JPH04101399A - シンクロトロン装置の入射エネルギ安定化装置 - 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、シンクロトロン装置に関し、線型加速装置
から蓄積リングへ入射する粒子ビームのエネルギを安定
化させたものである。

〔従来の技術〕

近年、シンクロトロン装置は、シンクロトロン放射光（
ＳＯＲ光）装置として、超々ＬＳＩ回路の作成、医療分
野における診断、分子解析、構造解析等様々な分野への
適用が期待されている。

シンクロトロン装置の概要を第２図に示す。シンクロト
ロン装置］において、電子発生装置（電子銃等）１０で
発生した電子ビームは線型加速装置（ライナック）１２
で光速近くに加速され、ビム輸送部１４の偏向電磁石１
６て偏向されて、インフレクタ１８を介してシンクロト
ロン２０の蓄積リング２２内に入射される。蓄積リング
２２に入射された電子ビームは高周波加速空洞２１でエ
ネルギを与えられながら収束電磁石２３で収束され、偏
向電磁石２４て偏向されて真空ダクト２２内を周回し続
ける。偏向電磁石２４て偏向される時に発生するシンク
ロトロン放射光はビームチャンネル２６を通して例えば
露光装置２８に送られて超々ＬＳＩ回路作成用の光源等
として利用される。

線型加速装置１２は、複数の加速管１３−］１Ｂ−２，
・・・・・・を直列に配して構成され、それぞれ外部か
ら与えられる高周波により電場を発生し、電子ビームを
この電場による波乗り運動により加速する。

各加速管１Ｂ−１，１３−２，・・・・・・は発生され
る電場と電子ビームの位相が一致するように相互に調整
されているが、電源電圧変化等により位相がずれてくる
と効果的に加速することができず、線型加速装置１２か
ら出力される電子ビームエネルギが次第に低下してくる
。

従来においては、このような位相変化による出力エネル
ギの低下に対して、これを補償する機能は有しておらず
、単に蓄積リングへの入射電流を検出して、これか低下
したならば、加速管１３１．１３−２．・・・・・・に
供給する高周波エネルギ及び位卆ン整しているたけてあ
・た。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、従来においては電源電圧変化等による出
力エネルギの低下に対して、これを補償する機能を有し
ていないため、線型加速装置の出力エネルギは不安定で
あり、高周波エネルギの利用効率が低く、出力最大エネ
ルギも徐々に変化していた。

この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して
、出力エネルギの安定化を図ったシンクロトロン装置の
入射エネルギ安定化装置を提供しようとするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、複数の加速管を直列に配した線型加速装置
の各加速管に高周波を供給し粒子ビームを加速して蓄積
リングに入射するシンクロトロン装置において、前記加
速管から出力される余剰高周波のレベルを検出するレベ
ル検出器と、この検出レベルに応じて前記加速管に供給
する高周波の位相を制御する移相器とを具備してなるも
のである。

〔作　用〕

この発明によれば、粒子ビームと高周波の位相が合って
いる場合には、加速管に与えられた高周波エネルギは多
くの部分が加速に使われるので、余剰高周波のレベルは
低くなり、位相がずれている場合には、加速管に与えら
れた高周波エネルギのうち加速に使われる部分が少なく
なるので、余剰高周波のレベルは高くなる。

そこで、この余剰高周波レベルを検出して加速管に与え
る高周波の位相を制御する（例えば検出レベルが最小値
または所定値以下になるようにする等）ことにより、常
に加速管中の高周波と粒子ビームの位相を合わせること
ができ、高効率に加速でき、線型加速装置の出力エネル
ギを安定化することができる。

なお、加速管に供給する高周波のレベルを制御する高周
波レベル制御手段をさらに具備することにより、より高
精度に線型加速装置の出力エネルギを安定化することが
できる。

〔実施例〕

以下、この発明を電子シンクロトロンに適用した実施例
を説明する。

（実施例１） この発明の第１実施例を第１図に示す。電子発生装置（
電子錠等）１０から発生した電子ビームｅは線型加速装
置１２て光速近くに加速され、ビーム輸送部１４を介し
てンンクロトロン２０の蓄積リング２２に入射される。

線型加速装置１２は、２本の加速管１３−１．．１Ｂ−
２を直列に配設して構成されている。

発振器３０からは、高周波信号が発振される。

この高周波信号Ｍはクライストロン（大電力増幅器）３
２−１．３２−２で増幅され、導波管３３−１．３３−
２を介して加速管１Ｂ−１，１３−２にそれぞれ供給さ
れて、電子ビームｅの加速を行なう。加速管１Ｂ−１，
１３−２の出口側には反射を起こさないような形をした
抵抗体で構成されるダミーロード（無反射終端）３６が
設けられ、加速に使用されなかった余剰の高周波Ｍｒが
ここに導かれて吸収される。

加速管１３−２側のダミーローＦ３６の途中には方向性
結合器３８が配設され、余剰高周波Ｍｒのレベルが検出
される。この検出信号はクリスタルディテクタ４ｏて検
波されて、モニタ４上に表示される。

前記クライストロン３２−２への高周波信号紅路には、
この高周波信号Ｍの位相を変移させる移相器３４が配設
されている。制御器４４は、前記検出された余剰高周波
レベルに応じて移送器３４を移相制御して、電子ビーム
通過時の余剰高周波レベルが最小値または所定値以下と
なるように自動制御する。また、上記検出結果に応じて
クライストロン３２−２の出力レベルを制御して、加速
管１３−１．１３−２への供給エネルギが所定値となる
ように自動制御する。

ここで、制御器４４による移相制御の原理について第３
図、第４図に基づいて説明する。

第３図に示すように、加速管１３内には導波管３３から
導かれた高周波Ｍにより電場４６が立ち、電子ビームと
電場４６の位相が合っている場合には、電子ビームｅは
電場４６の最も強い部分に乗せられ、波乗り運動により
加速される。位相かすれてくると、電子ビームｅは電場
４６の最も強い部分からずれた部分て加速されるので、
加速効率が低下してくる。

電子ビームｅの入射時に方向性結合器３８およびクリス
タルディテクタ４０て検出されてモニタ４２に表示され
る余剰高周波Ｍｒのパワーを第４図に示す。高周波供給
期間ｔ。内において、電子ビームｅが通過していない期
間にはタライストロン３２から供給される高周波パワー
Ｐｏかそのまま余剰高周波となって検出される。電子ビ
ームｅか通過すると、その加速に利用されたパワーＰａ
分減少して余剰高周波パワーＰｒが得られる。

電子ビームｅと電場４６の位相か一致していれば高周波
パワーＰ。は多くの部分が加速に利用されて余剰高周波
パワーＰｒは小さくなる。逆に、位相かずれていれば、
高周波パワーＰｏは加速に有効に利用されなくなり、余
剰高周波パワーＰｒは大きくなる。

モニタ４２は、第４図に示す余剰高周波パワーの変化を
表示する。制御器４４は電子ビーム通過時の余剰パワー
Ｐｒの大きさにより電子ビームｅと電場４６の位相ずれ
を検出して前記移相器３４を制御する。すなわち、余剰
高周波パワーＰｒか所定レベル以下または最小値となる
ように加速管１３−２に供給する高周波Ｍの位相を自動
制御する。また、電子ビームｅが通過していない時の高
周波パワーＰｏを検出してこれが所定値となるようにク
ライストロン３２−２の出力パワーを自動制御する。こ
れにより、線型加速装置１２の出ノＪ安定化か図られる
。また、自動制御によらず、モニタ４２を見ながら手動
制御することもできる。

なお、移相器３４はクライストロン３２−２の後段に設
けることもてきる。

（実施例２） この発明の第２実施例を第５図に示す。これは、クライ
ストロン３２を１台たけ設けて、これを加速管１３−１
．１３−２てノ（用したものである。

第１図と共通する部分には１１１−○ｎ号を用いる。

発振器３０から出力される１つ、周波信号は、クライス
トロンで増幅される。増幅された高周波Ｍは２方向に分
岐される。分岐された一方はそのまま導波管３３−１を
介して加速管１３−１に供給されて電子ビームｅを加速
する。また、他方は移相器３４を介して加速管１３−２
に供給されて電子ビームｅをさらに加速する。

加速管１３−１．１３−２の出口側にはダミーロード３
６が設けられ、加速に使用されなかった余剰の高周波Ｍ
ｒかここに導かれて吸収される。

加速管］３−２側のダミーロード３６の途中には方向性
結合器３８か配設され、余剰高周波Ｍｒのレベルが検出
される。この検出信号はクリスタルディテクタ４０て検
波されて、モニタ４上に表示される。制御器４４は、前
記検出された余剰高周波レベルに応して移相器３４を移
相制御して、電子ビーム通過時の余剰高周波レベルが最
小値または所定値以下となるように自動制御する。また
、上記検出結果に応してクライストロン３２−２の出力
レベルを制御して、加速管１３−１．１３−２への供給
エネルギか所定値となるように自動制御する。これによ
り、線型加速装置１２の出力の安定化か図られる。

（実施例３） この発明の第３実施例を第６図に示す。これは、５台の
加速管１３−１乃至１３−５を直列に配したものである
。第１図と共通する部分には同一の符号を用いる。

電子発生装置（電子錠等）１０から発生した電子ビーム
ｅは線型加速装置１２て光速近くに加速され、ビーム輸
送部１４を介してシンクロトロン２０の蓄積リング２２
に入射される。線型加速装置１２は、５本の加速管１３
−１乃至１３−５を直列に配設して構成されている。

発振器３０からは、高周波信号か発振される。

この高周波信号Ｍはクライストロン（大電力増幅器）３
２−１乃至３２−５で増幅され、導波管３３−１乃至３
３−５を介して加速管１３−１乃至１３−５にそれぞれ
供給されて電子ビームｅの加速を行なう。加速管１３−
１乃至１３−５の出口側にはダミーロード３６か設けら
れ、加速に使用されなかった余剰の高周波Ｍｒかここに
導かれて吸収される。

ダミーロード３６の途中には方向性結合器３８が配設さ
れ、余剰高周波Ｍｒのレベルが検出される。この検出信
号はクリスタルディテクタ４０て検波されて、各加速管
１３−１乃至］３−５ごとにモニタ４上に表示される。

前記クライストロン３２−１乃至３２−５への高周波信
号経路には、この高周波信号Ｍの位相を変移させる移相
器３４−１乃至３４−５がそれぞれ配設されている。制
御器４４は、加速管１３１乃至１３−５ごとに検出され
た余剰高周波レベルに応じて移相器３４−１乃至３４−
５をそれぞれ移相制御して、電子ビーム通過時の余剰高
周波レベルが最小値または所定値以下となるように自動
制御する。また、上記各検出結果に応してクライストロ
ン３２−１乃至３２−５の出力レベルをそれぞれ制御し
て、加速管１３−１乃至１３−５への供給エネルギが所
定値となるように自動制御する。これにより線型加速装
置１２の出力の安定化か図られる。

なお、移）口器３４−１乃至３４−５はクライストロン
３２−］乃至３２−５の手前に配置することもできる。

また、この発明は加速管か前記各実施例で示した２本ま
たは５本以外の場合にも適用することができる。

また、この発明は電子シンクロトロン以外の粒子加速装
置にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、余剰高周波レ
ベルを検出して加速管に与える高周波の位相を制御する
ことにより、常に加速管中の高周波と粒子ビームの位相
を合わせることができ、高効率に加速でき、線型加速装
置の出力エネルギを安定化することができる。

また、加速管に供給する高周波のレベルを制御する高周
波レベル制御手段をさらに具備することにより、より高
精度に線型加速装置の出力エネルギを安定化することか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例を示すプロ・ツク図で
ある。 第２図は、シンクロトロン装置の概要を示す平面図であ
る。 第３図は、制御器４４による移相制御の原理を説明する
図である。 第４図は、余剰高周波パワーの説明図である。 第５図は、この発明の第２実施例を示すプロ・ツク図で
ある。 第６図は、この発明の第３実施例を示すブロック図であ
る。 １・・・シンクロトロン装置、１２・・・線型加速装置
、１３（１Ｂ−１乃至１３−５）・・・加速管、２２・
・・蓄積リング、３４　（３４−１乃至３４−５）・・
・移相器、３８．４０・・・レベル検出器（３８・・・
一方向性結合器、４０・・・クリスタルディテクタ）、
４４・・制御器（高周波レベル制御手段）。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の加速管を直列に配した線型加速装置の各加
   速管に高周波を供給し粒子ビームを加速して蓄積リング
   に入射するシンクロトロン装置において、 前記加速管から出力される余剰高周波のレベルを検出す
   るレベル検出器と、 この検出レベルに応じて前記加速管に供給する高周波の
   位相を制御する移相器と を具備してなるシンクロトロン装置の入射エネルギ安定
   化装置。
2. （２）前記各加速管に供給する高周波のレベルを制御す
   る高周波レベル制御手段をさらに具備してなる請求項１
   記載のシンクロトロン装置の入射エネルギ安定化装置。