JPS63274100A - 高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置 - Google Patents
高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置Info
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- JPS63274100A JPS63274100A JP10880687A JP10880687A JPS63274100A JP S63274100 A JPS63274100 A JP S63274100A JP 10880687 A JP10880687 A JP 10880687A JP 10880687 A JP10880687 A JP 10880687A JP S63274100 A JPS63274100 A JP S63274100A
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- frequency
- incidence
- sequencer
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- Pending
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- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
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- Particle Accelerators (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、例えば超ＬＳＩ微細加工等に用いられる加速
器に使用される高周波加速空胴のチューナ制御装置に関
する。
器に使用される高周波加速空胴のチューナ制御装置に関
する。
（従来の技術）
加速器は電子、陽子、イオンなどのビームを１０億電子
ボルト（ＩＧｅｖ）程度の高エネルギー状態に加速する
ためのものであり、この加速器の一例として従来から素
粒子の研究分野で大形のもの、たとえば直径１ｋｍ以上
のものが建設されている。また最近は、例えば電子から
の放射光（ＳＯＲ光といわれる）を利用した超ＬＳＩ微
細加工（リソグラフィ）など新しい分野への応用として
比較的小形なもの、例えば直径が１０ｍ程度の加速器も
建設されるようになってきている。
ボルト（ＩＧｅｖ）程度の高エネルギー状態に加速する
ためのものであり、この加速器の一例として従来から素
粒子の研究分野で大形のもの、たとえば直径１ｋｍ以上
のものが建設されている。また最近は、例えば電子から
の放射光（ＳＯＲ光といわれる）を利用した超ＬＳＩ微
細加工（リソグラフィ）など新しい分野への応用として
比較的小形なもの、例えば直径が１０ｍ程度の加速器も
建設されるようになってきている。
加速器には、電子の加速やＳＯＲ光で失なわれるエネル
ギー補給を行うために高周波エネルギーを電子に供給す
る高周波加速空胴が設けられている。
ギー補給を行うために高周波エネルギーを電子に供給す
る高周波加速空胴が設けられている。
高周波加速空胴には種々の形式のものがあるが、ここで
は半共軸型加速空胴を例にとって説明する。
は半共軸型加速空胴を例にとって説明する。
第２図は従来の高周波加速空胴の一例で、１は中空円筒
形の外筒、２は円板形の側板、３は側板２に固定された
加速電極である。外筒１には空胴内に高周波エネルギー
を供給するためのアンテナ４が装着されており、図示し
ない高周波電源に接続されている。
形の外筒、２は円板形の側板、３は側板２に固定された
加速電極である。外筒１には空胴内に高周波エネルギー
を供給するためのアンテナ４が装着されており、図示し
ない高周波電源に接続されている。
また５は空胴の共振周波数を調整するための円筒型のチ
ューナである。６はチューナ５を空胴内へ挿入したり、
逆に引抜いたりするためのチューナ駆動装置であり、駆
！ｌ！ｌＩ源はＡＣサーボモータ等である。チューナ５
による共振周波数の変化を検出するのがプローブ７であ
る。なお、空胴内は加速電極３に接続されるビームダク
ト８と同様１０４Ｔｏｒｒ以上の高真空に保持されるた
めに、各部材の接合面にはガスケット９が装着されてい
る。
ューナである。６はチューナ５を空胴内へ挿入したり、
逆に引抜いたりするためのチューナ駆動装置であり、駆
！ｌ！ｌＩ源はＡＣサーボモータ等である。チューナ５
による共振周波数の変化を検出するのがプローブ７であ
る。なお、空胴内は加速電極３に接続されるビームダク
ト８と同様１０４Ｔｏｒｒ以上の高真空に保持されるた
めに、各部材の接合面にはガスケット９が装着されてい
る。
この様な高周波加速空胴は、電子がリング状の加速器を
まわる周波数の整数倍に近い規定の共振周波数（数百Ｍ
Ｈｚ）となる様に設計される。しかし共振周波数を設計
値通りになるように製作することは難しく、かつ運転時
の温度上昇、外圧による変形による周波数のずれがある
。さらにビームエネルギーやビーム電流値に応じて共振
周波数をずらす必要があり、これをビームローディング
といっている。これらの周波数変化を調整債するためチ
ューナ５で用いられる。
まわる周波数の整数倍に近い規定の共振周波数（数百Ｍ
Ｈｚ）となる様に設計される。しかし共振周波数を設計
値通りになるように製作することは難しく、かつ運転時
の温度上昇、外圧による変形による周波数のずれがある
。さらにビームエネルギーやビーム電流値に応じて共振
周波数をずらす必要があり、これをビームローディング
といっている。これらの周波数変化を調整債するためチ
ューナ５で用いられる。
共振周波数は、空胴の静電容量をＣ、インダクタンスを
Ｌとすると、１ ／（２ｙｃ ＡＩＪＣ’あられされる
。
Ｌとすると、１ ／（２ｙｃ ＡＩＪＣ’あられされる
。
Ｃは一対の加速電極３の空隙間隔で決まる。一方。
Ｌはチューナ５を空胴内に挿入することにより小さくで
きるので、チューナ５を挿入すれば共振周波数を上げる
ことができる。逆にチューナ５を引抜くと共振周波数を
下げることができる。
きるので、チューナ５を挿入すれば共振周波数を上げる
ことができる。逆にチューナ５を引抜くと共振周波数を
下げることができる。
以上のようにチューナ５により周波数便を変化できるが
、本発明が解決しようとする問題点は前述のビームロー
ディング時のチューナ５の挙動に関係するので、ここで
ビームローディングについて若干詳しく述べる。
、本発明が解決しようとする問題点は前述のビームロー
ディング時のチューナ５の挙動に関係するので、ここで
ビームローディングについて若干詳しく述べる。
第３図はビーム加速の電圧のベクトル図であり、ｉｂは
ビーム電流、■には高周波電源よりの電圧、Ｖｂはビー
ム電流が高周波空胴内につくる誘起電圧であり、Ｖｇと
ｖｂのベクトル和がビームが感する電圧Ｖｃとなる。す
なわち、ベクトルであることを示すためにＶにｅ Ｖｂ
＋ ｖｃとすると、Ｖｇ ＝Ｖｂ＋Ｖｃ −
・−・−Ｑ）となる、ビームの加速に寄与する電圧成分
はｉｂと同相のｖｃｃｏｓφとなる。
ビーム電流、■には高周波電源よりの電圧、Ｖｂはビー
ム電流が高周波空胴内につくる誘起電圧であり、Ｖｇと
ｖｂのベクトル和がビームが感する電圧Ｖｃとなる。す
なわち、ベクトルであることを示すためにＶにｅ Ｖｂ
＋ ｖｃとすると、Ｖｇ ＝Ｖｂ＋Ｖｃ −
・−・−Ｑ）となる、ビームの加速に寄与する電圧成分
はｉｂと同相のｖｃｃｏｓφとなる。
ビームは入射器から加速器リングに低エネルギで入射さ
れ、この高周波空胴を通過する毎に加速それていくわけ
であり、入射直後はビームエネルギーが低いために上述
のＶ。を小さくする必要がある。当然ｖｇも高周波電源
をコントロールして下げるこになる。ｖｂも小さくしな
ければならないが、” ・ ｆ。
れ、この高周波空胴を通過する毎に加速それていくわけ
であり、入射直後はビームエネルギーが低いために上述
のＶ。を小さくする必要がある。当然ｖｇも高周波電源
をコントロールして下げるこになる。ｖｂも小さくしな
ければならないが、” ・ ｆ。
１／ ｂｃｃ ｌｂ−、−ｆＦ−３°゛°■ｆＰ：高周
波加速空胴の共振周波数 ｆ：ビームの加速周波数 であり、Ｖｂを小さくするためにはｉｂを小さくするか
、 ｆ、−を小さくする必要がある。 １ｂを小さく−
ｆＰ することは加速器の性能を落とすことであり望ましくな
く、したがって共振周波数ｆＰをビームの加速周波数ｆ
より下げねばならない、これをデチューニングといって
いる。
波加速空胴の共振周波数 ｆ：ビームの加速周波数 であり、Ｖｂを小さくするためにはｉｂを小さくするか
、 ｆ、−を小さくする必要がある。 １ｂを小さく−
ｆＰ することは加速器の性能を落とすことであり望ましくな
く、したがって共振周波数ｆＰをビームの加速周波数ｆ
より下げねばならない、これをデチューニングといって
いる。
デチューニングを行うための具体的制御回路のブロック
図は第４図に示す通りである。高周波空胴内ＪＩｌ１２
０のアンテナ４に高周波電力を供給する給電線１０の途
中にとりつけられた方向性結合器１１よりの信号の位相
と、プローブ７より検出された信号の位相を位相比較器
１２により比較し１位相差があれば、チューナコントロ
ラー１３がパルス信号を出し、駆動装置６を動かしてチ
ューナ５を出し入れし、共振周波数ｆＰを変える。この
ように空胴共振器のデチューニングはフィードバック制
御により、常に最適な共振周波数ｆ、とされる。
図は第４図に示す通りである。高周波空胴内ＪＩｌ１２
０のアンテナ４に高周波電力を供給する給電線１０の途
中にとりつけられた方向性結合器１１よりの信号の位相
と、プローブ７より検出された信号の位相を位相比較器
１２により比較し１位相差があれば、チューナコントロ
ラー１３がパルス信号を出し、駆動装置６を動かしてチ
ューナ５を出し入れし、共振周波数ｆＰを変える。この
ように空胴共振器のデチューニングはフィードバック制
御により、常に最適な共振周波数ｆ、とされる。
入射時のデチューニング量（ｆ−ｆＰ）は大きいが、ビ
ームが加速されるに従って■。を大きくする必要があり
、 Ｖｂもｖｏに比例して大きくする。すなわちデチュ
ーニング量（ｆ−ｆＦ）を小さくしていく。
ームが加速されるに従って■。を大きくする必要があり
、 Ｖｂもｖｏに比例して大きくする。すなわちデチュ
ーニング量（ｆ−ｆＦ）を小さくしていく。
（発明が解決しようとする問題点）
このような共振周波数ｆｐの変化は前述のようにチュー
ナ５で行われるが、ビームの加速時間は長くても１秒程
度であり、この間にチューナ５を大きなストロークで駆
動せねばならず、チューナの駆動速度が大きくなってし
まう。このような大きな駆動速度とストロークをフィト
バック制御で行うと、チューナ５がオーバシュートした
り、ハンチング現象を起こしたりして設定すべき共振周
波数ｆ、になかなか落着かない問題がある。
ナ５で行われるが、ビームの加速時間は長くても１秒程
度であり、この間にチューナ５を大きなストロークで駆
動せねばならず、チューナの駆動速度が大きくなってし
まう。このような大きな駆動速度とストロークをフィト
バック制御で行うと、チューナ５がオーバシュートした
り、ハンチング現象を起こしたりして設定すべき共振周
波数ｆ、になかなか落着かない問題がある。
本発明は従来のチューナの制御装置が、特に入射および
加速時になかなか所定の共振周波数に落着かせることが
できないという欠点を取除き、入射加速時および加速終
了後の定常時両方にわたって安定な共振周波数制御が行
なえる高周波加速空胴のチューナ制ｇａ装置を提供する
ことを目的とする。
加速時になかなか所定の共振周波数に落着かせることが
できないという欠点を取除き、入射加速時および加速終
了後の定常時両方にわたって安定な共振周波数制御が行
なえる高周波加速空胴のチューナ制ｇａ装置を提供する
ことを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記目的を達成するために入射および加速時の
チューナ駆動パターンを設定するシーケンサを設け、か
つ、シーケンサ回路と、フィードバック回路を切換える
ための切換スイッチを設ける。
チューナ駆動パターンを設定するシーケンサを設け、か
つ、シーケンサ回路と、フィードバック回路を切換える
ための切換スイッチを設ける。
（作 用）
入射ビーム電流ｉｂや、ビームの加速時間が決まれば、
必要なデチューン量、すなわちチューナのストロークと
、駆動速度が設定できる。このため入射および加速時は
フィードバック制御をとないでシーケンサにより与えら
れた駆動パターンに従ってチューナは動く。フィードバ
ック制御をしないのでハンチングは起こえず、かつオー
バーシュートしない駆動パターンを与えることは容易で
ある。
必要なデチューン量、すなわちチューナのストロークと
、駆動速度が設定できる。このため入射および加速時は
フィードバック制御をとないでシーケンサにより与えら
れた駆動パターンに従ってチューナは動く。フィードバ
ック制御をしないのでハンチングは起こえず、かつオー
バーシュートしない駆動パターンを与えることは容易で
ある。
加速が終了して定格エネルギーになった以降は、ビーム
電流の徐々の減衰（通常１／ｅになるまで１０時間程度
）や温度変化等による加速空胴の微妙な形状の変化によ
る共振周波数のずれをゆっくりと調整すればよいので、
制御回路を切換スイッチで切換えた後、従来のフィード
バック制御回路を用いる。
電流の徐々の減衰（通常１／ｅになるまで１０時間程度
）や温度変化等による加速空胴の微妙な形状の変化によ
る共振周波数のずれをゆっくりと調整すればよいので、
制御回路を切換スイッチで切換えた後、従来のフィード
バック制御回路を用いる。
（実施例）
第１図は本発明のチューナ制御装置ブロック図で、従来
の構成要素に切換スイッチとシーケンサ１５が付加され
ている。
の構成要素に切換スイッチとシーケンサ１５が付加され
ている。
、入射および加速時はシーケンサ１５によりストローク
および駆動速度を設定し、チューナコントローラ１３へ
指令を与える。チューナ５が所定の位置に停止した後に
、すなわち定格加速エネルギーになったら、切換スイッ
チ１４を切換えて、位相比較器１２よりの信号をチュー
ナコントローラ１３へ与える。方向性結合器１１の信号
の位相と、プローブ７の信号の位相とで差があれば、位
相差に相当する信号がチューナコントローラ１３に与え
られてチューナ位相のフィードバック制御を行う。
および駆動速度を設定し、チューナコントローラ１３へ
指令を与える。チューナ５が所定の位置に停止した後に
、すなわち定格加速エネルギーになったら、切換スイッ
チ１４を切換えて、位相比較器１２よりの信号をチュー
ナコントローラ１３へ与える。方向性結合器１１の信号
の位相と、プローブ７の信号の位相とで差があれば、位
相差に相当する信号がチューナコントローラ１３に与え
られてチューナ位相のフィードバック制御を行う。
このように入射および加速時はシーケンサ１５によりチ
ューナ５の駆動パターンを決めてやれるので、チューナ
のオーバーシュートやハンチングが起こらず、したがっ
て、所定の共振周波数に精度よく設定できる。一方、定
格加速エネルギー後は従来と同様にフィードバック制御
が働らくので共振周波数の微調整が可能である。
ューナ５の駆動パターンを決めてやれるので、チューナ
のオーバーシュートやハンチングが起こらず、したがっ
て、所定の共振周波数に精度よく設定できる。一方、定
格加速エネルギー後は従来と同様にフィードバック制御
が働らくので共振周波数の微調整が可能である。
以上のように本発明によれば、特に入射および加速時の
共振周波数をオーバシュートやハンチングなしに所定の
値へ高精度で設定できる。前述のように特に入射直後は
大きなデチューニング量が必要であり、共振周波数がオ
ーバーシュートやハンチングなしに高精度で設定できれ
ば入射されたビーム電流が加速されずにロスしてしまう
割合も小さくなり、結局大電流の高性能加速器を提供で
きる。
共振周波数をオーバシュートやハンチングなしに所定の
値へ高精度で設定できる。前述のように特に入射直後は
大きなデチューニング量が必要であり、共振周波数がオ
ーバーシュートやハンチングなしに高精度で設定できれ
ば入射されたビーム電流が加速されずにロスしてしまう
割合も小さくなり、結局大電流の高性能加速器を提供で
きる。
第１図は本発明の実施例の高周波加速空胴のチューナ制
御装置のブロック図、第２図は高周波加速空胴の断面図
、第３図は高周波によるビーム加速を説明するための電
圧ベクトル図、第４図は従来の制御装置のブロック図で
ある。 １・・・外筒 ２・・・側板３・・・
加速電極 ４・・・アンテナ５・・・チュ
ーナ ６・・・チューナ駆動装置７・・・
プローブ ８・・・ビームダクト９・・・
ガスケット １０・・・高周波電力給電線１
１・・・方向性結合器 １２・・・位相比較器
１３・・・チューナコントローラ １４・・・切換スイ
ッチ１５・・・シーケンサ ２ｏ・・・高周
波加速空胴代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
御装置のブロック図、第２図は高周波加速空胴の断面図
、第３図は高周波によるビーム加速を説明するための電
圧ベクトル図、第４図は従来の制御装置のブロック図で
ある。 １・・・外筒 ２・・・側板３・・・
加速電極 ４・・・アンテナ５・・・チュ
ーナ ６・・・チューナ駆動装置７・・・
プローブ ８・・・ビームダクト９・・・
ガスケット １０・・・高周波電力給電線１
１・・・方向性結合器 １２・・・位相比較器
１３・・・チューナコントローラ １４・・・切換スイ
ッチ１５・・・シーケンサ ２ｏ・・・高周
波加速空胴代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
Claims (1)
- 入射および加速時のチューナ駆動パターンを設定するシ
ーケンサと、定格エネルギー時のチューナ駆動を行うフ
ィードバック制御回路と、この２つを切換える切換スイ
ッチとを具えたことを特徴とする高周波加速空胴のチュ
ーナ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10880687A JPS63274100A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10880687A JPS63274100A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274100A true JPS63274100A (ja) | 1988-11-11 |
Family
ID=14493955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10880687A Pending JPS63274100A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 高周波加速空胴のチュ−ナ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63274100A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01143199A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Hitachi Ltd | シンクロトロン加速の加速方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5960946A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Toshiba Corp | 高周波装置の特性可変装置 |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP10880687A patent/JPS63274100A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5960946A (ja) * | 1982-09-30 | 1984-04-07 | Toshiba Corp | 高周波装置の特性可変装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01143199A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Hitachi Ltd | シンクロトロン加速の加速方法 |
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