JPH02142100A - シンクロトロン加速器の制御装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、高エネルギー状態の荷電粒子を発生するシン
クロトロン加速器の制御装置に関する。

（従来の技術） シンクロトロン加速器は、従来、素粒子の研究などの物
理学実験のために高エネルギーの電子、陽子あるいはイ
オンなどの荷電粒子゛を得ることを目的として製作され
てきたが、近年、その応用分野は半導体の微細加工をは
じめとするさまざまな産業分野で使用されるようになっ
てきている。

また、がん治療のような医療分野では、ヘリウムより重
いイオン（以下、重粒子という）を高エネルギーの状態
で利用することも計画されている。

第８図は、シンクロトロン加速器の基本構成を示してい
る。

同図において、真空ダクト１は、荷電粒子の軌道をなす
ものであり、真空ダクトｌに適宜な間隔で配置されてい
る８つの偏向電磁石２−９は、荷電粒子が真空ダクト１
の軌道を運動するように荷電粒子の軌道を偏向するため
のものであり、入射機器１０は、加速前の荷電粒子（ビ
ーム）をシンクロトロンの軌道上に入射するものであり
、出射機器１１は、加速後の荷電粒子を取り出して利用
するためのものであり、加速空胴Ｉ２は、真空ダクト１
内部を周回する荷電粒子に高周波電界を印加して加速す
るためのものである。

偏向電磁石２〜９は、その巻線（図示略）が直列接続さ
れた状態で、偏向磁場電源１３に接続されている。また
、偏向電磁石２と偏向磁場電源１３の間には、偏向電磁
石２〜９の磁場の強さを検出するための磁場検出用偏向
電磁石１４が直列接続されている。

この磁場検出用偏向電磁石１４は、偏向電磁石２〜９と
同一の特性をもつ。

また、入射機器電源１５は、入射機器１０に電源を供給
するためのものであり、出射機器電源１６は、出射機器
１１に電源を供給するためのものであり、高周波発生装
置１７は、加速空胴１２に供給する高周波電力を発生す
るものであり、制御装置１８は、このシンクロトロン加
速器の動作を制御するためのものである。

さて、このシンクロトロン加速器で重粒子を加速すると
き、重粒子のエネルギーが数１００ＭｅＶ以下程度の場
合には、相対論的効果は顕著にあられれず、重粒子の運
動ｉＥ（ｍｖ）はほぼ速度に比例する。

したがって、この場合、低エネルギーから高エネルギー
に加速する過程で、重粒子の速度は低速から高速に変化
する。

このため、重粒子が真空ダクト１で形成される一定の軌
道とを周回する周期、すなわち、加速空胴１２から軌道
上の重粒子に印加する高周波電力の周波数は、重粒子の
速度に比例して変化させることになる。

また、エネルギーが増加する重粒子を真空ダクト１の軌
道で運動させるためには、偏向電磁石２〜９の発生する
磁場強度は、運動量（ｍｖ）に比例して強くする必要が
ある。

これらのことから、第９図（ａ）〜（ｄ）に示すように
、重粒子を加速するときには、入射機器ｌＯより低エネ
ルギーの重粒子を入射し、その入射が完了すると、高周
波発生装置１７を起動して高周波電力を印加して重粒子
を加速するとともに、重粒子の速度の上昇に応じて、偏
向電磁石２〜９に供給するコイル電流ＩＢ、および、高
周波発生装置１７から発生する高周波電力の周波数ｆを
直線的に増加させる。

そして、重粒子が目標のエネルギーに達した時点で、コ
イル電流Ｉｎおよび周波数ｆを一定値に保持し、その状
態で、出射機器１１を作動して加速の終了した重粒子を
取り出す。

そして、重粒子の取り出しの後には、一定の割合でビー
ム入射時のレベルまで、コイル電流ＩＢを減少させる。

次に、偏向電磁石２〜９が発生する偏向磁場Ｂと、加速
空胴１２に印加する高周波電力の周波数ｆとの関係につ
いて説明する。

重粒子の速度Ｖと偏向磁場Ｂおよび周波数ｆの関係は、
それぞれ次式Ｈ）、（■）であられされる。

Ｂ　＝　Ｋ、・＋ｉ−ｖ　　　””（Ｉ　）ｆ　＝　Ｋ
、・Ｖ　　　・・・・・・・（ｎ）ただし、Ｋ１．に２
は定数である。

これにより、周波数ｆは、次式（ＩＩＩ）のように偏向
磁場８の関数として表わされる。

以上のことから、偏向磁場Ｂは、入射した荷電粒子の運
動量ｍνを一定時間で目標値に到達させるときの速度変
化に対応して、一定の変化率で変化させ、周波数ｆは偏
向磁場Ｂの検出値に基づき、」二式（ＩＩＩ）の関係を
満たすように変化させる。

したがって、制御装置１８は重粒子が入射されると、偏
向電磁石２〜９に供給するコイル電流ＩＢを一定の変化
率で規定値にまで上昇させるとともに、偏向電磁石１４
の磁場の強さに応じて、発生周波数を制御するために高
周波発生装置１７に出力する周波数基準値ｆ、。、を変
化させる。

このような制御装置１８の一例を第１０図に示す。

検出コイル２０は偏向電磁石１４が発生する磁場８の変
化を検出するものであり、その検出信号は増幅器２１を
介し磁場変化微分信号ｄＢとして積分器２２に加えられ
ている。また、巻線１４ａは偏向電磁石１４の巻線であ
る。

積分器２２は磁場変化微分信号ｄｌｌを積分し、その積
分値が増加方向に単位磁場（＝１ガウス）だけ変化した
ときに単位磁場増加信号ｐｐを発生するとともに、積分
値が減少方向に単位磁場だけ変化したときに単位磁場減
少信号Ｐｍを発生するものであり。

その単位磁場増加信号Ｐｐおよび単位磁場減少信号Ｐｍ
は、アドレスカウンタ２４に出力されている。

アドレスカウンタ２４は、単位磁場増加信号ｐｐが入力
されるとアドレス信号ＡＤＤをカラン１〜アツプし、単
位磁場減少信号ＰＩ１１が入力されるとアドレス信号Ａ
ＤＤをカウントダウンするとともに、そのアドレス信号
ＡＤＤをデータメモリ２５に出力している。

また、アドレスカウンタ２４は制御回路２３からリセッ
ト信号Ｒが出力されると、アドレス信号ＡＤＤを先頭番
地に対応じた値にリセットする。

データメモリ２５には、単位磁場ごとにに述した式（Ｉ
ＩＩ）で計算される周波数ｆの値をあられす周波数デー
タＤＴが、磁場の小さいものから順に記憶されており、
アドレス信号ＡＤＤが加えられると、そのアドレス信号
ＡＤＤの値に対応する番地に記憶している周波数データ
ＤＴを読み出してデジタル出力回路２７に出力する。

デジタル出力回路２７は、データメモリ２６より周波数
データＤＴが出力されると、それを−時的に記憶してデ
ジタル／アナログ変換器２８に出力する。

デジタル／アナログ変換器２８は、周波数データＤＴが
人力されると、その値に対応じたアナログ４１号を発生
するものであり、そのアドレス信号は周波数基準値ｆｒ
ｅｆとして高周波発生装置１７にｔ１旨ツノされる。

以上の構成で、入射機器１０より重粒子が入射されると
、制御回路２６はリセット信号Ｒを出力してアドレスカ
ウンタ２４をリセットするとともに、偏向磁場電源１３
から出力するコイル電流Ｉｓを一定の変化率で増加する
動作を開始する。

これにより、アドレスカウンタ２４から出力されるアド
レス信号ＡＤＤは、入射機器１０より重粒子が入射され
た直後には初期値にセットされ、そ九によって、データ
メモリ２５からは初期値に対応じた周波数データＤＴが
読み出され、その結果、周波数基準値ｆｒｅｆが初期値
に設定されて、高周波発生装置１７から発生される高周
波電力の周波数ｆが初期値に設定される。

コイル電流ＴＢが変化に伴って、偏向電磁石２〜９より
発生される磁場Ｂの強さが変化し、それに伴って偏向電
磁石１４より発生される磁場Ｂの変化し、その変化に応
じて磁場変化微分信号ｄＢが出力される。

ここで、偏向磁場電源１３としてはサイリスク整流器な
どの整流装置で交流電源を゛整流して♀ｊ）だ直流電源
を用いているために、コイル電流Ｉｎにはその整流装置
ｎが原因となるリップル成分が重畳されている。

このために、偏向１！磁石２〜９，１４より発生される
磁場Ｂは、第１１図（ａ）に曲線ＣＢで示すように、微
視的には直線的に変化せずに５そのリップル成分に対応
して上下に変動している。

このようにして、磁場８が変動し、その変化欧が単位磁
場の大きさに達するたびに、積分器：）；（からは、そ
の変化方向に応じて単位磁場増加信１月１１）または単
位磁場減少信号Ｐｍが出力される（第１１図（ｂ）、（
Ｃ）参照）。

したがって、アドレスカウンタ２４から出力されるアド
レス信号ＡＤＤは磁場）３の変動に応じて変化し、それ
により、この磁場Ｂの変動に対応してデータメモリ２５
から出力される周波数データＤＴは、１１Ｂの変動に追
従するように変化し、その結果、デジタル／アナログ変
換器２８より出力される周波数基準値ｆｒａｆは、第１
１図（ａ）に折線ＣＦで示すように、磁場Ｂの変動に追
従するように、かつ、上述の式（ｍ）の関係を満たすよ
うに変化する。

このようにして、偏向電磁石２〜９から発生される磁場
Ｂ、および、高周波発生装置１７より発生される高周波
電力の周波数ｆが、真空ダクト１の軌道を運動する重粒
子を規定のエネルギーにまで加速する態様に変化し、そ
れにより、重粒子が一定のエネルギーに加速される。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来装置には１次のような不都合
を生じていた。

すなわち、第１２図（ａ）〜（ｅ）に示すように、磁場
Ｂの変動に対応して積分器２３より単位磁場増加信号ｐ
ｐまたは貼位磁場減少信号Ｐｍが出力されてから。

その磁場Ｂの大きさに対応じた周波数基準値ｆｒｅｆが
出力されるまでには、データメモリ２５からのデータ読
み出しのための時間と、デジタル／アナログ変換器２８
の変換のための時間を合計した時間下ａだけ必要となる
ため、磁場１）の変動に対する周波数ｆの追従性が悪く
、その結果、真空ダクトｌを運動する荷電粒子の軌道が
変化する。

一方、真空ダクト１の径は、真空排気ポンプの容量や偏
向電磁石２〜９の大きさなどに制約され、可能な限り細
くすることが求められているが、−上述のように荷電粒
子の軌道が変化すると、その変化分を許容できるように
真空ダクト１の径をある程度太くすることが必要であり
、真空ダクト１を細くすることが非常に困難である。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになさ
れたものであり、偏向磁場の変動に対する加速周波数の
追従性を向１−できるシンクロトロン加速器の制御装置
を提供することをｌｊ的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、ビーム入射から出射までの磁場の強さに応じ
た高周波電力の周波数を記憶した周波数メモリと、磁場
の強さの変化を検出する磁場変化検出手段と、この磁場
変化検出手段の検出値が増加方向に一定値変化すると単
位磁場減少信号）を出力するとともに磁場変化検出手段
の検出値が減少方向に一定値変化すると単位磁場減少ｈ
ｊ号を出力する磁場単位変化検出手段と、この磁場単位
変化検出手段からＩ）ｉ位磁場増加信号が加えられると
記憶している周波数設定（Ｊ号を出力する増加方向レジ
スタと、磁場単位変化検出手段から単位磁場減少信号が
加えられると記憶している周波数信号を出力する減少方
向レジスタと、磁場単位変化検出手段から磁場単位増加
信号または磁場単位減少信号が出力されると次に磁場単
位増加信号が出力されたときの磁場強さに応じた周波数
信号を周波数メモリから読み出して増加方向レジスタに
記憶するとともに次に磁場単位減少信号が出力されたと
きの磁場強さに応じた周波数信号を周波数メモリから読
み出して減少方向レジスタに記憶する周波数メモリ読み
出し制御手段を備えたものである。

（作用） したがって、増加方向レジスタおよび減少方向レジスタ
には、常に次の８＆場変動に応じた値が記憶されている
ので、その磁場変動が生じると、はとんど時間遅れがな
い状態で周波数基準値をηζ化できるので、偏向磁場の
変動に対する加速周波数の追従性を格段に向上できる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかるシンクロトロン加
速装置の制御装置を示している。なお、同図において、
第１０図と同一部分および＋目当する部分には同一符号
を付している。また、この制御装置は、第８図と同一の
シンクロトロン加速器に使用されるものである。

同図において、積分器２３から出力される！、ｌｊ、位
磁場増加信号Ｐｐおよび単位磁場減少信号Ｐｍは、メモ
リ呼出処理回路３１、および、デジタル出力回路３２に
出力されている。

メモリ呼出処理回路３１は、単位磁場増加信号Ｉ）［）
または単位磁場減少信号Ｐ＋ｎが加えられると、偏向電
磁石１４の磁場Ｂが現在値から増加方向または減少方向
に単位磁場だけおのおの変動したときの周波数データＤ
Ｆおよび周波数データＤＢをデータメモリ２５から読み
出すものである、その周波数データＤＦ、ＤＢは、デジ
タル出力回路３２に出力されている。

また、このメモリ呼出処理回路３１としては、例えば、
マイクロプロセッサ装置を用いることができ、単位磁場
増加信号ｐｐ、単位磁場減少信号Ｐｍおよび制御回路２
６より出力されるリセット信号Ｒは、そのマイクロプロ
セッサ装置に割込み信号として加えられる。

デジタル出力回路３２は、単位磁場増加信号Ｐｐが出力
されるとそのときに記憶している周波数データＤ「を、
その時点での加速空胴１２に印加する高周波電力の周波
ａ基準値を与える基準周波数データＤとしてデジタル／
アナログ変換器２８に出力するとともに、単位磁場減少
信号Ｉ’ｍが出力されるとそのときに記憶している周波
数データＤＢを基準周波数データＤとしてデジタル／ア
ナログ変換器２８に出力する。

また、デジタル出力回路３２は、メモリ読み出し処理回
路３Ｉから周波数データＤＦ、ＤＢを入力すると。

そのときに記憶している周波数データ叶、ＤＢを、その
入力値に更新する。

第２図は、デジタル出力回路３２の一例を示している。

同図において、増加方向レジスタ３２ａは、メモリ呼出
処理回路３１から周波数データ叶が加えられるとそれを
記憶するとともに、単位磁場増加信号Ｐｐが加えられる
と、そのときに記憶している周波数データ叶を出力レジ
スタ３２ｂに出力するものである。

減少方向レジスタ３２ｃは、メモリ吐出処理回路３１か
ら周波数データｌ’ｌＢが加えられるとイーれを記憶す
るとともに、単位磁場減少信号Ｐｍが加えられると、そ
のときに記憶している周波数データＤＢを出力レジスタ
３２ｂに出力するものである。

出力レジスタ３２ｂは、増加方向１ノジスタ３２ａから
出力される周波数データＤＦあるいは減少方向レジスタ
３２ｃから出力される周波数データＤＢを、同時に１つ
のみ記憶するものであり、その記憶している周波数デー
タ叶または周波数データＤＢを、そのときの基準周波数
データＤとしてデジタル／アナログ変換器２８に出力す
る。

ここで、増加方向レジスタ３２ａあるいは減少方向レジ
スタ３２ｃからは、同時に周波数データ叶、ＤＢが出力
されることがないため、出力レジスタ３２ｂには、最新
の周波数データ叶、ＤＢのいずれか一方が記憶される。

したがって、磁場Ｂが単位磁場だけ増加して単位磁場増
加信号Ｐｐが出力されると、そのときに増加方向レジス
タ３２ａに記憶されている周波数データＤ「が出力・レ
ジスタ３２ｂに記憶されて、その周波数データ叶が基準
周波数データＤとして出力される。

また、磁場Ｂが単位磁場だけ減少して単位磁場減少信号
Ｐｍが出力されると、そのときに減少方向レジスタ３２
ｃに記憶されている周波数データＤＢが出力レジスタ３
２ｂに記憶されて、その周波数データＤＢが基準周波数
データＤとして出力される。

また、単位磁場増加信号ｐｐまたは単位磁場減少信号Ｐ
ｍが出力されてから、メモリ読出処理回路３１の処理時
間を経過した時点で新しい周波数データＯＦおよび周波
数データＤＢが１１次出力されると、それらの周波数デ
ータＤＦ、ＤＢは、それぞれ増加方向レジスタ３２ａお
よび減少方向レジスタ３２ｃにそれぞれ記憶される。

第３図はデータメモリ２５の記憶内容を例示している。

データメモリ２５のアクセス単位となる１ワー１−は２
４ビツトからなり、おのおののワードには、その第８ビ
ツトから第２３ビツトに１６ビツト長の周波数データＤ
Ｔが配置され、また、第Ｏビットは、データ検査のため
のパリティピットＰｒに設定されている。この場合、第
１ビツトから第７ビツトまではダミービットＤ阿に設定
されていて、有効なデータとしては使用されていない。

そして、第０番地から第Ｎ番地には、それぞれビーム入
射時からビーム射出時までの磁場Ｂの大きさに応じた加
速空胴１２に供給する高周波電力の周波数の周波数デー
タＤＴが、単位磁壕ごどに記憶されている。また、その
周波数データＤＴの値は−１−述した式（Ｉｎ）の関係
を満たすものであり、ビーム入射時に対応じた周波数デ
ータＤＴが第０番地に記憶され、ビーム出射時に対応じ
た周波数データＤＴが第Ｎ番地に記憶される。

第４図はメモリ読出処理回路３１の処理例を示している
。

まず、初期設定時で制御回路２６よりリセット信号Ｒが
加えられると（判断１０１の結果がＹＥＳ）、カウンタ
ｉの値髪Ｏに、周波数データ叶を得るためのポインタｉ
、の値を０に、周波数データＤＢを得るためのポインタ
ｊｍの値を０にそれぞれ初期設定する（処理１０２）。

そして、データメモリ２５の第０番地の１ワードデータ
を読み出し、その１ワードデータに記憶されている周波
数データＤＴを周波数データｌ）Ｆとして出力しく処理
１０３）、次に、データメモリ２５の第０番地の１ワー
ドデータを読み出し、そのｌワードデータに記憶されて
いる周波数データＤ１”を周波数データＤｓとして出力
する（処理１０４）。

また、リセット信号Ｒが入力されていない場合（判断１
０１の結果がＮｏ）、単位磁場増加信号Ｐｐまたは単位
磁場減少信号Ｐｅａのいずれかが入力されたことを監視
する（判断１０５，１０６）。

単位磁場増加信号Ｐｐが入力されて判断１０５の結果が
ＹＥＳになるときには、ポインタｊ、の値をカウンタｉ
に代入しく処理１０７）、単位磁場減少信ＷＰｍが入力
されて判断１０６の結果がＹＥＳになるときには、ポイ
ンタｉ、、の値をカウンタｊに代入する（処理１０８）
。

その状態で、次に、ポインタｊが最終アドレス、すなわ
ち、Ｎに一致するかどうかを調べ（判断１０９）、判断
１０９の結果がＮＯになるときには、ポインタｌＰの値
をポインタ１に１を加えた値に更新する（処理１１０）
。

次に、カウンタｉがＯ以下の値になっているかどうかを
調べ（判断１１１）、判断１１１の結果がＮｏになると
きには、ポインタｉゆの値をポインタ１から１を弓いた
値に更新する（処理１１２）。

そして、ポインタｉ工の値と同一番地の１ワードデータ
をデータメモリ２５より読み出して、その１ワードデー
タに記憶されている周波数データＩ）Ｔを周波数データ
Ｄ８として出力しく処理１１３）、次に、ポインタ１．
の値と同一番地の１７−トデータをデータメモリ２５よ
り読み出し、その１ワードデータに記憶されている周波
数データＤＴを周波数データ叶として出力する（処理１
１４）。

また、判断１０９の結果がＹＥＳになるときには処理１
１０を行なわないで判断１１１に移行し、判断１１１の
結果がＹＥＳになるときには処理１１２を行なわないで
処理１１３に移行する。

また、処理１０３，１０４，１１３，１．１４で、デー
タメモリ２５から読み出したデータを処理して周波数デ
ータＤＦまたは周波数データＤＢとして出力するとき、
詳しくは、次のような処理を行う。

すなわち、読み出したｌワードデータのパリティチエツ
ク処理を行い、パリティエラー発生を検出した場合には
、その時点で出力処理を終了して次の処理に進む。また
、その場合には、パリティエラー発生を外部の処理装置
などに通知する。

パリティエラーが発生していない場合には、第１６ビツ
トから第２４ビツトまでの１６ビツトの周波数データｌ
）Ｔを取り出して、周波数データ叶または周波数データ
Ｄｎとして出力する。

このようにして、パリティチエツクを行いながら周波数
データＤＦ　、　ＤＢを出力しているので、加速空胴１
２に加えられる高周波電力の周波数ｆの信頼性が向上す
る。

また、単位磁場増加信号ｌａｐまたは単位磁場ｉ２Ｊ少
信号Ｐｉが入力されると、ポインタｉ、の値は、その状
態から磁場Ｂの大きさが単位磁場だけ増大したときの磁
場Ｂに対応じた周波数データＤ　Ｔの番地に、また、ポ
インタｉｍの値は、その状態から磁場１３の大きさが単
位磁場だけ減少したときの磁場［３に対応じた周波数デ
ータＤＴの番地にそれぞれ更新される。

そして、おのおののポインタｌＰ＋１＋＋＋の値に対応
じた周波数データＤＦ、ＤＢ、すなわち、次にｒＢ位磁
場増加信号１）ｐまたは単位磁場減少信号ＰＩ１１が入
力されたときに出力すべき周波数データＤが、デジタル
出力回路３２に出力される。

このようにして、メモリ読出処理回路３１は、周波数デ
ータ叶、ＤＢを常に１ステップ先読みしてデジタル出力
回路３２に出力している。

また、ポインタｊ、の値がＮよりも大きくならないよう
に、かつ、ポインタｉ、、の値がＯよりも小さくならな
いように制御していて、データメモリ２５からのデータ
読出処理を適切に行えるようにしている。

以上の構成で、入射機器１０よりビームが入射される前
のタイミングで制御回路２６よりリセット信号Ｒが出力
され、それにより、メモリ読出処理回路３１は、ビーム
入射時に対応じた周波数データＤＦ。

ＤＢをデジタル出力＠路３ｚに出力し、その周波数デー
タ叶、ＤＢは、デジタル出力回路３２に記憶される。

そして、制御回路２６は、一定の割合で偏向磁場電源１
３から偏向電磁石２〜９，１４に印加するコイル電流Ｉ
Ｂを上昇して、荷電粒子（重粒子）の速度に応じて磁場
Ｂを増加していく。

この磁場Ｂが単位磁場だけ大きくなって、第５図（ａ）
に示すように、積分器２３より単位磁場増加信号Ｐｐが
出力されると、デジタル出力回路３２は、そのときに記
憶している周波数データＤＦを基準周波数データＤとし
てデジタル／アナログ変換器２８に出力しく同図（ｆ）
参照）、それにより、ビーム入射時の周波数基準値ｆｒ
ｅｆが高周波発生装置１７に出力され（同図（ｇ）参照
）、加速空胴１２に供給される高周波電力の周波数がビ
ーム入射時の値に制御される。

また、このようにして単位磁場増加信号１）、が出力さ
れると、メモリ読出処理回路３１は、−Ｌ述の処理を行
なってポインタｉ６を更新し、その更新したポインタｉ
、の値に基づいてデータメモリ２５から１ワードデータ
を読み出しく第３図（ｃ）参照）、その１ワードデータ
のパリティチエツクを行ない（同図（ｄ）参照）、周波
数データＤＴを取り出して周波数データＤＢとしてデジ
タル出力回路３２に出力する（同図（ｅ）参照）。

また、メモリ読出処理回路３１は上述の処理によってポ
インタｊｐを更新し、その更新したポインタｉ、の値に
基づいてデータメモリ２５から１ワードアータを読み出
し、その１ワートデ・−夕のパリティチエツクを行ない
、周波数データＩ）Ｔを取り出しで周波数データ叶とし
てデジタル出力回路３２に出力する。

したがって、デジタル出力回路３２には、次に単位磁場
増加信号ｐｐあるいは単位磁場減少信号Ｐｍが出力され
るまでの間に、次に単位磁場増加信号ｌａｐが出力され
たときに出力すべき周波数データ叶、および、次［こ単
位磁場減少信号ＰＩＩ＋が出力されたときに出力すべき
周波数データＤＢが記憶される。

それにより、単位磁場増加信号Ｐｐあるいは単位磁場減
少信号Ｐｍが出力されると、その直後に、周波数データ
ＤＦあるいは周波数データＤＢがデジタル出力回路３２
より出力されるので、磁場Ｂの変動に対する加速空胴１
２に印加す高周波電力の周波数の追従性が格段に向−１
−する。

また、これ以降、単位磁場増加信号Ｐｐあるいは単位磁
場減少信号Ｐｍが出力されるたびに、メモリ読出処理回
路３１によりデータメモリ２５から周波数データ叶、Ｄ
Ｂが先読みされてデジタル出力回路３２に記憶され、そ
れによって、デジタル出力回路３２の記憶内容が更新さ
れる。

そして、磁場１３の大きさがビーム出射時のレベルなる
までこの処理が継続して行なわれ、ビーｌい入射時から
ビーム出射時まで、加速空胴１２に供給される高周波電
力の周波数ｆが磁場Ｂの変動に応して変化し、それによ
って、荷電粒子を適切に加速することができる。

このようにして、本実施例では、磁場［）の変動に対す
る加速空胴１２に印加する高周波電力の周波数の追従性
が非常に良好なものとなるので、ｊ％空ダクト１を運動
する荷電粒子の軌道の変化を大幅に抑制することができ
るので、真空ツクｌ−１の径を細くすることが可能とな
る。

ところで、前述したように、磁場Ｂはビーム入射時から
ビーム出射時まで直線的に増加させ扛ばよいが、偏向磁
場電源１３のｂｙ成上の制約から、ニコイル電流Ｉａに
リップル成分が乗り、そのリップル成分によって磁場Ｂ
が上下に変動しているのである。

したがって、リップル成分による゛磁場Ｂの減少方向へ
の変化分がごく小さければ、加速空胴１２に供給する高
周波電力の周波数ｆを単調的に増加しても、それに基づ
く誤差がごくわずかとなり、実用上は問題がない。

そこで、積分器２３から単位磁場減少信号Ｐｍが出力さ
れたときには、加速空胴１２に供給する高周波電力の周
波数ｆを低下させずに保持するようにしたシンクロトロ
ン加速器の制御装置が実用されており、本発明は、かか
るシンクロトロン加速器の制御装置にも同様にして適用
できる。

第６図は、このような本発明の他の実施例にかかる制御
装置において、メモリ読＋’Ｂ処理回路３１が実行する
処理例を示している。なお、その場合、デジタル出力口
ＦＭ！３２は、周波数データ叶のみを記憶して出力する
構成となる（図示略）。

まず、制御回路２６よりリセット信号Ｒが入力されると
（判断２０１の結果が’／ＥＳ）、データメモリ２５を
アクセスするためのポインタｉ、および、単調減少信号
Ｐｍの連続数を記憶するためのカウンタｉ□を０にクリ
アしく処理２０２）、周波数データＤＦの初期値を出力
する（処理２０３）。

制御回路２６よりリセット信号Ｒが入力されないときに
は（判断２０１の結果がＮｏ）、単位磁場増加信号Ｐｐ
または単位磁場減少信号Ｐｍが入力されることを監視し
ている（判断２０４　、２０５）。

単位磁場増加信号Ｐｐが入力されると（判断２０４の結
果がＹＥＳ）、そのときのカウンタｊ工がＯ以下になっ
ているかどうかを調べる（判断２０６）。

判断２０６の結果がＹＩＥＳになるときには、単位磁場
減少信号Ｐｍを入力したあとに、単位磁場減少信号Ｐｉ
の連続数だけ単位磁場増加信号Ｐｐが出力されて。

磁場Ｂの大きさが減少前のレベルにまで戻るまで待つた
めに、カウンタｊをデクリメントシて（処理２０７）、
次に単位磁場減少信号ＰＩ１１または単位磁場増加信号
ｐｐが出力されるのを待攪する。

また、判断２０６の結果がＮＯになるときには、磁場Ｂ
が減少してから、減少前のレベルまで回復した状態なの
で、ポインタｊの値がＮに一致しでいるかどうかを調べ
（判断２０８）、判断２０８の結果がＮ　［１１になる
ときには、ポインタｊをインクリメントシ（処理２０ｇ
）、ポインタｊの値と同一番地の１ワードデータをデー
タメモリ２５より読み出して、その１ワードデータに記
憶されている周波数データＤＴを周波数データＤＦとし
て出力する（処理２１０）。

したがって、第７図（ａ）〜（Ｃ）に示すように、磁場
１）が減少すると、磁場Ｂが増加傾向に戻ってから、そ
の減少分に対応して出力された単位磁場減少４１号Ｐｍ
の数と同じ数だけ単位磁場増加信号Ｐｐが出力されるま
で、減少前の周波数基準値ｆｒａｆが保持される。

これにより、磁場Ｂの増加方向への変動に追従して、加
速空胴１２に供給される高周波電力の周波数ｆが制御さ
れる。

従来装置では、磁場Ｂが増加方向に変動するとすぐに周
波数ｆを上昇させていたので、第７図（ａ）に−点鎖線
で示すように、周波数基準値ｆ１゜、が変化し、それに
より、磁場Ｂに対する周波数ｆの追従性が、獣いという
不都合を生じていたが、かかる不都合は本実施例で解消
される。

ところで、上述した実施例では、シンクロ１−ロン加速
器において加速空胴に供給する高周波電力の周波数を制
御する制御装置に、本発明を適用しているが、それ以外
の値を制御する制御装置にも同様にして本発明を適用す
ることができる。

すなわち、加速空胴には、共鳴周波数を変化するための
フェライトコアと、このフェライトコアの磁束を変化す
るバイアス巻線が設けられているが、このバイアス巻線
の電流も、荷電粒子のエネルギーに依存するために、磁
場Ｂに応じて変化させている。そこで、本発明は、かか
るバイアス巻線の電流を制御する制御装置にも、同様に
して適用できる。

また、加速空胴に供給する高周波電力の出力電圧を、荷
電粒子のエネルギーすなわち磁場［３の大きさに応じて
制御する場合があり、したがって、このように出力電圧
を制御する制御装置にも、本発明を適用することができ
る。

また、これらの場合、データメモリの１ワードのビット
数を増やし、周波数データとともに磁場ｎに対応して制
御する対象の基準データを記憶しておき、周波数データ
とその基ＫＭデータを１回のデータメモリアクセスで得
られるようにすることができる。

「発明の効果コ 以」二のように、本発明によれば、シンクロトロン加速
器の偏向電磁石の磁場の強さが、微小な時間間隔では、
単調増加あるいは単調減少していることに基づき、磁場
の強さに応じた高周波電力の周波数を記憶した周波数メ
モリから周波数設定信号を先読みし、その先読みした周
波数設定信号を、磁場の変化に応じて出力するようにし
ているので、磁場変動に対してほとんど時間遅れがない
状態で周波数基準値を変化でき、その結果、偏向磁場の
変動に対する加速周波数の追従性を格段に向りできると
いう効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる制御装置を示したブ
ロック図、第２図はデジタル出力回路の一例を示すブロ
ック図、第３図はデータメモリの記憶内容を例示する概
略図、第４図はメモリ読出処理回路の処理の一例を示す
フローチャー１・、第５図は第１図の制御装置の動作を
説明するための波形図、第６図は本発明の他の実施例に
かかる制御装置のメモリ読出処理回路の処理例を示すフ
ローチャート、第７図は第６図の処理を行なった場合の
動作を説明するための波形図、第８図はシンクロトロン
加速器の概略構成を示すモデル図、第９図はシンクロト
ロン加速器の加速動作を説明するための波形図、第１０
図は従来の制御装置を示ずブロック図、第１１図は従来
装置の動作を説明するための波形図、第１２図は従来装
置の動作を説明する他の波形図である。 １４・・・偏向電磁石、２１・・・検出コイル、２：（
・・・留分器、２５・・・データメモリ、３１・・・メ
モリ読出処理回路、３２・・・デジタル出力回路、３２
ａ・・・増加方向レジスタ、３２ｂ・・・出力レジスタ
、３２ｃ・・・減少方向レジスタ。 代理人　弁理士　　紋　ロー　　誠　１′＼ 第１図 第３図 第２図 第 図 （ａ） Ｐ 第７ 図 第８図 一吟Ｖ 弔ｊ１ 図 （ａ） Ｐ （ｂ） ｍ Ｔ。 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シンクロトロン加速器の偏向電磁石の磁場の強さの増減
   に応じて印加する高周波電力の周波数を調整するシンク
   ロトロン加速器の制御装置において、ビーム入射から出
   射までの磁場の強さに応じた高周波電力の周波数を記憶
   した周波数メモリと、磁場の強さの変化を検出する磁場
   変化検出手段と、この磁場変化検出手段の検出値が増加
   方向に一定値変化すると単位磁場増加信号を出力すると
   ともに磁場変化検出手段の検出値が減少方向に一定値変
   化すると単位磁場減少信号を出力する磁場単位変化検出
   手段と、この磁場単位変化検出手段から単位磁場増加信
   号が加えられると記憶している周波数設定信号を出力す
   る増加方向レジスタと、前記磁場単位変化検出手段から
   単位磁場減少信号が加えられると記憶している周波数信
   号を出力する減少方向レジスタと、前記磁場単位変化検
   出手段から磁場単位増加信号または磁場単位減少信号が
   出力されると次に磁場単位増加信号が出力されたときの
   磁場強さに応じた周波数信号を前記周波数メモリから読
   み出して前記増加方向レジスタに記憶するとともに次に
   磁場単位減少信号が出力されたときの磁場強さに応じた
   周波数信号を前記周波数メモリから読み出して前記減少
   方向レジスタに記憶する周波数メモリ読み出し制御手段
   を備えたことを特徴とするシンクロトロン加速器の制御
   装置。