JP6444235B2 - Accelerator and accelerator tube temperature control method - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子を加速するように構成された加速管と該加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置とを備える加速器に関する。また、本発明は、荷電粒子を加速するように構成された加速管の温度管理方法に関する。 The present invention relates to an accelerator comprising an acceleration tube configured to accelerate charged particles and a cooling device configured to maintain the acceleration tube at a constant temperature. The present invention also relates to a temperature management method for an accelerating tube configured to accelerate charged particles.
原子核、素粒子等の研究、陽電子断層撮影(PET、Positron Emission Tomography)、癌放射線治療、人為的な遺伝子変異の発生、放射性廃棄物の無害化等のような様々な目的のために、荷電粒子を加速するための加速器が用いられている。加速器においては、その加速管に高周波電力を入力することによって加速管内に高周波の電磁場を生成し、生成された高周波の電磁場で荷電粒子を加速している。このような加速管の性能を維持するためには、加速管が高い寸法精度を有する必要がある。しかしながら、高周波電力を入力した際には、加速管を構成する周壁表面の電気抵抗によって加速管に熱が発生し、その結果、熱膨張によって加速管の寸法が変化し、加速管の性能が低下するおそれがある。そのため、加速器には、加速管を一定温度に維持するための冷却装置が設けられている。 Charged particles for various purposes such as research on nuclei, elementary particles, positron emission tomography (PET), cancer radiotherapy, artificial gene mutation, detoxification of radioactive waste, etc. An accelerator is used to accelerate the process. In the accelerator, a high frequency electromagnetic field is generated in the acceleration tube by inputting high frequency power to the acceleration tube, and charged particles are accelerated by the generated high frequency electromagnetic field. In order to maintain the performance of such an acceleration tube, the acceleration tube needs to have high dimensional accuracy. However, when high-frequency power is input, heat is generated in the acceleration tube due to the electrical resistance of the peripheral wall surface constituting the acceleration tube. As a result, the dimensions of the acceleration tube change due to thermal expansion, and the performance of the acceleration tube deteriorates. There is a risk. Therefore, the accelerator is provided with a cooling device for maintaining the acceleration tube at a constant temperature.
従来の冷却装置においては、例えば、特許文献1に開示されるように、冷却流体を通過可能とする流路が加速管の周壁に設けられ、この流路を流れる冷却流体によって加速管が一定温度に維持されており、流路の入口を通過する冷却流体の入口温度が一定となるように制御されている。このような加速管を確実に一定温度に維持するために、流路の入口を通過する冷却流体の入口温度と流路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を低く抑えることが要求されている。
In a conventional cooling device, for example, as disclosed in
さらに近年では、加速器の利用が活発になり、加速器においては、荷電粒子の量を増加させることが要求されている。しかしながら、荷電粒子の量を増加させた場合、加速管に入力する高周波電力を増加させる必要があり、これによって、加速管の発熱量が増加することとなる。ここで、冷却流体により一定温度に維持される加速管の発熱量Pと、冷却流体の流量Qと、冷却流体の比熱Cと、冷却流体の温度変化ΔTとの関係は、下記(式1)のようになる。 Furthermore, in recent years, the use of accelerators has become active, and in accelerators, it is required to increase the amount of charged particles. However, when the amount of charged particles is increased, it is necessary to increase the high-frequency power input to the acceleration tube, thereby increasing the heat generation amount of the acceleration tube. Here, the relationship between the heat generation amount P of the acceleration tube maintained at a constant temperature by the cooling fluid, the flow rate Q of the cooling fluid, the specific heat C of the cooling fluid, and the temperature change ΔT of the cooling fluid is expressed by the following (Equation 1). become that way.
上記(式1)によれば、加速管の発熱量が増加した場合、冷却流体の流量を増加させる必要がある。例えば、従来のRFQ(Radio Frequency Quadrupole)型の加速器においては、加速管の温度変化を1℃以内に抑えるために、発熱量を16kWとする加速管に対して、流量を300l/minとするように冷却流体を流している。同様のRFQ型の加速器において加速管の発熱量を60kWとした場合、加速管の温度変化を1℃以内に抑えるためには、流量を1125l/minとするように冷却流体を流す必要がある。また、一般的には、冷却流体の流速は1m/sec〜3m/secとされていることに対して、上述のように冷却流体の流量を1125l/minとした場合、冷却流体の流速は約9m/secとなる。 According to the above (Formula 1), when the heat generation amount of the acceleration tube increases, it is necessary to increase the flow rate of the cooling fluid. For example, in a conventional RFQ (Radio Frequency Quadrupole) type accelerator, the flow rate is set to 300 l / min with respect to an acceleration tube having a calorific value of 16 kW in order to keep the temperature change of the acceleration tube within 1 ° C. Cooling fluid is flowing through. In a similar RFQ type accelerator, when the calorific value of the accelerating tube is 60 kW, in order to keep the temperature change of the accelerating tube within 1 ° C., it is necessary to flow the cooling fluid so that the flow rate is 1125 l / min. Further, in general, the flow rate of the cooling fluid is 1 m / sec to 3 m / sec, whereas when the flow rate of the cooling fluid is 1125 l / min as described above, the flow rate of the cooling fluid is about 9 m / sec.
しかしながら、発熱量を増加させた加速管において、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を低く抑えるように冷却流体の流量を増加させ、かつ冷却流体の流速を増加させた場合、冷却流体によって流路が浸食され易くなって、加速管を作製することが難しくなる。例えば、上述したRFQ型の加速管のように、冷却流体の流量を1125l/minに増加させ、かつ冷却流体の流速を約9m/secに増加させた場合、加速管の流路が著しく浸食される。そのため、上述のように発熱量を60kWとする加速管を作製することが困難となっている。また、冷却流体の流速を増加させずに冷却流体の流量を増加させる場合、加速管の流路の数を増加させること、及び加速管の流路の横断面積を増加させることが必要になり、加速管を冷却するための構造が複雑になって、加速管を作製することが難しくなる。さらに、冷却流体の流量を増加させるためには、大容量のポンプを用いること等が必要となり、その結果、加速器が大型化し、かつ加速器の製造コストが増加するという問題がある。 However, if the flow rate of the cooling fluid is increased and the flow velocity of the cooling fluid is increased so that the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling fluid is kept low in the acceleration tube having an increased calorific value, the cooling fluid As a result, the flow path is easily eroded, making it difficult to produce an acceleration tube. For example, when the flow rate of the cooling fluid is increased to 1125 l / min and the flow rate of the cooling fluid is increased to about 9 m / sec as in the RFQ type acceleration tube described above, the flow path of the acceleration tube is significantly eroded. The Therefore, as described above, it is difficult to produce an acceleration tube having a heat generation amount of 60 kW. Further, when the flow rate of the cooling fluid is increased without increasing the flow rate of the cooling fluid, it is necessary to increase the number of flow paths of the acceleration pipe and to increase the cross-sectional area of the flow path of the acceleration pipe, The structure for cooling the acceleration tube becomes complicated, and it becomes difficult to manufacture the acceleration tube. Further, in order to increase the flow rate of the cooling fluid, it is necessary to use a large-capacity pump, and as a result, there is a problem that the accelerator is increased in size and the manufacturing cost of the accelerator is increased.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持可能とする加速器、及び加速管の温度管理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an accelerator capable of maintaining an acceleration tube having an increased calorific value at a constant temperature without increasing the flow rate of the cooling fluid, and the temperature of the acceleration tube To provide a management method.
課題を解決するために、本発明の一態様に係る加速器は、荷電粒子を加速するように構成された加速管と、前記加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置とを備え、前記冷却装置が、前記加速管に配置されると共に前記加速管を一定温度に維持するために冷却流体を流すように構成された冷却路と、前記冷却路の入口及び出口間を連結すると共に冷却流体を流すように構成された循環路と、前記循環路に配置されると共に冷却流体の流量を調節するように構成されたバルブと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を加熱するように構成されたヒータと、前記バルブ及び前記ヒータを制御可能とするように構成された制御部とを有している、加速器であって、前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度と前記冷却路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を許容しながら前記加速管への入力電力に基づいて前記入口温度の設定値が定められ、前記制御部が、前記入口温度の設定値に基づいて、前記加速管を一定温度に維持するように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成となっている。 In order to solve the problem, an accelerator according to an aspect of the present invention includes an acceleration tube configured to accelerate charged particles, and a cooling device configured to maintain the acceleration tube at a constant temperature. The cooling device is disposed in the accelerating tube and connects between a cooling passage configured to flow a cooling fluid to maintain the accelerating tube at a constant temperature, and an inlet and an outlet of the cooling passage. A circulation path configured to flow a cooling fluid; a valve disposed in the circulation path and configured to regulate a flow rate of the cooling fluid; and disposed in the circulation path and configured to heat the cooling fluid. An accelerator, and a control unit configured to be able to control the valve and the heater, wherein the accelerator has an inlet temperature of the cooling fluid passing through the inlet of the cooling path. Exit from the cooling path A set value of the inlet temperature is determined based on the input power to the acceleration tube while allowing a temperature difference with the outlet temperature of the cooling fluid passing through the control unit, and the control unit determines the set value of the inlet temperature based on the set value of the inlet temperature. Further, at least one of the valve and the heater is controlled so as to maintain the acceleration tube at a constant temperature.
本発明の一態様に係る加速器では、前記冷却装置が、前記入口温度を測定するように構成された入口温度検出部と、前記加速管に取付けられると共に前記加速管の加速管温度を測定するように構成された加速管温度検出部とをさらに有し、前記入口温度の設定値と、前記入口温度検出部により測定された前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成になっており、予め定められた前記加速管温度の目標値と、前記加速管温度検出部によって測定された前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように前記入口温度の設定値を変更する構成になっている。 In the accelerator according to one aspect of the present invention, the cooling device is attached to the acceleration tube and configured to measure the acceleration tube temperature of the acceleration tube, the inlet temperature detecting unit being configured to measure the inlet temperature. An accelerator tube temperature detector configured as described above, and when the set value of the inlet temperature is different from the measured value of the inlet temperature measured by the inlet temperature detector, the controller It is configured to control at least one of the valve and the heater so that the measured value of the temperature is equal to the set value, and is determined by the predetermined target value of the acceleration tube temperature and the acceleration tube temperature detection unit. When the measured value of the acceleration tube temperature is different, the control unit is configured to change the set value of the inlet temperature so that the measured value of the acceleration tube temperature is equal to the target value. .
本発明の一態様に係る加速器では、前記冷却装置が、2つの前記バルブと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を冷却するように構成された熱交換器と、前記循環路に配置されると共に冷却流体を貯蔵するように構成されたタンクと、前記循環路に配置されると共に冷却流体を前記加速管の冷却路に送るように構成されたポンプとをさらに有し、前記タンクが前記冷却路の出口の下流に位置し、前記ポンプが前記タンクの下流に位置し、前記ヒータが前記ポンプの下流に位置し、前記循環路が前記冷却路の出口と前記タンクとの間に2つの分流路部を有し、前記2つの分流路部の一方に、前記熱交換器及び前記2つのバルブの一方が位置し、前記2つの分流路部の他方に、前記2つのバルブの他方が位置しており、前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の設定値と測定値との差異に基づいて前記入口温度の測定値が前記設定値と等しくなるように、前記制御部が前記熱交換器及び前記ポンプをさらに制御できるように構成されている。 In the accelerator according to an aspect of the present invention, the cooling device is disposed in the circulation path, the two valves, a heat exchanger that is disposed in the circulation path and configured to cool a cooling fluid. And a tank configured to store a cooling fluid, and a pump disposed in the circulation path and configured to send the cooling fluid to the cooling path of the accelerating tube, the tank comprising the tank Located downstream of the outlet of the cooling path, the pump is positioned downstream of the tank, the heater is positioned downstream of the pump, and the circulation path is connected between the outlet of the cooling path and the tank. One of the two branch channels, one of the heat exchanger and the two valves is located, and the other of the two valves is located on the other of the two branch channels. The inlet temperature setting value When the measured value of the inlet temperature is different, the control unit controls the heat exchanger so that the measured value of the inlet temperature is equal to the set value based on the difference between the set value of the inlet temperature and the measured value. And the pump can be further controlled.
本発明の一態様に係る加速管の温度管理方法は、荷電粒子を加速する加速管に配置された冷却路に流れる冷却流体によって、前記加速管を一定温度に維持する加速管の温度管理方法であって、前記加速管への入力電力に基づいて前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度の設定値を定めるステップと、前記冷却流体の入口温度を測定するステップと、前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように、前記冷却路の入口及び出口間を連結する循環路に流れる冷却流体の流量をバルブにより調節すること、及び前記循環路に流れる冷却流体をヒータにより加熱することの少なくとも一方を実施するステップと、前記流量調節及び加熱の少なくとも一方を実施された冷却流体によって冷却又は加熱される前記加速管の加速管温度を測定するステップと、予め定められた前記加速管温度の目標値と前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように、前記入口温度の設定値を変更するステップとを含んでいる。 The temperature management method for an acceleration tube according to an aspect of the present invention is a temperature management method for an acceleration tube that maintains the acceleration tube at a constant temperature by a cooling fluid flowing in a cooling path disposed in the acceleration tube that accelerates charged particles. Determining a setting value of an inlet temperature of the cooling fluid passing through the inlet of the cooling path based on input power to the acceleration tube, measuring an inlet temperature of the cooling fluid, and When the set value and the measured value of the inlet temperature are different, the flow rate of the cooling fluid flowing through the circulation path connecting the inlet and the outlet of the cooling path is set so that the measured value of the inlet temperature is equal to the set value. Performing at least one of adjusting by a valve and heating the cooling fluid flowing through the circulation path by a heater; and cooling performed at least one of the flow rate adjustment and heating. If the step of measuring the acceleration tube temperature of the acceleration tube cooled or heated by the fluid is different from the predetermined target value of the acceleration tube temperature and the measurement value of the acceleration tube temperature, the measurement of the acceleration tube temperature And changing the set value of the inlet temperature so that the value is equal to the target value.
そのため、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を従来の温度差と比較して大きくした状態においても、上述のように冷却流体の入口温度を管理することによって、加速管温度の測定値を加速管温度の目標値と等しくし、加速管を確実に一定温度に維持することができる。このような構成においては、冷却流体の入口温度と出口温度との温度差を抑えるために、冷却流体の流量を増加させる必要がない。よって、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持することができる。また、冷却流体の流量を増加させる必要がないことによって、加速管の流路の数を増加させる必要がなくなり、加速管の流路の横断面積を増加させる必要がなくなり、かつ大容量のポンプを用いる必要がなくなる。よって、付随的な効果として、加速器の大型化を防止でき、かつ加速器の製造コストの増加を防止できる。 Therefore, even when the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling fluid is larger than the conventional temperature difference, the measured value of the acceleration tube temperature can be obtained by managing the inlet temperature of the cooling fluid as described above. Is made equal to the target value of the accelerating tube temperature, and the accelerating tube can be reliably maintained at a constant temperature. In such a configuration, it is not necessary to increase the flow rate of the cooling fluid in order to suppress the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the cooling fluid. Therefore, it is possible to maintain the acceleration tube having the increased heat generation at a constant temperature without increasing the flow rate of the cooling fluid. Further, since it is not necessary to increase the flow rate of the cooling fluid, it is not necessary to increase the number of flow paths of the acceleration pipe, it is not necessary to increase the cross-sectional area of the flow path of the acceleration pipe, and a large-capacity pump is provided. No need to use. Therefore, as an incidental effect, an increase in the size of the accelerator can be prevented, and an increase in the manufacturing cost of the accelerator can be prevented.
本発明の一態様に係る加速器、及び加速管の温度管理方法によれば、発熱量の増加した加速管を、冷却流体の流量を増加させずに一定温度に維持することができる。 According to the accelerator and the temperature management method for an acceleration tube according to one aspect of the present invention, the acceleration tube having an increased calorific value can be maintained at a constant temperature without increasing the flow rate of the cooling fluid.
本発明の実施形態に係る加速器、及び加速管の温度管理方法について以下に説明する。最初に、本実施形態に係る加速器について説明する。図1に示すように、加速器1は、荷電粒子を加速する加速管2を備えている。加速管2は、該加速管2に入力される電力(以下、「入力電力」という)Pを増加させることによって、荷電粒子の量を増加可能とするように構成されている。
An accelerator according to an embodiment of the present invention and a temperature management method for an acceleration tube will be described below. First, the accelerator according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the
加速器1は、加速管2を一定温度に維持する冷却装置3を備えている。冷却装置3は、加速管2に配置された冷却路4を有しており、この冷却路4に冷却流体を流すことによって、加速管2が一定温度に維持されるようになっている。冷却装置3は、冷却流体を流入させる冷却路4の入口4aと冷却流体を流出させる冷却路4の出口4bとの間で冷却水を循環させるように、冷却路4の入口4aと冷却路4の出口4bとを連結する循環路5を有している。
The
循環路5は、冷却路4の出口4bから分流する2つの分流路部5a,5bとして第1の分流路部5aと第2の分流路部5bとを有している。第1の分流路部5a及び第2の分流路部5bには、それぞれ第1のバルブ6及び第2のバルブ7が設けられており、第1のバルブ6及び第2のバルブ7は、それぞれ循環路5の第1の分流路部5a及び第2の分流路部5bに流れる冷却流体の流量を調節可能とするように構成されている。さらに、第1の分流路5bには熱交換器8が設けられ、熱交換器8は第1のバルブ6の下流に配置されている。第1の分流路部5a及び第2の分流路部5bの下流側端は、タンク9に接続されている。タンク9は、循環路5に流れる冷却流体を貯蔵可能とするように構成されており、タンク9に貯蔵された冷却流体は一定時間経過後には設定温度に維持されることとなる。
The circulation path 5 includes a first
循環路5は、加速管2の冷却路4の出口4bとタンク9とを連結する主流路部5cを有している。主流路部5cには、ヒータ10及びポンプ11が設けられており、ヒータ10は主流路部5cに流れる冷却流体を加熱するように構成され、ポンプ11は主流路部5cに流れる冷却流体を所定の圧力で加速管2の冷却路4に送るように構成されている。ポンプ11はタンク9の下流に位置しており、ヒータ10は当該ポンプ11の下流に位置している。
The circulation path 5 has a main flow path portion 5 c that connects the
加速管2の冷却路4の入口4aには入口温度検出部12が配置されており、入口温度検出部12は、冷却路4の入口4aを通過する冷却流体の温度(以下、「入口温度」という)T1を測定するように構成されている。加速管2には加速管温度検出部13が取付けられ、加速管温度検出部13は加速管2の温度(以下、「加速管温度」という)T2を測定するように構成されている。
An
冷却装置3は、循環路5、第1のバルブ6、第2のバルブ7、熱交換器8、タンク9、ヒータ10、ポンプ11、入口温度検出部12、及び加速管温度検出部13に電気的に接続された制御部14を有している。制御部14は、加速管2の入力電力Pを認識可能とするように構成されている。制御部14は、予め定められた加速管温度T2の目標値を記憶可能に構成されている。制御部14は、予め定められた加速管温度T2の目標値を達成するように、加速管2の入力電力Pに基づいて入口温度T1の設定値を定める構成になっている。ここで、加速管2の入力電力Pと入口温度T1の設定値との関係について説明する。図2にて実線R1により示すように、加速管2を一定温度に維持しない状態では、縦軸の加速管温度T2は横軸の入力電力Pの増加に比例して増加する。このような関係に基づいて、図3にて破線B1により示すように、横軸の入力電力Pに対する縦軸の予め定められた加速管温度T2の目標値を達成すべく、図3にて実線R2により示すように、縦軸の入口温度T1の設定値は横軸の入力電力Pの増加に比例して低くなるように設定されている。
The
さらに、制御部14は、入口温度検出部12により測定された冷却流体の入口温度T1を識別可能に構成されている。制御部14は、加速管温度検出部13により測定された加速管温度T2を識別可能に構成されている。
Furthermore, the
制御部14は、第1の分流路部5a及び第2の分流路部5bに流れる冷却流体の流量を調節するように、第1のバルブ6及び第2のバルブ7を制御する構成になっている。制御部14は、第1の分流路部5aに流れる冷却流体を冷却する温度を調節するように、熱交換器8を制御する構成になっている。制御部14は、主流路部5cに流れる冷却流体を加熱する温度を調節するように、ヒータ10を制御する構成になっている。制御部14は、主流路部5cに流れる冷却流体を加速管2の冷却路4に送る圧力を調節するように、ポンプ11を制御する構成になっている。
The
制御部14は、入口温度T1の設定値と測定値とが異なる場合、入口温度T1の設定値と測定値との差異に基づいて入口温度T1の測定値が設定値と等しくなるように、第1のバルブ6、第2のバルブ7、熱交換器8、ヒータ10、及びポンプ11の少なくとも1つを制御する構成になっている。例えば、入口温度T1の測定値が入口温度T1の設定値より大きい場合、第1のバルブ6を開き、かつ第2のバルブ7を閉じた状態で、熱交換器8によって冷却流体を冷却する温度を低くしてもよく、また、第1のバルブ6により冷却流体の流量を増加させてもよい。第1のバルブ6を閉じ、かつ第2のバルブ7を開いた状態で、第2のバルブ7により冷却流体の流量を増加させてもよい。ヒータ10によって冷却流体を加熱する温度を低くしてもよい。ポンプ11によって冷却流体を送る圧力を増加させて、冷却流体の流量を増加させてもよい。
When the set value and the measured value of the inlet temperature T1 are different, the
その一方で、例えば、入口温度T1の測定値が入口温度T1の設定値より小さい場合、第1のバルブ6を開き、かつ第2のバルブ7を閉じた状態で、熱交換器8によって冷却流体を冷却する温度を高くしてもよく、または、第1のバルブ6により冷却流体の流量を減少させてもよい。第1のバルブ6を開き、かつ第2のバルブ7を閉じた状態から、第1のバルブ6を閉じ、かつ第2のバルブ7を開いた状態に変更することによって、熱交換器8によって冷却流体を冷却せずに、冷却流体を第2の分流路部5bのみに通過させてもよい。第1のバルブ6を閉じ、かつ第2のバルブ7を開いた状態で、第2のバルブ7により冷却流体の流量を減少させてもよい。ヒータ10によって冷却流体を加熱する温度を高くしてもよい。ポンプ11によって冷却流体を送る圧力を低下させて、冷却流体の流量を減少させてもよい。
On the other hand, for example, when the measured value of the inlet temperature T1 is smaller than the set value of the inlet temperature T1, the cooling fluid is cooled by the
制御部14は、加速管温度T2の目標値と測定値とが異なる場合、加速管温度T2の目標値と測定値との差異に基づいて加速管温度T2の測定値が目標値と等しくなるように、入口温度T1の設定値が変更される構成になっている。ここで、入口温度T1の変化量(以下、「入口温度変化量」という)ΔT1と加速管温度T2の変化量(以下、「加速管温度変化量」という)ΔT2との関係については、図4にて実線R3により示すように、縦軸の加速管温度変化量ΔT2は横軸の入口温度変化量ΔT1に比例するようになっている。このような関係を用いて、上述のように入口温度T1の設定値が変更されることとなる。
When the target value and the measured value of the acceleration tube temperature T2 are different, the
本実施形態に係る加速管2の温度管理方法について、図5のフローチャートを参照して説明する。作業開始(START)の後に、加速管温度T2の目標値を予め設定する(ステップ1、S1)。加速管2への入力電力Pを認識する(ステップ2、S2)。図3に示した入力電力Pと入口温度T1の設定値との関係を用いて、予め定められた加速管温度T2の目標値を達成するように、入力電力Pに基づいて入口温度T1の設定値を定める(ステップ3、S3)。入口温度検出部12によって冷却流体の入口温度T1を測定する(ステップ4、S4)。
A temperature management method for the accelerating
次に、入口温度T1の設定値と測定値とが等しいか否かを判定する(ステップ5、S5)。入口温度T1の設定値と測定値とが異なる場合(NO)、入口温度T1の設定値と測定値との差異に基づいて入口温度T1の測定値が設定値に調節されるように、第1のバルブ6、第2のバルブ7、熱交換器8、ヒータ10、及びポンプ11の少なくとも1つを制御する(ステップ6、S6)。その後、冷却流体の入口温度T1を測定するステップ(S4)に戻る。入口温度T1の設定値と測定値とが等しい場合(YES)、加速管温度検出部13によって加速管温度T2を測定する(ステップ7、S7)。
Next, it is determined whether or not the set value of the inlet temperature T1 is equal to the measured value (step 5, S5). When the set value and the measured value of the inlet temperature T1 are different (NO), the first value is adjusted so that the measured value of the inlet temperature T1 is adjusted to the set value based on the difference between the set value and the measured value of the inlet temperature T1. The at least one of the
さらに、加速管温度T2の測定値が安定しているか否かを判定する(ステップ8、S8)。加速管温度T2の測定値が不安定である場合(NO)、冷却流体の入口温度T1を測定するステップ(S4)に戻る。加速管温度T2の測定値が安定している場合(YES)、加速管温度T2の目標値と測定値とが等しいか否かを判定する(ステップ9、S9)。加速管温度T2の目標値と測定値とが異なる場合(NO)、加速管温度T2の目標値と測定値との差異に基づいて加速管温度T2の測定値が目標値に調節されるように、入口温度T1の設定値を変更する(ステップ10、S10)。その後、冷却流体の入口温度T1を測定するステップ(S4)に戻る。加速管温度T2の目標値と測定値とが等しい場合(YES)、加速器1の稼働状況に基づいて上述の制御を継続するか否かを判断する(ステップ11、S11)。制御を継続する場合(YES)、加速管2への入力電力Pを認識するステップ(S2)に戻る。制御を継続しない場合(NO)、作業を終了する(END)。
Further, it is determined whether or not the measured value of the acceleration tube temperature T2 is stable (
制御を継続するか否かの判断基準は、一例として、加速器1の起動直後の状況、加速器1が連続的に稼働し続けている状況等の場合には、制御を継続すると判断し、その一方で、加速器1が停止している状況では、制御を継続しないと判断するとよい。
As an example, the criterion for determining whether or not to continue the control is, for example, in a situation immediately after the
なお、一例として、本実施形態に係る加速器1、及び加速管2の温度管理方法においては、加速管2を確実に一定に維持することを考慮すると、冷却流体の入口温度T1と、加速管2の冷却路4の出口4bを通過する冷却流体の出口温度T3との温度差(=T3−T1)を10℃以下の範囲にすると好ましい。
As an example, in the temperature management method for the
以上、本実施形態によれば、冷却流体の入口温度T1と出口温度T3との温度差を従来の温度差と比較して大きくした状態においても、上述のように冷却流体の入口温度T1を管理することによって、加速管温度T2の測定値を加速管温度T2の目標値と等しくし、加速管2を確実に一定に維持することができる。このような構成においては、冷却流体の入口温度T1と出口温度T3との温度差を抑えるために、冷却流体の流量を増加させる必要がない。よって、本実施形態によれば、発熱量の増加した加速管2を、冷却流体の流量を増加させずに一定に維持することができる。また、冷却流体の流量を増加させる必要がないことによって、加速管2の冷却路4の数を増加させる必要がなくなり、加速管2の冷却路4の横断面積を増加させる必要がなくなり、かつ大容量のポンプを用いる必要がなくなる。よって、付随的な効果として、加速器1の大型化を防止でき、かつ加速器1の製造コストの増加を防止できる。
As described above, according to this embodiment, even when the temperature difference between the inlet temperature T1 and the outlet temperature T3 of the cooling fluid is larger than the conventional temperature difference, the inlet temperature T1 of the cooling fluid is managed as described above. By doing so, the measured value of the acceleration tube temperature T2 can be made equal to the target value of the acceleration tube temperature T2, and the
ここまで本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、本発明の第1変形例として、第1のバルブ6及び熱交換器8を含む第1の分流路部5a、並びに第2のバルブ7を含む第2の分流路部5bのうち第1の分流路5aのみが設けられていてもよい。
For example, as a first modification of the present invention, the first branching
本発明の第2変形例として、第1のバルブ6及び熱交換器8を含む第1の分流路部5a、並びに第2のバルブ7を含む第2の分流路部5bのうち第2の分流路部5bのみが設けられていてもよい。この場合、熱交換器8は、主流路部5cにおけるタンク9とヒータ10との間に設けられていてもよい。
As a second modification of the present invention, the second shunt flow of the first shunt
[実施例]
本発明の実施例について説明する。本実施例においては、本実施形態に係る加速管2の温度管理方法を用いて、本実施形態に係る加速器1に設けられた加速管2を一定に維持する。加速管2の発熱量は60kWとなっている。このような本実施例においては、冷却流体の入口温度T1と出口温度T3との温度差(=T3−T1)を10℃とした状態で、冷却流体の流量を90l/minとすることによって、加速管温度T2の変化を1℃以内に抑えることができる。よって、本実施例において、冷却流体の流量を従来の流量と比較して増加させずに発熱量の増加した加速管2を一定に維持できる。
[Example]
Examples of the present invention will be described. In this example, the
1 加速器
2 加速管
3 冷却装置
4 冷却路
4a 入口
4b 出口
5 循環路
5a 第1の分流路部
5b 第2の分流路部
5c 主流路部
6 第1のバルブ
7 第2のバルブ
8 熱交換器
9 タンク
10 ヒータ
11 ポンプ
12 入口温度検出部
13 加速管温度検出部
14 制御部
P 入力電力
T1 入口温度
T2 加速管温度
ΔT1 入口温度変化量
ΔT2 加速管温度変化量
R1,R2,R3 実線
B1 破線
S1〜S11 ステップ1〜ステップ11
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記加速管を一定温度に維持するように構成された冷却装置と
を備え、
前記冷却装置が、
前記加速管に配置されると共に前記加速管を一定温度に維持するために冷却流体を流すように構成された冷却路と、
前記冷却路の入口及び出口間を連結すると共に冷却流体を流すように構成された循環路と、
前記循環路に配置されると共に冷却流体の流量を調節するように構成されたバルブと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を加熱するように構成されたヒータと、
前記バルブ及び前記ヒータを制御可能とするように構成された制御部と
を有している、加速器であって、
前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度と前記冷却路の出口を通過する冷却流体の出口温度との温度差を許容しながら前記加速管への入力電力に基づいて前記入口温度の設定値が定められ、
前記制御部が、前記入口温度の設定値に基づいて、前記加速管を一定温度に維持するように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成となっている、加速器。 An accelerating tube configured to accelerate charged particles;
A cooling device configured to maintain the acceleration tube at a constant temperature,
The cooling device is
A cooling path disposed in the acceleration tube and configured to flow a cooling fluid to maintain the acceleration tube at a constant temperature;
A circulation path configured to connect an inlet and an outlet of the cooling path and to flow a cooling fluid;
A valve disposed in the circuit and configured to regulate a flow rate of the cooling fluid;
A heater disposed in the circuit and configured to heat a cooling fluid;
A control unit configured to be able to control the valve and the heater,
Setting the inlet temperature based on the input power to the accelerating pipe while allowing a temperature difference between the inlet temperature of the cooling fluid passing through the inlet of the cooling passage and the outlet temperature of the cooling fluid passing through the outlet of the cooling passage Value is defined,
The accelerator is configured to control at least one of the valve and the heater so that the control unit maintains the acceleration tube at a constant temperature based on a set value of the inlet temperature.
前記入口温度を測定するように構成された入口温度検出部と、
前記加速管に取付けられると共に前記加速管の加速管温度を測定するように構成された加速管温度検出部と
をさらに有し、
前記入口温度の設定値と、前記入口温度検出部により測定された前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように前記バルブ及び前記ヒータの少なくとも一方を制御する構成になっており、
予め定められた前記加速管温度の目標値と、前記加速管温度検出部によって測定された前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記制御部が、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように前記入口温度の設定値を変更する構成になっている、請求項1に記載の加速器。 The cooling device is
An inlet temperature detector configured to measure the inlet temperature;
An accelerating tube temperature detection unit attached to the accelerating tube and configured to measure an accelerating tube temperature of the accelerating tube; and
When the set value of the inlet temperature is different from the measured value of the inlet temperature measured by the inlet temperature detecting unit, the control unit sets the measured value of the inlet temperature to be equal to the set value. And at least one of the heaters is controlled.
When the predetermined target value of the accelerating tube temperature is different from the measured value of the accelerating tube temperature measured by the accelerating tube temperature detecting unit, the control unit determines the measured value of the accelerating tube temperature as the target value. The accelerator according to claim 1, wherein the set value of the inlet temperature is changed to be equal to the value.
2つの前記バルブと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を冷却するように構成された熱交換器と、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を貯蔵するように構成されたタンクと、
前記循環路に配置されると共に冷却流体を前記加速管の冷却路に送るように構成されたポンプと
をさらに有し、
前記タンクが前記冷却路の出口の下流に位置し、
前記ポンプが前記タンクの下流に位置し、
前記ヒータが前記ポンプの下流に位置し、
前記循環路が前記冷却路の出口と前記タンクとの間に2つの分流路部を有し、
前記2つの分流路部の一方に、前記熱交換器及び前記2つのバルブの一方が位置し、
前記2つの分流路部の他方に、前記2つのバルブの他方が位置しており、
前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の設定値と測定値との差異に基づいて前記入口温度の測定値が前記設定値と等しくなるように、前記制御部が前記熱交換器及び前記ポンプをさらに制御できるように構成されている、請求項1又は2に記載の加速器。 The cooling device is
Two said valves;
A heat exchanger disposed in the circuit and configured to cool a cooling fluid;
A tank disposed in the circuit and configured to store a cooling fluid;
A pump disposed in the circulation path and configured to send cooling fluid to the cooling path of the acceleration tube;
The tank is located downstream of the outlet of the cooling path;
The pump is located downstream of the tank;
The heater is located downstream of the pump;
The circulation path has two branch parts between the outlet of the cooling path and the tank;
One of the heat exchanger and the two valves is located in one of the two branch passage portions,
The other of the two valves is located on the other of the two branch passage portions,
When the set value of the inlet temperature is different from the measured value of the inlet temperature, the measured value of the inlet temperature is equal to the set value based on the difference between the set value of the inlet temperature and the measured value. The accelerator according to claim 1 or 2, wherein a control unit is configured to further control the heat exchanger and the pump.
前記加速管への入力電力に基づいて前記冷却路の入口を通過する冷却流体の入口温度の設定値を定めるステップと、
前記冷却流体の入口温度を測定するステップと、
前記入口温度の設定値と前記入口温度の測定値とが異なる場合、前記入口温度の測定値を前記設定値と等しくするように、前記冷却路の入口及び出口間を連結する循環路に流れる冷却流体の流量をバルブにより調節すること、及び前記循環路に流れる冷却流体をヒータにより加熱することの少なくとも一方を実施するステップと、
前記流量調節及び加熱の少なくとも一方を実施された冷却流体によって冷却又は加熱される前記加速管の加速管温度を測定するステップと、
予め定められた前記加速管温度の目標値と前記加速管温度の測定値とが異なる場合、前記加速管温度の測定値を前記目標値と等しくするように、前記入口温度の設定値を変更するステップと
を含む加速管の温度管理方法。 A temperature management method for an accelerating tube that maintains the accelerating tube at a constant temperature by a cooling fluid flowing in a cooling path disposed in the accelerating tube that accelerates charged particles,
Determining a set value for the inlet temperature of the cooling fluid passing through the inlet of the cooling path based on the input power to the acceleration tube;
Measuring an inlet temperature of the cooling fluid;
When the set value of the inlet temperature is different from the measured value of the inlet temperature, the cooling flowing through the circulation path connecting the inlet and the outlet of the cooling path so that the measured value of the inlet temperature is equal to the set value. Performing at least one of adjusting the flow rate of the fluid with a valve and heating the cooling fluid flowing through the circulation path with a heater;
Measuring an accelerating tube temperature of the accelerating tube cooled or heated by a cooling fluid subjected to at least one of the flow rate adjustment and heating;
When the predetermined target value of the accelerating tube temperature is different from the measured value of the accelerating tube temperature, the set value of the inlet temperature is changed so that the measured value of the accelerating tube temperature is equal to the target value. A temperature management method for an acceleration tube including steps.
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