JPH03156900A - 円形加速器の運転方法及び円形加速器 - Google Patents

円形加速器の運転方法及び円形加速器

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JPH03156900A
JPH03156900A JP29505089A JP29505089A JPH03156900A JP H03156900 A JPH03156900 A JP H03156900A JP 29505089 A JP29505089 A JP 29505089A JP 29505089 A JP29505089 A JP 29505089A JP H03156900 A JPH03156900 A JP H03156900A
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Japan
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electromagnet
circular accelerator
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JP29505089A
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Kazuo Hiramoto
和夫 平本
Junichi Hirota
淳一 廣田
Masatsugu Nishi
西 政嗣
Hisahide Nakayama
中山 尚英
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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〕 本発明は、荷電粒子が周回軌道を周回する円形加速器に
係り、特に円形加速器の運転に好適な運転方法に関する
〔従来技術〕
円形加速器は、荷電粒子を周回軌道に入射させるための
入射装置、荷電粒子を安定に周回させるための偏向電磁
石などの電磁石及び荷電粒子にエネルギーを付与する高
周波加速空胴などにより構成される。
円形加速器では、シンクロトロン加速時や入射時などに
おいて、各構成機器を連動して制御しながら運転する必
要がある。この種の運転方法としては、アイ・イー・イ
ー・イー パーティクルアクセラレータ−コンファレン
ス(1987)第689頁から第691頁(IEEE、
 ParticleAccelarator Cofe
renca+  1987)において論じられているも
のがある。この従来技術は、シンクロトロン加速時の運
転方法に関するものである。
シンクロトロン加速では、偏向電磁石の磁場強度(すな
わち、偏向電磁石に流す電流値)と他の電磁石の磁場強
度(電流値)、高周波加速空胴の加速電圧(又は高周波
電力)や共振周波数との間にある一定の関゛係を保持し
ながら連動して制御する必要がある。従来技術では、偏
向電磁石の磁場強度などの時間変化パターン(以下、目
標パターンと呼ぶ)を前記関係となるように運転前に予
め定め、各々の目標パターンになるように各々を独立に
制御していた。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来技術では、偏向電磁石、4極電磁石等の電磁石
の電流や高周波加速空胴の加速電圧や共振周波数が各々
目標パターン通りに運転できることを前提にしている。
しかし、例えば偏向電磁石や4極電磁石等の電磁石では
、コイルのインダクタンスが電流に依存し大きく変化す
る効果や鉄心の残留磁場の影響等により、電流の時間変
化を目標パターン通りにすることが困難である。目標パ
ターン通りに制御できなくなると、周回軌道に垂直な方
向の荷電粒子の振動(ベータトロン振動)の振幅が大き
くなり、周回軌道を構成するダクトに衝突し、荷電粒子
が失なわれる。この場合、連動する機器が多いほど、各
々の目標パターンと、実際の値との差が互いに影響しあ
って、ベータトロン振動の振幅を大きくする可能性が大
となるので、失なわれる荷電粒子の量すなわちビーム損
失は多くなる。このため、従来技術では、大電流ビーム
の加速・蓄積が困難になる問題があった。
本発明の目的は、上記問題を解決し、円形加速器で大電
流ビームを加速・蓄積することが可能となる円形加速器
の運転方法又は円形加速器を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明では、運転の際に制
御する円形加速器の構成機器を主構成機器と副構成機器
に分け、副構成機器の出力の目標値を主構成機器の出力
値に基づいて定める。
〔作用〕
本発明の作用を従来技術で述べたシンクロトロン加速を
例に説明する。この場合、主構成機器は偏向電磁石であ
り、その出力は電流である。また、副構成機器は、他の
電磁石、高周波加速空胴であり、それらの制御変数は各
々電流と加速電圧(又は高周波電力)、共振周波数であ
る。偏向電磁石の電流と副構成機器の制御変数とはある
一定関係を有しているから、主構成機器である偏向電磁
石を予め決めた目標パターンに沿って制御する際に、他
の電磁石と高周波加速空胴の制御変数を、制御中に時々
刻々得られる偏向電磁石の電流の出力値によって定まる
目標値になるように制御する。この結果は、他の電磁石
と高周波加速空胴は常に偏向電磁石と常に一定の関係を
保ちながら制御されるので、ベータトロン振動の振幅が
大きくなることはなく、すなわちビーム損失が少なく安
定して大電流を加速・蓄積できる。
また、場合によっては、副構成機器の出力の目標値は、
主構成機器の出力値によって定めた他の副構成機器の出
力の目標値あるいは出力値によって定めてもよい。
以下、本発明の円形加速器の一実施例を第1図に示す。
第1図に示す円形加速器は、電子を100MeVから5
00 M e Vまで加速するレーストラック型の円形
加速器である6本円形加速器は、偏向電磁石1,4極電
磁石2.平衡軌道のずれを補正するステアリング電磁石
3.チューン(加速器1周あたりのベータトロン振動数
)がビームの運動量に依存する効果を打ち消すための6
極電磁石4.ビームエネルギーを与えるための高周波加
速空胴5゜入射装置17.構成機器1〜5の各々の電源
7〜11、チューナ16.偏向電磁石1の電流を測定す
る電流測定装置6及びこれらを制御する制御装置2oか
ら構成されている。
本実施例の運転方法の1例として電子100M e V
から500 M e Vまでシンクロトロン加速する場
合を説明する。
第1図の加速器の偏向磁石は、鉄磁極を用いており、ビ
ームの加速のため、磁場強度を0.3Tから1.5Tま
で変化させる。この偏向磁石1では、電流の変化に対し
て自己インダクタンスの変化が大きく、電流を目標の時
間変化パターン通りにすることが難しい。このため、最
も制御しにくい偏向電磁石を主構成機器とし、その電流
を電流測定装置6を測定し、この電流を基準として副構
成機器とする他の電磁石2〜4.高周波加速空胴5を制
御する。
第2図に、電子をl OOM e Vから500MeV
までシンクロトロン加速する時の偏向電磁石1の目標時
間変化パターンの1例を示す。制御装置20は電流測定
装置6の出力を用いて、なるべく第2図の電流パターン
になるように偏向電磁石1を制御する。しかし、前述し
たように必ずしも第2図の通りに制御できない。そこで
、4極電磁石2、ステアリング電磁石3などその他の電
磁石の電流や高周波加速空胴5の高周波電力、共振周波
数の目標値を時々刻々得られる偏向電磁石に実際に流れ
る電流値から求め、上記各構成機器を制御する。この制
御は制御装置20が行なう。以下、各構成機器について
の具体的制御方法を第3図を用いて説明する。偏向電磁
石1と他の電磁石とは、磁場強度又は磁場勾配とを介し
である一定の関係がある。そのため、本実施例では、偏
向電磁石1の電流と他の電磁石の電流との関係を、各々
についてあらかじめ測定しておいた電流値と磁場強度あ
るいは磁場勾配の関係を利用して求める。
まず、4極電磁石2について説明する。第3図13で、
偏向電磁石1の電流測定値12から磁場強度Ban(t
) (t :時間)を求める。円形加速器では、運転中
のチューンを所定値に保つ必要があり、4極磁石2の磁
場勾配d Be/ d x (xはビーム進行方向に垂
直な方向)と偏向磁場強度BBMとの比dBe/dX/
BBMを所定値(以下rQBと記す)に保つ必要がある
。ここでXとは平衡周回軌道からのずれを示す。そこで
、rQBとBBMからdBQ/dxの目標値を算出する
(第3図14)。
前もって測定しておいたdBe/dx  と電流の関係
から、4極磁石2の電流の目標値を求める(第3図15
)、この目標値に従って4極電磁石を制御する。この場
合、実際に4極電磁石の電流を測定して、サーボ制御し
てもよいし、本実施例のようにオープンループで制御し
てもよい。この手順は、運転条件が異なり、dBa/d
x/Bにの比を変化させた場合についても全く同様に行
う。
平衡軌道のずれを補正するステアリング電磁石3につい
ては、磁場強度Bitと偏向磁石の磁場強度BBMの比
Bst/BaMを一定(rsa)に保つように、電流の
目標値を定めるが、その手順は、前述の4極磁石の場合
と同様である。
次に、クロマティシティξをゼロにするための6極電磁
石4について説明する。ここでクロマティシティξとは
、ビームの運動量をP、その幅をΔP、チューンの幅を
Δνとした時、ξ=Δν/ΔP/Pと表わされる。6極
電磁石4については、2次の磁場勾配d2Bsx/dx
”と偏向磁石の磁場強度BBMの比d”Bsx/d x
”/BBMを一定(r 5xa)に保つように、電流の
目標値を定め制御する。
最後に偏向電磁石の電流の測定値から、高周波加速空胴
の高周波電力、共振周波数を制御する方法を説明する。
まず、第3図13で、偏向電磁石1の電流の測定値から
、偏向磁場BBHの時間変化を求め、この結果を用いて
、ビームのエネルギーの目標値を求める。この目標値か
ら、加速器1周あたりのビームの放射光によるエネルギ
ー損失を算出して、加速空胴の共振周波数、及び高周波
電力の目標値を定め、各々を制御する。
上記において、各電磁石の制御は、各々対応する電源8
,9.10を介して行なわれ、高周波加速空胴5に関し
ては、高周波電源11から高周波電力を送り、チューナ
16を用いて共振周波数が制御される。
以上本実施例によれば、電流の制御が困難な磁石の制御
を簡略化できるので、従来に比べより簡単に、より高精
度で、磁石の磁場制御、及びそれらと高周波加速空胴の
高周波電力、共振周波数との協調制御を行うことができ
、大電流の加速、蓄積が行える効果がある。
以上、シンクロトロン加速について述べたが荷電粒子を
入射する時にも関連する構成機器について同様な運転を
することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来に比べより簡単に、より高精度で
、磁石の磁場制御、高周波加速空洞の高周波電力、共振
周波数及び入射装置などの間の協調制御を行うことがで
き、大電流の加速、蓄積が行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の加速器を示す図、第2図は
偏向電磁石電流の測定値の時間依存性を示す図、第3図
は本発明の一実施例の電磁石の電流、高周波電力、共振
周波数の目標値を決める方法を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、荷電粒子が周回する円形加速器の運転方法において
    、 運転の際に制御する前記円形加速器の構成機器を主構成
    機器と副構成機器に分け、副構成機器の出力の目標値を
    主構成機器の出力値に基づいて定めることを特徴とする
    円形加速器の運転方法。 2、荷電粒子が周回する円形加速器の運転方法において
    、 運転の際に制御する前記円形加速器の構成機器を主構成
    機器と副構成機器に分け、副構成機器の出力の目標値を
    副構成機器の出力の目標値と主構成機器の出力値又は他
    の副構成機器の出力の目標値あるいは出力値との所望の
    関係に基づいて定めることを特徴とする円形加速器の運
    転方法。 3、前記主構成機器を1つとすることを特徴とする請求
    項1又は2記載の円形加速器の運転方法。 4、前記主構成機器を偏向電磁石とし、前記主構成機器
    の出力を電流又は磁場強度することを特徴とする請求項
    1、2又は3記載の円形加速器の運転方法。 5、電磁石を有する円形加速器の運転方法において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定し、その測定値に
    基づいて他の電磁石の出力の目標値を定めることを特徴
    とする円形加速器の運転方法。 6、多数の電磁石を有する円形加速器の運転方法におい
    て、 前記多数の電磁石は出力が測定される少なくとも1つの
    測定電磁石を有し、他の電磁石の目標値は、他の電磁石
    の目標値と前記測定値又は前記他の電磁石とは異なつた
    他の電磁石の目標値あるいは出力値との所望の関係に基
    づいて定めることを特徴とする円形加速器の運転方法。 7、電磁石を有する円形加速器の運転方法において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定し、前記測定値に
    基づいて出力を測定していない他の電磁石の出力の目標
    値を定めることを特徴とする円形加速器の運転方法。 8、電磁石と高周波加速空胴を有する円形加速器の運転
    方法において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定し、前記測定値に
    基づいて他の電磁石と高周波加速空胴の出力の目標値を
    定めることを特徴とする円形加速器の運転方法。 9、電磁石と高周波加速空胴を有する円形加速器の運転
    方法において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定し、前記測定値に
    基づいて出力を測定していない他の電磁石と高周波加速
    空胴の出力の目標値を定めることを特徴とする円形加速
    器の運転方法。 10、前記電磁石の出力は電流とすることを特徴とする
    請求項5、6、7、8又は9記載の円形加速器の運転方
    法。 11、前記電磁石の出力は磁束密度とすることを特徴と
    する請求項5、6、7、8又は9記載の円形加速器の運
    転方法。 12、前記高周波加速空胴の出力は高周波電力、加速電
    圧、共振周波数のうち少なくとも1つとすることを特徴
    とする請求項8又は9記載の円形加速器の運転方法。 13、荷電粒子が周回する円形加速器において、運転の
    際に制御する前記円形加速器の構成機器と、構成機器を
    制御する制御装置とを有し、前記構成機器を主構成機器
    と副構成機器に分け、前記制御装置は副構成機器の出力
    の目標値を主構成機器の出力値に基づいて定めることを
    特徴とする円形加速器。 14、電磁石と運転を制御する制御装置を有する円形加
    速器において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定する手段を有し、
    前記制御装置は前記測定値に基づいて他の電磁石の出力
    の目標値を定めることを特徴とする円形加速器。 15、電磁石、高周波加速空胴及び運転を制御する制御
    装置を有する円形加速器において、 少なくとも1つの電磁石の出力を測定する手段を有し、
    前記制御装置は前記測定値に基づいて他の電磁石と高周
    波加速空胴の出力の目標値を定めることを特徴とする円
    形加速器の運転方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0673187A1 (en) * 1994-03-17 1995-09-20 Hitachi, Ltd. A particle beam accelerator, and a method of operation therefor
US5698954A (en) * 1993-09-20 1997-12-16 Hitachi, Ltd. Automatically operated accelerator using obtained operating patterns

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