(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを短時間に分割するためのビームチョッパにおいて、
ビーム軸方向に並設された、互いに独立した複数の電極と、
各電極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給電線と、
各給電線に配設された、ビームが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチと、
を備えたことを特徴とするビームチョッパ。
【請求項２】
前記電源側スイッチと電極の間に、抵抗が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のビームチョッパ。
【請求項３】
前記電極に印加された電圧をオフとする際に、各電極を、抵抗とコンデンサを介してアースに落とすためのアース側スイッチを、更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のビームチョッパ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームを短時間に分割するためのビームチョッパに係り、特に、線形加速器で加速したビームを、シンクロトロンやストレージリングに供給する際に用いるのに好適なビームチョッパに関する。
【０００２】
【従来の技術】
線形加速器で加速したビームを、シンクロトロンやストレージリングに供給する場合、ビームの入射及び取出しを行うために、ビームがない区間を必要とする。その時間は、おおよそ数百ｎｓである。そこで、図１に示すような数ｍｓのパルス状ビームを、図２に示す如く更に短い時間に分割する必要がある。このため、ビームチョッパが使用される。
【０００３】
ビームチョッパには、大きく分けて、静電型、伝送線型、ＲＦ型がある。
【０００４】
このうち静電型は、図３に例示する如く、ビームの軸方向（ビームラインと称する）１０に長い板状のチョッパ電極１２を設置し、この電極１２に高電圧を印加して、ビーム軌道を偏向する。
【０００５】
しかしながら、電極１２がビーム軸方向に長いため、ビームが電極を通過するのに時間がかかる。そのため、切れの良いチョッピングができず、電極１２の出側に配置したスリット１４を通過したビームも偏向してしまうという問題点を有する。
【０００６】
即ち、図３のａ点にあるビームバンチのみスリット１４を通過させ、ｂ〜ｅ点にあるビームバンチは全て遮断したい場合であっても、電圧印加開始時にｂ点にあるビームバンチは、電極１２間に形成される電界Ｅの影響を受ける時間が短く、僅かに偏向するに止どまるため、チョッピング過程の次の瞬間で、図４に示す如く、スリット１４を通過してしまう。ｃ点、ｄ点にあるビームバンチも、十分には偏向できない。偏向を受けたにも拘らずスリット１４を通過してしまったビームバンチは、加速途中で真空箱等に衝突し、機器放射化の原因となる。
【０００７】
従って、精度の良いチョッピングが要求される場合は、上記の静電型は使用できず、次に説明する伝送線型が使用される。
【０００８】
この伝送線型ビームチョッパは、図５に示す如く、ビーム軸方向１０に短い板状のチョッパ電極２０を多数並設し、この電極２０に高電圧を印加して、ビームの軌道を偏向する。電極と電極は同軸ケーブル等の遅延回路２２で接続され、ビーム速度と同期して電極２０に電圧が印加される。最終端は、遅延回路２２と同じインピーダンスの抵抗からなる終端器２４に接続される。
【０００９】
この伝送線型ビームチョッパにおいては、遅延回路２２（同軸ケーブルの長さ）を調整し、ビーム速度と同期して、ビーム軸方向に短い電極に電圧が発生するようにする。このため、ビームバンチは、図６乃至図８に示す如く、チョッパが作る電界Ｅの影響を全く受けないか（ａ）、十分に受けるか（ｂ、ｃ・・・）のどちらかになり、中途半端に偏向したビームがスリットを通過することはなくなる。即ち、電圧印加開始時に図６のｂ点とｃ点にあったビームバンチは、次の瞬間では、図７に示す如く、次の電極の電界Ｅの影響を十分に受け、全電極に電圧印加した時には、図８に示す如くなるため、バンチされたａ点のビームバンチは、チョッパ電極が作る電界Ｅの影響を全く受けないが、ｂ点以降のビームバンチは、電界Ｅの影響を十分に受けるようになる。
【００１０】
従って、精度良くインピーダンスマッチングがとれていれば、きれいにチョッピングできる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、終端が遅延回路（同軸ケーブル）２２と同じ５０Ωの純抵抗で終端するため、大容量のパルス電源が必要である。又、電極２０と遅延回路２２との接続部で、インピーダンスマッチングがとり難く、調整が厄介である。更に、現時点では、容量の大きな高速スイッチの信頼性がない。又、特に電極に印加した電圧をオフとするときの電圧接動（リンギング）が大きい等の問題点を有していた。
【００１２】
なお、最後のＲＦ型ビームチョッパは、１個のＲＦビームバンチが必要な場合に用いられるもので、静電型や伝送線型とは、目的が違う。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、大容量の電源を必要とせず、切れの良いチョッピングが可能なビームチョッパを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビームを短時間に分割するためのビームチョッパにおいて、ビーム軸方向に並設された、互いに独立した複数の電極と、各電極にそれぞれ接続された、互いに独立した多数の給電線と、各給電線に配設された、ビームが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチとを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
又、前記電源側スイッチと電極の間に、抵抗を挿入したものである。
【００１６】
更に、前記電極に印加された電圧をオフとする際に、各電極を、抵抗とコンデンサを介してアースに落とすためのアース側スイッチを備えることにより、電圧をオフとする際のリンギングを防止したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図９に示す如く、本実施形態におけるチョッパ伝極部分は、従来の伝送線型と同様に、ビーム軸方向に短い電極３０を多数並設する。但し、各電極は隣りの電極には接続せず、個々に給電線３２を接続する。このため、従来のように純抵抗で終端してインピーダンスを低くする必要がなくなり、小さな容量の電源で駆動でき、必要な電源容量が小さくできる。又、ビーム進行方向に電極が短いため、切れの良いチョッピングができる。
【００１９】
更に、伝送線型と同様に、１台の電源３４で、多数の電極に給電する事も可能である。又、バンクコンデンサ３６をチョッパ本体の近くに配置することで、電源容量を更に小さくすることも可能である。
【００２０】
各電極３０と電源３４の間には、ビームバンチが各電極を通過するタイミングに合わせて、順次オンオフされる電源側スイッチ３８が設けられている。又、該電源側スイッチ３８と電極３０の間に、抵抗４０が挿入されている。更に、各電極３０を、抵抗４４とコンデンサ４６を介してアースに落とすためのアース側スイッチ４２も設けられている。
【００２１】
前記電源側スイッチ３８は、図１０に示す如く、各ビームバンチが電極を通過するタイミングに合わせて、順次オン（開）とされる。こうすることで、図６乃至図８に示した如く、このビームバンチ（ｂ）の前を走るビームバンチ（ａ）は、チョッパ電極が作る電界Ｅの影響を全く受けず、今注目しているビームバンチ（ｂ）以降のビームバンチ（ｃ・・・）は、チョッパ電極が作る電界Ｅの影響を最大限に受けることができる。
【００２２】
なお、ビーム軌道を考えると、電圧を印加する場合よりも、切る場合の電圧振動が重要である。この問題を解決するために、印加した電圧をオフとする際には、アース側スイッチ４２により、電極３０を抵抗４４とコンデンサ４６を介してアースに落とすようにしている。
【００２３】
各スイッチは、スイッチ制御回路５０により、図１０に示す如く、オンオフされる。
【００２４】
前記実施形態における電極電圧のシミュレーション結果を図１１に示す。電極に印加されていた電圧をオフとする際の電圧振動を微妙に調整できる。
【００２５】
本実施形態においては、電源側スイッチ３８と電極３０の間に、抵抗４０を挿入しているので、電源３４の静電容量に合わせ、抵抗４０の値を選ぶ事で、最適な特性に調整可能である。
【００２６】
本実施形態においては、又、アース側スイッチ４２を設けて、電極３０に印加された電圧をオフとする際に、各電極３０を、抵抗４４とコンデンサ４６を介してアースに落とすようにしているので、電圧を切る際の電圧振動を最小に抑える事ができる。
【００２７】
本実施形態においては、又、バンクコンデンサ３６を、チョッパ本体の近くに配置しているので、電源容量を更に小さくすることができる。なお、バンクコンデンサ３６を省略することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、大容量の電源を必要とせず、システムの信頼性を向上することができる。又、切れの良いチョッピングが可能である。更に、高速スイッチの容量も小さくて済み、現時点でも略３ｎｓで動作するスイッチが存在するので、十分実現可能である。又、遅延時間の変更も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビームチョッパによりチョッピングされるパルスビームの一例を示す線図
【図２】同じく４００ｎｓにチョッピングされたビームの一例を示す、図１のＩＩ部を拡大して示す線図
【図３】従来の静電型ビームチョッパの問題点を説明するための、電圧印加開始時の状態を示す断面図
【図４】同じくチョッピングの過程を示す断面図
【図５】従来の伝送線型ビームチョッパの構成を示す斜視図
【図６】従来の伝送線型ビームチョッパ及び本発明の実施形態において、電圧印加開始時にビームが受ける力を示す断面図
【図７】同じく次の瞬間にビームが受ける力を示す断面図
【図８】同じく全電極に電圧を印加した時にビームが受ける力を示す断面図
【図９】本発明に係るビームチョッパの実施形態の構成を示す斜視図
【図１０】前記実施形態の電源側スイッチ及びアース側スイッチのオンオフ状態を示す図表
【図１１】前記実施形態における電極電圧のシミュレーション結果を示す線図
【符号の説明】
１０…ビームライン
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ…ビームバンチ
３０…電極
３４…電源
３６…バンクコンデンサ
３８…電源側スイッチ
４０、４４…抵抗
４２…アース側スイッチ
４６…コンデンサ
５０…スイッチ制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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