JP3302852B2 - Accelerator, beam emission control method thereof, and beam emission control device - Google Patents
Accelerator, beam emission control method thereof, and beam emission control deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はシンクロトロンのような
加速器に係り、特に、”遅い取出し”と呼ばれるビーム
出射制御方式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an accelerator such as a synchrotron, and more particularly to a beam emission control system called "slow extraction".
【0002】[0002]
【従来の技術】シンクロトロンのような加速器の運転で
重要なことは、粒子が所定の閉軌道を周回運動している
うちに、閉軌道から逃げないように磁場を生成すること
である。この磁場は主電磁石とよばれる偏向電磁石、集
束4極電磁石、発散4極電磁石より発生する磁場の合成
である。2. Description of the Related Art It is important in the operation of an accelerator such as a synchrotron to generate a magnetic field so that particles do not escape from a closed orbit while moving around the orbit. This magnetic field is a combination of magnetic fields generated by a bending electromagnet, a focusing quadrupole electromagnet, and a diverging quadrupole electromagnet, called a main electromagnet.
【0003】シンクロトロンで加速したビームを出射す
る場合、通常は、キッカやバンプと呼ばれる電磁石をパ
ルス的に励磁して閉軌道を一時的に変化させ、一挙にシ
ンクロトロン外に取出し、次段の加速器等に送り出す。
このときの出射ビームのパルス幅は、マイクロ秒で測る
大きさである。When a beam accelerated by a synchrotron is emitted, usually, a closed orbit is temporarily changed by exciting an electromagnet called a kicker or a bump in a pulsed manner, and is taken out of the synchrotron at once. Send to accelerator etc.
The pulse width of the output beam at this time is a size measured in microseconds.
【0004】一方、治療用、高エネルギー物理実験ある
いは生物実験用等には、出射ビームのパルス幅を数百ミ
リ秒から数秒以上に広くとる必要がある。これは”遅い
取出し”とよばれるビーム出射制御方式によって行われ
る。On the other hand, for therapeutic use, high-energy physics experiments, biological experiments, and the like, it is necessary to increase the pulse width of the emitted beam from several hundred milliseconds to several seconds or more. This is done by a beam emission control scheme called "slow extraction".
【0005】このビーム出射制御方式は、従来より種々
の方式が試みられている。代表的な方式としては、共鳴
出射法と呼ばれる方式で、閉軌道を中心として運動する
ビーム粒子のベータトロン振動周期が、ビームの安定周
回に深く関わっていることを利用するものである。Various beam emission control methods have been tried in the past. A typical method is a method called a resonance emission method, which utilizes the fact that the betatron oscillation period of a beam particle moving around a closed orbit is deeply related to the stable orbit of the beam.
【0006】ベータトロン振動周期を軌道の1周で規格
化したものをチューンと呼ぶ。チューンの値が、特定の
共鳴値(例えば1/2や1/3)の倍数の場合、ビーム
は安定な領域が小さく、ビームは軌道を外れやすい。チ
ューンの値が別の整数比(1/4や1/5以下)の倍数
の場合、ビームの安定領域はより大きく、全体として安
定である。[0006] A thing in which the betatron oscillation period is normalized by one round of the orbit is called a tune. When the tune value is a multiple of a specific resonance value (for example, 1/2 or 1/3), the beam has a small stable area and the beam is likely to be out of orbit. If the tune value is a multiple of another integer ratio (1/4 or 1/5 or less), the beam stability area is larger and overall stable.
【0007】チューンの値は、集束4極電磁石の磁場
(したがって電流)が、偏向電磁石の磁場(あるいは電
流)との間で保っているトラッキング比を変化させるこ
とにより調整できる。即ち、ビームの入射から加速の間
は安定なチューンの値(例えば1/4の倍数)を保ち、
ビーム出射区間で集束4極電磁石の磁場を不安定なチュ
ーンの値(例えば1/3の倍数)へ変化させる。これに
より、ビームの不安定領域が広がり、ビーム取り出し部
に設けた電極を介し、不安定領域のビームをシンクロト
ロン外に取り出す。The tune value can be adjusted by changing the tracking ratio that the magnetic field (and thus the current) of the focusing quadrupole magnet maintains with the magnetic field (or current) of the bending electromagnet. That is, a stable tune value (for example, a multiple of 1/4) is maintained during the period from the incidence of the beam to the acceleration.
The magnetic field of the focusing quadrupole electromagnet is changed to an unstable tune value (for example, a multiple of 1/3) in the beam emission section. As a result, the unstable region of the beam expands, and the beam in the unstable region is extracted outside the synchrotron via the electrode provided in the beam extraction unit.
【0008】このようなシンクロトロンのビーム制御方
式を解説した文献に、亀井亨、木原元央著「パリティ物
理学コース”加速器科学”」(丸善株式会社、平成5年
9月)等がある。Documents describing such a synchrotron beam control method include "Parity Physics Course" Accelerator Science "" by Toru Kamei and Motohiro Kihara (Maruzen Co., Ltd., September 1993).
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の”遅い
取出し”とよばれるビーム出射制御方式は、集束4極電
磁石の僅かな磁場変化でビームの不安定領域を制御する
ために、励磁電流のリップルに対し非常に敏感となり、
その結果、出射ビームが商用周波数と同期した不安定な
パルスとなってしまうことが多かった。However, in the conventional beam extraction control method called "slow extraction", a small change in the magnetic field of the focusing quadrupole electromagnet controls the unstable region of the beam. Very sensitive to ripple,
As a result, the output beam often becomes an unstable pulse synchronized with the commercial frequency.
【0010】このため、加速器の出射ビームを取り込ん
で治療や試験などを行うビーム照射装置においては、照
射範囲を走査する動作周期が商用周波数程度からその数
倍と近いため、出射ビームが照射範囲の特定個所に偏る
恐れがあり、医療用の場合には被照射体(患者)の安全
上の問題、試験用の場合には精度上の問題があった。For this reason, in a beam irradiation apparatus that takes in the beam emitted from the accelerator and performs a treatment or a test, the operation cycle of scanning the irradiation range is close to the commercial frequency to several times that of the commercial frequency. There is a risk of being biased to a specific location, and there is a problem of safety of the irradiated object (patient) for medical use, and a problem of accuracy for test use.
【0011】このような現象を回避するためには、励磁
電流の残留リップルを例えば10~7以下にするか、出射
ビームにのるリップルを検出して励磁電流の残留リップ
ルを抑制するフィードバック制御を行う等の対策が考え
られる。しかし、実現は困難で、仮に実現が可能として
も、装置コストの大幅アップが免れず、汎用には供し得
ないものである。In order to avoid such a phenomenon, the residual ripple of the exciting current is set to, for example, 10 to 7 or less, or feedback control for suppressing the residual ripple of the exciting current by detecting the ripple on the output beam is performed. Measures such as taking measures are conceivable. However, realization is difficult. Even if realization is possible, a significant increase in apparatus cost is unavoidable and cannot be used for general purposes.
【0012】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
簡単な手法で解決し、電源リップルの影響がない安定な
ビーム出射制御方法及び装置を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by a simple method and to provide a stable beam emission control method and apparatus which are not affected by a power supply ripple.
【0013】本発明の目的は、加速器から取り出した照
射ビームが、特定個所に偏らない安全なビーム照射ので
きる加速器を提供することにある。An object of the present invention is to provide an accelerator capable of performing a safe beam irradiation without irradiating an irradiation beam taken out of the accelerator to a specific location.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、偏向電
磁石、集束電磁石及び発散電磁石を備え、入射された低
速のビームを高速に加速して出射するシンクロトロンの
ような加速器で、遅い取出しと呼ばれるビームの出射制
御方法において、前記集束電磁石の磁場を、ビームの取
り出し期間(出射区間)中に、ビームが出にくい安定領
域とビームが出やすい安定領域の間で交番的に摂動させ
ることにより達成できる。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an accelerator, such as a synchrotron, which includes a bending magnet, a focusing magnet, and a diverging magnet, and which accelerates and emits a low-speed incident beam at high speed. In the beam emission control method referred to as “beam emission control method”, the magnetic field of the focusing electromagnet is alternately perturbed between a stable region where the beam is unlikely to emerge and a stable region where the beam is likely to emerge during the beam extraction period (emission period). Can be achieved.
【0015】上記磁場の摂動は、前記集束電磁石の励磁
電流を、ビームの取り出し期間中に、電磁石電源を構成
する変換器の相数で決まる点弧周期またはその倍数の周
期で変化する高周波を重畳することにより実現する。The perturbation of the magnetic field is performed by superimposing an exciting current of the focusing electromagnet with a high frequency that changes at a firing cycle determined by the number of phases of a converter constituting the electromagnet power supply or a cycle of a multiple thereof during a beam extraction period. It is realized by doing.
【0016】さらに、ビーム照射装置の動作周期を取り
込み、これと非同期となるように前記摂動の周期を設定
することを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the operation cycle of the beam irradiation apparatus is taken in, and the perturbation cycle is set so as to be asynchronous with the operation cycle.
【0017】[0017]
【作用】本発明によれば、ビーム出射区間における集束
4極電磁石の励磁電流を、前記摂動手段により、励磁電
流の電源周波数(通常、商用周波数)より十分に高い周
波数で摂動させる。これに応じて、チューンの値が変動
し、ビームの不安定領域が広がったり狭まったりするの
で、出射ビームは、電源周波数よりも大幅に高周波、例
えば周期1ミリ秒程度の細いパルス状になる。これによ
って、励磁電源のリップルの影響を回避し、出射ビーム
の安定な取り出しが可能になる。According to the present invention, the exciting current of the focusing quadrupole electromagnet in the beam emitting section is perturbed by the perturbation means at a frequency sufficiently higher than the power supply frequency (normally, commercial frequency) of the exciting current. In response to this, the value of the tune fluctuates, and the unstable region of the beam becomes wider or narrower, so that the output beam becomes a pulse having a frequency significantly higher than the power supply frequency, for example, a thin pulse having a period of about 1 millisecond. As a result, the influence of the ripple of the excitation power supply can be avoided, and the output beam can be stably extracted.
【0018】また、励磁電流の摂動は、励磁電流の振幅
値の0.01〜0.1%程度の高周波を重畳して行うの
で、構成が容易でありコスト上の障害もない。さらに、
電源のリップル含有率を従来よりも高くでき、その分安
上がりな電源を使用できる。Further, since the excitation current is perturbed by superimposing a high frequency of about 0.01 to 0.1% of the amplitude value of the excitation current, the configuration is easy and there is no obstacle to cost. further,
The ripple content of the power supply can be made higher than before, so that a cheaper power supply can be used.
【0019】さらに、摂動周波数は前記摂動周波数設定
手段により、ビーム照射装置の動作周波数(通常、商用
周波数)と非同期に設定されるので、照射ビーム分布の
偏りを回避でき、安全で信頼度の高い照射装置を提供で
きる。Further, since the perturbation frequency is set by the perturbation frequency setting means asynchronously with the operating frequency (usually the commercial frequency) of the beam irradiation device, the bias of the irradiation beam distribution can be avoided, and the safety and reliability are high. An irradiation device can be provided.
【0020】[0020]
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細
に説明する。An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0021】図2は、本発明を適用する加速器全体の構
成図である。この加速器は、周期運転するシンクロトロ
ンで、閉軌道を形成するための磁場を発生する主電磁石
や、図示していない入射電極や出射電極などを備えてい
る。主電磁石には、偏向電磁石1Bと、集束電磁石1Q
fと、発散電磁石1Qdがあり、後二者は4極電磁石で
ある。FIG. 2 is a configuration diagram of the entire accelerator to which the present invention is applied. This accelerator is a synchrotron that operates cyclically and includes a main electromagnet that generates a magnetic field for forming a closed orbit, an input electrode and an output electrode (not shown), and the like. The main electromagnet includes a bending electromagnet 1B and a focusing electromagnet 1Q.
f and a divergent electromagnet 1Qd, the latter two being quadrupole electromagnets.
【0022】各電磁石1はそれぞれの電源2B、2Q
f、2Qdから励磁される。各電源2の点弧角制御やフ
ィードバック制御(ACR及びAVR)は、それぞれの
変換器制御装置5B、5Qf、5Qdが行う。変換器制
御装置5は制御装置6からの指令値と励磁回路の制御結
果を取り込んで、その偏差に応じて点弧角を制御する。Each electromagnet 1 has a power source 2B, 2Q
f, 2Qd. The firing angle control and feedback control (ACR and AVR) of each power supply 2 are performed by the respective converter control devices 5B, 5Qf, and 5Qd. The converter control device 5 takes in the command value from the control device 6 and the control result of the excitation circuit, and controls the firing angle according to the deviation.
【0023】制御装置6B、6Qf、6Qdは、各変換
器制御装置5の制御指令値を決定し、シンクロトロンの
運転を繰返し制御する。なお、変換器制御5B、5Q
f、5Qdの基本構成は同一である。制御装置6B、6
Qf、6Qdも、本発明により付加される電流パターン
加工手段63を除けば同一である。The control devices 6B, 6Qf, and 6Qd determine the control command value of each converter control device 5 and repeatedly control the operation of the synchrotron. Note that the converter controls 5B, 5Q
f, 5Qd have the same basic configuration. Control devices 6B, 6
Qf and 6Qd are the same except for the current pattern processing means 63 added according to the present invention.
【0024】図1は、本発明の一実施例による集束電磁
石の電源制御装置の構成図である。集束電磁石1Qfは
複数個が直列接続され(以下、電磁石1Qfと略称)、
電源2により励磁される。電源2はサイリスタ変換器や
GTO変換器のような電圧源である。電源2の出力電圧
Vfは分圧器3で、出力電流IfはDCCT4で、それ
ぞれ測定され、変換器制御装置5へのフィードバック値
となる。電磁石1の励磁電流Iの制御を行うためAVR
51を設け、その出力信号であるEC指令を、自動移相
器APPS52によりサイリスタ2の点弧パルスに変換
する。FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply control device for a focusing electromagnet according to an embodiment of the present invention. A plurality of focusing electromagnets 1Qf are connected in series (hereinafter abbreviated as electromagnets 1Qf),
It is excited by the power supply 2. The power supply 2 is a voltage source such as a thyristor converter or a GTO converter. The output voltage Vf of the power supply 2 is measured by the voltage divider 3 and the output current If is measured by the DCCT 4, and becomes a feedback value to the converter control device 5. AVR for controlling the exciting current I of the electromagnet 1
An automatic phase shifter (APPS) 52 converts an EC command as an output signal into a firing pulse of the thyristor 2.
【0025】制御装置6は、ACR53に電流指令Ir
を与える電流パターンメモリ61、AVR51に電圧指
令Vrを与える電圧パターンメモリ63と、各々の出力
手段64、65を備えている。電流パターンはACR5
3(正確には演算器56)の指令値、電圧パターンはA
VR51(正確には演算器54)の指令値としてそれぞ
れ与えられ、出力電流Ifと出力電圧Vfのフィードバ
ック値との偏差に応じて、電源2の変換器の点弧制御を
行う。なお、図1で電圧パターンメモリ62を2つ備え
ているのは、交替バッファ方式で電圧パターンの変更を
可能にするためである。The control device 6 sends a current command Ir to the ACR 53.
, A voltage pattern memory 63 for giving a voltage command Vr to the AVR 51, and output means 64 and 65, respectively. The current pattern is ACR5
3 (Accurately, the arithmetic unit 56), the voltage pattern is A
The ignition control of the converter of the power supply 2 is performed in accordance with the deviation between the output current If and the feedback value of the output voltage Vf, which are given as command values of the VR 51 (more precisely, the arithmetic unit 54). The reason why two voltage pattern memories 62 are provided in FIG. 1 is to enable the voltage pattern to be changed by the alternate buffer method.
【0026】図3に、各電磁石1B、1Qf及び1Qd
の励磁電流のパターンを示す。同図(a)は偏向電磁石
電流パターンIBr、(b)は集束電磁石電流パターン
Ir’(Ir)、(c)は発散電磁石電流パターンIQ
dで、繰返し運転されるシンクロトロンの1周期分の電
流指令値を示したものである。各パターンは台形を示
し、各点のタイミングは同一である。FIG. 3 shows each of the electromagnets 1B, 1Qf and 1Qd.
2 shows the pattern of the exciting current. 14A shows a bending magnet current pattern IBr, FIG. 14B shows a focusing magnet current pattern Ir ′ (Ir), and FIG. 14C shows a diverging magnet current pattern IQ.
d shows the current command value for one cycle of the synchrotron that is repeatedly operated. Each pattern shows a trapezoid, and the timing of each point is the same.
【0027】同図(b)は、電磁石1Qfの電流パター
ンIr(IQf)で、その電流値の低い区間はシンクロ
トロンに低エネルギーの粒子を入射する期間で、電流値
(したがって磁場)の増加に比例して加速による粒子の
運動量が増加し、電流値が最大となる加速完了の区間で
シンクロトロンから照射装置7(あるいは他の加速器な
ど)へ出射する期間と対応している。FIG. 4B shows a current pattern Ir (IQf) of the electromagnet 1Qf, in which the low current value section is a period during which low energy particles are incident on the synchrotron, and the current value (and thus the magnetic field) increases. The momentum of the particles increases in proportion to the acceleration, and the section of the acceleration completion where the current value becomes maximum corresponds to the period of emission from the synchrotron to the irradiation device 7 (or another accelerator or the like).
【0028】電流パターンIrは、サイリスタ変換器2
の動作と同期した指令値にするため、(数1)に示す時
系列データIriとして与えられる。The current pattern Ir is determined by the thyristor converter 2
Is given as time-series data Iri shown in (Equation 1) in order to obtain a command value synchronized with the operation of (1).
【0029】[0029]
【数1】 (Equation 1)
【0030】ここで、1<i<n,k<m<nである。
また、kはビーム取り出し区間の開始位置、mはビーム
取り出し区間の終了位置を示す。Here, 1 <i <n and k <m <n.
K indicates the start position of the beam extraction section, and m indicates the end position of the beam extraction section.
【0031】さらに、nはシンクロトンの一周期の終わ
りを示し、電源2の変換器の相数Nと商用周波数fから
(数2)のように決まる。Further, n indicates the end of one cycle of the synchrotron, and is determined from the number of phases N of the converter of the power supply 2 and the commercial frequency f as shown in (Expression 2).
【0032】[0032]
【数2】 (Equation 2)
【0033】通常、電源2の変換器の相数N=12また
は24であり、商用周波数f=50Hz、シンクロトロ
ンの1周期の時間Ts=2秒とすると、n=1200ま
たは2400となり、Iriは1.667または0.8
33ミリ秒毎に更新されるデータとなる。Normally, assuming that the number of converter phases of the power supply 2 is N = 12 or 24, the commercial frequency f = 50 Hz, and the period Ts of one cycle of the synchrotron is 2 seconds, n = 1200 or 2400, and Iri is 1.667 or 0.8
The data is updated every 33 milliseconds.
【0034】この電流パターンIrはパターン加工装置
63に入力され、その取り出し区間の電流値Irに高周
波の摂動(振幅のジグザグ変動)を与えて、電流パター
ンIr’に加工する。この加工は出射区間(k<i<k
+m−1)の電流パターンを、(数3)に示すように制
御する。なお、入射・加速区間(i<k−1)や出射後
のリセット区間(k+m<i<k+n)は変更なく、I
r=Ir’である。The current pattern Ir is input to the pattern processing device 63, and is processed into a current pattern Ir 'by giving a high-frequency perturbation (zigzag variation in amplitude) to the current value Ir in the extraction section. This processing is performed in the emission section (k <i <k
+ M-1) is controlled as shown in (Equation 3). Note that the incident / acceleration section (i <k-1) and the reset section (k + m <i <k + n) after emission are unchanged,
r = Ir ′.
【0035】[0035]
【数3】 (Equation 3)
【0036】ここで、Aは高周波の振幅値で、概ね台形
部の振幅値Irの0.01〜0.1%である。なお、A
の値を固定にせず、チューンと共に変化させるようにし
てもよい。Mは与える摂動の周期Tr(M/N・f)
を、変換器2の点弧周期の何倍とするかを決める値であ
る。Mが1以外の場合、電流パターンの(数3)による
制御はM個単位となる。Here, A is a high frequency amplitude value, which is approximately 0.01 to 0.1% of the amplitude value Ir of the trapezoidal portion. Note that A
May be changed together with the tune instead of being fixed. M is the period of perturbation Tr (M / N · f) to be given
Is determined to be a multiple of the firing period of the converter 2. When M is other than 1, the control by the current pattern (Equation 3) is performed in M units.
【0037】また、パターン加工装置63は、摂動の周
期Trの設定手段を有し、取り込んだ照射装置7の動作
周期Tと非同期になるようにMを決定して、摂動周期T
rを設定している。動作周期Tは通常、商用電源周期程
度からその1/3〜1/4倍で、5〜6.7ミリ秒であ
るから、摂動周期Trはそれより短く且つ、整数倍とな
らないように設定される。なお、パターン加工装置63
は、制御装置6のソフトウエア処理の一部として実現し
てもよい。Further, the pattern processing device 63 has a means for setting a perturbation period Tr, and determines M so as to be asynchronous with the operation period T of the irradiating device 7 taken in. The perturbation period T
r is set. The operation cycle T is usually 1/3 to 1/4 times the commercial power supply cycle and 5 to 6.7 milliseconds. Therefore, the perturbation cycle Tr is set to be shorter and not an integral multiple. You. The pattern processing device 63
May be realized as a part of software processing of the control device 6.
【0038】図3(b)の拡大図は、このように作成さ
れた電流パターンを模式的に示したものである。この例
示はM=1の場合で、電磁石1Qfの電流パターンIr
の台形部分が、ジグザグに変更されたパターンIr’に
加工されている。この結果、摂動開始点kにおける電流
値(したがって磁場)はビームが出にくい安定領域とな
り、次のk+1点ではビームの出やすい不安定領域とな
り、これを短い周期で往復しながらk+m−1点まで繰
り返している。この場合、kが偶数か奇数かにより、電
流パターンIr’の摂動を始める方向が異なるが、開始
点kは変換器の相数Nの偶数倍とするのが自然である。The enlarged view of FIG. 3 (b) schematically shows the current pattern thus created. In this example, M = 1, and the current pattern Ir of the electromagnet 1Qf is
Is processed into a zigzag pattern Ir ′. As a result, the current value (therefore, the magnetic field) at the perturbation start point k becomes a stable area where the beam is hard to come out, and at the next k + 1 point, it becomes an unstable area where the beam is easy to come out. Repeat. In this case, the direction in which the perturbation of the current pattern Ir 'starts differs depending on whether k is an even number or an odd number, but it is natural that the starting point k is an even number times the number N of phases of the converter.
【0039】シンクロトロンは、Iri=1〜nのパタ
ーンに対応する動作モードをTs=1〜2秒周期で繰り
返し、ビーム出射区間(取り出し区間)の度に、ビーム
が照射装置7に取り込まれる。なお、図3のように、集
束電磁石1Qfの電流パターンIrを右肩下がりとして
いるのは、安定領域を画するセパラトリクスの内部の面
積がベータトロン振動数の共鳴線からの距離と非線形磁
場の強さとにより変動するので、これに対応させるため
である。The synchrotron repeats the operation mode corresponding to the pattern of Iri = 1 to n at a cycle of Ts = 1 to 2 seconds, and the beam is taken into the irradiation device 7 every beam emission section (extraction section). As shown in FIG. 3, the reason why the current pattern Ir of the focusing electromagnet 1Qf is lowered to the right is that the area inside the separatrix that defines the stable region is the distance from the resonance line of the betatron frequency and the strength of the nonlinear magnetic field. This is to cope with this.
【0040】電圧パターンメモリ62に格納される電圧
パターンVrは、電流パターンIrと電磁石1の励磁回
路の定数から、(数4)により計算されて格納される。The voltage pattern Vr stored in the voltage pattern memory 62 is calculated from the current pattern Ir and the constant of the excitation circuit of the electromagnet 1 according to (Equation 4) and stored.
【0041】[0041]
【数4】 (Equation 4)
【0042】ここで、Lは電磁石1とケーブルのインダ
クタンス、Rは電磁石1とケーブルの直流抵抗である。
電圧Vrと電流Irの方向は図1の矢印の方向を正とす
る。Here, L is the inductance between the electromagnet 1 and the cable, and R is the DC resistance between the electromagnet 1 and the cable.
The directions of the voltage Vr and the current Ir are positive in the direction of the arrow in FIG.
【0043】図4は、本実施例による効果の説明図で、
電流パターン(指令値)に対応する本実施例による取り
出しビーム波形(A)と、従来の取り出しビーム波形
(B)を示したものである。FIG. 4 is an explanatory diagram of the effect of the present embodiment.
FIG. 3 shows an extracted beam waveform (A) according to the present embodiment corresponding to a current pattern (command value) and a conventional extracted beam waveform (B).
【0044】本実施例では、ビーム出射区間において、
集束4極電磁石の励磁電流を0.833ミリ秒またはそ
のM倍の高周波で摂動しているので、摂動周期に応じて
広がる不安定領域において、波形(A)のように高周波
のパルス状の出射ビームとして安定に取り出すことがで
き、電源リップルの影響を除去できる。In this embodiment, in the beam emission section,
Since the exciting current of the focusing quadrupole electromagnet is perturbed at a high frequency of 0.833 milliseconds or M times the same, high-frequency pulse-like emission as shown in waveform (A) in an unstable region spreading according to the perturbation period. It can be taken out stably as a beam, and the influence of power supply ripple can be eliminated.
【0045】一方、従来のトラッキング比による場合
は、不安定領域が電源リップルに応じて変化するため、
波形(B)のように出射ビームが商用周波数と同期した
周期Tに近いパルス状となり且つ、振幅値がリップルの
影響を受けて不安定なものとなっている。On the other hand, in the case of the conventional tracking ratio, since the unstable region changes according to the power supply ripple,
As shown in the waveform (B), the output beam has a pulse shape close to the cycle T synchronized with the commercial frequency, and the amplitude value is unstable due to the influence of the ripple.
【0046】図5は、照射ビームの分布を比較する模式
図である。本実施例による(A)の場合、シンクロトロ
ンからの出射ビームのパルス周期は照射装置7の動作周
期T(照射ビームが円を1つ描く走査周期)より十分高
く且つ、非同期となるので、照射ビームは照射範囲に一
様に分布する。一方、従来の(B)の場合、出射ビーム
のパルス周期は照射装置7の動作周期Tと同期するの
で、照射ビームが一部の範囲に偏る。従って、治療用の
照射装置の場合、従来の方式では患者の照射範囲の一部
分に集中してしまう危険性がある。これに対し、本実施
例では患者の照射範囲に平均して照射でき、安全で治療
効果も向上する。FIG. 5 is a schematic diagram for comparing the distribution of irradiation beams. In the case of (A) according to the present embodiment, the pulse cycle of the beam emitted from the synchrotron is sufficiently higher than the operation cycle T of the irradiation device 7 (scanning cycle in which the irradiation beam draws one circle) and is asynchronous, so that irradiation is performed. The beam is evenly distributed over the irradiation area. On the other hand, in the case of the conventional (B), the pulse cycle of the output beam is synchronized with the operation cycle T of the irradiation device 7, so that the irradiation beam is partially biased. Therefore, in the case of a treatment irradiation device, there is a risk that the conventional method concentrates on a part of the irradiation range of the patient. On the other hand, in this embodiment, irradiation can be performed on the irradiation range of the patient on average, and the treatment effect is improved with safety.
【0047】[0047]
【発明の効果】本発明によれば、ビーム(粒子)加速器
の”遅い取り出し”において、集束電磁石の励磁電流パ
ターンを高周波で摂動することにより、出射ビームに対
する電磁石電源のリップル(商用周波数)の影響を回避
できるので、ビーム取り出しを安定にする効果がある。According to the present invention, the influence of the ripple (commercial frequency) of the electromagnet power supply on the output beam by perturbing the exciting current pattern of the focusing electromagnet at a high frequency in the "slow extraction" of the beam (particle) accelerator. Therefore, there is an effect of stabilizing beam extraction.
【0048】また、出射ビームに電源リップルを含まな
いので、照射装置との干渉を排除でき、照射ビームを照
射範囲に一様に分布させることができるので、安全で信
頼性の高い照射が可能になる効果がある。Further, since the output beam does not include the power supply ripple, interference with the irradiation device can be eliminated, and the irradiation beam can be uniformly distributed in the irradiation range, so that safe and highly reliable irradiation can be performed. There is an effect.
【0049】さらに、励磁電流の振幅値の摂動は1%以
下と僅かであり、簡単且つ安価な構成で実現できる効果
がある。Furthermore, the perturbation of the amplitude value of the exciting current is as small as 1% or less, which is advantageous in that it can be realized with a simple and inexpensive configuration.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の一実施例を示し、加速器における電磁
石電源の制御装置のブロック図。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a block diagram of a control device of an electromagnet power supply in an accelerator.
【図2】本発明を適用する加速器(この例はシンクロト
ロン)の全体構成図。FIG. 2 is an overall configuration diagram of an accelerator (a synchrotron in this example) to which the present invention is applied.
【図3】本実施例による偏向、集束及び発散の各電磁石
の励磁電流パターンの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of an exciting current pattern of each of the deflection, focusing, and diverging electromagnets according to the embodiment.
【図4】出射(取り出し)ビーム波形の比較図。FIG. 4 is a comparison diagram of an emitted (extracted) beam waveform.
【図5】照射装置による照射ビーム分布を説明する模式
図。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an irradiation beam distribution by the irradiation device.
1…電磁石、1B…偏向電磁石、1Qf…4極集束電磁
石、1Qd…4極発散電磁石、2…電源(サイリスタ変
換器)、2B…偏向電磁石用電源、2Qf…集束4極電
磁石用電源、2Qd…発散4極電磁石用電源、5…変換
器用制御装置、6…制御装置、51…AVR、52…A
PPS、53…ACR、54〜56…演算器、61…電
流パターンメモリ、62…電圧パターンメモリ、63…
パターン加工装置、64,65…出力装置、7…照射装
置。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electromagnet, 1B ... Bending electromagnet, 1Qf ... 4 pole focusing electromagnet, 1Qd ... 4 pole diverging electromagnet, 2 ... Power supply (thyristor converter), 2B ... Power supply for bending electromagnet, 2Qf ... Power supply for focusing 4 pole electromagnet, 2Qd ... Power source for divergent quadrupole electromagnet, 5 ... Control device for converter, 6 ... Control device, 51 ... AVR, 52 ... A
PPS, 53 ACR, 54-56 arithmetic unit, 61 current pattern memory, 62 voltage pattern memory, 63
Pattern processing device, 64, 65 ... output device, 7 ... irradiation device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−198397(JP,A) 特開 平6−111998(JP,A) 特開 平5−258900(JP,A) 特開 昭62−198099(JP,A) 特開 平8−88972(JP,A) 特開 平6−342700(JP,A) 特開 平5−67299(JP,A) 実開 平4−64991(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 13/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-198397 (JP, A) JP-A-6-111998 (JP, A) JP-A-5-258900 (JP, A) JP-A-62-1983 198099 (JP, A) JP-A-8-88972 (JP, A) JP-A-6-342700 (JP, A) JP-A-5-67299 (JP, A) JP-A-4-64991 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 13/04
Claims (6)
を備え、入射された低速のビームを高速に加速して出射
するシンクロトロンのような加速器で、遅い取出しと呼
ばれるビームの出射制御方法において、 前記集束電磁石の励磁電流を、ビームの取り出し期間中
に、電磁石電源を構成する変換器の相数で決まる点弧周
期、またはその所定倍数の周期で摂動させることを特徴
とする加速器のビーム出射制御方法。1. A beam emission control method called a slow extraction, which is provided with a bending electromagnet, a focusing electromagnet, and a diverging electromagnet, and is an accelerator such as a synchrotron which accelerates and emits an incident low-speed beam at a high speed. A beam emission control method for an accelerator, wherein the exciting current of a focusing electromagnet is perturbed during a beam extraction period at a firing cycle determined by the number of phases of a converter constituting an electromagnet power supply or a cycle of a predetermined multiple thereof. .
むビーム照射装置の動作周期と非同期とすることを特徴
とする加速器のビーム出射制御方法。2. The beam emission control method for an accelerator according to claim 1, wherein a cycle of the perturbation is asynchronous with an operation cycle of a beam irradiation device that takes in a beam emitted from the accelerator.
前記変換器の相数N及び前記所定倍数Mのとき、M/N
・fに設定することを特徴とする加速器のビーム出射制
御方法。3. The method according to claim 1, wherein the cycle of the perturbation is a frequency f of a power supply of the focusing electromagnet.
When the number of phases N of the converter and the predetermined multiple M, M / N
A beam emission control method for an accelerator, wherein f is set to f;
0.01〜0.1%の振幅で且つ、前記摂動周期で変動
する高周波を重畳することを特徴とする加速器のビーム
出射制御方法。4. The perturbation according to claim 1, 2 or 3, wherein the perturbation is a superposition of a high frequency having an amplitude of about 0.01 to 0.1% of an original current value in the extraction period and fluctuating in the perturbation cycle. A beam emission control method for an accelerator.
磁石、集束4極電磁石及び発散4極電磁石の複数の組
と、各電磁石を励磁する各々の電源用変換器と、各変換
器をフィードバック制御するACRとAVRの組合せか
らなる各々の変換器用制御装置と、前記ACRに電流指
令および前記AVRに電圧指令を与える各指令制御装置
を備え、入射された低速のビームを高速に加速して出射
するシンクロトロンのような加速器による遅い取出しと
呼ばれるビームの出射制御装置において、 前記集束4極電磁石に対応する指令制御装置は、予め記
憶されている前記電流指令のパターンを、ビームの取り
出し期間中、前記変換器の相数で決まる点弧周期に対応
する周期で摂動するパターン加工手段を設けることを特
徴とする加速器のビーム出射制御装置。5. A plurality of sets of a bending electromagnet, a focusing quadrupole electromagnet, and a diverging quadrupole electromagnet, which are alternately arranged along a closed orbit, a power converter for exciting each electromagnet, and each converter. A converter control device comprising a combination of an ACR and an AVR for feedback control; and a command control device for applying a current command to the ACR and a voltage command to the AVR to accelerate a low-speed incident beam at a high speed. In a beam emission control device called slow extraction by an accelerator such as a synchrotron that emits, a command control device corresponding to the focusing quadrupole electromagnet changes a current command pattern stored in advance during a beam extraction period. And beam patterning control of the accelerator, characterized by providing pattern processing means perturbed at a cycle corresponding to a firing cycle determined by the number of phases of the converter. Location.
石、集束電磁石及び発散電磁石の複数の組と、各電磁石
を励磁する各々の電源用変換器と、各変換器をフィード
バック制御するACRとAVRの組合せからなる各々の
変換器用制御装置と、ビームの遅い取り出しを制御する
ように前記ACRに電流指令および前記AVRに電圧指
令を与える各指令制御装置を備える加速器において、 前記集束電磁石に対応する指令制御装置は、予め記憶さ
れている前記電流指令のパターンを、ビームの取り出し
期間中、前記変換器の相数で決まる点弧周期に対応し且
つ、出射ビームを利用する照射装置の動作周期とは非同
期となるように決められた周期で摂動するパターン加工
手段を設けることを特徴とする加速器。6. A plurality of sets of a bending electromagnet, a focusing electromagnet, and a diverging electromagnet which are alternately arranged along a trajectory, a power converter for exciting each electromagnet, and an ACR for feedback-controlling each converter. An accelerator comprising: a converter control device comprising a combination of AVRs; and a command control device for applying a current command to the ACR and a voltage command to the AVR so as to control the slow extraction of the beam, corresponding to the focusing electromagnet. The command control device, the pattern of the current command stored in advance, during the beam extraction period, corresponds to the firing cycle determined by the number of phases of the converter, and the operation cycle of the irradiation device using the output beam and Is an accelerator provided with a pattern processing means that perturbs at a predetermined period so as to be asynchronous.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00923795A JP3302852B2 (en) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | Accelerator, beam emission control method thereof, and beam emission control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00923795A JP3302852B2 (en) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | Accelerator, beam emission control method thereof, and beam emission control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08203700A JPH08203700A (en) | 1996-08-09 |
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ID=11714801
Family Applications (1)
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| JP (1) | JP3302852B2 (en) |
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|---|---|---|---|---|
| DE202004009421U1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-11-03 | Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH | Particle accelerator for ion beam radiation therapy |
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-
1995
- 1995-01-24 JP JP00923795A patent/JP3302852B2/en not_active Expired - Fee Related
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