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JPH11176596A - Charged particle beam equipment - Google Patents

Charged particle beam equipment

Info

Publication number
JPH11176596A
JPH11176596A JP33698197A JP33698197A JPH11176596A JP H11176596 A JPH11176596 A JP H11176596A JP 33698197 A JP33698197 A JP 33698197A JP 33698197 A JP33698197 A JP 33698197A JP H11176596 A JPH11176596 A JP H11176596A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
deflector
trajectory
deflecting
charged particle
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.)
Granted
Application number
JP33698197A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3458685B2 (en
Inventor
Tetsuya Nakanishi
哲也 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP33698197A priority Critical patent/JP3458685B2/en
Publication of JPH11176596A publication Critical patent/JPH11176596A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3458685B2 publication Critical patent/JP3458685B2/en
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  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出射用偏向装置入口でビームの傾きが変化し
ても、これを補正してビーム輸送系でのビーム軌道を一
定に保ち、ビーム取出しの全期間にわたって大電流のビ
ームを取り出せるシンクロトロンを実現することを目的
とする。また、上記の目的を達成するために必要なシン
クロトロン本体の設計や運転上の制約を少なくすること
を第2の目的とする。 【解決手段】 荷電ビームを加速して共鳴取り出しによ
り出射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出
射ビームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビー
ム装置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置
入り口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界
強度を変化させる出射用偏向装置と、出射用偏向装置と
同期して磁界又は電界強度を変化させるビーム輸送系に
設置された1台ないし複数台の軌道補正偏向装置を有す
る構成にした。
(57) [Summary] [PROBLEMS] Even if the inclination of a beam changes at the entrance of an output deflector, this is corrected to maintain a constant beam trajectory in the beam transport system, and to maintain a large current over the entire period of beam extraction. The purpose is to realize a synchrotron that can extract a beam. A second object is to reduce restrictions on the design and operation of the synchrotron main body required to achieve the above object. SOLUTION: In a charged particle beam apparatus including a synchrotron which emits a charged beam through a deflector for extraction by resonance extraction through resonance and a beam transport system for transporting the emitted beam, an entrance of the deflector for extraction within an output beam pulse is provided. An output deflector for changing the magnetic field or electric field intensity in accordance with the temporal change of the output angle of the light source, and one or more units installed in a beam transport system for changing the magnetic field or electric field intensity in synchronization with the output deflector Trajectory correction deflecting device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、陽子線などの粒
子線を高エネルギーに加速して人体に照射してガン組織
等を破壊する荷電粒子線ビーム装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam apparatus for accelerating a particle beam such as a proton beam to high energy and irradiating a human body with the beam to destroy a cancer tissue or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は例えば特開平5−109499号
公報に示された従来のシンクロトロンの平面図であり、
図7は3次共鳴励起出射時における図6の出射用偏向装
置入り口での出射初期と出射末期の位相空間で、横軸は
荷電粒子ビームの水平方向変位x、縦軸はビームの軌道
勾配x’(=dx/ds,sは進行方向距離)を表す図
である。また、図8は出射用偏向装置付近の拡大図とバ
ンプ軌道を表す図である。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a plan view of a conventional synchrotron disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-109499.
FIG. 7 is a phase space between the initial stage and the final stage of emission at the entrance of the deflector for emission in FIG. 6 at the time of third-order resonance excitation emission. The horizontal axis is the horizontal displacement x of the charged particle beam, and the vertical axis is the orbital gradient x of the beam. It is a figure showing '(= dx / ds, s is a distance in the traveling direction). FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the deflector for emission and a diagram showing a bump orbit.

【0003】図6において、1はシンクロトロンを周回
する粒子の平衡軌道(中心軌道)、3は粒子を偏向させ
る偏向電磁石、5は粒子を集束する四極電磁石、7は加
速装置、9は共鳴取り出しに使用する共鳴励起用六極電
磁石、10、11は出射時に平衡軌道の一部を出射用偏
向装置13側にずらすためのバンプ電磁石、12はずら
された平衡軌道であるバンプ軌道、13は粒子を偏向し
てシンクロトロン外部に取り出す出射用偏向装置、14
は出射時にチューンを整数±1/3に徐々に近づけるた
めのチューン補正用四極電磁石、15は入射用インフレ
クタである。
In FIG. 6, 1 is an equilibrium orbit (center orbit) of particles orbiting a synchrotron, 3 is a deflection electromagnet for deflecting particles, 5 is a quadrupole electromagnet for converging particles, 7 is an acceleration device, and 9 is resonance extraction. The hexapole electromagnets 10 and 11 used for the resonance excitation are used to shift a part of the equilibrium trajectory toward the deflecting device 13 at the time of emission, the bump electromagnet 12 is a shifted equilibrium orbit, and 13 is a particle. Deflecting device for deflecting light and taking it out of the synchrotron, 14
Is a tune correcting quadrupole electromagnet for gradually bringing the tune closer to an integer ± 1/3 at the time of emission, and 15 is an incident inflector.

【0004】次に動作について説明する。偏向電磁石3
と四極電磁石5の効果により、入射用インフレクタ15
から入射された荷電粒子は、平衡軌道1(荷電粒子が安
定して運動することができる一周で閉じたループ)の回
りを安定にベータトロン振動しながら周回する。また、
加速空洞7を通過する際に荷電粒子はエネルギーが与え
られる。このような加速過程では、荷電粒子のチュー
ン、即ち、加速器一周当たりのベータトロン振動数は、
四極電磁石を用い、水平、垂直両方向とも通常、整数±
1/4に設定される。
Next, the operation will be described. Bending electromagnet 3
And the effect of the quadrupole electromagnet 5, the incidence inflector 15
Charged particles incident from the orbit stably oscillate around the equilibrium orbit 1 (a closed loop in which the charged particles can stably move) with betatron oscillation. Also,
When passing through the acceleration cavity 7, the charged particles are energized. In such an acceleration process, the tune of the charged particles, that is, the betatron frequency per cycle of the accelerator, is
Using a quadrupole electromagnet, both horizontal and vertical directions are usually integers ±
It is set to 1/4.

【0005】加速終了後、荷電粒子の集まりであるビー
ムを出射する段階では、ベータトロン振動に前述の共鳴
を励起させるため、図6中の四極電磁石5を用い、ビー
ムを水平方向に取り出す場合は水平方向チューンを、ビ
ームを垂直方向に取り出す場合は垂直方向チューンを次
のように調整する。即ち、半整数共鳴の場合は、チュー
ンを整数±1/2に近づけ、3次共鳴の場合は、チュー
ンを整数±1/3に近づける。この状況で、半整数共鳴
を励起する場合は、加速器に予め設置した八極電磁石を
励磁し、また、3次共鳴を励起する場合は六極電磁石を
励磁する(図6には六極電磁石9を図示)。以上より、
ベータトロン振動に共鳴が励起され、安定限界を越えた
粒子は、ベータトロン振動の変化が大きくなっていく。
また、この状況でビームがダクトに衝突し失われること
を防止するために、図6、図8に示す二極バンプ電磁石
10、11を励磁し、出射用偏向装置13の前後で平衡
軌道を出射用偏向装置側にずらしたバンプ軌道12(局
所的に歪ませた軌道)を作っておく。
After the acceleration, at the stage of emitting a beam as a collection of charged particles, the quadrupole electromagnet 5 shown in FIG. To extract the horizontal tune and the beam in the vertical direction, adjust the vertical tune as follows. That is, in the case of half-integer resonance, the tune is approximated to the integer ± 1 /, and in the case of the tertiary resonance, the tune is approximated to the integer ± 1 /. In this situation, to excite half-integer resonance, an octupole electromagnet provided in advance in the accelerator is excited, and to excite tertiary resonance, a hexapole electromagnet is excited (FIG. Is shown). From the above,
Particles whose resonance is excited by the betatron oscillation and exceed the stability limit have a large change in the betatron oscillation.
In order to prevent the beam from colliding with the duct and being lost in this situation, the two-pole bump electromagnets 10 and 11 shown in FIGS. A bump trajectory 12 (a trajectory locally distorted) is shifted to the side of the deflecting device.

【0006】この時のビームの挙動を図7の位相空間を
使って説明する。図7は、3次共鳴励起出射時における
図6の出射用偏向装置入り口での出射初期と末期の位相
空間で、横軸はビームの水平方向変位x、縦軸はビーム
の軌道勾配x’(=dx/ds,sは進行方向距離)を
表す。3次共鳴励起時は、図7のΔABCのように三角
形状のセパラトリクス(安定限界)が存在する。3次共
鳴の場合、チューンはほぼ整数±1/3であるから、ビ
ーム周囲の3回に1回ほぼ同じ状態になる。すなわち、
それぞれの荷電粒子は出射位置において3つの状態を取
りうる。図7における黒丸印の3つの流れは、セパラト
リクス外側の荷電粒子の3つの状態の遷移を示したもの
である。例えば図7(a)において、a1の状態をとった
荷電粒子は、一周後b1、更に一周後c1または更にa2,b2,
c2・・・・・・といった遷移をし、最終的には出射器である出
射用偏向装置の電極を越えてxdに到達し、外部に取り出
される。
The behavior of the beam at this time will be described with reference to the phase space of FIG. FIG. 7 shows the phase space at the beginning and end of the emission at the entrance of the emission deflector in FIG. 6 at the time of emission of the tertiary resonance excitation. The horizontal axis is the horizontal displacement x of the beam, and the vertical axis is the orbital gradient x ′ ( = Dx / ds, where s is the distance in the traveling direction). At the time of the tertiary resonance excitation, there is a triangular separatrix (stability limit) like ΔABC in FIG. In the case of the tertiary resonance, the tune is almost an integer ± 1 /, so that the state is almost the same once every three times around the beam. That is,
Each charged particle can take three states at the emission position. The three flows indicated by black circles in FIG. 7 show transitions of the three states of the charged particles outside the separatrix. For example, in FIG. 7A, the charged particle in the state of a1 is b1 after one round, c1 after one round, or a2, b2,
.., and finally reaches xd beyond the electrode of the emission deflector which is the emission device, and is taken out.

【0007】周回している荷電粒子にはベータトロン振
動の振幅の大きいものもあり、小さいものもある。荷電
粒子を徐々に出射させるために、ベータトロン振動の振
幅の大きいものから順に取り出す。このため、出射初期
はセパラトリクスを図7(a)のように比較的大きく
し、その後時間とともに小さくしていく。この操作を図
6の補助の四極電磁石14を用いて行う。即ち、補助四
極電磁石14でチューンを更に整数±1/3に近づけセ
パラトリクスを図7のΔA’B’C’のように小さく
し、ビームを出射するようにしている。
Some orbiting charged particles have large and small amplitudes of betatron oscillation. In order to gradually emit the charged particles, the charged particles are taken out in order from the one having the larger amplitude of the betatron oscillation. For this reason, the separatrix is made relatively large in the initial stage of the emission as shown in FIG. 7A, and thereafter reduced with time. This operation is performed using the auxiliary quadrupole electromagnet 14 shown in FIG. That is, the tune is further approximated to an integer ± チ ュ ー by the auxiliary quadrupole electromagnet 14 to reduce the separatrix to ΔA′B′C ′ in FIG. 7 so as to emit a beam.

【0008】しかし、図7からも分かるように、セパラ
トリクスの大きさの変化により出射用偏向装置の入り口
でビームの傾きが変わる。この場合、出射ビームはビー
ム輸送系(出射用偏向装置からビームを利用する位置ま
での系)において時間的に位置が変動することになり、
最後のターゲットの位置でもビーム位置が変化すること
になる。
However, as can be seen from FIG. 7, the inclination of the beam changes at the entrance of the deflector for emission due to the change in the magnitude of the separatrix. In this case, the position of the output beam fluctuates with time in the beam transport system (system from the output deflector to the position where the beam is used).
The beam position will also change at the last target position.

【0009】これを補正するために、先のバンプ電磁石
を単にビームを出射用偏向装置側にずらすことに使用す
るだけでなく、出射用偏向装置入り口でのビームの傾き
の変動を補正するためにも利用する。図6の例ではバン
プ電磁石は2台しか使っていないが、この場合、2台の
バンプ電磁石の間のベータトロン振動の位相の進みはπ
となる必要があり、かつ、出射用偏向装置入り口におけ
るバンプ軌道の傾きも限定されるため、バンプ電磁石の
設置位置やシンクロトロン設計に制約を受ける。
In order to correct this, not only is the bump electromagnet used to simply shift the beam to the exit deflecting device side, but also to correct the variation in the tilt of the beam at the entrance of the exit deflecting device. Also use. Although only two bump electromagnets are used in the example of FIG. 6, in this case, the phase advance of the betatron oscillation between the two bump electromagnets is π.
And the inclination of the bump trajectory at the entrance of the output deflector is limited, so that the installation position of the bump electromagnet and the synchrotron design are restricted.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のビ
ーム取り出し中に出射用偏向装置入り口で変化するビー
ムの傾きを補正する方法では、シンクロトロンの設計に
おいてバンプ電磁石の適切な設置のために大きな制約を
受けるという問題がある。更に、小型のシンクロトロン
にはスペースの制約から適用できないケースもあるとい
う問題がある。また、この従来技術では、ビームの傾き
の変化を緩和することはできるが完全な補正はできな
い。一方、偏向電磁石3や四極電磁石5の設置誤差によ
り通常のシンクロトロンでは平衡軌道は歪むが、加速後
の平衡軌道に歪みがあるとそれを考慮したバンプ電磁石
の磁界設定、時間変化が必要となる。この平衡軌道の歪
みを正確に測定することは難しいため、バンプ電磁石の
最適化が非常に大変になるという問題もある。
In the above-mentioned conventional method for correcting the inclination of the beam that changes at the entrance of the deflector for extraction during beam extraction, the conventional method for properly installing a bump electromagnet in the design of a synchrotron is described. There is a problem that it is greatly restricted. Further, there is a problem that a small synchrotron cannot be applied due to space restrictions. Further, according to this conventional technique, a change in the tilt of the beam can be reduced, but a complete correction cannot be made. On the other hand, the equilibrium orbit is distorted in a normal synchrotron due to an installation error of the bending electromagnet 3 or the quadrupole electromagnet 5, but if the equilibrium orbit after acceleration is distorted, it is necessary to set the magnetic field of the bump electromagnet and change with time in consideration of the distortion. . Since it is difficult to accurately measure the distortion of the equilibrium orbit, there is also a problem that optimization of the bump electromagnet becomes very difficult.

【0011】この発明は、従来技術の上記の問題点を解
決するためになされたものであり、出射用偏向装置入口
でビームの傾きが変化しても、これを補正してビーム輸
送系でのビーム軌道を一定に保ち、ビーム取出しの全期
間にわたって大電流のビームを取り出せるシンクロトロ
ンを実現することを目的とする。また、上記の目的を達
成するために必要なシンクロトロン本体の設計や運転上
の制約を少なくすることを第2の目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. Even if the inclination of the beam changes at the entrance of the output deflector, it is corrected and corrected in the beam transport system. An object of the present invention is to realize a synchrotron capable of extracting a beam with a large current over the entire beam extraction period while maintaining a constant beam trajectory. A second object is to reduce restrictions on the design and operation of the synchrotron main body required to achieve the above object.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の構成で
ある荷電粒子ビーム装置は、荷電ビームを加速して共鳴
取り出しにより出射用偏向装置を通して出射するシンク
ロトロンと出射ビームを輸送するビーム輸送系からなる
荷電粒子ビーム装置において、出射ビームパルス内の出
射用偏向装置入り口での出射角の時間的変化に合わせて
磁界又は電界強度を変化させる出射用偏向装置と、出射
用偏向装置と同期して磁界又は電界強度を変化させるビ
ーム輸送系に設置された1台ないし複数台の軌道補正偏
向装置を有するものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a charged particle beam apparatus comprising: a synchrotron for accelerating a charged beam and emitting through a deflector for extraction by resonance extraction; and a beam transport for transporting the output beam. In a charged particle beam apparatus comprising a system, an output deflector for changing a magnetic field or an electric field intensity in accordance with a temporal change of an output angle at an input of the output deflector in an output beam pulse, and the output deflector are synchronized with the output deflector. And one or more orbit correction deflecting devices installed in the beam transport system for changing the magnetic field or electric field strength.

【0013】この発明の第2の構成である荷電粒子ビー
ム装置は、軌道補正偏向装置の一部は出射用偏向装置を
出た荷電粒子ビームが中心軌道を横切る位置に設置する
ものである。
In the charged particle beam apparatus according to the second configuration of the present invention, a part of the trajectory correcting / deflecting device is installed at a position where the charged particle beam exiting the exiting deflecting device crosses the central orbit.

【0014】この発明の第3の構成である荷電粒子ビー
ム装置は、軌道補正偏向装置は出射用偏向装置とビーム
輸送系の最初の集束又は偏向装置との間に設置したもの
である。
In a charged particle beam apparatus according to a third aspect of the present invention, the trajectory correcting / deflecting apparatus is installed between the exiting deflection apparatus and the first focusing or deflection apparatus of the beam transport system.

【0015】この発明の第4の構成である荷電粒子ビー
ム装置は、荷電ビームを加速して共鳴取り出しにより出
射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出射ビ
ームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビーム装
置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置入り
口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界強度
を変化させる複数台の軌道補正偏向装置をビーム輸送系
に有するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a charged particle beam apparatus comprising: a synchrotron which accelerates a charged beam and emits through a deflector for extraction by resonance extraction and a beam transport system for transporting the output beam. In the apparatus, the beam transport system includes a plurality of trajectory correcting / deflecting devices for changing the magnetic field or the electric field strength in accordance with the temporal change of the output angle at the entrance of the output deflection device in the output beam pulse.

【0016】この発明の第5の構成である荷電粒子ビー
ム装置は、軌道補正偏向装置は出射用偏向装置とビーム
輸送系の最初の集束又は偏向装置の間に複数台設置した
ものである。
In a charged particle beam apparatus according to a fifth aspect of the present invention, a plurality of trajectory correcting / deflecting apparatuses are provided between the exiting / deflecting apparatus and the first focusing or deflecting apparatus of the beam transport system.

【0017】この発明の第6の構成である荷電粒子ビー
ム装置は、荷電ビームを加速して共鳴取り出しにより出
射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出射ビ
ームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビーム装
置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置入り
口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界強度
を変化させる一台ないし複数台の軌道補正偏向装置をベ
ータトロン振動の位相が出射用偏向装置入り口からnπ
(nは整数)だけ進んだ位置に設置したものである。
A charged particle beam apparatus according to a sixth aspect of the present invention is a charged particle beam comprising a synchrotron which accelerates a charged beam and emits through a deflector for extraction by resonance extraction and a beam transport system for transporting the output beam. In the apparatus, one or more orbit correction deflecting devices that change the magnetic field or electric field strength in accordance with the temporal change of the output angle at the entrance of the output deflecting device in the output beam pulse, and the phase of the betatron oscillation is used for output. Nπ from the deflector entrance
(N is an integer).

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図1はこの発明の実
施の形態1によるシンクロトロンの平面図、図2はシン
クロトロンの出射部付近の拡大図とビーム軌道を表す図
である。また、図3は取り出しビームに対する各機器の
出力変化の一例を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a synchrotron according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view near an emission part of the synchrotron and a diagram showing a beam orbit. FIG. 3 is a diagram showing an example of a change in output of each device with respect to the extracted beam.

【0019】図1、図2において、1はシンクロトロン
を周回する粒子の平衡軌道(中心軌道)、3は粒子を偏
向させる偏向電磁石、5は粒子を集束する四極電磁石、
7は加速装置、9は共鳴取り出しに使用する共鳴励起用
六極電磁石、10、11は出射時に平衡軌道の一部を出
射用偏向装置13側にずらすためのバンプ電磁石、12
はずらされた平衡軌道であるバンプ軌道、13は粒子を
偏向してシンクロトロン外部に取り出す出射用偏向装
置、14は出射時にチューンを整数±1/3に徐々に近
づけるためのチューン補正用四極電磁石、15は入射用
インフレクタ、17はビーム輸送系の中心軌道、20は
出射ビームに合わせて磁界が時間的に変化する軌道補正
偏向装置、22は出射用偏向装置の電源、24は軌道補
正偏向装置の電源、26は電源22、24のそれぞれの
出力波形を決める波形成形装置、28は波形を任意に作
り出すための制御計算機、30は出射開始時にトリガー
を発生し波形成形装置の出力を開始させるトリガー発生
器である。
1 and 2, reference numeral 1 denotes an equilibrium trajectory (center trajectory) of particles orbiting a synchrotron, 3 denotes a deflection electromagnet for deflecting particles, 5 denotes a quadrupole electromagnet for converging particles,
7 is an accelerating device, 9 is a hexapole electromagnet for resonance excitation used for resonance extraction, 10 and 11 are bump electromagnets for shifting a part of the equilibrium orbit to the deflector 13 for emission, 12
A bump orbit, which is a shifted equilibrium orbit, 13 is an emission deflector for deflecting particles and taking it out of the synchrotron, 14 is a tune-correcting quadrupole electromagnet for gradually bringing the tune closer to an integer ± 1/3 at the time of emission. , 15 is an incident inflector, 17 is a central orbit of a beam transport system, 20 is an orbit correcting and deflecting device whose magnetic field changes with time in accordance with an outgoing beam, 22 is a power supply of an outgoing deflector, and 24 is an orbit correcting and deflecting device. A power supply for the device, 26 is a waveform shaping device for determining the output waveform of each of the power sources 22 and 24, 28 is a control computer for arbitrarily creating a waveform, and 30 is a trigger at the start of emission to start the output of the waveform shaping device. It is a trigger generator.

【0020】次に動作について説明する。シンクロトロ
ン及びそこからの共鳴取り出しについては従来例で説明
した通りである。ここでは、共鳴により出射用偏向装置
13の入り口に粒子が到達した後について説明する。出
射用偏向装置は磁界で粒子を偏向するものもあれば電界
で偏向するものもある。ここでは磁界を使った偏向装置
とする。また、高エネルギー装置では出射用偏向装置は
複数台に分けて用いる場合もある。出射用偏向装置の入
り口での荷電粒子の位相空間座標をx0、x’0で表すと、
その出口での粒子座標x1、x’1は下記の式で与えられ
る。 x1 = cos φ・x0 + ρsinφ・x’0 + ρ(1 - cosφ)ΔP0/P0 (1) x’1 = - sinφ/ρ・x0 + cosφ・x’0 + sinφ・ΔP0/P0 (2) ここで、ΔP0/P0 は粒子の運動量の誤差を表すが、この
粒子は、運動量誤差がゼロの粒子に足して出射用偏向装
置の磁界強度を-ΔP0/P0だけ変えたものと等価である。
すなわち、運動量が1%高い粒子の出射用偏向装置内で
の軌道と運動量誤差がゼロの粒子に対して磁界強度を1
%下げた時の軌道は同じである。φは出射用偏向装置の
偏向角、ρは曲率半径である。
Next, the operation will be described. The synchrotron and the resonance extraction therefrom are as described in the conventional example. Here, a description will be given after the particles reach the entrance of the output deflection device 13 due to resonance. Some deflectors for emission deflect particles by a magnetic field, while others deflect them by an electric field. Here, a deflecting device using a magnetic field is used. In some high-energy devices, the output deflection device may be divided into a plurality of devices. When the phase space coordinates of the charged particles at the entrance of the output deflector are represented by x 0 and x ′ 0 ,
The particle coordinates x1, x'1 at the exit are given by the following equations. x 1 = cos φ ・ x 0 + ρ sin φ ・ x ' 0 + ρ ( 1 -cos φ) ΔP 0 / P 0 (1) x' 1 =-sinφ / ρ ・ x 0 + cosφ ・ x ' 0 + sinφ ・ ΔP 0 / P 0 (2) Here, ΔP 0 / P 0 represents the error of the momentum of the particle, and the particle adds the particle having the zero momentum error to the magnetic field intensity of the output deflector by −ΔP 0 / It is equivalent to the one changed by P 0 .
That is, the trajectory of the particles having a high momentum by 1% in the deflector for emission and the magnetic field strength are set to 1 for particles having a zero momentum error.
The trajectory at the time of the decrease is the same. φ is the deflection angle of the output deflector, and ρ is the radius of curvature.

【0021】共鳴取り出しにおいては、従来例で述べた
ように取り出し中にx0、x’0が時間的に変化する。ここ
で、x0の変動はランダムであるためその補正は考えな
い。従って、x0=0とする。この時、 x1 = ρsinφ・x’0 + ρ(1 - cosφ)ΔP0/P0 (3) x’1 = cosφ・x’0 + sinφ・ΔP0/P0 (4) 出射用偏向装置出口からLだけ離れた位置に軌道補正偏
向装置20を設置する。その間には集束、偏向要素がな
いとすると、軌道補正偏向装置の位置での粒子座標x2
x’2は以下のようになる。 x2 = x1 + L・x’1 (5) x’2 = x’1 (6)
In the resonance extraction, x 0 and x ′ 0 temporally change during the extraction as described in the conventional example. Here, the variation of x 0 is the correction is not considered because it is random. Therefore, x 0 = 0. At this time, x 1 = ρ sin φ x ' 0 + ρ (1-cos φ) ΔP 0 / P 0 (3) x' 1 = cos φ x ' 0 + sin φ ΔP 0 / P 0 (4) Deflection device for emission The trajectory correction deflection device 20 is installed at a position L away from the exit. In the meantime, assuming that there is no focusing and deflecting element, the particle coordinate x 2 at the position of the orbit correction deflector,
x ' 2 is as follows. x 2 = x 1 + Lx ' 1 (5) x' 2 = x ' 1 (6)

【0022】軌道補正偏向装置より下流側で粒子が中心
軌道上を進むようにするためには、軌道補正偏向装置の
位置でx2=0とし、軌道補正偏向装置で-x’1 の蹴り角を
与えればよい。この時、 0 = x1 + L・x’1 (7) 従って、 ρsinφ・x’0+ ρ(1 - cosφ)ΔP0/P0 = -L(cosφ・x’0+ sinφ・ΔP0/P0)(8) (ρsinφ + L cosφ) x’0= - (ρ(1 - cosφ) + L sinφ)ΔP0/P0 (9) 上式の括弧内は全て定数である。従って、 x’0の変化
に比例してΔP0/P0 (出射用偏向装置の磁界強度で符号
は逆になる。例えばΔP0/P0 が+1%の時には出射用偏
向装置の磁界強度は1%下げ、ー1%の時には1%上げ
る。)を変化させればよい。即ち、全てのx’0に対して
ビーム輸送系の軌道補正偏向装置の位置で粒子が中心軌
道を横切る解が存在し、ビーム取り出し中に出射用偏向
装置入り口で粒子の傾きが変わることによるビーム輸送
系でのビーム軌道変動を補正できる。軌道補正偏向装置
の変化のさせ方は式(4)に示すx’1から求めることが
できる。
In order for particles to travel on the central trajectory downstream of the trajectory correction deflecting device, x 2 = 0 at the position of the trajectory correction deflecting device, and a kick angle of -x'1 by the trajectory correcting deflecting device. Should be given. In this case, 0 = x 1 + L · x '1 (7) Accordingly, ρsinφ · x' 0 + ρ (1 - cosφ) ΔP 0 / P 0 = -L (cosφ · x '0 + sinφ · ΔP 0 / P 0 ) (8) (ρ sin φ + L cos φ) x ' 0 =-(ρ (1-cos φ) + L sin φ) ΔP 0 / P 0 (9) All the values in parentheses in the above equation are constants. Therefore, the code in the magnetic field strength in proportion to the change in x '0 ΔP 0 / P 0 ( for extraction deflecting device is reversed. For example the magnetic field intensity of the outgoing deflection apparatus when [Delta] P 0 / P 0 is + 1% Lower by 1%, and increase by 1% when the value is -1%). That is, the beam by the particle at the position of all the x '0 with respect to the beam transport system of the track correcting deflector solution exists across the center trajectory, the inclination of the particle changes by the exit deflection device entrance in the beam extraction Beam orbit fluctuations in the transport system can be corrected. Is manner of change in the trajectory correction deflection device can be determined from x '1 shown in Equation (4).

【0023】ここで、軌道補正偏向装置はその中でのx
変位が無視できるとして薄肉レンズ近似した。x’0の変
化は設計時点で計算機によるビームシミュレーションに
より求められるため、出射用偏向装置の磁界強度を時間
的にどのように変化させなければならないかが予め分か
る。もちろん、最終的にはビームを使った実験により、
その時間的変化を最適化してもよい。
Here, the trajectory correcting / deflecting device has x in it.
The displacement was negligible and a thin lens approximation was made. Since the change in x ′ 0 is obtained by a beam simulation by a computer at the time of design, it is known in advance how the magnetic field strength of the output deflector must be temporally changed. Of course, finally, through experiments using beams,
The temporal change may be optimized.

【0024】図2にビーム軌道の一例を示すが、x’0=0
の粒子が中心軌道17上を通るように出射用偏向装置1
3の磁界強度が設定されている場合に、ある値x’0の粒
子は18のような軌道を描き取り出される。この時、式
(9)で与えられるΔP0/P0の絶対値分だけ磁界強度を
強めれば19のような軌道となり、軌道補正偏向装置2
0の位置で中心軌道を横切る。そして、軌道補正偏向装
置で-x’1 だけ偏向させれば、軌道補正偏向装置より下
流側では粒子は中心軌道上を進む。
FIG. 2 shows an example of the beam trajectory, where x ′ 0 = 0
Output deflector 1 so that the particles pass through the central orbit 17
When a magnetic field strength of 3 is set, a particle having a certain value x ′ 0 is drawn out in a trajectory like 18. At this time, if the magnetic field strength is increased by the absolute value of ΔP 0 / P 0 given by the equation (9), the trajectory becomes like 19, and the trajectory correction deflecting device 2
Cross the center trajectory at 0. Then, if deflected by the orbit correction deflection device -x 'by 1, the particles on the downstream side of the orbit correction deflection device is advanced over the center trajectory.

【0025】なお、取り出し中にビームの運動量が変化
する場合は、上述した式のΔP0/P0にその変化を考慮す
ればよい。また、出射用偏向装置13は一台としている
が、高エネルギーシンクロトロンの場合、一台で所定の
偏向角を得ることが難しい場合があり、その場合複数台
使用され、電界と磁界による偏向装置が混在している場
合もある。この場合でも同様の効果が得られ、磁界を時
間的に変化させる装置は全部でもよいし、最初の一台で
もよいし、最初の一台を含む複数台でもよい。シンクロ
トロンに合わせて最適な方法を選択すればよい。
When the momentum of the beam changes during the extraction, the change may be considered in ΔP 0 / P 0 in the above equation. In addition, although the single deflector 13 for output is used, in the case of a high-energy synchrotron, it may be difficult to obtain a predetermined deflection angle with one deflector. May be mixed. Even in this case, the same effect can be obtained, and the number of devices that change the magnetic field with time may be all, the first device, or a plurality of devices including the first device. An optimal method may be selected according to the synchrotron.

【0026】図1には出射用偏向装置13と軌道補正偏
向装置20の磁界強度を時間的に同期して変化させるた
めのハードウェアー構成の一例を示した。磁界強度の時
間的変化の一例を図3に示すが、図3の最上段は取り出
されるビーム強度を表し、例えば500msの間にシン
クロトロンを周回するビームは徐々に取り出される。そ
の間に出射用偏向装置入り口での粒子の傾きは変化し、
例えば図3に上から2段目に示すような変化をするとす
る。図では直線的に変化させているが、実際には直線的
に変化するとは限らない。また、プラス側だけの変動と
しているが、マイナス側からプラス側に変動する場合も
ある。
FIG. 1 shows an example of a hardware configuration for changing the magnetic field strengths of the output deflection device 13 and the trajectory correction deflection device 20 in time synchronization. FIG. 3 shows an example of the temporal change of the magnetic field intensity. The uppermost part of FIG. 3 shows the extracted beam intensity. For example, the beam that goes around the synchrotron for 500 ms is gradually extracted. Meanwhile, the inclination of the particles at the entrance of the exit deflector changes,
For example, assume that a change is made as shown in the second row from the top in FIG. Although it is changed linearly in the figure, it does not always change linearly in actuality. In addition, although the variation is only on the plus side, the variation may be from the minus side to the plus side.

【0027】その下の図は、その時粒子がビーム輸送系
の軌道補正偏向装置20の位置で中心軌道を横切るため
に必要な出射用偏向装置の磁界強度の変化のさせ方を表
す。最下段は軌道補正偏向装置の磁界強度の変化のさせ
方を表す。この例では、出射用偏向装置入り口でのビー
ムの傾きがゼロとならないので、軌道補正偏向装置の磁
界もゼロでないある値から変化している。
The diagram below shows how the field strength of the exit deflector is required to cause the particles to cross the central orbit at the location of the orbit correction deflector 20 in the beam transport system. The bottom row shows how to change the magnetic field strength of the trajectory correction deflection device. In this example, since the inclination of the beam at the entrance of the output deflection device does not become zero, the magnetic field of the trajectory correction deflection device also changes from a certain value other than zero.

【0028】図3では、出射用偏向装置及び軌道補正偏
向装置の磁界強度は、ビーム出射開始時に急激に立ち上
がっているが、出射用偏向装置が電磁石の場合、このよ
うな立ち上がりは難しく、もっとゆっくりした立ち上が
りになる。ビームは数百msをかけて加速され、その後
取り出され、取り出しが終わると再度数百msかけて加
速するため、これらの装置の立ち上がり、立ち下がりを
早くする必要はない。
In FIG. 3, the intensity of the magnetic field of the deflecting device for trajectory and the orbit correcting deflecting device rises sharply at the start of beam emission. However, when the deflecting device for emission is an electromagnet, such rising is difficult and more slowly. It becomes a rising. The beam is accelerated for several hundred ms, then extracted, and accelerated again for several hundred ms after the extraction is completed. Therefore, it is not necessary to make these devices rise and fall quickly.

【0029】出射用偏向装置及び軌道補正偏向装置の電
源22、24は、例えば入力電圧に比例した出力電流を
出す電源である。波形成形装置26は、例えばメモリー
に記憶した波形パターンをトリガー発生器30からの信
号を受けると電圧出力していく装置である。従って、必
要なタイミングでトリガー発生器から信号を出力する
と、それぞれの波形成形装置に記憶された波形パターン
がそれぞれの電源から電流出力され、図3に示すような
磁界が得られる。これらの波形パターンは制御計算機2
8から自由に変えられ、ビーム実験を通して波形の最適
化を行う。
The power supplies 22 and 24 of the deflector for emission and the orbit correction deflector are, for example, power supplies for outputting an output current proportional to the input voltage. The waveform shaping device 26 is a device that outputs a voltage from a waveform pattern stored in a memory, for example, when a signal from the trigger generator 30 is received. Therefore, when a signal is output from the trigger generator at a required timing, the waveform patterns stored in the respective waveform shaping devices are output as currents from the respective power supplies, and a magnetic field as shown in FIG. 3 is obtained. These waveform patterns are stored in the control computer 2
8 can be changed freely, and the waveform is optimized through beam experiments.

【0030】この方式を使えば、出射用偏向装置に平衡
軌道を近づけるためのバンプ電磁石は従来例と同じく必
要だが、出射用偏向装置入り口でビームの傾きを一定に
するようなバンプ軌道を作り出す必要はなく、シンクロ
トロン設計における制約を最小限にすることができ、よ
り効果的なシンクロトロンを設計することができる。ま
た、加速後に平衡軌道の歪みにより出射用偏向装置入り
口でのビームの傾きが計算とは違っても、ビーム実験を
通して出射用偏向装置及び軌道補正偏向装置の磁界を最
適化することにより平衡軌道の歪みの影響を補正できる
ため、平衡軌道の歪みを許容できる効果がある。
If this method is used, a bump electromagnet for bringing the equilibrium trajectory closer to the output deflector is required as in the conventional example, but it is necessary to create a bump trajectory that makes the beam inclination constant at the entrance of the output deflector. However, the constraints in the synchrotron design can be minimized, and a more effective synchrotron can be designed. Also, even if the beam tilt at the entrance of the output deflector is different from the calculation due to the distortion of the equilibrium orbit after acceleration, the balanced orbit is optimized by optimizing the magnetic fields of the output deflector and the orbit correction deflector through beam experiments. Since the influence of the distortion can be corrected, there is an effect that the distortion of the equilibrium orbit can be allowed.

【0031】実施の形態2 なお、上記実施の形態では出射用偏向装置13は、端部
のエッジ角により集束発散作用を与える電磁石ではない
が、端部で集束発散作用を与える出射用偏向装置であっ
ても、同様の効果が得られる。その場合は、出射用偏向
装置及び軌道補正偏向装置の磁界変化は前記の式とは異
なり、集束発散効果を考慮して計算する。一般に出射用
偏向装置は簡単な作り方をすると端部にエッジ角が生じ
るが、これによる集束発散作用を許容した方式は安価な
装置を提供できる。
Embodiment 2 In the above-described embodiment, the output deflector 13 is not an electromagnet that provides a divergent function at the end portion, but is a deflector for output that provides a divergent function at the end portion. Even so, the same effect can be obtained. In this case, the magnetic field changes of the output deflection device and the trajectory correction deflection device are different from the above-mentioned equations, and are calculated in consideration of the divergence effect. In general, an output deflector has an edge angle when formed in a simple manner. However, a system that allows the converging / diverging effect by this can provide an inexpensive device.

【0032】実施の形態3 なお、上記実施の形態では出射用偏向装置13と軌道補
正偏向装置20の間には集束、偏向作用を与える機器は
配置されていないが、それらが配置されていても同様の
効果が得られる。この場合も、上記実施の形態2同様、
それらの機器がビームに与える影響を考慮して出射用偏
向装置及び軌道補正偏向装置の磁界変化を決める。これ
により、ビーム輸送系の設計に制約がなくなり、より効
果的なビーム輸送系の設計が可能になるという利点が生
じる。
Embodiment 3 In the above-described embodiment, there is no device for focusing and deflecting between the output deflecting device 13 and the trajectory correcting deflecting device 20. Similar effects can be obtained. Also in this case, similar to the second embodiment,
The magnetic field change of the deflecting device for emission and the orbit correcting deflecting device is determined in consideration of the influence of these devices on the beam. Thereby, there is an advantage that there is no restriction on the design of the beam transport system, and a more effective design of the beam transport system becomes possible.

【0033】実施の形態4 図4は出射用偏向装置13の磁界強度は変えずにビーム
位置の時間的変動を補正する方法を示す図である。ビー
ム輸送系(出射用偏向装置とビーム利用位置との間の
系)に2台の軌道補正装置20を配置し、一台目の軌道
補正偏向装置によりその下流で中心軌道17を横切るよ
うに偏向し、中心軌道を横切る位置に配置した二台目の
軌道補正偏向装置で中心軌道と平行になるようにビーム
を偏向する。これにより、二台目の軌道補正偏向装置よ
り下流ではビームは中心軌道上を進むことになる。
Fourth Embodiment FIG. 4 is a diagram showing a method of correcting a temporal variation of a beam position without changing the magnetic field intensity of the deflecting device 13 for emission. Two trajectory correction devices 20 are arranged in the beam transport system (system between the deflecting device for emission and the beam use position), and are deflected by the first trajectory correction deflecting device so as to cross the central trajectory 17 downstream thereof. Then, the beam is deflected so as to be parallel to the central trajectory by a second trajectory correcting / deflecting device arranged at a position crossing the central trajectory. As a result, the beam travels on the central orbit downstream of the second orbit correction deflecting device.

【0034】この場合の軌道補正偏向装置の変化のさせ
方について考える。出射用偏向装置出口から一台目の軌
道補正偏向装置までの距離をL1、一台目と二台目の軌道
補正偏向装置の間の距離をL2とする。出射用偏向装置出
口でのビーム座標は式(3)、(4)で与えられるが、
出射用偏向装置の磁界は一定でビームの運動量変化も考
えないため、一台目の軌道補正偏向装置入り口でのビー
ムの位置と傾きxf 、x考えないため、一台目の軌道補正
偏向装置入り口でのビームの位置と傾きxf 、x’fは以
下のように与えられる。 xf = ρsinφ・x’0 + L1・ x’f (10) x’f = x’1 = cosφ・x’0 (11)
How to change the trajectory correcting / deflecting device in this case will be considered. The distance from the exit of the emission deflecting device to the first orbit correction deflecting device is L1, and the distance between the first and second trajectory correcting and deflecting devices is L2. The beam coordinates at the exit of the exit deflector are given by equations (3) and (4).
Since the magnetic field of the output deflector is constant and the momentum change of the beam is not considered, the position and inclination xf , x of the beam at the entrance of the first orbit correction deflector are not considered. beam position and tilt x f in the entrance, x 'f is given as follows. x f = ρsinφ x ' 0 + L1 x x f (10) x' f = x ' 1 = cos φ x' 0 (11)

【0035】一台目の軌道補正偏向装置出口でのビーム
の傾きをx’f0 とすると、ビームが二台目の軌道補正偏
向装置の位置で中心軌道17を横切るためには、 0 = ρsinφ・x’0 + L1・cosφ・x’0 + L2・x’f0 x’f0 = ー(ρsinφ + L1・cosφ)x’0/L2 (12) ここで、軌道補正偏向装置内でのx変位は小さいものと
して無視した。二台目の軌道補正偏向装置では-x’f0
偏向角をビームに与えれば、その下流側ではビームは中
心軌道を進む。x’0は時間的に変化するため二台目の軌
道補正偏向装置の偏向角 x’f0も時間的に変化させる。
また、一台目の軌道補正偏向装置の偏向角は次の式で与
えられる。 x’f - x’f0 = (cosφ + (ρsinφ + L1・cosφ)/L2) x’0 (13)
[0035] When the inclination of the beam by one eye orbit correction deflection device outlet x 'and f0, in order to cross the center trajectory 17 at the position of the track correcting deflection apparatus beams are two cars th, 0 = ρsinφ · x ' 0 + L1 ・ cosφ ・ x' 0 + L2 ・ x ' f0 x' f0 = ー (ρsinφ + L1 ・ cosφ) x ' 0 / L2 (12) Here, x displacement in the orbit correction / deflection device is Ignored as small. In the second orbit correction deflecting device, if a deflection angle of -x ' f0 is given to the beam, the beam advances on the central trajectory on the downstream side. x '0 is the deflection angle x of the two single eye orbit correction deflection device for time varying' f0 also be time varying.
The deflection angle of the first orbit correction deflecting device is given by the following equation. x ' f -x' f0 = (cosφ + (ρsinφ + L1 ・ cosφ) / L2) x ' 0 (13)

【0036】この方式では、一般に大電流、強磁界で設
計される出射用偏向装置13を時間変化させる必要がな
いため、出射用偏向装置の設計製作が容易になるという
効果がある。
In this method, it is not necessary to change the output deflection device 13 which is generally designed with a large current and a strong magnetic field over time, so that the design and manufacture of the output deflection device are facilitated.

【0037】実施の形態5 なお、上記実施の形態では出射用偏向装置13と軌道補
正偏向装置20の間には集束、偏向作用を与える機器は
配置されていないが、それらが配置されていても同様の
効果が得られる。この場合も、上記実施の形態2同様、
それらの機器がビームに与える影響を考慮して出射用偏
向装置及び軌道補正偏向装置の磁界変化を決める。これ
により、ビーム輸送系の設計に制約がなくなり、より効
果的なビーム輸送系の設計が可能になるという利点が生
じる。
Fifth Embodiment In the above-described embodiment, no device for providing a focusing and deflecting action is provided between the output deflector 13 and the trajectory correction deflector 20. Similar effects can be obtained. Also in this case, similar to the second embodiment,
The magnetic field change of the deflecting device for emission and the orbit correcting deflecting device is determined in consideration of the influence of these devices on the beam. Thereby, there is an advantage that there is no restriction on the design of the beam transport system, and a more effective design of the beam transport system becomes possible.

【0038】実施の形態6 図5はベータトロン振動の位相の進みが出射用偏向装置
13入り口からπだけ進んだ位置に軌道補正偏向装置2
0を配置して軌道の変化を補正する一例を表した図であ
る。ビーム輸送系は、一般にビームを集束させるための
四極電磁石5、ビームを必要な場所に導くための偏向電
磁石3が適切に配置されている。図5では偏向電磁石は
省略している。このような電磁石の配置の中では、出射
用偏向装置入り口で中心軌道に対してある角度を持つビ
ームは、中心軌道の周りを振動しながら進む。これをベ
ータトロン振動という。
Embodiment 6 FIG. 5 shows the trajectory correcting deflecting device 2 at a position where the advance of the phase of the betatron oscillation has advanced by π from the entrance of the deflecting device 13 for emission.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of correcting a change in a trajectory by arranging 0s. In the beam transport system, generally, a quadrupole electromagnet 5 for focusing the beam and a bending electromagnet 3 for guiding the beam to a required place are appropriately arranged. In FIG. 5, the bending electromagnet is omitted. In such an arrangement of the electromagnets, the beam having a certain angle with respect to the central trajectory at the entrance of the output deflector travels while vibrating around the central trajectory. This is called betatron oscillation.

【0039】この振動の位相の進みがnπ(nは整数)
だけ離れた位置では、出射用偏向装置入り口で中心軌道
に対して角度を持ったビームは全て中心軌道を横切る。
横切る角度は出射用偏向装置入り口での角度に比例す
る。従って、中心軌道を横切る位置に軌道補正偏向装置
20を配置し、出射用偏向装置入り口でのビームの角度
変化に合わせて軌道補正偏向装置の磁界強度を変えれ
ば、それより下流側ではビームは中心軌道上を進む。軌
道補正偏向装置の必要な偏向角は四極電磁石や偏向電磁
石の配置の仕方により異なるが、配置が決まれば容易に
計算できる。ここで、出射用偏向装置入り口でのX変位
は無視し、ビームは中心軌道上にあり時間的な変化はな
いと仮定した。
The phase advance of this vibration is nπ (n is an integer)
At a distance only, all beams at an angle to the central trajectory at the entrance of the exit deflector traverse the central trajectory.
The crossing angle is proportional to the angle at the entrance of the output deflector. Therefore, if the orbit correction deflecting device 20 is arranged at a position crossing the center trajectory and the magnetic field intensity of the orbit correction deflecting device is changed in accordance with a change in the angle of the beam at the entrance of the output deflector, the beam will be centered on the downstream side. Go on orbit. The required deflection angle of the trajectory correction deflecting device differs depending on the arrangement of the quadrupole electromagnet and the deflection electromagnet, but can be easily calculated once the arrangement is determined. Here, it was assumed that the X-displacement at the entrance of the output deflector was ignored, and the beam was on the central orbit and did not change with time.

【0040】この方式では、出射ビームの位置(傾き)
変動を補正するための装置は最低一台で済むため、コス
トの低減がはかれる。
In this method, the position (inclination) of the output beam
Since at least one device is required for correcting the fluctuation, the cost can be reduced.

【0041】[0041]

【発明の効果】この発明の第1、第2および第3の構成
に係る荷電粒子ビーム装置によれば、荷電ビームを加速
して共鳴取り出しにより出射用偏向装置を通して出射す
るシンクロトロンと出射ビームを輸送するビーム輸送系
からなる荷電粒子ビーム装置において、出射ビームパル
ス内の出射用偏向装置入り口での出射角の時間的変化に
合わせて磁界又は電界強度を変化させる出射用偏向装置
と、出射用偏向装置と同期して磁界又は電界強度を変化
させるビーム輸送系に設置された1台ないし複数台の軌
道補正偏向装置を有するようにしたので、出射用偏向装
置入口でのビームの傾きが変化してもそれを補正してビ
ーム輸送系でのビーム軌道を一定の保つことができ、ビ
ームの取り出しの全期間にわたって大電流を取出すこと
ができる。また、出射用偏向装置入口でのビームの傾き
の変化を許容できるので、シンクロトロン本体の設計や
運転に与える制約が少なく、大型化が要求されることも
ない。
According to the charged particle beam apparatus according to the first, second and third constructions of the present invention, the synchrotron and the output beam accelerated by the charged beam and output through the output deflector by resonance extraction. In a charged particle beam apparatus including a beam transport system for transporting, an output deflector for changing a magnetic field or an electric field intensity in accordance with a temporal change of an output angle at an input of the output deflector in an output beam pulse; Since one or more orbit correction deflecting devices are installed in the beam transport system that changes the magnetic field or electric field intensity in synchronization with the device, the inclination of the beam at the entrance of the deflecting device for emission changes. By correcting this, the beam trajectory in the beam transport system can be kept constant, and a large current can be extracted over the entire period of beam extraction. Further, since the change in the tilt of the beam at the entrance of the output deflector can be tolerated, there are few restrictions on the design and operation of the synchrotron main body, and no increase in size is required.

【0042】この発明の第4および第5の構成に係る荷
電粒子ビーム装置によれば、荷電ビームを加速して共鳴
取り出しにより出射用偏向装置を通して出射するシンク
ロトロンと出射ビームを輸送するビーム輸送系からなる
荷電粒子ビーム装置において、出射ビームパルス内の出
射用偏向装置入り口での出射角の時間的変化に合わせて
磁界又は電界強度を変化させる複数台の軌道補正偏向装
置をビーム輸送系に有するようにしたので、前記第1か
ら第3の構成による効果に加えて、大電流を必要とする
出射用偏向装置の設計や運転に制約を受けることなく、
軌道補正偏向装置のみによりビーム輸送系でのビーム軌
道を一定に保つことができる。
According to the charged particle beam apparatus according to the fourth and fifth configurations of the present invention, a synchrotron for accelerating the charged beam and emitting through the emission deflection device by resonance extraction and a beam transport system for transporting the output beam. In the charged particle beam apparatus, the beam transport system has a plurality of trajectory correcting / deflecting apparatuses for changing the magnetic field or electric field strength in accordance with the temporal change of the exit angle at the entrance of the exit deflection apparatus in the exit beam pulse. Therefore, in addition to the effects of the first to third configurations, there is no restriction on the design and operation of the output deflector requiring a large current,
The beam trajectory in the beam transport system can be kept constant by only the trajectory correction deflection device.

【0043】この発明の第6の構成である荷電粒子ビー
ム装置によれば、荷電ビームを加速して共鳴取り出しに
より出射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと
出射ビームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビ
ーム装置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装
置入り口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電
界強度を変化させる一台ないし複数台の軌道補正偏向装
置をベータトロン振動の位相が出射用偏向装置入り口か
らnπ(nは整数)だけ進んだ位置に設置したので、前
記第1から第3の構成による効果に加えて、大電流を必
要とする出射用偏向装置の設計や運転に制約を受けるこ
とがなく、軌道偏向装置の構成が簡素化される。
According to the charged particle beam apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the charged beam is constituted by a synchrotron which accelerates the charged beam and emits it through the output deflector by resonance extraction and a beam transport system which transports the output beam. In a particle beam device, one or more orbit correction deflecting devices that change the magnetic field or electric field strength in accordance with the temporal change in the output angle at the entrance of the output deflecting device in the output beam pulse are controlled by the phase of the betatron oscillation. Since it is installed at a position advanced by nπ (n is an integer) from the entrance of the output deflector, in addition to the effects of the first to third configurations, it is possible to design and operate the output deflector requiring a large current. There is no restriction, and the configuration of the trajectory deflection device is simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1によるシンクロトロ
ンの平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a synchrotron according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 シンクロトロンの出射部付近の拡大図とビー
ム軌道を表す図である。
FIG. 2 is an enlarged view near an emission part of a synchrotron and a diagram illustrating a beam trajectory.

【図3】 取り出しビームに対する各機器の出力変化の
一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a change in output of each device with respect to an extracted beam.

【図4】 出射用偏向装置13の磁界強度は変えずにビ
ーム位置の時間的変動を補正する方法を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a method of correcting a temporal variation of a beam position without changing the magnetic field intensity of the output deflection device 13;

【図5】 ベータトロン振動の位相の進みが出射用偏向
装置13入り口からπだけ進んだ位置に軌道補正偏向装
置20を配置して軌道の変化を補正する一例を表した図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the trajectory correction deflecting device 20 is disposed at a position where the phase of the betatron oscillation advances π from the entrance of the output deflector 13 to correct the change in the trajectory.

【図6】 従来のシンクロトロンの平面図である。FIG. 6 is a plan view of a conventional synchrotron.

【図7】 3次共鳴励起出射時における出射初期と出射
末期の位相空間を表す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a phase space at the initial stage and the final stage at the time of tertiary resonance excitation emission.

【図8】 出射用偏向装置付近の拡大図とバンプ軌道を
表す図である。
FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of an emission deflection device and a diagram illustrating a bump orbit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 平衡軌道(中心軌道)、3 偏向電磁石、5 四極
電磁石、7 加速装置、9 共鳴励起用六極電磁石、1
0,11 バンプ電磁石、12 バンプ軌道、13 出
射用偏向装置、14 チューン補正用四極電磁石、15
入射用インフレクタ、17 中心軌道、20 軌道補
正偏向装置、22 出射用偏向装置の電源、24 軌道
補正偏向装置の電源、26 波形成形装置、28 制御
計算機、30 トリガー発生器。
1 equilibrium orbit (center orbit), 3 bending electromagnet, 5 quadrupole electromagnet, 7 accelerator, 9 hexapole electromagnet for resonance excitation, 1
0,11 Bump electromagnet, 12 Bump orbit, 13 Emission deflection device, 14 Tune correction quadrupole electromagnet, 15
Incident inflector, 17 center trajectory, 20 trajectory correcting / deflecting device, 22 power source for emitting deflecting device, 24 power source for trajectory correcting / deflecting device, 26 waveform shaping device, 28 control calculator, 30 trigger generator.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 荷電ビームを加速して共鳴取り出しによ
り出射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出
射ビームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビー
ム装置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置
入り口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界
強度を変化させる出射用偏向装置と、出射用偏向装置と
同期して磁界又は電界強度を変化させるビーム輸送系に
設置された1台ないし複数台の軌道補正偏向装置を有す
ることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
1. A charged particle beam apparatus comprising a synchrotron which emits a charged beam through a deflector for extraction by resonance extraction through resonance and a beam transport system for transporting the output beam, an entrance of the deflector for output within a pulse of the output beam. An output deflector for changing the intensity of a magnetic field or an electric field in accordance with a temporal change of an output angle at one time, and one or more devices installed in a beam transport system for changing the intensity of a magnetic field or an electric field in synchronization with the output deflector A charged particle beam device, comprising: a trajectory correction deflection device.
【請求項2】 軌道補正偏向装置の一部は出射用偏向装
置を出た荷電粒子ビームが中心軌道を横切る位置に設置
することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム装
置。
2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein a part of the trajectory correcting / deflecting device is installed at a position where the charged particle beam exiting the emission deflecting device crosses the central orbit.
【請求項3】 軌道補正偏向装置は出射用偏向装置とビ
ーム輸送系の最初の集束又は偏向装置との間に設置した
ことを特徴とした請求項2記載の荷電粒子ビーム装置。
3. The charged particle beam apparatus according to claim 2, wherein the trajectory correction deflecting device is installed between the exit deflecting device and the first focusing or deflecting device of the beam transport system.
【請求項4】 荷電ビームを加速して共鳴取り出しによ
り出射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出
射ビームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビー
ム装置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置
入り口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界
強度を変化させる複数台の軌道補正偏向装置をビーム輸
送系に有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
4. A charged particle beam apparatus comprising a synchrotron which emits a charged beam through a deflecting device for extraction by resonance extraction through resonance and a beam transport system for transporting the emitted beam, the entrance of the deflecting device for emission within an output beam pulse. A charged particle beam apparatus comprising a plurality of trajectory correcting / deflecting devices for changing a magnetic field or an electric field intensity in accordance with a temporal change of an emission angle in a beam transport system.
【請求項5】 軌道補正偏向装置は出射用偏向装置とビ
ーム輸送系の最初の集束又は偏向装置の間に複数台設置
したことを特徴とする請求項4記載の荷電粒子ビーム装
置。
5. The charged particle beam apparatus according to claim 4, wherein a plurality of trajectory correcting / deflecting apparatuses are provided between the deflecting apparatus for output and the first focusing or deflecting apparatus of the beam transport system.
【請求項6】 荷電ビームを加速して共鳴取り出しによ
り出射用偏向装置を通して出射するシンクロトロンと出
射ビームを輸送するビーム輸送系からなる荷電粒子ビー
ム装置において、出射ビームパルス内の出射用偏向装置
入り口での出射角の時間的変化に合わせて磁界又は電界
強度を変化させる一台ないし複数台の軌道補正偏向装置
をベータトロン振動の位相が出射用偏向装置入り口から
nπ(nは整数)だけ進んだ位置に設置したことを特徴
とする荷電粒子ビーム装置。
6. A charged particle beam device comprising a synchrotron which emits a charged beam through a deflector for extraction by resonance extraction through resonance and a beam transport system for transporting the emitted beam, the entrance of the deflector for output within the output beam pulse. The phase of betatron oscillation is advanced by nπ (n is an integer) from the entrance of the deflector for emission through one or more orbit correction deflectors that change the magnetic field or electric field strength in accordance with the temporal change of the emission angle at A charged particle beam device characterized by being installed at a position.
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