JPH04319300A - High frequency accelerating device for accelerator - Google Patents
High frequency accelerating device for acceleratorInfo
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Abstract
Description
［発明の目的］ [Purpose of the invention]
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、加速器の加速効率を向
上させるための加速器の高周波加速装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency accelerator for an accelerator for improving the acceleration efficiency of the accelerator.
【０００２】0002
【従来の技術】従来、図３、図４に示すようなシンクロ
トロン加速器を使った粒子加速システムが知られている
。これを説明すると、まず図３において、１はシンクロ
トロン加速器であり、これは初期加速用ライナック２と
、入射器３と複数の偏向磁石４を備えている。2. Description of the Related Art Conventionally, particle acceleration systems using synchrotron accelerators as shown in FIGS. 3 and 4 have been known. To explain this, first, in FIG. 3, 1 is a synchrotron accelerator, which is equipped with a linac 2 for initial acceleration, an injector 3, and a plurality of deflection magnets 4.
【０００３】粒子はライナック２から入射器３に入射さ
れ複数の偏向磁石４の磁界内を通されて偏向されること
により再び入射器３に戻るように構成され、粒子は、こ
の経路を巡回するようになっている。この粒子が巡回す
る経路中にはキャビティ５が設けられ、粒子は、巡回中
、このキャビティ５を通る度にその内部に発生させてい
る高周波電圧により加速されるようになっている。６は
その粒子の経路に沿って形成されている真空ビ―ムダク
トである。Particles are incident on the injector 3 from the linac 2, passed through the magnetic fields of a plurality of deflecting magnets 4, and returned to the injector 3 again by being deflected, and the particles circulate along this path. It looks like this. A cavity 5 is provided in the path along which the particles circulate, and each time the particles pass through this cavity 5 during their circulation, they are accelerated by a high frequency voltage generated inside the cavity. 6 is a vacuum beam duct formed along the path of the particles.
【０００４】図４において、キャビティ５内には電力投
入器７とチュ―ナ―８とプロ―ブ９とが設けられ、電力
投入器７により高周波電力がキャビティ５内に供給され
ることにより、チュ―ナ―８との関係で粒子加速用の高
周波電圧が生じ、このチュ―ナ―８を退進させることに
より、キャビティ５内の共振周波数が調整されるもので
ある。プロ―ブ９は該キャビティ５内の高周波電圧の強
さに応じた電圧値を有する高周波信号を得るためのもの
で、この高周波信号はキャビティ５内に与える高周波電
力の振幅制御に用いられるものである。In FIG. 4, a power input device 7, a tuner 8, and a probe 9 are provided in the cavity 5, and by supplying high frequency power to the cavity 5 by the power input device 7, A high frequency voltage for particle acceleration is generated in relation to the tuner 8, and by retracting the tuner 8, the resonance frequency within the cavity 5 is adjusted. The probe 9 is used to obtain a high frequency signal having a voltage value corresponding to the strength of the high frequency voltage inside the cavity 5, and this high frequency signal is used to control the amplitude of the high frequency power applied to the inside of the cavity 5. be.
【０００５】１０は原発振器、１１は励振装置、１２は
電力増幅器、１３はダミ―ロ―ド、１４はサ―キュレ―
タ、１５はチュ―ナ―制御装置、１６，１７は方向性結
合器である。10 is an original oscillator, 11 is an excitation device, 12 is a power amplifier, 13 is a dummy load, and 14 is a circuit.
15 is a tuner control device, and 16 and 17 are directional couplers.
【０００６】原発振器１０からの高周波信号は、励振装
置１１によりその位相と振幅が制御され、その制御され
た高周波信号は電力増幅器１２により増幅され、サ―キ
ュレ―タ１４を介して、電力投入器７により高周波電力
としてキャビティ５に供給される。また、電力投入器７
からの反射高周波電力はダミ―ロ―ド１３へ伝送されこ
れらが吸収されるようになっている。チュ―ナ―８はチ
ュ―ナ―制御装置１５により同調位置に移動させられる
ようになっている。１６，１７の方向性結合器からの高
周波信号はキャビティ５に与える高周波電力の位相制御
に用いられるものである。The phase and amplitude of the high frequency signal from the original oscillator 10 are controlled by an excitation device 11, and the controlled high frequency signal is amplified by a power amplifier 12, and then passed through a circulator 14 to turn on the power. It is supplied to the cavity 5 as high frequency power by the device 7. In addition, the power input device 7
The reflected high frequency power is transmitted to the dummy load 13 and absorbed. The tuner 8 can be moved to a tuning position by a tuner control device 15. The high frequency signals from the directional couplers 16 and 17 are used for phase control of the high frequency power applied to the cavity 5.
【０００７】図５は図４の励振装置１１を構成を示すブ
ロック図である。図４に示されているブロックと同一ブ
ロックには同一符号を付して示し、ここではその説明を
省略する。図５において、１８は図４で説明した方向性
結合器１６，１７により検出される基準高周波信号Ｐ（
ｒｅｆ）と高周波信号Ｐ（ｒｆ）との位相差Δψを検出
する位相差検出器、１９はこの位相差Δψが入力される
移相器制御器、２０はこの移相器制御器１９により制御
される移相器、２１はキャビティ検出高周波信号Ｖｃ（
ｒｆ）を検出するキャビティ電圧検出器、２２はこのキ
ャビティ電圧検出器２１で検出されたキャビティ電圧検
出信号Ｖｃとキャビティ電圧基準Ｖｃ（ｒｅｆ）とが入
力されるアッテネ―タ制御器、２３はこのアッテネ―タ
制御器２２により制御されるアッテネ―タ、２４は電力
増幅器である。位相差検出器１８には方向性結合器１６
，１７からの高周波信号Ｐ（ｒｅｆ），Ｐ（ｒｆ）が入
力されると、その位相差信号Δψを生成してこれを移相
器制御器１９に与えるものである。移相器制御器１９は
位相差が一定となるような目標値を表した移相器制御信
号を移相器２０に与えるもので、通常、比例積分制御器
等を具備している。移相器２０は移相器制御信号が入力
されるとキャビティに与える高周波電力の位相と原発振
器１０の出力位相との差が常に一定となるようにして、
このキャビティに与える高周波電力の位相変化を小さく
するものである。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the excitation device 11 of FIG. 4. Blocks that are the same as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and their description will be omitted here. In FIG. 5, reference numeral 18 indicates a reference high frequency signal P(
ref) and the high-frequency signal P(rf); 19 is a phase shifter controller to which this phase difference Δψ is input; 20 is a phase shifter controller controlled by this phase shifter controller 19; 21 is a phase shifter for detecting a cavity detection high frequency signal Vc (
rf); 22 is an attenuator controller to which the cavity voltage detection signal Vc detected by the cavity voltage detector 21 and the cavity voltage reference Vc (ref) are input; 23 is an attenuator controller for detecting the attenuator The attenuator 24 is controlled by the controller 22, and 24 is a power amplifier. The phase difference detector 18 includes a directional coupler 16
, 17 are inputted, a phase difference signal Δψ is generated and this is given to the phase shifter controller 19. The phase shifter controller 19 provides the phase shifter 20 with a phase shifter control signal representing a target value that makes the phase difference constant, and usually includes a proportional-integral controller or the like. When the phase shifter control signal is input to the phase shifter 20, the difference between the phase of the high frequency power applied to the cavity and the output phase of the original oscillator 10 is always constant.
This is to reduce the phase change of the high frequency power applied to this cavity.
【０００８】一方、キャビティ電圧検出器２１にはプロ
―ブ９からのキャビティ検出高周波信号Ｖｃ（ｒｆ）が
入力され、キャビティ電圧検出器２１によりキャビティ
検出高周波信号Ｖｃ（ｒｆ）の振幅に相当する電圧値の
直流電圧信号が生成され、これをキャビティ電圧検出信
号Ｖｃとして出力する。アッテネ―タ制御器２２には基
準電圧信号Ｖｃ（ｒｅｆ）とキャビティ電圧検出信号Ｖ
ｃとが入力され、このアッテネ―タ制御器２２は両者の
電圧値を比較し、その差を見込んだ目標値を表したアッ
テネ―タ制御信号を出力するのもので、通常、比例積分
制御器等を具備している。このアッテネ―タ制御信号は
アッテネ―タ２３に入力され、このアッテネ―タ２３か
らそのアッテネ―タ制御信号を表す電力値に応じた電力
値の高周波電力信号が出力され、この高周波電力信号は
電力増幅器２４を通して励振装置１１の出力として送出
される。On the other hand, the cavity detection high frequency signal Vc (rf) from the probe 9 is input to the cavity voltage detector 21, and the cavity voltage detector 21 detects a voltage corresponding to the amplitude of the cavity detection high frequency signal Vc (rf). A DC voltage signal with a value of Vc is generated and outputted as a cavity voltage detection signal Vc. The attenuator controller 22 receives a reference voltage signal Vc (ref) and a cavity voltage detection signal V.
c is input, and this attenuator controller 22 compares the voltage values of the two and outputs an attenuator control signal representing a target value that takes into account the difference between them, and is usually a proportional-integral controller. Equipped with etc. This attenuator control signal is input to the attenuator 23, and the attenuator 23 outputs a high frequency power signal having a power value corresponding to the power value representing the attenuator control signal. It is sent out as the output of the excitation device 11 through the amplifier 24.
【０００９】前述の如く、シンクロトロン加速器を使っ
た粒子加速システムにあっては、従来キャビティ内部の
高周波電圧を検出、その検出電圧値と基準電圧値とを比
較してキャビティに与える高周波電力の目標値を決定す
る閉ル―プ制御を行っている。 そして、この閉ル―
プ制御を行うにあたり、基準電圧値を偏向電磁石等と相
関関係を持たせて所定のパタ―ンに変化させることによ
り、キャビティに与える高周波電力を調整し、キャビテ
ィに発生させる高周波電圧の強さを変化させて粒子を次
第に加速するようにしている。As mentioned above, in a particle acceleration system using a synchrotron accelerator, conventionally the high frequency voltage inside the cavity is detected and the detected voltage value is compared with a reference voltage value to determine the target high frequency power to be applied to the cavity. Closed loop control is used to determine the value. And this closing rule
When performing loop control, the high-frequency power applied to the cavity is adjusted by correlating the reference voltage value with the bending electromagnet, etc., and changing it into a predetermined pattern, thereby controlling the strength of the high-frequency voltage generated in the cavity. This is done to gradually accelerate the particles.
【００１０】図６はキャビティ電圧Ｖｃの運転パタ―ン
の一例を示したものである。キャビティ電圧Ｖｃは加速
粒子の入射時は０付近にしておき、次第に定格値まで立
上げていく。この立上げ時間Ｔｉは通常数１０μｓ 〜
数ｍｓ 程度である。FIG. 6 shows an example of the operating pattern of the cavity voltage Vc. The cavity voltage Vc is kept close to 0 when the accelerated particles are incident, and is gradually raised to the rated value. This startup time Ti is usually several tens of microseconds ~
It is about several milliseconds.
【００１１】又、キヤビティに与える高周波電力を図６
のパタ―ンのように広い範囲で調整することによって発
生する位相変化は、原発振器１０の高周波信号を方向性
結合器１６で検出しこの方向性結合器１６から出力され
る基準高周波信号Ｐ（ｒｅｆ）の位相を基準位相として
位相の閉ル―プ制御を行うことにより小さくするように
している。[0011] Also, the high frequency power applied to the cavity is shown in Fig. 6.
The phase change caused by adjustment over a wide range, such as the pattern of This is achieved by performing closed loop control of the phase using the phase of ref) as a reference phase.
【００１２】0012
【発明が解決しようとする課題】ところで、キャビティ
に与える高周波電力の大きさに対する位相変化は図７に
示すような関係となっている。この位相変化は高周波電
力の出力変化に伴なって電力増幅器（例えば電力四極管
，クライストロン，半導体等）の特性による生じるもの
である。そこで、従来は前述したように高周波信号の位
相を閉ル―プ制御により位相変化を補正していた。この
時、図６に示すキャビティ電圧Ｖｃのパタ―ンで運転す
る場合、その立上りのところで位相の閉ル―プ制御の応
答速度が追従できず、十分な位相補正ができなかった。
これは、このパタ―ンの立上り時間Ｔｉが速ければ速い
程顕著であった。このため、加速粒子が加速器の巡回経
路から脱落し易くなり、加速器の加速効率を悪くしてし
まう問題があった。By the way, the phase change with respect to the magnitude of the high frequency power applied to the cavity has a relationship as shown in FIG. This phase change occurs due to the characteristics of the power amplifier (eg, power tetrode, klystron, semiconductor, etc.) as the output of high-frequency power changes. Therefore, conventionally, as described above, the phase change of the high-frequency signal was corrected by closed-loop control. At this time, when operating with the pattern of the cavity voltage Vc shown in FIG. 6, the response speed of the phase closed loop control could not follow the rise of the cavity voltage Vc, and sufficient phase correction could not be performed. This was more noticeable as the rise time Ti of this pattern was faster. For this reason, there is a problem in that the accelerated particles tend to fall off from the circulation path of the accelerator, which deteriorates the acceleration efficiency of the accelerator.
【００１３】本発明は、図６の例に示すようなキャビテ
ィ電圧Ｖｃのパタ―ンで、その立上り時間Ｔｉの間でも
十分な位相補正ができる加速器の高周波加速装置を提供
することを目的とする。
［発明の構成］An object of the present invention is to provide a high frequency accelerator for an accelerator that can perform sufficient phase correction even during the rise time Ti in the pattern of the cavity voltage Vc as shown in the example of FIG. . [Structure of the invention]
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成すために、高周波電力検出器と位相変化補正値発生器
を具備し、前記キャビティ５に与えられる高周波電力に
対して一義的に位相変化補正値を決定し、この高周波電
力と位相変化補正値との関係に従って、前記キャビティ
に与える高周波電力の位相変化を補正するような機能を
追加したことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is equipped with a high frequency power detector and a phase change correction value generator, and uniquely measures the high frequency power given to the cavity 5. The present invention is characterized by adding a function of determining a phase change correction value and correcting the phase change of the high frequency power applied to the cavity according to the relationship between the high frequency power and the phase change correction value.
【００１５】[0015]
【作用】本発明によれば、位相の閉ル―プ制御が追従で
きないような、キャビティ電圧Ｖｃのパタ―ンの立上り
時においても、十分な位相補正ができ、加速粒子が加速
器の巡回経路から脱落し難くなり加速器の加速効率を向
上させることができる。[Operation] According to the present invention, even when the pattern of the cavity voltage Vc rises, which closed-loop control of the phase cannot follow, sufficient phase correction can be made, and the accelerated particles are removed from the circulating path of the accelerator. It becomes difficult to fall off, and the acceleration efficiency of the accelerator can be improved.
【００１６】[0016]
【実施例】以下本発明の一実施例を、図５と同一部に同
一符号を付して示す図１及び図２を参照して説明する。
図１の励振装置の構成では従来例の図５と比較して、高
周波電力検出器２５が追加されている。図２の移相器制
御器１９の構成では、従来例では比例積分制御器２６だ
けであったものに、位相変化補正値発生器２７が追加さ
れている。以下本発明の作用について、図１及び図２を
参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2, in which the same parts as in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. In the configuration of the excitation device shown in FIG. 1, a high frequency power detector 25 is added compared to the conventional example shown in FIG. In the configuration of the phase shifter controller 19 shown in FIG. 2, a phase change correction value generator 27 is added in addition to the proportional-integral controller 26 in the conventional example. The operation of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 1 and 2.
【００１７】図１に示す方向性結合器１７からの高周波
電力の検出信号Ｐ（ｒｆ）を高周波電力検出器２５に入
力してキャビティに与えられている高周波電力を検出し
、その高周波電力検出信号Ｐを移相器制御器１９に与え
るようにしている。The high frequency power detection signal P(rf) from the directional coupler 17 shown in FIG. P is given to the phase shifter controller 19.
【００１８】移相器制御器１９にこの高周波電力検出信
号Ｐが入力されると、図２に示すように、位相変化補正
値発生器２７に与えられる。この位相変化補正値発生器
２７では高周波電力値の変化によって引き起こされる図
７に示す位相変化にたいして、図８に示すような位相変
化補正値が出力できるように予め定められている。この
位相変化補正値発生器２７からの出力は、従来からの機
能である比例積分制御器２６の出力と加算し、移相器制
御器１９からの信号により、高周波電力の位相変化を補
正するように位相を調整する。この際、従来からの比例
積分制御器２６による位相の閉ル―プ制御と比較して、
位相変化補正値発生器２７による位相変化の補正の方が
、１０倍以上応答速度が速くなる。従って、図６に示す
キャビティ電圧Ｖｃの運転パタ―ンで立上りのところで
は主に位相変化補正値発生器２７により、高周波電力の
位相変化を補正し、定常時には比例積分制御器２６によ
る位相の閉ル―プ制御でさらに制度よく高周波電力の位
相変化を補正することかできる。このように、キャビテ
ィ電圧Ｖｃの運転パタ―ンの立上り時に位相の閉ル―プ
制御での応答速度が追従できないような場合でも、十分
に高周波電力の位相補正をすることができる。When this high frequency power detection signal P is input to the phase shifter controller 19, it is applied to a phase change correction value generator 27, as shown in FIG. This phase change correction value generator 27 is predetermined so that it can output a phase change correction value as shown in FIG. 8 in response to the phase change shown in FIG. 7 caused by a change in the high frequency power value. The output from the phase change correction value generator 27 is added to the output of the proportional-integral controller 26, which has a conventional function, and the signal from the phase shifter controller 19 is used to correct the phase change of the high frequency power. Adjust the phase to . At this time, compared to the conventional closed-loop control of the phase by the proportional-integral controller 26,
When the phase change is corrected by the phase change correction value generator 27, the response speed is ten times faster. Therefore, when the cavity voltage Vc rises in the operating pattern shown in FIG. Using loop control, it is possible to correct phase changes in high-frequency power with even greater accuracy. In this way, even if the response speed in the closed loop phase control cannot follow the rise of the operating pattern of the cavity voltage Vc, the phase of the high frequency power can be sufficiently corrected.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、位
相の閉ル―プ制御で追従できないような速い立上りでキ
ャビティ電圧Ｖｃを制御するような場合でも、十分に位
相補正ができるような加速器の高周波加速装置を提供す
ることができる。これにより加速器の加速効率を向上さ
せることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, even when the cavity voltage Vc is controlled with a fast rise that cannot be followed by phase closed loop control, sufficient phase correction can be performed. It is possible to provide a high frequency accelerator device for an accelerator. Thereby, the acceleration efficiency of the accelerator can be improved.
【図１】本発明の一実施例を示す励振装置の構成を示す
ブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an excitation device showing an embodiment of the present invention.
【図２】［図１］の移相器制御器の詳細を示すブロック
図。FIG. 2 is a block diagram showing details of the phase shifter controller of FIG. 1;
【図３】シンクロトロン加速器の構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a synchrotron accelerator.
【図４】従来の加速器の高周波加速装置の一例を示すブ
ロック図。FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional high-frequency accelerator device.
【図５】従来の励振装置の構成を示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional excitation device.
【図６】キャビティ電圧の運転パタ―ンの一例を示す特
性図、[Fig. 6] Characteristic diagram showing an example of the operation pattern of cavity voltage,
【図７】位相補正をしないときのキャビティに与える高
周波電力値に対する位相変化を示した曲線図。FIG. 7 is a curve diagram showing the phase change with respect to the high frequency power value applied to the cavity when no phase correction is performed.
【図８】［図２］の位相変化補正値発生器の入力である
高周波電力値に対する出力である位相変化補正値の関係
を示した特性図。8 is a characteristic diagram showing the relationship between the phase change correction value that is the output and the high frequency power value that is the input of the phase change correction value generator in FIG. 2; FIG.
１…シンクロトロン加速器、２…ライナック、３…入射
器、４…偏向磁石、５…キャビティ、６…真空ビ―ムダ
クト、７…電力投入器、８…チュ―ナ―、９…プロ―ブ
、１０…原発振器、１１…励振装置、１２…電力増幅器
、１３…ダミ―ロ―ド、１４…サ―キュレ―タ、１５…
チュ―ナ―制御装置、１６，１７…方向性結合器、１８
…位相差検出器、１９…移移器制御器、２０…移移器、
２１…キャビティ電圧検出器、２２…アッテネ―タ制御
器、２３…アッテネ―タ、２４…電力増幅器、２５…高
周波電力検出器、２６…比例積分制御器、２７…移送変
化補正値発生器。1... Synchrotron accelerator, 2... Linac, 3... Injector, 4... Bending magnet, 5... Cavity, 6... Vacuum beam duct, 7... Power input device, 8... Tuner, 9... Probe, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Original oscillator, 11... Excitation device, 12... Power amplifier, 13... Dummy load, 14... Circulator, 15...
Tuner control device, 16, 17... Directional coupler, 18
...phase difference detector, 19...transfer controller, 20...transfer device,
21... Cavity voltage detector, 22... Attenuator controller, 23... Attenuator, 24... Power amplifier, 25... High frequency power detector, 26... Proportional integral controller, 27... Transfer change correction value generator.
Claims (1)
、その電圧検出値と基準電圧値を比較して前記キャビテ
ィに与える高周波電力の目標値を決定する閉ル―プ制御
系統と、前記キャビティに与える高周波電力の位相と、
原発振器の出力位相との差が一定となるように前記高周
波電力の位相を制御する位相制御ル―プ系を備えた加速
器の高周波加速装置において、前記キャビティに供給さ
れる高周波電力を検出する高周波電力検出器と、この検
出の出力を入力信号として印加され、前記キャビティに
与えられる高周波電力に対応して変化する位相変化を補
正する信号を発生する位相変化補正値発生器を設けたこ
とを特徴とする加速器の高周波加速装置。1. A closed loop control system that detects a high frequency voltage inside a cavity and compares the detected voltage value with a reference voltage value to determine a target value of high frequency power to be applied to the cavity; The phase of high frequency power,
In a high frequency accelerator for an accelerator equipped with a phase control loop system that controls the phase of the high frequency power so that the difference with the output phase of the original oscillator is constant, a high frequency wave that detects the high frequency power supplied to the cavity is provided. A power detector, and a phase change correction value generator that receives the output of this detection as an input signal and generates a signal that corrects a phase change that changes in response to the high frequency power applied to the cavity. High frequency accelerator for accelerator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8656391A JPH04319300A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | High frequency accelerating device for accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP8656391A JPH04319300A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | High frequency accelerating device for accelerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04319300A true JPH04319300A (en) | 1992-11-10 |
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ID=13890484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8656391A Pending JPH04319300A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | High frequency accelerating device for accelerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04319300A (en) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2000019785A3 (en) * | 1998-09-29 | 2000-06-08 | Gems Pet Systems Ab | Device for rf control |
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1991
- 1991-04-18 JP JP8656391A patent/JPH04319300A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000019785A3 (en) * | 1998-09-29 | 2000-06-08 | Gems Pet Systems Ab | Device for rf control |
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