(57)【要約】【課題】運転開始における作業員の負担を軽減し、容易に運転を開始させて加速粒子を安定的に供給可能な加速器の制御装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】加速器２は、電子３を加速させる高周波加速空洞５、高周波加速空洞５内の真空度を測定する真空計６、高周波加速空洞５内に加速電圧ＡＶを印加する電力増幅器７を備え、この加速器２の制御装置１は、加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い真空度Ｖｌで加速電圧ＡＶを漸増させ、真空計６が測定する真空度Ｖｍが低下すると加速電圧を漸減させながら高周波加速空洞５内の真空度の回復を一時的に待ち、真空計６が測定する真空度Ｖｍが回復すると再び加速電圧ＡＶを漸増させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を加速させる高周波加速空洞、前記高周波加速空洞内の真空度を測定する真空計、前記高周波加速空洞内に加速電圧を印加する電力増幅器を備える加速器の制御装置において、
前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い真空度で前記加速電圧を漸増させ、前記真空計が測定する真空度が低下すると前記加速電圧を漸減させながら前記高周波加速空洞内の真空度の回復を一時的に待ち、前記真空計が測定する真空度が回復すると再び前記加速電圧を漸増させる加速器の制御装置。
【請求項２】
前記真空計が測定する真空度と前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い所定の真空度閾値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較の結果、前記真空計が測定する真空度が前記真空度閾値を超える場合に前記加速電圧を漸増させる一方、前記加速電圧の漸増にともない前記真空計が測定する真空度が前記真空度閾値以下に低下する場合に前記加速電圧を漸減させる電力増幅器指令部と、を備える請求項１に記載の加速器の制御装置。
【請求項３】
前記真空計が測定する真空度と前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い所定の第一真空度閾値とを比較する第一比較部と、
前記真空計が測定する真空度と前記第一真空度閾値よりも低い所定の第二真空度閾値とを比較する第二比較部と、
前記第一比較部の比較の結果、前記真空計が測定する真空度が前記第一真空度閾値を超える場合に前記電力増幅器によって前記加速電圧を漸増させ、前記第二比較部の比較の結果、前記真空計が測定する真空度が前記第二真空度閾値以下に低下する場合に前記電力増幅器によって前記加速電圧を漸減させ、前記第一比較部および前記第二比較部の比較の結果、前記加速電圧の増減にともない前記真空計が測定する真空度が前記第一真空度閾値以下、かつ前記第二真空度閾値を超える場合に前記電力増幅器によって前記加速電圧をそのまま保持させる電力増幅器指令部と、を備える請求項１に記載の加速器の制御装置。
【請求項４】
前記加速電圧の漸増と漸減とを複数回、交互に切り替える加速電圧スイング指令部を備える請求項１に記載の加速器の制御装置。
【請求項５】
電子を加速させる高周波加速空洞内に加速電圧を印加する加速器の制御方法において、
前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い真空度で前記加速電圧を漸増させ、前記真空度が低下すると前記加速電圧を漸減させながら前記高周波加速空洞内の真空度の回復を一時的に待ち、前記真空度が回復すると再び前記加速電圧を漸増させることを特徴とする加速器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、加速器の制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器は、電子を加速させる高周波加速空洞と、高周波加速空洞内の真空度を測定する真空計と、高周波加速空洞内に加速電圧を印加する電力増幅器と、高周波加速空洞内を排気して真空状態にする真空ポンプと、を備える。加速器は、真空ポンプを運転して高周波加速空洞内を真空状態にした後、電力増幅器で高周波の加速電圧を高周波加速空洞内の電極に印加し、エネルギーを与えて電子を加速する。電子の捕獲段階から加速段階初期にかけて空間電荷効果を緩和させる加速器が知られている。
【０００３】
ところで、加速器は、捕獲段階より前の運転開始において、高周波加速空洞のベーキング、真空ポンプによる高周波加速空洞内の真空排気を行い、高周波加速空洞内の不純物を除去する。しかしながら、不純物のすべては除去できず、残留している不純物は加速電圧の印加によってアーク放電を生じる。そして、このアーク放電は、高周波加速空洞内の真空度を低下させ、加速電圧のさらなる増加を妨げる。
【０００４】
また、真空度が低い状態（大気圧に近い負圧状態）で急激に高い加速電圧を印加することは、電力増幅器などの機器を損傷させる虞を高める。
【０００５】
そこで、従来の加速器は、運転開始にあたり、相応のスキルを有する作業員が高周波加速空洞内の真空度を監視しつつ、真空度の変化に応じて加速電圧を調整し、この調整を繰り返し、時間を掛けて加速電圧を目標値に到達させることが必要だった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４９２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の加速器は、相応のスキルを有する作業員が高周波加速空洞内の真空度を監視しながら時間を掛けて加速電圧を目標値に到達させることが必要だった。
【０００８】
このような状況は、作業員に高いスキルを要求し、過度の負担を掛けるだけでなく、当該作業員が不在のときに加速器が突発的に停止した場合、加速器を再始動に時間を要して加速粒子の供給が不安定になる。
【０００９】
そこで、本発明は、運転開始における作業員の負担を軽減し、容易に運転を開始させて加速粒子を安定的に供給可能な加速器の制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に係る加速器の制御装置は、電子を加速させる高周波加速空洞、前記高周波加速空洞内の真空度を測定する真空計、前記高周波加速空洞内に加速電圧を印加する電力増幅器を備える加速器の制御装置において、前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い真空度で前記加速電圧を漸増させ、前記真空計が測定する真空度が低下すると前記加速電圧を漸減させながら前記高周波加速空洞内の真空度の回復を一時的に待ち、前記真空計が測定する真空度が回復すると再び前記加速電圧を漸増させる。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る加速器の制御方法は、電子を加速させる高周波加速空洞内に加速電圧を印加する加速器の制御方法において、前記加速器の定常運転時の真空度よりも低い真空度で前記加速電圧を漸増させ、前記真空度が低下すると前記加速電圧を漸減させながら前記高周波加速空洞内の真空度の回復を一時的に待ち、前記真空度が回復すると再び前記加速電圧を漸増させる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャート。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御装置の運転開始制御による真空度と加速電圧の増減の関係を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態に係る制御装置の運転開始制御による真空度と加速電圧の増減の関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第３実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３実施形態に係る制御装置の加速電圧スイング制御を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る制御装置の加速電圧スイング制御による加速電圧の増減と時間経過の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る加速器の制御装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明に係る加速器の制御装置の第１実施形態について図１から図３を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図である。
【００１６】
図１に示す本実施形態に係る制御装置１は加速器２を制御する。
【００１７】
先ず、本実施形態に係る加速器２は、電子３を加速させる高周波加速空洞５と、高周波加速空洞５内の真空度を測定する真空計６と、高周波加速空洞５内に加速電圧ＡＶを印加する電力増幅器７と、高周波加速空洞５内を排気して真空状態にする真空ポンプ８と、を備える。
【００１８】
また、加速器２は、高周波加速空洞５へ電子３を入射させる入射器９と、所望のエネルギーまで加速された電子３を出射させる出射器１０と、を備える。
【００１９】
真空ポンプ８は、高周波加速空洞５を定常運転時の真空度Ｖｓに真空排気可能な適宜の形式のものを使用できる。
【００２０】
他方、本実施形態に係る制御装置１は、加速器２の運転開始時における加速電圧ＡＶを制御する。制御装置１は、加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い真空度Ｖｌで加速電圧ＡＶを漸増させる。また、制御装置１は、真空計６が測定する真空度Ｖｍが低下すると、加速電圧を漸減させながら高周波加速空洞５内の真空度の回復を一時的に待ち、真空計６が測定する真空度Ｖｍが回復すると再び加速電圧ＡＶを漸増させる。
【００２１】
制御装置１は、真空計６が測定する真空度Ｖｍと加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い所定の真空度閾値Ｖｔとを比較する比較部１１と、比較部１１の比較の結果、真空計６が測定する真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔを超える場合に加速電圧ＡＶを漸増させる一方、加速電圧ＡＶの漸増にともない真空計６が測定する真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ以下に低下する場合に加速電圧ＡＶを漸減させる電力増幅器指令部１２と、を備える。
【００２２】
また、制御装置１は、真空計６の測定結果の入力を受け取る入力部１３と、電力増幅器７へ加速電圧指令を出力する出力部１５と、を備える。
【００２３】
入力部１３は、真空計６の測定結果の他に、真空度閾値Ｖｔ、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報などの設定データ１６の入力を受け取り、真空計６が測定する真空度Ｖｍ、真空度閾値Ｖｔを比較部１１へ出力し、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報を電力増幅器指令部１２へ出力する。これら真空度Ｖｍや設定データ１６は、比較部１１側や電力増幅器指令部１２側から入力部１３へ定期的に参照しても良い。
【００２４】
なお、設定データ１６は、加速器２毎に適宜に調整されるものであり、加速器２毎に固有の特性を反映させる。真空度閾値Ｖｔは、高周波加速空洞５内の真空度の良否を判定する値であり真空度Ｖｌに相当する。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔを超えていれば高周波加速空洞５内の真空度は良好、真空度の高い状態であり、不純物が少ない。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ以下であれば高周波加速空洞５内の真空度は不良、真空度の低い状態であり、不純物が多い。漸増制御用設定情報は加速電圧増加値を含み、漸減制御用設定情報は加速電圧減少値を含む。
【００２５】
出力部１５は、電力増幅器指令部１２が出力する加速電圧指令を電力増幅器７に伝えるインタフェースである。
【００２６】
電力増幅器指令部１２は、真空計６が測定する真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔを超えているか否かに基づき、加速電圧ＡＶの増加傾向と減少傾向とを切り替える。なお、加速電圧ＡＶの増加傾向と減少傾向とは、それぞれ加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報に基づいて決められる。
【００２７】
次いで、制御装置１が行う加速器２運転開始時の加速電圧制御（以下、「運転開始制御」と言う。）を説明する。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャートである。
【００２９】
ここで、加速器２は、加速電圧制御に並行させて高周波加速空洞５のベーキング制御、真空ポンプ８の運転による高周波加速空洞５内の真空排気制御を継続的に行っている。真空排気制御は、大気圧から真空度の低い所定真空度に達するまでの粗引き、所定真空度から定常運転時の真空度Ｖｓに達するまでの本引きがあり、適宜の形式の真空ポンプを選択的に切り替え、または切り替えずに行われる。なお、真空度閾値Ｖｔは粗挽きおよび本引きのいずれかに属する。また、真空排気制御は、定常運転時の真空度Ｖｓ近傍における排気速度よりも、真空度閾値Ｖｔ以下における排気速度を高くして真空ポンプ８を制御しても良い。
【００３０】
制御装置１は、先ず、設定データ１６に基づいて比較部１１、電力増幅器指令部１２の初期設定を行う（ステップＳ１）。
【００３１】
次いで、制御装置１は、真空計６が測定する真空度Ｖｍと真空度閾値Ｖｔとを比較して、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔを超えているか否かを判断し、加速電圧ＡＶを漸増させるか漸減させるかを決める（ステップＳ２）。制御装置１は、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔを超えている場合には加速電圧ＡＶを漸増させ（ステップＳ３）、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ以下に低下する場合には加速電圧ＡＶを漸減させる（ステップＳ４）。
【００３２】
具体的には、加速電圧ＡＶを漸増させる場合、電力増幅器指令部１２は、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）＋加速電圧増加値×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ３）。他方、加速電圧ＡＶを漸減させる場合、電力増幅器指令部１２は、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）−加速電圧減少値×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ４）。
【００３３】
次いで、制御装置１は、加速電圧指令を適宜の範囲に制限する（ステップＳ５からステップＳ８）。具体的には、電力増幅器指令部１２は、加速電圧指令が加速電圧指令最大値ＡＶｍａｘから加速電圧指令最小値ＡＶｍｉｎの範囲内にあることを確認し、逸脱していれば加速電圧指令最大値ＡＶｍａｘまたは加速電圧指令最小値ＡＶｍｉｎで制限を掛ける。
【００３４】
そして、制御装置１は、加速電圧指令を出力部１５へ出力し（ステップＳ９）、運転開始制御を実行周期Δｔで繰り返す。運転開始制御の終了は、加速器２の特性として運転開始制御の繰り返し回数を設定データ１６に加えておいて判断しても良いし、適宜の繰り返し回数を経ても真空計６の真空度Ｖｍが低下しないことをもって判断しても良い。
【００３５】
図３は、本発明の第１実施形態に係る制御装置の運転開始制御による真空度と加速電圧の増減の関係を示すグラフである。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態に係る制御装置１は、高周波加速空洞５内の真空度（より詳しくは、真空計６の測定結果、真空度Ｖｍ）が真空度閾値Ｖｔを超えると（図３中の点ａ）、加速電圧ＡＶを漸増させる（図３中の線分ｂ）。ところが、加速電圧ＡＶの増加にともなって、高周波加速空洞５内に残留する不純物がアーク放電を生じてしまい、高周波加速空洞５内の真空度が低下し、遂には真空度閾値Ｖｔ以下になる（図３中の点ｃ）。そうすると、制御装置１は加速電圧ＡＶを漸減させる（図３中の線分ｄ）。すると、次第にアーク放電が少なくなり、運転継続中の真空ポンプ８によって高周波加速空洞５内の真空度が再び上昇し、遂には真空度閾値Ｖｔを超える（図３中の点ｅ）。そうすると、制御装置１は再び加速電圧ＡＶを漸増させる（図３中の線分ｆ）。この一連の真空度の上昇と低下、加速電圧ＡＶの漸増と漸減を複数回繰り返し、高周波加速空洞５内の真空度の低下がほぼ見られなくなり、所望の加速電圧ＡＶを印加可能になれば加速器２の運転が定常状態へ移行する。
【００３７】
本実施形態に係る加速器２の制御装置１は、従来の加速器のように相応のスキルを有する作業員が長時間に亘って監視しなくても、加速電圧ＡＶを所望の目標値に到達させることができる。つまり、加速器２の制御装置１は、作業員の高いスキルを必要とせず、過度の負担を掛けることもなく、当該作業員が不在のときでも加速器２を始動させることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
本発明に係る加速器の制御装置の第２実施形態について図４から図６を参照して説明する。
【００３９】
図４は、本発明の第２実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図である。
【００４０】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
制御装置１Ａは、加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い真空度Ｖｌで加速電圧ＡＶを漸増させ、真空計６が測定する真空度Ｖｍが低下すると加速電圧ＡＶを漸減させながら運転継続中の真空ポンプ８による高周波加速空洞５内の真空度の回復を一時的に待ち、真空計６が測定する真空度Ｖｍが回復すると再び加速電圧ＡＶを漸増させる。
【００４２】
また、制御装置１Ａは、真空計６が測定する真空度Ｖｍと加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い所定の第一真空度閾値Ｖｔ１とを比較する第一比較部２１と、真空計６が測定する真空度Ｖｍと第一真空度閾値Ｖｔ１よりも低い所定の第二真空度閾値Ｖｔ２とを比較する第二比較部２２と、第一比較部２１の比較の結果、真空計６が測定する真空度Ｖｍが第一真空度閾値Ｖｔ１を超える場合に電力増幅器７によって加速電圧ＡＶを漸増させ、第二比較部２２の比較の結果、真空計６が測定する真空度が前記第二真空度閾値Ｖｔ２以下に低下する場合に電力増幅器７によって加速電圧ＡＶを漸減させ、第一比較部２１および第二比較部２２の比較の結果、加速電圧ＡＶの増減にともない真空計６が測定する真空度Ｖｍが第一真空度閾値Ｖｔ１以下に低下、かつ第二真空度閾値Ｖｔ２を超える場合に電力増幅器７によって加速電圧ＡＶをそのまま保持させる電力増幅器指令部１２Ａと、を備える。
【００４３】
さらに、制御装置１Ａは、真空計６の測定結果の入力を受け取る入力部１３Ａと、電力増幅器７へ加速電圧指令を出力する出力部１５Ａと、を備える。
【００４４】
入力部１３Ａは、真空計６の測定結果の他に、真空度閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報などの設定データ１６Ａの入力を受け取り、真空計６が測定する真空度Ｖｍ、真空度閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２を第一比較部２１、第二比較部２２へ出力し、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報を電力増幅器指令部１２Ａへ出力する。これら真空度Ｖｍや設定データ１６Ａは、第一比較部２１、第二比較部２２側や電力増幅器指令部１２Ａ側から入力部１３Ａへ定期的に参照しても良い。
【００４５】
なお、設定データ１６Ａは、加速器２毎に適宜に調整されるものであり、加速器２毎に固有の特性を反映させる。真空度閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２（第一真空度閾値Ｖｔ１＞第二真空度閾値Ｖｔ２）は、高周波加速空洞５内の真空度の良否を判定する値であり真空度Ｖｌに相当する範囲を定める。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１を超えていれば高周波加速空洞５内の真空度は良好、真空度の高い状態であり、不純物が少ない。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下であれば高周波加速空洞５内の真空度は不良、真空度の低い状態であり、不純物が多い。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１以下、かつ真空度閾値Ｖｔ２を超えていれば高周波加速空洞５内の真空度は良否の中間的な状態である。漸増制御用設定情報は加速電圧増加値を含み、漸減制御用設定情報は加速電圧減少値を含む。
【００４６】
出力部１５Ａは、電力増幅器指令部１２Ａが出力する加速電圧指令を電力増幅器７に伝えるインタフェースである。
【００４７】
電力増幅器指令部１２Ａは、真空計６が測定する真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１を超えているか否かに基づき、加速電圧ＡＶの増加傾向と保持とを切り替える一方、真空計６が測定する真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下か否かに基づき、加速電圧ＡＶの減少傾向と保持とを切り替える。なお、加速電圧ＡＶの増加傾向は、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報に基づいて決められる。また、加速電圧ＡＶの減少向は、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報に基づいて決められる。
【００４８】
次いで、制御装置１Ａが行う運転開始制御を説明する。
【００４９】
図５は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャートである。
【００５０】
制御装置１Ａは、制御装置１に比べて２つの閾値（第一真空度閾値Ｖｔ１、第二真空度閾値Ｖｔ２）を監視する点が異なる。制御装置１Ａは、２つの閾値間の領域において加速電圧ＡＶを保持することによって高周波加速空洞５内の真空度の安定化を待機する。
【００５１】
具体的には、制御装置１Ａは、先ず、設定データ１６Ａに基づいて第一比較部２１、第二比較部２２、電力増幅器指令部１２Ａの初期設定を行う（ステップＳ１１）。
【００５２】
次いで、制御装置１Ａは、真空計６が測定する真空度Ｖｍと第一真空度閾値Ｖｔ１とを比較して、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１を超えているか否かを判断し、加速電圧ＡＶを漸増させるか保持させるかを決める（ステップＳ１２）。制御装置１Ａは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１を超えている場合には加速電圧ＡＶを漸増させる（ステップＳ１３）。
【００５３】
他方、制御装置１Ａは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１以下に低下する場合には真空度Ｖｍと第二真空度閾値Ｖｔ２とを比較する（ステップＳ１４）。制御装置１Ａは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下に低下するか否かを判断し、加速電圧ＡＶを漸減させるか保持させるかを決める（ステップＳ１４）。制御装置１Ａは、真空度Ｖｍが第二真空度閾値Ｖｔ２以下に低下する場合には加速電圧ＡＶを漸減させ（ステップＳ１５）、真空度Ｖｍが第二真空度閾値Ｖｔ２を超えている場合には加速電圧ＡＶを保持させる（ステップＳ１６）。
【００５４】
具体的には、加速電圧ＡＶを漸増させる場合、電力増幅器指令部１２Ａは、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）＋加速電圧増加値×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ１３）。また、加速電圧ＡＶを漸減させる場合、電力増幅器指令部１２Ａは、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）−加速電圧減少値×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ１５）。さらに、加速電圧ＡＶを保持させる場合、電力増幅器指令部１２Ａは、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）として今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ１６）。
【００５５】
次いで、制御装置１Ａは、加速電圧指令を適宜の範囲に制限する（ステップＳ１７からステップＳ２０）。具体的には、電力増幅器指令部１２は、加速電圧指令が加速電圧指令最大値ＡＶｍａｘから加速電圧指令最小値ＡＶｍｉｎの範囲内にあることを確認し、逸脱していれば加速電圧指令最大値ＡＶｍａｘまたは加速電圧指令最小値ＡＶｍｉｎで制限を掛ける。
【００５６】
そして、制御装置１Ａは、加速電圧指令を出力部１５Ａへ出力し（ステップＳ２１）、運転開始制御を実行周期Δｔで繰り返す。運転開始制御の終了は、加速器２の特性として運転開始制御の繰り返し回数を設定データ１６に加えておいて判断しても良いし、適宜の繰り返し回数を経ても真空計６の真空度Ｖｍが低下しないことをもって判断しても良い。
【００５７】
図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の運転開始制御による真空度と加速電圧の増減の関係を示すグラフである。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態に係る制御装置１Ａは、高周波加速空洞５内の真空度（より詳しくは、真空計６の測定結果、真空度Ｖｍ）が真空度閾値Ｖｔ１を超えると（図３中の点ａ）、加速電圧ＡＶを漸増させる（図６中の線分ｂ）。ところが、加速電圧ＡＶの増加にともなって、高周波加速空洞５内に残留する不純物がアーク放電を生じてしまい、高周波加速空洞５内の真空度が低下し、遂には真空度閾値Ｖｔ１以下になる（図６中の点ｃ）。そうすると、制御装置１Ａは加速電圧ＡＶを保持させる（図６中の線分ｄ）。すると、アーク放電の継続によって、高周波加速空洞５内の真空度が低下し、遂には真空度閾値Ｖｔ２以下になる（図６中の点ｅ）。そうすると、制御装置１Ａは加速電圧ＡＶを漸減させる（図６中の線分ｆ）。すると、次第にアーク放電が少なくなり、運転継続中の真空ポンプ８によって高周波加速空洞５内の真空度が再び上昇し、真空度閾値Ｖｔ２を超える（図６中の点ｇ）。そうすると、制御装置１Ａは再び加速電圧ＡＶを保持させる（図６中の線分ｈ）。また、高周波加速空洞５内の真空度がさらに上昇し、遂には真空度閾値Ｖｔ１を超える（図６中の点ｉ）。そうすると、制御装置１Ａは加速電圧ＡＶを再び漸増させる（図６中の線分ｊ）。この一連の真空度の上昇と低下、加速電圧ＡＶの漸増、漸減、保持を複数回繰り返し、高周波加速空洞５内の真空度の低下がほぼ見られなくなり、所望の加速電圧ＡＶを印加可能になれば加速器２の運転が定常状態へ移行する。
【００５９】
本実施形態に係る加速器２の制御装置１Ａは、従来の加速器のように相応のスキルを有する作業員が長時間に亘って監視しなくても、加速電圧ＡＶを所望の目標値に到達させることができる。つまり、加速器２の制御装置１Ａは、作業員の高いスキルを必要とせず、過度の負担を掛けることもなく、当該作業員が不在のときでも加速器２を始動させることができる。
【００６０】
また。本実施形態に係る加速器２の制御装置１Ａは、加速電圧ＡＶの増減にともなう真空度の上昇と低下に対して、加速電圧ＡＶを一時的に保持させることによって、高周波加速空洞５内の真空度の安定化を待機する。この制御装置１Ａによる真空度安定化待機動作は、高周波加速空洞５内の不純物の真空排気を促進し、加速電圧ＡＶが所望の目標値に到達する時間、すなわち加速器２の運転開始に掛かる時間を短縮する。つまり、本実施形態に係る加速器２の制御装置１Ａは、加速器２の運転開始に掛かる時間を短縮できる。
【００６１】
［第３の実施形態］
本発明に係る加速器の制御装置の第３実施形態について図７から図１０を参照して説明する。
【００６２】
図７は、本発明の第３実施形態に係る加速器の制御装置を示すシステム構成図である。
【００６３】
なお、本実施形態において、第１実施形態または第２実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
制御装置１Ｂは、加速器２の定常運転時の真空度Ｖｓよりも低い真空度Ｖｌで加速電圧ＡＶを漸増させ、真空計６が測定する真空度Ｖｍが低下すると加速電圧ＡＶを漸減させながら高周波加速空洞５内の真空度の回復を一時的に待ち、真空計６が測定する真空度Ｖｍが回復すると再び加速電圧ＡＶを漸増させる。
【００６５】
また、制御装置１Ｂは、加速電圧ＡＶの漸増と漸減とを複数回、交互に切り替える加速電圧スイング指令部２５を備える。この加速電圧ＡＶの漸増と漸減とを交互に切り替える制御を加速電圧スイング制御と呼ぶ。
【００６６】
さらに、制御装置１Ｂは、制御装置１Ａと同じく第一比較部２１、第二比較部２２、電力増幅器指令部１２Ａを備える。なお、制御装置１Ｂは、制御装置１と同じく比較部１１、電力増幅器指令部１２を備えていても良い。
【００６７】
さらにまた、制御装置１は、真空計６の測定結果の入力を受け取る入力部１３Ｂと、電力増幅器７へ加速電圧指令を出力する出力部１５Ｂと、を備える。
【００６８】
入力部１３Ｂは、入力部１３Ａと同じく真空計６が測定する真空度Ｖｍ、設定データ１６Ｂの入力を受け取る。なお、設定データ１６Ｂは、設定データ１６Ａを含む一方、加速電圧スイング制御における加速電圧スイング上限ＡＶＳｈ、加速電圧スイング下限ＡＶＳｌ、加速電圧増加時間幅、加速電圧減少時間幅、加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＮ）、加速電圧スイング回数を含む。
【００６９】
入力部１３Ｂは、真空計６が測定する真空度Ｖｍ、真空度閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２を第一比較部２１、第二比較部２２へ出力し、加速電圧ＡＶの漸増制御用設定情報、加速電圧ＡＶの漸減制御用設定情報を電力増幅器指令部１２Ａへ出力する一方、加速電圧上限、加速電圧下限を加速電圧スイング指令部２５へ出力する。これら真空度Ｖｍや設定データ１６Ｂは、第一比較部２１、第二比較部２２側や電力増幅器指令部１２Ａ側から定期的に参照しても良い。また、加速電圧スイング上限ＡＶＳｈ、加速電圧スイング下限ＡＶＳｌ、加速電圧増加時間幅、加速電圧減少時間幅、加速電圧スイング実施指令フラグ、加速電圧スイング回数を加速電圧スイング指令部２５側から入力部１３Ｂへ定期的に参照しても良い。
【００７０】
なお、設定データ１６Ｂは、加速器２毎に適宜に調整されるものであり、加速器２毎に固有の特性を反映させる。真空度閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２（第一真空度閾値Ｖｔ１＞第二真空度閾値Ｖｔ２）は、高周波加速空洞５内の真空度の良否を判定する値であり真空度Ｖｌに相当する範囲を定める。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１を超えていれば高周波加速空洞５内の真空度は良好、真空度の高い状態であり、不純物が少ない。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下であれば高周波加速空洞５内の真空度は不良、真空度の低い状態であり、不純物が多い。真空計６の真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１以下、かつ真空度閾値Ｖｔ２を超えていれば高周波加速空洞５内の真空度は良否の中間的な状態である。漸増制御用設定情報は加速電圧増加値を含み、漸減制御用設定情報は加速電圧減少値を含む。
【００７１】
出力部１５Ｂは、電力増幅器指令部１２Ａ、加速電圧スイング指令部２５が出力する加速電圧指令を電力増幅器７に伝えるインタフェースである。
【００７２】
加速電圧スイング指令部２５は、真空計６が測定する真空度Ｖｍに係わらず、加速電圧上限、加速電圧下限に基づき、加速電圧の増加傾向と減少傾向とを切り替える。
【００７３】
次いで、制御装置１Ｂが行う運転開始制御を説明する。
【００７４】
図８は、本発明の第３実施形態に係る制御装置の運転開始制御を示すフローチャートである。
【００７５】
図８に示すように、制御装置１Ｂが行う運転開始制御のステップＳ１１からステップＳ２１は、制御装置１Ａが行う運転開始制御と同じである一方、ステップＳ１１とステップＳ１２との間で加速電圧スイング制御（ステップＳ３０）を行うことが異なる。
【００７６】
制御装置１Ｂは、ステップＳ１１とステップＳ１２との間で加速電圧スイング実施指令フラグを参照（ステップＳ２９）し、加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＦＦ）ステータスなら運転開始制御を行い（ステップＳ１２）、加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＮ）ステータスなら加速電圧スイング制御を行う（ステップＳ３０）。
【００７７】
図９は、本発明の第３実施形態に係る制御装置の加速電圧スイング制御を示すフローチャートである。
【００７８】
図９に示すように、制御装置１Ｂは、先ず、真空計６が測定する真空度Ｖｍと第二真空度閾値Ｖｔ２とを比較して、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下か否かを判断し、加速電圧スイングを行うか否かを決める（ステップＳ３１）。制御装置１Ｂは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１以下の場合には加速電圧スイングを行う（ステップＳ３４）。
【００７９】
他方、制御装置１Ｂは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２を超えている場合には加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＦＦ）にして（ステップＳ３２）、運転開始制御へ戻る（ステップＳ３３）。
【００８０】
次いで、制御装置１Ｂは、現在の加速電圧指令と加速電圧スイング下限ＡＶＳｌとを比較して、現在の加速電圧指令が加速電圧スイング下限ＡＶＳｌを超えているか否かを判断し、加速電圧減少フラグのステータスを決める（ステップＳ３４）。制御装置１Ｂは、現在の加速電圧指令が加速電圧スイング下限ＡＶＳｌを超えている場合には加速電圧減少フラグ（ＯＮ）にする（ステップＳ３５）。他方、制御装置１Ｂは、現在の加速電圧指令が加速電圧スイング下限ＡＶＳｌを超えている場合には加速電圧減少フラグ（ＯＦＦ）にする（ステップＳ３６）。
【００８１】
次いで、制御装置１Ｂは、加速電圧減少フラグの内容を確認して加速電圧ＡＶを増加させるか減少させるか判断する（ステップＳ３７）。制御装置１Ｂは、加速電圧減少フラグ（ＯＮ）の場合には加速電圧ＡＶを漸減させ（ステップＳ３８）、加速電圧減少フラグ（ＯＦＦ）の場合には加速電圧ＡＶを漸増させる（ステップＳ４１）。
【００８２】
具体的には、加速電圧ＡＶを漸減させる場合、加速電圧スイング指令部２５は、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）−（加速電圧スイング上限ＡＶＳｈ−加速電圧スイング下限ＡＶＳｌ）÷加速電圧減少時間幅×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ３８）。加速電圧を漸増させる場合、加速電圧スイング指令部２５は、加速電圧指令（今回値）＝加速電圧指令（前回値）＋（加速電圧スイング上限ＡＶＳｈ−加速電圧スイング下限ＡＶＳｌ）÷加速電圧増加時間幅×実行周期Δｔとして今回の加速電圧指令を決定する（ステップＳ４１）。
【００８３】
次いで、制御装置１Ｂは、加速電圧指令を加速電圧スイング下限ＡＶＳｌから加速電圧スイング上限ＡＶＳｈの範囲で増減を切り替える（ステップＳ３９、ステップＳ４０、ステップＳ４２、ステップＳ４３）。具体的には、加速電圧スイング指令部２５は、加速電圧指令が加速電圧スイング下限ＡＶＳｌ以下に減少した場合、加速電圧減少フラグ（ＯＦＦ）ステータスにする（ステップＳ３９、ステップＳ４０）。他方、加速電圧スイング指令部２５は、加速電圧指令が加速電圧スイング上限ＡＶＳｈ以上に増加した場合、加速電圧減少フラグ（ＯＮ）ステータスにする（ステップＳ４２、ステップＳ４３）。
【００８４】
次いで、制御装置１Ｂは、加速電圧指令を出力部１５へ出力する（ステップＳ４４）。
【００８５】
制御装置１Ｂは、ステップＳ３７からステップＳ４４を繰り返すことで、加速電圧ＡＶを加速電圧スイング上限ＡＶＳｈから加速電圧スイング下限ＡＶＳｌの範囲で増減させ、鋸歯状に時間変化させる。なお、制御装置１Ｂは、加速電圧減少フラグのステータス変更（ステップＳ４０、ステップＳ４３）の回数を計数し、加速電圧ＡＶの漸増過程１回と漸減過程１回とを対とする鋸歯状の加速電圧スイング回数を計数する。
【００８６】
次いで、制御装置１Ｂは、加速電圧の鋸歯状の変化回数と加速電圧スイング回数とを比較して、加速電圧ＡＶの鋸歯状の変化回数が加速電圧スイング回数に達しているか否かを判断する（ステップＳ４５）。制御装置１Ｂは、加速電圧ＡＶの鋸歯状の変化回数が加速電圧スイング回数に達している場合には加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＦＦ）にして（ステップＳ４６）、運転開始制御へ戻る（ステップＳ４７）。
【００８７】
他方、制御装置１Ｂは、加速電圧ＡＶの鋸歯状の変化回数が加速電圧スイング回数に達していない場合、真空計６が測定する真空度Ｖｍと第二真空度閾値Ｖｔ２とを比較して、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２以下か否かを判断する（ステップＳ４８）。制御装置１Ｂは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ２を超えている場合には加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＦＦ）にして（ステップＳ４６）、運転開始制御へ戻る（ステップＳ４７）。
【００８８】
他方、制御装置１Ｂは、真空度Ｖｍが真空度閾値Ｖｔ１以下の場合には加速電圧スイング実施指令フラグの内容を確認して加速電圧スイングを継続するか否か判断する（ステップＳ４９）。制御装置１Ｂは、加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＮ）の場合には加速電圧スイングを実行周期Δｔで繰り返す（ステップＳ３７へ戻る）。他方、制御装置１Ｂは、加速電圧減少フラグ（ＯＦＦ）の場合には、運転開始制御へ戻る（ステップＳ４７）。
【００８９】
なお、加速電圧スイングを継続するか否の判断（ステップＳ４９）は、加速電圧スイング制御実行中に入力部１３Ｂが加速電圧スイング実施指令フラグ（ＯＦＦ）の入力を受けていないか否かを監視するものである。
【００９０】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る制御装置の加速電圧スイング制御による加速電圧の増減と時間経過の関係を示すグラフである。
【００９１】
図１０に示すように、本実施形態に係る制御装置１Ｂは、加速電圧スイング下限ＡＶＳｌから加速電圧スイング上限ＡＶＳｈの範囲で加速電圧ＡＶを鋸歯状に時間変化させる。このとき、制御装置１Ｂは、加速電圧増加時間幅で加速電圧ＡＶを加速電圧スイング下限ＡＶＳｌから加速電圧スイング上限ＡＶＳｈまで増加させ、加速電圧減少時間幅で加速電圧ＡＶを加速電圧スイング上限ＡＶＳｈから加速電圧スイング下限ＡＶＳｌまで減少させる。
【００９２】
ところで、制御装置１、１Ａは、作業員の高いスキルを必要とせず、過度の負担を掛けることもない一方で、加速電圧ＡＶを所望の目標値に到達させるために相当の時間（例えば、２日から３日のように日数オーダー）を要することが想定される。
【００９３】
そこで、本実施形態に係る制御装置１Ｂは、真空度によらず、加速電圧ＡＶを鋸歯状に時間変化させることで、高周波加速空洞５内の不純物を早期にあぶり出し、真空度を円滑に上昇させる。なお、制御装置１Ｂの加速電圧スイング制御は、制御装置１、１Ａの運転開始制御とは独立に行うことが可能であり、従来の運転開始方法に対しても高周波加速空洞５の真空度を円滑に上昇させることに効果を奏する。
【００９４】
したがって、本実施形態に係る加速器２の制御装置１Ｂは、加速電圧スイング制御によって、高周波加速空洞５内の不純物を早期にあぶり出し、目標値加速電圧ＡＶまでの到達時間を短縮させる。
【００９５】
このように、本実施形態に係る加速器２の制御装置１、１Ａ、１Ｂおよびその制御方法によれば、運転開始における作業員の負担を軽減し、容易に運転を開始させて加速粒子（加速させた電子３）を安定的に供給できる。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
１、１Ａ、１Ｂ  制御装置
２  加速器
３  電子
５  高周波加速空洞
６  真空計
７  電力増幅器
８  真空ポンプ
９  入射器
１０  出射器
１１  比較部
１２、１２Ａ  電力増幅器指令部
１３、１３Ａ、１３Ｂ  入力部
１５、１５Ａ、１５Ｂ  出力部
１６、１６Ａ、１６Ｂ  設定データ
２１  第一比較部
２２  第二比較部
２５  加速電圧スイング指令部
【図１】
2013235706.tif 000003
【図２】
2013235706.tif 000004
【図３】
2013235706.tif 000005
【図４】
2013235706.tif 000006
【図５】
2013235706.tif 000007
【図６】
2013235706.tif 000008
【図７】
2013235706.tif 000009
【図８】
2013235706.tif 000010
【図９】
2013235706.tif 000011
【図１０】
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