(57)【要約】【課題】シンクロトロン放射光の強度を一定にすることができる加速器システムの高周波加速信号発生装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、高周波加速信号発生装置１は、基準信号発生源１１から発生する基準信号を入力する第１のＤＤＳ１２、第２のＤＤＳ１５と、シンクロトロン２の高周波加速信号を出力する第１のバンドパスフィルタ１３と、ライナック３の高周波加速信号を出力する第２のバンドパスフィルタ１６と、シンクロトロン２に出力する高周波加速信号をカウントして第２のＤＤＳ１５の開始信号を得るスタートカウンタ１８と、ライナック３に高周波加速信号を停止するためのストップカウンタ１９と、を備える。ライナック３は、加速前に出力するビームパルスを、シンクロトロン２の高周波加速信号に同期した信号により発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加速器の高周波加速信号と、この高周波加速信号より高い周波数の第２の加速器の高周波加速信号との基準信号を発生する加速器システムの高周波加速信号発生装置であって、
一定周波数の基準信号を発生する基準信号発生源と、
前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、
前記第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第１の加速器の高周波加速信号を出力する第１のバンドパスフィルタと、
前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、
前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第２の加速器の高周波加速信号を出力する第２のバンドパスフィルタと、
前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの開始信号を得るスタートカウンタと、
前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２の加速器に高周波加速信号を停止するためのストップカウンタと、
前記ストップカウンタによりカウントした高周波加速信号に基づいて前記第２の加速器の高周波加速信号を停止させるゲート信号を発生するゲート回路と、を備え、
前記第２の加速器は、加速前に出力するビームパルスを、前記第１の加速器の高周波加速信号に同期した信号により発生させることを特徴とする加速器システムの高周波加速信号発生装置。
【請求項２】
前記第１のバンドパスフィルタの出力周波数を整数倍に増幅する第１の逓倍器と、
前記第１の逓倍器の出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させる第３のバンドパスフィルタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の加速器システムの高周波加速信号発生装置。
【請求項３】
前記第２のバンドパスフィルタの出力周波数を整数倍に増幅する第２の逓倍器と、
前記第２の逓倍器の出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させる第４のバンドパスフィルタと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の加速器システムの高周波加速信号発生装置。
【請求項４】
荷電粒子ビームを取り込み第１の高周波加速信号を入力して荷電粒子ビームを加速する第１の加速器と、
前記第１の高周波加速信号より周波数の高い第２の高周波加速信号を入力して前記第１の加速器に取り込まれる前記荷電粒子ビームを加速する第２の加速器と、
一定周波数の基準信号を発生する基準信号発生源と、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第１の高周波加速信号を出力する第１のバンドパスフィルタと、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第２の高周波加速信号を出力する第２のバンドパスフィルタと、前記第１の高周波加速信号をカウントして前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの開始信号を得るスタートカウンタと、前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２の加速器に高周波加速信号を停止するためのストップカウンタと、前記ストップカウンタによりカウントした高周波加速信号に基づいて前記第２の加速器の高周波加速信号を停止させるゲート信号を発生するゲート回路と、を備え、前記第２の加速器は、加速前に出力するビームパルスを、前記第１の加速器の高周波加速信号に同期した信号により発生させる高周波加速信号発生装置と、
を備えることを特徴とする加速器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高エネルギービームを得る加速器システム及びその高周波加速信号発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高エネルギービームを得るための粒子加速器は、前段加速器、主加速器等の複数の加速器を組み合せて構成されている。上記前段加速器としては直線加速器（以下、ライナックという。）を、上記主加速器としては蓄積リング（以下、シンクロトロンという。）を、採用する場合が多い。
【０００３】
例えば、シンクロトロン放射光加速器は、シンクロトロン放射光を発生させて利用することを目的とした加速器である。シンクロトロン放射光加速器では、荷電粒子ビームがシンクロトロンを周回して、偏向電磁石により曲げられる際にシンクロトロン放射光を発生する。上記シンクロトロンに高エネルギーの荷電粒子ビームを入射し、蓄積するためには、別の加速器が用いられる。
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、ライナックを使用して高エネルギーの荷電粒子ビームを作り出してシンクロトロンに入射させる。その他の例としては、ライナックとシンクロトロンとの間にもう一つのシンクロトロンであるブースターを設け、このブースターにより高いエネルギービームを得る場合もある。
【０００５】
このような加速器システムでは、特許文献１に記載されているように、ライナックの高周波加速信号を出力するための発信器と、シンクロトロンの高周波加速信号を出力するための発信器を設けている。これは、例えばライナックの加速周波数は２８５６ＭＨｚ、シンクロトロンの加速周波数は４９９．６５４ＭＨｚのように、それぞれの加速器にとって必要とする加速周波数が全く異なるためである。
【０００６】
加えて、これらの発信器は、高精度でかつ周波数の微妙な調整も要求される。そのため、近年では発信器としてダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（Direct Digital Synthesizer：以下、ＤＤＳという。）が盛んに利用されるようになってきている。例えば、特許文献２、３は、ＤＤＳを適用する例について説明している。このＤＤＳを採用する最大の利点は、高精度で任意の周波数や波形信号を発生することができる点にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１２００号公報
【特許文献２】特開２００８−２７６９６６号公報
【特許文献３】特表２０１０−５２４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１に記載された技術においては、ライナックの高周波加速信号をシンクロトロンの高周波加速信号で変調することにより、ライナックで発生する荷電粒子ビームをシンクロトロンに同期させている。これにより、シンクロトロンの軌道上において所望のバケットに荷電粒子ビームを満たすようにしている。
【０００９】
この技術では、ライナックの荷電粒子ビームは、確かにシンクロトロンとは同期するものの、ライナックで発生するビーム構造を微細にみると、ライナックの荷電粒子ビームは２８５６ＭＨｚで変調されている。
【００１０】
具体的には、ライナックは、図５に示すようにシンクロトロンの周波数に同期して変調すると変調信号１０１を出力する。ライナックの発信器の信号とシンクロトロンの発信器の信号とが同期しないために、ライナックのビーム信号１０２の立ち上がりはビーム立ち上がり時間ｔの時間でばらつきを生ずる。このばらつきの時間は、最大で１／２８５６＝０．０００３５マイクロ秒（０．３５ｎｓ）となる。
【００１１】
ところで、シンクロトロンのバケット間隔は、特許文献１に記載されているように、５００ＭＨｚの場合は２ｎｓとなる（４９９．６５４ＭＨｚの場合で２．００１４ｎｓ）。
【００１２】
このように、２ｎｓのバケット間隔に０．３５ｎｓでばらつきのある荷電粒子ビームが入射する場合、必ずしも所望のバケットに荷電粒子ビームが入らずに隣のバケットに入ってしまうという問題がある。その結果、シンクロトロン放射光の強度（輝度）にばらつきが発生するという課題がある。
【００１３】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、シンクロトロン放射光の強度を一定にすることができる加速器システム及びその高周波加速信号発生装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置は、第１の加速器の高周波加速信号と、この高周波加速信号より高い周波数の第２の加速器の高周波加速信号との基準信号を発生する加速器システムの高周波加速信号発生装置であって、一定周波数の基準信号を発生する基準信号発生源と、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第１の加速器の高周波加速信号を出力する第１のバンドパスフィルタと、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第２の加速器の高周波加速信号を出力する第２のバンドパスフィルタと、前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの開始信号を得るスタートカウンタと、前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２の加速器に高周波加速信号を停止するためのストップカウンタと、前記ストップカウンタによりカウントした高周波加速信号に基づいて前記第２の加速器の高周波加速信号を停止させるゲート信号を発生するゲート回路と、を備え、前記第２の加速器は、加速前に出力するビームパルスを、前記第１の加速器の高周波加速信号に同期した信号により発生させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の実施形態に係る加速器システムは、荷電粒子ビームを取り込み第１の高周波加速信号を入力して荷電粒子ビームを加速する第１の加速器と、前記第１の高周波加速信号より周波数の高い第２の高周波加速信号を入力して前記第１の加速器に取り込まれる前記荷電粒子ビームを加速する第２の加速器と、一定周波数の基準信号を発生する基準信号発生源と、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第１の高周波加速信号を出力する第１のバンドパスフィルタと、前記基準信号発生源から発生する基準信号を入力する第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザと、前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの出力信号から必要な周波数帯域のみを通過させ、前記第２の高周波加速信号を出力する第２のバンドパスフィルタと、前記第１の高周波加速信号をカウントして前記第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザの開始信号を得るスタートカウンタと、前記第１の加速器の高周波加速信号をカウントして前記第２の加速器に高周波加速信号を停止するためのストップカウンタと、前記ストップカウンタによりカウントした高周波加速信号に基づいて前記第２の加速器の高周波加速信号を停止させるゲート信号を発生するゲート回路と、を備え、前記第２の加速器は、加速前に出力するビームパルスを、前記第１の加速器の高周波加速信号に同期した信号により発生させる高周波加速信号発生装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、シンクロトロン放射光の強度を一定にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【図５】従来のライナックにおける変調信号とビーム信号との関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
（構  成）
図１は本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第１実施形態を示すブロック図である。図２は第１実施形態の各部の動作を示すタイミングチャートである。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の加速器システムは、第１の加速器としてのシンクロトロン２と、第２の加速器としてのライナック３と、シンクロトロン２及びライナック３の高周波加速信号の基準信号を発生する高周波加速信号発生装置１とを備えている。
【００２１】
ライナック３は、後述する高周波加速信号（第２の高周波加速信号）１７を入力して荷電粒子ビームを加速する。シンクロトロン２は、ライナック３により加速された荷電粒子ビームを取り込み、後述する高周波加速信号（第１の高周波加速信号）１４を入力して荷電粒子ビームをさらに加速する。図１には、ライナック３により加速した荷電粒子ビームがシンクロトロン２に取り込まれる方向を破線の矢印で示している。図３及び図４についても同様とする。
【００２２】
高周波加速信号発生装置１は、基準信号発生源１１、第１のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）１２、第１のバンドパスフィルタ１３、第２のダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）１５、第２のバンドパスフィルタ１６、スタートカウンタ１８、ストップカウンタ１９及びゲート回路２０を備えている。
【００２３】
基準信号発生源１１は、非常に高精度で高安定の一定周波数の発信器が用いられ、高精度の一定周波数の基準信号Ａを発生する。第１のＤＤＳ１２は、基準信号発生源１１から発生する基準信号Ａが入力される。第１のバンドパスフィルタ１３は、第１のＤＤＳ１２の出力信号Ｂから必要な周波数帯域のみを通過させ、図２に示すシンクロトロン２の高周波加速信号１４を出力する。
【００２４】
第２のＤＤＳ１５は、基準信号発生源１１から発生する基準信号Ａが入力される。第２のバンドパスフィルタ１６は、第２のＤＤＳ１５の出力信号Ｃから必要な周波数帯域のみを通過させ、図２に示すライナック３の高周波加速信号１７を出力する。このライナック３の高周波加速信号１７は、上述したようにシンクロトロン２の高周波加速信号１４よりも高い周波数である。
【００２５】
スタートカウンタ１８は、シンクロトロン２の高周波加速信号１４をカウントして第２のＤＤＳ１５の開始信号を得る。同様に、ストップカウンタ１９もシンクロトロン２の高周波加速信号１４をカウントする。ゲート回路２０は、ストップカウンタ１９によりカウントした高周波加速信号１４に基づいてライナック３の高周波加速信号１７の出力を停止させるゲート信号を発生する。
【００２６】
スタートカウンタ１８及びストップカウンタ１９は、ＲＥＳＥＴ信号Ｄによりカウント値が初期値にリセットされる。
【００２７】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２８】
基準信号発生源１１は、非常に高精度で高安定の一定周波数の発信器が用いられ、一定周波数の基準信号Ａを発生する。第１のＤＤＳ１２と第２のＤＤＳ１５は、基準信号発生源１１の基準信号Ａに基づいて予め設定された周波数の出力信号Ｂ，Ｃをそれぞれ発生させ、これらの出力信号Ｂ，Ｃは、それぞれ第１のバンドパスフィルタ１３と第２のバンドパスフィルタ１６に出力される。
【００２９】
第１のバンドパスフィルタ１３と第２のバンドパスフィルタ１６は、予め設定された周波数の信号からそれぞれ必要な周波数帯域のみを取り出してシンクロトロン２の高周波加速信号１４と、ライナック３の高周波加速信号１７を発生させる。
【００３０】
ライナック３の高周波加速信号１７は、スタートカウンタ１８のカウント値により開始する(スタートトリガ信号１８ａ)。このスタートトリガ信号１８ａは、シンクロトロン２の高周波加速信号１４をカウントすることにより得られる。ストップトリガ信号１９ａは、ストップカウンタ１９のカウント値によりを発生する。このストップトリガ信号１９ａは、ゲート回路２０に出力されることにより高周波加速信号１７が停止する。
【００３１】
図２に基づいて上記各信号について説明する。
【００３２】
図２に示すように、ライナック３の高周波加速信号１７は、第２のＤＤＳ１５に与えられるスタートトリガ信号１８ａにより常に一定の位相（例えば０°）から開始することができる。このスタートトリガ信号１８ａは、例えば１秒周期毎に繰り返して出力されるマスタートリガ信号である。これはライナック３が１秒周期でビームパルスを出力するために設定されている。
【００３３】
スタートカウンタ１８のスタートトリガ信号１８ａは、シンクロトロン２の高周波加速信号１４をカウントして得られるため、ライナック３の高周波加速信号１７の開始タイミングをシンクロトロン２の高周波加速信号１４と同期させることができる。
【００３４】
ライナック３は、加速前のビームパルス２１ａをシンクロトロン２の高周波加速信号１４に同期したビームトリガ信号２２により発生する。加速前のビームパルス２１ａは、ライナック３の高周波加速信号１７を増幅した高周波パワーにより加速され、変調されて加速後のビームパルス２１ｂに示すようになる。そして、高周波加速信号１７は、ストップトリガ信号１９ａがゲート回路２０に出力されることにより停止する。
【００３５】
したがって、ライナック３の高周波加速信号１７と加速前のビームパルス２１ａとの位相関係を常に一定にすることができる。すなわち、ライナック３の高周波加速信号１７と加速前のビームパルス２１ａと位相関係は変動しない。これにより、シンクロトロン２のビーム位相にライナック３のビーム位相を合わせることが可能となる。
【００３６】
このように本実施形態によれば、ライナック３の高周波加速信号１７と加速前のビームパルス２１ａとの位相関係を常に一定にすることができるので、シンクロトロン２の所望のバケットに正確に荷電粒子ビームを入射させることができる。その結果、シンクロトロン放射光の強度を一定にすることが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、基準信号発生のために第１のＤＤＳ１２、第２のＤＤＳ１５を用いたことにより、高精度でかつ柔軟性の高い高周波加速信号発生装置１を得ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図３は本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第２実施形態を示すブロック図である。なお、前記第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明は省略する。その他の実施形態も同様とする。
【００３９】
本実施形態の高周波加速信号発生装置１Ａは、図３に示すように前記第１実施形態の構成に加えて、第１のバンドパスフィルタ１３の出力周波数を整数倍に増幅する第１の逓倍器としての第１の整数倍発生器２３が設けられている。また、本実施形態は、第１の整数倍発生器２３の出力周波数において所望の周波数帯域のみを通過させる第３のバンドパスフィルタ２４が設けられている。
【００４０】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、第１のＤＤＳ１２で発生することができる周波数以上の高い周波数のシンクロトロン２の高周波加速信号１４を発生することができる。その他の構成及び作用は、前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
（第３実施形態）
図４は本発明に係る加速器システムの高周波加速信号発生装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【００４２】
本実施形態の高周波加速信号発生装置１Ｂは、図４に示すように前記第１実施形態の構成に加えて、第２のバンドパスフィルタ１６の出力周波数を整数倍に増幅する第２の逓倍器としての第２の整数倍発生器２５が設けられている。また、本実施形態は、第２の整数倍発生器２５の出力周波数において所望の周波数帯域のみを通過させる第４のバンドパスフィルタ２６が設けられている。
【００４３】
このように本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果に加え、第２のＤＤＳ１５で発生することができる周波数以上の高い周波数のライナック３の高周波加速信号１７を発生することができる。その他の構成及び作用は前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４４】
（その他の実施形態）
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、組み合わせ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同様に、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ものである。
【００４５】
例えば、上記各実施形態では、単にシンクロトロン２として説明したが、このシンクロトロン２は、主として蓄積リングとして機能するシンクロトロン、主として荷電粒子ビームを加速する加速機能を有するシンクロトロンの双方に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１，１Ａ，１Ｂ…高周波加速信号発生装置、２…シンクロトロン（第１の加速器）、３…ライナック（第２の加速器）、１１…基準信号発生源、１２…第１のＤＤＳ、１３…第１のバンドパスフィルタ、１４…高周波加速信号（第１の高周波加速信号）、１５…第２のＤＤＳ、１６…第２のバンドパスフィルタ、１７…高周波加速信号（第２の高周波加速信号）、１８…スタートカウンタ、１８ａ…スタートトリガ信号、１９…ストップカウンタ、１９ａ…ストップトリガ信号、２０…ゲート回路、２１ａ…加速前のビームパルス、２１ｂ…加速後のビームパルス、２２…ビームトリガ信号、２３…第１の整数倍発生器（第１の逓倍器）、２４…第３のバンドパスフィルタ、２５…第２の整数倍発生器（第２の逓倍器）、２６…第４のバンドパスフィルタ、１０１…変調信号、１０２…ビーム信号、ｔ…ビーム立ち上がり時間
【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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