JPH06349599A - Charged particle accelerator - Google Patents
Charged particle acceleratorInfo
- Publication number
- JPH06349599A JPH06349599A JP14210993A JP14210993A JPH06349599A JP H06349599 A JPH06349599 A JP H06349599A JP 14210993 A JP14210993 A JP 14210993A JP 14210993 A JP14210993 A JP 14210993A JP H06349599 A JPH06349599 A JP H06349599A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- output
- oscillator
- phase
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は高周波（ＲＦ）電力に
より荷電粒子を加速する荷電粒子加速器に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle accelerator for accelerating charged particles by radio frequency (RF) power.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、従来の荷電粒子加速器の高周波
（ＲＦ）系統図であり、図４において、１は荷電粒子を
加速する高周波信号を発生するＲＦ発振器、２はＲＦ発
振器１の出力を増幅する前置ＲＦ増幅器、３１、・・・
３（ｎ−１）は前置ＲＦ増幅器２の出力を分割し、加速
空胴８１、・・・８ｎに供給する複数（ｎ−１個）の電
力分割器、５１、・・・５ｎは電力分割器３１、・・・
３（ｎ−１）により分割された高周波電力のＲＦ出力の
位相を設定する複数（ｎ個）の移相器、６１、・・・６
ｎは分割されたＲＦ出力を増幅し加速空胴８１、・・・
８ｎに供給する複数（ｎ個）のＲＦ増幅器、７１、・・
・７ｎはＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの出力を加速空胴
に伝送する複数（ｎ個）の第３のＲＦ伝送路、８１、・
・・８ｎはＲＦ電力を入力し加速電界を発生させること
により荷電粒子を加速する複数（ｎ個）の加速空胴、２
０１、・・・２０（ｎ−１）は前置ＲＦ増幅器２の出力
と電力分割器３１とを、或いは電力分割器３１、３２、
・・・３（ｎ−２）と電力分割器３２、３３、・・・３
（ｎ−１）とを接続する第１のＲＦ伝送路、２１１、・
・・２１ｎは電力分割器３１、・・・３ｎの出力を移相
器５１、・・・５ｎに伝送する第２のＲＦ伝送路であ
る。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a radio frequency (RF) system diagram of a conventional charged particle accelerator. In FIG. 4, 1 is an RF oscillator for generating a high frequency signal for accelerating charged particles, and 2 is an output of an RF oscillator 1. RF amplifier for amplifying
3 (n-1) divides the output of the pre-RF amplifier 2 and supplies a plurality (n-1) of power dividers to the acceleration cavities 81, ... 8n, and 51, ... Divider 31, ...
A plurality of (n) phase shifters for setting the phase of the RF output of the high frequency power divided by 3 (n-1), 61, ... 6
n amplifies the divided RF output and accelerates the cavity 81, ...
A plurality of (n) RF amplifiers for supplying 8n, 71, ...
7n is a plurality of (n) third RF transmission lines for transmitting the output of the RF amplifiers 61, ..., 6n to the acceleration cavity, 81 ,.
..8n are a plurality (n) of acceleration cavities that accelerate charged particles by inputting RF power and generating an accelerating electric field, 2
01, ..., 20 (n-1) is the output of the pre-RF amplifier 2 and the power divider 31, or the power dividers 31, 32,
... 3 (n-2) and power dividers 32, 33, ... 3
A first RF transmission line that connects (n-1), 211, ...
.. 21n is a second RF transmission line for transmitting the output of the power divider 31, ... 3n to the phase shifter 51 ,.
【０００３】次に動作について説明する。ＲＦ電力によ
り荷電粒子を加速する荷電粒子加速器では、ＲＦ発振器
１の出力を前置ＲＦ増幅器２で増幅し、その出力を電力
分割器３１、・・・３ｎ−１で分割し、同軸管や同軸ケ
ーブル等で構成する第１のＲＦ伝送路２０１、・・・２
０ｎ及び第２のＲＦ伝送路２１１、・・・２１（ｎ−
１）により、ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの入力端子ま
で伝送する。その途中の第２のＲＦ伝送路２１１、・・
・２１ｎには移相器５１、・・・５ｎが挿入されてお
り、分割された高周波電力のＲＦ出力のそれぞれの位相
が設定される。位相が設定された高周波電力は、ＲＦ増
幅器６１、・・・６ｎで増幅され、導波管等で構成され
る第３のＲＦ伝送路７１、・・・７ｎにより加速空胴８
１、・・・８ｎに供給される。このことにより、加速空
胴８１、・・・８ｎに加速電界が発生し、この発生した
加速電界により荷電粒子を加速する。Next, the operation will be described. In a charged particle accelerator that accelerates charged particles by RF power, the output of the RF oscillator 1 is amplified by the pre-RF amplifier 2, and the output is divided by the power divider 31, ... The first RF transmission line 201 composed of a cable or the like, ... 2
0n and the second RF transmission lines 211, ... 21 (n-
By 1), it transmits to the input terminal of RF amplifier 61 ... 6n. The second RF transmission line 211 on the way ...
A phase shifter 51, ..., 5n is inserted in 21n, and each phase of the RF output of the divided high frequency power is set. The phase-set high-frequency power is amplified by the RF amplifiers 61, ..., 6n, and is accelerated by the third RF transmission lines 71 ,.
1, ... 8n. As a result, an acceleration electric field is generated in the acceleration cavities 81, ... 8n, and the generated acceleration electric field accelerates the charged particles.
【０００４】ところで、荷電粒子の加速エネルギーを最
大にするためには、加速電界が最大値となる位相で荷電
粒子を加速空胴に入射させる必要があり、加速空胴に印
加される高周波電力は移相器５１、・・・５ｎによりそ
れぞれ最適位相に設定される。By the way, in order to maximize the acceleration energy of the charged particles, it is necessary to inject the charged particles into the accelerating cavity in a phase in which the accelerating electric field has a maximum value. The phase shifters 51, ...
【０００５】荷電粒子加速器では出力ビームのエネルギ
ーを最大値とし、且つ安定化することは重要なことであ
る。エネルギーを最大値とし、且つ安定化するための必
要条件のひとつに、荷電粒子の入射位相に加速電界が最
大となる位相を一致させることがある。位相差が生じる
と、その位相差に応じたエネルギーの低下が生じる。例
えば、位相差φが生じた加速空胴ではｃｏｓφのエネル
ギゲインとなるので、φ＝１０ｄｅｇとすればｃｏｓφ
＝０．９８５となり、１．５％のエネルギーの低下（変
動）が生じることになる。In charged particle accelerators, it is important to maximize and stabilize the energy of the output beam. One of the necessary conditions for maximizing and stabilizing the energy is to match the phase at which the accelerating electric field becomes maximum with the incident phase of the charged particles. When the phase difference occurs, the energy decreases according to the phase difference. For example, since the energy gain of cosφ is obtained in the acceleration cavity in which the phase difference φ is generated, cosφ is set when φ = 10 deg.
= 0.985, which means a 1.5% decrease (fluctuation) in energy.
【０００６】しかし、図４に示すような、加速空胴８
１、・・・８ｎが直線状に配列され、それに沿って第１
の伝送路２０１、・・・２０（ｎ−１）が配列されてい
る従来の荷電粒子加速器において、高周波電力が前置Ｒ
Ｆ増幅器２から各ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎまで伝送
する距離は一様でなく、伝送路の長さに対応した差があ
る。したがって、外気温の変化等により伝送路が膨張
し、その電気長が変化することにより、ＲＦ増幅器６
１、・・・６ｎの入力の位相の相対関係が変化して加速
電界の位相がずれる。However, the acceleration cavity 8 as shown in FIG.
1, ... 8n are arranged in a straight line, along which the first
In the conventional charged particle accelerator in which the transmission lines 201, ..., 20 (n-1) are arranged,
The transmission distance from the F amplifier 2 to each RF amplifier 61, ..., 6n is not uniform, and there is a difference corresponding to the length of the transmission path. Therefore, the transmission line expands due to changes in the outside temperature, etc., and its electrical length changes, so that the RF amplifier 6
The relative relationship of the input phases of 1, ..., 6n changes and the phase of the accelerating electric field shifts.
【０００７】例えば、前置ＲＦ増幅器２とＲＦ増幅器６
１とを結ぶ伝送路の長さは、第１のＲＦ伝送路２０１の
長さと、第２のＲＦ伝送路２１１の長さとの和である。
一方、前置ＲＦ増幅器２とＲＦ増幅器６ｎとの伝送路の
長さは、第１のＲＦ伝送路２０１、２０２、・・・２０
（ｎ−１）の合計の長さと、第２のＲＦ伝送路２１ｎの
長さとの和である。したがって、これらの伝送路の距離
の差は、第２のＲＦ伝送路２１１、・・・２１ｎの長さ
がほぼ同じとして、第１のＲＦ伝送路２０２、・・・２
０（ｎ−１）の合計の長さに相当し、第１のＲＦ伝送路
２０１、・・・２０（ｎ−１）は荷電粒子加速器に沿っ
て配置されているから、加速器の全長Ｌとほぼ同じ長さ
の差が生じる。例えば、全長１００ｍの加速器の第１の
ＲＦ伝送路２０１、・・・２０（ｎ−１）を銅製の同軸
管で構成した場合、移相器５１、５ｎ及びＲＦ増幅器６
１、６ｎにおける位相差はないとして、加速空胴８１と
加速空胴８ｎ間の位相差φは次式で与えられる。 φ＝αＬ・３６０°／λ （ｄｅｇ／℃） ここで、αは銅の線膨張係数（１６．７×１０-6）、Ｌ
は同軸管長（１００ｍ）、λは管内波長（３０００ＭＨ
ｚのとき０．１ｍ）である。このときの位相差を上式に
より計算するとφ＝６．０（ｄｅｇ／℃）となり、外気
温１℃当たり６ｄｅｇの位相差が生じる。したがって外
気温が１０℃変化すれば６０ｄｅｇの位相差が生じ、ｃ
ｏｓ６０°＝１／２であるから、加速空胴８ｎで得られ
るエネルギーは１／２となる。For example, the pre-RF amplifier 2 and the RF amplifier 6
The length of the transmission line connecting 1 and 1 is the sum of the length of the first RF transmission line 201 and the length of the second RF transmission line 211.
On the other hand, the length of the transmission path between the pre-RF amplifier 2 and the RF amplifier 6n is the first RF transmission path 201, 202, ...
It is the sum of the total length of (n-1) and the length of the second RF transmission line 21n. Therefore, regarding the difference in distance between these transmission lines, assuming that the lengths of the second RF transmission lines 211, ..., 21n are almost the same, the first RF transmission lines 202 ,.
20 (n-1), which corresponds to the total length of 0 (n-1), and the first RF transmission lines 201, ..., 20 (n-1) are arranged along the charged particle accelerator. Almost the same length difference occurs. For example, when the first RF transmission lines 201, ..., 20 (n-1) of the accelerator having a total length of 100 m are constituted by a copper coaxial tube, the phase shifters 51, 5n and the RF amplifier 6 are provided.
Assuming that there is no phase difference between 1 and 6n, the phase difference φ between the acceleration cavity 81 and the acceleration cavity 8n is given by the following equation. φ = αL · 360 ° / λ (deg / ° C) where α is the linear expansion coefficient of copper (16.7 × 10 −6 ), L
Is the coaxial tube length (100 m), λ is the tube wavelength (3000 MH
It is 0.1 m when z. When the phase difference at this time is calculated by the above formula, φ = 6.0 (deg / ° C.), and a phase difference of 6 deg occurs per 1 ° C. of outside temperature. Therefore, if the outside air temperature changes by 10 ° C, a phase difference of 60 deg occurs, and c
Since os60 ° = 1/2, the energy obtained in the acceleration cavity 8n becomes 1/2.
【０００８】したがって、第１のＲＦ伝送路２０１、・
・・２０（ｎ−１）、及び第２のＲＦ伝送路２１１、・
・・２１ｎを構成する同軸管を断熱材で熱絶縁し、温度
調節された冷却水を流し、熱膨張を防止する必要があっ
た。Therefore, the first RF transmission line 201, ...
..20 (n-1), and the second RF transmission line 211 ,.
.. It was necessary to thermally insulate the coaxial tube constituting 21n with a heat insulating material and to flow temperature-controlled cooling water to prevent thermal expansion.
【０００９】また、発熱及び冷却水温度の変動等によ
り、加速空胴８１、・・・８ｎの温度も変化し、それに
伴って加速空胴８１、・・・８ｎの共振周波数が変動す
る。そうすると、加速空胴内の電波の伝搬速度が変化
し、電子の速度と一致しなくなり、電子が十分加速され
なくなる。すなわち、正常な状態では、ＲＦ出力によ
り、加速管の中心軸に沿って加速電界と減速電界とが交
互に発生し、これがｆ（周波数）×λ（波長）に相当す
る速度（位相速度）で伝播する。この速度は光速（ｃ）
に近い。電子は、この加速電界に乗って加速される。し
たがって、電子の速度が加速電界の位相速度と等しけれ
ば、電子は常に加速される。しかし、加速空胴の温度が
変化すると、加速空胴が熱膨張するため物理的大きさが
変化し、その共振周波数が変動する。そうすると、波長
λが長くなるため、位相速度ｆ×λが大きくなり、光速
ｃを越えることになる。そうなると、電子はもはや電波
の伝搬速度に追従できず、したがって、電子の加速が有
効になされなくなる。Further, the temperature of the acceleration cavities 81, ..., 8n also changes due to heat generation, fluctuations in the cooling water temperature, etc., and the resonance frequency of the acceleration cavities 81 ,. Then, the propagation velocity of the radio wave in the accelerating cavity changes, the velocity of the electron does not match, and the electron is not sufficiently accelerated. That is, in a normal state, the RF output alternately generates an accelerating electric field and a decelerating electric field along the central axis of the accelerating tube, which has a velocity (phase velocity) corresponding to f (frequency) × λ (wavelength). Propagate. This speed is the speed of light (c)
Close to. The electrons ride on this accelerating electric field and are accelerated. Therefore, if the velocity of the electron is equal to the phase velocity of the accelerating electric field, the electron is always accelerated. However, when the temperature of the accelerating cavity changes, the accelerating cavity thermally expands, so that its physical size changes and its resonance frequency fluctuates. Then, since the wavelength λ becomes long, the phase velocity f × λ becomes large and exceeds the light velocity c. Then, the electrons can no longer follow the propagation velocity of the radio wave, and thus the acceleration of the electrons cannot be effectively performed.
【００１０】そのため、ＲＦ発振器１の周波数と加速空
胴の共振周波数を一致させることも、安定なエネルギー
の加速ビームを得るための必要条件である。従来の荷電
粒子加速器では、加速空胴８１、・・・８ｎの温度を一
定にすることにより上記条件を満足させていた。Therefore, matching the frequency of the RF oscillator 1 with the resonance frequency of the acceleration cavity is also a necessary condition for obtaining an acceleration beam with stable energy. In the conventional charged particle accelerator, the above conditions are satisfied by keeping the temperature of the acceleration cavities 81, ... 8n constant.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子加速器
は、以上のように構成されているので、出力ビームのエ
ネルギーを安定化するために、断熱材で熱絶縁するとと
もに温度調節された冷却水を流して、第１のＲＦ伝送路
２０１、・・・２０（ｎ−１）、第２のＲＦ伝送路２１
１、・・・２１ｎ、及び加速空胴８１、・・・８ｎを温
度調節する必要があるという問題点があった。Since the conventional charged particle accelerator is constructed as described above, in order to stabilize the energy of the output beam, cooling water which is thermally insulated by a heat insulating material and whose temperature is regulated is used. , 20 (n-1), and the second RF transmission line 21.
21n and acceleration cavities 81, ... 8n need to be temperature-controlled.
【００１２】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、温度調節することなく、安定
なエネルギーの出力ビームが得られる荷電粒子加速器を
得ることを目的としている。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a charged particle accelerator capable of obtaining an output beam of stable energy without adjusting the temperature.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかわ
る荷電粒子加速器は、荷電粒子を加速するための高周波
電力を発生する発振器と、上記発振器の出力電力を分割
する電力分割器と、略同一の電気長を有し、上記電力分
割器により分割された高周波電力を伝送する複数の伝送
路と、上記伝送路を介して供給される上記高周波電力に
基づき、荷電粒子を加速する複数の加速空洞とを備えた
ものである。A charged particle accelerator according to a first aspect of the present invention comprises an oscillator for generating high frequency power for accelerating charged particles, a power divider for dividing output power of the oscillator, and A plurality of transmission lines having the same electric length and transmitting the high frequency power divided by the power divider, and a plurality of accelerations for accelerating charged particles based on the high frequency power supplied through the transmission lines. With a cavity.
【００１４】請求項２の発明にかかわる荷電粒子加速器
は、荷電粒子を加速するための高周波電力を発生する発
振器と、入力を２つの出力に分割する２分割電力分割器
が縦続接続されてなり、上記発振器の出力電力を順次分
割する電力分割器と、略同一の電気長を有し、上記電力
分割器により分割された高周波電力を伝送する複数の伝
送路と、上記伝送路を介して供給される上記高周波電力
に基づき、荷電粒子を加速する複数の加速空洞とを備え
たものである。A charged particle accelerator according to a second aspect of the present invention comprises an oscillator for generating high frequency power for accelerating charged particles and a two-divided power divider for dividing an input into two outputs, which are connected in series. A power divider that sequentially divides the output power of the oscillator, a plurality of transmission lines that have substantially the same electrical length and that transmit the high-frequency power divided by the power divider, and are supplied through the transmission line. A plurality of accelerating cavities for accelerating the charged particles based on the high frequency power.
【００１５】請求項３の発明にかかわる荷電粒子加速器
は、荷電粒子を加速するための高周波電力を発生する発
振器と、上記発振器の出力電力を分割する電力分割器
と、略同一の電気長を有し、上記電力分割器により分割
された高周波電力を伝送する複数の伝送路と、上記伝送
路を介して供給される上記高周波電力に基づき、荷電粒
子を加速する複数の加速空洞と、上記加速空洞の温度を
検出する温度検出器と、上記温度検出器の出力に基づき
上記発振器の出力周波数を制御する周波数制御回路とを
備えたものである。A charged particle accelerator according to a third aspect of the present invention has substantially the same electrical length as an oscillator that generates high frequency power for accelerating charged particles and a power divider that divides the output power of the oscillator. A plurality of transmission paths for transmitting the high frequency power divided by the power divider, a plurality of acceleration cavities for accelerating charged particles based on the high frequency power supplied through the transmission paths, and the acceleration cavity And a frequency control circuit that controls the output frequency of the oscillator based on the output of the temperature detector.
【００１６】[0016]
【作用】請求項１の発明においては、略同一の電気長を
有する複数の伝送路により、電力分割器により分割され
た高周波電力を伝送し、それら伝送路が熱膨張した場合
でも、相対位相を変化させることなく加速空胴に供給す
る。According to the first aspect of the invention, the high frequency power divided by the power divider is transmitted by the plurality of transmission lines having substantially the same electrical length, and the relative phase is kept even when the transmission lines are thermally expanded. Supply to the acceleration cavity without change.
【００１７】請求項２の発明においては、入力を２つの
出力に分割する２分割電力分割器が縦続接続されてなる
電力分割器が、発振器の出力電力を順次分割し、略同一
の電気長を有する複数の伝送路が、電力分割器により分
割された高周波電力を、伝送路の熱膨張した場合でも、
相対位相を変化させることなく加速空胴に供給する。In a second aspect of the invention, a power divider in which a two-divided power divider that divides an input into two outputs is connected in cascade, sequentially divides the output power of the oscillator, and has substantially the same electrical length. A plurality of transmission lines that have, even when the high frequency power divided by the power divider, thermal expansion of the transmission line,
Supply to the acceleration cavity without changing the relative phase.
【００１８】請求項３の発明においては、温度検出器が
加速空胴の温度を検出し、周波数制御回路が、上記温度
検出器の出力に基づき、加速空胴の共振周波数に一致す
るように発振器の出力周波数を制御する。According to the third aspect of the invention, the temperature detector detects the temperature of the acceleration cavity, and the frequency control circuit is based on the output of the temperature detector so as to match the resonance frequency of the acceleration cavity with the oscillator. Control the output frequency of.
【００１９】[0019]
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本発明の荷電粒子加速器の高周波（ＲＦ）
系統図であり、図において１は荷電粒子を加速する高周
波信号を発生するＲＦ発振器、２はＲＦ発振器の出力を
増幅する前置ＲＦ増幅器、４１、・・・４ｎはそれぞれ
の電気長が等しく、前置ＲＦ増幅器２の出力をＲＦ増幅
器６１、・・・６ｎに伝送する複数（ｎ個）の第１のＲ
Ｆ伝送路、５１、・・・５ｎは第１のＲＦ伝送路４１、
・・・４ｎに挿入され、分割されたＲＦ電力の位相を設
定する複数（ｎ個）の移相器、６１、・・・６ｎは移相
器５の出力を増幅し、加速空胴８１、・・・８ｎに供給
する複数（ｎ個）のＲＦ増幅器、７はそれぞれの電気長
が等しく、ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの出力を加速空
胴に伝送する複数（ｎ個）の第２のＲＦ伝送路、８１、
・・・８ｎはＲＦ電力を供給し加速電界を発生させるこ
とにより荷電粒子を加速する複数（ｎ個）の加速空胴、
９は前置ＲＦ増幅器２の出力をｎに等分配し、第１のＲ
Ｆ伝送路４１、・・・４ｎに出力するｎ等分電力分割器
である。Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the radio frequency (RF) of the charged particle accelerator of the present invention.
FIG. 1 is a system diagram in which 1 is an RF oscillator that generates a high-frequency signal that accelerates charged particles, 2 is a pre-RF amplifier that amplifies the output of the RF oscillator, 41, ... A plurality of (n) first R's for transmitting the output of the pre-RF amplifier 2 to the RF amplifiers 61, ...
F transmission line, 51, ... 5n is the first RF transmission line 41,
... A plurality of (n number of) phase shifters inserted in 4n and setting the phase of the divided RF power, 61, ... 6n amplify the output of the phase shifter 5, and accelerate cavities 81, ... A plurality of (n) RF amplifiers to be supplied to 8n, 7 having the same electric length, and a plurality of (n) second RF amplifiers 61 ... RF transmission line, 81,
... 8n is a plurality of (n) acceleration cavities that accelerate charged particles by supplying RF power and generating an acceleration electric field,
9 equally divides the output of the pre-RF amplifier 2 into n, and outputs the first R
It is an n-divided power divider that outputs to the F transmission lines 41, ... 4n.
【００２０】次に動作について説明する。ＲＦ電力によ
り荷電粒子を加速する荷電粒子加速器において、加速空
胴８１、・・・８ｎへのＲＦ電力の入射位相の相対値を
安定にすることが、出力ビームのエネルギーを安定化す
るために必要な条件の一つである。その条件を満足する
ためには、高周波電力に対して、伝送路の温度変化によ
る電気長の変化をなくする必要がある。Next, the operation will be described. In a charged particle accelerator that accelerates charged particles by RF power, it is necessary to stabilize the relative value of the incident phase of RF power to the acceleration cavities 81, ... 8n in order to stabilize the energy of the output beam. Is one of the conditions. In order to satisfy the condition, it is necessary to eliminate the change in the electrical length due to the temperature change in the transmission line with respect to the high frequency power.
【００２１】本発明では、ｎ等分電力分割器９により前
置ＲＦ増幅器２の出力を直接ｎに分割し、それぞれ独立
で、かつ電気長の等しいｎ個の第１の伝送路４１、・・
・４ｎによりＲＦ増幅器６１、・・・６ｎに電力を供給
し、増幅された出力を、同じくそれぞれ独立で、かつ電
気長の等しいｎ個の第２の伝送路７1、・・・７ｎによ
り加速空胴８１、・・・８ｎに供給することにより実現
している。According to the present invention, the output of the pre-RF amplifier 2 is directly divided into n by the n-divided power divider 9, and n independent first transmission lines 41, ...
・ Power is supplied to the RF amplifiers 61, ..., 6n by 4n, and the amplified output is accelerated by n independent second transmission lines 71, ..., 7n each having the same electric length. It is realized by supplying the torso 81, ..., 8n.
【００２２】図１において、ＲＦ発振器１が荷電粒子を
加速するための高周波信号を発生し、前置ＲＦ増幅器２
がその高周波信号を増幅する。増幅された信号はｎ等分
電力分割器９に入力され、それぞれの出力電力が等しく
なるようにｎ等分し、出力する。このｎ等分電力分割器
の出力を、それぞれ等しい電気長をもつｎ本の第１の伝
送路４１、・・・４ｎにより移相器５１、・・・５ｎに
供給する。移相器５１、・・・５ｎは、荷電粒子の加速
エネルギーを最大にするため、加速電界が最大値となる
位相で荷電粒子を加速空胴に入射させるように、高周波
信号をそれぞれ最適位相に設定する。移相器５１、・・
・５ｎの出力はＲＦ増幅器６１、・・・６ｎにそれぞれ
入力され、増幅された後、それぞれ等しい電気長をもつ
ｎ本の第２の伝送路７１、・・・７ｎにより加速空胴８
１、・・・８ｎに供給される。In FIG. 1, an RF oscillator 1 generates a high frequency signal for accelerating charged particles, and a pre-RF amplifier 2
Amplifies the high frequency signal. The amplified signal is input to the n-divided power divider 9, divided into n equal parts so that the respective output powers are equal, and output. The output of the n-divided power divider is supplied to the phase shifters 51, ... 5n by the n first transmission lines 41 ,. In order to maximize the acceleration energy of the charged particles, the phase shifters 51, ... 5n set the high-frequency signal to the optimum phase so that the charged particles enter the acceleration cavity at the phase where the acceleration electric field has the maximum value. Set. Phase shifter 51, ...
The output of 5n is input to the RF amplifiers 61, ..., 6n, respectively, and after being amplified, the acceleration cavities 8 are formed by the n second transmission lines 71 ,.
1, ... 8n.
【００２３】したがって、ｎ等分電力分割器９の出力か
ら加速空胴８１、・・・８ｎまでの伝送路の電気長（第
１及び第２の伝送路の物理的長さ）はいずれも等しくな
るから、周囲温度が変化し、熱膨張することにより第１
及び第２の伝送路の長さが変化しても、それぞれの電気
長の変化量が等しくなるため、加速空胴８１、・・・８
ｎへのＲＦ電力の入射位相の相対値は変化せず、出力ビ
ームのエネルギーを安定化するための必要条件を満たす
から、エネルギーの安定な出力ビームを得ることが出来
る。Therefore, the electrical lengths of the transmission lines from the output of the n-divided power divider 9 to the acceleration cavities 81, ..., 8n (the physical lengths of the first and second transmission lines) are equal. Therefore, the ambient temperature changes and the thermal expansion causes
Even if the length of the second transmission line changes, the amount of change in each electric length becomes equal, so that the acceleration cavities 81, ...
Since the relative value of the incident phase of the RF power to n does not change and the requirement for stabilizing the energy of the output beam is satisfied, an output beam with stable energy can be obtained.
【００２４】なお、伝送路の熱膨張による位相の相対値
が変化しない場合、次にＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの
入力位相と出力位相とのずれが問題となる。この点は、
ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎに対する印加電圧を安定化
することにより解決する。大型の荷電粒子加速器で良く
使用されるＲＦ増幅器には例えばクライストロンがあ
る。クライストロンは、ビーム電圧Ｖｋにより出力位相
が変動する。例えば、Ｖｋ＝２５０ｋＶクラスのクライ
ストロンでは、ビーム電圧Ｖｋの変動をｄＶｋとして、 ｄφ≒８００（ｄＶｋ／Ｖｋ） （ｄｅｇ） の関係があり、ビーム電圧Ｖｋの１％の変動が８ｄｅｇ
の位相変化となり、ｃｏｓ８°＝０．９９０であるか
ら、エネルギーが約１％変動することになる。したがっ
て、クライストロンのビーム電圧Ｖｋを安定化すること
により入力と出力の位相差が安定になる。例えば、ビー
ム電圧Ｖｋをモニタし、そのピーク電圧あるいは平均電
圧を、ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの電源（図示せず）
にフィードバックし、それに基づきビーム電圧Ｖｋを調
整することによりクライストロンのビーム電圧を安定化
する。If the relative value of the phase does not change due to the thermal expansion of the transmission line, then there will be a problem between the input phase and the output phase of the RF amplifiers 61 ... 6n. This point is
The solution is to stabilize the applied voltage to the RF amplifiers 61, ..., 6n. An example of an RF amplifier often used in a large charged particle accelerator is a klystron. The output phase of the klystron varies depending on the beam voltage Vk. For example, in the klystron of Vk = 250 kV class, there is a relationship of dφ≈800 (dVk / Vk) (deg), where the fluctuation of the beam voltage Vk is dVk, and the fluctuation of 1% of the beam voltage Vk is 8 deg.
Therefore, the energy changes by about 1% because cos8 ° = 0.990. Therefore, by stabilizing the beam voltage Vk of the klystron, the phase difference between the input and the output becomes stable. For example, the beam voltage Vk is monitored, and its peak voltage or average voltage is used as a power source (not shown) for the RF amplifiers 61 ... 6n.
To stabilize the beam voltage of the klystron by adjusting the beam voltage Vk based on the feedback.
【００２５】なお、上記の説明では、２台以上の増幅器
（前置ＲＦ増幅器２とＲＦ増幅器６１、・・・６ｎ）を
備えた荷電粒子加速器について説明してきたが、単一の
増幅器、例えば図１の前置ＲＦ増幅器２あるいはＲＦ増
幅器６１、・・・６ｎのいずれか一方のみ備えたもので
あってもよい。また増幅器はクライストロンに限らず、
他の電子管であってもよい。In the above description, the charged particle accelerator provided with two or more amplifiers (the pre-RF amplifier 2 and the RF amplifiers 61, ..., 6n) has been described. One of the pre-RF amplifier 2 or the RF amplifier 61, ... 6n may be provided. The amplifier is not limited to the klystron,
Other electron tubes may be used.
【００２６】実施例２．上記実施例において、電力を分
配する手段としてｎ等分電力分割器９を用いたが、電力
を２等分する３ｄＢ分割器を用いても良い。３ｄＢ分割
器を用いた場合の実施例を図２に示す。図２は加速空胴
８が１２個の場合を示している。図２において、１０１
から１０４６は、前置ＲＦ増幅器２の出力あるいは他の
電力分割器の出力を入力として、２つの出力に均等に分
配する３ｄＢ分割器、１１は高周波電力を吸収するダミ
ーロード、４１１から４４１２は第１のＲＦ伝送路であ
る。ここで３ｄＢ分割器の番号の意味であるが、上位２
桁が分割器であることを示し、第３桁目は前置ＲＦ増幅
器２から数えた縦続接続の段数を示し、第４桁目はその
段における連続番号を示す。例えば、３ｄＢ分割器１０
３１は３段目の第１番目の分割器であることを意味す
る。第１のＲＦ伝送路の番号の意味は、上位１桁が第１
のＲＦ伝送路を示し、この点以外は、前置ＲＦ増幅器２
の場合と同様である。Example 2. In the above-described embodiment, the n-divided power divider 9 is used as a means for distributing the power, but a 3 dB divider that divides the power into two equal parts may be used. An example in which a 3 dB divider is used is shown in FIG. FIG. 2 shows a case where there are 12 acceleration cavities 8. In FIG. 2, 101
To 1046 are 3 dB dividers that equally receive the output of the pre-RF amplifier 2 or the output of another power divider to the two outputs, 11 is a dummy load that absorbs high frequency power, and 411 to 4412 are first loads. 1 is the RF transmission line. Here, it means the number of the 3 dB divider, but the upper 2
The digit indicates that it is a divider, the third digit indicates the number of cascaded stages counted from the pre-RF amplifier 2, and the fourth digit indicates the serial number in that stage. For example, the 3 dB divider 10
Reference numeral 31 means the first divider of the third stage. In the meaning of the number of the first RF transmission line, the upper one digit is the first
The RF transmission line is shown in FIG.
It is similar to the case of.
【００２７】加速空胴８１、・・・８１２の数は１２で
あり、３ｄＢ分割器を用いて高周波電力を分割するに
は、１２＜２4であるから、３ｄＢ分割器を、図２に示
すように４段に縦続接続すればよい。この際、余分な出
力はダミーロード１１で吸収するように構成する。The number of the accelerating cavities 81, ... 812 is 12, and 12 <2 4 is required to divide the high frequency power by using the 3 dB divider. Therefore, the 3 dB divider is shown in FIG. It is sufficient to connect them in cascade in four stages. At this time, the dummy load 11 absorbs the extra output.
【００２８】すなわち、前置ＲＦ増幅器２の出力は、第
１のＲＦ伝送路４０を介して、３ｄＢ分割器１０１に入
力され、等分に２分割される。分割された出力は、第１
のＲＦ伝送路４１１、４１２を介して２つの３ｄＢ分割
器１０２１、１０２２にそれぞれ供給される。３ｄＢ分
割器１０２１、１０２２は、それぞれ入力された高周波
電力を２等分して出力し、第１のＲＦ伝送路４２１、４
２２、４２３を介して、３ｄＢ分割器１０３１、１０３
２、１０３３に供給する。また３ｄＢ分割器１０２２の
出力の一部は第１のＲＦ伝送路４２４を介して、ダミー
ロード１１に供給される。以下、同様に３ｄＢ分割器１
０３１、１０３２、１０３３の出力は、第１のＲＦ伝送
路４３１、・・・４３６を介して、３ｄＢ分割器１０４
１、１０４２、１０４３、１０４４、１０４５、１０４
６に供給される。それらの出力は、第１のＲＦ伝送路４
４１、・・・４４１２により、移相器６１、・・・６１
２を介してＲＦ増幅器６１、・・・６１２に供給され
る。That is, the output of the pre-RF amplifier 2 is input to the 3 dB divider 101 via the first RF transmission line 40 and divided into two equal parts. The divided output is the first
Are supplied to the two 3 dB dividers 1021 and 1022 via the RF transmission lines 411 and 412, respectively. The 3 dB dividers 1021 and 1022 divide the input high-frequency power into two equal parts and output them, and output the first RF transmission lines 421 and 4 respectively.
Via 22 and 423, 3 dB dividers 1031 and 103
2, 1033. A part of the output of the 3 dB divider 1022 is supplied to the dummy load 11 via the first RF transmission line 424. Hereinafter, similarly, the 3 dB divider 1
The outputs of 031, 1032, and 1033 are output via the first RF transmission lines 431, ... 436 to the 3 dB divider 104.
1, 1042, 1043, 1044, 1045, 104
6 is supplied. Their outputs are the first RF transmission line 4
41, ..., 4412, phase shifters 61 ,.
2 to the RF amplifiers 61, ..., 612.
【００２９】ここで、各段におけるそれぞれの第１のＲ
Ｆ伝送路の電気長を同じにすれば、前置ＲＦ増幅器２か
らＲＦ増幅器６１、・・・６１２までの伝送路の電気長
は等しくなる。つまり、第１段における第１のＲＦ伝送
路４１１と４１２の電気長を同じくし、第２段における
第１のＲＦ伝送路４２１、４２２及び４２３の電気長を
同じくし、第３段における第１のＲＦ伝送路４３１、４
３２、４３３、４３４、４３５及び３４６の電気長を同
じくし、第４段における第１のＲＦ伝送路４４１、・・
・４４１２の電気長を同じにする。Here, each first R in each stage
If the electric lengths of the F transmission lines are the same, the electric lengths of the transmission lines from the pre-RF amplifier 2 to the RF amplifiers 61, ... That is, the first RF transmission lines 411 and 412 in the first stage have the same electrical length, the first RF transmission lines 421, 422, and 423 in the second stage have the same electrical length, and the first RF transmission lines in the third stage have the same electrical length. RF transmission lines 431, 4
The electrical lengths of 32, 433, 434, 435 and 346 are the same, and the first RF transmission line 441 in the fourth stage is ...
・ Make the electrical length of 4412 the same.
【００３０】この場合、例えば、前置ＲＦ増幅器２から
ＲＦ増幅器６１までの電気長は、第１のＲＦ伝送路４
０、４１１、４２１、４３１、４４１の電気長の合計で
ある。一方、他のＲＦ増幅器、例えば、ＲＦ増幅器６１
２までの電気長は、第１のＲＦ伝送路４０、４１２、４
２３、４３６、４４１２の電気長の合計である。これら
は等しく、電気長は一致する。他のＲＦ増幅器までの電
気長についても同様であるから、前置ＲＦ増幅器２から
ＲＦ増幅器６１、・・・６１２への電気長は全て同じと
なる。In this case, for example, the electrical length from the pre-RF amplifier 2 to the RF amplifier 61 is equal to the first RF transmission line 4
It is the sum of the electrical lengths of 0, 411, 421, 431, 441. On the other hand, another RF amplifier, for example, the RF amplifier 61
The electrical length up to 2 is the first RF transmission line 40, 412, 4
23, 436, 4412 is the total electrical length. These are equal and the electrical lengths are the same. Since the electrical lengths to the other RF amplifiers are the same, the electrical lengths from the pre-RF amplifier 2 to the RF amplifiers 61, ... 612 are all the same.
【００３１】このように、入力を２つに分割する分割器
を用いた場合でも、電力を順次２等分することを繰り返
すことにより、すなわち、加速空胴の数をｎとし、ｎ＜
２mを満足する整数をｍとしたとき、入力を２つに分割
する分割器をｍ段縦続に接続することにより、伝送路の
電気長を同一にしつつ、電力をｎ分割することができ
る。As described above, even when the divider for dividing the input into two is used, the power is sequentially divided into two equal parts, that is, the number of accelerating cavities is n, and n <
When an integer that satisfies 2 m is m, by connecting a divider that divides the input into two in m stages in cascade, it is possible to divide the power into n while making the electrical length of the transmission line the same.
【００３２】３ｄＢ分割器を用いると、ｎ等分分割器を
用いる場合に比べ、各出力相互間の位相差が少ない点で
性能が良く、かつ、分割器の製造、調整が容易になると
いう効果がある。When the 3 dB divider is used, the performance is good in that the phase difference between the outputs is small and the divider is easy to manufacture and adjust as compared with the case of using the n-divided divider. There is.
【００３３】実施例３．また、加速空胴８１、・・・８
ｎは、発熱及び冷却水温度の変動等により、その温度が
変化し、それに伴って共振周波数が変動し、空胴内の電
波の進行速度が変化する。この場合、空胴内の電波の進
行速度が荷電粒子の進行速度を越えないようにすること
が、安定なエネルギーの加速ビームを得るために必要で
ある。したがって、ＲＦ発振器１の周波数と加速空胴８
１、・・・８ｎの共振周波数を一致させることが必要で
ある。Example 3. Also, the acceleration cavity 81, ... 8
The temperature of n changes due to heat generation, fluctuations in cooling water temperature, etc., and the resonance frequency fluctuates accordingly, and the traveling speed of the radio wave in the cavity changes. In this case, it is necessary to prevent the traveling speed of the radio wave in the cavity from exceeding the traveling speed of the charged particles in order to obtain an acceleration beam with stable energy. Therefore, the frequency of the RF oscillator 1 and the acceleration cavity 8
It is necessary to match the resonance frequencies of 1, ..., 8n.
【００３４】従来の荷電粒子加速器では発振周波数を一
定とし、加速空胴８１、・・・８ｎの温度を一定にする
ことにより上記条件を満足させていたが、加速空胴の温
度に応じて発振周波数を調整するようにしてもよい。In the conventional charged particle accelerator, the oscillating frequency is kept constant and the temperature of the accelerating cavities 81, ... The frequency may be adjusted.
【００３５】その一実施例を図３に示す。図３におい
て、１１１、・・・１１ｎは加速空胴８１、・・・８ｎ
の温度を測定する温度計、１２は温度計１１１、・・・
１１ｎが検出した温度を平均化する平均化回路、１３は
ＲＦ発振器１の発振周波数を調整する発振周波数微調回
路である。One example thereof is shown in FIG. In FIG. 3, 111, ... 11n are acceleration cavities 81 ,.
, 12 is a thermometer 111, ...
11n is an averaging circuit for averaging the temperature detected by 11n, and 13 is an oscillation frequency fine adjustment circuit for adjusting the oscillation frequency of the RF oscillator 1.
【００３６】次に動作について説明する。各加速空胴に
設置した熱電対、サーミスタ等の温度計１１１、・・・
１１ｎが、外部空気による測定の乱れを防ぐため、各加
速空胴に埋め込んで取り付けられており、各加速空胴の
温度を検出する。その出力は、平均化回路１２に送ら
れ、平均化回路１２は、加速空胴８１、・・・８ｎそれ
ぞれの温度データを積算し、平均化を行い、加速空胴全
体の温度を算出する。ここで積算、平均化するのは、ク
ライストロン出力のばらつき等により、各加速空胴の温
度は必ずしも同じでないので、平均をとることによりば
らつきを抑えるためである。加速空胴８１、・・・８ｎ
の温度が変動すると、平均化回路１２の出力が変化する
から、加速空胴８１、・・・８ｎの温度変化を知ること
ができる。Next, the operation will be described. Thermometers 111 such as thermocouples and thermistors installed in each acceleration cavity,
11n is embedded in each accelerating cavity to prevent measurement disturbance due to external air, and detects the temperature of each accelerating cavity. The output is sent to the averaging circuit 12, and the averaging circuit 12 integrates the temperature data of each of the acceleration cavities 81, ... 8n, averages them, and calculates the temperature of the entire acceleration cavity. Here, the reason for integrating and averaging is that the temperature of each accelerating cavity is not necessarily the same due to variations in the klystron output, etc., so that the variations are suppressed by taking the average. Acceleration cavity 81, ... 8n
When the temperature fluctuates, the output of the averaging circuit 12 changes, so that the temperature change of the acceleration cavities 81, ... 8n can be known.
【００３７】平均化回路１２の出力は発振周波数微調回
路１３に送られ、発振周波数微調回路１３は、加速空胴
の温度の状態を示す平均化回路１２の出力に基づき、Ｒ
Ｆ発振器１の発振周波数が加速空胴の共振周波数に一致
するように調整する。すなわち、加速空胴の温度Ｔとそ
の共振周波数ｆ0とは、ｄｆ0／ｄＴ＝-50ｋＨｚ／℃（3
000ＭＨｚの進行波加速管の場合）の関係があるから、
ｆ0＝ｇ（Ｔ）＝-50Ｔ（ｋＨｚ）として、温度Ｔの変化
ｄＴに対して、共振周波数はｆ0−ｄｆ0＝ｇ（Ｔ＋ｄ
Ｔ）のように変化する。したがって、共振周波数ｆOSC
をｆOSC−ｄｆ0となるように調整する。発振周波数微調
回路１３は、平均化回路１２の出力に基づき、温度変化
ｄＴを求め、それに対応するｄｆ0を求め、ＲＦ発振器
１の周波数を上記のように調整する。ＲＦ発振器１に
は、測定器等のシンセサイズド信号発生器等が用いら
れ、周波数の制御は外部から、ＧＰ−ＩＢ等を用いて行
うことができる。The output of the averaging circuit 12 is sent to the oscillation frequency fine adjusting circuit 13, and the oscillation frequency fine adjusting circuit 13 outputs R based on the output of the averaging circuit 12 showing the temperature state of the acceleration cavity.
The oscillation frequency of the F oscillator 1 is adjusted to match the resonance frequency of the acceleration cavity. That is, the temperature T of the accelerating cavity and its resonance frequency f 0 are df 0 / dT = −50 kHz / ° C. (3
(For traveling wave accelerator of 000MHz)
Assuming that f 0 = g (T) = − 50 T (kHz), the resonance frequency is f 0 −df 0 = g (T + d) with respect to the change dT of the temperature T.
It changes like T). Therefore, the resonance frequency f OSC
Is adjusted to be f OSC −df 0 . The oscillation frequency fine adjustment circuit 13 obtains a temperature change dT based on the output of the averaging circuit 12, obtains a corresponding df 0 , and adjusts the frequency of the RF oscillator 1 as described above. A synthesized signal generator such as a measuring instrument is used for the RF oscillator 1, and the frequency can be controlled from the outside using a GP-IB or the like.
【００３８】このように加速空胴の温度状態をＲＦ発振
器１へフィードバックすることにより、発振周波数を共
振周波数に常に一致させることができ、加速空胴温度が
変化しても安定なエネルギーの出力ビームを得ることが
できる。By thus feeding back the temperature condition of the acceleration cavity to the RF oscillator 1, the oscillation frequency can be always matched with the resonance frequency, and the output beam of stable energy can be obtained even if the acceleration cavity temperature changes. Can be obtained.
【００３９】さらに、実施例３において、実施例１及び
実施例２に示すように、第１のＲＦ伝送路４１、・・・
４ｎの電気長をそれぞれ同じくし、かつ、第２のＲＦ伝
送路７１、・・・７ｎの電気長をそれぞれ同じくしてあ
るので、ＲＦ発振器１の発振周波数を変えても、前置Ｒ
Ｆ増幅器２からＲＦ増幅器６１、・・・６ｎに入力され
る高周波電力の間の相対位相は変化せず、またＲＦ増幅
器６１、・・・６ｎから加速空胴８１、・・・８ｎに入
力される高周波電力の間の相対位相も変化しないから、
加速空胴８１、・・・８ｎに入力される高周波電力の間
の位相の相対関係を調整する必要がなくなるという効果
がある。Furthermore, in the third embodiment, as shown in the first and second embodiments, the first RF transmission lines 41, ...
Since the electric lengths of 4n are the same and the electric lengths of the second RF transmission lines 71, ..., 7n are the same, even if the oscillation frequency of the RF oscillator 1 is changed, the front end R
The relative phase between the high frequency powers input from the F amplifier 2 to the RF amplifiers 61, ... 6n does not change, and the relative phases are input from the RF amplifiers 61, ... 6n to the acceleration cavities 81 ,. The relative phase between the high frequency power
There is an effect that it becomes unnecessary to adjust the phase relative relationship between the high frequency powers input to the acceleration cavities 81, ... 8n.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、発振器から加速空胴に高周波電力を供給する複数の
伝送路のそれぞれの電気長を略同一としたので、周囲温
度が変化しても、加速空胴に供給される高周波電力の相
対位相の変化が少なくなり、出力ビームのエネルギー安
定度が良い荷電粒子加速器を得ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the electric lengths of the plurality of transmission lines for supplying the high frequency power from the oscillator to the acceleration cavity are made substantially the same, the ambient temperature changes. However, the change in the relative phase of the high frequency power supplied to the accelerating cavity is reduced, and a charged particle accelerator with good energy stability of the output beam can be obtained.
【００４１】また、請求項２の発明によれば、発振器か
らの高周波電力を、入力を２つの出力に分割する電力分
割器を縦続接続してなる電力分割器により分割し、上記
分割された高周波電力を加速空胴に供給する複数の伝送
路のそれぞれの電気長を略同一としたので、電力分割器
の組み立て・調整が容易で、かつ、出力ビームのエネル
ギー安定度が良い荷電粒子加速器を得ることができる。According to a second aspect of the present invention, the high frequency power from the oscillator is divided by a power divider formed by cascading power dividers for dividing the input into two outputs, and the divided high frequency is divided. Since the electric lengths of the multiple transmission lines that supply electric power to the accelerating cavity are made approximately the same, a charged particle accelerator with easy assembly and adjustment of the power divider and good energy stability of the output beam is obtained. be able to.
【００４２】また、請求項３の発明によれば、加速空胴
の温度状態をＲＦ発振器へフィードバックし発振周波数
を調整するようにしたので、加速空胴温度が変化しても
発振周波数を加速空胴の共振周波数に一致させることが
できるとともに、複数の伝送路の電気長が略同一である
ので、発振周波数を変化させても、加速空胴に供給され
る高周波電力の相対位相の変化を少なくできるので、出
力ビームのエネルギー安定度が良く、かつ、位相調整の
不要な荷電粒子加速器を得ることができる。According to the third aspect of the invention, since the temperature state of the acceleration cavity is fed back to the RF oscillator to adjust the oscillation frequency, the oscillation frequency can be adjusted even if the acceleration cavity temperature changes. The resonance frequency of the body can be matched, and the electrical lengths of multiple transmission lines are almost the same, so even if the oscillation frequency is changed, the change in the relative phase of the high-frequency power supplied to the acceleration cavity is reduced. Therefore, it is possible to obtain a charged particle accelerator in which the energy stability of the output beam is good and the phase adjustment is unnecessary.
【図１】この発明による荷電粒子加速器の実施例１のＲ
Ｆ系統を示す図である。FIG. 1 R of Example 1 of a charged particle accelerator according to the present invention
It is a figure which shows F system.
【図２】この発明による荷電粒子加速器の実施例２のＲ
Ｆ系統を示す図である。FIG. 2 R of Example 2 of charged particle accelerator according to the present invention
It is a figure which shows F system.
【図３】この発明による荷電粒子加速器の実施例３のＲ
Ｆ系統を示す図である。FIG. 3 R of Example 3 of charged particle accelerator according to the present invention
It is a figure which shows F system.
【図４】従来の荷電粒子加速器のＲＦ系統を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an RF system of a conventional charged particle accelerator.
１ ＲＦ発振器 ２ 前置ＲＦ増幅器 ３ 電力分割器 ４ 第１のＲＦ伝送路 ５ 移相器 ６ ＲＦ増幅器 ７ 第２のＲＦ伝送路 ８ 加速空胴 ９ ｎ等分電力分割器 １０ ３ｄＢ電力分割器 １１ 温度計 １２ 平均化回路 １３ 発振周波数微調回路 1 RF Oscillator 2 Pre-RF Amplifier 3 Power Divider 4 First RF Transmission Line 5 Phase Shifter 6 RF Amplifier 7 Second RF Transmission Line 8 Accelerating Cavity 9 n Even Power Divider 10 3 dB Power Divider 11 Thermometer 12 Averaging circuit 13 Oscillation frequency fine tuning circuit
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年９月１日[Submission date] September 1, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２４[Name of item to be corrected] 0024
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２４】なお、伝送路の熱膨張による位相の相対値
が変化しない場合、次にＲＦ増幅器６１、・・・６ｎの
入力位相と出力位相とのずれが問題となる。この点は、
ＲＦ増幅器６１、・・・６ｎに対する印加電圧を安定化
することにより解決する。大型の荷電粒子加速器で良く
使用されるＲＦ増幅器には例えばクライストロンがあ
る。クライストロンは、ビーム電圧Ｖｋにより出力位相
が変動する。例えば、Ｖｋ＝２５０ｋＶクラスのクライ
ストロンでは、ビーム電圧Ｖｋの変動をｄＶｋとして、 ｄφ≒８００（ｄＶｋ／Ｖｋ） （ｄｅｇ） の関係があり、ビーム電圧Ｖｋの１％の変動が８ｄｅｇ
の位相変化となり、ｃｏｓ８°＝０．９９０であるか
ら、エネルギーが約１％変動することになる。したがっ
て、クライストロンのビーム電圧Ｖｋを安定化すること
により入力と出力の位相差が安定になる。例えば、ビー
ム電圧Ｖｋをモニタし、そのピーク電圧を、ＲＦ増幅器
６１、・・・６ｎの電源（図示せず）にフィードバック
し、それに基づきビーム電圧Ｖｋを調整することにより
クライストロンのビーム電圧を安定化する。If the relative value of the phase does not change due to the thermal expansion of the transmission line, then there will be a problem between the input phase and the output phase of the RF amplifiers 61 ... 6n. This point is
The solution is to stabilize the applied voltage to the RF amplifiers 61, ..., 6n. An example of an RF amplifier often used in a large charged particle accelerator is a klystron. The output phase of the klystron varies depending on the beam voltage Vk. For example, in the klystron of Vk = 250 kV class, there is a relationship of dφ≈800 (dVk / Vk) (deg), where the fluctuation of the beam voltage Vk is dVk, and the fluctuation of 1% of the beam voltage Vk is 8 deg.
Therefore, the energy changes by about 1% because cos8 ° = 0.990. Therefore, by stabilizing the beam voltage Vk of the klystron, the phase difference between the input and the output becomes stable. For example, monitors the beam voltage Vk, the peak voltage, RF amplifier 61 is fed back to the power · · · 6n (not shown), stabilize the klystron beam voltage by adjusting the beam voltage Vk based thereon Turn into.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３３[Correction target item name] 0033
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００３３】実施例３．また、加速空胴８１、・・・８
ｎは、発熱及び冷却水温度の変動等により、その温度が
変化し、それに伴って共振周波数が変動し、空胴内の電
波の進行速度が変化する。この場合、空胴内の電波の進
行速度が荷電粒子の進行速度を一致させるようにするこ
とが、安定なエネルギーの加速ビームを得るために必要
である。したがって、ＲＦ発振器１の周波数と加速空胴
８１、・・・８ｎの共振周波数を一致させることが必要
である。Example 3. Also, the acceleration cavity 81, ... 8
The temperature of n changes due to heat generation, fluctuations in cooling water temperature, etc., and the resonance frequency fluctuates accordingly, and the traveling speed of the radio wave in the cavity changes. In this case, it is necessary to make the traveling speed of the radio wave in the cavity match the traveling speed of the charged particles in order to obtain an acceleration beam with stable energy. Therefore, it is necessary to match the frequency of the RF oscillator 1 with the resonance frequency of the acceleration cavities 81, ... 8n.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３７[Name of item to be corrected] 0037
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００３７】平均化回路１２の出力は発振周波数微調回
路１３に送られ、発振周波数微調回路１３は、加速空胴
の温度の状態を示す平均化回路１２の出力に基づき、Ｒ
Ｆ発振器１の発振周波数が加速空胴の共振周波数に一致
するように調整する。すなわち、加速空胴の温度Ｔとそ
の共振周波数ｆ0とは、ｄｆ0／ｄＴ＝-50ｋＨｚ／℃（3
000ＭＨｚの進行波加速管の場合）の関係があるから、
ｆ0＝ｇ（Ｔ）＝-50Ｔ（ｋＨｚ）として、温度Ｔの変化
ｄＴに対して、共振周波数はｆ0−ｄｆ0＝ｇ（Ｔ＋ｄ
Ｔ）のように変化する。したがって、共振周波数ｆOSC
をｆOSC−ｄｆ0となるように調整する。発振周波数微調
回路１３は、平均化回路１２の出力に基づき、温度変化
ｄＴを求め、それに対応するｄｆ0を求め、ＲＦ発振器
１の周波数を上記のように調整する。ＲＦ発振器１に
は、シンセサイズド信号発生器等が用いられ、周波数の
制御は外部から、ＧＰ−ＩＢ等を用いて行うことができ
る。The output of the averaging circuit 12 is sent to the oscillation frequency fine adjusting circuit 13, and the oscillation frequency fine adjusting circuit 13 outputs R based on the output of the averaging circuit 12 showing the temperature state of the acceleration cavity.
The oscillation frequency of the F oscillator 1 is adjusted to match the resonance frequency of the acceleration cavity. That is, the temperature T of the accelerating cavity and its resonance frequency f 0 are df 0 / dT = −50 kHz / ° C. (3
(For traveling wave accelerator of 000MHz)
Assuming that f 0 = g (T) = − 50 T (kHz), the resonance frequency is f 0 −df 0 = g (T + d) with respect to the change dT of the temperature T.
It changes like T). Therefore, the resonance frequency f OSC
Is adjusted to be f OSC −df 0 . The oscillation frequency fine adjustment circuit 13 obtains a temperature change dT based on the output of the averaging circuit 12, obtains a corresponding df 0 , and adjusts the frequency of the RF oscillator 1 as described above. The RF oscillator 1, shea Nsesaizudo signal generator or the like is used, control of the frequency can be performed from the outside, using a GP-IB or the like.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４２[Correction target item name] 0042
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４２】また、請求項３の発明によれば、加速空胴
の温度状態をＲＦ発振器へフィードバックし発振周波数
を調整するようにしたので、加速空胴温度が変化しても
発振周波数を加速空胴の共振周波数に一致させることが
できるとともに、複数の伝送路の電気長が略同一である
ので、発振周波数を変化させても、加速空胴に供給され
る高周波電力の相対位相の変化がないので、出力ビーム
のエネルギー安定度が良く、かつ、位相調整の不要な荷
電粒子加速器を得ることができる。According to the third aspect of the invention, since the temperature state of the acceleration cavity is fed back to the RF oscillator to adjust the oscillation frequency, the oscillation frequency can be adjusted even if the acceleration cavity temperature changes. The resonance frequency of the body can be matched, and the electrical lengths of the multiple transmission lines are almost the same, so there is no change in the relative phase of the high-frequency power supplied to the accelerating cavity even if the oscillation frequency is changed. Therefore, it is possible to obtain a charged particle accelerator in which the energy stability of the output beam is good and the phase adjustment is unnecessary.
Claims (3)
発生する発振器と、上記発振器の出力電力を分割する電
力分割器と、略同一の電気長を有し、上記電力分割器に
より分割された高周波電力を伝送する複数の伝送路と、
上記伝送路を介して供給される上記高周波電力に基づ
き、荷電粒子を加速する複数の加速空洞とを備えたこと
を特徴とする荷電粒子加速器。1. An oscillator that generates high-frequency power for accelerating charged particles and a power divider that divides output power of the oscillator have substantially the same electrical length, and are divided by the power divider. A plurality of transmission lines for transmitting high frequency power,
A charged particle accelerator comprising: a plurality of accelerating cavities that accelerate charged particles based on the high frequency power supplied through the transmission path.
発生する発振器と、入力を２つの出力に分割する２分割
電力分割器が縦続接続されてなり、上記発振器の出力電
力を順次分割する電力分割器と、略同一の電気長を有
し、上記電力分割器により分割された高周波電力を伝送
する複数の伝送路と、上記伝送路を介して供給される上
記高周波電力に基づき、荷電粒子を加速する複数の加速
空洞とを備えたことを特徴とする荷電粒子加速器。2. An oscillator for generating high-frequency power for accelerating charged particles, and a two-divided power divider for dividing an input into two outputs, which are cascade-connected, and a power for sequentially dividing the output power of the oscillator. A plurality of transmission lines having substantially the same electric length as the divider and transmitting the high-frequency power divided by the power divider, and the high-frequency power supplied through the transmission lines, based on the charged particles, A charged particle accelerator comprising: a plurality of accelerating cavities for accelerating.
発生する発振器と、上記発振器の出力電力を分割する電
力分割器と、略同一の電気長を有し、上記電力分割器に
より分割された高周波電力を伝送する複数の伝送路と、
上記伝送路を介して供給される上記高周波電力に基づ
き、荷電粒子を加速する複数の加速空洞と、上記加速空
洞の温度を検出する温度検出器と、上記温度検出器の出
力に基づき上記発振器の出力周波数を制御する周波数制
御回路とを備えたことを特徴とする荷電粒子加速器。3. An oscillator that generates high-frequency power for accelerating charged particles and a power divider that divides the output power of the oscillator have substantially the same electrical length and are divided by the power divider. A plurality of transmission lines for transmitting high frequency power,
Based on the high frequency power supplied through the transmission path, a plurality of accelerating cavities that accelerate charged particles, a temperature detector that detects the temperature of the accelerating cavities, and an oscillator based on the output of the temperature detector. A charged particle accelerator comprising: a frequency control circuit for controlling an output frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14210993A JPH06349599A (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Charged particle accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14210993A JPH06349599A (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Charged particle accelerator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06349599A true JPH06349599A (en) | 1994-12-22 |
Family
ID=15307635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14210993A Pending JPH06349599A (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Charged particle accelerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06349599A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2566118A (en) * | 2017-08-29 | 2019-03-06 | Alceli Ltd | Linear accelerating structure for protons |
| WO2019142389A1 (en) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Accelerator and accelerator system |
| GB2583378A (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-28 | Elekta ltd | Waveguide for a linear accelerator and method of operating a linear accelerator |
| CN114025464A (en) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 晁阳 | Linear accelerator based on distributed injection solid-state microwave source |
-
1993
- 1993-06-14 JP JP14210993A patent/JPH06349599A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2566118A (en) * | 2017-08-29 | 2019-03-06 | Alceli Ltd | Linear accelerating structure for protons |
| GB2566118B (en) * | 2017-08-29 | 2021-01-27 | Alceli Ltd | Linear accelerating structure for protons |
| WO2019142389A1 (en) * | 2018-01-22 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Accelerator and accelerator system |
| CN111630940A (en) * | 2018-01-22 | 2020-09-04 | 国立研究开发法人理化学研究所 | Accelerator and accelerator system |
| JPWO2019142389A1 (en) * | 2018-01-22 | 2021-01-07 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Accelerator and accelerator system |
| US11432394B2 (en) | 2018-01-22 | 2022-08-30 | Riken | Accelerator and accelerator system |
| CN111630940B (en) * | 2018-01-22 | 2023-10-17 | 国立研究开发法人理化学研究所 | Accelerator and accelerator system |
| GB2583378A (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-28 | Elekta ltd | Waveguide for a linear accelerator and method of operating a linear accelerator |
| CN114025464A (en) * | 2021-10-28 | 2022-02-08 | 晁阳 | Linear accelerator based on distributed injection solid-state microwave source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4518596B2 (en) | High frequency acceleration method and apparatus | |
| US3577207A (en) | Microwave plasmatron | |
| US7445690B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP2624678B2 (en) | Signal amplifier | |
| WO2014132391A1 (en) | Method for manufacturing high frequency accelerator, high frequency accelerator, and circular accelerator system | |
| US10218325B2 (en) | Spatial power combining mechanism (SPCM) for the generation and amplification of electromagnetic radiation | |
| WO2006033278A1 (en) | Magnetron oscillation device | |
| JPH06349599A (en) | Charged particle accelerator | |
| US11239809B2 (en) | High-frequency power amplifier apparatus | |
| JP3856153B1 (en) | Magnetron oscillator | |
| JP2002260899A (en) | Power source system for plasma process device | |
| JP3856154B1 (en) | Magnetron oscillator | |
| US20190020361A1 (en) | Wirelessly referenced multi-octave oscillator | |
| JPS63274098A (en) | Standing wave linear accelerator | |
| AHN | Gain and bandwidth of a gyrotron amplifier with tapered rectangular waveguide | |
| JPH05198391A (en) | Microwave plasma device | |
| US2439831A (en) | High-frequency apparatus | |
| US4143341A (en) | Delay line for traveling wave tubes, in particular to the amplification of mm waves | |
| US3433999A (en) | Non-resonant stub supports for slow wave circuits | |
| US2556181A (en) | High-frequency electron discharge device | |
| US4392079A (en) | Method of adjusting phase shift in amplification multicavity klystron and device therefor | |
| US2535793A (en) | Magnetron | |
| RU2019921C1 (en) | Multi-section linear microwave accelerator | |
| US2559730A (en) | Method of and system for stabilizing microwave oscillations | |
| GB673957A (en) | Improvements in or relating to microwave circuit arrangements |