JP2002151300A - チューン表示装置及びそれを有する円形加速器システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チューンを共鳴点から遠ざけるための制御を簡
単に行えるようにするチューン表示装置及びそれを有す
る円形加速器システムを提供する。 【解決手段】シンクロトロン１を周回する荷電粒子ビー
ムに高周波印加用電極１６より高周波電磁場を印加して
荷電粒子ビームのベータトロン振動振幅を増大させ、ベ
ータトロン振動振幅が増大した荷電粒子ビームの軌道変
位を位置モニタ用電極１８によって検出し、位置モニタ
用電極１８が検知した軌道変位に基づいて信号処理装置
５が荷電粒子ビームのチューンを演算する。演算された
チューンの時間変化とシンクロトロン１を構成する機器
に関するパラメータの時間変化が表示装置６により同じ
時間軸上に表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円形加速器内を周
回しながら加速される荷電粒子ビームのチューンを表示
するチューン表示装置及びそれを有する円形加速器シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】シンクロトロンに代表される円形加速器
では、荷電粒子ビーム（以下、ビームという）を周回さ
せながら加速するが、シンクロトロン内を周回するビー
ムは振動（ベータトロン振動という）しており、１周あ
たりのベータトロン振動数はチューンと呼ばれている。
このチューンがある所定値になると、ビームのベータト
ロン振動振幅が急激に大きくなる「共鳴」が生じる。な
お、共鳴を生じるチューンの値を共鳴点と呼ぶ。この共
鳴によってビームの振動振幅が増大し続けると、最終的
にはビームが真空ダクト等に衝突して失われてしまうた
め、ビームのチューンは共鳴点から遠ざけておく必要が
ある。

【０００３】チューンを制御するために周回するビーム
のチューンを測定する技術が考案されており、その一例
として特開平５−３１００号公報には、ＲＦノックアウ
ト法を用いてビームのチューンを測定し、表示すること
が記載されている。具体的には、電界を発生させるため
の電極に対して周波数を変えながら高周波信号を印加
し、変動するビーム位置に応じて検出用電極から得られ
る信号の周波数毎の出力レベルを求めて表示する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、チ
ューンの表示方法について具体的には記載されていない
が、単にチューンの値を表示しても、共鳴点からチュー
ンを遠ざけるのにどの機器をどのように制御すべきか判
断するのは難しい。

【０００５】本発明の目的は、チューンを共鳴点から遠
ざけるための制御を簡単に行えるようにするチューン表
示装置及びそれを有する円形加速器システムを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、複数の機器で構成される円形加速器内を周
回しながら加速される荷電粒子ビームのチューンの時間
変化と、機器に関するパラメータの時間変化とを同じ時
間軸上に表示することにある。

【０００７】チューンの時間変化と機器に関するパラメ
ータの時間変化とを同じ時間軸上に表示するので、チュ
ーンの変化を機器の状態と対応づけて確認することがで
き、チューンを制御するためにどの機器をどのタイミン
グでどのように制御すべきかが判断し易くなる。従っ
て、チューンを共鳴点から遠ざけるための制御を簡単に
行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。 （実施例１）図１は、本発明の好適な一実施例である円
形加速器システムの構成を示す。本実施例の円形加速器
システムでは、低エネルギーの荷電粒子ビーム（以下、
ビームという）を入射し、入射したビームを予め設定さ
れたエネルギーまで加速した後、出射するシンクロトロ
ン１を円形加速器として用いている。

【０００９】まず、シンクロトロン１を構成する機器に
ついて説明する。入射器１１は、前段加速器４から出射
される低エネルギーのビームをシンクロトロン１に入射
させる。偏向電磁石１２は、シンクロトロン１に入射さ
れたビームを偏向してビームの軌道を調節し、ビームを
周回させる。四極電磁石１３は、ビームを水平方向に発
散させて垂直方向に収束させる四極発散電磁石と、ビー
ムを垂直方向に発散させて水平方向に収束させる四極収
束電磁石からなり、周回するビームのチューンを調節す
る。なお、水平方向とはビームの進行方向に垂直で偏向
電磁石１２の偏向面に水平な方向をいい、垂直方向とは
ビームの進行方向に垂直で偏向電磁石１２の偏向面にも
垂直な方向をいう。以下の説明でも同様である。

【００１０】高周波加速空胴１４は、周回するビームに
高周波電場を印加することによりビームにエネルギーを
与え、予め決められたエネルギーまでビームを加速す
る。六極電磁石１５はビームの加速終了後に励磁され、
六極電磁石１５が励磁された状態で、高周波印加用電極
１６は周回するビームに高周波電磁場を印加してビーム
のベータトロン振動振幅を増大させる。六極電磁石１５
が発生する六極磁場の影響により、振動振幅の増大に応
じてビームのチューンが変化し、チューンが共鳴点に達
したビームは共鳴を起こす。出射用デフレクター１７
は、共鳴により振動振幅が増大したビームを偏向してシ
ンクロトロン１から出射する。

【００１１】以上のように構成されるシンクロトロン１
から出射されたビームは、癌患者の患部にビームを照射
するための照射装置７に導かれ、癌治療に用いられる。
なお、図１において、電源２１は、偏向電磁石１２，四
極電磁石１３，高周波加速空胴１４及び六極電磁石１５
に電力を供給する電源であり、電源２２は、高周波印加
用電極１６に電力（高周波信号）を供給する電源であ
る。これらの電源２１，２２は、制御装置３によって制
御される。また、位置モニタ用電極１８はシンクロトロ
ン１内を周回するビームの位置を計測するための電極で
あり、信号処理装置５により位置モニタ用電極１８から
の信号を処理して、表示装置６にビーム位置計測結果を
表示する。

【００１２】このようなシンクロトロン１において、実
際に運転する（ビームを出射して患者の治療を行う）前
に、予め決定した運転計画で所望のビームが出射できる
か確認するための試運転（ビーム調整）が行われ、その
ときにビームのチューンが計測される。

【００１３】ここで、本実施例におけるチューン計測の
概念について説明する。ビームに高周波電磁場を印加す
ると、その高周波電磁場の周波数に応じたチューンを有
するビームの振動振幅が増大するので、その振動振幅の
増大を検知することでビームのチューンを知ることがで
きる。その原理は以下の通りである。

【００１４】ビームに高周波電磁場を印加した時に位置
モニタ用電極１８で得られる信号の周波数成分を解析す
ると、図２（ａ）に示すようなスペクトラムとなること
が分かった。図２（ａ）に示すように、ビームの周回周
波数ｆのｎ倍周波数ｎｆ（ｎ＝１，２，…）と(ｎ−ν)
ｆ及び(ｎ＋ν)ｆで信号強度が強くなる。なお、νはチ
ューンの小数部である。このことから、ｎｆと（ｎ−
ν）ｆ又は(ｎ＋ν)ｆとが分かれば、（数１）或いは
（数２）にてチューンνを求めることができる。

【００１５】

【数１】

【００１６】

【数２】

【００１７】このとき、原理的にはｎとしてどのような
値を選択しても構わないのだが、現実的にはｎが小さい
と低周波数領域に高いレベルで存在するノイズの影響に
よりスペクトラムの検出が困難となる。逆に、ｎが大き
いと図２（ｂ）に示すようにビーム加速時の周波数の変
化が大きくなるので、周波数スペクトラム解析時の周波
数帯域を広くとらなければならず、スペクトラムを測定
する装置には広い周波数範囲で高分解能が必要となる。
以上の２点を考慮して適切なｎを設定するとよい。な
お、本実施例ではｎ＝２とし、制御装置３に予め設定さ
れる。

【００１８】ｎが決まると、高周波印加用電極１６から
ビームに印加する高周波電磁場の周波数帯域を決めるこ
とができる。高周波電磁場の周波数帯域は、加速前のビ
ームの周回周波数をｆａ、加速後のビームの周回周波数
をｆｂとした場合に、(数３)で求められる最低周波数ｆ
ｌから（数４）で求められる最高周波数ｆｈまでの周波
数帯域とすればよい。このように周波数帯域を設定する
ことで、ビームの加速前から加速終了までのどの時点で
もビームの振動振幅を増大させることができ、連続的な
チューンの計測が可能となる。

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】

【００２１】次に、上述の概念に基づいたチューン計測
の具体的な方法について説明する。試運転時におけるチ
ューン計測にあたり、まずビーム入射が完了した時点で
ビームに高周波電磁場を印加する。本実施例では、ビー
ム出射時に用いる高周波印加用電極１６によりチューン
計測用の高周波電磁場をビームに印加する。なお、本実
施例では、水平方向のチューンを計測する。

【００２２】図３は、高周波印加用電極１６とその電源
２２とを示す。電源２２の発振器２２１には制御装置３
から出力すべき高周波信号の周波数帯域が指示される。
なお、制御装置３は、高周波加速空胴１４からビームに
印加する高周波電場の周波数も指示しており、その周波
数とはビームのエネルギーから求められた周回周波数で
あるので、チューン計測時にビームに印加する高周波電
磁場の周波数の設定に利用することができる。なお、高
周波加速空胴１４はビームを加速するためにその時点の
周回周波数に応じた高周波電場を印加しなければならな
いので、入射時のビームエネルギーと加速終了時のビー
ムエネルギーとに基づいて入射時の周回周波数ｆａと加
速終了時の周回周波数ｆｂとが予め制御装置３に設定さ
れている。この予め設定された周回周波数ｆａ，ｆｂを
前述の（数３）及び（数４）に代入することで、発振器
２２１に指示する周波数帯域の最低周波数ｆｌ及び最高
周波数ｆｈが求められる。制御装置３は、（数３）及び
（数４）により求めた最低周波数ｆｌから最高周波数ｆ
ｈまでの周波数帯域をもつ高周波信号を出力するように
発振器２２１を制御する。なお、（数３）及び（数４）
で用いられるνは水平方向チューンの設計値であり、実
際の水平方向チューンとは異なっている可能性があるの
で、余裕を見て、最低周波数ｆｌは（数３）で求められ
た値よりも更に小さな値とし、最高周波数ｆｈも（数
４）で求められた値よりも更に大きな値とするのが望ま
しい。具体的には、図２（ｂ）に示すようにｆｌ，ｆｈ
が設定される。

【００２３】発振器２２１は、制御装置３によって制御
され、ｆｌからｆｈの周波数帯域を有する高周波信号を
増幅器２２２に出力する。増幅器２２２は発振器２２１
から出力された高周波信号を増幅して高周波印加用電極
１６に印加する。なお、増幅器２２２における増幅率
は、ビームの振動振幅が急激に増加してビーム電流が急
激に減衰することのないように、制御装置３により調節
される。

【００２４】増幅器２２２から高周波信号が印加された
高周波印加用電極１６は、高周波信号の周波数成分を有
する高周波電磁場を発生し、２つの電極１６の間を通過
するビームに高周波電磁場が印加される。このとき六極
電磁石１５は無励磁状態とする。なお、本実施例の電極
１６は、水平方向におけるビームの振動振幅を増大させ
る電極である。

【００２５】高周波電磁場が印加されたビームは、水平
方向の振動振幅が増大して軌道が変化するが、その変化
によって位置モニタ用電極１８に誘起される電圧が変化
する。図４は、位置モニタ用電極１８と信号処理装置５
を示す。図に示すように、位置モニタ用電極１８は、ビ
ームを挟んで対向するように設けられた三角形の電極１
８１Ｌ，１８１Ｒ，１８２Ｌ，１８２Ｒからなり、また
電極１８１Ｌと電極１８２Ｌが電気的に接続されると共
に電極１８１Ｒと電極１８２Ｒが電気的に接続される。
そして、電極１８１Ｌ，１８２Ｌに誘起される電圧に応
じた信号と、電極１８１Ｒ，１８２Ｒに誘起される電圧
に応じた信号とが信号処理装置５の位置検出回路５１に
入力される。

【００２６】位置検出回路５１は、入力された２つの信
号の差を求めて、求めた差信号をスペクトラム測定回路
５２に出力する。スペクトラム測定回路５２は、入力さ
れた差信号の周波数成分を解析し、各周波数成分の信号
強度を測定する。なお、スペクトラム測定回路５２にお
いて解析する周波数帯域は、ビームに印加する高周波電
磁場の周波数帯域と同じで良いので、制御装置３より発
振器２２１に指示される最低周波数ｆｌ及び最高周波数
ｆｈをスペクトラム測定回路５２に入力し、それに基づ
いて周波数帯域を設定する。このスペクトラム測定回路
５２にて得られる周波数スペクトルは、前述の図２のよ
うになる。

【００２７】スペクトラム測定回路５２にて得られた周
波数スペクトラムのデータは、チューン演算回路５３に
入力される。チューン演算回路５３では、入力された周
波数スペクトラムのデータからｎｆを抽出する。ｎｆの
抽出にあたり、チューン演算回路５３は、まず制御装置
３からビーム入射時の周回周波数ｆａとｎの値を取り込
む。なお、制御装置３から与えられる周回周波数ｆａは
入射時のビームエネルギーに応じて求められた計算値で
あり、また、ｎは本実施例では２に設定されている。制
御装置３より与えられたｆａ及びｎによりｎｆは求める
ことができるが、周回周波数は計算値ｆａと実際の値と
でずれが生じていることもあるので、周波数スペクトラ
ムのデータから計算によって求められたｎｆの近傍で信
号強度が最も高い周波数を検索し、その周波数をｎｆと
して抽出する。また、(ｎ−ν)ｆ及び（ｎ＋ν）ｆも信
号強度が突出しているので、抽出したｎｆの近傍で信号
強度の突出している周波数を低周波側と高周波側の両方
で検索し、（ｎ＋ν）ｆ及び（ｎ−ν）ｆを決定する。

【００２８】このようにして決定したｎｆ，（ｎ−ν）
ｆ，（ｎ＋ν）ｆを（数１）及び（数２）に代入するこ
とにより、２つのチューンνが求められる。この時、正
しいｎｆ，（ｎ−ν）ｆ，（ｎ＋ν）ｆが選択されてい
れば２つのチューンνは等しくなるはずであり、等しい
チューンνが求められた場合には、その値をチューン演
算回路５３が有するメモリ（図示せず）に記憶する。一
方、（数１）及び（数２）により求められた２つのチュ
ーンνが異なる値となった場合には、（ｎ−ν）ｆ或い
は（ｎ＋ν）ｆを誤って決定した可能性が高いので、２
つのチューンをチューンの設計値と比較して、設計値と
大きく異なる方を誤りと判断する。そして、その誤りの
もととなった（ｎ−ν）ｆ或いは（ｎ＋ν）ｆを決定し
直す。具体的には、誤って決定した（ｎ−ν）ｆ或いは
（ｎ＋ν）ｆの近傍で突出している他の周波数を（ｎ−
ν）ｆ或いは（ｎ＋ν）ｆとして再度決定する。（ｎ−
ν）ｆ或いは（ｎ＋ν）ｆを決定し直したら、再度チュ
ーンνの演算を行い、２つのチューンνが等しくなるま
でこれを繰り返す。

【００２９】以上説明したチューンの計測を、試運転に
おいてビーム入射完了時点から加速終了時点まで継続し
て行い、チューンの時間変化（時系列データ）を計測し
てメモリに記憶する。具体的には、入射完了から加速終
了まで高周波印加用電極１６より高周波電磁場を継続し
て印加し、信号処理装置５では可能な限り短い周期で上
述の信号処理を行うことで、チューンの時間変化を計測
する。なお、信号処理装置５の信号処理において２回目
以降のｎｆの決定は、前回決定したｎｆの近傍で信号強
度が突出している周波数を検索すればよい。また、２回
目以降のチューンの演算時には、求められたチューンが
正しいか確かめるのに、設計値を用いずに前回演算され
たチューンとの差が大きい方を誤りと判断してもよい。

【００３０】チューン演算回路５３は、入射完了から加
速終了までのチューンの計測が完了したら、メモリに記
憶したチューンの時系列データを表示装置６に出力す
る。表示装置６は、入力されたチューンの時系列データ
を、シンクロトロン１を構成する機器のパラメータ（偏
向電磁石の励磁電流Ｂ，四極発散電磁石の励磁電流ＱＤ
及び四極収束電磁石の励磁電流ＱＦ）やビームのパラメ
ータ（電流値ＩＤＣ）と共に表示する。図５は、表示画
面の一例を示す。図示するように、チューンと各パラメ
ータが同じ時間軸上に表示される。なお、シンクロトロ
ン１を構成する機器のパラメータ（偏向電磁石，四極発
散電磁石及び四極収束電磁石の励磁電流）やビームのパ
ラメータ（電流値）は、制御装置３から与えられる。

【００３１】本実施例によれば、偏向電磁石，四極発散
電磁石及び四極収束電磁石の励磁電流といったシンクロ
トロン１を構成する機器のパラメータやビーム電流値と
いったビームのパラメータと共にチューンを表示するた
め、機器やビームの状態とチューンの変化との関係が明
確となり、チューンを共鳴点から遠ざけるためにどの機
器をどのように制御すればよいのかが判断し易く、チュ
ーンを共鳴点から遠ざけるための制御を簡単に行うこと
ができる。

【００３２】また、本実施例によれば、ビームの出射用
に設けられた高周波印加用電極１６を用いてチューンを
計測するための高周波電磁場を発生させるので、チュー
ン計測用に新たな電極を設ける必要がなく、シンクロト
ロン１を構成する機器の数を低減できる。また、ビーム
位置の測定に用いられる位置モニタ用電極１８をチュー
ン計測に用いるので、シンクロトロン１を構成する機器
の数を低減できる。よって、シンクロトロン１のコスト
とサイズを低減できる。

【００３３】なお、本実施例の制御装置３に信号処理装
置５の機能を持たせてもよい。 （実施例２）本発明の他の実施例である円形加速器シス
テムについて図６乃至図８を用いて説明する。本実施例
の円形加速器システムは、水平方向チューンに加えて垂
直方向チューンについても時間変化を表示装置に表示す
る点で実施例１と異なる。以下、実施例１と異なる点に
ついて説明する。

【００３４】本実施例の円形加速器システムの全体構成
は実施例１（図１）と同様であるが、電源２２と高周波
印加用電極１６の構成は実施例１と異なる。図６は、本
実施例の電源２２と高周波印加用電極１６の構成を示
す。前述の通り、本実施例では水平方向及び垂直方向の
チューンを計測するため、ビームの水平方向及び垂直方
向の振動振幅を増大させる必要がある。そのために、本
実施例の高周波印加用電極１６は、ビームを挟んで対向
する２組の高周波印加用電極１６ｘ，１６ｙからなる。
なお、高周波印加用電極１６ｘが水平方向の振動振幅を
増大させるための高周波電磁場を発生する電極であり、
高周波印加用電極１６ｙが垂直方向の振動振幅を増大さ
せるための高周波電磁場を発生する電極である。

【００３５】本実施例では、水平方向チューンと垂直方
向チューンとを別々に計測するので、まずは水平方向チ
ューンを計測する場合について説明する。試運転におけ
るビーム入射が完了したら、制御装置３は、まず切換回
路２２３を制御して端子ａと端子ｂとを接続させる。端
子ａと端子ｂとを接続させることによって、電源２２か
ら出力される高周波信号は高周波印加用電極１６ｘに出
力されるようになるため、水平方向の振動振幅を増大可
能となる。次に、制御装置３は、発振器２２１を制御す
るが、これ以降の動作は上述の実施例１と同様であるの
で説明は省略する。

【００３６】図７は、本実施例の位置モニタ用電極１８
と信号処理装置５の構成を示す。図に示すように、本実
施例の位置モニタ用電極１８は、水平方向におけるビー
ムの軌道変位に応じた信号を出力する１８１Ｌ，１８１
Ｒ，１８２Ｌ，１８２Ｒと、垂直方向におけるビームの
軌道変位に応じた信号を出力する１８３Ｕ，１８３Ｄ，
１８４Ｕ，１８４Ｄからなる。なお、位置モニタ用電極
１８３Ｕ，１８４Ｕは電気的に接続されており、位置モ
ニタ用電極１８３Ｄ，１８４Ｄも電気的に接続されてい
る。

【００３７】水平方向チューンの計測をするにあたり、
制御装置３は、信号処理装置５の切換回路５４を制御し
て端子ｄと端子ｈ，端子ｆと端子ｉをそれぞれ接続させ
る。これにより、位置モニタ用電極１８１Ｌ，１８２Ｌ
と位置モニタ用電極１８１Ｒ，１８２Ｒに誘起される電
圧に応じた信号が位置検出回路５１に入力される。これ
以降の動作は、実施例１と同様であるので説明は省略す
る。

【００３８】水平方向チューンの測定が完了したら、次
に垂直方向チューンの測定を行う。本実施例では、垂直
方向チューンの測定を行うために、水平方向チューンの
測定を行ったときと同様の試運転を再度行う。試運転に
おけるビーム入射が完了したら、制御装置３は、まず切
換回路２２３を制御して端子ａと端子ｃとを接続させ
る。端子ａと端子ｃとを接続させることによって、電源
２２から出力される高周波信号は高周波印加用電極１６
ｙに出力されるようになるため、垂直方向の振動振幅を
増大可能となる。次に、制御装置３は、発振器２２１を
制御するが、発振器２２１から出力させる高周波信号の
周波数帯域は、水平方向チューンの計測の場合と同様に
（数３），（数４）を用いて決定する。ただし、チュー
ンνとして垂直方向チューンの設計値を用いて計算す
る。これ以降の動作は水平方向チューン計測の場合と同
様であるので説明は省略する。

【００３９】垂直方向チューンの計測をするにあたり、
制御装置３は、信号処理装置５の切換回路５４を制御し
て端子ｅと端子ｈ，端子ｇと端子ｉをそれぞれ接続させ
る。これにより、位置モニタ用電極１８３Ｕ，１８４Ｕ
と位置モニタ用電極１８３Ｄ，１８４Ｄに誘起される電
圧に応じた信号が位置検出回路５１に入力される。これ
以降の動作は、水平方向チューン計測の場合と同様であ
るので説明は省略する。

【００４０】このようにして、水平方向チューン及び垂
直方向チューンの時系列データが得られたら、チューン
演算回路５３はその時系列データを表示装置６に出力
し、表示装置６はチューンの時間変化を表示画面に表示
する。図８は、表示画面における表示の一例を示す。図
に示すように、入力された水平方向チューンνｘの時系
列データと垂直方向チューンνｙの時系列データを、偏
向電磁石，四極発散電磁石及び四極収束電磁石の励磁電
流やビーム電流値と共に表示画面に表示する。

【００４１】本実施例によれば、シンクロトロン１を構
成する機器のパラメータやビームのパラメータと垂直方
向チューンとを同じ時間軸上に表示するため、垂直方向
チューンを共鳴点から遠ざけるための制御を簡単に行う
ことができる。なお、この効果と共に実施例１と同様の
効果を生じ得ることは言うまでもない。 （実施例３）本発明の他の実施例である円形加速器シス
テムについて図９及び図１０を用いて説明する。本実施
例の円形加速器システムは、水平方向チューンと垂直方
向チューンを同時に計測する点で実施例２と異なる。以
下、実施例２と異なる点について説明する。

【００４２】図９は、本実施例の電源２２及び高周波印
加用電極１６を示す。図に示すように、本実施例の電源
２２は、発振器２２１に接続された２つの増幅器２２２
ａ，２２２ｂを有しており、増幅器２２２ａは高周波印
加用電極１６ｘに接続され、増幅器２２２ｂは高周波印
加用電極１６ｙに接続される。このような構成とするこ
とで、発振器２２１から出力される高周波信号が高周波
印加用電極１６ｘ，１６ｙの両方に同時に印加されるの
で、ビームの水平方向の振動振幅と垂直方向の振動振幅
を同時に増大させることができる。なお、制御装置３か
ら発振器221に指示する周波数帯域は、水平方向用の高
周波電磁波に必要とされる周波数帯域と垂直方向用の高
周波電磁波に必要とされる周波数帯域の両方を含む周波
数帯域とする。

【００４３】図１０は、本実施例の位置モニタ用電極１
８と信号処理装置５の構成を示す。図に示すように、本
実施例の信号処理装置５は、２つの位置検出回路５１
ａ，５１ｂと２つのスペクトラム測定回路５２ａ，５２
ｂとを有する。位置モニタ用電極１８１Ｌ,１８２Ｌ及
び位置モニタ用電極１８１Ｒ,１８２Ｒから引き出され
た信号は位置検出回路５１ａに入力され、位置モニタ用
電極１８３Ｕ，１８４Ｕ及び位置モニタ用電極１８３
Ｄ，１８４Ｄから引き出された信号は位置検出回路５１
ｂに入力される。位置検出回路５１ａは、入力された２
つの信号の差を求め、得られた差信号をスペクトラム測
定回路５２ａに出力する。スペクトラム測定回路５２ａ
は、差信号の周波数スペクトラムを求め、チューン演算
回路５３に出力する。一方、位置検出回路５１ｂは、入
力された２つの信号の差を求め、得られた差信号をスペ
クトラム測定回路５２ｂに出力する。スペクトラム測定
回路５２ｂは、差信号の周波数スペクトラムを求め、チ
ューン演算回路５３に出力する。チューン演算回路５３
は、位置検出回路５１ａから与えられた周波数スペクト
ラムより水平方向チューンを演算すると共に、位置検出
回路５１ｂから与えられた周波数スペクトラムより垂直
方向チューンを演算して、演算した水平方向チューン及
び垂直方向チューンを表示装置６に出力する。表示装置
６は、実施例２と同様に各機器のパラメータと共にチュ
ーンを表示する。

【００４４】本実施例によれば、水平方向チューン及び
垂直方向チューンを同時に計測するため、試運転を２回
行う必要がなく、チューン計測にかかる時間を短縮する
ことができる。 （実施例４）本発明の他の実施例である円形加速器シス
テムについて図１１を用いて説明する。本実施例の円形
加速器システムは、実際の運転（患者にビームを照射す
る）にてチューンを計測する点で実施例１と異なる。以
下、実施例１と異なる点について説明する。

【００４５】本実施例では、患者に照射するためのビー
ムをシンクロトロン１に入射して加速する際にチューン
の計測を行う。チューンの計測方法は実施例１と同様で
あるので、説明は省略する。本実施例の信号処理装置５
は、求めたチューンの値を表示装置６に出力すると共
に、制御装置３に出力する。制御装置３は、入力された
チューンの値と予めオペレータによって設定されたチュ
ーンの閾値とを比較し、信号処理装置５より与えられた
チューンの値が閾値を超えている場合にはシンクロトロ
ン１からのビームの出射を中止する。具体的には、ビー
ム出射用の高周波電磁場の印加を中止すると共に、駆動
装置８を制御してシンクロトロン１と照射装置７との間
に設けられたシャッター９を閉じさせる。シャッター９
はシンクロトロン１から出射されるビームを遮断するた
めのものである。なお、閾値としては、患者の治療に影
響を与える可能性のある値が設定される。また、制御装
置３は、信号処理装置５より与えられたチューンの値が
閾値を超えている場合に、表示装置６の表示画面に「チ
ューンが所定の値から外れています」との警告を表示さ
せる。

【００４６】本実施例によれば、チューンが所定の値か
ら外れたときにシンクロトロン１からのビームの出射を
中止し、表示装置６に警告を表示させるので、癌治療が
安全に行われる。

【００４７】以上説明した各実施例では、癌治療を行う
円形加速器システムについて説明したが、本発明は癌治
療用の円形加速器システムに限らず、物理実験用の円形
加速器システム等にも適用可能である。

【００４８】なお、本発明でいうチューン測定装置と
は、高周波印加用電極１６，位置モニタ用電極１８及び
信号処理装置５のことである。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、チューンを共鳴点から
遠ざけるための制御を簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である円形加速器シス
テムの構成図である。

【図２】図１の位置モニタ用電極１８から得られる信号
の周波数スペクトルを示す図である。

【図３】図１の電源２２及び高周波印加用電極１６の構
成図である。

【図４】図１の位置モニタ用電極１８及び信号処理装置
５の構成図である。

【図５】図１の表示装置６における表示画面の一例であ
る。

【図６】本発明の他の実施例である円形加速器システム
の電源２２及び高周波印加用電極１６の構成図である。

【図７】本発明の他の実施例である円形加速器システム
の位置モニタ用電極１８及び信号処理装置５の構成図で
ある。

【図８】表示装置６における表示画面の一例である。

【図９】本発明の他の実施例である円形加速器システム
の電源２２及び高周波印加用電極１６の構成図である。

【図１０】本発明の他の実施例である円形加速器システ
ムの位置モニタ用電極１８及び信号処理装置５の構成図
である。

【図１１】本発明の他の実施例である円形加速器システ
ムの構成図である。

【符号の説明】

１…シンクロトロン、３…制御装置、４…前段加速器、
５…信号処理装置、６…表示装置、７…照射装置、１１
…入射器、１２…偏向電磁石、１３…四極電磁石、１４
…高周波加速空胴、１５…六極電磁石、１６…高周波印
加用電極、１７…出射器、１８…位置モニタ用電極、２
１，２２…電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 一義 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 2G085 AA13 BA11 CA03 CA27 CA29 4C082 AA01 AC05 AE02 AG43 AP01 AP12 AP20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の機器で構成される円形加速器内を周
   回しながら加速される荷電粒子ビームのチューンの時間
   変化と、前記機器に関するパラメータの時間変化とを同
   じ時間軸上に表示することを特徴とするチューン表示装
   置。
2. 【請求項２】複数の機器で構成され、かつ荷電粒子ビー
   ムを周回させながら加速する円形加速器を備えた円形加
   速器システムにおいて、 周回する荷電粒子ビームのチューンを測定するチューン
   測定装置と、前記チューン測定装置によって測定された
   チューンの時間変化と前記機器に関するパラメータの時
   間変化とを同じ時間軸上に表示する表示装置とを有する
   ことを特徴とする円形加速器システム。
3. 【請求項３】前記チューン測定装置は、周回する荷電粒
   子ビームに高周波電磁場を印加して荷電粒子ビームのベ
   ータトロン振動振幅を増大させる高周波印加用電極と、
   前記高周波電磁場の印加によりベータトロン振動振幅が
   増大した荷電粒子ビームの軌道変位を検出する位置モニ
   タ用電極と、前記位置モニタ用電極が検知した軌道変位
   に基づいて荷電粒子ビームのチューンを演算する信号処
   理装置とを有することを特徴とする請求項２記載の円形
   加速器システム。
4. 【請求項４】前記円形加速器は、加速した荷電粒子ビー
   ムを出射する円形加速器であり、 前記高周波印加用電極は、荷電粒子ビームを出射する際
   に高周波電磁場を荷電粒子ビームに印加することを特徴
   とする請求項３記載の円形加速器システム。
5. 【請求項５】前記円形加速器は、加速した荷電粒子ビー
   ムを出射する円形加速器であり、 前記チューン測定装置により測定されたチューンが予め
   設定された閾値を超えた場合に、前記円形加速器からの
   荷電粒子ビームの出射を中止させる制御装置を有するこ
   とを特徴とする請求項２記載の円形加速器システム。