JPH0765997A - Control method of electron synchrotron - Google Patents

Control method of electron synchrotron

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JPH0765997A
JPH0765997A JP22675093A JP22675093A JPH0765997A JP H0765997 A JPH0765997 A JP H0765997A JP 22675093 A JP22675093 A JP 22675093A JP 22675093 A JP22675093 A JP 22675093A JP H0765997 A JPH0765997 A JP H0765997A
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JP
Japan
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electron
electrons
frequency
orbit
bunch
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JP22675093A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Nakajima
雅之 中島
Koji Yamada
浩治 山田
Teruo Hosokawa
照夫 細川
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress instability in the transverse direction bunch coupling of incident electrons when electrons are made incident to an electron synchrotron with a low energy. CONSTITUTION:When electrons are made incident with a low energy as shown by a frequency component 11, the bunch becomes long. In this case, the value F'11 of a shape factor can be decreased greatly by shifting the position f1 of the component 11 a little in the negative direction, which permits avoiding the instability in the transverse direction bunch coupling.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、放射光発生装置など
の粒子加速器技術に関するものであり、特に、電子を加
速しまたは蓄積する電子シンクロトロンの低コスト化を
図るため、電子の入射エネルギーを低減しつつ電子ビー
ムの安定性を確保し、大電流の加速蓄積を可能ならしめ
る電子シンクロトロンの制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle accelerator technique such as a synchrotron radiation generator, and more particularly, to reduce the cost of electron incident energy in order to reduce the cost of an electron synchrotron that accelerates or accumulates electrons. The present invention relates to a control method of an electron synchrotron that secures the stability of an electron beam while reducing it, and enables accelerated storage of a large current.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ほぼ光速度まで加速した電子が磁
場によって偏向を受ける際に、今迄の進行方向に放出す
る放射光(電磁波)を利用した研究開発が活性化しつつ
ある。このためこの放射光が得られる小型で安価な放射
光源の開発が望まれている。この放射光を得るのには、
周回軌道上に周回させることにより、高エネルギーの電
子または陽電子を蓄積する電子シンクロトロンを用いる
のが一般的である。電子シンクロトロンは、偏向磁石を
用いて電子の周回軌道を形成し、電子の周回周波数f0
のほぼ整数倍の加速用高周波周波数fRFを加える高周波
加速空洞によって、周回している電子の加速を行った
り、一定エネルギーで電子を周回させる(蓄積する)た
めに電子にエネルギーの補給をするものである。
2. Description of the Related Art In recent years, research and development utilizing radiated light (electromagnetic waves) emitted in the traveling direction until now when electrons accelerated to almost the speed of light are deflected by a magnetic field have been activated. Therefore, it is desired to develop a small and inexpensive radiation source that can obtain this radiation. To get this emitted light,
It is common to use an electron synchrotron that accumulates high-energy electrons or positrons by orbiting on an orbit. The electron synchrotron uses a deflection magnet to form an orbit of an electron, and an orbital frequency f 0 of the electron.
A high-frequency accelerating cavity that applies a high-frequency frequency f RF for acceleration, which is an integer multiple of the above, accelerates orbiting electrons and replenishes electrons with a constant energy to orbit (accumulate) electrons. Is.

【0003】図2は、この電子シンクロトロンの概略的
な構成を示す平面図である。1はこの電子シンクロトロ
ンの電子が周回する周回軌道、2は周回している電子の
運動方向を変えて周回軌道1上に電子を周回させる偏向
磁石、3は周回軌道1を周回している電子の水平方向の
振動を抑えるための収束型4極磁石、4は周回軌道1を
周回している電子の垂直方向の振動を抑えるための非収
束型4極磁石、5はアクロマティック条件を得るための
収束型4極磁石(QFC)である。また、6は周回して
いる電子に加速用高周波周波数fRFを加える高周波加速
空洞、7はクロマティシティを調節するための6極磁
石、8は電子を供給する線形加速器、9は線形加速器8
を出射した電子を周回軌道1上にのせるための入射用偏
向器である。
FIG. 2 is a plan view showing a schematic structure of this electron synchrotron. 1 is an orbit around which the electrons of the electron synchrotron orbit, 2 is a deflection magnet that changes the moving direction of the orbiting electrons to orbit the electrons on the orbit 1 and 3 is an electron around the orbit 1. 4 is a converging-type 4-pole magnet for suppressing the horizontal vibration of the magnet, 4 is a non-converging-type 4-pole magnet for suppressing the vertical vibration of the electrons orbiting the orbit 1, and 5 is for obtaining an achromatic condition. Is a convergent quadrupole magnet (QFC). Further, 6 is a high-frequency acceleration cavity for applying a high-frequency frequency f RF for acceleration to orbiting electrons, 7 is a 6-pole magnet for adjusting chromaticity, 8 is a linear accelerator that supplies electrons, and 9 is a linear accelerator 8
Is an incident deflector for placing the electrons emitted from the on the orbit 1.

【0004】線形加速器8により所定の速度まで加速さ
れた電子は、入射用偏向器9によりその運動方向を変え
られて周回軌道1上に取込まれ、偏向磁石2のところで
その運動方向を偏向して周回軌道1上を運動するように
なる。周回軌道1上を周回し始めた電子は、周回軌道1
周の長さを電子の速度で割った周回周波数f0 のほぼ整
数倍の加速用高周波周波数fRFを高周波加速空洞6で受
けて運動エネルギーを補充する。この電子は、水平と垂
直の各方向に振動しながら周回していくが、この電子の
周回軌道1を1周する間の振動の数をベータトロン振動
数と呼ぶ。このように、電子は振動しながら周回してい
るが、この振動の振幅が大きくなりすぎると電子は周回
軌道1より消えてしまう。
The electron accelerated by the linear accelerator 8 to a predetermined speed is changed in its moving direction by the incident deflector 9 and taken into the orbit 1 and deflected at the deflecting magnet 2. To move on the orbit 1 Electrons that have started to orbit 1 orbit 1
The high-frequency acceleration cavity 6 receives a high-frequency frequency f RF for acceleration that is an integer multiple of the orbital frequency f 0 obtained by dividing the circumference length by the velocity of electrons, and replenishes kinetic energy. The electrons orbit while oscillating in each of the horizontal and vertical directions, and the number of vibrations during one round of the orbit 1 of the electron is called a betatron frequency. Thus, the electrons orbit while oscillating, but if the amplitude of this oscillation becomes too large, the electrons will disappear from the orbit 1.

【0005】電子シンクロトロンにおいて電子を加速ま
たは蓄積する場合は、周回する電子の個数に関わらずに
成立する一粒子系の安定性を満足させる必要があるここ
で、この一粒子系の安定性に関して説明する。一粒子系
の安定性は、以下に示すとおり、軌道安定性と位相安定
性に分類される。実際の電子シンクロトロンでは、周回
軌道1上に設置される電磁石の個体差や制作誤差などに
より、設計には現れない磁場(誤差磁場)が存在する。
In the case of accelerating or accumulating electrons in the electron synchrotron, it is necessary to satisfy the stability of the one-particle system that is established regardless of the number of orbiting electrons. Here, regarding the stability of the one-particle system explain. The stability of one particle system is classified into orbital stability and phase stability, as shown below. In an actual electron synchrotron, there is a magnetic field (error magnetic field) that does not appear in the design due to individual differences of electromagnets installed on the orbit 1 and production errors.

【0006】ここで、ベータトロン振動数が共鳴条件k
νx +lνy =m(k、l、mは整数)を満たす場合、
上述の誤差磁場から影響を受ける振動周期と、電子が周
回するときの振動の周期が一致して、周回している電子
の振動の振幅が増大し、この電子が失われてしまう。こ
のため、周回している電子の振幅を抑えてこのような共
鳴条件を避けて運転を行う必要があり、収束型4極磁石
3,非収束型4極磁石4により水平,垂直方向の振動が
抑えられる。
Here, the betatron frequency is the resonance condition k.
When ν x + lν y = m (k, l, and m are integers),
The oscillation cycle affected by the above-mentioned error magnetic field and the oscillation cycle when the electron orbits are coincident with each other, the amplitude of the oscillation of the orbiting electron increases, and this electron is lost. For this reason, it is necessary to suppress the amplitude of the circulating electrons to avoid such a resonance condition and perform the operation, and the converging type quadrupole magnet 3 and the non-converging type quadrupole magnet 4 cause horizontal and vertical vibrations. It can be suppressed.

【0007】軌道安定性とは、以上のように電子シンク
ロトロンの周回している電子が、4極磁石の周速作用に
より周回軌道1から外れた場合も安定に周回し続けるこ
とをいう。なお、k+lを共鳴の次数と呼ぶが、一般に
は、4次以下の共鳴を考慮すれば十分とされている。
The orbital stability means that the orbiting electrons of the electron synchrotron as described above continue to orbit stably even if they deviate from the orbital orbit 1 by the action of the quadrupole magnet. Note that k + 1 is called the resonance order, but it is generally sufficient to consider the resonance of the fourth order or lower.

【0008】一方、位相安定性とは、高周波によって電
子にエネルギーの補給をしたり電子の加速を行う際の安
定性をいう。電子シンクロトロンの周回軌道1上を周回
している電子は、高周波加速空洞6で電子の周回周波数
f0 の整数倍の加速用高周波周波数fRFを受けてエネル
ギーの補給をしたり加速をおこなう。ところで、エネル
ギーのずれた電子は、周回周波数のずれ(進行方向の位
置のずれ)を生じている。エネルギーが過大な電子は周
回周波数が小さくなり、エネルギーが不足している電子
は周回周波数が大きくなる。
On the other hand, the phase stability means the stability when replenishing the energy of electrons with a high frequency or accelerating the electrons. The electrons orbiting the orbit 1 of the electron synchrotron receive a high frequency for acceleration f RF in the high frequency acceleration cavity 6 which is an integral multiple of the orbital frequency f 0 of the electron to replenish energy and accelerate the energy. By the way, the electrons with different energies have a deviation of the orbital frequency (a deviation of the position in the traveling direction). Electrons with excessive energy have a low orbital frequency, and electrons with insufficient energy have a high orbital frequency.

【0009】ここで、これらの電子が高周波加速空洞6
を通過する際、エネルギーの不足している電子は余分に
補給を受け、エネルギーの過大な電子は少なめに補給を
受けることになる。この結果、高周波加速空洞6を通過
することにより、設計値である中心エネルギーよりずれ
ている電子は、この中心エネルギーに近づくことにな
り、結果として電子は中心エネルギーの付近で安定に運
動をし続けることになる。
Here, these electrons are generated by the high frequency acceleration cavity 6
When passing through, electrons with insufficient energy will be supplemented, and electrons with excessive energy will be supplemented less. As a result, by passing through the high-frequency accelerating cavity 6, the electron deviated from the central energy which is the designed value comes close to this central energy, and as a result, the electron continues to move stably near the central energy. It will be.

【0010】このような、周回する電子の位相安定性を
満足する領域は、電子シンクロトロンの周回軌道上に中
にh箇所(h=fRF/f0 )存在し、電子はこれらh箇
所に平均的に固まって周回軌道上を周回する。例えば、
高周波加速空洞6が電子の周回周波数f0 の4倍の加速
用高周波周波数fRFを加える電子シンクロトロンの周回
軌道1上では、電子は4カ所に均等に集中してバンチを
形成し、それぞれ均等な間隔を保って周回する。
Such a region satisfying the phase stability of the orbiting electrons exists at h points (h = f RF / f 0 ) in the orbit of the electron synchrotron, and the electrons are present at these h points. It solidifies on average and orbits the orbit. For example,
On the orbit 1 of the electron synchrotron in which the high-frequency acceleration cavity 6 applies the acceleration high-frequency frequency f RF that is four times the orbital frequency f 0 of the electrons, the electrons are evenly concentrated at four locations to form bunches, and each is evenly formed. Orbit at regular intervals.

【0011】ところで、バンチの中で電子は個々の速度
を変化させているが、これがバンチの中で見ると電子が
バンチの中で振動をしているように見える。この位相安
定性の原理によって発生する、バンチ内の電子のエネル
ギーおよび進行方向の振動をシンクロトロン振動と呼
ぶ。以上の電子シンクロトロンにおける一粒子系の安定
性に関しては、例えば文献(M.Sands,THE
PHYSICS OF ELECTRON STORA
NGE RINGS AN INTRODUTION,
SLAC−121,1970)に詳しく記載されてい
る。
By the way, the electrons change their respective velocities in the bunch, but when this is seen in the bunch, the electrons seem to vibrate in the bunch. The energy of electrons in the bunch and the vibration in the traveling direction, which are generated by the principle of phase stability, are called synchrotron vibration. Regarding the stability of the one-particle system in the electron synchrotron described above, for example, the literature (M. Sands, THE
PHYSICS OF ELECTRON STORA
NGE RINGS AN INTRODUTION,
SLAC-121, 1970).

【0012】電子シンクロトロンにおいて電子を加速ま
たは蓄積する場合、以上に説明した一粒子系の安定性と
同時に、多数の電子を周回させた場合に発生する集団ビ
ーム不安定性を避けることが重要である。この、電子の
集団ビーム不安定性とは、電子シンクロトロンを周回す
る電子が、真空ダクト、高周波加速空洞などの周囲の環
境との相互作用により電磁場を発生して電子自身に影響
を与え、多数の電子を周回させた場合に運動が不安定に
なる現象である。この代表的な集団ビーム不安定性とし
て、横方向バンチ結合不安定性がある。
When accelerating or accumulating electrons in an electron synchrotron, it is important to avoid the collective beam instability that occurs when a large number of electrons orbit at the same time as the stability of one particle system described above. . This collective electron beam instability means that the electrons that orbit the electron synchrotron affect the electrons themselves by generating an electromagnetic field due to the interaction with the surrounding environment such as a vacuum duct and a high-frequency acceleration cavity. This is a phenomenon in which the motion becomes unstable when the electrons orbit. The typical collective beam instability is the lateral bunch coupling instability.

【0013】周回軌道1上を周回する電子が飛行方向を
変えるときに放出する放射光の利用を目的とした電子シ
ンクロトロンでは、放射光を放出したことによる電子の
エネルギー損失を補うため、高周波加速空洞6は極力低
いパワーで十分な加速電圧を得られるように設計する。
しかし、このようにした高周波加速空洞6では、電子に
エネルギーを与えるための加速用高周波周波数以外に
も、高次モードの共振周波数を放出してしまうのが普通
である。
In an electron synchrotron intended to utilize the synchrotron radiation emitted when an electron orbiting on the orbit 1 changes its flight direction, a high frequency acceleration is applied in order to compensate for the energy loss of the electron due to the emission of the synchrotron radiation. The cavity 6 is designed so that a sufficient acceleration voltage can be obtained with a power as low as possible.
However, in such a high frequency accelerating cavity 6, in addition to the accelerating high frequency frequency for giving energy to the electrons, it is usual to emit the higher order resonance frequency.

【0014】このように高次モードの共振周波数(高次
モード周波数)を放出している高周波加速空洞6を電子
が通過したことにより発生する誘導電磁場は、比較的長
い時間持続する。このため、先に高周波加速空洞6を通
過したバンチによって励起された誘導電磁場が後続のバ
ンチに影響を与えることになる。そしてこれが、次のバ
ンチへと次々連鎖的に起こるので共振を起こし、周回す
る電子のベータトロン振動が発散し、電子を失ってしま
う場合がある。
The induction electromagnetic field generated by the electrons passing through the high-frequency accelerating cavity 6 emitting the resonance frequency of the higher-order mode (higher-order mode frequency) thus lasts for a relatively long time. Therefore, the induction electromagnetic field excited by the bunch that has passed through the high-frequency acceleration cavity 6 affects the subsequent bunch. Then, this occurs in sequence to the next bunch, causing resonance, and betatron oscillations of orbiting electrons may diverge, and electrons may be lost.

【0015】この現象を横方向バンチ結合不安定性と呼
び、高次モード周波数fHOM とベータトロン振動数f
betaの少数部分(Δν)の間に、以下の式1に示す等式
がほぼ成立するときに発生する。
This phenomenon is called lateral bunch coupling instability, and higher order mode frequency f HOM and betatron frequency f
During the fractional part of the beta (Δν), the equations shown in Equation 1 below occurs when substantially satisfied.

【0016】 fHOM≒fbeta=nhf0−(m+Δν)f0・・・
(1) ここで、n,mは任意の整数である。
F HOM ≈f beta = nhf 0 − (m + Δν) f 0 ...
(1) Here, n and m are arbitrary integers.

【0017】そして、横方向バンチ結合不安定性の強さ
は、不安定性の成長速度である以下の式2で示される。
The strength of the lateral bunch bond instability is expressed by the following equation 2 which is the growth rate of the instability.

【0018】 τinst=(eIf0βZF’)/(2E0)・・・(2) ここで、eは電子の電荷、Iはビーム電流、βは高周波
加速空洞の位置におけるベータトロン関数の値、Zはf
betaにおける高次モードの横方向カップリングインピー
ダンスの実数部分、E0 は電子のエネルギー、F’は形
状因子と呼ばれる量で後述するようにバンチの形状を反
映する項である。
Τinst = (eIf 0 βZF ′) / (2E 0 ) ... (2) where e is the electron charge, I is the beam current, and β is the value of the betatron function at the position of the high frequency acceleration cavity, Z is f
The real part of the lateral coupling impedance of the higher-order mode in beta , E 0 is the electron energy, and F ′ is a quantity called a form factor, which is a term that reflects the shape of the bunch as described later.

【0019】従って、式(2)のβを小さくするか、Z
を小さくするか、F’を小さくすれば、横方向バンチ不
安定性の成長速度τinstは小さくなり、横方向バンチ結
合不安定性は避けられる。ここで式(2)のZを小さく
するのはベータトロン振動数の調整による方法、また
は、高周波加速空洞の高次モード周波数またはインピー
ダンスを調整する方法で行われるまた、8極磁石により
ベータトロン振動数に広がりを与えランダウ減衰の効果
により抑える方法なども可能である。
Therefore, β in equation (2) should be reduced, or Z
If the value of F is smaller or the value of F ′ is smaller, the growth rate τinst of the lateral bunch instability becomes smaller, and the lateral bunch coupling instability can be avoided. Here, Z in equation (2) is made smaller by adjusting the betatron frequency or by adjusting the higher-order mode frequency or impedance of the high-frequency accelerating cavity. It is also possible to give a spread to the number and suppress it by the effect of Landau damping.

【0020】以上の技術に関しては、例えば、文献
(H.Kobayakawa,Y.Yamazaki,
Y.Kamiya and M.Kihara,Jp
n.J.Appl.Phys.,25(1986)86
4)または文献(Y.Yamazaki,K.Taka
ta,and S.Tokumoto,IEEE Tr
ans.Nucl.Ssi.,NS−28(1981)
2915)などに記載されている。
Regarding the above technique, for example, reference can be made to the literature (H. Kobayaka, Y. Yamazaki,
Y. Kamiya and M.K. Kihara, Jp
n. J. Appl. Phys. , 25 (1986) 86.
4) or literature (Y. Yamazaki, K. Taka.
ta, and S. Tokumoto, IEEE Tr
ans. Nucl. Ssi. , NS-28 (1981)
2915) and the like.

【0021】電子シンクロトロンの周回軌道1上に電子
を導入するためには、前述したように、線形加速器8に
より予備加速した電子を入射用偏向器9に取込み、ここ
で向きを変えて周回軌道1上に入射する。入射した電子
は、高周波加速空洞6により目標とするエネルギーまで
加速できるが、電子シンクロトロンの周回する電子の安
定性を考えた場合、入射する電子を十分に加速してお
き、電子シンクロトロンではあまり加速させないのが通
例である。
In order to introduce the electrons into the orbit 1 of the electron synchrotron, as described above, the electrons pre-accelerated by the linear accelerator 8 are taken into the deflector 9 for injection, and the direction is changed here to orbit. Incident on 1. The incident electrons can be accelerated to a target energy by the high-frequency acceleration cavity 6, but considering the stability of the orbiting electrons of the electron synchrotron, the incident electrons are sufficiently accelerated, and the electron synchrotron does not have much energy. It is customary not to accelerate.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、経済性を考えた電子入射機器を用い
ることができないという問題があった。即ち、経済性を
考えた場合、電子入射機器は小型化して、出射する電子
のエネルギーを小さくする必要がある。この場合は、電
子シンクロトロンの中で最終エネルギーまで電子の加速
を行うことになる。ここで、上述した横方向バンチ結合
不安定性の回避方法は、予め高エネルギーとした電子を
入射する最終エネルギー入射方式のシステムで採用され
ているものであり、低エネルギー入射方式の電子シンク
ロトロンにおいて確立された横方向バンチ結合不安定性
の回避方法は存在しない。
Since the conventional structure is as described above, there is a problem in that it is not possible to use an electron injection device in consideration of economy. That is, in consideration of economy, it is necessary to downsize the electron incident device and reduce the energy of emitted electrons. In this case, the electrons are accelerated to the final energy in the electron synchrotron. Here, the method for avoiding the transverse bunch coupling instability described above is adopted in the system of the final energy injection method in which electrons with high energy are injected in advance, and is established in the electron synchrotron of the low energy injection method. There is no way to avoid the lateral bunch coupling instability created.

【0023】高エネルギーで電子を入射する電子シンク
ロトロンにおいては、通常、多数回入射方式を用いる。
これは、1回に入射する電子の数を少なくし、入射され
た電子のベータトロン振動の振幅が、放射光の放出に伴
って減衰したあと、次の電子の入射を行うようにしたも
のである。周回軌道1上に電子を入射するときは、この
周回軌道1を少し移動させて入射用偏向器9に近づけ
る。このため、すでに周回軌道1上に電子が存在してい
る場合、この電子のベータトロン振動の振幅が大きい
と、入射用偏向器9に衝突してしまい、電子が消滅して
しまう。
In an electron synchrotron in which electrons are injected with high energy, a multiple injection method is usually used.
This is to reduce the number of electrons that are injected at one time, the amplitude of the betatron oscillation of the injected electrons is attenuated with the emission of synchrotron radiation, and then the next electron is injected. is there. When the electrons are incident on the circular orbit 1, the circular orbit 1 is slightly moved to approach the incident deflector 9. For this reason, when electrons already exist on the orbit 1 and the amplitude of betatron oscillation of the electrons is large, the electrons collide with the incident deflector 9 and disappear.

【0024】ここで、周回軌道1上を周回している電子
は高周波加速空洞6を通過することによりベータトロン
振動の振幅が徐々に小さくなっていく。このことによ
り、すでに入射して周回軌道1上を周回している電子の
ベータトロン振動の振幅が十分に小さくなった後に、再
度入射を行うという作業を繰り返せば、多くの電子を入
射することができる。
Here, as the electrons orbiting on the orbit 1 pass through the high frequency acceleration cavity 6, the amplitude of the betatron oscillation gradually decreases. As a result, many electrons can be injected by repeating the operation of re-injecting after the amplitude of the betatron oscillation of the electrons that have already entered and are orbiting the orbit 1 has become sufficiently small. it can.

【0025】しかし、この振幅の減衰時間は、入射電子
のエネルギーの3乗に反比例するため、入射エネルギー
を十分低くとろうとすると、振幅の減衰に要する時間が
大きくなる。これでは、振幅の減少を待っている間に、
電子の寿命がつきてしまい、すでに入射してある電子が
消滅してしまい、多数回入射しても多くの電子を入射す
ることができない。このように、入射エネルギーを十分
低くしたい場合、1回の入射で必要とする電子の数を電
子シンクロトロンに入射し、そのままこれを電子シンク
ロトロンで加速する方法をとらざるを得ない。
However, since the decay time of the amplitude is inversely proportional to the cube of the energy of the incident electron, if the incident energy is set to be sufficiently low, the time required for the decay of the amplitude becomes long. Now, while waiting for the amplitude to decrease,
The electrons have a long life, and the electrons that have already entered disappear, so that many electrons cannot enter even if they enter many times. In this way, when it is desired to make the incident energy sufficiently low, there is no choice but to adopt a method in which the number of electrons required for one injection is incident on the electron synchrotron and the electron synchrotron is accelerated as it is.

【0026】低いエネルギー入射方式により放射光発生
システムのコスト削減を図るには、電子シンクロトロン
への入射効率を良くして、1回の入射で十分な電流を確
保すると同時に、低エネルギー領域での安定性を満足さ
せることが不可欠である。ところが、横方向バンチ結合
不安定性の強さはエネルギーの逆数に比例するため、入
射エネルギーを低くした場合にこの安定性の確保が困難
となる。さらに、低エネルギーの電子は、地磁気・残留
磁場などの誤差磁場の影響を受けやすく、強い共鳴を起
こすため、ベータトロン振動数の選択範囲が大きく制約
される。従って、ベータトロン振動数の調整により、横
方向バンチ結合不安定性を避ける方法では、十分な効果
が得られない場合が多い。
In order to reduce the cost of the synchrotron radiation generation system by the low energy incidence method, the efficiency of incidence on the electron synchrotron is improved so that a sufficient current can be secured by a single incidence, and at the same time in the low energy region. Satisfaction with stability is essential. However, since the strength of the lateral bunch coupling instability is proportional to the reciprocal of energy, it becomes difficult to secure this stability when the incident energy is lowered. Further, low-energy electrons are easily affected by error magnetic fields such as geomagnetism and residual magnetic field and cause strong resonance, so that the selection range of the betatron frequency is greatly restricted. Therefore, the method of avoiding the lateral bunch coupling instability by adjusting the betatron frequency often cannot obtain a sufficient effect.

【0027】また、低エネルギー入射方式では、1回入
射方式の採用が不可避であるが、8極磁石により強い非
線形磁場を導入すると、ダイナミックアパーチャ(ベー
タトロン振動が安定である領域)が制限され、入射効率
が低下する。一方、高周波加速空洞の改造により、高次
モード周波数などの調整を行う方法は、高精度な予測が
困難であり、試行錯誤的な過程を伴って効率的ではない
ことと、低エネルギー電子に対する強い不安定性を抑え
るためには十分でない場合が多きことから、低エネルギ
ー入射時に用いることは困難である。
Further, in the low energy injection method, it is inevitable to adopt the single injection method, but when a strong non-linear magnetic field is introduced by the 8-pole magnet, the dynamic aperture (a region where the betatron oscillation is stable) is limited, The incidence efficiency is reduced. On the other hand, the method of adjusting the higher-order mode frequency by modifying the high-frequency accelerating cavity is difficult to predict with high accuracy, is not efficient with a process of trial and error, and is strong against low-energy electrons. Since it is often not sufficient to suppress instability, it is difficult to use it at low energy incidence.

【0028】このように、従来、横方向バンチ結合不安
定性の回避手段として用いられてきた方法を、低エネル
ギー入射の電子シンクロトロンにそのまま適用するには
無理がある。そして、狭いベータトロン振動数の選択範
囲の中で、十分な入射効率を確保しつつ、低いエネルギ
ー電子に対する強力な横方向バンチ結合性をいかに抑え
るかが、低エネルギー入射方式を実現する上で重要な課
題となる。
As described above, it is difficult to directly apply the method conventionally used as the means for avoiding the lateral bunch coupling instability to the electron synchrotron with low energy incidence. In order to realize the low energy injection method, how to suppress strong lateral bunch coupling to low energy electrons while ensuring sufficient injection efficiency within a narrow selection range of betatron frequencies is important. It becomes a problem.

【0029】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、電子シンクロトロンに低
エネルギーで電子を入射する場合の、入射した電子の横
方向バンチ結合不安定性を抑えることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and suppresses the lateral bunch coupling instability of an incident electron when the electron is incident on the electron synchrotron with low energy. The purpose is to

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】この発明の電子シンクロ
トロンの制御方法は、電子の周回周波数f0 ,高周波加
速空洞の発生する高次モード周波数fHOM とクロマティ
シティξ,モーメンタムコンパクションファクターαと
を用いて示されるΔf=|ξ/αf0 +fHOM|を増大
させる方向に、クロマティシティξあるいはモーメンタ
ムコンパクションファクターαを制御することを特徴と
する
A method of controlling an electron synchrotron according to the present invention comprises an electron orbital frequency f 0 , a higher-order mode frequency f HOM generated by a high-frequency accelerating cavity, a chromaticity ξ, and a momentum compaction factor α. It is characterized by controlling the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α in the direction of increasing Δf = | ξ / αf 0 + f HOM |

【0031】[0031]

【作用】クロマティシティξまたはモーメンタムコンパ
クションファクターαを動かすことで、周回している電
子の集団であるバンチの振動の周波数が変化する。
[Function] By moving the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α, the frequency of vibration of the bunch, which is a group of orbiting electrons, changes.

【0032】[0032]

【実施例】以下、この発明について説明する。この発明
では、低エネルギー入射方式における横方向バンチ結合
不安定性の回避するためのものである。そこで、このた
めに、横方向バンチ結合不安定性の強さを表す前述した
式(2)のF’の項に注目する。このF’の項は、バン
チの持つ周波数成分を反映しており、バンチの形状(長
さ)に依存するため、形状因子と呼ばれる。
The present invention will be described below. The present invention is for avoiding the lateral bunch coupling instability in the low energy injection method. Therefore, for this purpose, attention is paid to the term of F ′ in the above-mentioned formula (2), which represents the strength of the lateral bunch coupling instability. This F ′ term reflects the frequency component of the bunch and depends on the shape (length) of the bunch, and is therefore called a shape factor.

【0033】ここで、バンチを形成している電子のベー
タトロン振動数のエネルギー依存性はクロマティシティ
(ξ)と呼ばれている。電子のエネルギーのずれをΔ
e、ベータトロン振動数のずれをΔνとすると、このク
ロマティシティξは、ξ=Δν/ΔE/E0 で定義され
る。ここで、電子のエネルギーE0 、ベータトロン振動
数ν0 は、周回軌道上を周回している電子の軌道を制御
している電磁石の励磁量で決まる。実際の電子はある程
度広がったエネルギー分布を持つため、ある1つの電子
のエネルギーE、ベータトロン振動数νと、E0 ,ν0
とのずれを各々ΔE,Δνとする。
Here, the energy dependence of the betatron frequency of the electrons forming the bunch is called chromaticity (ξ). The difference in electron energy is Δ
e and the deviation of the betatron frequency is Δν, this chromaticity ξ is defined by ξ = Δν / ΔE / E 0 . Here, the energy E 0 of the electron and the betatron frequency ν 0 are determined by the amount of excitation of the electromagnet controlling the orbit of the electron orbiting on the orbit. Since an actual electron has an energy distribution that spreads to some extent, the energy E of one electron, the betatron frequency ν, and E 0 , ν 0
The deviations from and are ΔE and Δν respectively.

【0034】このクロマティシティξが零でない場合、
シンクロトロン振動とベータトロン振動の結合により、
バンチの形状が振動する。この振動の周波数f1 は、モ
ーメンタムコンパクションファクターをαとした場合、
f1 =ξf0 /αで与えられる。ここで、モーメンタム
コンパクションファクターαは、中心エネルギーE0 を
持つ電子の軌道の周長をl0 ,エネルギーがΔEずれた
電子が描く軌道の周長をlとした場合、Δl=l−l0
とすると、α=(Δl/l0)/(ΔE/E0)で示され
るものである。
If this chromaticity ξ is not zero,
By combining synchrotron and betatron vibrations,
The shape of the bunch vibrates. The frequency f 1 of this vibration is given by the momentum compaction factor α.
It is given by f 1 = ξf 0 / α. Here, the momentum compaction factor α is Δl = 1-l 0 , where l 0 is the circumference of the orbit of an electron having a central energy E 0 , and l is the circumference of the orbit drawn by an electron whose energy is deviated by ΔE.
Then, α = (Δl / l 0 ) / (ΔE / E 0 ).

【0035】一方、バンチは進行方向に有限であること
と、バンチを構成する個々の電子はベータトロン振動を
行っていることから、バンチの通過により静止系のモニ
タでバンチが放出する電磁波を観測していれば、δ-sig
nal =p(t)ea+b という信号が観測されるはずであ
る。なおここでa=j2πf1 t,b=j2πkνであ
る。ここでea の項が上述したバンチ形状の振動を表
し、eb の項がベータトロン振動の効果を表している。
なお、kは得られる信号が何周目のバンチであるかを示
すものである。また、p(t)は有限のバンチ長の効果
を表す定在波の項であり、そのフーリエ成分は周波数の
符号反転に対して対照的な周波数分布h(f)を持つ。
On the other hand, since the bunch is finite in the direction of travel and the individual electrons that make up the bunch are performing betatron oscillation, the electromagnetic waves emitted by the bunch are observed on the stationary system monitor as the bunch passes. If so, δ-sig
nal = P (t) e a + b Signal should be observed. Here, a = j2πf 1 t and b = j2πkν. Where e a Represents the bunch-shaped vibration described above, and e b The term represents the effect of betatron oscillation.
It should be noted that k indicates the number of rounds of the bunch that the obtained signal is. Further, p (t) is a term of a standing wave that represents the effect of a finite bunch length, and its Fourier component has a frequency distribution h (f) that is in contrast to the sign inversion of the frequency.

【0036】ここで、負の周波数は、定在波に含まれる
互いに逆方向に進行する波(exp(jωt)とexp
(−jωt)の成分)の進行方向を区別するために導入
された概念であり、形式的にどちらか一方の周波数(ω
/2π)を正と定義すると、他方が負となる。バンチ長
をδlとした場合に、h(f)の広がり(δf)は、光
速をcとしてδf=c/δl程度となる。前述の静止系
モニタに観測される信号のea (a=j2πf1 t)の
項により、周波数分布はf1 だけシフトするため、実際
に観測されるδ-signal の周波数成分h’(f)は、f
1 に中心を持つことになる。この周波数成分を持ったバ
ンチが高周波加速空洞を通過した場合、電磁波を誘起し
後続の電子のベータトロン振動に影響を与える。
Here, the negative frequencies are waves (exp (jωt)) and exp which are included in the standing wave and travel in mutually opposite directions.
This is a concept introduced to distinguish the traveling direction of (-jωt) component, and formally one of the frequencies (ω
If / 2π) is defined as positive, the other becomes negative. When the bunch length is δl, the spread (δf) of h (f) is about δf = c / δl where c is the speed of light. E a of the signal observed on the stationary system monitor Due to the term of (a = j2πf 1 t), the frequency distribution shifts by f 1, so the δ-signal actually observed The frequency component h ′ (f) of
It will be centered on 1 . When the bunch with this frequency component passes through the high-frequency accelerating cavity, it induces an electromagnetic wave and affects the betatron oscillation of the subsequent electron.

【0037】ここで、高周波加速空洞の横方向カップリ
ングインピーダンスをZ(f)としたとき、Z(f)の
実数部分によりベータトロン振動の振幅は減衰または成
長するが、δ-signal の正の周波数成分によって誘起さ
れた電磁波は減衰に寄与し、δ-signal の負の周波数成
分によって誘起された電磁波は、成長に寄与することが
知られている。従って、Z(f)の実数部部はf=±f
HOM で非常に鋭いピークを持つので、h’(−fHOM )
の大きさが、ベータトロン振動の成長速度、即ち、横方
向バンチ結合不安定性の強さを決めつけることになる。
このh’(−fHOM )が、前述した式(2)の形状因子
F’そのものである。
Here, when the lateral coupling impedance of the high frequency accelerating cavity is Z (f), the amplitude of the betatron oscillation is attenuated or grown by the real part of Z (f). The electromagnetic wave induced by the positive frequency component of It is known that the electromagnetic wave induced by the negative frequency component of A contributes to the growth. Therefore, the real part of Z (f) is f = ± f
Since HOM has a very sharp peak, h '(-f HOM )
The size of γ determines the growth rate of the betatron oscillation, that is, the strength of the lateral bunch coupling instability.
This h '(-f HOM ) is the form factor F'itself of the above-mentioned formula (2).

【0038】以上については、文献(F.Sacher
er,Proc.9th Int.Conf.on H
igh Enerugy Accelerators,
Stanford;1974:347)に記載されてい
る。バンチ長が十分長い場合にはバンチの持つ周波数成
分の広がりが小さく、クロマティシティξまたはモーメ
ンタムコンパクションファクターαの調整によりこの周
波数分布の中心位置を変化させることで、F’が大きく
変化する。従って、バンチ長が長い場合には、ξあるい
はαを調整することで、F’を低減する方向(バンチの
周波数成分の中心を高次モード周波数からはなす方向)
にする方法が、横方向バンチ結合不安定性を回避するた
めに有効であることがわかる。
For the above, refer to the document (F. Sacher).
er, Proc. 9th Int. Conf. on H
high Energy Accelerators,
Stanford; 1974: 347). When the bunch length is sufficiently long, the spread of the frequency component of the bunch is small, and by changing the centrality of this frequency distribution by adjusting the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α, F ′ changes greatly. Therefore, when the bunch length is long, F'is reduced by adjusting ξ or α (direction in which the center of the bunch frequency component is from the higher mode frequency).
It can be seen that the method is effective to avoid the lateral bunch coupling instability.

【0039】この方法を図解したものが図1である。図
1において、11はバンチ長が長い場合(〜60セン
チ)の周波数成分であり、12はバンチ長が短い場合
(〜6センチ)の周波数成分である。そして、形状因子
F’を示す縦軸は、上述したように横方向バンチ結合不
安定性の強さに関与する値であり、小さいほど横方向バ
ンチ結合不安定性が小さいことを示すものである。高周
波加速空洞の負の高次モード周波数−fHOM に相当する
値F’11,F’12がそれぞれの場合の形状因子であり、
周波数成分11の場合には、f1 の位置を少し負の方向
に変化させただけで、形状因子の値F’11が大きく減少
し、横方向バンチ結合不安定性が回避できる。
FIG. 1 illustrates this method. In FIG. 1, 11 is a frequency component when the bunch length is long (up to 60 cm), and 12 is a frequency component when the bunch length is short (up to 6 cm). The vertical axis indicating the form factor F ′ is a value relating to the strength of the lateral bunch coupling instability as described above, and the smaller the vertical axis, the smaller the lateral bunch coupling instability. The values F ′ 11 , F ′ 12 corresponding to the negative higher-order mode frequency −f HOM of the high-frequency acceleration cavity are the form factors in each case,
In the case of the frequency component 11, the shape factor value F ′ 11 is greatly reduced and the lateral bunch coupling instability can be avoided only by slightly changing the position of f 1 in the negative direction.

【0040】低エネルギー入射方式の電子シンクロトロ
ンに、線形加速器などの入射器から連続的な電子ビーム
を入射した場合、放射光の放出によるバンチ長の減衰が
ほとんどないため、比較的長い入射時のバンチ長が保存
する。この場合には、上述の手法による横方向バンチ結
合不安定性の回避が有効である。逆に、エネルギーが高
くなると、放射光の放出によってバンチ長が減衰し、バ
ンチの長さは入射時よりかなり短くなる。その結果、バ
ンチは広い周波数分布を持つため、図1の周波数成分1
2に示すように中心周波数f1 を変化させても、F’12
を低減することは困難となる。
When a continuous electron beam is incident on an electron synchrotron of a low energy incidence type from an injector such as a linear accelerator, the bunch length is hardly attenuated by the emission of synchrotron radiation. Saved by the bunch chief. In this case, it is effective to avoid the lateral bunch coupling instability by the above method. On the contrary, when the energy becomes higher, the bunch length is attenuated by the emission of synchrotron light, and the bunch length becomes considerably shorter than that at the time of incidence. As a result, since the bunch has a wide frequency distribution, the frequency component 1 in FIG.
It is varied center frequency f 1 as shown in 2, F '12
Is difficult to reduce.

【0041】従って、高エネルギー入射方式を採用した
従来の電子シンクロトロンでは、以上に示した方法で
は、横方向結合不安定性の回避、すなわちビーム不安定
性の回避はなされない。そして、上述の方法でビーム不
安定性を抑えるためには、電子シンクロトロンがクロマ
ティシティξまたはモーメンタムコンパクションファク
ターαを調整する機能を具備していることが必要条件と
なる。
Therefore, in the conventional electron synchrotron adopting the high energy injection method, the lateral coupling instability, that is, the beam instability is not avoided by the above-described method. Then, in order to suppress the beam instability by the above-mentioned method, it is a necessary condition that the electron synchrotron has a function of adjusting the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α.

【0042】ところで、前述したように、収束型4極磁
石3,非収束型4極磁石4(図2)の部分では、周回し
ている電子の振動の振幅を抑えるようにしているが、エ
ネルギーが過大な方向にずれている電子は、ここでその
ベータトロン振動数をエネルギーのずれていない電子の
振動数より、その振動数を減ずる方向に修正され、すな
わち負のクロマティシティξが発生する。ここで、ある
エネルギーのずれた電子が描く軌道は、エネルギー分散
関数により表すことができるが、このエネルギー分散関
数が零でない場所に6極磁石を設置することにより、ク
ロマティシティを調節でき、バンチの横方向結合不安定
性の回避が可能となる。
By the way, as described above, in the converging quadrupole magnet 3 and the non-converging quadrupole magnet 4 (FIG. 2), the amplitude of the vibration of the circulating electrons is suppressed, but the energy is reduced. If the electron is deviated in the excessive direction, the betatron frequency is corrected in the direction of decreasing the frequency of the electron whose energy is not deviated, that is, the negative chromaticity ξ is generated. Here, the orbit drawn by an electron with a certain energy deviation can be represented by an energy dispersion function, but by installing a 6-pole magnet in a place where this energy dispersion function is not zero, the chromaticity can be adjusted and the bunch's It is possible to avoid lateral coupling instability.

【0043】一方、挿入光源を設置するため、エネルギ
ー分散関数が直線部分で零となるように設計したアクロ
マティックな電子シンクロトロンでは、アクロマティッ
ク条件からずらすことでモーメンタムコンパクションフ
ァクターαを変化させることが可能である。ここで、低
エネルギー状態における横方向バンチ不安定性を回避す
る必要があるのは、特に電子を周回軌道上に入射すると
きであるが、このときはアクロマティック条件を成立さ
せる必要がない。すなわち、設計上の周回軌道上をはず
れた電子がないアクロマティックな状態は、放射光を取
り出すときには必要となるが、電子を入射させるとき
は、このようにアクロマティックである必要がない。従
って、余分なハードウエアを追加することなく、制御方
法の変更のみで不安定性の回避が可能である。
On the other hand, in the achromatic electron synchrotron designed so that the energy dispersion function becomes zero in the straight line portion because the insertion light source is installed, the momentum compaction factor α can be changed by shifting from the achromatic condition. It is possible. Here, it is necessary to avoid the lateral bunch instability in the low-energy state especially when the electron is incident on the orbit, but at this time, it is not necessary to satisfy the achromatic condition. That is, an achromatic state in which there are no electrons that have deviated from the designed orbit is necessary when extracting emitted light, but it is not necessary to be achromatic in this manner when making electrons incident. Therefore, it is possible to avoid instability only by changing the control method without adding extra hardware.

【0044】これらのクロマティシティξとモーメンタ
ムコンパクションファクターαを制御する際に、問題と
なる高次モード周波数をfHOM (>0)とした場合、−
fHO M におけるバンチの周波数成分が不安定性を導くこ
とから、Δf=|ξ/αf0+fHOM |を拡大する方向
に、ξあるいはαを調整することが要件となる。ただ
し、ξは符号を含めて考えるものとする。なお、入射直
後のバンチの持つ周波数成分は、加速用高周波周波数f
RFの数倍程度の広がりしか持たないので、上記Δfの値
もfRFの数倍程度まで拡大すれば十分である。
When controlling the chromaticity ξ and the momentum compaction factor α, if the higher order mode frequency which is a problem is f HOM (> 0), −
Since the frequency component of the bunch in f HO M leads to instability, it is necessary to adjust ξ or α in the direction of expanding Δf = | ξ / αf 0 + f HOM |. However, ξ shall be considered including the sign. The frequency component of the bunch immediately after incidence is the high frequency frequency f for acceleration.
Since only has several times the spread of RF, is sufficient expansion value of the Δf even several times the f RF.

【0045】以下この発明の1実施例を図を参照して説
明する。図2に、この発明に関わる低エネルギー入射を
採用した電子シンクロトロンの1例を示す。同図におい
て、1はこの電子シンクロトロンの電子が周回する周長
52.8mの周回軌道、2は加工の容易な長方形(re
ctangular型)の周回している電子の運動方向
を変えて周回軌道1上に電子を周回させる偏向磁石、3
は周回軌道1を周回している電子の水平方向の振動を抑
えるための収束型4極磁石(QF)、4は周回軌道1を
周回している電子の垂直方向の振動を抑えるための非収
束型4極磁石(QD)、5は周回軌道1の短直線部に設
置されアクロマティック条件を得るための収束型4極磁
石(QFC)である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows an example of an electron synchrotron adopting low energy incidence according to the present invention. In the figure, 1 is a circular orbit with a circumference of 52.8 m around which the electrons of this electron synchrotron orbit, and 2 is a rectangle (re
(Ctangular type) Deflection magnet that changes the moving direction of orbiting electrons and orbits the electrons on the orbit 1
Is a converging quadrupole magnet (QF) for suppressing the horizontal vibration of the electrons that orbit the orbit 1 and 4 is non-convergence for suppressing the vertical vibration of the electrons that orbit the orbit 1. The quadrupole magnets (QD) and 5 are converging quadrupole magnets (QFC) installed on the short straight line portion of the orbit 1 to obtain an achromatic condition.

【0046】また、6は周回している電子に加速用高周
波周波数125MHz(fRF)を加える高周波加速空
洞、7はクロマティシティを調節するための6極磁石、
8は電子15MeVまで予備加速して供給する線形加速
器、9は線形加速器8を出射した電子を周回軌道1上に
のせるための入射用偏向器である。線形加速器8で予備
加速された電子は、22個のバンチになって周回し、こ
の電子シンクロトロンで800MeVまで加速される。
偏向磁石2における電子の軌道半径は1.8mであり、
この偏向磁石の磁場強度は、電子のエネルギー15Me
Vに対応する0.027Tから800MeVに対応する
1.44Tまで比例して変化する。
Further, 6 is a high-frequency accelerating cavity for applying a high-frequency frequency of 125 MHz (f RF ) for acceleration to orbiting electrons, and 7 is a 6-pole magnet for adjusting the chromaticity,
Reference numeral 8 is a linear accelerator that pre-accelerates and supplies electrons up to 15 MeV, and 9 is an incident deflector for placing the electrons emitted from the linear accelerator 8 on the orbit 1. The electrons pre-accelerated by the linear accelerator 8 are orbited into 22 bunches, which are accelerated to 800 MeV by the electron synchrotron.
The orbital radius of electrons in the deflection magnet 2 is 1.8 m,
The magnetic field strength of this deflecting magnet is the electron energy of 15 Me.
It changes proportionally from 0.027T corresponding to V to 1.44T corresponding to 800 MeV.

【0047】この実施例における電子シンクロトロンの
代表的な運転条件は、動作点の水平垂直各方向のベータ
トロン振動数の組み合わせが(3.25,1.25)
で、かつ、収束型4極磁石3が配置される長直線部での
エネルギー分散関数が零となる、すなわち、長直線部で
アクロマティックな状態である。ここで、4極磁石の強
さを、K=(B’lQUAD)/(3.33E0 )と定義す
る。ただし、B’(T/m)は4極磁石における水平方
向の磁場分布をxで1回微分したもの、lQUAD(m)は
4極磁石の周回軌道1方向の長さ、E0 (GeV)は電
子のエネルギーである。
A typical operating condition of the electron synchrotron in this embodiment is that the combination of betatron frequencies in the horizontal and vertical directions of the operating point is (3.25, 1.25).
In addition, the energy dispersion function is zero in the long straight line portion where the converging quadrupole magnet 3 is arranged, that is, the long straight line portion is in an achromatic state. Here, the strength of the quadrupole magnet is defined as K = (B'l QUAD ) / (3.33E 0 ). However, B '(T / m) is a value obtained by differentiating the horizontal magnetic field distribution in the quadrupole magnet once with x, l QUAD (m) is the length of the quadrupole magnet in one orbit of the orbit, and E 0 (GeV ) Is the energy of the electron.

【0048】ここで、アクロマティックな条件を得るの
に必要なQFC5の強さは、0.925であり、このと
き動作点の水平垂直各方向のベータトロン振動数の組み
合わせを(3.25,1.25)に設定するには、QF
3が0.521,QD4が−0.282とする必要があ
る。ただし以上の値は、各4極磁石の1個あたりの強さ
である。また、lQUADにも若干依存するため、QFC5
の強さの正確な値は、これを考慮して計算する必要があ
る。なお、QFC5の強さを表す式には、分母にE0 が
含まれているため、その絶対的な強さB’はエネルギー
に比例して変化させる。
Here, the strength of the QFC5 required to obtain the achromatic condition is 0.925, and at this time, the combination of the betatron frequencies in the horizontal and vertical directions of the operating point (3.25, QF to set to 1.25)
3 must be 0.521 and QD4 must be -0.282. However, the above value is the strength of each quadrupole magnet. Also, since it depends on l QUAD , QFC5
The exact value of the strength of must be calculated with this in mind. In the expression representing the strength of QFC5, since the denominator includes E 0 , its absolute strength B ′ is changed in proportion to energy.

【0049】以上示した条件におけるモーメンタムコン
パクションファクターαは0.025、補正を行わない
場合のx方向クロマティシティξは−3程度となる。周
回周波数f0 は5.682MHzであるから、f1 はお
およそ−680MHzである。一方、加速用高周波周波
数が125MHzの高周波加速空洞6では、x方向のベ
ータトロン振動に強い影響を与える高次モード周波数の
存在がfHOM =493MHz付近に確認されている。
Under the conditions shown above, the momentum compaction factor α is 0.025, and the x-direction chromaticity ξ without correction is about -3. Since the circulating frequency f 0 is 5.682 MHz, f 1 is approximately −680 MHz. On the other hand, in the high-frequency accelerating cavity 6 having an accelerating high-frequency frequency of 125 MHz, the existence of a higher-order mode frequency having a strong influence on the betatron oscillation in the x direction is confirmed near f HOM = 493 MHz.

【0050】ここで、電子を入射する際のバンチの長さ
を正確に予測することは困難であるが、可能な最大バン
チ長(周長をバンチ数で割った2.4m)の4分の1程
度である60cmと仮定すれば、形状因子とf1 ,f
HOM の関係は、前述したように、図1に示すようにな
る。従って、例えば、f1 を負の方向に300MHz移
動させることで、F’11の値を小さくすることが可能で
あり、横方向バンチ結合不安定性の強さを十分小さく抑
えることが可能である。
Although it is difficult to accurately predict the length of the bunch when the electron is incident, it is a quarter of the maximum possible bunch length (2.4 m obtained by dividing the circumference by the number of bunch). Assuming 60 cm, which is about 1, the form factor and f 1 , f
The relationship of the HOM is as shown in FIG. 1, as described above. Therefore, for example, by moving f 1 in the negative direction by 300 MHz, the value of F ′ 11 can be made small, and the strength of the lateral bunch coupling instability can be made sufficiently small.

【0051】f1 をdf1 =−300MHzだけ移動さ
せる方法として、図2に示したように6極磁石7を4つ
の短直線部それぞれ配置した場合、これらに必要な励磁
量は、df1 =f0 ξsxt/α=−300×106 (ξ
sxt =4βηG/4π)の式によって与えられる。従っ
て、6極磁石7の位置におけるx方向ベータ関数の値β
x =3mとエネルギー分散関数の値η=1.5mを代入
することにより、6極磁石7一個当たりの励磁量G=−
0.92(m-2)が得られる。
As a method of moving f 1 by df 1 = -300 MHz, when the 6-pole magnet 7 is arranged in each of the four short linear portions as shown in FIG. 2, the amount of excitation required for these is df 1 = f 0 ξ sxt / α = −300 × 10 6 (ξ
sxt = 4βηG / 4π). Therefore, the value β of the x-direction beta function at the position of the 6-pole magnet 7
By substituting x = 3 m and the energy dispersion function value η = 1.5 m, the excitation amount G = − per one 6-pole magnet 7
0.92 (m -2 ) is obtained.

【0052】一方、クロマティシティξはそのままで、
モーメンタクコンパクションファクターαを変化させる
場合には、f1 =f0 ξ/α’=(−600−300)
×106 の式から、α’=0.0174程度とする必要
がある。このためには、QFC5を3%程度強めればよ
いが、動作点を変化させないためには、同時にQF3を
1%弱め、QD4の絶対値を1%強める必要がある。従
って、このようにモーメンタクコンパクションファクタ
ーαを変化させたい場合は、各4極磁石の励磁量を若干
変化させるだけでよい。なお、上記した数値は、あくま
で計算上の値であり、実際の制御量は実測値の基づいて
決定する必要がある。
On the other hand, the chromaticity ξ remains unchanged,
When changing the momentum compaction factor α, f 1 = f 0 ξ / α ′ = (− 600−300)
From the formula of × 10 6 , it is necessary to set α ′ = 0.174. To this end, QFC5 may be increased by about 3%, but in order to keep the operating point unchanged, it is necessary to decrease QF3 by 1% and increase the absolute value of QD4 by 1% at the same time. Therefore, when it is desired to change the momentum compaction factor α in this way, it is sufficient to slightly change the amount of excitation of each quadrupole magnet. The above numerical values are merely calculated values, and it is necessary to determine the actual control amount based on the actually measured values.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電子シンクロトロンに低エネルギーで電子を入射す
る場合の、入射した電子の横方向バンチ結合不安定性を
抑えることができるという効果がある。従って、横方向
バンチ結合不安定性を抑えつつ、一回の入射で十分な電
流を確保することが可能となる。そして、低エネルギー
入射方式の実現が可能となり、放射線発光装置の大幅な
コスト削減が達成できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the lateral inversion bunch coupling instability of an incident electron when the electron is incident on the electron synchrotron with low energy. . Therefore, it becomes possible to secure a sufficient current with one injection while suppressing the lateral bunch coupling instability. Then, the low energy incidence method can be realized, and the cost of the radiation emitting device can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】形状因子とf1 ,fHOM の関係を示す説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a relationship between a shape factor and f 1 and f HOM .

【図2】電子シンクロトロンの概略的な構成を示す平面
図である。
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of an electron synchrotron.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 周回軌道 2 偏向磁石 3 収束型4極磁石(QF) 4 非収束型4極磁石(QD) 5 収束型4極磁石(QFC) 6 高周波加速空洞 7 6極磁石 8 線形加速器 9 入射用偏向器 11,12 周波数成分 1 Orbit 2 Deflection magnet 3 Convergence type 4 pole magnet (QF) 4 Non-convergence type 4 pole magnet (QD) 5 Convergence type 4 pole magnet (QFC) 6 High frequency accelerating cavity 7 6 pole magnet 8 Linear accelerator 9 Injector deflector 11,12 frequency components

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子を偏向させる偏向磁石と、電子を軌
道上に収束させる4極磁石と、電子にエネルギーを供給
する高周波加速空洞とを用いて、電子を周回軌道上に周
回させながら前記電子の加速または蓄積を行う電子シン
クロトロンにおいて、 前記電子の周回周波数f0 ,前記高周波加速空洞の発生
する高次モード周波数fHOM とクロマティシティξ,モ
ーメンタムコンパクションファクターαとを用いて示さ
れるΔf=|ξ/αf0 +fHOM |を増大させる方向
に、前記クロマティシティξあるいはモーメンタムコン
パクションファクターαを制御することを特徴とする電
子シンクロトロンの制御方法。
1. A deflecting magnet for deflecting an electron, a quadrupole magnet for converging the electron on an orbit, and a high-frequency accelerating cavity for supplying energy to the electron are used to orbit the electron while orbiting the orbit. In an electron synchrotron for accelerating or accumulating, the orbital frequency f 0 of the electron, the higher-order mode frequency f HOM generated by the high-frequency accelerating cavity, the chromaticity ξ, and the momentum compaction factor α, Δf = | A method of controlling an electron synchrotron, comprising controlling the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α in a direction of increasing ξ / αf 0 + f HOM |.
【請求項2】 請求項1記載の電子シンクロトロンの制
御方法において、 前記Δfの値が前記高周波加速空洞による前記電子にエ
ネルギーを供給するための加速用高周波周波数の数倍程
度以下となるように、前記クロマティシティξあるいは
モーメンタムコンパクションファクターαを制御するこ
とを特徴とする電子シンクロトロンの制御方法。
2. The method for controlling an electron synchrotron according to claim 1, wherein the value of Δf is about several times or less of a high frequency frequency for acceleration for supplying energy to the electrons by the high frequency acceleration cavity. A method for controlling an electron synchrotron, which comprises controlling the chromaticity ξ or the momentum compaction factor α.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の電子シン
クロトロンの制御方法において、 6極磁石を用いて前記クロマティシティξを制御するこ
とを特徴とする電子シンクロトロンの制御方法。
3. The method for controlling an electron synchrotron according to claim 1 or 2, wherein the chromaticity ξ is controlled by using a 6-pole magnet.
【請求項4】 請求項1または請求項2記載の電子シン
クロトロンの制御方法において、 前記電子シンクロトロンとしてアクロマティック条件が
成立するものを用い、 このアクロマティック条件をずらすことで前記モーメン
タムコンパクションファクターαを制御することを特徴
とする電子シンクロトロンの制御方法。
4. The method for controlling an electron synchrotron according to claim 1, wherein the electron synchrotron that satisfies an achromatic condition is used, and the momentum compaction factor α is set by shifting the achromatic condition. A method for controlling an electron synchrotron, which comprises controlling
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006244879A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Hiroshige Yamada Charged particle acceleration method and charged particle circulation device

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