JP2799066B2

JP2799066B2 - 加速器

Info

Publication number: JP2799066B2
Application number: JP29475090A
Authority: JP
Inventors: 直久都築
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH04169100A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、高エネルギーの荷電粒子ビーム（以下、単
にビームとする。）を得ることを目的とする加速器に関
する。

（従来の技術）近年、高エネルギー加速器は、産業上の様々な分野に
おいて応用の可能性が分かってきた。例えば、電子シン
クロトロンにおいて、電子ビームが磁場中において発生
するシンクロトロン放射光は、極めて強力かつ高品質で
また波長が短い。このことから、このシンクロトロン放
射光が微細加工に適用できる事が注目されている。

以下、シンクロトロン加速器の概略を説明する。

第７図は、シンクロトロン加速器本体の一例を示すも
のである。大きさは用途によりさまざまであるが、同図
には中規模（直径数十ｍ程度）の加速専用のリングを示
している。このシンクロトロン加速器では、加速前の比
較的低いエネルギーのビームが別の加速器（例えばライ
ナック）により作られ、入射ビームトランスポート２よ
りシンクロトロン１に入射される。ビームは、シンクロ
トロン１のリング上に複数個配置される偏向電磁石４
（以下、BMと記す。）によって曲げられ、リング状の真
空ビームダクト内を周回する。ビームは、周回する間に
複数の４極電磁石５（以下、QMと記す。）によって、そ
の広がりが制御される。また、これらの電磁石の製作上
及び据え付け上の誤差によるビームの軌道の歪みを補正
するため、複数の補正電磁石６（以下、SMと記す。）が
設けられている。ビームは、加速空洞７に加えられる電
磁波からエネルギーを受け加速され、所定のエネルギー
に達したところで、ビームは出射ビームトランスポート
８よりシンクロトロン１の外部に導かれる。

ところで、ビーム軌道を一定に維持するため、BM4やQ
M5により発生する磁場は、ビームの加速にともないビー
ムのエネルギーにほぼ比例して強められる。

第８図は、BM4とSM6に供給される電流の変化を示すタ
イムチャートである。

同図に示すように、シンクロトロン１の運転が開始さ
れると、BM4、QM5、SM6にそれぞれ対応する制御電源装
置より初期電流が通電される。この初期電流は、入射ビ
ームのエネルギーに対応して理論的に決められている。

運転開始から所定の時間経過後、シンクロトロン１に
ビームが入射される。

ビームの入射からt_acc時間が経過した後、予め設定さ
れた率でBM4の電流値が増加される。BM4の電流値の増加
にともない、ビームのエネルギーも増加させられる。ビ
ームのエネルギーが所定のエネルギーレベルに達したと
き、BM4の電流値は一定値とされる。この後、ビームは
シンクロトロン１の外部に取り出される。

このように、BM4により発生する磁場は、ビームのエ
ネルギーの増大にほぼ比例して強められる。

しかしながら、従来の加速器では、ビームの軌道の歪
みを補正するSM6に供給される電流値は、BM4に供給され
る電流値にかかわらず初期値のままであった。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、ビーム入射の時点でBMにより発生す
る磁場の補正を行う電流がSMに供給される。これは、ビ
ーム入射を精度良く行う上で極めて重要である。

しかし、ビーム出射の時点においてBMに供給される電
流値は、ビーム入射時とは全く異なっている。

このため、SMに供給される電流値が初期電流値のまま
である従来の加速器では、ビーム軌道の補正は十分に行
われないという問題があった。

一方、微細加工への応用面から、出射後のビーム軌道
の精度を向上させることが課題となっている。

本発明は、このような点に対処してなされたもので、
ビーム出射の時点でのビーム軌道の補正を精度良く行う
ことのできる加速器を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、リングに入射された荷電粒子ビームの軌道
の偏向を行う偏向電磁石と、この偏向電磁石により偏向
された荷電粒子ビームの軌道の補正を行う補正電磁石
と、前記偏向電磁石へ電流を供給する第１の電源と、前
記補正電磁石へ電流を供給する第２の電源と、前記第１
の電源が前記偏向電磁石へ供給する電流を荷電粒子ビー
ムの加速に応じて制御する制御手段とを備える加速器に
おいて、荷電粒子ビーム入射時に、前記補正電磁石へ供
給する電流基準値を記憶する第１の記憶手段と、荷電粒
子ビーム出射時に、前記補正電磁石へ供給する電流基準
値を記憶する第２の記憶手段と、前記第１及び第２の記
憶手段に記憶される電流基準値を所定のタイミングで選
択する選択手段と、この選択手段により選択された電流
基準値の電流を前記補正電磁石へ供給する電流供給手段
とを具備するものである。

これら第１及び第２の記憶手段に記憶される電流基準
値は、いずれもビーム軌道の補正を適切に行うことがで
きる値であり、電磁石の発生する誤差磁場を計測するこ
とにより論理的に決定される。

（作用）本発明では、選択手段により所定のタイミングで選択
される第１または第２の記憶手段に記憶される電流基準
値の電流を補正電磁石へ供給するので、入射ならびに出
射の時点でのビーム軌道の補正を精度良く行うことがで
きる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例のシンクロトロン加速器
の制御部の構成を示すブロック図、第２図は、制御用計
算機のより詳細な構成を示すブロック図、第３図は、SM
制御電源装置のより詳細な構成を示すブロック図、第４
図は、シンクロトロンの動作を示すタイムチャートであ
る。

第１図に示すように、制御部100は、制御用計算機11
0、タイミング制御装置120、制御用計算機110とタイミ
ング制御装置120との間の通信手段130、BM制御電源装置
140、QM制御電源装置150、及び複数のSM制御電源装置16
0からその主要部が構成されている。

制御用計算機110は、全体の制御を行う。タイミング
制御装置120から入力されるクロック信号に基づいて、B
M制御電源装置140、QM制御電源装置150に対してこれら
の電源がそれぞれBM400、QM500に供給する電流の基準信
号を時間的に変化するパターンとして与える。この信号
を、ここではパターン制御基準信号と称する。SM制御電
源装置160に対しては、ビーム入射時ならびに出射時に
この電源がSM600に供給する電流値を一定値制御基準信
号として与える。タイミング制御装置120に対しては、t
_cyc、t_M、t_inj等の動作タイミングを指定するタイミン
グデータを通信手段30を介して送出する。

タイミング制御装置120は、制御用計算機110から送ら
れるタイミングデータに基づく各タイミングで、BM制御
電源装置140、QM制御電源装置150に対してタイミング制
御信号を、SM制御電源装置160に対して基準値切替え信
号を出力する。

BM制御電源装置140、QM制御電源装置150、及びSM制御
電源装置160は、制御用計算機110から入力されるデータ
と、タイミング制御装置120から入力されるタイミング
制御信号、基準値切替え信号に基づいてBM400、QM500、
及びSM600へ電流を供給する。

また、第２図に示すように、制御用計算機110の主要
部は、演算制御装置111、タイミング制御装置120との間
の通信を制御する通信制御装置112、SM制御電源装置160
へ信号を出力するディジタル出力装置113、BM制御電源
装置140、QM制御電源装置150へ出力するパターン制御基
準信号を発生するパターンメモリ装置115、このシンク
ロトロンの運転に関する各種操作を行う操作パネル11
7、操作パネル117に設けられたスイッチから操作を入力
するディジタル入力装置116、タイミングデータ等、各
種データの入力及び表示を行うCRTディスプレイ118、及
びCRTディスプレイ118から入力されたデータをデータフ
ァイルとして記憶する例えばハードディスクなどの補助
メモリ装置119により構成されている。補助メモリ装置1
19に記憶される、タイミングデータの一例を第５図に示
す。

さらに、第３図に示すように、SM制御電源装置160の
主要部は、制御用計算機110から与えられる一定値制御
基準信号を保持する第一の基準値レジスタ161、第二の
基準値レジスタ162、第一の基準値レジスタ161と第二の
基準値レジスタ162の保持する基準値の何れかをタイミ
ング制御装置120から入力される基準値切替え信号に基
づいて選択し出力する切替え器163、この切替え器163に
より選択された基準値をアナログ基準信号に変換するデ
ィジタル・アナログ（D/A）変換器164、変換されたアナ
ログ基準信号に基づきSM600に電流を供給する電源装置1
65により構成されている。

なお、一定値制御基準信号は、16 bitで構成されてお
り、第一の基準値と第二の基準値とは、先頭の0bitで識
別される。即ち、第６図に示すように、制御用計算機11
0から与えられる一定値制御基準信号の先頭の0bitが０
のとき第一の基準値として第一の基準値レジスタ161に
保持される。一方、先頭の0 bitが１のとき第二の基準
値として第二の基準値レジスタ162に保持される。

次に、このように構成されたシンクロトロンの制御部
100の動作について説明する。

第４図に示すタイムチャートにおいて、データ設定で
は、補助メモリ装置119から運転用データが読込まれ、
タイミング制御装置120にタイミングデータが、パター
ンメモリ装置115にパターン基準データが、SM制御電源
装置160に対して第一の基準値、第二の基準値が出力さ
れる。

操作パネル117より運転指令が入力されると、制御用
計算機110から各電源及びタイミング制御装置120に対し
て動作開始指令がディジタル出力装置113から出力さ
れ、BM400、QM500、SM600に初期電流の通電が開始され
る。このとき、SM600には、第一の基準値レジスタ161に
保持されている第一の基準値が、切替え器163により選
択されて電源装置165の基準値として出力されている。
この第一の基準値は、入射ビームのエネルギーに対応し
て最適な値が決められる。

動作開始指令よりt_Mの時間遅れをもって、加速開始信
号がタイミング制御装置120から出力される。加速開始
信号は、以降t_cycの時間間隔で運転指令が解除されるま
で、周期的に出力される。

加速開始信号からt_injの時間遅れの後、ビーム入射信
号がタイミング制御装置120から発せられる。このビー
ム入射信号によってビームがシンクロトロンに入射され
る。

また、加速開始信号からt_accの時間遅れをもって、タ
イミング制御装置120からクロック信号の出力が開始さ
れる。このクロック信号に基づいて、パターンメモリ装
置115よりパターン制御基準信号がBM制御電源装置140に
出力される。BM制御電源装置140は、このパターン制御
基準信号によりBM400の電流値を増加させる。これにと
もないビームのエネルギーも増加させられる。

加速開始信号からt_chgのタイミングで基準値切替え信
号が出力される。この基準値切替え信号により切替え器
163の出力が、第二の基準値に切替えられる。これによ
りSM制御電源装置160からSM600に供給される電流値が、
ビーム出射に適した電流値に変更される。

ビームのエネルギーが所定のエネルギーレベルに達し
たところで、BM制御電源装置140からBM400に供給される
電流値が一定値にされる。

加速開始信号からt_extの時間遅れの後、ビーム出射信
号がタイミング制御装置120から出力され、ビームはシ
ンクロトロンの外部に取出される。

加速開始信号からt_stpの時間遅れの時点で加速停止信
号がタイミング制御装置120から出力される。これによ
り、クロック信号が停止し、各電磁石の電流は初期値に
まで落とされる。また、基準値切替え信号が出力されて
切替え器163は、第二の設定値から第一の設定値に切替
えられる。

以降、加速開始信号が出力されるたびに、上述の動作
が繰返される。

このように、ビームの入射時と出射時とで、SM600に
供給する電流を切替えているので、出射時にも適正なビ
ーム軌道の補正を行うことができる。

また、基準値レジスタ161、162に書込む基準値を変え
ることで、加速後のエネルギーの異なるような運転にも
容易に対処できる。基準値が切替えられるタイミングも
制御用計算機110からタイミング制御装置120に与えるタ
イミングデータにより変えることができるので、繰返し
周期が変わる運転にも、基準値切替えのタイミングを変
えて対処できるなお、上述の実施例では、SM制御電源装置に第一の基
準値レジスタ、第二の基準値レジスタ、切替え器を設け
たが、これらは制御用計算機内に設けてもよい。

また、制御用計算機は、いわゆるコンピュータのほか
にもシーケンス制御回路とディジタルスイッチの組合わ
せなどで実現してもよい。

［発明の効果］本発明の加速器によれば、選択手段により所定のタイ
ミングで選択される第１または第２の記憶手段に記憶さ
れる電流基準値の電流を補正電磁石へ供給するので、ビ
ーム入射時とビーム出射時におけるビーム軌道の補正を
適正に行うように補正電磁石に電流を与えることがで
き、出射されるビームを高精度に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のシンクロトロン加速器の制御
部の構成を示すブロック図、第２図は制御用計算機のよ
り詳細な構成を示すブロック図、第３図はSM制御電源装
置のより詳細な構成を示すブロック図、第４図はシンク
ロトロンの動作を示すタイムチャート、第５図は補助メ
モリ装置に記憶され、起動後タイミング制御装置に与え
られるタイミングデータの一例を示す図、第６図は基準
値レジスタに保持される一定値制御基準信号を示す図、
第７図はシンクロトロン加速器本体の構成を示す図、第
８図は従来の運転動作を示すタイムチャートである。１……シンクロトロン、４、400……偏向電磁石（B
M）、５、500……４極電磁石（QM）、６、600……補正
電磁石（SM）、100……制御部、110……制御用計算機、
120……タイミング制御装置、130……通信手段、140…
…BM制御電源装置、150……QM制御電源装置、160……SM
制御電源装置,111……演算制御装置、113……ディジタ
ル出力装置、115……パターンメモリ装置、119……補助
メモリ装置、161……第一の基準値レジスタ、162……第
二の基準値レジスタ、163……切替え器163、164……デ
ィジタル・アナログ（D/A）変換器、165……電源装置。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リングに入射された荷電粒子ビームの軌道
の偏向を行う偏向電磁石と、この偏向電磁石により偏向
された荷電粒子ビームの軌道の補正を行う補正電磁石
と、前記偏向電磁石へ電流を供給する第１の電源と、前
記補正電磁石へ電流を供給する第２の電源と、前記第１
の電源が前記偏向電磁石へ供給する電流を荷電粒子ビー
ムの加速に応じて制御する制御手段とを備える加速器において、荷電粒子ビーム入射時に、前記補正電磁石へ供給する電
流基準値を記憶する第１の記憶手段と、荷電粒子ビーム出射時に、前記補正電磁石へ供給する電
流基準値を記憶する第２の記憶手段と、前記第１及び第２の記憶手段に記憶される電流基準値を
所定のタイミングで選択する選択手段と、この選択手段により選択された電流基準値の電流を前記
補正電磁石へ供給する電流供給手段とを具備することを特徴とする加速器。