JPS6353900A - 荷電粒子蓄積リング装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、加速器により加速された荷電粒子を磁界を
用いて長時間蓄積する荷電粒子蓄積リング装置、％に偏
向磁石の磁界のゆらぎを補償するようにした荷電粒子蓄
積リング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第６ａ図は、例えば文献「エレクトロニクス」昭和５７
年１２月号、第１２６６頁に示された従来の荷電粒子蓄
積リング装置の概略図、第６ｂ図は第３ａ図の切断面Ａ
−Ａ’から見た断面図である。

図１こおいて、（１）は入射ビーム輸送ライン（５）を
通って供給される荷電粒子を偏向するための静磁界を発
生する偏向磁石、（２）は荷電粒子ビームライン（６）
を通って供給される荷電粒子のビームを収束させる四重
極磁石、（３）は荷電粒子ビームライン（６）を通って
送られてくる荷電粒子にエネルギーを与えるための高周
波加速装置、（４）は荷電粒子を入射するための入射装
置、（７）は偏向磁石（１）を励磁するための偏向磁石
用電源、（８）は荷電粒子ビームライン（６）を真空に
保つ真空槽である。

従来の荷電粒子蓄積リング装置は上記のように構成され
ており、偏向磁石（１）によって発生する磁界をＢ１荷
電粒子の電荷をθ、荷電粒子の描く閉軌道の曲率半径を
ρ、荷電粒子の運動量をＰとすると、荷電粒子の運動量
（勾は次式のようになる。

Ｐ　＝　ｅ　Ｂρ　　　　　　　　　　　（１）運Ｎｈ
ｔｉｔ　（Ｐ）を一定とすると、磁界（Ｂ）と曲率半径
ｐ）との間には、次式のような反比例式が成立する。

θ　Ｂ　　　　　　　　　　　（２） ところで、この磁界（Ｂ）と偏向磁石用電源（７）ｌこ
よって供給される偏向磁石（１）の田力電流工との間に
は次式のような関係が成立する。

Ｂ＝α・工　　　　　　　　　　　（３）ここで、αは
磁場定数と呼ばれる定数である。

通常、電流（１）は一定ではなく、時間とともに変動し
ており、よって磁界（Ｂ）も又時間と共に変動している
。また、磁界（Ｂ）が変動すれば、曲率半径（ρ）も変
動することが第（２）式よりわかる。ここで、Ｂ＝５Ｔ
、ρ＝１０ｍ（’Ｊソゲラフイー用ＳＯＲ装置の荷電粒
子蓄積リング装置は、この程度の磁界と曲率半径とを有
している）とし、偏向磁石用電源（７）の安定度をΔ工
＝±Ｉ　Ｘ　１０−２と仮定する（即ち、磁界（Ｂ）が
５Ｔであることを考慮ｌこ入れると、愚弄（Ｂ）はΔＢ
−±５　Ｘ　１０−２の範囲でゆらいでいる）。曲率半
径（ρ）のゆらぎをΔρとすれば、第（２）式よりこれ
は次式で計算できることがわかる（第（２）式をも参照
）。

１Δρ１；■ΔＢ　Ｉ　　　　　　（４）この第（４）
式に上記数値を代入すれば曲率半径（ρ）のゆらび（Δ
ρ）はＩΔρ１＝＝１０−’ｍとなる。通常の真空槽の
幅（２ΔρｏＸ第３ｂ図参照）は１０−’ｍ程度であり
、このような真空槽に荷電粒子が当たらないためには、
下記の条件が成立しなければならない。“１Δρ１≦Δ
、、ｏ＝５ｘｌ　Ｏｍ　　　　　（５）偏向磁石用を源
（７）の安定度Δ工＝Ｉ　Ｘ　１０−２とすると、１Δ
ρＩ＝１０−′ｉとなり、Δρ０＜１Δρ１となるため
ｌこは荷電粒子は真空槽（８）に拍たり、荷電粒子は失
なわれる。

今まではｐ−一定としてきたが、次に、一般の場合につ
いて考える。運動量（勾の不均一、磁界（Ｂ）の空間的
不均−ｌこより、電源電流のゆらぎｌこよる曲率半径（
ρ）のゆらぎ（△ρ）以外の曲率半径（ρ）のゆらぎΔ
ρａが存在する。従って、第（５）式は次式のようｌこ
変形される。

１Δρ１＋１Δρａ１く１Δρｏ　ｌ　　　　　　（６
）一般に、真空検印）の幅（△ρ０）はマグネットを小
型化するためｌこなるべく小さくとられる（即ち、△ρ
０＝１Δρａ口ことる）。

ここで、１ΔρａＩ＝４Ｘ１０−２とする。この値（Δ
ρａ）と上記の１Δρ０１　＝５ｙｌ　ｏ−２ｍとを第
（６）式に代入すると、１Δρｌ　＜１　ｘｌ　Ｏ−２
ｍとなる。この条件式と第（４）式よりΔＢ＝５　ｘ　
１０−’（Ｔ）となる。上記のように磁界（Ｅ）が５Ｔ
であるので、電源（７）の安定度はＩ　Ｘ　１０−３以
下の値が必要であり、余裕を見れば、ｌＸ１０−’程度
が必要である。また、粗悪な電源では、単に電流がゆら
いでいるだけではなく、設定電流に対して、実際の出力
電流が大きくずれている可能性もある。このように出力
電流がずれている場合、偏向磁石（１）の磁界（Ｂ）も
ずれることｌこなり第（４）式により閉軌道からの軌道
のずれΔρが生じる。このΔρの範囲がある一定値以上
越えた場合、荷電粒子ビームが失なわれるのは、上記で
述べた通りである。また、荷電粒子ビームが失なわれな
いためには、偏向磁石用電源（７）の設定精度は１×１
０　程度必要であることがわかる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の荷電粒子蓄積リング装置では、偏向
磁石を励磁するための励磁電流のゆらぎ及び設定電流か
らのずれ（即ち、偏向磁石の磁界のゆらぎ及び誤差）が
大きければ、荷電粒子の閉軌道からのずれΔρが大きく
なり、荷電粒子が真空槽壁に尚たり荷電粒子が失なわれ
てしまうので、これを防ぐには高い安定度及び高い精度
の電源を必要とする問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、低い安定度及び低い精度の電源を用いても磁界の
ゆらぎ等１こ起因する荷電粒子の閉軌道からのずれを小
さくでき、荷電粒子が真空槽壁ζこ当たることによる荷
電粒子の損失を防ぐことが可能な荷電粒子蓄積リング装
置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明ｌこ係る荷電粒子蓄積リング装置は、第１及び
第２の偏向磁石用電源と、荷電粒子を偏向するための静
磁界を発生するために前記偏向磁石用電源の各々から電
流が供給され、互いに離間して対向している第１及び第
２の偏向磁石と、前記第１及び第２の偏向磁石間に配置
されていて荷電粒子ビームを収束するための複数の四重
極磁石と、前記第１及び第２の偏向磁石間１こ配置され
ていて荷電粒子にエネルギーを与えるための高周波加速
装置と、前記第１及び第２の偏向磁石間に配置され、前
記高周波加速装置の前部に配置されていて荷電粒子を入
射するための入射装置とを備えている荷電粒子蓄積リン
グ装置であって、前記第１及び第２の偏向磁石のそれぞ
れの磁界を測定するための第１及び第２の核磁気共鳴磁
界測定装置と、前記第１及び第２の核磁気共鳴装置のそ
れぞれの測定出力と所定の設定磁界とを比較し、この磁
界変化分を打ち消すように補償電流を決定する第１及び
第２の電流値決定装置を設けて、前記電流値決定装置の
それぞれによって前記偏向磁石のそれぞれの磁界のゆら
ぎを補償するようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、核磁気共鳴磁界測定装置（以下、
ＮＭＲａ界測定装置と称する）！こより測定された偏向
磁石の磁界ｌこ基づいて設定された設定磁界からのずれ
を算出し、磁界のずれを補償する電流値（補償電流値）
を決定し、この補償電流値に基づいて偏向磁石の磁界の
ゆらぎを補償すること１こよって高安定・高精度な磁界
を得るようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による荷電粒子蓄積リング
装置の概略図、第２図はこの発明の上記実施例の一部改
変例による荷電粒子蓄積リング装置の概略図である。図
において、第３図と同一符号が付されているものは従来
装置と同様のものであるのでそれらの説明は省略する。

（９）は偏向磁石の磁界を測定するためのＮＭＲ磁界測
定プローブ、（１０）はＮＭＲ磁界測定プローブ（９）
によって測定された測定信号を入力し、その測定結果を
出力するＮＭＲ磁界測定装置、（１１）はＮＭＲ磁界測
定装置（１０）により測定された磁界出力結果に基づい
て電源（７）の補償電流を決定する電流値決定装置、（
１２）は偏向磁石（１）１こ設けられて補償電流を流す
ための補償コイル、（１５）は補償コイル（１２）　ｉ
こ励磁電流を供給するための補償コイル用電源である。

第１図４こおいて、電源電流のゆらぎ等による磁界のゆ
らぎ及び磁界の設定値からのずれがある値以上になると
、荷電粒子の閉軌道からのずれが大きくなりすぎ、荷電
粒子が真空槽壁に衝突し荷電粒子が失われる。これを防
止するためｌこは、磁界のゆらぎ及び磁界の設定値から
のずれを小さくすることが必要であるために、以下の様
にする。

磁界を高精度のＮＭＲ磁界測定装置で測定する。

磁界測定装置として、ホール素子を用いた磁界測定装置
、ピックアップコイルを用いた磁界測定装置等が知られ
ているが、高精度で磁界を測定することが可能な装置さ
して、ＮＭＲ１ａ界測定装置（１０）が知られている。

ＮＭＲ磁界測定装置には、パルスＮＭＲ磁界測定装置、
ＯＷＮＭＲ磁界測定装置の２種類があるが、どちらを使
用しても良い。この装置の精度は磁界均一度にも依存す
るがＩ　Ｘ　１０−５〜ｌＸ１０−’程度であると言わ
れている。このＮＭＲ磁界測定装置（１０）　）こよっ
て測定された磁界は電流値決定装置（１１）ＩＣおいて
あらかじめ設定しておいた磁界と比較され、この磁界変
化分を打ち消すように電源電流値（補償電流値）を決定
する。この補償電流値に基づいて電源（力の出力電流が
（ｅＦ＝正される。この様に、ＮＭＲ磁界測定装置（１
０）を用いて磁界を測定し、この測定した磁界に基づい
て電源（７）にフィードバック制御をかけることによっ
て、磁界のゆらぎ及び磁界の設定値からのずれを小さく
することが可能となる。

なお、上記一実施例では偏向磁石（１）の磁界のゆらぎ
を、直接偏向磁石用電源（７）の電流を制御することに
よって補償したが、第２図の上記実施例の一部改変に示
されるように、偏向磁石（１）の磁界ゆらぎを補償する
ための補償コイル（１２）及び補償コイル用電源（１３
）を別ζこ設置し、この補償コイル（１２）の発生する
磁界と偏向磁石（１）の発生する磁界の和が一定になる
様に補償コイル（１２）の磁界、即ち補償コイル（１２
）の電流値を調整する様にしても良い。

また、上記実施例では荷電粒子蓄積リング装置の場合に
ついて説明したが、偏向磁石（１）を有する装置、例え
ば、シンクロトロンであれば何でも良く、上記実施例と
同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、高安定及び高精度のＮ
ＭＲ磁界測定装置を用いて磁界を測定し、この測定出力
と所定の設定磁界とを比較し、この磁界変化分を打ち消
すように補償？Ｊｃ流を決定する電流値決定装置を設け
て、この電流値決定装置ｌこよって偏向磁石の磁界のゆ
らぎを補償するように構成したので、偏向磁石の磁界を
高安定及び高精度にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例１こよる荷電粒子蓄積
リング装置の概略図、第２図はこの発明の第２の実施例
による荷電粒子蓄積リング装置の概略図、第６ａ図は従
来の荷電粒子蓄積リング装置の概略図、第３ｂ図は第３
ａ図の切断面Ａ　−Ａ’から切断したときの断面図であ
る。 図において、 （１）・・偏向磁石、（２）・・四重極磁石、（３）・
・高周波加速装置、（４）・・入射装置、（５）・・入
射ビーム輸送ライン、（６）・・ビームライン、（７）
・・偏向磁石用電源、印）・・真空槽、（９）・・ＮＭ
Ｒ磁界測定装置プローブ、（１０）・・ＮＭＲ磁界測定
装置、（１１）・・電流値決定装置、（１２）・・補償
コイル、（１６）・・補償コイル用電源である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相蟲部分を示す。 代理人　　曽　我　道　照、゛、−１ｊボ３Ｑ図 黙３ｂ図 手続補正書「自発」 ｌｌ６６１ｙ１０．ジ１８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１及び第２の偏向磁石用電源と、荷電粒子を偏
   向するための静磁界を発生するために前記偏向磁石用電
   源の各々から電流が供給され、互いに離間して対向して
   いる第１及び第２の偏向磁石と、前記第１及び第２の偏
   向磁石間に配置されていて荷電粒子ビームを収束するた
   めの複数の四重極磁石と、前記第１及び第２の偏向磁石
   間に配置されていて荷電粒子にエネルギーを与えるため
   の高周波加速装置と、前記第１及び第２の偏向磁石間に
   配置され、前記高周波加速装置の前部に配置されていて
   荷電粒子を入射するための入射装置とを備えている荷電
   粒子蓄積リング装置であって、前記第１及び第２の偏向
   磁石のそれぞれの磁界を測定するための第１及び第２の
   核磁気共鳴磁界測定装置と、前記第１及び第２の核磁気
   共鳴装置のそれぞれの測定出力と所定の設定磁界とを比
   較し、この磁界変化分を打ち消すように補償電流を決定
   する第１及び第２の電流値決定装置を設けて、前記電流
   値決定装置のそれぞれによって前記偏向磁石のそれぞれ
   の磁界のゆらぎを補償するようにしたことを特徴とする
   荷電粒子蓄積リング装置。