相ンフトが生ずるように汁l算された設計に基づいて最終的な節(noae )A節を受けた加速器構造体を含めた帰還路ループ成分を構成することにより、 成功裏に達成される。この場合、システムはある与えられた周囲温度、例えば6 0℃、にて、かつほぼ最適りビーム性能を生ずる設計周波数のもとで、作動され る。そこで、手動周波数制御のもとで刀り連語が作動され、ρ・つ最適ビーム性 能を生ずるべく周波数が同調された場合、RB″ブリッジ(12)は導波管(1 6)かつまたは(14)内の変形可能な導波管部分(67)の恒久的変形によっ て帰還ループ位相長さの最終的かつ恒久的調節により、正確に平衡化される。The exact total electrical length of the feedback loop and the optimal beam-liquid phase relationship in the accelerator waveguide are determined. The traveling wave resonant link of the present invention is maintained over a wide range of temperatures and during accelerator operation. During the configuration and operation of this accelerator system, the return It is necessary to establish certain physical conditions that are permanent within the loop. practically This means that the entire loop is within approximately 20 to 60 degrees of the desired optimum value (2nπ). The final node (noae ) By configuring the feedback path loop component including the accelerator structure subjected to the A node, successfully achieved. In this case, the system operates at some given ambient temperature, e.g. operated at 0°C and at a design frequency that yields near-optimal beam performance. Ru. Therefore, under manual frequency control, the sword combination is activated to obtain the optimal beam characteristic of ρ. The RB″ bridge (12) connects the waveguide (1 6) and or by permanent deformation of the deformable waveguide section (67) in (14). final and permanent adjustment of the feedback loop phase length to ensure accurate balancing.
したがって本システムが現場で作業に導入されるときは著しく広範囲な温度変化 (100’より太)にも拘らず、加速器導波管及び帰還ループ双方の一気的長さ を正確に一定に保つことによって一定のビーム性能を維持する上記の単純な位相 ロック装置が、本ブリンジ平衡制御装置によって自動的に与えられる。この白山 浮遊温反能力によって、本加速器システムは外的冷却なしに作動することが可能 である。加速器が現場において任意に変化する周囲温度のもとで入力されると、 システムの広帯域特性によって、正し℃・作動値に迅速に同調されるべき周波数 が加速器構造体その他任意の帰還ループ成分の温度を監視することなく行うこと ができる。第4A図及び上記の位相一温度データから、入力時における自動的に 同調された周波数の収束が正しくできるようにするためにぼ、±πを超えない最 大可能な初期ループ位相誤差△φは、実用的な加速器システムの場合のある範囲 の周波数変動領域を想定すると約±30°ないし±60℃の温度差(待機時及び 作動時の差)に対応する。本発明の一実施例において周波数収束条件は、加速器 が持帰状態〔ビーム発生なし〕にあるときは常に、例えばブリッジ平衡プロセッ サのシャーシ等のゾンデ内位置の周囲温度に依存した値に周波数を戻すように単 に仕組むことによって、直ちに達成される。Therefore, when this system is introduced to work in the field, it will be subject to a significantly wide range of temperature changes. (thicker than 100'), the overall length of both the accelerator waveguide and the feedback loop The above simple phase maintains constant beam performance by keeping exactly constant A locking device is automatically provided by the present bringing balance controller. This white mountain Floating temperature capability allows the accelerator system to operate without external cooling. It is. When the accelerator is input under arbitrarily varying ambient temperature in the field, Frequencies that should be quickly tuned to the correct operating value due to the broadband nature of the system can be done without monitoring the temperature of the accelerator structure or any other feedback loop components. Can be done. From Figure 4A and the above phase-1 temperature data, automatically when inputting In order to ensure correct convergence of the tuned frequency, a maximum The large possible initial loop phase error △φ is in the range that is sometimes the case for practical accelerator systems. Assuming a frequency fluctuation range of approximately ±30° to ±60°C (temperature difference during standby and (difference in operation). In one embodiment of the present invention, the frequency convergence condition is Whenever the Simply return the frequency to a value that depends on the ambient temperature at the location inside the sonde, such as the chassis of the sensor. This can be achieved immediately by arranging the following.
前述したようにループ間温度差による好ましからざる効果は、RFブリッジ(1 2)及び相互接続導波管(15X14)を、第10図及び第11図において開示 したように、加速器導波管(7)に非常に近接させて配置することに゛よって回 避される。第11図は第10図に示した構造体の一部の断面図である。この図は 矢印方向に見た線11−11沿いの図であるが、RFブリッジ(12)が加速器 導波管(7)の側部に寄りかけて配置されていることを示す。第11図はまた、 ビーム管(63〕の方向と、ビーム屈折磁石(64)と、電子ウィンドー及びタ ーケ゛ット組立体(65)とを加速器ビーム中心線(68〕及び加速器ハウジン グ(50A)を基準として示している。第12図に示すさらに別の本発明の実施 例は、相互接続導波管(13A)(14A)及び温度的に均一かつ著しく小型の 共鳴リング形状を与えるべく、加速器構造体(7A)とRFブリッジ(12A )とに一体的に機械工作され、ろう付けされた変形可能な導波管部分(67ム) を示す。導波管(14ム)(11A)はそれぞれ、電場のある面上で小さな曲率 半径を有した長円形断面の滑らかな導波管部分を介して、加速器導波管の入力端 (8)及び出力端(9)に接続される。As mentioned above, the undesirable effect of the temperature difference between the loops is due to the RF bridge (1 2) and interconnecting waveguides (15X14) disclosed in FIGS. 10 and 11 As mentioned above, by placing it very close to the accelerator waveguide (7), avoided. FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion of the structure shown in FIG. 10. This diagram is This is a diagram along line 11-11 seen in the direction of the arrow, but the RF bridge (12) is the accelerator. It is shown that it is placed against the side of the waveguide (7). Figure 11 also shows The direction of the beam tube (63), the beam bending magnet (64), the electronic window and the the accelerator beam centerline (68) and the accelerator housing. (50A) as a reference. Yet another embodiment of the invention shown in FIG. Examples include interconnecting waveguides (13A) (14A) and thermally uniform and significantly smaller To give a resonant ring shape, the accelerator structure (7A) and the RF bridge (12A) ) and a deformable waveguide section (67 mm) integrally machined and brazed to the shows. Each waveguide (14mm) (11A) has a small curvature on the plane where the electric field is located. The input end of the accelerator waveguide via a smooth waveguide section of oval cross section with radius (8) and the output end (9).
その結果、第10図の実施例にも代表例として使用されたような広帯域特性が得 られる。As a result, broadband characteristics such as those used as a representative example in the embodiment shown in Fig. 10 were obtained. It will be done.
上記の進行波共鳴リングシステムの説明に述べたように、ビルドアップ〔増大〕 効果のため、RF源から得られるよりも高いRF電力レベルが加速器入力端に得 られる。As mentioned in the description of the traveling wave resonant ring system above, the build-up Because of the effect, a higher RF power level is available at the accelerator input than is available from the RF source. It will be done.
代表的一実施例では、ビームを出すことを銅損のため、帰還ループ内で50チの 電力損失があるときでも2対1のRIF入力増大が可能である。このR?大入力 増大法以ってすれば、非共鳴リング式加速器よりも周波数及び温度の変化を小さ く、かつR7発生器を小さく、したがって変調器を小さくしたままで、指定され たビームエネルギー及び電流を達成することが可能である。このことにより本発 明による加速器及び変調器は、高温の周囲温度が相遇されると共に利用可能な空 間がポーリング孔直径(代表的なポーリング孔では直径が5インチ(12,7c m)ないし9インチ(22,9ffi) )により厳しく制限される場合に、ポ ーリング孔用途に特に有利である。In one exemplary embodiment, the beam output is controlled by 50 channels in the feedback loop due to copper losses. A 2:1 RIF input increase is possible even in the presence of power losses. This R? large input The increase method allows for smaller changes in frequency and temperature than non-resonant ring accelerators. while keeping the R7 generator small and therefore the modulator small. It is possible to achieve high beam energies and currents. Due to this, Bright accelerators and modulators are compatible with high ambient temperatures and available air space. between the polling hole diameters (a typical polling hole has a diameter of 5 inches (12,7 cm) m) to 9 inches (22,9ffi)). This is particularly advantageous for ring hole applications.
現在、商業的計測作業に使用されているようなコバルト60及びラジウム226 もしくはセシウム137のような放射性同位元素と比較して、ここに述べた井戸 計測装置によって、主なる利点のいくつかが得られる。主な利点の一つは、この 線型加速器によって得られる光子ビームの強度が現在使用されている放射性同位 元素光子源よりも数オーダー太きい。従って実質的な検出器計数率の増大により 、より高い計測速度及び改良された地層調査深度を得ることができる。さらに、 使用されないときには電源を切ることのできる線型加速器とは異り、放射性同位 元素は常時放射線を発生するので、これは公衆のみならず作業要員に対して火災 もしくは輸送、取扱い、貯蔵の際に不慮の被曝の危険を与える。また計測作業中 の放射性同位元素の紛失、又は損傷が地下水汚染をも起こしかねない。本線型加 速器の作動上のもう一つの利点は、・4ルス放対線出力のピーク強度及び反復率 の双方が便利に制御できることである。Cobalt-60 and Radium-226 as currently used in commercial metrology work Or the wells mentioned here compared to radioactive isotopes like cesium-137. The metrology device provides several major advantages. One of the main advantages is this The intensity of the photon beam obtained by a linear accelerator is compared to the currently used radioactive isotopes. It is several orders of magnitude thicker than the elemental photon source. Therefore, due to the substantial increase in the detector count rate, , higher measurement speeds and improved geological investigation depths can be obtained. moreover, Unlike linear accelerators, which can be turned off when not in use, radioactive isotopes Since the element constantly emits radiation, this poses a fire hazard not only to the public but also to workers. or pose a risk of accidental exposure during transportation, handling, or storage. Also measuring work in progress Loss or damage to radioactive isotopes can also cause groundwater contamination. Main line type addition Another operational advantage of the speed generator is the peak intensity and repetition rate of the 4 Lus radiation output. Both can be conveniently controlled.
本発明の実施例によるポーリング孔線型加速器は500ワット未満の全入力電力 で運転している場合、ポーリング孔の入射する壁において5000 R/分を超 える中心線光子強度を与える。A polling hole linear accelerator according to an embodiment of the invention has a total input power of less than 500 watts. When operating at gives the centerline photon intensity.
本発明の装置及び方法は好ましい実施例につ(・て述べたが、本発明の範囲内で その構造及び方法について多数の設計変更及び態様が可能であることは当業者に は直ちに明らかであろう。従って好ましい実施例に関する前述の記載は本発明の 原理に関する例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は付 記の請求の範囲によってのみ限定される 浄書(内容に変更なし) FIG、l。Although the apparatus and method of the present invention have been described as preferred embodiments, it is within the scope of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that numerous design changes and embodiments of its structure and method are possible. will be immediately obvious. Therefore, the foregoing description of the preferred embodiments is of the invention. This is merely an illustration of the principle and is not intended to limit the invention. The scope of the invention is limited only by the claims set forth below. Engraving (no changes to the content) FIG. l.
FIG、 2゜ FIG、 3゜ FIG、 9゜ 手続補正書 昭和60年7月j日 特許庁長官 殿 1 事件の表示 国際出願番号 PCT/LIS841011902 発明の名称 粒子ビーム加速法及びその装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称 ハイムソン・リサーチ・コーポレーション4代理人 住 所 東京都千代田区永田町1丁目11番28号氏名 (8821)弁理士生 田哲部−゛−5国際調査報告FIG, 2゜ FIG, 3゜ FIG, 9゜ Procedural amendment July j, 1985 Commissioner of the Patent Office 1 Display of incident International application number PCT/LIS841011902 Title of the invention Particle beam acceleration method and its equipment 3 Person making the amendment Relationship to the incident: Patent applicant Name: Heimson Research Corporation 4 agent Address: 1-11-28 Nagatacho, Chiyoda-ku, Tokyo Name: (8821) Patent attorney student Tetsube-5-5 International Investigation Report
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
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US521522 | 1983-08-09 |
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