JPS6029200B2 - 線形電子加速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は線形電子加速装置の放射線出力を検出し、こ
れを正規化してその最大値を保持した後、この最大値に
正規化出力を保持することにより、放射線出力および加
速電子ビームェネルギを安定化するようにした線形電子
加速装置に関するものである。

従来のこの種の装置として第１図に示すものがあった。

第１図において、１は電子ビームを発生する電子銃、２
は電子銃１により発生した電子ビームを加速するための
加速管、３は加速された電子ビームを偏向するための偏
向電磁石で、電子ビームを直進させる装置においては偏
向電磁石３はないこともある。４はＸ線あるいは電子線
等の放射線を発生させるための放射線発生機構で、Ｘ線
の場合には重金属によるターゲット、電子線の場合には
スキヤツタリングフオイル（ＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＦｏ
ｉｌ）が装着され、Ｘ線と電子線の双方を発生できる装
置にあっては両者の切換機構を有している。

５はＸ線分布を平坦化するための平坦化フィル夕で、電
子線の場合には取除かれる。

Ａは放射線発生機構４により発生された放射線、６はこ
の放射線Ａの強度をモニタするための検出器、７ａ，７
ｂは放射線の強度分布をモニ夕するための検出器で、放
射線の照射される異なる領域に一対あるいはそれ以上設
置されている。８は検出器６で検出された放射線強度信
号を増幅する増幅器、９は放射線強度を任意に設定する
出力設定機構、１川ま増幅器８の出力と出力設定機構９
の出力とを比較し、放射線出力を出力設定機構９で定め
られた出力に制御して放射線出力を安定化する出力安定
化回路、１１は出力安定化回路１０の出力によりパルス
繰返し周波数、パルス幅あるいはその双方等の放射線強
度を決定するパラメータが制御されるパルス発生器、１
２はパルス発生器１１の出力パルスに従って高電圧の変
調パルスを発生するパルス変調器、１３はパルス変調器
１２の出力を昇圧するパルストランス、１４はパルスト
ランス１３の出力が供給され、加速管２に供給するため
のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器であり、通常
クラィストロンあるいはマグネトロンが使用される。

また１５ａ，１５ｂまそれぞれ加速器７ａ，７ｂの出力
の増幅を行なう増幅器、１６は両増幅器１５ａ，１５ｂ
の出力の差を検出する差動増幅器、１７は差動増幅器１
６の出力により、放射線強度分布を平坦にするための制
御部で、その出力によりマイクロ波発生器１４のマイク
ロ波周波数を制御する。

次に動作について説明する。

電子銃１により発生した電子ビームは加速管２に入射し
、マイクロ波発生器１４から加速管２に供給されるマイ
クロ波電力により電子ビームは加速される。

加速された電子ビームは偏向電磁石により偏向されるが
、電子ビームの偏向を必要としない装置にあっては偏向
電磁石３は装備されず、電子ビームの軌道は直線となる
。放射線発生機構４は電子ビーム軌道上に設置され、電
子ビームにより放射線Ａが発生する。放射線発生機構４
を重金属ターゲットにすれば、放射線ＡはＸ線であり、
スキャッタリングフオィルにすれば放射線Ａは電子線と
なる。Ｘ線の場合には、Ｘ線強度に指向性があるため、
平坦化フィル夕５により装置に固有のＸ線最大照射野内
でＸ線強度分布が平坦化されるが、電子線の場合には平
坦化フィル夕５は不要であるので取除かれる。放射線Ａ
の強度は検出器６でモニタされ、その信号が増幅器８で
増幅される。

一方、放射線強度分布が検出器７ａ，７ｂでモニタされ
、その信号が同時に増幅器１５ａ，１５ｂで増幅される
。検出器７ａ，７ｂは図のように一対の場合もあるが、
装置によってはさらに何対か設ける場合もある。もし放
射線強度分布が一様でなくなると、検出器１５ａ，１５
ｂの出力に差が生じるが、平坦である場合には生じない
。

差の生じる原因としては、偏向電磁石３を有する装置の
場合には加速された電子ビームェネルギが変動した場合
や、電子ビーム軌道が変動する場合のように加速条件が
変動した場合の他、電磁石の磁場が変動する場合がある
。通常電磁石の磁場はそれ自身安定化されているので加
速条件の変動に起因する場合が多く、このため、検出器
１５ａ，１５ｂの出力の差をなくするように制御機構が
設けられている。

このの例では電子ビームェネルギが変動することにより
検出器１５ａ，１５ｂに差が生ずるものとし、電子ビー
ムェネルギは主にマイクロ波周波数の変動に起因するも
のとしてマイクロ波周波数を制御する場合を示している
。検出器１５ａ，１５ｂの出力は差動増幅器１６により
両者の差が検出され、この差により制御部１７はマイク
ロ波発生器１４のマイクロ波周波数を制御して再び平坦
な放射線に引き戻す。しかし、マイクロ波電力、加速管
に入射する電子ビーム電流、あるいは電子線の印加電圧
等によっても電子ビームェネルギは変動するので、制御
部１７の制御対象にこれらのものを選んで制御する装置
もある。あるいは、さらに電子ビームの軌道の変動によ
り、放射線強度分布の平坦性が失なわれるものとして、
例えば加速管２の出口部にステアリングコイルを使用し
、電子ビーム軌道を制御することもある。以上のように
して、放射線Ａの強度分布を一様にする制御機構が設け
られているが、この他に放射線強度の安定化を図るため
これとは別に制御機構が設けられる。

放射線強度は装置に固有の仕様の範囲内で任意に定める
ことができる。この設定機構が出力設定機構９であるが
、増幅器８の出力を出力設定機構９の出力に対して比較
し、所定設定強度からの変動分を出力設定機構９の出力
に車畳して出力を安定化する。この機能を有するのが出
力安定化回路１０であり、装置により出力を設定するの
が、パルス繰り返し周波数であったり、パルス幅であっ
たりするので、それに応じてパルス発生器１１のパルス
繰返し周波数あるいはパルス幅またはその双方を所定の
出力が得られるように制御する。パルス発生器１１の出
力により、パルス変調器１２が高圧パルスを発生し、さ
らにパルストランス１３により昇圧されて電子銃１およ
びマイクロ波発生器１４に各々に必要な高電圧が印加さ
れる。パルス幅を制御する場合には、例えば三極管の電
子銃を用いて加速管に入射する電子ビームパルス幅を制
御する場合もある。従来の装置は以上のように構成され
ており、放射線強度を安定化させるための出力安定化回
路１０等の制御機構と、電子ビームェネルギ等を安定化
させるための制御部１７等の制御機構とを各々別個に設
けていたので、制御機構が複雑になる欠点があった。

さらに放射線出力は殊にＸ線の場合において電子ビーム
ェネルギに対する依存性が強いため、各々別個の制御機
構を設けているものの、両者は相互干渉して独立に動作
せず、安定な動作点を得るのが困難である等の欠点があ
った。この発明は上記のような従来のものの欠点を除去
するためになされたもので、所定の電子ビームェネルギ
と電子ビーム電流により得られる放射線強度は、これを
得るために設定された装置のパラメータによる最適状態
にある時、任意に設定された放射線出力設定機構のある
設定出力において、パルス当たりの出力が最大でかつ平
坦性がよくなることを利用し、この最大値が得られるよ
うに装置のパラメータを制御し、一旦最大値が判定され
ればこの最大値を記憶し、常にこの最大値を得るように
制御することにより、簡単な構成で安定な放射線出力と
平坦な放射線強度分布を得るようにした線形電子加速装
置を提供することを目的としている。以下この発明の一
実施例を図について説明する。

第２図において、第１図で用いた符号は第１図と同一部
分を示し、ここでは出力設定機構９の出力は直接パルス
発生器１１に入力されている。

１８はパルス発生器１１のパルス繰り返し周波数信号を
周波数電圧変換して出力設定機構９の設定出力に比例し
た信号とする信号変換回路、１９は増幅器８の出力の放
射線強度を信号変換回路１８の出力で除算することによ
り、単位パルスあたりの出力放射線強度を計算する正規
化回路である。

ここで正規化回路１９の一方の入力としては出力設定機
構９の設定出力を直接入力するようにしてもよい。２川
ま正規化回路１９の出力を微分する微分回路であり、タ
イミング回路２１のタイミングパルスにより適宜の周期
で微分値を発生する。

２２は微分回路２０の出力の増幅器、２３は正規化回路
１９の出力の最大値を保持するピークホールド回路、２
４はピークホールド回路２３の出力と正規化回路１９の
出力とを２入力とする差動増幅器、２５は差動増幅器２
４の出力が、適宜に定められたある値以上になった時動
作する制御ゲート機構で、増幅器２２の出力により放射
線出力が増大するように制御信号を発生する。

２６はマイクロ波周波数を制御する制御機構である。

以上において１点鎖線で囲んだ回路部分によりピークホ
ールド回路２３の出力と正規化回路１９の出力により電
子ビームェネルギを決定するパラメータであるマイクロ
波周波数を制御する電子ビームェネルギ制御回路３２を
構成する。第３図はピークホールド回路２３の詳細回路
図を示す。

２７，２８は入力インピーダンスの高い増幅器で、Ｄは
両増幅器２７，２８間に接続された低漏洩電流のダイオ
ード、ＣはこのダイオードＤのカソードとアース間に接
続されたりーク電流の小さいピークホールド用コンデン
サである。増幅器２７の出力の電圧がコンデンサＣに充
電された電圧より高くなると、ダイオードＤが導通し、
コンデンサＣは新たに高い電圧に充電され、これがホー
ルドされる。ＳＷおよびＲは照射が終わった時コンヂン
サＣの電荷を放電するためのスイッチと抵抗である。次
に動作について説明する。

電子銃１から発生した電子ビームは加速管２により加速
され、偏向電磁石３を有する場合には電子ビームは偏向
されて放射線発生機構４に入射し、放射線Ａを発生する
。

この放射線Ａの強度は出力設定機構９により定められ、
通常パルス繰り返し周波数やパルス幅を任意に設定する
。出力設定機構９の出力に応じて、パルス発生器１１お
よびパルス変調器１２が動作し、パルストランス１３の
高圧パルスがマイクロ波発生器１４や電子銃１に印加さ
れる。放射線強度は電子ビームェネルギや電子ビーム電
流により変動するが第２図の実施例では電子ビームェネ
ルギを決定するパラメータとしてマイクロ波周波数を制
御している。

すなわち検出器６で検出された放射線強度は増幅器８で
増幅され、一方、パルス発生器１１のパルス繰り返し周
波数信号は信号変換回路１８で出力設定機構９の設定出
力に比例した信号に変換される。そしてこの出力設定機
構９の設定出力に比例した信号により前記増幅器８の出
力が正規化回路１９で除算され、いわゆる正規化がなさ
れる。したがってこの正規化回路１９の出力は設定出力
に関係しない値となる。その結果正規化回路１９の出力
が変動するのは、電子ビーム加速の最適状態でなくなる
ためとなる。最適加速の場合、正規化回路１９の出力は
最大となるので、ピークホールド回路２３で最適状態に
おける正規化出力を記憶させる。差動増幅器２４ではピ
ークホールド回路２３のピークホ−ルド値と正規化回路
１９の出力との差を検出するが、その出力は最適加速状
態からの加速状態の変動を示す量になるため、これが定
められた値を超えた時制御ゲート機構２５が動作し、制
御信号が制御機構２６に加えられる。そしてこの制御は
正規化出力を増大させるように行なうため、まず正規化
回路１９の出力が微分回路２０で微分される。

これはタイミング回路２１のタイミングパルスにより周
期的に微分動作が行なわれ、微分値は増幅器２２で増幅
される。差動増幅器２４の出力が大きくなって制御ゲー
ト機構２５のゲートが開かれると、微分値が制御信号に
変換されるが、微分値が負のときは最適状態から遠ざか
っているので制御ゲート機構２５内蔵のフリップフロッ
プが反転して制御機構２６による制御の方向を反転させ
る制御信号を発生する。微分値が正のときは最適状態に
近づいているので内蔵のフリップフロップは反転せず、
制御機構２６による制御の方向をそのままとする制御信
号を発生する。そして制御信号の絶対値は差動増幅器２
４の出力の大きさであり、制御信号の正負の方向に制御
信号の絶対値だけ制御機構２６によりマイクロ波周波数
が制御される。制御の結果最適加速状態になると、正規
化出力は再び最大値に戻るため差動増幅器２４の出力は
十分小さい値になり、制御ゲート機構２５のゲートを閉
じて最適加速状態が保たれるのである。このようにこの
実施例の線形電子加速装置では、正規化回路において放
射線出力を設定出力により除算して正規化し、この正規
化出力の最大値をピークホールド回路により保持し、そ
の保持したピーク値と正規化した放射線出力との差に応
じてマイクロ波周波数を制御することにより、常に電子
ビームェネルギを最適状態に保つことができ、常に安定
な運転を行なうことができる。

第４図は制御ゲート機構の他の実施例を示す。図におい
て２９は増幅器２２の出力の絶対値をとる絶対値回路、
３０は絶対値回路２９の出力と差動増幅器２４の出力と
をアナログ加算するアナログ加算回路、３１は増幅器２
２の出力の正負を判別し、その結果に従って制御機構２
６による制御の方向を制御する正負判別回路である。増
幅器２２で増幅された微分回路２０の出力は絶対値回路
２９によりその絶対値がとられ、差動増幅器２４の出力
とアナログ加算される。

また増幅器２２の出力は正負判別回路３１により微分値
の判別がなされ、負のときは最適状態から遠ざかってい
るので内蔵のフリップフロップが反転して制御機構２６
による制御の方向を反転し、正のときは最適状態に近づ
いているので内蔵のフリップフロップは反転せず、制御
機構２６による制御の方向をそのままとし、制御機構２
６において前記制御の方向に加算回路３０の出力分だけ
制御を行なう。なお前記実施例では放射線出力強度を安
定化するための出力安定化回路１０を設けていないが、
電子ビームェネルギ制御回路で電子ビームェネルギを最
適状態に保持することにより放射線出力も仕様の範囲内
で十分安定化することができる。

ただ第１図のような出力安定化回路１０を設けてもよく
、この場合合には第１図の従来の場合と異なり、電子ビ
ームヱネルギ安定化回路は正規化出力を制御しているの
で、出力安定化回路とは相互干渉を起こさず、安定に放
射線出力を制御することができる。また、前記実施例で
はマイクロ波周波数を制御する場合について説明したが
、パルス変調器の高電圧出力、加速管に供給されるマイ
クロ波電力、加速管に入射する電子ビーム電流等も電子
ビームェネルギを決定するパラメ−夕であり、これらの
制御を行なうことによっても同様に制御を行なうことが
できる。

また前記実施例では線形電子加速装置の場合について説
明したが、例えばベータートロンのような放射線発生装
置においても、出力設定機構または出力安定化回路の出
力により放射線出力を除算することにより加速電子ビ−
ムェネルギの最適状態を保つ機構を設けることができる
。

以上のように、この発明の線形電子加速装置によれば、
放射線出力の正規化値を最大値に保つことによって装置
の加速状態を最適状態に保つように制御するため、電子
ビームヱネルギが安定化されるとともに、これに起因す
る放射線出力の変動も抑えることができ、装置の制御回
路が簡単になる。

また放射線出力および電子ビームェネルギの安定性が向
上し、複数の制御機構を備えることによる相互干渉がな
くなるため、常に制御機構も安定に動作する等の効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の線形電子加速装置の構成ブロック図、第
２図はこの発明の一実施例による線形電子加速装置の構
成ブロック図、第３図は第２図のピークホールド回路の
回路図、第４図はこの発明の制御ゲート機構の他の実施
例のブロック図である。 １…・・・電子銃、２……加速管、４・・・・・・放射
線発生機構、６・・・・・・検出器、９・・・・・・放
射線出力設定機構、１９・・・・・・正規化回路、２０
・・・・・・微分回路、２３…・・・ピークホールド回
路、２４・・・・・・差動増幅器、２５・・・…制御ゲ
ート機構、２６・・・・・・制御機構、３１・・・・・
・電子ビームェネルギ制御回路。 なお図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。第１図
第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを
   加速する加速管と、この加速管により加速された電子ビ
   ームを用いて放射線を発生する放射線発生機構と、この
   放射線発生機構により発生された放射線の強度を検出す
   る検出器と、放射線出力を任意に設定する放射線出力設
   定機構と、前記検出器の出力を前記出力設定機構の設定
   出力に比例した信号で除算することにより正規化する正
   規化回路と、この正規化回路の出力の最大値をホールド
   するピークホールド回路と、このピークホールド回路の
   出力と前記正規化回路の出力との差に応じて電子ビーム
   エネルギを決定するパラメータを制御する電子ビームエ
   ネルギ制御回路とを備えたことを特徴とする線形電子加
   速装置。 ２ 前記電子ビームエネルギ制御回路を、前記正規化回
   路の出力を微分する微分回路と、前記ピークホールド回
   路の出力と前記正規化回路の出力との差をとる差動増幅
   器と、この差動増幅器の出力と前記微分回路の出力とに
   より制御信号を生成する制御ゲート機構と、この制御ゲ
   ート機構の制御信号により前記電子ビームエネルギを決
   定するパラメータを変化させる制御機構とを備えたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の線形電子加速
   装置。