(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス運転の加速器に供給される高周波パルス電圧を発生するための加速器用高周波パルス電圧発生方法において、
パルス状の励振波形を有するパルス励振信号を発生し、
該パルス励振信号により高圧の直流電圧を変調して、高周波パルス電圧を発生するに際して、前記パルス励振信号のベース電圧を可変としたことを特徴とする加速器用高周波パルス電圧発生方法。
【請求項２】
請求項１において、前記パルス励振信号の入力にフィードバックされる誤差信号の振幅を可変としたことを特徴とする加速器用高周波パルス電圧発生方法。
【請求項３】
パルス運転の加速器に供給される高周波パルス電圧を発生するための加速器用高周波パルス電圧発生装置において、
パルス状の励振波形を有するパルス励振信号を発生するパルス励振回路と、
高圧の直流電圧を発生する高圧直流電源と、
該直流電圧を前記パルス励振信号により変調して、高周波パルス電圧を発生する変調回路とを備え、
前記パルス励振回路は、前記パルス励振信号のベース電圧を変更するためのベース電圧設定手段を含むことを特徴とする加速器用高周波パルス電圧発生装置。
【請求項４】
請求項３において、前記パルス励振回路に、その入力にフィードバックされる誤差信号の振幅を変更するための振幅変調手段が含まれていることを特徴とする加速器用高周波パルス電圧発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス運転の加速器に供給される高周波パルス電圧を発生するための加速器用高周波パルス電圧発生方法及び装置に係り、特に、運転電圧が大きく変化する重イオンライナック、可変エネルギ・サイクロトロン等の高周波空洞を用いてパルス運転される加速器に適用するのに好適な、加速器用高周波パルス電圧発生方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ライナックやサイクロトロン等の高周波空洞を用いる加速器においてパルス運転をする場合には、図９に示す如く、高周波が重畳されたパルス電圧を、高周波空洞である共振器に供給する必要がある。
【０００３】
従って従来は、図１０に示す如く、入力端子１０に供給される、例えば三相４４０Ｖの交流をオン・オフするためのコンタクタ１２と、後出高圧トランス１６に供給される電圧を制御するための、例えばスターコントロール型のサイリスタ１４と、電圧を昇圧する高圧トランス１６と、該高圧トランス１６で昇圧された交流を直流に整流するための整流器１８と、該整流器１８によって整流された直流のリップルを低減するためのチョークコイル２０及び平滑コンデンサ２２と、該平滑コンデンサ２２の出側で倍電圧整流を行うためのチャージングダイオード２４と、後出パルス・フォーミング・ネットワーク（ＰＦＮと称する）３２の電圧が定められた値に達すると、それ以上ＰＦＮ３２が充電されないようにするための、抵抗２６Ｒ、サイリスタ２６Ｓ及び絶縁トランス２６Ｔを含むＤｅ−Ｑ回路２６と、後出パルストランス３６からの反射パワーを吸収するためのリバースダイオード２８Ｄ及び抵抗２８Ｒと、ＰＦＮ３２出側の高電圧をスイッチングしてパルストランス３６に加えるためのサイラトロン３０と、フラットトップなパルス状の電流波形を得るための、例えば同軸ケーブルや複数段のＬＣネットワークを用いたＬとＣの分布定数回路で構成されるＰＦＮ３２と、パルストランス３６に逆電流を流さないようにするためのバックスイング・ダイオード３４Ｄ及び抵抗３４Ｒと、後出真空管４２に高圧を発生するためのパルストランス３６と、同じく真空管４２に高周波入力信号を入れるための発信器３８と、高圧を遮断し、該発信器３８出力の高周波信号のみを伝達するための絶縁トランス４０と、グリッド４３に印加される前記発信器３８の数ｋＷの出力を更に数百ｋＷに増幅するための真空管アンプを構成する真空管４２と、該真空管４２のフィラメント電源４４と、該真空管４２の負荷インピーダンスと、共振器に接続される出力ケーブル４８のインピーダンスの整合をとるインピーダンス変換トランス４６とから構成されている。
【０００４】
この従来の高周波パルス電圧発生装置においては、発信器３８で発生される、図１１に示すような、例えば１００ＭＨｚ程度の連続的な正弦波状の高周波励振信号を、前記ＰＦＮ３２で発生され、パルストランス３６を介して真空管４２に供給される、図１２に示すような、フラットトップなパルス波形を用いて、真空管４２で増幅することにより、図９に示したような高周波パルス電圧を発生していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、真空管４２に供給される、パルストランス３６出側の高電圧をＰＦＮ３２等のモジュレータを用いてパルス状にする必要があり、構成が複雑である。
【０００６】
又、共振器に与える加速電圧は、加速粒子の電荷ｑ／質量ｍ比に合わせて、例えば１〜７倍に変化させる必要がある。例えば、ｑ／ｍ＝１は陽子、ｑ／ｍ＝１／２はＣ6+や2+Ｈｅ等であり、ｑ／ｍ＝１のときの加速電圧を１とすると、ｑ／ｍ＝１／７のときは７倍の加速電圧が必要となる。しかしながら、従来は、ほぼ一定の高電圧で運転されており、高電圧の制御幅が小さい等の問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、ＰＦＮ等のモジュレータを無くして、高圧電源を簡素化すると共に、共振器の高周波電圧が例えば１〜７倍と大きく変化する場合であっても、低電圧から高電圧にわたって安定な高周波パルス電圧を得ることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パルス運転の加速器に供給される高周波パルス電圧を発生するための加速器用高周波パルス電圧発生方法において、パルス状の励振波形を有するパルス励振信号を発生し、該パルス励振信号により高圧の直流電圧を変調することにより、高周波パルス電圧を発生するに際して、前記パルス励振信号のベース電圧を可変として、前記課題を解決したものである。
【０００９】
更に、前記パルス励振信号の入力にフィードバックされる誤差信号の振幅を可変としたものである。
【００１０】
本発明は、又、パルス運転の加速器に供給される高周波パルス電圧を発生するための加速器用高周波パルス電圧発生装置において、パルス状の励振波形を有するパルス励振信号を発生するパルス励振回路と、高圧の直流電圧を発生する高圧直流電源と、該直流電圧を前記パルス励振信号により変調して、高周波パルス電圧を発生する変調回路とを備え、前記パルス励振回路は、前記パルス励振信号のベース電圧を変更するためのベース電圧設定手段を含むことにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１１】
更に、前記パルス励振回路に、その入力にフィードバックされる誤差信号の振幅を変更するための振幅変調手段を含めたものである。
【００１２】
本発明においては、励振波形をパルス化して、高圧電源を一定の直流電圧としたので、ＰＦＮ等のモジュレータを無くして、高圧電源を簡素化することができる。又、出力電圧を容易に変えることができ、共振器の高周波電圧が大きく変化する場合でも、低電圧から高電圧にわたって安定な高周波パルス電圧を得ることができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
本発明の実施形態は、図１に示す如く、図１０に示した従来例と同様の入力端子１０、コンタクタ１２、サイリスタ１４、高圧トランス１６、整流器１８、チョークコイル２０、平滑コンデンサ２２、真空管４２、フィラメント電源４４、出力ケーブル４８を有する高周波パルス電圧発生装置において、図２に示すようなパルス状の励振波形を有するパルス励振信号を発生するパルス励振回路５０と、該パルス励振信号に含まれるバイアスの直流（ＤＣ）電圧を遮断して高周波信号のみを前記真空管４２に伝達するためのＤＣカットコンデンサ５２と、前記真空管４２のグリッド４３にチョークコイル５６を介してＤＣ電圧を与えるためのバイアス電源５４と、高周波をフィルタリングする高周波フィルタコンデンサ５８と、前記平滑コンデンサ２２と高周波フィルタコンデンサ５８による共振を止めるための抵抗６０と、該抵抗６０の出側の高周波信号を遮断するためのＲＦチョークコイル６２と、真空管４２の負荷インピーダンスと出力ケーブル４８のインピーダンスの整合をとるためのカップリングコンデンサ６４とを備えたものである。
【００１５】
前記パルス励振回路５０は、図２に詳細に示す如く、図１１に示したような、例えば１００ＭＨｚ程度の高周波（正弦波）を発生する発信器４０の出力を、図３に示す如く、後出誤差増幅器５０Ｇの出力で変調するための第１の振幅変調器（ＡＴＴ）５０Ａと、例えば電圧比７倍のベース電圧Ｖｂを設定するためのベース電圧設定器５０Ｂと、該ベース電圧設定器５０Ｂで設定されたベース電圧Ｖｂに応じて、第１の振幅変調器５０Ａの出力を、図４に示す如く減衰するための可変減衰器として作用する第２の振幅変調器（ＡＴＴ）５０Ｃと、全系（ライナック）のタイミング信号源から出力されるパルススイッチ信号により、前記第２の振幅変調器５０Ｃの出力を、図６に示す如くオン・オフするための高周波スイッチ（ＲＦＳＷ）５０Ｄと、ライナックの加速空洞を構成する後出共振器７６の内部で発生され、ピックアップ７８により検出される高電圧を整流するための整流器５０Ｅと、基準電圧Ｖｒｅｆを設定するための基準電圧設定器５０Ｆと、該基準電圧Ｖｒｅｆと共振器７６からフィードバックされる共振器電圧の誤差を増幅して、前記第１の振幅変調器５０Ａに入力する誤差増幅器５０Ｇとを含んでいる。
【００１６】
ここで、ベース電圧設定器５０Ｂを設けて第１の振幅変調器５０Ａの出力を可変としているのは、ベース電圧Ｖｂを設定しないで、誤差増幅器５０Ｇによるフィードバックだけで共振器内部の加速電圧を１〜７倍まで変化させようとすると、各電圧で共振器の波形が図６に示す如く変化してしまい、特に電圧が低いときにオーバーシュートＯにより電圧が安定せず、リンギングが発生して、波形が乱れるためである。これに対して、電圧が３や１のように低いときに、ベース電圧設定器５０Ｂによりベース電圧Ｖｂを下げて、パルス励振回路５０から出る信号を制限してやると、各電圧毎にループゲインを変えて最適化することになり、オーバーシュートが消えて、図７に示す如く、波形が美しくなり、安定な動作が達成できる。
【００１７】
図２において、７０は、パルス励振回路５０の高周波スイッチ５０Ｄから出力される１ｍＷ程度の高周波信号を数ｋＷに増幅するためのトランジスタアンプであるドライブアンプ、７２は、図１の真空管４２を用いた増幅器である終段アンプ、７４は、共振器７６内の進行波と反射波を別々に測定するための方向性結合器、７５は、高周波電力を共振器７６に入力するためのカプラ、７６は、例えばアルバレ型ライナック、ＲＦＱ型ライナック等の加速器空洞を構成する共振器、７８は、該共振器７６内部で発生した高電圧を検出するためのピックアップ、８０は、加速空洞の共振点のずれを補正するための自動チューナ、８２は、前記方向性結合器７４で検出される進行波と反射波の位相を検出し、位相の＋／−によって、図９に示す如く、自動チューナ８０の＋／−動作を制御する同調回路である。
【００１８】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１９】
前記発信器４０から出た図３（ａ）のような高周波信号は、２台の振幅変調器５０Ａ、５０Ｃと、図３（ｂ）のようなパルススイッチ信号で駆動される高周波スイッチ５０Ｄを通じてドライブアンプ７０に送られ、図３（ｆ）示すような高周波スイッチ５０Ｄ出力の例えば１ｍＷ程度の電力が、数ｋＷ程度まで増幅され、Ａ点から図１のＤＣカットコンデンサ５２に入力される。該ドライブアンプ７０で増幅された数ｋＷの信号は、真空管４２を含む終段アンプ７２により、数百ｋＷに増幅され、カプラ７５を介して、ライナックの加速空洞を構成する共振器７６に印加される。共振器７６内部で発生した、図３（ｇ）に示すような共振器電圧は、ピックアップ７８により検出され、図３（ｃ）に示す如く、パルス励振回路５０の整流器５０Ｅで整流されて、共振器７６に印加されている高周波電圧のエンベロープとなった後、図３（ｄ）に示す如く誤差増幅器５０Ｇで増幅され、図３（ｅ）に示す如く第１の振幅変調器５０Ａへフィードバックされる。
【００２０】
このようにして、パルス励振回路５０で発生したパルス状の励振波形で、ドライブアンプ７０及び真空管４２を含む終段アンプ７２の励振を行い、高周波パルス電圧を発生する。
【００２１】
なお、前記実施形態においては、パルス励振信号と同期して真空管４２のグリッド４３の電源を変調することにより、高圧の直流電圧を変調していたが、直流電圧を変調する方法は、これに限定されず、例えば、真空管を用いない終段アンプの増幅率を、他の方法で変えても良い。
【００２２】
前記説明においては、本発明が、高周波空胴を用いる加速器に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えば２００ｋｅＶ〜１ＭｅＶ等、エネルギ可変のパルス運転の電子加速器にも同様に適用できることは明らかである。
【００２３】
【発明の効果】
高電圧のスイッチングが不要となり、高圧電源を簡素化することができる。又、共振器の高周波電圧が大きく変化する場合でも、安定な電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す回路図
【図２】本実施形態で用いられているパルス励振回路を中心とする回路を示す回路図
【図３】本実施形態における各部信号波形の例を示す線図
【図４】同じく第２の振幅変調器の入力信号と出力信号の関係の例を示す線図
【図５】同じく高周波スイッチの入力信号と出力信号の関係の例を示す線図
【図６】同じくベース電圧設定前の状態を示す線図
【図７】同じくベース電圧を可変とした後の電圧の例を示す線図
【図８】同じく自動チューナの動作を説明するための線図
【図９】加速器に与えるべき出力波形の例を示す線図
【図１０】従来のパルス励振系を示す回路図
【図１１】発信器の出力波形の例を示す線図
【図１２】従来例における高電圧波形の例を示す線図
【符号の説明】
１０…入力端子
１２…コンタクタ
１４…サイリスタ
１６…高圧トランス
１８、５０Ｅ…整流器
２０…チョークコイル
２２…平滑コンデンサ
３８…発信器
４２…真空管
４４…フィラメント電源
４８…出力ケーブル
５０…パルス励振回路
５０Ａ、５０Ｃ…振幅変調器
５０Ｂ…ベース電圧設定器
５０Ｄ…高周波スイッチ
５０Ｆ…基準電圧設定器
５０Ｇ…誤差増幅器
５４…バイアス電源
６２…ＲＦチョークコイル
７０…ドライブアンプ
７２…終段アンプ
７４…方向性結合器
７５…カプラ
７６…共振器
７８…ピックアップ
８０…自動チューナ
【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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【図１２】
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