JPS5840560Y2 - 線形粒子加速装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はマイクロ波を用いて荷電粒子を加速する線形粒
子加速装置に関する。

第１図は従来のこの種の装置の一例を示すブロックダイ
ヤグラムで図中１は内部を真空に保たれた金属製円筒で
マイクロ波に対して空胴共振器を構成するように適宜に
金属円板を挿入した加速管である。

そしてこの金属円板には電子流等の荷電粒子を通過させ
るために中央に小孔を穿設している。

一方では加速管１を駆動するマイクロ波を発生するマグ
ネトロンで、このマグネトロン２で発生したマイクロ波
は方向性結合器３マイクロ波入力部４を介して加速管１
に導かれて軸方向の電界を形成し、電子銃５から与えら
れた電子流を加速して出力軸６に出力する。

一方加速管１の終端部で余ったマイクロ波はマイクロ波
出力部７から方向性結合器８を介して無反射終端９へ印
加される。

そして上記各方向性結合器３，８は加速管１のマイクロ
波入力部４、マイクロ波出力部７に近接して設けられ加
速管１に入る直前および出た直後のマイクロ波を取り出
してノ＼イブリッドリング１０および差動検波器１１か
ら成る第１の位相検波器１２に与えその位相差を検出す
る。

なお必要に応じて方向性結合器８，９と第１位相検波器
１２との間に移相器１３を介挿してマイクロ波の位相差
を適宜調整し得るようにしている。

原理的にはこの第１の位相検波器１２の出力を第１図図
示破線の如くサーボアンプ２０を介してサーボモータ２
１に与えてマグネトロン２の発振周波数を制御すること
により所望の最適加速周波数に上記発振周波数を制御す
ることができる。

ここで加速管１の入力・出力間の位相特性を考えると、
例えば加速管１の全長が１．５ｍ、モードが２π／３、
減衰定数が０．３、動作周波数がｆ。

ＭＨｚの場合マグネトロン２の周波数変化に対する第１
の位相検波器１２に入る２つのマイクロ波の位相差θ。

は第２図に示すように変化する。

即ちマグネトロン２の周波数が約Ｉ ＭＨｚ変化するご
とに同じ位相が現れる。

したがってマグネトロン２の発振周波数が所定値から±
０．５ＭＨｚ以上ずれてしまうと周波数を所望値に制御
できなくなるという問題がある。

ところがマグネトロン２の電源投入時の発振周波数は熱
平衡状態にある平常運転時に比べて高く、場合によって
はその差が数ＭＨｚに達することもあり、このような場
合第２図から明らかなように発振周波数を所望周波数に
制御することはできない。

このためにマグネトロン２の発振周波数を所望周波数の
、±０．５ＭＨｚ以内に制御する補助回路が必要となる
。

この補助回路としては例えば空胴波長計１４を用いる。

即ち空胴波長計１４の共振周波数を予め所定周波数に設
定し、方向性結合器３から取り出したマイクロ波を与え
る。

そしてこの空胴波長計１４の出力および方向性結合器３
から直接取り出した出力をハイブリッドリング１５およ
び差動検波器１６からなる第２の位相検波器１７に印加
し位相検波する。

なお方向性結合器３または空胴波長計１４と第２の位相
検波器１７との間に移相器１８を介挿してこの第２の位
相検波器１７に入る２つのマイクロ波の位相差を適宜調
整し得るようにしている。

そして第１、第２の位相検波器１２．１７の出力をそれ
ぞれスイッチング回路１９に与えこのスイッチング回路
１９を第２の位相検波器１７の出力電圧に応じて制御し
て切換えてサーボアンプ２０に与える。

サーボアンプ２０は上記スイッチング回路１９の出力に
応じてサーボモータ２１を制御し、マグネトロン２の周
波数可変部を駆動してその発振周波数を所望の最適加速
周波数に制御する。

なお第３図はマグネトロン２の発振周波数と第２の位相
検波器１７に入る２つのマイクロ波の位相差θ２の関係
を示す図、第４図は第１、第２の各位相検波器１２．１
７の出力波形図Ａ、Ｂを示す図である。

このようにすれば第１の位相検波器１２の出力は第２図
および第４図Ａに示すように約ＩＭＨｚの周期で変化し
、第２の位相検波器１７の出力は第３図および第４図Ｂ
に示すように変化する。

ここで加速管１が電子流を加速するための最適周波数ｒ
において第１、第２の位相検波器１２．１７の出力差θ
１．θ２をそれぞれ零になるように各移相器１３．１８
を設定する。

また第４図に示すように第２の位相検波器１７の出力電
圧が予め設定した電圧Ｐより大きく、ｑより小なる場合
はこの第２の位相検波器１７の出力をサーボアンプ２０
へ与え、上記電圧Ｐより小さく、ｑより大なる範囲の場
合は第１の位相検波器１２の出力をサーボアンプ２０へ
与えるようにスイッチング回路１９を設定する。

例えばマグネトロン２の発振周波数が第４図図示Ｓの場
合、第４図曲線Ｂによって周波数の高い方へ制御する。

そして周波数ｔになるとスイッチング回路１９によって
曲線Ａに切換りこの曲線Ａに沿って最適周波数ｒに制御
する。

またマグネトロン２の周波数がＳ′にあった場合は上述
と逆に周波数が低くなるように制御する。

そして加速管１の温度等の変化によって最適周波数ｒが
変動すると、その変動分は第１の位相検波器１２の出力
に現われ第２の位相検波器１７の出力には現われない。

一方、空胴波長計１４の室温等の温度変化によって共振
周波数が変動するとその変動分は第２の位相検波器１７
の出力に現われ、第１の位相検波器１２の出力には現わ
れない。

したがっていずれの場合にもそれぞれの変動の内容に応
じて第４図の曲線Ａあるいは曲線Ｂに沿って相対的な位
置関係が変動し加速管１の最適周波数ｒが変動してもマ
グネトロン２の周波数を第１の位相検波器１２の出力系
で制御することによって常に電子流を最大に加速するこ
とができる。

しかしながらこのようなものでは例えば第４図で曲線Ｂ
が曲線Ｂ′に変動した場合マグネトロン２の周波数は曲
線Ｂ′で制御され周波数Ｕまで変動して曲線Ａに切換え
られる。

ところがマグネトロン２の周波数はｒにならずｒ′に制
御されようとする。

そして周波数が低くなるように制御されると再び曲線Ｂ
′に切換り、この切換動作を繰り返して周波数Ｕ付近で
発振して電子流を最適に加速し得ないという問題を生じ
る。

また変動がさらに大きく曲線ＢがＢ“になった場合マグ
ネトロン２の周波数は第１の位相検波器１２の出力で制
御され、その目標値は最適周波数ｒではなくｒ′に制御
され電子流を最適に加速できない。

このために周波数の許容変動幅は±０．２５ＭＨｚと狭
くなる。

さらに第１、第２の各位相検波器１２．１７の各出力系
の切換動作が周波数の変動によって円滑に行なえず系全
体の動作が不安定になる問題があった。

本考案は上記の事情に鑑みてなされたものでヒステリシ
ス回路を用いて切換え動作にヒステリシス特性を与え切
換動作の不安定要素を除去し、システムの温度等による
許容変動幅を大きくすることができる線形粒子加速装置
を提供することを目的とするものである。

以下本考案の一実施例を第１図と同一部分に同一符号を
付与して第５図に示すブロック図を参照して説明する。

図中２２は第１、第２の位相検波器１２．１７の出力を
切換えるヒステリシス特性を有するヒステリシススイッ
チング回路で゛ある。

このスイッチング回路２２は第１の位相検波器１２から
第２の位相検波器１７へ切換る設定電圧と、第２の位相
検波器１７から第１の位相検波器１２へ切換る設定電圧
を異なる電圧を設定している。

即ち異なる４種の電圧値ｐ’、ｐ、ｑ、ｑ’にｐ’＞ｐ
＞ｏ＞ｑ＞ｑ′の関係があるとすると第６図に示す第１
、第２の位相検波器１２．１７の出力波形図Ｃ，Ｄにお
いて第２の位相検波器１７の出力系から第１の位相検波
器１２の出力系に切換える時の第２の位相検波器１７の
出力電圧はＰおよびｑである。

また第１の位相検波器１２の出力系から第２の位相検波
器１７へ切換る時の第２の位相検波器１７の出力電圧は
Ｐ′およびｑ′となるようにしている。

したがって第６図においてマグネトロンの発振周波数を
Ｓとすると曲線りの出力系により周波数ｔまで制御され
曲線Ｃに切換り周波数ｒまで制御される。

この場合マグネトロンの周波数がｔになり曲線Ｃの出力
系に切換った時、曲線Ｃの出力系から曲線りの出力系に
切換るマグネトロンの周波数は■まで広がるため切換り
動作がスムーズに行なわれる。

またヒステリシス特性を有するスイッチング回路２２を
用いることにより第１、第２の位相検波器１２．１７の
それぞれに変動があり、曲線Ａと曲線Ｂとの相対的な位
置関係の変動があった場合マグネトロン２の周波数力伽
速管１の最適周波数に制御されるための変動幅は±０．
５ＭＨｚとなる。

一方実際に各種の原因によって生じる変動分は±０．３
Ｍ止程度であり確実、かつ安定に所望の最適周波数に制
御することができる。

以上詳述したように本考案はヒステリシス特性を有する
スイッチング回路を用いて第１、第２の各位相検波器の
出力系を切換えるようにしたから切換動作がスムーズで
温度等の変化による許容変動幅力吠きく、シたがって系
全体の動作が安定で電子流を最大に加速することができ
る。

またスイッチング回路のヒステリシス特性を大きく設定
することによって一旦補助系統から主系統に切換れば以
後主系統に保持することができ各種マイクロ波管の周波
数制御、システムの位相制御等を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の線形粒子加速装置の一例を示すブロック
図、第２図は第１の位相検波器に入力する信号の位相差
と周波数との関係を示す図、第３図は第２の位相検波器
に入力する信号の位相差と周波数との関係を示す図、第
４図は第１、第２の各位相検波器の山波形図、第５図は
本考案の一実施例を示すブロック図、第６図は上記実施
例の第１、第２の各位相検波器の出力波形図である。 １・・・・・・加速管、２・・・・・・マグネトロン、
３，８・・・・・・方向性結合器、５・・・・・・電子
銃、１２・・・・・・第１の位相検波器、１７・・・・
・・第２の位相検波器、２０・・・・・・サーボアンプ
、２１・・・・・・サーボモータ、２２・・・・・・ス
イッチング回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. マイクロ波発振器より供給されるマイクロ波にて荷電粒
   子を加速すると共に前記加速管の入力側および出力側の
   マイクロ波の位相差を検出する第１の位相検波回路を設
   け、また前記マイクロ波発振器により供給されるマイク
   ロ波を空胴波長計に与えてその出力と前記供給マイクロ
   波との位相差を検出する第２の位相検波回路を設け、こ
   れら位相検波回路の出力レベルに応じて一方の位相検波
   回路の出力を選択し、この選択した出力により前記マイ
   クロ波発振器の発振周波数を制御するようにした線形粒
   子加速装置において、前記第２の位相検波回路の出力か
   ら前記第１の位相検波回路の出力への選択換え操作は第
   ２の位相検波回路出力の振幅レベルが設定値を超えたと
   きに、また前記第１の位相検波回路の出力から前記第２
   の位相検波回路の出力への選択切換え操作は第１の位相
   検波回路出力の振幅レベルが前記設定値より大きい所定
   の設定値より小さくなったときに行なうヒステリシス特
   性を有するスイッチング回路を用いて前記第１及び第２
   の位相検波回路の出力の選択を行なうようにしたことを
   特徴とする線形粒子加速装置。