JPWO2012117563A1 - Electromagnetic power supply control system and control method for synchrotron and synchrotron - Google Patents

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Abstract

偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンにおいて、偏向電磁石の励磁調整を容易に行うことができるようにする。計算機401は、偏向電磁石共通のビーム加減速分の主パターンと、偏向電磁石個別のビーム軌道補正分のパターンを分けて作成し管理する。制御装置402は主パターンと補正パターンを合算した結果を電磁石電源403a〜403dに出力し、電磁石電源403a〜403dはその合算結果に従って偏向電磁石102a〜102dを励磁する。In a synchrotron in which a deflection electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction, excitation adjustment of the deflection electromagnet can be easily performed. The computer 401 separately creates and manages the main pattern for beam acceleration / deceleration common to the deflection electromagnet and the pattern for beam trajectory correction for each deflection electromagnet. The control device 402 outputs the result of adding the main pattern and the correction pattern to the electromagnet power sources 403a to 403d, and the electromagnet power sources 403a to 403d excite the deflection electromagnets 102a to 102d according to the sum result.

Description

本発明は、荷電粒子ビームを加速するシンクロトロンの電磁石電源制御システム及び制御方法並びにシンクロトロンに関する。   The present invention relates to a synchrotron electromagnet power supply control system and control method for accelerating a charged particle beam, and a synchrotron.

シンクロトロンは、線形加速器である程度加速した後に入射された荷電粒子ビーム(以下、ビームという)を、所望のエネルギーまで加速し、粒子線がん治療装置などのビーム利用設備に出射するものである。   The synchrotron accelerates an incident charged particle beam (hereinafter referred to as a beam) after being accelerated to some extent by a linear accelerator to a desired energy and emits the beam to a beam utilization facility such as a particle beam cancer treatment apparatus.

シンクロトロンにおいて、ビームは環状の真空ダクト内を周回し、高周波加速空胴を繰返し通過することで所望のエネルギーまで加速する。シンクロトロンはビームを同一軌道上で周回させるため、ビームを偏向する偏向電磁石と、ビームの位置を測定するモニタと、その測定結果にもとづきビーム軌道を調整する補正用電磁石(ステアリング電磁石)を有する。シンクロトロンの各機器は、偏向されたビームが同一軌道上を周回するように設計・設置されるが、実際には各機器の形状誤差や設置誤差によりビームの軸が微妙にずれてしまうため、ステアリング電磁石によってビームの軌道を補正する。   In the synchrotron, the beam circulates in an annular vacuum duct and accelerates to a desired energy by repeatedly passing through a high-frequency acceleration cavity. The synchrotron has a deflecting electromagnet for deflecting the beam, a monitor for measuring the position of the beam, and a correction electromagnet (steering electromagnet) for adjusting the beam trajectory based on the measurement result in order to make the beam circulate on the same orbit. Each synchrotron device is designed and installed so that the deflected beam circulates in the same orbit, but in reality, the axis of the beam slightly shifts due to the shape error and installation error of each device. The beam trajectory is corrected by the steering electromagnet.

ステアリング電磁石がある場合、各偏向電磁石はビーム軌道のずれに構わずそれぞれ同じ角度でビームを曲げようとするだけでよいため、共通の電源によって同じ強度で励磁される。それに対してビーム軌道補正を行うステアリング電磁石は、ビーム軌道のずれに応じて励磁強度を変える必要があるため、それぞれ個別の電源によって異なる強度で励磁される。   When there is a steering electromagnet, each deflecting electromagnet need only bend the beam at the same angle regardless of the deviation of the beam trajectory, and is excited with the same intensity by a common power source. On the other hand, since the steering electromagnet for correcting the beam trajectory needs to change the excitation intensity in accordance with the deviation of the beam trajectory, it is excited with different intensity by each individual power source.

以上のように、シンクロトロンは共通電源によって励磁される偏向電磁石がビームを偏向し、個別電源によって励磁されるステアリング電磁石がビーム軌道を補正するのが一般的である。この種のシンクロトロンの例としては、特許文献1に記載のものがある。   As described above, in the synchrotron, the deflection electromagnet excited by the common power source deflects the beam, and the steering electromagnet excited by the individual power source generally corrects the beam trajectory. An example of this type of synchrotron is disclosed in Patent Document 1.

それに対し、偏向電磁石がビームを単に偏向するだけでなくビーム軌道の補正も行うシンクロトロンにおいては、偏向電磁石は励磁強度を変えてビームの偏向角度を微調整することで、ビーム軌道の補正を行う。上述の一般的なシンクロトロンのステアリング電磁石と同じく、各偏向電磁石はビーム軌道のずれに応じて励磁強度を変える必要があるため、共通の電源ではなく個別の電源によって、異なる強度で励磁される。   On the other hand, in a synchrotron in which the deflection electromagnet not only deflects the beam but also corrects the beam trajectory, the deflection electromagnet corrects the beam trajectory by changing the excitation intensity and finely adjusting the deflection angle of the beam. . Like the above-described general synchrotron steering electromagnets, each deflecting electromagnet needs to change the excitation intensity in accordance with the beam trajectory shift, and is therefore excited with different intensities by an individual power source instead of a common power source.

このように、偏向電磁石が個別の電源によって制御され、ビームの偏向と軌道補正を行うシンクロトロンの例としては、非特許文献1に記載のものがある。この論文には「The 12 main dipoles are excited in pairs by 6 Magnet Power Supplies (MPS).(中略)These errors can be corrected to around 1 mm with the 6 main dipole power supplies and the 6 vertical corrector magnets.」と記載されている。この例では、12の偏向電磁石が2つで一組としてそれぞれ個別の電源によって励磁され、水平方向のビーム軌道誤差を補正する。   As described above, an example of a synchrotron in which a deflection electromagnet is controlled by an individual power source and performs beam deflection and trajectory correction is disclosed in Non-Patent Document 1. In this paper, “The 12 main dipoles are excited in pairs by 6 Magnet Power Supplies (MPS). (Omitted) These errors can be corrected to around 1 mm with the 6 main dipole power supplies and the 6 vertical corrector magnets.” Have been described. In this example, twelve deflection electromagnets are excited as a set by individual power sources, and the beam trajectory error in the horizontal direction is corrected.

シンクロトロンはビームの「入射−加速−出射−減速」を所定の周期で繰返し、偏向電磁石はそのビームエネルギー(加速度)の変化に応じて、励磁強度のパターンを所定の周期で繰り返す。偏向電磁石がビームの偏向のみを行い、ステアリング電磁石がビームの軌道補正を行う場合は、共通の電源一つに励磁強度パターンデータを設定する。それに対して、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行う場合は、各偏向電磁石電源にそれぞれ異なるパターンデータを設定する。   The synchrotron repeats “incidence-acceleration-extraction-deceleration” of the beam at a predetermined cycle, and the deflecting electromagnet repeats the excitation intensity pattern at a predetermined cycle according to the change of the beam energy (acceleration). When the deflection electromagnet only deflects the beam and the steering electromagnet corrects the beam trajectory, excitation intensity pattern data is set for one common power source. On the other hand, when the deflecting electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction, different pattern data is set for each deflecting electromagnet power source.

特開2006−228579号公報JP 2006-228579 A

S.P. Moller, "Status of the Particle Therapy Accelerator System Built by DANFYSIK A/S", EPAC08(TUPP124), 2008(Mollerのoはoに斜めスラッシュ)S.P. Moller, "Status of the Particle Therapy Accelerator System Built by DANFYSIK A / S", EPAC08 (TUPP124), 2008 (Moller o is a diagonal slash to o)

特許文献1に記載のように、偏向電磁石がビームの偏向のみを行い、ステアリング電磁石がビームの軌道補正を行うシンクロトロンでは、ステアリング電磁石の設置スペースが必要であり、その分、シンクロトロンが大型化する問題がある。   As described in Patent Document 1, the synchrotron in which the deflecting electromagnet only deflects the beam and the steering electromagnet corrects the trajectory of the beam requires a space for installing the steering electromagnet. There is a problem.

非特許文献1に記載のシンクロトロンでは、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うため、ステアリング電磁石が不要となり、シンクロトロンを小型化することができる。   In the synchrotron described in Non-Patent Document 1, since the deflecting electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction, the steering electromagnet is unnecessary, and the synchrotron can be downsized.

しかし、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンには、電磁石電源制御において二つの問題がある。   However, the synchrotron in which the deflection electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction has two problems in electromagnet power control.

第一に、励磁強度パターンの個別化による問題がある。上述のように、偏向電磁石がビーム軌道補正を行わない場合は、共通の電源一つにパターンを設定する。それに対して偏向電磁石がビーム軌道補正を行う場合は、それぞれの電源に異なるパターンを設定する必要があるため、パターンの数が多くなり、パターンの調整に手間がかかる。例えばビーム軌道が全体的に外側にずれていたとすると、全偏向電磁石の励磁強度を一律に上げてビームの偏向角度を大きくし、軌道を内側に寄せる。その際、各偏向電磁石を共通の電源によって励磁する場合は、共通の電源に設定するパターン一つを調整すればよい。それに対して、偏向電磁石を個別の電源によって励磁する場合は、偏向電磁石電源の台数分のパターンを調整しなければならない。   First, there is a problem due to individualization of excitation intensity patterns. As described above, when the deflecting electromagnet does not perform beam trajectory correction, a pattern is set for one common power source. On the other hand, when the deflecting electromagnet performs beam trajectory correction, it is necessary to set different patterns for the respective power supplies. Therefore, the number of patterns increases, and it takes time to adjust the patterns. For example, assuming that the beam trajectory is shifted outward as a whole, the excitation intensity of all the deflection electromagnets is uniformly increased to increase the beam deflection angle, and the trajectory is moved inward. At that time, when each deflection electromagnet is excited by a common power source, one pattern to be set to the common power source may be adjusted. On the other hand, when the deflection electromagnets are excited by individual power sources, the patterns corresponding to the number of deflection electromagnet power sources must be adjusted.

第二に、励磁強度パターンのうち、ビーム軌道補正のための励磁調整分がグラフ上で見分けにくいという問題がある。偏向電磁石がビーム軌道補正を行わない場合は、ビーム加減速に応じた励磁強度パターンを偏向電磁石電源に設定し、それとは別にビーム軌道補正用の励磁調整パターンをステアリング電磁石電源に設定する。それに対して偏向電磁石がビーム軌道補正を行う場合、各偏向電磁石電源に設定する励磁強度パターンは、ビーム加減速に合わせて励磁を大きく変化させる分と、ビーム軌道のずれに応じて励磁強度を微調整する分を兼ねるものになる。ビーム加減速に応じた励磁強度に対して、ビーム軌道を補正するための励磁調整量は微小である。従ってパターンデータをグラフ上で作成する際、ビーム軌道補正用の励磁調整分を判別しにくく、調整が困難である。   Secondly, there is a problem that, among the excitation intensity patterns, excitation adjustments for beam trajectory correction are difficult to distinguish on the graph. When the deflection electromagnet does not perform beam trajectory correction, an excitation intensity pattern corresponding to beam acceleration / deceleration is set in the deflection electromagnet power supply, and an excitation adjustment pattern for beam trajectory correction is set in the steering electromagnet power supply separately. On the other hand, when the deflecting electromagnet performs beam trajectory correction, the excitation intensity pattern set for each deflecting electromagnet power source has the excitation intensity slightly changed according to the amount of excitation greatly changed according to the beam acceleration / deceleration and the deviation of the beam trajectory. It also serves as an adjustment. The excitation adjustment amount for correcting the beam trajectory is very small with respect to the excitation intensity corresponding to the beam acceleration / deceleration. Therefore, when creating pattern data on a graph, it is difficult to determine the excitation adjustment for beam trajectory correction, and adjustment is difficult.

本発明の目的は、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンにおいて、偏向電磁石の励磁調整を容易に行うことができる電磁石電源制御システム及び制御方法並びにシンクロトロンを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electromagnet power supply control system and control method, and a synchrotron capable of easily adjusting excitation of the deflection electromagnet in a synchrotron in which the deflection electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction. is there.

上記目的を達成するために、本発明では、各偏向電磁石の励磁強度パターンを、ビーム加減速に応じた主パターンと、ビーム軌道補正用のパターンに分けて作成し管理する。主パターンは全偏向部の偏向電磁石に共通であり、補正パターンは各偏向部の偏向電磁石に個別である。運転時は、共通の主パターンと個別の補正パターンを合算した結果を、各偏向電磁石電源に設定する。   In order to achieve the above object, in the present invention, the excitation intensity pattern of each deflection electromagnet is created and managed separately into a main pattern corresponding to beam acceleration / deceleration and a pattern for beam trajectory correction. The main pattern is common to the deflection electromagnets of all the deflection units, and the correction pattern is individual for the deflection electromagnets of each deflection unit. During operation, the result of adding the common main pattern and the individual correction patterns is set for each deflection electromagnet power source.

本発明によれば次のような効果が得られる。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

第一に、全偏向電磁石の励磁量を一律に変更する際、ビームの曲げ量が大きく励磁調整に手間が掛かる主パターンひとつを変更すれば全偏向部の変更電磁石に反映されるため、偏向電磁石の励磁調整が容易となる。   First, when uniformly changing the excitation amount of all deflection electromagnets, if one of the main patterns that require a large amount of beam bending is troublesome to adjust the excitation, it will be reflected in the change electromagnet of all deflection units. The excitation adjustment is easy.

第二に、励磁強度が大きい主パターンとは別に励磁変化が微細な補正パターンを管理するため、パターンデータをグラフ表示する際にビーム軌道補正のための励磁調整分を見分けやすく、励磁強度の微調整が容易となる。   Second, in order to manage correction patterns with fine excitation changes separately from the main pattern with high excitation intensity, it is easy to distinguish excitation adjustments for beam trajectory correction when displaying pattern data in a graph. Adjustment is easy.

以上の結果、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンにおいて、偏向電磁石の励磁調整を容易かつ速やかに行うことができ、励磁強度パターンの作成・調整時間の短縮が可能となる。   As a result, in the synchrotron in which the deflecting electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction, the excitation adjustment of the deflecting electromagnet can be performed easily and quickly, and the time for creating and adjusting the excitation intensity pattern can be shortened. .

本発明の適用対象である、ビーム位置モニタと、その測定結果に基づいてビーム軌道補正を行う偏向電磁石を備えるシンクロトロンの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the synchrotron provided with the deflection | deviation electromagnet which performs a beam trajectory correction based on the beam position monitor which is the application object of this invention, and its measurement result. 粒子ビームを常に同一角度で偏向するため、ビーム加減速に合わせて励磁強度を変化させた偏向電磁石の励磁強度パターンを示す図である。It is a figure which shows the excitation intensity | strength pattern of the deflection electromagnet which changed the excitation intensity | strength according to beam acceleration / deceleration in order to always deflect | deviate a particle beam by the same angle. 偏向電磁石共通の主パターンと、個別のビーム軌道補正パターンを分けて管理し、両パターンを合算した結果を各偏向電磁石のパターンとする、本発明の制御原理を示す図である。It is a figure which shows the control principle of this invention which manages separately the main pattern common to a deflection electromagnet, and an individual beam trajectory correction pattern, and makes the result of adding both patterns the pattern of each deflection electromagnet. シンクロトロンの電磁石電源制御システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the electromagnet power supply control system of a synchrotron. 電磁石電源制御システムを構成する計算機と制御装置の機能の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the function of the computer and control apparatus which comprise an electromagnet power supply control system. 偏向電磁石電源制御で用いるパターンデータの作成プロセスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the creation process of the pattern data used by deflection electromagnet power supply control. 偏向電磁石パターンを作成する際に用いる、各ビーム位置モニタの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of each beam position monitor used when producing a deflection electromagnet pattern. ビーム入射時と出射時においてビーム軌道補正のための励磁調整量を求め、その2点をグラフ上でなめらかに結ぶことで作成した、偏向電磁石のビーム軌道補正用パターンのグラフ表示の一例を示す図である。The figure which shows an example of the graph display of the pattern for beam trajectory correction of the deflection electromagnet created by calculating | requiring the excitation adjustment amount for beam trajectory correction at the time of beam incidence and emission, and connecting the two points smoothly on the graph It is. 偏向電磁石のビーム偏向半径の説明図である。It is explanatory drawing of the beam deflection radius of a deflection electromagnet. 本発明を実施しない場合の各偏向電磁石の励磁強度パターンを示す図である。It is a figure which shows the excitation intensity | strength pattern of each deflection electromagnet when not implementing this invention. 本発明の第2の実施の形態における偏向電磁石電源制御システムの計算機と制御装置の機能の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the function of the computer and control apparatus of the bending magnet power supply control system in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における偏向電磁石電源制御システムの計算機と制御装置の機能の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the function of the computer and control apparatus of the bending magnet power supply control system in the 3rd Embodiment of this invention. シンクロトロンが5つ以上の偏向電磁石を備える場合の偏向電磁石と電源の対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence of a deflection | deviation electromagnet and a power supply in case a synchrotron is provided with five or more deflection | deviation electromagnets.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を説明する。
〜シンクロトロンの全体構成〜
図1はシンクロトロンの構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described.
-Overall structure of synchrotron-
FIG. 1 is a block diagram of a synchrotron.

シンクロトロン100は、前段加速器101、偏向電磁石102a,102b,102c,102d、四極電磁石103、六極電磁石104、静電インフレクタ105、静電デフレクタ106、出射セプタム電磁石107、入射バンプ電磁石108、ビーム位置モニタ109a,109b,109c,109d、高周波加速空胴110などを備える。偏向電磁石102a,102b,102c,102dは4つの偏向部102−1,102−2,102−3,102−4に1つづつ配置されている。ビームは前段加速器101で予備加速された後に、静電インフレクタ105からシンクロトロン100に入射され、偏向電磁石102a,102b,102c,102dによって偏向されて環状の真空ダクト内を周回する。ビームは高周波加速空胴110を通過するたびに高周波電圧を印加されて加速していき、所望のエネルギーに達すると出射セプタム電磁石107からビーム利用設備へ出射される。
〜偏向電磁石の励磁強度パターン〜
図2は、偏向電磁石102a,102b,102c,102dの励磁強度パターンを示す図である。
The synchrotron 100 includes a pre-accelerator 101, deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d, a quadrupole electromagnet 103, a hexapole electromagnet 104, an electrostatic inflector 105, an electrostatic deflector 106, an outgoing septum electromagnet 107, an incident bump electromagnet 108, a beam. Position monitors 109a, 109b, 109c, 109d, a high-frequency acceleration cavity 110, and the like are provided. The deflection electromagnets 102a, 102b, 102c and 102d are arranged one by one in the four deflection units 102-1, 102-2, 102-3 and 102-4. The beam is preliminarily accelerated by the pre-stage accelerator 101, then enters the synchrotron 100 from the electrostatic inflector 105, is deflected by the deflecting electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d and circulates in the annular vacuum duct. Each time the beam passes through the high-frequency acceleration cavity 110, it is accelerated by applying a high-frequency voltage. When the beam reaches a desired energy, it is emitted from the exit septum electromagnet 107 to the beam utilization facility.
~ Excitation intensity pattern of deflection electromagnet ~
FIG. 2 is a diagram illustrating excitation intensity patterns of the deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d.

偏向電磁石102a,102b,102c,102dはビームを偏向するために、ビームのエネルギー(加速度)に合わせて、図2のように励磁の強弱をつける。ビームのエネルギーが高まるほど強い力でビームを偏向する必要があるため、ビームのエネルギーに応じて偏向電磁石の励磁強度を変化させる。最初はビーム入射時の低いエネルギーに合わせて磁場を低く設定し(入射運転201)、ビームが加速するごとに磁場を強めていき(加速運転202)、出射時のエネルギーに合わせて磁場を一定に保った後(出射運転203)、次のビーム入射のため磁場を低くする(減速運転204)。このように偏向電磁石の励磁強度は大きな山形となる。シンクロトロン100はビームの「入射−加速−出射−減速」を所定の周期で繰り返すため、図2の励磁強度の変化を一つのパターンとし、偏向電磁石はビームの「入射−加速−出射−減速」の周期に合わせて励磁強度パターンを繰り返す。このパターンは出射時のエネルギーの高さに応じて変える必要があり、所望する出射エネルギーの種類分のパターンが必要である。
〜ビーム軌道補正〜
また偏向電磁石102a,102b,102c,102dは、ビーム位置モニタ109a,109b,109c,109dの地点においてビームが正しい位置を通るように、励磁強度を微調整してビームを偏向する角度を変え、ビーム軌道の補正を行う。例えば偏向電磁石102aは、ビーム位置モニタ109aの地点においてビーム軌道が所望の位置と一致するように、ビーム偏向角度を調整する。ビーム軌道のずれは各ビーム位置モニタの地点でそれぞれ異なるため、各モニタに対応する電磁石ごとにビーム軌道の補正角度はそれぞれ異なり、励磁強度の調整量も異なる。従って、従来は、偏向電磁石の台数分のパターンが必要であった。つまり、4台の偏向電磁石を備えるシンクロトロン100で300種類のエネルギーのビームを出射するためには、「4台分のパターンの組み合わせ×300通り」が必要であった。
〜本発明の制御原理〜
図3は本発明の制御原理を示す図である。
The deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d apply excitation strength as shown in FIG. 2 in accordance with the energy (acceleration) of the beam in order to deflect the beam. Since it is necessary to deflect the beam with a stronger force as the beam energy increases, the excitation intensity of the deflecting electromagnet is changed in accordance with the beam energy. Initially, the magnetic field is set low according to the low energy at the time of beam incidence (incident operation 201), and the magnetic field is strengthened every time the beam accelerates (acceleration operation 202), and the magnetic field is made constant according to the energy at the time of emission. After maintaining (extraction operation 203), the magnetic field is lowered for the next beam incidence (deceleration operation 204). Thus, the excitation intensity of the deflection electromagnet has a large mountain shape. Since the synchrotron 100 repeats “incidence-acceleration-extraction-deceleration” of the beam at a predetermined period, the change of the excitation intensity shown in FIG. The excitation intensity pattern is repeated in accordance with the period. This pattern needs to be changed according to the energy level at the time of emission, and a pattern corresponding to the desired type of emission energy is required.
~ Beam trajectory correction ~
The deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d change the angle at which the beam is deflected by finely adjusting the excitation intensity so that the beam passes through the correct position at the positions of the beam position monitors 109a, 109b, 109c, and 109d. Correct the trajectory. For example, the deflection electromagnet 102a adjusts the beam deflection angle so that the beam trajectory coincides with a desired position at the point of the beam position monitor 109a. Since the deviation of the beam trajectory differs at each beam position monitor point, the correction angle of the beam trajectory is different for each electromagnet corresponding to each monitor, and the adjustment amount of the excitation intensity is also different. Therefore, conventionally, patterns corresponding to the number of deflecting electromagnets have been required. In other words, in order to emit a beam of 300 kinds of energy with the synchrotron 100 including four deflecting electromagnets, “a combination of four patterns × 300 patterns” is necessary.
-Control principle of the present invention-
FIG. 3 is a diagram showing the control principle of the present invention.

本発明では、偏向電磁石のパターンデータは、図3のように偏向電磁石102a,102b,102c,102d(偏向部102−1,102−2,102−3,102−4)に共通の主パターン301と、ビーム軌道を補正するための偏向電磁石102a,102b,102c,102d(偏向部102−1,102−2,102−3,102−4)に個別の補正パターン302a,302b,303c,302dに分けて作成し管理する。主パターン301とは、図2のようにビーム入射時と出射時のエネルギーに合わせたパターン、すなわちビームエネルギーが高いほど強い励磁でビームを偏向させるという励磁強度のパターンである。補正パターン302a,302b,303c,302dとは、偏向電磁石の励磁強度を微調整してビームの偏向角度をわずかに変え、ビーム位置モニタの地点においてビーム軌道が所望の位置と一致するように補正するための励磁調整パターンである。「主パターン301+補正パターン302a,302b,303c,302d=偏向電磁石パターン303a,303b,303c,303d」とし(すなわち、共通の主パターン301と個別のビーム軌道補正パターン302a〜302dを合算し、合算した結果を偏向電磁石パターン303a,303b,303c,303dとして求め)、そのパターン303a〜303dに従って各偏向電磁石を励磁する。本発明では、主パターン301は、エネルギー数分の300パターンがあればよい。
〜電磁石電源制御システムの全体構成〜
図4は、シンクロトロン100の電磁石電源制御システムの全体構成を示す図である。
In the present invention, the pattern data of the deflecting electromagnet is the main pattern 301 common to the deflecting electromagnets 102a, 102b, 102c, 102d (deflecting units 102-1, 102-2, 102-3, 102-4) as shown in FIG. And deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, 102d (deflecting units 102-1, 102-2, 102-3, 102-4) for correcting the beam trajectory to individual correction patterns 302a, 302b, 303c, 302d. Create and manage separately. The main pattern 301 is a pattern that matches the energy at the time of beam incidence and emission as shown in FIG. 2, that is, a pattern of excitation intensity that deflects the beam with stronger excitation as the beam energy is higher. The correction patterns 302a, 302b, 303c, and 302d are used to finely adjust the excitation intensity of the deflecting electromagnet to slightly change the beam deflection angle so that the beam trajectory matches the desired position at the position of the beam position monitor. This is an excitation adjustment pattern. “Main pattern 301 + correction patterns 302a, 302b, 303c, 302d = deflection electromagnet patterns 303a, 303b, 303c, 303d” (that is, the common main pattern 301 and the individual beam trajectory correction patterns 302a to 302d are added together and added together. The results are obtained as deflection electromagnet patterns 303a, 303b, 303c, and 303d), and the respective deflection electromagnets are excited according to the patterns 303a to 303d. In the present invention, the main pattern 301 may have 300 patterns corresponding to the number of energy.
-Overall configuration of electromagnet power control system-
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of the electromagnet power supply control system of the synchrotron 100. As shown in FIG.

電磁石電源制御システム410は、複数の端末(表示装置)400a,400b,400cを有する計算機401(管理装置)と、制御装置402とを備えている。   The electromagnet power supply control system 410 includes a computer 401 (management device) having a plurality of terminals (display devices) 400a, 400b, and 400c, and a control device 402.

オペレータは、端末400a,400b,400cの表示部のグラフ作成画面に図3に示した主パターン301のデータと補正パターン302a〜302dのデータを表示して主パターン301と補正パターン302a〜302dを作成し、計算機401の記憶装置に保存する。計算機401は保存された複数のパターンデータを、電流・電圧パターンなど電源制御で使用できる形に変換し、制御装置402のメモリに設定する。制御装置402はビームの「入射−加速−出射−減速」のタイミングに合わせて,メモリに設定された複数のパターンデータの中から所望のエネルギーに対応したパターンを選び出し、電磁石電源(Bending Magnet Power Supply)403a,403b,403c,403dに出力する。電磁石電源403a,403b,403c,403dは偏向電磁石102a,102b,102c,102d(偏向部102−1,102−2,102−3,102−4)に個別に設けられ、制御装置402から受け取った値に従って、偏向電磁石102a,102b,102c,102dを励磁する。
〜電磁石電源制御システムの機能の詳細〜
図5は、計算機401と制御装置402の機能の詳細を示す図である。
The operator creates the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d by displaying the data of the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d shown in FIG. 3 on the graph creation screen of the display unit of the terminals 400a, 400b, and 400c. And stored in the storage device of the computer 401. The computer 401 converts a plurality of stored pattern data into a form that can be used for power supply control such as a current / voltage pattern, and sets it in the memory of the control device 402. The control device 402 selects a pattern corresponding to the desired energy from a plurality of pattern data set in the memory in accordance with the timing of “incident-acceleration-exit-deceleration” of the beam, and generates an electromagnet power supply (Bending Magnet Power Supply). 403a, 403b, 403c, 403d. The electromagnet power supplies 403a, 403b, 403c, and 403d are individually provided in the deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d (deflection units 102-1, 102-2, 102-3, and 102-4) and received from the control device 402. The deflection electromagnets 102a, 102b, 102c, and 102d are excited according to the values.
~ Details of functions of electromagnet power control system ~
FIG. 5 is a diagram showing details of functions of the computer 401 and the control device 402.

図5に示すように、計算機401は主パターン301と補正パターン302a〜302dを分けたまま計算機401に保存する。計算機401は以下のように、両パターンを合算して制御装置402に設定する。例えばビームの「入射−加速−出射−減速」の周期が(可変である出射許可の時間を除いて)3秒であり、パターンデータが1ミリ秒ごとの計3000点の励磁強度データから構成される場合、計算機401は主パターン3000点と補正パターン3000点の同じ時点のデータを合算する。その励磁強度データを、電流・電圧データなど電源制御で使用できる形に変換し、制御装置402のメモリに保存する。なお、主パターン・補正パターンの合算と、励磁強度データから電流・電圧データへの変換は、逆の順序で行ってもよい。   As shown in FIG. 5, the computer 401 stores the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d separately in the computer 401. The computer 401 adds both patterns and sets them in the control device 402 as follows. For example, the “incidence-acceleration-extraction-deceleration” period of the beam is 3 seconds (excluding the time when the emission is permitted to be variable), and the pattern data is composed of a total of 3000 points of excitation intensity data every 1 millisecond. In this case, the computer 401 adds the data at the same time of 3000 points of the main pattern and 3000 points of the correction pattern. The excitation intensity data is converted into a form that can be used for power supply control such as current / voltage data, and stored in the memory of the control device 402. The addition of the main pattern / correction pattern and the conversion from the excitation intensity data to the current / voltage data may be performed in the reverse order.

制御装置402の出力装置402aは、メモリに保存された複数のパターンから所望の出射エネルギーに合うものを選び出し、電流・電圧データ3000点を各時点のタイミングに合わせて、偏向電磁石電源403a〜403dに出力する。なお、制御装置402は、3000点のデータを30000点などに展開して出力することもできる。電磁石電源403a〜403dは、制御装置402から受け取った電流・電圧データに従って、偏向電磁石102a〜102dを励磁する。
〜励磁パターンデータの作成プロセス〜
図6は、偏向電磁石電源制御で用いるパターンデータの作成プロセスを示すフローチャートである。
The output device 402a of the control device 402 selects a pattern that matches the desired output energy from a plurality of patterns stored in the memory, and sets the current / voltage data 3000 points to the deflection electromagnet power supplies 403a to 403d in accordance with the timing of each time point. Output. The control device 402 can also develop and output 3000 points of data to 30000 points. The electromagnet power supplies 403 a to 403 d excite the deflection electromagnets 102 a to 102 d in accordance with the current / voltage data received from the control device 402.
~ Excitation pattern data creation process ~
FIG. 6 is a flowchart showing a process for creating pattern data used in deflection electromagnet power control.

偏向電磁石電源制御で用いるパターンデータは次のように作成する。まず、オペレータは、計算機401の例えば端末400aを用いて、所望の出射エネルギーに対応した主パターン301を作成し(ステップS501)、その主パターン301のみを制御装置402に設定してシンクロトロン100を運転する。そして、誤差を補正したい時点(ビーム入射時、出射時など)におけるビームの位置をビーム位置モニタ109a,109b,109c,109dにより測定し、その測定結果を計算機401の例えば端末400aに表示する(ステップS502)。   The pattern data used in the deflection electromagnet power supply control is created as follows. First, the operator uses the terminal 400a of the computer 401 to create a main pattern 301 corresponding to desired output energy (step S501), sets only the main pattern 301 in the control device 402, and sets the synchrotron 100. drive. Then, the position of the beam at the time when the error is to be corrected (when the beam is incident, when the beam is emitted, etc.) is measured by the beam position monitors 109a, 109b, 109c, 109d, and the measurement result is displayed on the terminal 400a of the computer 401 (step 400a). S502).

図7は、各ビーム位置モニタの測定結果を示す図である。最初のビーム位置モニタ109a,109b,109c,109dの測定結果は、例えば図7の画面601のようになる。画面中、0はビーム軌道がモニタの中心に位置することを意味し、プラスは軌道が外側に、マイナスは軌道が内側に寄っていることを示す。画面601に示すように、所望のビーム軌道位置が0であり、軌道が全体的に所望位置の外側にずれていた場合、全偏向電磁石102a〜102dのビーム偏向角度を大きくして軌道を全体的に内側に寄せるため、偏向電磁石共通である主パターンの励磁強度を強める(ステップS501)。軌道全体を内側に寄せるための主パターンの調整は、オペレータが例えば端末400aにおいて画面601を見ながら行い、計算機401は、その操作結果に基づいて主パターンの励磁強度を増大させる。主パターンを作成するステップS501の操作とシンクロトロン100の運転及びビーム軌道の測定を行うステップS502の操作は、図7の画面602に示すようにビームの平均軌道が0を基準とした所望の位置になるまで繰り返す。   FIG. 7 is a diagram showing the measurement results of each beam position monitor. The measurement results of the first beam position monitors 109a, 109b, 109c, and 109d are, for example, a screen 601 in FIG. In the screen, 0 means that the beam trajectory is located at the center of the monitor, plus indicates that the trajectory is on the outside, and minus indicates that the trajectory is on the inside. As shown in the screen 601, when the desired beam trajectory position is 0 and the trajectory is entirely shifted outside the desired position, the beam deflection angle of all the deflection electromagnets 102a to 102d is increased to make the trajectory as a whole. Therefore, the excitation intensity of the main pattern common to the deflection electromagnets is increased (step S501). The operator adjusts the main pattern to bring the entire trajectory inward while looking at the screen 601 on the terminal 400a, for example, and the computer 401 increases the excitation intensity of the main pattern based on the operation result. The operation of step S501 for creating the main pattern, the operation of the synchrotron 100, and the operation of step S502 for measuring the beam trajectory are performed as shown in the screen 602 of FIG. Repeat until.

また、作成した主パターンを用いてシンクロトロン100の運転を行うステップS502では、オペレータは、作成した主パターンを、適宜、計算機401の例えば端末400bにグラフ表示し、どのような主パターンに従ってシンクロトロン100を運転しているかを確認する。このときの主パターンの表示は例えば図2に示すようなものである。   In step S502 in which the synchrotron 100 is operated using the generated main pattern, the operator displays the generated main pattern on a graph, for example, on the terminal 400b of the computer 401 as appropriate, and the synchrotron according to the main pattern. Check if you are driving 100. The display of the main pattern at this time is, for example, as shown in FIG.

次に、偏向電磁石ごとに異なるビーム軌道補正パターン302a,302b,302c,302dを作成する(ステップS503)。ここで、各ビーム位置モニタ109a〜109dの地点におけるビーム軌道の誤差量(調整量)と各偏向電磁石102a〜102dによる軌道補正角度とは相関関係にあり、各偏向電磁石102a〜102dによる軌道補正角度は各ビーム位置モニタ109a〜109dの地点におけるビーム軌道の誤差量(調整量)から一意に決まる。式(1)に示すように、ビーム位置モニタ1〜nの地点におけるビーム軌道の調整量ΔX1〜ΔXnは、偏向電磁石1〜nによる軌道補正の角度ΔX'1〜ΔX'nと正方行列Aの積で表される。従って偏向電磁石による軌道補正の角度ΔX'1〜ΔX'nは、ビーム位置モニタの地点におけるビーム軌道の調整量ΔX1〜ΔXnに、正方行列Aの逆行列を左からかけることにより求められる。なお、本実施形態のシンクロトロン100はビーム位置モニタおよび偏向電磁石を4台ずつ備えているため、Aは4×4の正方行列となる。また正方行列Aは、シンクロトロン100の機器配置及び運転条件から解析的に求めるか、もしくは偏向電磁石の励磁量を一台のみ変化させた際の軌道誤差の変化量から試験的に求める。
Next, different beam trajectory correction patterns 302a, 302b, 302c, and 302d are created for each deflection electromagnet (step S503). Here, the error amount (adjustment amount) of the beam trajectory at each of the beam position monitors 109a to 109d and the trajectory correction angle by the respective deflection electromagnets 102a to 102d are correlated, and the trajectory correction angle by each of the deflection electromagnets 102a to 102d. Is uniquely determined from the error amount (adjustment amount) of the beam trajectory at each of the beam position monitors 109a to 109d. As shown in the equation (1), the beam trajectory adjustment amounts ΔX1 to ΔXn at the positions of the beam position monitors 1 to n are the trajectory correction angles ΔX′1 to ΔX′n by the deflection electromagnets 1 to n and the square matrix A. Expressed as a product. Accordingly, the trajectory correction angles ΔX′1 to ΔX′n by the deflecting electromagnets are obtained by multiplying the beam trajectory adjustment amounts ΔX1 to ΔXn at the position of the beam position monitor by the inverse matrix of the square matrix A from the left. Since the synchrotron 100 of this embodiment includes four beam position monitors and four deflection magnets, A is a 4 × 4 square matrix. The square matrix A is obtained analytically from the equipment arrangement and operating conditions of the synchrotron 100, or obtained experimentally from the amount of change in orbital error when only one deflection electromagnet is changed.

Figure 2012117563

ステップS503では、オペレータは、図7の画面602を見ながら各ビーム位置モニタ109a〜109dの地点におけるビーム軌道の誤差量(調整量)を設定する。計算機401は、上述の手法で各偏向電磁石102a〜102dによる軌道補正の角度を導き出し、その補正角度から励磁調整量を求める。また、計算機401は、主パターン301の複数の時点(ビーム入射時、出射時など)における励磁調整量を求め、例えば端末400bのグラフ上でその点同士をなめらかに結ぶことで、各偏向電磁石のビーム軌道補正パターン302a〜302dを作成する。
Figure 2012117563

In step S503, the operator sets an error amount (adjustment amount) of the beam trajectory at each of the beam position monitors 109a to 109d while viewing the screen 602 of FIG. The computer 401 derives the angle of trajectory correction by each of the deflecting electromagnets 102a to 102d by the above-described method, and obtains the excitation adjustment amount from the correction angle. Further, the calculator 401 obtains excitation adjustment amounts at a plurality of time points (at the time of beam incidence, at the time of emission, etc.) of the main pattern 301, and smoothly connects the points on the graph of the terminal 400b, for example, so that each deflection electromagnet Beam trajectory correction patterns 302a to 302d are created.

本実施の形態では、計算機401が励磁調整量を求める例を示したが、計算機401に接続された外部の他の計算機(図示せず)が励磁調整量を求める構成であってもよい。この場合、他の計算機は、求めた励磁調整量の情報を計算機401に出力する。計算機401は、この励磁調整量に基づいて、各偏向電磁石のビーム軌道補正パターン302a〜302dを作成する。   In the present embodiment, an example in which the computer 401 obtains the excitation adjustment amount has been described. However, another external computer (not shown) connected to the computer 401 may obtain the excitation adjustment amount. In this case, the other computer outputs information on the obtained excitation adjustment amount to the computer 401. The computer 401 creates beam trajectory correction patterns 302a to 302d for each deflection electromagnet based on the excitation adjustment amount.

図8は、ビーム入射時と出射時においてビーム軌道補正のための励磁調整量を求め、その2点をグラフ上でなめらかに結ぶことで作成した、偏向電磁石のビーム軌道補正用パターンのグラフ表示の一例を示す図である。オペレータは、計算機401の端末400bにグラフ表示された補正パターン302a〜302dを見ながら、手操作入力で補正パターンの微調整を行い(すなわち、ビーム軌道の誤差量(調整量)を設定し)、軌道が所望の位置に合うようにする。   FIG. 8 is a graph display of the beam trajectory correction pattern of the deflection electromagnet created by obtaining the excitation adjustment amount for beam trajectory correction at the time of beam entrance and exit and connecting the two points smoothly on the graph. It is a figure which shows an example. The operator performs fine adjustment of the correction pattern by manual operation while viewing the correction patterns 302a to 302d displayed on the terminal 400b of the computer 401 (that is, sets an error amount (adjustment amount) of the beam trajectory), The trajectory is adjusted to the desired position.

ここで、図8に示すように、ビーム軌道補正のための励磁調整量の補正パターン302a〜302dのグラフ表示における励磁強度の上限(図8の縦軸の励磁強度の値)は、図2に示す主パターン301よりも小さい値で表示する(主パターン>補正パターン)。これにより補正パターン302a〜302dの励磁量は主パターン301に比べて拡大表示され、微細な励磁調整分が明確になる。例えば図2のように主パターン301のグラフ励磁強度の上限を3.00Tmとし、図8のように補正パターン302a〜302dのグラフ励磁強度の上下限を±0.01Tmとした場合、ビーム軌道補正分の励磁強度の視認性(拡大率)は図2の3000倍となる。従って、オペレータによる補正パターンの作成・調整が容易になる。   Here, as shown in FIG. 8, the upper limit of excitation intensity (excitation intensity value on the vertical axis in FIG. 8) in the graph display of the excitation adjustment amount correction patterns 302a to 302d for beam trajectory correction is shown in FIG. A value smaller than the main pattern 301 shown is displayed (main pattern> correction pattern). Thereby, the excitation amounts of the correction patterns 302a to 302d are enlarged and displayed as compared with the main pattern 301, and the minute excitation adjustment amount becomes clear. For example, when the upper limit of the graph excitation intensity of the main pattern 301 is set to 3.00 Tm as shown in FIG. 2 and the upper and lower limits of the graph excitation intensity of the correction patterns 302a to 302d are set to ± 0.01 Tm as shown in FIG. The visibility (magnification rate) of the excitation intensity of the minute is 3000 times that of FIG. Therefore, it becomes easy for the operator to create and adjust the correction pattern.

こうして作成した各偏向電磁石の励磁調整パターンを用いて、再びシンクロトロン100を運転し、ビーム軌道の位置を測定する(ステップS504)。補正パターン302a〜302dを作成するステップS503の操作とシンクロトロン100の運転及びビーム軌道の測定を行うステップS504の操作は、図7の画面603に示すように各ビーム位置モニタにおけるビーム軌道が所望の位置になるまで繰り返す。   The synchrotron 100 is operated again using the excitation adjustment patterns of the respective bending electromagnets thus created, and the position of the beam trajectory is measured (step S504). The operation of step S503 for creating the correction patterns 302a to 302d, the operation of the synchrotron 100, and the operation of step S504 for measuring the beam trajectory are performed as shown in the screen 603 of FIG. Repeat until the position is reached.

また、作成した補正パターンを用いてシンクロトロン100を運転するステップS504において、オペレータは、作成したビーム軌道補正パターン302a〜302dを計算機401の例えば端末400cにグラフ表示し、どのような補正パターンに従ってシンクロトロン100を運転しているかを確認する。
〜効果〜
以上のように本実施の形態においては、まず共通の主パターン301によって全体的にビーム軌道を調整し、次に偏向電磁石102a〜102dごとの補正パターン302a〜302dによって各ビームモニタ109a〜109dの地点におけるビーム軌道を調整する。この過程において、各偏向電磁石のパターンを主パターンと補正パターンに分ける手法は、以下の利点がある。
Further, in step S504 in which the synchrotron 100 is operated using the generated correction pattern, the operator displays the generated beam trajectory correction patterns 302a to 302d in a graph on, for example, the terminal 400c of the computer 401, and synchronizes according to the correction pattern. Check if the TRON 100 is operating.
~effect~
As described above, in the present embodiment, the beam trajectory is first adjusted as a whole by the common main pattern 301, and then the points of the beam monitors 109a to 109d by the correction patterns 302a to 302d for the deflection electromagnets 102a to 102d. Adjust the beam trajectory at. In this process, the method of dividing each deflection electromagnet pattern into a main pattern and a correction pattern has the following advantages.

第一に、共通の主パターン301を変更すれば全偏向電磁石109a〜109dのパターンに反映されるため、全偏向電磁石109a〜109dの強度を一律で変更したい場合は共通の主パターン一つを変更すればよい。ビーム軌道が全体的に外側にずれていた場合(画面601)、主パターン301の励磁強度を強めると全偏向電磁石109a〜109dのビーム偏向角度が大きくなり、ビーム軌道を中心に寄せることができる(画面602)。   First, if the common main pattern 301 is changed, it is reflected in the patterns of all the deflection electromagnets 109a to 109d. Therefore, if it is desired to uniformly change the strength of all the deflection electromagnets 109a to 109d, one common main pattern is changed. do it. When the beam trajectory is entirely shifted outward (screen 601), when the excitation intensity of the main pattern 301 is increased, the beam deflection angles of all the deflecting electromagnets 109a to 109d are increased, and the beam trajectory can be centered ( Screen 602).

前述のように、パターンデータは出射エネルギーごとに作成する必要があり、例えば所望の出射エネルギーが300種類ある場合は300組のパターンデータが必要である。偏向電磁石を4つ備えるシンクロトロン100において、300組のパターンデータについて同様の調整を行うとすると、全偏向電磁石分の「300×4=1200」パターンを変更することになる。このとき偏向電磁石共通の主パターンがあれば、エネルギー数分の300パターンを変更すればよい。   As described above, it is necessary to create pattern data for each emission energy. For example, when there are 300 types of desired emission energy, 300 sets of pattern data are required. If the same adjustment is performed on 300 sets of pattern data in the synchrotron 100 having four deflection electromagnets, the “300 × 4 = 1200” pattern for all the deflection electromagnets is changed. At this time, if there is a main pattern common to the deflecting electromagnets, 300 patterns corresponding to the number of energies may be changed.

所望の出射エネルギーごとの、ビームを大きく曲げる主パターン301の作成には、ビームの軌道を微調整する補正パターンの作成に比べて多くの時間を要する。従って、ビームを大きく曲げる主パターン301を共通パターンとすることで、全体パターンの作成時間を短縮することができる。   The creation of the main pattern 301 that greatly bends the beam for each desired output energy requires more time than the creation of the correction pattern for finely adjusting the beam trajectory. Accordingly, by making the main pattern 301 that greatly bends the beam a common pattern, it is possible to shorten the time for creating the entire pattern.

第二に、励磁強度が大きい主パターンと励磁強度が微細な補正パターンを分けることで、ビーム軌道補正用の励磁調整分が明確になる。例えば図9に示すように偏向半径が1.4mの偏向電磁石を4つ備えるシンクロトロン100において、エネルギー250MeVのビームを偏向する場合、各偏向電磁石による軌道補正角度は本来の偏向角度である90度の0.2〜0.3%にとどまる。このとき主パターンと補正パターンを分けない従来の場合の各偏向電磁石102a〜102dの励磁強度パターンは図10に示すようであり(実線がビーム軌道補正分を含むパターン、破線がビーム軌道補正分を含まないパターン)、各偏向電磁石102a〜102dの励磁調整分を見分けにくい。   Secondly, by dividing the main pattern having a high excitation intensity and the correction pattern having a fine excitation intensity, the excitation adjustment for beam trajectory correction becomes clear. For example, as shown in FIG. 9, in a synchrotron 100 having four deflection electromagnets with a deflection radius of 1.4 m, when deflecting a beam with energy of 250 MeV, the trajectory correction angle by each deflection electromagnet is 90 degrees, which is the original deflection angle. It remains at 0.2 to 0.3%. At this time, the excitation intensity patterns of the respective deflection electromagnets 102a to 102d in which the main pattern and the correction pattern are not separated are as shown in FIG. 10 (the solid line indicates the pattern including the beam trajectory correction, and the broken line indicates the beam trajectory correction). It is difficult to distinguish the excitation adjustment amount of each of the deflection electromagnets 102a to 102d.

これに対して主パターン310と補正パターン302a〜302dを分けて作成し、偏向電磁石102a〜102dのビーム軌道補正用パターン302a〜302dをグラフ表示する場合は、図8に示したように、例えばビーム軌道補正分の励磁強度の視認性(拡大率)を図2の3000倍にも拡大表示することができ、オペレータによる補正パターンの作成・調整が容易になる。   On the other hand, when the main pattern 310 and the correction patterns 302a to 302d are created separately and the beam trajectory correction patterns 302a to 302d of the deflecting electromagnets 102a to 102d are displayed in a graph, as shown in FIG. The visibility (magnification rate) of the excitation intensity corresponding to the trajectory correction can be enlarged and displayed 3000 times that of FIG. 2, and the operator can easily create and adjust the correction pattern.

以上の二つの利点により、励磁強度パターンの作成・調整時間の短縮が可能となる。
<第2の実施の形態>
図11は本発明の第2の実施の形態における偏向電磁石電源制御システムの計算機と制御装置の機能の詳細を示す図である。
Due to the above two advantages, it is possible to shorten the time for creating and adjusting the excitation intensity pattern.
<Second Embodiment>
FIG. 11 is a diagram showing details of the functions of the computer and the control device of the bending electromagnet power supply control system in the second embodiment of the present invention.

本発明の第2の実施の形態における偏向電磁石電源制御システム410Aは、図11に示すように、上述した第1の実施の形態(図5)と同様に、偏向電磁石共通の主パターン301と偏向電磁石個別のビーム軌道補正パターン302a〜302dを分けて作成し、計算機401Aに保存する。第1の実施の形態と異なる点は、共通の主パターン301と個別の補正パターン302a〜302dの合算を計算機401Aが行うのではなく、制御装置402Aが行う点である。すなわち、計算機401Aは主パターン301と補正パターン302a〜302dを分けたまま制御装置402Aに設定し、制御装置402Aは自身が主パターン301と補正パターン302a〜302dを合算してメモリに保存する。制御装置402Aは、シンクロトロン100を運転する際は、主パターン301と補正パターン302a〜302dの合算結果303a〜303dから所望の出射エネルギーに対応したものを選び出し、各偏向電磁石電源403a〜403dに出力する。
<第3の実施の形態>
図12は本発明の第3の実施の形態における偏向電磁石電源制御システムの計算機と制御装置の機能の詳細を示す図である。
As shown in FIG. 11, the deflection electromagnet power control system 410A according to the second embodiment of the present invention is similar to the main pattern 301 common to the deflection electromagnet and the deflection, as in the first embodiment (FIG. 5). The beam trajectory correction patterns 302a to 302d for the individual electromagnets are created separately and stored in the computer 401A. The difference from the first embodiment is that the control device 402A does not add the common main pattern 301 and the individual correction patterns 302a to 302d but the computer 401A. That is, the computer 401A sets the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d separately in the control device 402A, and the control device 402A adds up the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d and stores them in the memory. When the control device 402A operates the synchrotron 100, the control device 402A selects the one corresponding to the desired output energy from the combined results 303a to 303d of the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d, and outputs them to the respective deflection electromagnet power supplies 403a to 403d. To do.
<Third Embodiment>
FIG. 12 is a diagram showing details of the functions of the computer and the control device of the deflection electromagnet power supply control system in the third embodiment of the present invention.

本発明の第3の実施の形態における偏向電磁石制御システム410Bは、図12に示すように、上述した第1の実施の形態(図5)及び第2の実施の形態(図11)と同様に、偏向電磁石共通の主パターン301と偏向電磁石個別のビーム軌道補正パターン302a〜302dを分けて作成し、計算機401Bに保存する。第1及び第2の実施の形態と異なる点は、共通の主パターン301と個別の補正パターン302a〜302dをシンクロトロン100の運転前に合算するのではなく、運転中に制御装置402Bの出力装置402bがリアルタイムで合算しながら電磁石電源403a〜403dに出力する点である。すなわち、制御装置402Bは主パターン301と補正パターン302a〜302dを分けたままメモリに保存し、シンクロトロン100を運転する際は所望のエネルギーに対応した主パターン301と補正パターン302a〜302dを選び出し、両パターンを合算して各偏向電磁石電源403a〜403dに出力する。
<その他>
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図1で示したシンクロトロン100は、偏向電磁石を配置した偏向部を4つ備えるが、5つ以上の偏向部を備えていてもよい。また、水平方向(ビームを偏向する方向)のビーム軌道補正を行う偏向電磁石とは別に、垂直方向の軌道補正を行う電磁石を備えていてもよい。図13はそのような変形を示す図である。図13の左側は、上述した実施の形態の偏向部を示すものであり、4つの偏向部102−1〜102−4のうち偏向部102−2で代表して示している。偏向部102−2は偏向電磁石102bを1つ備え、偏向電磁石102bと電磁石電源403bは1:1で電源線1001を介して接続されている。図13の右側は、各偏向部に複数の偏向電磁石を配置する場合を、左側と同様に、偏向部102−2で代表して示すものである。偏向部102−2は2つの偏向電磁石102b1,102b2を備え、偏向電磁石102b1,102b2と電磁石電源403は2:1で電源線1002を介して接続されている。このように各偏向部に複数の偏向電磁石を配置する場合においても、本発明を適用し、同様の効果を得ることができる。本発明は、偏向電磁石の励磁量を微小に変えることで、ビーム軌道を補正する様々な形態のシンクロトロン電磁石電源制御に適用可能である。
As shown in FIG. 12, the deflection electromagnet control system 410B according to the third embodiment of the present invention is similar to the first embodiment (FIG. 5) and the second embodiment (FIG. 11) described above. The main pattern 301 common to the deflection electromagnets and the beam trajectory correction patterns 302a to 302d for the respective deflection electromagnets are created separately and stored in the computer 401B. The difference from the first and second embodiments is that the common main pattern 301 and the individual correction patterns 302a to 302d are not summed before the operation of the synchrotron 100, but the output device of the control device 402B during the operation. 402b is the point which outputs to electromagnet power supplies 403a-403d, adding in real time. That is, the control device 402B stores the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d separately in a memory, and selects the main pattern 301 and the correction patterns 302a to 302d corresponding to the desired energy when operating the synchrotron 100. Both patterns are added together and output to the respective deflection electromagnet power supplies 403a to 403d.
<Others>
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible. For example, the synchrotron 100 shown in FIG. 1 includes four deflection units on which deflection electromagnets are arranged, but may include five or more deflection units. Further, an electromagnet for correcting the trajectory in the vertical direction may be provided separately from the deflection electromagnet for correcting the beam trajectory in the horizontal direction (direction in which the beam is deflected). FIG. 13 shows such a modification. The left side of FIG. 13 shows the deflection unit of the above-described embodiment, and the deflection unit 102-2 is representatively shown among the four deflection units 102-1 to 102-4. The deflecting unit 102-2 includes one deflecting electromagnet 102b, and the deflecting electromagnet 102b and the electromagnet power supply 403b are connected by a power supply line 1001 at 1: 1. The right side of FIG. 13 shows a case where a plurality of deflection electromagnets are arranged in each deflection unit, as a representative of the deflection unit 102-2, as in the left side. The deflecting unit 102-2 includes two deflecting electromagnets 102b1 and 102b2, and the deflecting electromagnets 102b1 and 102b2 and the electromagnet power supply 403 are connected to each other via a power supply line 1002 at 2: 1. As described above, even when a plurality of deflecting electromagnets are arranged in each deflecting section, the same effect can be obtained by applying the present invention. The present invention can be applied to various forms of synchrotron electromagnet power supply control for correcting the beam trajectory by minutely changing the excitation amount of the deflection electromagnet.

100 シンクロトロン
101 前段加速器
102a,102b,102c,102d 偏向電磁石
102b1.102b2 偏向電磁石
102−1,102−2,102−3,102−4 偏向部
103 四極電磁石
104 六極電磁石
105 静電インフレクタ
106 静電デフレクタ
107 出射セプタム電磁石
108 入射バンプ電磁石
109a,109b,109c,109d ビーム位置モニタ
110 高周波加速空洞
201 入射運転
202 加速運転
203 出射運転
204 減速運転
301 偏向電磁石共通の主パターン
302a,302b,302c,302d 偏向電磁石個別の補正パターン
303a,303b,303c,303d 偏向電磁石パターン(主パターンと補正パターンの合算結果)
400a,400b,400c 端末(表示装置)
401 計算機(管理装置)
401A 計算機(管理装置)
401B 計算機(管理装置)
402 制御装置
402A 制御装置
402B 制御装置
402a 出力装置(図5、図11)
402b 出力装置(図12)
403a,403b,403c,403d 電磁石電源
410,410A,410B 電磁石電源制御システム
601,602,603 測定結果表示画面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Synchrotron 101 Front stage accelerator 102a, 102b, 102c, 102d Bending electromagnet 102b1.102b2 Bending electromagnet 102-1, 102-2, 102-3, 102-4 Deflection part 103 Quadrupole electromagnet 104 Hexapole electromagnet 105 Electrostatic inflector 106 Electrostatic deflector 107 Outgoing septum electromagnet 108 Incident bump electromagnet 109a, 109b, 109c, 109d Beam position monitor 110 High frequency acceleration cavity 201 Incident operation 202 Acceleration operation 203 Outgoing operation 204 Deceleration operation 301 Main patterns 302a, 302b, 302c common to the deflection electromagnets 302d Individual correction patterns 303a, 303b, 303c, and 303d for the deflection magnets Deflection electromagnet patterns (the sum of the main pattern and the correction pattern)
400a, 400b, 400c terminal (display device)
401 Computer (management device)
401A Computer (management device)
401B Computer (management device)
402 Control Device 402A Control Device 402B Control Device 402a Output Device (FIGS. 5 and 11)
402b Output device (FIG. 12)
403a, 403b, 403c, 403d Electromagnet power supply 410, 410A, 410B Electromagnet power supply control system 601, 602, 603 Measurement result display screen

【0004】
わせて励磁を大きく変化させる分と、ビーム軌道のずれに応じて励磁強度を微調整する分を兼ねるものになる。ビーム加減速に応じた励磁強度に対して、ビーム軌道を補正するための励磁調整量は微小である。従ってパターンデータをグラフ上で作成する際、ビーム軌道補正用の励磁調整分を判別しにくく、調整が困難である。
[0016]
本発明の目的は、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンにおいて、偏向電磁石の励磁調整を容易に行うことができる電磁石電源制御システム及び制御方法並びにシンクロトロンを提供することにある。
課題を解決するための手段
[0017]
上記目的を達成するために、本発明では、各偏向電磁石の励磁強度パターンを、ビーム加減速に応じた主パターンと、ビーム軌道補正用のパターンに分けて作成し管理する。主パターンは全偏向部の偏向電磁石に共通であり、補正パターンは各偏向部の偏向電磁石に個別である。運転時は、共通の主パターンと個別の補正パターンを合算した結果を、各偏向電磁石電源に設定する。
発明の効果
[0018]
本発明によれば次のような効果が得られる。
[0019]
第一に、全偏向電磁石の励磁量を一律に変更する際、ビームの曲げ量が大きく励磁調整に手間が掛かる主パターンひとつを変更すれば全偏向部の偏向電磁石に反映されるため、偏向電磁石の励磁調整が容易となる。
[0020]
第二に、励磁強度が大きい主パターンとは別に励磁変化が微細な補正パターンを管理するため、パターンデータをグラフ表示する際にビーム軌道補正のための励磁調整分を見分けやすく、励磁強度の微調整が容易となる。
[0021]
以上の結果、偏向電磁石がビームの偏向と軌道補正の両方を行うシンクロトロンにおいて、偏向電磁石の励磁調整を容易かつ速やかに行うことができ、励磁強度パターンの作成・調整時間の短縮が可能となる。
図面の簡単な説明
[0004]
Thus, the amount of excitation greatly changes and the amount of fine adjustment of the excitation intensity according to the deviation of the beam trajectory can be used. The excitation adjustment amount for correcting the beam trajectory is very small with respect to the excitation intensity corresponding to the beam acceleration / deceleration. Therefore, when creating pattern data on a graph, it is difficult to determine the excitation adjustment for beam trajectory correction, and adjustment is difficult.
[0016]
An object of the present invention is to provide an electromagnet power supply control system and control method, and a synchrotron capable of easily adjusting excitation of the deflection electromagnet in a synchrotron in which the deflection electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction. is there.
Means for Solving the Problems [0017]
In order to achieve the above object, in the present invention, the excitation intensity pattern of each deflection electromagnet is created and managed separately into a main pattern corresponding to beam acceleration / deceleration and a pattern for beam trajectory correction. The main pattern is common to the deflection electromagnets of all the deflection units, and the correction pattern is individual for the deflection electromagnets of each deflection unit. During operation, the result of adding the common main pattern and the individual correction patterns is set for each deflection electromagnet power source.
Effects of the Invention [0018]
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0019]
First, when changing the excitation amount of all deflection electromagnets uniformly, if one of the main patterns that require a large amount of beam bending is troublesome to adjust the excitation, it will be reflected in the deflection electromagnets of all deflection units. The excitation adjustment is easy.
[0020]
Second, in order to manage correction patterns with fine excitation changes separately from the main pattern with high excitation intensity, it is easy to distinguish excitation adjustments for beam trajectory correction when displaying pattern data in a graph. Adjustment is easy.
[0021]
As a result, in the synchrotron in which the deflecting electromagnet performs both beam deflection and trajectory correction, the excitation adjustment of the deflecting electromagnet can be performed easily and quickly, and the time for creating and adjusting the excitation intensity pattern can be shortened. .
Brief Description of Drawings

Claims (11)

荷電粒子ビームの偏向とビーム軌道の補正の役割を兼ねる少なくとも1つの偏向電磁石(102a〜102d)を配置した複数の偏向部(102−1〜102−4)と、
前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石を個別に励磁するための複数の電磁石電源(403a〜403d)とを備え、
前記荷電粒子ビームを所望のエネルギーまで加速してビーム利用設備に出射するシンクロトロン(100)の電磁石電源制御システムにおいて、
前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石のそれぞれの励磁強度パターンを、前記複数の偏向部に共通の主パターン(301)と、前記複数の偏向部に個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)に分けて作成する管理装置(401)と、
前記荷電粒子ビームの加減速時に、前記管理装置で作成した前記共通の主パターンと前記個別のビーム軌道補正パターンを合算した結果に従って前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石をそれぞれ励磁するよう前記複数の電磁石電源を制御する制御装置(402)とを備えることを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
A plurality of deflecting units (102-1 to 102-4) in which at least one deflecting electromagnet (102a to 102d) serving both as a charged particle beam deflection and a beam trajectory correction is disposed;
A plurality of electromagnet power supplies (403a to 403d) for individually exciting the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units,
In the electromagnet power supply control system of the synchrotron (100) for accelerating the charged particle beam to a desired energy and emitting it to a beam utilization facility,
The excitation intensity patterns of the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units are divided into a main pattern (301) common to the plurality of deflection units and individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) in the plurality of deflection units. A management device (401) created separately
At the time of acceleration / deceleration of the charged particle beam, the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units are respectively excited according to a result of adding the common main pattern created by the management device and the individual beam trajectory correction patterns. A synchrotron electromagnet power control system, comprising: a control device (402) for controlling a plurality of electromagnet power supplies.
請求項1に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御システムにおいて、
前記管理装置(401)は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を作成する際に、前記共通の主パターンデータと前記個別のビーム軌道補正パターンデータを表示する表示装置(400a〜400c)を有し、
前記表示装置は、前記共通の主パターンのデータと前記個別のビーム軌道補正パターンデータを別々にグラフ表示し、かつ前記共通の主パターンデータに対して前記個別のビーム軌道補正パターンデータを拡大してグラフ表示することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
In the synchrotron electromagnet power control system according to claim 1,
When the management device (401) creates the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d), the common main pattern data and the individual beam trajectory correction pattern data Display devices (400a to 400c),
The display device separately displays the common main pattern data and the individual beam trajectory correction pattern data in a graph, and expands the individual beam trajectory correction pattern data relative to the common main pattern data. An electromagnet power control system for synchrotrons, characterized by a graphical display.
請求項1に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御システムにおいて、
前記制御装置(402)は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)をあらかじめ合算し、その合算した結果のパターン(303a〜303d)のみを保存することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
In the synchrotron electromagnet power control system according to claim 1,
The control device (402) adds the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) in advance, and stores only the resulting patterns (303a to 303d). A synchrotron electromagnet power control system.
請求項1に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御システムにおいて、
前記制御装置(402A)は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を分けたまま別々に保存し、さらに両パターンを合算した結果のパターン(303a〜303d)を保存することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
In the synchrotron electromagnet power control system according to claim 1,
The control device (402A) stores the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) separately, and further combines the patterns (303a to 302a). 303d), a synchrotron electromagnet power control system.
請求項1に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御システムにおいて、
前記制御装置は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を分けたまま別々に保存し、前記荷電粒子ビームの加減速時に、両パターンを合算しながら前記複数の電磁石電源(403a〜403d)を制御することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
In the synchrotron electromagnet power control system according to claim 1,
The control device stores the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) separately and separately adds the two patterns during acceleration / deceleration of the charged particle beam. An electromagnet power supply control system for a synchrotron, wherein the electromagnet power supplies (403a to 403d) are controlled.
請求項1〜5のいずれか1項記載の電磁石源源制御システム(410;410A;410B)を備えることを特徴とするシンクロトロン。   A synchrotron comprising the electromagnet source control system (410; 410A; 410B) according to any one of claims 1-5. 荷電粒子ビームの偏向とビーム軌道の補正の役割を兼ねる少なくとも1つの偏向電磁石(102a〜102d)を配置した複数の偏向部(102−1〜102−4)と、
前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石を個別に励磁するための複数の電磁石電源(403a〜403d)とを備え、
前記荷電粒子ビームを所望のエネルギーまで加速してビーム利用設備に出射するシンクロトロン(100)の電磁石電源制御方法において、
前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石のそれぞれの励磁強度パターンを、前記複数の偏向部に共通の主パターン(301)と、前記複数の偏向部に個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)に分けて作成する第1手順と、
前記荷電粒子ビームの加減速時に、前記第1手順で作成した前記共通の主パターンと前記個別のビーム軌道補正パターンを合算した結果に従って前記複数の偏向部に配置された偏向電磁石をそれぞれ励磁するよう前記複数の電磁石電源を制御する第2手順とを有することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御システム。
A plurality of deflecting units (102-1 to 102-4) in which at least one deflecting electromagnet (102a to 102d) serving both as a charged particle beam deflection and a beam trajectory correction is disposed;
A plurality of electromagnet power supplies (403a to 403d) for individually exciting the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units,
In the electromagnet power control method of the synchrotron (100) for accelerating the charged particle beam to a desired energy and emitting it to a beam utilization facility,
The excitation intensity patterns of the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units are divided into a main pattern (301) common to the plurality of deflection units and individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) in the plurality of deflection units. ) And create the first procedure separately,
At the time of acceleration / deceleration of the charged particle beam, the deflection electromagnets arranged in the plurality of deflection units are respectively excited according to a result of adding the common main pattern created in the first procedure and the individual beam trajectory correction patterns. And a second procedure of controlling the plurality of electromagnet power supplies.
請求項7に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御方法において、
前記第1手順は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を作成する際に、前記共通の主パターンデータと前記個別のビーム軌道補正パターンデータを別々にグラフ表示し、かつ前記共通の主パターンデータに対して前記個別のビーム軌道補正パターンデータを拡大してグラフ表示することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御方法。
The synchrotron electromagnet power control method according to claim 7,
In the first procedure, when the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) are created, the common main pattern data and the individual beam trajectory correction pattern data are separately obtained. A method of controlling the electromagnet power supply of the synchrotron, wherein the individual beam trajectory correction pattern data is enlarged and displayed as a graph with respect to the common main pattern data.
請求項7に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御方法において、
前記第2手順は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)をあらかじめ合算し、その合算した結果のパターン(303a〜303d)のみを保存することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御方法。
The synchrotron electromagnet power control method according to claim 7,
In the second procedure, the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) are added together in advance, and only the resulting patterns (303a to 303d) are stored. The synchrotron electromagnet power control method.
請求項7に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御方法において、
前記第2手順は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を分けたまま別々に保存し、さらに両パターンを合算した結果のパターン(303a〜303dを保存することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御方法。
The synchrotron electromagnet power control method according to claim 7,
In the second procedure, the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) are stored separately, and the resulting patterns (303a to 303d) are added together. A synchrotron electromagnet power control method characterized by storing.
請求項7に記載のシンクロトロンの電磁石電源制御方法において、
前記第2手順は、前記共通の主パターン(301)と前記個別のビーム軌道補正パターン(302a〜302d)を分けたまま別々に保存し、前記荷電粒子ビームの加減速時に、両パターンを合算しながら前記複数の電磁石電源(403a〜403d)を制御することを特徴とするシンクロトロンの電磁石電源制御方法。
The synchrotron electromagnet power control method according to claim 7,
In the second procedure, the common main pattern (301) and the individual beam trajectory correction patterns (302a to 302d) are stored separately, and the two patterns are added together during acceleration / deceleration of the charged particle beam. While controlling the plurality of electromagnet power supplies (403a to 403d), a synchrotron electromagnet power control method.
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