JP4202884B2 - Frequency compensator and driving method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、高周波共振器の周波数補償器、及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to a frequency compensator for a high-frequency resonator and a driving method thereof.

サイクロトロン等の粒子加速器に使用される高周波共振器（ＲＦキャビティ）は、粒子に高周波（ＲＦ）電力を与えることによって粒子を加速する。高周波共振器は、加速電極（ディー）及び内導体（ステム）を含むＲＦ電極と、外導体とを有している。この高周波共振器は、所定の周波数（共振周波数）で粒子に電力を与えるように設計されている（例えば、特許文献１）。   High frequency resonators (RF cavities) used in particle accelerators such as cyclotrons accelerate particles by applying radio frequency (RF) power to the particles. The high-frequency resonator has an RF electrode including an acceleration electrode (D) and an inner conductor (stem), and an outer conductor. This high-frequency resonator is designed to apply power to particles at a predetermined frequency (resonance frequency) (for example, Patent Document 1).

このような粒子加速器の稼動中には、温度変化やその他の要素により共振周波数が変化するため、ＲＦ電力の周波数を調整することが必要となる。そのための装置として、Ｃ型補償器とＬ型補償器とがあり、一般的にＣ型補償器が多く用いられる（例えば、特許文献２）。   During operation of such a particle accelerator, it is necessary to adjust the frequency of RF power because the resonance frequency changes due to temperature changes and other factors. For this purpose, there are a C-type compensator and an L-type compensator, and a C-type compensator is generally used (for example, Patent Document 2).

Ｃ型補償器は、モータ、及びモータの駆動により軸方向に進退されるロッドを有するリニア駆動機構と、電極としての補償板と、を備えている。補償板は、ロッドの先端に取り付けられている。従って、モータを駆動してロッドを進退させることで、ＲＦ電極に対して補償板を近付けたり遠ざけたりすることができる。Ｃ型補償器は、このように補償板をＲＦ電極に対して進退させることで、キャパシタンスを調整して、周波数を補償する。
特開平５−１４４５９７号公報 特開２０００−２２８２９９号公報 The C-type compensator includes a motor, a linear drive mechanism having a rod that is advanced and retracted in the axial direction by driving the motor, and a compensation plate as an electrode. The compensation plate is attached to the tip of the rod. Therefore, the compensator can be moved closer to or away from the RF electrode by driving the motor to move the rod back and forth. The C-type compensator compensates for the frequency by adjusting the capacitance by advancing and retracting the compensation plate with respect to the RF electrode in this way.
JP-A-5-144597 JP 2000-228299 A

ここで、ＲＦ電力の周波数ｆは、次式（１）を用いて表すことができる。   Here, the frequency f of the RF power can be expressed using the following equation (1).

Figure 0004202884
式（１）において、Ｌはインダクタンスであり、Ｃはキャパシタンスであり、Ｓは電極面積であり、εは誘電率であり、ｄは電極間距離である。式（１）に示すように、ＲＦ電力の周波数ｆは、ｄ１／２に比例する。よって、ＲＦ電極と補償板との距離ｄがある程度以上となると、距離ｄの変動量Δｄに対する周波数ｆの変動量Δｆは非常に小さくなる。逆に言えば、ＲＦ電極と補償板との距離ｄがある程度以下となると、距離ｄの変動量Δｄに対する周波数ｆの変動量Δｆは非常に大きくなる。
Figure 0004202884
 In Equation (1), L is an inductance, C is a capacitance, S is an electrode area, ε is a dielectric constant, and d is a distance between electrodes. As shown in Expression (1), the frequency f of the RF power is proportional to d 1/2 . Therefore, when the distance d between the RF electrode and the compensation plate becomes a certain amount or more, the fluctuation amount Δf of the frequency f with respect to the fluctuation amount Δd of the distance d becomes very small. In other words, when the distance d between the RF electrode and the compensation plate is less than a certain degree, the fluctuation amount Δf of the frequency f with respect to the fluctuation amount Δd of the distance d becomes very large.

従って、距離ｄが大きいときに周波数ｆを所定量Δｆだけ変動させるためには、補償板の移動量Δｄは大きくする必要がある。逆に言えば、距離ｄが小さいときに周波数ｆを所定量Δｆだけ変動させるためには、補償板の移動量Δｄは小さくする必要がある。   Therefore, in order to change the frequency f by the predetermined amount Δf when the distance d is large, it is necessary to increase the movement amount Δd of the compensation plate. In other words, in order to change the frequency f by the predetermined amount Δf when the distance d is small, it is necessary to reduce the movement amount Δd of the compensation plate.

しかしながら、従来のＣ型補償器では、モータの駆動により単にロッドを軸方向に進退させていた。従って、周波数遅れに対する反応を一定にしてビーム出力を安定させるため、一定時間内に周波数ｆを所定量Δｆだけ変動させる必要があるとき、距離ｄが大きいときにはモータの回転数を高くする必要があり、一方、距離ｄが小さいときにはモータの回転数を低くする必要があった。このように、距離ｄに応じてモータの回転数を変動させる必要があり、モータの制御が複雑になるという問題があった。   However, in the conventional C-type compensator, the rod is simply advanced and retracted in the axial direction by driving the motor. Therefore, in order to stabilize the beam output while keeping the response to the frequency delay constant, when the frequency f needs to be varied by a predetermined amount Δf within a certain time, it is necessary to increase the rotational speed of the motor when the distance d is large. On the other hand, when the distance d is small, it is necessary to reduce the rotational speed of the motor. As described above, it is necessary to vary the rotation speed of the motor in accordance with the distance d, and there is a problem that the control of the motor becomes complicated.

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、モータの制御を容易とする周波数補償器及びその駆動方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a frequency compensator that facilitates motor control and a driving method thereof.

また、近年、医療用サイクロトロン等においては、建て屋の簡略化及び軽量化等の観点から、サイクロトロン設置室自体をシールドする必要のない自己シールド型のサイクロトロンが求められており、サイクロトロン自体のコンパクト化が必要とされている。   In recent years, in the cyclotron for medical use, from the viewpoint of simplification and weight reduction of the building, a self-shielded cyclotron that does not need to shield the cyclotron installation room itself has been demanded, and the cyclotron itself has been made compact. Is needed.

しかしながら、従来のＣ型補償器では、補償板の移動方向（ロッドの軸方向）に駆動源としてのモータを設置する必要があり、配置の自由度が低く、サイクロトロンのコンパクト化を妨げているという問題があった。   However, in the conventional C-type compensator, it is necessary to install a motor as a drive source in the moving direction of the compensator (the axial direction of the rod), and the degree of freedom of arrangement is low, which prevents the cyclotron from being made compact. There was a problem.

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、配置の自由度が高い周波数補償器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a frequency compensator having a high degree of freedom in arrangement.

本発明に係る周波数補償器の駆動方法は、モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する。この方法では、モータの回転数を一定とし、モータの回転量と補償板の進退量との関係を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更することを特徴とする。   In the frequency compensator driving method according to the present invention, the compensation plate is advanced and retracted with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor to compensate the frequency. In this method, the number of rotations of the motor is fixed, and the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate is changed according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate. To do.

また本発明に係る周波数補償器は、モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する。この周波数補償器は、モータの回転量と補償板の進退量との関係を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更する出力変換機構を備えることを特徴とする。   The frequency compensator according to the present invention compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor. The frequency compensator includes an output conversion mechanism that changes the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate. .

この周波数補償器及びその駆動方法では、出力変換機構により、高周波共振器側の電極と補償板との距離が小さいときには、モータの所定回転量に対する補償板の進退量を小さくし、一方、高周波共振器側の電極と補償板との距離が大きいときには、モータの所定回転量に対する補償板の進退量を大きくすることができる。このように、モータの回転量と補償板の進退量との関係を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更することで、高周波共振器側の電極と補償板との距離にかかわらず、所望時間内に必要な量だけ周波数を変動させて、高周波共振器の周波数を補償することができる。その結果、周波数遅れに対する反応を一定にすることができ、例えばサイクロトロン等の粒子加速器においては、ビーム出力を安定させることが可能となる。このとき、モータの回転数を一定とすることで、その制御が容易になる。   In this frequency compensator and its driving method, when the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate is small, the advance / retreat amount of the compensation plate with respect to the predetermined rotation amount of the motor is reduced by the output conversion mechanism, while the high frequency resonance When the distance between the device-side electrode and the compensation plate is large, the advancement / retraction amount of the compensation plate with respect to the predetermined rotation amount of the motor can be increased. Thus, by changing the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate, the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate are changed. The frequency of the high-frequency resonator can be compensated by changing the frequency by a necessary amount within a desired time regardless of the distance to the high frequency resonator. As a result, the response to the frequency delay can be made constant, and for example, in a particle accelerator such as a cyclotron, the beam output can be stabilized. At this time, the control becomes easy by keeping the rotation speed of the motor constant.

本発明に係る周波数補償器の駆動方法では、高周波共振器側の電極と補償板とが第１の距離ｄ１及びこれより大きい第２の距離ｄ２だけそれぞれ離れているとき、モータの一定回転量に対する補償板の進退量をそれぞれΔＧ（ｄ１）及びΔＧ（ｄ２）とすると、ΔＧ（ｄ１） ≦ ΔＧ（ｄ２）であることを特徴としてもよい。このようにすれば、高周波共振器の周波数を好適に補償することができる。   In the driving method of the frequency compensator according to the present invention, when the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate are separated from each other by the first distance d1 and the second distance d2 which is larger than the first distance d1, the constant rotational amount of the motor If the amount of advancement / retraction of the compensation plate is ΔG (d1) and ΔG (d2), respectively, it may be characterized in that ΔG (d1) ≦ ΔG (d2). In this way, the frequency of the high frequency resonator can be suitably compensated.

本発明に係る周波数補償器は、モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する。この周波数補償器は、モータの駆動によりロッドを軸方向に進退させるリニア駆動機構と、ロッドの軸方向の進退運動を、軸方向とは異なる方向の補償板の高周波共振器側の電極に対する進退運動に変換する運動変換機構と、を備えることを特徴とする。   The frequency compensator according to the present invention compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor. This frequency compensator has a linear drive mechanism that moves the rod back and forth in the axial direction by driving the motor, and a forward and backward movement in the axial direction of the rod. A motion conversion mechanism for converting into a motion.

この周波数補償器は、運動変換機構を備えているため、ロッドが進退する軸方向と、補償板が進退する方向とが異なる。従って、補償板が進退する方向にモータを配置する必要がなく、配置の自由度が高くなって、例えばサイクロトロン等の粒子加速器では、コンパクト化が可能となる。   Since this frequency compensator is provided with a motion conversion mechanism, the axial direction in which the rod advances and retracts differs from the direction in which the compensation plate advances and retracts. Therefore, there is no need to arrange the motor in the direction in which the compensation plate advances and retreats, and the degree of freedom in arrangement becomes high. For example, a particle accelerator such as a cyclotron can be made compact.

本発明に係る周波数補償器は、モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する。この周波数補償器は、モータの駆動によりロッドを軸方向に進退させるリニア駆動機構と、ロッドの軸方向の進退運動を、軸方向とは異なる方向の補償板の高周波共振器側の電極に対する進退運動に変換する運動変換機構と、モータの回転量と補償板の進退量との関係を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更する出力変換機構と、を備えることを特徴とする。   The frequency compensator according to the present invention compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor. This frequency compensator has a linear drive mechanism that moves the rod back and forth in the axial direction by driving the motor, and a forward and backward movement in the axial direction of the rod. And a motion conversion mechanism for converting into a motor, and an output conversion mechanism for changing the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to the distance between the electrode on the high-frequency resonator side and the compensation plate. It is characterized by.

この周波数補償器は、運動変換機構を備えているため、ロッドが進退する軸方向と、補償板が進退する方向とが異なる。従って、補償板が進退する方向にモータを配置する必要がなく、配置の自由度が高くなって、例えばサイクロトロン等の粒子加速器では、コンパクト化が可能となる。また、出力変換機構により、高周波共振器側の電極と補償板との距離が小さいときには、モータの所定回転量に対する補償板の進退量を小さくし、一方、高周波共振器側の電極と補償板との距離が大きいときには、モータの所定回転量に対する補償板の進退量を大きくすることができる。このように、モータの回転量と補償板の進退量との関係を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更することで、高周波共振器側の電極と補償板との距離にかかわらず、所望時間内に必要な量だけ周波数を変動させて、高周波共振器の周波数を補償することができる。その結果、周波数遅れに対する反応を一定にすることができ、例えばサイクロトロン等の粒子加速器においては、ビーム出力を安定させることが可能となる。このとき、モータの回転数を一定とすることで、その制御が容易になる。   Since this frequency compensator is provided with a motion conversion mechanism, the axial direction in which the rod advances and retracts differs from the direction in which the compensation plate advances and retracts. Therefore, there is no need to arrange the motor in the direction in which the compensation plate advances and retreats, and the degree of freedom in arrangement becomes high. For example, a particle accelerator such as a cyclotron can be made compact. Further, when the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate is small due to the output conversion mechanism, the advancement / retraction amount of the compensation plate with respect to the predetermined rotation amount of the motor is reduced, while the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate are When the distance is large, the advancement / retraction amount of the compensation plate with respect to the predetermined rotation amount of the motor can be increased. Thus, by changing the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate, the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate are changed. The frequency of the high-frequency resonator can be compensated by changing the frequency by a necessary amount within a desired time regardless of the distance to the high frequency resonator. As a result, the response to the frequency delay can be made constant, and for example, in a particle accelerator such as a cyclotron, the beam output can be stabilized. At this time, the control becomes easy by keeping the rotation speed of the motor constant.

本発明に係る周波数補償器において、運動変換機構は、ロッドに一端が係止されると共に、他端には補償板が固定されており、ロッドの進退により所定軸を中心として回転して、補償板を高周波共振器側の電極に対して進退させるガイド部材を有することを特徴としてもよい。このようにすれば、ロッドの進退により所定軸を中心としてガイド部材が回転することで、ロッドの軸方向とは異なる方向に補償板が移動され、高周波共振器側の電極に対して進退される。   In the frequency compensator according to the present invention, the motion conversion mechanism has one end locked to the rod and a compensator plate fixed to the other end. A guide member for advancing and retracting the plate with respect to the electrode on the high frequency resonator side may be provided. In this way, the guide member rotates about the predetermined axis by the advance / retreat of the rod, so that the compensation plate is moved in a direction different from the axial direction of the rod, and is advanced / retracted with respect to the electrode on the high frequency resonator side. .

本発明に係る周波数補償器において、出力変換機構は、ロッドとガイド部材の一端との間に設けられる窪み部と、ロッドの進退により窪み部内を移動する突起部と、を有することを特徴としてもよい。このようにすれば、ロッドの進退により突起部が窪み部内を移動することにより、モータの回転量と補償板の進退量との関係が、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて変更される。   In the frequency compensator according to the present invention, the output conversion mechanism may include a recess provided between the rod and one end of the guide member, and a protrusion that moves in the recess as the rod advances and retreats. Good. In this way, the protrusion moves in the recess due to the advance / retreat of the rod, so that the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate is the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate. Will be changed according to

本発明に係る周波数補償器の駆動方法は、モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する。この方法では、モータからの出力を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて所定の出力に変換し、変換後の出力に基づいて補償板を進退させることを特徴とする。   In the frequency compensator driving method according to the present invention, the compensation plate is advanced and retracted with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor to compensate the frequency. In this method, the output from the motor is converted into a predetermined output according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate, and the compensation plate is moved forward and backward based on the converted output. To do.

この方法では、モータの回転数を一定とし、高周波共振器側の電極と補償板との距離が小さいときには変換後の出力を小さくして補償板の進退量を小さくし、一方、高周波共振器側の電極と補償板との距離が大きいときには変換後の出力を大きくして補償板の進退量を大きくすることができる。このように、モータからの出力を、高周波共振器側の電極と補償板との間の距離に応じて所定の出力に変換することで、高周波共振器側の電極と補償板との距離にかかわらず、所望時間内に必要な量だけ周波数を変動させて、高周波共振器の周波数を補償することができる。その結果、例えばサイクロトロン等の粒子加速器においては、ビーム出力を安定させることが可能となる。このとき、モータの回転数は一定であるため、その制御が容易になる。   In this method, the number of rotations of the motor is constant, and when the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate is small, the output after conversion is reduced to reduce the advance / retreat amount of the compensation plate, while the high frequency resonator side When the distance between the electrode and the compensation plate is large, the output after conversion can be increased to increase the advance / retreat amount of the compensation plate. As described above, the output from the motor is converted into a predetermined output according to the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate, so that the distance between the electrode on the high frequency resonator side and the compensation plate is affected. Instead, the frequency of the high frequency resonator can be compensated by changing the frequency by a necessary amount within a desired time. As a result, in a particle accelerator such as a cyclotron, the beam output can be stabilized. At this time, since the rotation speed of the motor is constant, the control becomes easy.

本発明によれば、モータの制御を容易とする周波数補償器及び周波数補償方法が提供される。また本発明によれば、配置の自由度が高い周波数補償器が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the frequency compensator and frequency compensation method which make control of a motor easy are provided. According to the present invention, a frequency compensator having a high degree of freedom in arrangement is provided.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本実施形態に係る周波数補償器を備えた粒子加速器として、サイクロトロンの構成を示す正面図である。図１に示すように、サイクロトロン１０は縦型で、また全体が放射線を遮断する鉛等の遮蔽壁１００で覆われた自己シールド型のサイクロトロンである。   FIG. 1 is a front view showing a configuration of a cyclotron as a particle accelerator including a frequency compensator according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the cyclotron 10 is a vertical type and a self-shielded type cyclotron covered with a shielding wall 100 such as lead that blocks radiation as a whole.

図２は、図１に示すサイクロトロン長軸に沿ってＩＩ−ＩＩ線で切断したサイクロトロン１０の断面図である。また図３は、サイクロトロン１０の本体部１２と蓋部１４とを分離した状態の断面図である。また図４は、サイクロトロン１０の本体部１２の正面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the cyclotron 10 taken along the line II-II along the long axis of the cyclotron shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cyclotron 10 with the main body 12 and the lid 14 separated. FIG. 4 is a front view of the main body 12 of the cyclotron 10.

図２〜４に示すように、サイクロトロン１０は、一対の磁極１６と、一対のコイル１８と、真空箱２０と、一対の高周波共振器と、ヨーク２８と、一対の周波数補償器７０と、を備えている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the cyclotron 10 includes a pair of magnetic poles 16, a pair of coils 18, a vacuum box 20, a pair of high frequency resonators, a yoke 28, and a pair of frequency compensators 70. I have.

一対の磁極１６は、図４及び図５に示すように、それぞれ円板状の外形を有する。これら磁極１６の対向する面には、それぞれ谷領域１６ａと山領域１６ｂとが交互に連続して設けられている。より詳細には、これら磁極１６の対向する面は、それぞれ４つの谷領域１６ａと４つの山領域１６ｂとが交互に現れる８つの扇形のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の高集束を図っている。   As shown in FIGS. 4 and 5, each of the pair of magnetic poles 16 has a disk-shaped outer shape. On the opposing surfaces of these magnetic poles 16, valley regions 16a and mountain regions 16b are alternately and continuously provided. More specifically, the opposing surfaces of these magnetic poles 16 are divided into eight sector sectors in which four valley regions 16a and four mountain regions 16b appear alternately. With this configuration, high speed focusing of accelerated particles is achieved using sector focusing.

ヨーク２８は、本体部１２側のヨーク本体２８ａと、蓋部１４側のヨーク蓋２８ｂとを有している。ヨーク本体２８ａは、図２及び図３に示すように、縦断面がコ字状をなす。ヨーク蓋２８ｂは、鉛直方向に沿って延び、正面視が長方形状をなす。ヨーク蓋２８ｂの長軸は、磁極１６の直径の二倍程度の長さであり、短軸は磁極１６の直径よりも若干長い程度の長さである。一対の磁極１６の一方は、ヨーク本体２８ａ上に設けられ、他方の磁極１６は、ヨーク蓋２８ｂ上に設けられている。そして、固定側のヨーク本体２８ａに対して可動側のヨーク蓋２８ｂを付き当てることで、図２に示すように、環状のヨーク２８が構成されている。なお、ヨーク蓋２８ｂの長軸はヨーク２８全体としての高さと等しく、以降はこれをヨーク長軸という。このヨーク長軸が、サイクロトロン長軸となる。   The yoke 28 has a yoke main body 28a on the main body 12 side and a yoke cover 28b on the lid 14 side. As shown in FIGS. 2 and 3, the yoke body 28a has a U-shaped longitudinal section. The yoke lid 28b extends along the vertical direction and has a rectangular shape when viewed from the front. The major axis of the yoke lid 28 b is about twice as long as the diameter of the magnetic pole 16, and the minor axis is a length slightly longer than the diameter of the magnetic pole 16. One of the pair of magnetic poles 16 is provided on the yoke body 28a, and the other magnetic pole 16 is provided on the yoke lid 28b. As shown in FIG. 2, an annular yoke 28 is configured by attaching a movable yoke lid 28b to the fixed yoke body 28a. The major axis of the yoke lid 28b is equal to the overall height of the yoke 28, and this is hereinafter referred to as the major yoke axis. This major axis of the yoke becomes the major axis of the cyclotron.

真空箱２０は、図６に示すように、箱本体３０と箱蓋３２とを有している。箱本体３０は、底壁部３０ａと側壁部３０ｂとを含んでいる。底壁部３０ａには、磁極１６の外形と略同径の開口部３０ｃが設けられている。また、底壁部３０ａには真空排気用の２つの排気口３０ｄが設けられている。これら排気口３０ｄに、図１に示すように真空ポンプ１０２が接続される。また底壁部３０ａには、後述する周波数補償器７０のリニア駆動機構７２が有するロッド７４を支持し、その直線運動をガイドするためのロッド支持部７６が設けられている。ロッド支持部７６は、例えば底壁部３０ａ上に立設された板材であって、ロッド７４が挿通される貫通孔７８を有している。この箱本体３０が、図２〜４に示すように、サイクロトロン１０の本体部１２側に取り付けられる。箱本体３０が取り付けられたとき、磁極１６の表面は開口部３０ｃを通して真空箱２０内に突出している。箱蓋３２は、箱本体３０の上部開口を塞ぐ。この箱蓋３２には、磁極１６の外形と略同径の開口部３２ａが設けられている。この箱本体３２が、図２〜４に示すように、サイクロトロン１０の蓋部１４側に取り付けられる。箱蓋３２が取り付けられたとき、磁極１６の表面は開口部３２ａを通して真空箱２０内に突出している。   As shown in FIG. 6, the vacuum box 20 has a box body 30 and a box lid 32. The box body 30 includes a bottom wall portion 30a and a side wall portion 30b. The bottom wall 30a is provided with an opening 30c having substantially the same diameter as the outer shape of the magnetic pole 16. The bottom wall 30a is provided with two exhaust ports 30d for vacuum exhaust. A vacuum pump 102 is connected to these exhaust ports 30d as shown in FIG. The bottom wall portion 30a is provided with a rod support portion 76 for supporting a rod 74 included in a linear drive mechanism 72 of a frequency compensator 70, which will be described later, and guiding the linear motion thereof. The rod support portion 76 is a plate material erected on the bottom wall portion 30a, for example, and has a through hole 78 through which the rod 74 is inserted. This box main body 30 is attached to the main body portion 12 side of the cyclotron 10 as shown in FIGS. When the box body 30 is attached, the surface of the magnetic pole 16 protrudes into the vacuum box 20 through the opening 30c. The box lid 32 closes the upper opening of the box body 30. The box lid 32 is provided with an opening 32 a having substantially the same diameter as the outer shape of the magnetic pole 16. The box body 32 is attached to the lid portion 14 side of the cyclotron 10 as shown in FIGS. When the box lid 32 is attached, the surface of the magnetic pole 16 protrudes into the vacuum box 20 through the opening 32a.

サイクロトロン１０の本体部１２側のコイル１８は、図２及び図３に示すように、磁極１６の周りであってヨーク本体２８ａと箱本体３０との間に設けられており、電磁石が構成されている。また、サイクロトロン１０の蓋部１４側のコイル１８は、磁極１６の周りであってヨーク蓋２８ｂと箱蓋３２との間に設けられており、電磁石が構成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the coil 18 on the main body 12 side of the cyclotron 10 is provided around the magnetic pole 16 and between the yoke main body 28a and the box main body 30, and constitutes an electromagnet. Yes. The coil 18 on the lid portion 14 side of the cyclotron 10 is provided around the magnetic pole 16 and between the yoke lid 28b and the box lid 32, and constitutes an electromagnet.

一対の高周波共振器は、それぞれ加速電極２２と、内導体２４と、外導体２６と、を有している。   Each of the pair of high frequency resonators includes an acceleration electrode 22, an inner conductor 24, and an outer conductor 26.

一対の加速電極２２は、図４に示すように、それぞれ正面視において略三角形状をなす。各加速電極２２は、図７に示すように、上下２枚の三角板を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極２２の板面には複数の孔２２ａが穿設されている。これにより、真空排気の効率化とサイクロトロン１０の軽量化が図られている。かかる構成の一対の加速電極２２が、図３及び図４に示すように、サイクロトロン１０の本体部１２側に設けられている。ここで、一対の加速電極２２が並置される並び軸（所定軸）Ｘは、ヨーク長軸に沿っていると好ましい。本実施形態では、並び軸Ｘとヨーク長軸とは一致している。   As shown in FIG. 4, each of the pair of acceleration electrodes 22 has a substantially triangular shape when viewed from the front. As shown in FIG. 7, each accelerating electrode 22 is configured by connecting two upper and lower triangular plates at the bottom. A plurality of holes 22 a are formed in the plate surface of the acceleration electrode 22. Thereby, the efficiency of evacuation and the weight reduction of the cyclotron 10 are achieved. As shown in FIGS. 3 and 4, the pair of acceleration electrodes 22 having such a configuration is provided on the main body 12 side of the cyclotron 10. Here, the alignment axis (predetermined axis) X on which the pair of acceleration electrodes 22 are juxtaposed is preferably along the major axis of the yoke. In the present embodiment, the alignment axis X and the yoke major axis coincide.

これら一対の加速電極２２は、一対の磁極１６の谷領域１６ａに位置する。そして、加速電極２２の先端部同士が、図７に示すように、蝶の羽のような外形を有する接続部材３４により、機械的且つ電気的に接続されている。   The pair of acceleration electrodes 22 is located in the valley region 16 a of the pair of magnetic poles 16. And as shown in FIG. 7, the front-end | tip parts of the acceleration electrode 22 are mechanically and electrically connected by the connection member 34 which has an external shape like a butterfly wing.

一対の内導体２４は、図４及び図７に示すように、それぞれ加速電極２２の並び軸Ｘと交差する方向に、当該並び軸Ｘに対して反対方向に延びている。これら一対の内導体２４はそれぞれ円筒状の部材であり、一端が加速電極２２に接続されている。そして、加速電極２２の並び軸Ｘと内導体２４の軸との交点Ｐ１と、内導体２４の軸とショート板３７との交点Ｐ２と、を結ぶ直線と、並び軸Ｘとのなす角度θは鋭角である。なお、内導体２４は湾曲していてもよい。このようにすれば、サイクロトロン１０がよりコンパクトになる。また、ショート板３７と内導体２４との交点Ｐ２近傍の磁界が最大になる部分において、内導体２４と外導体２６との距離を離すことができるため、当該交点Ｐ２近傍での磁界を弱めることで発熱を抑えることができる。更に、内導体２４と真空箱２０との距離を離すことができるため、当該交点Ｐ２近傍での磁界が真空箱２０に与える影響を弱めることで発熱を抑えることができる。   As shown in FIGS. 4 and 7, the pair of inner conductors 24 extend in the direction intersecting with the alignment axis X of the acceleration electrodes 22 in the opposite direction to the alignment axis X, respectively. Each of the pair of inner conductors 24 is a cylindrical member, and one end thereof is connected to the acceleration electrode 22. The angle θ formed by the alignment axis X and the straight line connecting the intersection point P1 between the alignment axis X of the acceleration electrode 22 and the axis of the inner conductor 24 and the intersection point P2 of the axis of the inner conductor 24 and the short plate 37 is It is an acute angle. The inner conductor 24 may be curved. In this way, the cyclotron 10 becomes more compact. Further, since the distance between the inner conductor 24 and the outer conductor 26 can be increased in the portion where the magnetic field in the vicinity of the intersection P2 between the short plate 37 and the inner conductor 24 can be increased, the magnetic field in the vicinity of the intersection P2 is weakened. Can suppress heat generation. Furthermore, since the distance between the inner conductor 24 and the vacuum box 20 can be increased, heat generation can be suppressed by weakening the influence of the magnetic field in the vicinity of the intersection P2 on the vacuum box 20.

一対の外導体２６は、それぞれ一対の内導体２４を取り囲む。各外導体２６は、図８に示すように、外導体本体部３６と外導体蓋部３８とを含み、所定周波数を生成するように外形が設計されている。外導体本体部３６は、底壁部３６ａと側壁部３６ｂとカウンタ電極３６ｃとを有する。カウンタ電極３６ｃは、外形が加速電極２２よりも若干大きく、加速電極２２の下板を収容可能である。これにより、加速電極２２の下板とカウンタ電極３６ｃの上端が面一になる。この外導体本体部３６が、サイクロトロン１０の本体部１２側で真空箱２０の箱本体３０上に設けられている。このとき、カウンタ電極３６ｃは磁極１６の谷領域１６ａに入り込む。そして、側壁部３６ｂの一端に、ショート板３７が設けられている。ショート板３７は、内導体２４と外導体２６とを短絡する。このショート板３７に設けられた開口部３７ｅを通して、加速電極２２が連結された内導体２４が支持されている。外導体本体部３６の側壁部３６ｂには、後述する周波数補償器７０を通す開口３６ｅが設けられている。また、カウンタ電極３６ｃに近い側壁部３６ｂ上には、後述する周波数補償器７０が備える補償板８０をアースするためのアース部材８２が設けられている。このアース部材８２は補償板８０に連結されるものであり、補償板８０の進退に伴って変形可能なように、銅等から形成された導電性を有する薄板から構成されている。   The pair of outer conductors 26 surround the pair of inner conductors 24, respectively. As shown in FIG. 8, each outer conductor 26 includes an outer conductor main body portion 36 and an outer conductor lid portion 38, and the outer shape is designed so as to generate a predetermined frequency. The outer conductor main body portion 36 includes a bottom wall portion 36a, a side wall portion 36b, and a counter electrode 36c. The counter electrode 36 c has a slightly larger outer shape than the acceleration electrode 22 and can accommodate the lower plate of the acceleration electrode 22. As a result, the lower plate of the acceleration electrode 22 and the upper end of the counter electrode 36c are flush with each other. The outer conductor main body 36 is provided on the box main body 30 of the vacuum box 20 on the main body 12 side of the cyclotron 10. At this time, the counter electrode 36 c enters the valley region 16 a of the magnetic pole 16. And the short board 37 is provided in the end of the side wall part 36b. The short plate 37 short-circuits the inner conductor 24 and the outer conductor 26. Through the opening 37e provided in the short plate 37, the inner conductor 24 to which the acceleration electrode 22 is connected is supported. An opening 36e through which a frequency compensator 70 described later is passed is provided in the side wall 36b of the outer conductor main body 36. Further, on the side wall portion 36b close to the counter electrode 36c, a ground member 82 for grounding a compensation plate 80 provided in the frequency compensator 70 described later is provided. The ground member 82 is connected to the compensation plate 80, and is composed of a conductive thin plate made of copper or the like so that it can be deformed as the compensation plate 80 advances and retreats.

外導体蓋部３８は、底壁部３８ａと側壁部３８ｂとカウンタ電極３８ｃとを有する。カウンタ電極３８ｃは、外形が加速電極２２よりも若干大きく、加速電極２２の上板を収容可能である。これにより、加速電極２２の上板とカウンタ電極３８ｃの下端が面一になる。この外導体蓋部３８が、サイクロトロン１０の蓋部１４側で真空箱２０の箱蓋３２上に設けられる。このとき、カウンタ電極３８ｃは磁極１６の谷領域１６ａに入り込む。   The outer conductor lid portion 38 includes a bottom wall portion 38a, a side wall portion 38b, and a counter electrode 38c. The counter electrode 38c has a slightly larger outer shape than the acceleration electrode 22, and can accommodate the upper plate of the acceleration electrode 22. Thereby, the upper plate of the acceleration electrode 22 and the lower end of the counter electrode 38c are flush with each other. The outer conductor lid portion 38 is provided on the box lid 32 of the vacuum box 20 on the lid portion 14 side of the cyclotron 10. At this time, the counter electrode 38 c enters the valley region 16 a of the magnetic pole 16.

サイクロトロン１０の本体部１２と蓋部１４とを合体させたとき、外導体本体部３６と外導体蓋部３８とが合体し、閉空間が形成される。この閉空間内に、加速電極２２及び内導体２４が収容される。このようにして、外導体２６、内導体２４、及び加速電極２２により、高周波共振器（ＲＦキャビティ）が形成される。また、内導体２４と加速電極２２により、ＲＦ電極（高周波共振器側の電極）が形成される。なお、外導体本体部３６及び外導体蓋部３８それぞれの側壁部３６ｂ，３８ｂの縁とショート板３７の縁には、コンタクトフィンガー４０が設けられている。コンタクトフィンガー４０は、バネ板片を所定方向に連続して並べて構成したものである。このように、外導体本体部３６と外導体蓋部３８及びショート板３７がコンタクトフィンガー４０を介して合わさることで、両者の確実な電気的接続が図られている。   When the main body portion 12 and the lid portion 14 of the cyclotron 10 are combined, the outer conductor main body portion 36 and the outer conductor lid portion 38 are combined to form a closed space. The acceleration electrode 22 and the inner conductor 24 are accommodated in this closed space. In this way, a high frequency resonator (RF cavity) is formed by the outer conductor 26, the inner conductor 24, and the acceleration electrode 22. Further, the inner conductor 24 and the acceleration electrode 22 form an RF electrode (high frequency resonator side electrode). Contact fingers 40 are provided on the edges of the side wall portions 36 b and 38 b of the outer conductor main body portion 36 and the outer conductor lid portion 38 and the edge of the short plate 37. The contact finger 40 is configured by arranging spring plate pieces continuously in a predetermined direction. In this way, the outer conductor main body 36, the outer conductor lid 38, and the short plate 37 are joined together via the contact fingers 40, so that reliable electrical connection between them is achieved.

一対の内導体２４は、図４に示すように、それぞれ真空箱２０の外まで延びている。これら内導体２４の内部には、冷媒を循環させるための管４２が通っており、加速電極２２及び内導体２４を冷却できるようになっている。また、外導体２６の内部にも冷媒を循環させるための管（図示しない）が通っており、外導体２６を冷却できるようになっている。   The pair of inner conductors 24 extend to the outside of the vacuum box 20 as shown in FIG. Inside these inner conductors 24 are pipes 42 for circulating a refrigerant so that the accelerating electrode 22 and the inner conductor 24 can be cooled. In addition, a pipe (not shown) for circulating the refrigerant also passes through the outer conductor 26 so that the outer conductor 26 can be cooled.

このように、本実施形態に係るサイクロトロン１０では、一対の内導体２４は、それぞれ加速電極２２の並び軸Ｘと交差するように、当該並び軸Ｘに対して反対方向に延びている。従って、磁極１６の周りには他の装置を配置するスペースが生じる。そこで、このスペースに、並び軸Ｘに対して対称な位置に、加速粒子を取り出すためのフォイルストリッパー４６と、放射性同位元素を生成するためのターゲット４８とを配置している。また、真空箱２０の右方に、先端が磁極１６内に至る電流検出器５０が設けられている。   Thus, in the cyclotron 10 according to the present embodiment, the pair of inner conductors 24 extend in the opposite direction with respect to the alignment axis X so as to intersect the alignment axis X of the acceleration electrodes 22. Accordingly, a space for arranging another device is generated around the magnetic pole 16. Therefore, a foil stripper 46 for taking out accelerated particles and a target 48 for generating a radioisotope are arranged in this space at positions symmetrical with respect to the arrangement axis X. Further, a current detector 50 whose tip is in the magnetic pole 16 is provided on the right side of the vacuum box 20.

また、真空箱２０に設けられた排気口３０ｄと、磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏとの間に、磁極１６の谷領域１６ａが存在している。よって、排気口３０ｄからビーム引出し部Ｏが見通せるようになっている。   Further, a valley region 16 a of the magnetic pole 16 exists between the exhaust port 30 d provided in the vacuum box 20 and the beam extraction portion O provided in the central portion of the magnetic pole 16. Therefore, the beam extraction portion O can be seen from the exhaust port 30d.

一対の周波数補償器７０は、図４に示すように、それぞれ内導体２４に沿って設けられている。この周波数補償器７０は、リニア駆動機構７２と、ガイド部材（運動変換機構）８４と、補償板８０とを備えている。   As shown in FIG. 4, the pair of frequency compensators 70 is provided along the inner conductor 24. The frequency compensator 70 includes a linear drive mechanism 72, a guide member (motion conversion mechanism) 84, and a compensation plate 80.

リニア駆動機構７２は、図９に示すように、モータ８６と、モータ８６の駆動によりその軸方向に進退するロッド７４と、を有している。モータ８６とロッド７４との間には、公知の運動伝達機構が設けられている。運動伝達機構は、例えば外周面に雄ネジが刻設されたボールネジ８８と、このボールネジ８８の雄ネジと噛合するように、ロッド７４の起端部に穿設された雌ネジを含むネジ穴とにより構成することができる。このボールネジ８８を、モータ８６の出力軸９０にカップリング９２を介して連結することで、ボールネジ８８はモータ８６の出力軸９０と同期に回転する。そして、このボールネジ８８が回転することで、ボールネジ８８がロッド７４のネジ穴にねじ込まれたり、引き出されたりして、ロッド７４がその軸方向に進退する。   As shown in FIG. 9, the linear drive mechanism 72 includes a motor 86 and a rod 74 that advances and retreats in the axial direction when the motor 86 is driven. A known motion transmission mechanism is provided between the motor 86 and the rod 74. The motion transmission mechanism includes, for example, a ball screw 88 having a male screw engraved on the outer peripheral surface thereof, and a screw hole including a female screw drilled in the starting end portion of the rod 74 so as to mesh with the male screw of the ball screw 88. Can be configured. By connecting the ball screw 88 to the output shaft 90 of the motor 86 via the coupling 92, the ball screw 88 rotates in synchronization with the output shaft 90 of the motor 86. When the ball screw 88 rotates, the ball screw 88 is screwed into or pulled out of the screw hole of the rod 74, and the rod 74 advances and retreats in the axial direction.

このリニア駆動機構７２は、大部分が真空箱２０の外部に配置され、ロッド７４が側壁部３０ｂを貫通して真空箱２０の内部にまで延びている。そして、ロッド７４は真空箱２０の底壁部３０ａ上に設けられたロッド支持部７６の貫通孔７８に挿通され、その直線運動がガイドされている。なお、リニア駆動機構７２のロッド７４の軸方向Ｙは、高周波共振器の内導体２４の軸方向にほぼ沿っている。   Most of the linear drive mechanism 72 is disposed outside the vacuum box 20, and the rod 74 extends through the side wall 30 b to the inside of the vacuum box 20. The rod 74 is inserted into a through hole 78 of a rod support portion 76 provided on the bottom wall portion 30a of the vacuum box 20, and the linear motion thereof is guided. The axial direction Y of the rod 74 of the linear drive mechanism 72 is substantially along the axial direction of the inner conductor 24 of the high-frequency resonator.

ガイド部材８４は、図１０に示すように、外形が略扇形状の板材である。ガイド部材８４の先端には、補償板８０を取り付けるための取付部９４が設けられている。ガイド部材８４の起端部は、リニア駆動機構７２のロッド７４と連結されるようになっている。より詳細には、図１１に示すように、ロッド７４の先端には円柱状の突起部９６が設けられており、ガイド部材８４の起端部にはその突起部９６が摺動可能に嵌まり込む窪み部９８が設けられている。本実施形態では、窪み部９８は貫通形成された孔から構成されており、嵌め込まれた突起部９６の先端にナット５２が締結されて、ロッド７４とガイド部材８４との連結が確実になされている。図９に示すように、ガイド部材８４は、その大部分が外導体２６の内部に設けられており、起端部は外導体２６の側壁部３６ｂに設けられた開口３６ｅから出入りできるようになっている。   As shown in FIG. 10, the guide member 84 is a plate material whose outer shape is substantially fan-shaped. An attachment portion 94 for attaching the compensation plate 80 is provided at the tip of the guide member 84. The starting end portion of the guide member 84 is connected to the rod 74 of the linear drive mechanism 72. More specifically, as shown in FIG. 11, a rod-shaped protrusion 96 is provided at the tip of the rod 74, and the protrusion 96 is slidably fitted to the starting end of the guide member 84. A recess 98 is provided. In the present embodiment, the recess 98 is formed of a hole formed so as to penetrate, and the nut 52 is fastened to the tip of the fitted projection 96 so that the rod 74 and the guide member 84 are securely connected. Yes. As shown in FIG. 9, most of the guide member 84 is provided inside the outer conductor 26, and the starting end portion can enter and exit from the opening 36 e provided in the side wall portion 36 b of the outer conductor 26. ing.

補償板８０は、図１２に示すように、長手方向に垂直な断面が円弧状をなす板材である。この補償板８０は、例えば銅などの金属から形成されており、内径が内導体２４の外径より若干大きくなるように形成されている。従って、図１３に示すように、補償板８０は内導体２４に対して至近距離まで近接できるようになっている。この補償板８０は、図１２に示すように、外面に設けられた基部５４を介して、ガイド部材８４の取付部９４に取り付けられている。   As shown in FIG. 12, the compensation plate 80 is a plate material in which a cross section perpendicular to the longitudinal direction forms an arc shape. The compensation plate 80 is made of a metal such as copper, for example, and has an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the inner conductor 24. Therefore, as shown in FIG. 13, the compensation plate 80 can be brought close to the inner conductor 24 to a close distance. As shown in FIG. 12, the compensation plate 80 is attached to the attachment portion 94 of the guide member 84 via a base portion 54 provided on the outer surface.

上記したガイド部材８４は、長手方向について略中心付近に支点Ｑを有し、図９及び図１３に示すように、外導体２６の底壁部３６ａ上に立設された所定軸としてのピン（図示しない）により、その支点Ｑを中心として図中の矢印方向（図９に示すＡ方向、或いは、図１３に示すＢ方向）に回転可能に支持されている。   The guide member 84 described above has a fulcrum Q in the vicinity of the center in the longitudinal direction, and as shown in FIGS. 9 and 13, a pin (as a predetermined axis) erected on the bottom wall portion 36 a of the outer conductor 26. (Not shown) is supported so as to be rotatable around the fulcrum Q in the direction of the arrow in the figure (direction A shown in FIG. 9 or direction B shown in FIG. 13).

ここで、上記したように、リニア駆動機構７２のロッド７４とガイド部材８４とは、突起部９６及び窪み部９８を介して連結されているため、ロッド７４が進退して窪み部９８内を突起部９６が移動することにより、図９及び図１３に示すように、ガイド部材８４が支点Ｑを中心として回転して、補償板８０が内導体２４に対して進退されるようになっている。この様な機構により補償板８０が進退される周波数補償器７０では、補償板８０の進退方向Ｚは、リニア駆動機構７２のロッド７４の進退方向Ｙと交差（ここでは、ほぼ直交）している。   Here, as described above, since the rod 74 and the guide member 84 of the linear drive mechanism 72 are connected via the protrusion 96 and the recess 98, the rod 74 advances and retracts and protrudes in the recess 98. 9 and FIG. 13, the guide member 84 rotates about the fulcrum Q, so that the compensation plate 80 is advanced and retracted with respect to the inner conductor 24. In the frequency compensator 70 in which the compensation plate 80 is advanced and retracted by such a mechanism, the advance / retreat direction Z of the compensation plate 80 intersects (here, substantially orthogonal) with the advance / retreat direction Y of the rod 74 of the linear drive mechanism 72. .

ここで、式（１）を参照して前述したように、ＲＦ電力の周波数ｆは、図１４に示すように、ＲＦ電極（ここでは内導体２４）と補償板８０との距離（電極間距離）をｄとして、ｄ１／２に比例する。よって、内導体２４と補償板８０との距離ｄがある程度以上となると、距離ｄの変動量Δｄに対する周波数ｆの変動量Δｆは非常に小さくなる。逆に言えば、内導体２４と補償板８０との距離ｄがある程度以下となると、距離ｄの変動量Δｄに対する周波数ｆの変動量Δｆは非常に大きくなる。 Here, as described above with reference to equation (1), the frequency f of the RF power is the distance between the RF electrode (in this case, the inner conductor 24) and the compensation plate 80 (interelectrode distance) as shown in FIG. ) Is proportional to d1 / 2 . Therefore, when the distance d between the inner conductor 24 and the compensation plate 80 exceeds a certain level, the fluctuation amount Δf of the frequency f with respect to the fluctuation amount Δd of the distance d becomes very small. In other words, when the distance d between the inner conductor 24 and the compensation plate 80 becomes a certain amount or less, the fluctuation amount Δf of the frequency f with respect to the fluctuation amount Δd of the distance d becomes very large.

従って、距離ｄが大きいときに周波数ｆを所定量Δｆだけ変動させるためには、補償板８０の移動量Δｄは大きくする必要がある。逆に言えば、距離ｄが小さいときに周波数ｆを所定量Δｆだけ変動させるためには、補償板８０の移動量Δｄは小さくする必要がある。   Therefore, in order to change the frequency f by the predetermined amount Δf when the distance d is large, it is necessary to increase the movement amount Δd of the compensation plate 80. In other words, in order to change the frequency f by the predetermined amount Δf when the distance d is small, it is necessary to reduce the movement amount Δd of the compensation plate 80.

本実施形態では、上記した事情を踏まえ、ＲＦ電力の周波数ｆがｄ１／２に比例することを考慮して、図１０に示すように、窪み部９８を、直線状に延びる孔の部分（直線部）９８ａと、曲線状に延びる孔の部分（曲線部）９８ｂとにより構成している。これにより、図１４に示すように、距離ｄの変動に対して周波数ｆが略直線的に変動する距離範囲（ｄ＞ｄ０）では、モータ８６の回転量に対して補償板８０の進退量が直線的に変動するようにしている。一方、距離ｄの変動に対して周波数ｆが曲線的に変動する距離範囲（ｄ≦ｄ０）では、モータ８６の回転量に対して補償板８０の進退量が曲線的に変動するようにしている。 In the present embodiment, in consideration of the above-described circumstances, in consideration of the fact that the frequency f of RF power is proportional to d1 / 2 , as shown in FIG. A straight portion 98a and a hole portion (curved portion) 98b extending in a curved line are formed. Accordingly, as shown in FIG. 14, in the distance range (d> d 0 ) in which the frequency f varies substantially linearly with respect to the variation in the distance d, the advance / retreat amount of the compensation plate 80 with respect to the rotation amount of the motor 86. Is made to fluctuate linearly. On the other hand, in the distance range (d ≦ d 0 ) in which the frequency f changes in a curve with respect to the change in the distance d, the advance / retreat amount of the compensation plate 80 changes in a curve with respect to the rotation amount of the motor 86. Yes.

このようにして、モータ８６の回転量と補償板８０の進退量との関係を、内導体と補償板８０との間の距離に応じて変更できるようにしている。本実施形態では、この窪み部９８と突起部９６とが、出力変換機構を構成している。   In this way, the relationship between the rotation amount of the motor 86 and the advance / retreat amount of the compensation plate 80 can be changed according to the distance between the inner conductor and the compensation plate 80. In the present embodiment, the recess 98 and the projection 96 constitute an output conversion mechanism.

なお、窪み部９８は、ＲＦ電力の周波数ｆがｄ１／２に比例することを考慮して、図１５（ａ）に示すように、傾きの異なる直線部を繋げて構成したものであってもよいし、また図１５（ｂ）に示すように、全て曲線部で構成してもよい。最も好ましくは、周波数ｆが常にリニアに変化するように、窪み部９８の形状を決定するとよい。ただし、いずれの場合であっても、内導体２４と補償板８０とが第１の距離ｄ１及びこれより大きい第２の距離ｄ２だけそれぞれ離れているとき、モータ８６の一定回転量に対する補償板８０の進退量をそれぞれΔＧ（ｄ１）及びΔＧ（ｄ２）とすると、ΔＧ（ｄ１） ≦ ΔＧ（ｄ２）であるように設計すると好ましい。このようにすれば、高周波共振器の周波数を好適に補償することができる。 In consideration of the fact that the frequency f of the RF power is proportional to d1 / 2 , the recess 98 is configured by connecting linear portions having different inclinations as shown in FIG. 15 (a). Alternatively, as shown in FIG. 15 (b), all of them may be composed of curved portions. Most preferably, the shape of the recess 98 is determined so that the frequency f always changes linearly. However, in any case, when the inner conductor 24 and the compensation plate 80 are separated from each other by the first distance d1 and the second distance d2 larger than the first distance d1, the compensation plate 80 with respect to a constant rotation amount of the motor 86. It is preferable to design such that ΔG (d1) ≦ ΔG (d2), where ΔG (d1) and ΔG (d2) are respectively the advance and retreat amounts. In this way, the frequency of the high frequency resonator can be suitably compensated.

次に、本実施形態に係るサイクロトロン１０が備える周波数補償器７０の駆動方法について説明する。   Next, a driving method of the frequency compensator 70 provided in the cyclotron 10 according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係るサイクロトロン１０では、まず所定の周波数（共振周波数）で粒子に電力を与えるように、内導体２４に対して補償板８０を所定距離だけ離して運転する。   In the cyclotron 10 according to the present embodiment, first, the compensation plate 80 is operated with a predetermined distance away from the inner conductor 24 so that power is supplied to the particles at a predetermined frequency (resonance frequency).

この状態で、図４を参照して、磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏから引き出された陽子或いは重陽子といった加速粒子は、ＲＦキャビティにより生成される加速電極２２とカウンタ電極３６ｃ，３８ｃとの間の電界により、所定の共振周波数で多重加速される。そして、加速に伴って軌道半径が大きくなり、最後にフォイルストリッパー４６のフォイルにより軌道が曲げられて、ターゲット４８内に進入する。   In this state, referring to FIG. 4, acceleration particles such as protons or deuterons extracted from the beam extraction portion O provided at the center of the magnetic pole 16 are generated by the acceleration electrode 22 and the counter electrode 36c generated by the RF cavity. , 38c, multiple acceleration is performed at a predetermined resonance frequency. Then, the orbit radius increases with acceleration, and finally the orbit is bent by the foil of the foil stripper 46 and enters the target 48.

このようなサイクロトロン１０の稼動中には、温度変化やその他の要素により共振周波数が変化するため、周波数ｆを調整することが必要となる。   While the cyclotron 10 is in operation, the resonance frequency changes due to temperature changes and other factors, so it is necessary to adjust the frequency f.

例えば、図１４に示すｄ２の距離で運転を開始したとき（点Ｅ１参照）、電極間距離ｄと周波数ｆとの関係が曲線Ｓで表すように変化して、周波数がΔｆだけ変動すると（点Ｅ２参照）、これを補償する必要がある。この周波数の変動Δｆを補償するためには、補償板８０をΔｄ２だけ遠ざける（点Ｅ３参照）必要がある（第１のケース）。一方、図１４に示すｄ１の距離で運転を開始したとき（点Ｆ１参照）、電極間距離ｄと周波数ｆとの関係が曲線Ｔで表すように変化して、周波数がΔｆだけ変動すると（点Ｆ２参照）、これを補償する必要がある。この周波数の変動Δｆを補償するためには、補償板８０をΔｄ１だけ遠ざける（点Ｆ３参照）必要がある（第２のケース）。 For example, (refer to point E1) when starting the operation by the distance d 2 shown in FIG. 14, the relationship between the electrode distance d and the frequency f is changed as represented by the curve S, the frequency is varied by Delta] f ( This must be compensated for (see point E2). In order to compensate for this frequency variation Δf, it is necessary to move the compensation plate 80 away by Δd 2 (see point E3) (first case). On the other hand, (refer to point F1) when starting the operation at a distance of d 1 shown in FIG. 14, the relationship between the electrode distance d and the frequency f is changed as represented by the curve T, the frequency is varied by Delta] f ( This must be compensated for (see point F2). In order to compensate for this frequency variation Δf, it is necessary to move the compensation plate 80 away by Δd 1 (see point F3) (second case).

このとき、本実施形態では、ガイド部材８４の窪み部９８を、直線状に延びる孔の部分（直線部）９８ａと、曲線状に延びる孔の部分（曲線部）９８ｂとにより構成している。従って、第１のケースでは、モータ８６の回転量に対して補償板８０の進退量が直線的に変動して、補償板８０が大きく変位する。一方、第２のケースでは、モータ８６の回転量に対して補償板８０の進退量が曲線的に変動して、補償板８０が小さく変位する。   At this time, in this embodiment, the hollow part 98 of the guide member 84 is constituted by a hole part (straight part) 98a extending linearly and a hole part (curve part) 98b extending curvedly. Therefore, in the first case, the advancement / retraction amount of the compensation plate 80 varies linearly with respect to the rotation amount of the motor 86, and the compensation plate 80 is greatly displaced. On the other hand, in the second case, the advancement / retraction amount of the compensation plate 80 fluctuates with respect to the rotation amount of the motor 86, and the compensation plate 80 is displaced slightly.

このように、モータ８６の出力は、ガイド部材８４の窪み部９８とロッド７４の突起部９６とから構成される出力変換機構により、内導体２４と補償板８０との距離に応じて、ガイド部材８４を必要な量だけ回転させる所定出力に変換され、この変換後の出力に基づいて、ガイド部材８４により補償板８０が内導体２４に対して進退される。   As described above, the output of the motor 86 is output from the guide member 84 according to the distance between the inner conductor 24 and the compensation plate 80 by the output conversion mechanism constituted by the recessed portion 98 of the guide member 84 and the protruding portion 96 of the rod 74. The output is converted into a predetermined output that rotates 84 by a necessary amount, and the compensation plate 80 is advanced or retracted with respect to the inner conductor 24 by the guide member 84 based on the output after the conversion.

このようにして、必要な量だけ周波数を変動させて、高周波共振器の周波数ｆを補償する。このとき、一連の操作において、モータ８６の回転数を常に一定とすることで、内導体２４と補償板８０との距離にかかわらず、所望時間内に周波数の補償が行われる。   In this way, the frequency f is varied by a necessary amount to compensate the frequency f of the high frequency resonator. At this time, in a series of operations, the frequency of the motor 86 is kept constant so that frequency compensation is performed within a desired time regardless of the distance between the inner conductor 24 and the compensation plate 80.

次に、本実施形態に係るサイクロトロン１０の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of the cyclotron 10 according to the present embodiment will be described.

本実施形態では、モータ８６の回転量と補償板８０の進退量との関係を、内導体２４と補償板８０との間の距離に応じて変更できるため、内導体２４と補償板８０との距離にかかわらず、所望時間内に必要な量だけ周波数を変動させて、高周波共振器の周波数ｆを補償することができる。その結果、周波数遅れに対する反応を一定にすることができ、サイクロトロン１０のビーム出力を安定させることが可能となる。このとき、モータ８６の回転数は一定であるため、その制御が容易になる。   In this embodiment, since the relationship between the rotation amount of the motor 86 and the advance / retreat amount of the compensation plate 80 can be changed according to the distance between the inner conductor 24 and the compensation plate 80, the relationship between the inner conductor 24 and the compensation plate 80 can be changed. Regardless of the distance, the frequency f of the high frequency resonator can be compensated by changing the frequency by a necessary amount within a desired time. As a result, the response to the frequency delay can be made constant, and the beam output of the cyclotron 10 can be stabilized. At this time, since the rotation speed of the motor 86 is constant, the control becomes easy.

また、ロッド７４の直線運動をガイド部材８４の回転運動に変換して、このガイド部材８４の回転運動により補償板８０を進退させている。従って、ロッド７４が進退する軸方向Ｙと、補償板８０が進退する方向Ｚとを異ならしめることができる。その結果、補償板８０が進退する方向にモータ８６を配置する必要がなく、配置の自由度が高くなって、サイクロトロン１０のコンパクト化が可能となる。   Further, the linear motion of the rod 74 is converted into the rotational motion of the guide member 84, and the compensating plate 80 is advanced and retracted by the rotational motion of the guide member 84. Therefore, the axial direction Y in which the rod 74 advances and retreats can be made different from the direction Z in which the compensation plate 80 advances and retreats. As a result, there is no need to arrange the motor 86 in the direction in which the compensation plate 80 advances and retreats, and the degree of freedom in arrangement becomes high and the cyclotron 10 can be made compact.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、ショート板３７を内導体２４の軸方向に移動可能に構成して、高周波共振器の周波数ｆを粗調整するようにしてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the short plate 37 may be configured to be movable in the axial direction of the inner conductor 24 so that the frequency f of the high frequency resonator is roughly adjusted.

また、モータ８６の回転量と補償板８０の進退量との関係を、高周波共振器側の電極（内導体２４）と補償板８０との間の距離に応じて変更する出力変換機構は、モータ８６の出力軸９０とボールネジ８８との間に設けてもよい。   The output conversion mechanism that changes the relationship between the rotation amount of the motor 86 and the advance / retreat amount of the compensation plate 80 according to the distance between the electrode (inner conductor 24) on the high frequency resonator side and the compensation plate 80 is a motor. You may provide between the output shaft 90 of 86, and the ball screw 88. FIG.

本実施形態に係るサイクロトロンの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the cyclotron which concerns on this embodiment. 長軸に沿って切断したサイクロトロンの断面図である。It is sectional drawing of the cyclotron cut | disconnected along the long axis. サイクロトロンの本体部と蓋部とを分離した状態の断面図である。It is sectional drawing of the state which isolate | separated the main-body part and cover part of a cyclotron. サイクロトロンの本体部の正面図である。It is a front view of the main-body part of a cyclotron. 一対の磁極の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a pair of magnetic pole. 真空箱の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a vacuum box. 加速電極及び内導体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of an acceleration electrode and an inner conductor. 外導体の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of an outer conductor. 周波数補償器の構成を示す図である（内導体に対して補償板が最も離れている状態）。It is a figure which shows the structure of a frequency compensator (a state in which the compensation plate is farthest from the inner conductor). ガイド部材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a guide member. リニア駆動機構のロッドとガイド部材との連結の様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mode of the connection of the rod of a linear drive mechanism, and a guide member. 補償板の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a compensation board. 周波数補償器の構成を示す図である（内導体に対して補償板が最も近接している状態）。It is a figure which shows the structure of a frequency compensator (a state where a compensation plate is closest to the inner conductor). 電極間距離と周波数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between electrodes, and a frequency. 窪み部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a hollow part.

符号の説明Explanation of symbols

１０…サイクロトロン、２２…加速電極、２４…内導体、２６…外導体、６０…高周波共振器、７０…周波数補償器、７２…リニア駆動機構、７４…ロッド、８０…補償板、８４…ガイド部材、８６…モータ、９６…突起部、９８…窪み部、９８ａ…直線部、９８ｂ…曲線部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cyclotron, 22 ... Acceleration electrode, 24 ... Inner conductor, 26 ... Outer conductor, 60 ... High frequency resonator, 70 ... Frequency compensator, 72 ... Linear drive mechanism, 74 ... Rod, 80 ... Compensation plate, 84 ... Guide member , 86... Motor, 96... Projection, 98 .. Indentation, 98 a.

Claims (8)

モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する周波数補償器の駆動方法であって、
前記モータの回転数を一定とし、
前記モータの回転量と前記補償板の進退量との関係を、前記高周波共振器側の電極と該補償板との間の距離に応じて変更することを特徴とする周波数補償器の駆動方法。 A driving method of a frequency compensator for advancing and retracting a compensation plate with respect to an electrode on a high frequency resonator side by driving a motor and compensating a frequency,
The rotation speed of the motor is constant,
A method of driving a frequency compensator, characterized in that the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate is changed according to the distance between the electrode on the high-frequency resonator side and the compensation plate. 前記高周波共振器側の電極と前記補償板とが第１の距離ｄ１及びこれより大きい第２の距離ｄ２だけそれぞれ離れているとき、
前記モータの一定回転量に対する前記補償板の進退量をそれぞれΔＧ（ｄ１）及びΔＧ（ｄ２）とすると、
ΔＧ（ｄ１） ≦ ΔＧ（ｄ２）
であることを特徴とする請求項１に記載の周波数補償器の駆動方法。 When the high-frequency resonator side electrode and the compensation plate are separated by a first distance d1 and a second distance d2 larger than the first distance d1, respectively.
When the advance / retreat amount of the compensation plate with respect to the constant rotation amount of the motor is ΔG (d1) and ΔG (d2), respectively.
ΔG (d1) ≦ ΔG (d2)
The frequency compensator driving method according to claim 1, wherein: モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する周波数補償器であって、
前記モータの回転量と前記補償板の進退量との関係を、前記高周波共振器側の電極と該補償板との間の距離に応じて変更する出力変換機構を備えることを特徴とする周波数補償器。 A frequency compensator that compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor,
A frequency compensation comprising: an output conversion mechanism that changes a relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to a distance between the electrode on the high-frequency resonator side and the compensation plate. vessel. モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する周波数補償器であって、
前記モータの駆動によりロッドを軸方向に進退させるリニア駆動機構と、
前記ロッドの軸方向の進退運動を、該軸方向とは異なる方向の前記補償板の前記高周波共振器側の電極に対する進退運動に変換する運動変換機構と、
を備えることを特徴とする周波数補償器。 A frequency compensator that compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor,
A linear drive mechanism for moving the rod in the axial direction by driving the motor;
A motion conversion mechanism that converts the forward / backward movement of the rod in the axial direction into the forward / backward movement of the compensating plate in a direction different from the axial direction with respect to the electrode on the high-frequency resonator side;
A frequency compensator comprising: モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する周波数補償器であって、
前記モータの駆動によりロッドを軸方向に進退させるリニア駆動機構と、
前記ロッドの軸方向の進退運動を、該軸方向とは異なる方向の前記補償板の前記高周波共振器側の電極に対する進退運動に変換する運動変換機構と、
前記モータの回転量と前記補償板の進退量との関係を、前記高周波共振器側の電極と該補償板との間の距離に応じて変更する出力変換機構と、
を備えることを特徴とする周波数補償器。 A frequency compensator that compensates the frequency by moving the compensation plate forward and backward with respect to the electrode on the high frequency resonator side by driving the motor,
A linear drive mechanism for moving the rod in the axial direction by driving the motor;
A motion conversion mechanism that converts the forward / backward movement of the rod in the axial direction into the forward / backward movement of the compensating plate in a direction different from the axial direction with respect to the electrode on the high-frequency resonator side;
An output conversion mechanism that changes the relationship between the rotation amount of the motor and the advance / retreat amount of the compensation plate according to the distance between the electrode on the high-frequency resonator side and the compensation plate;
A frequency compensator comprising: 前記運動変換機構は、前記ロッドに一端が係止されると共に、他端には前記補償板が固定されており、該ロッドの進退により所定軸を中心として回転して、該補償板を前記高周波共振器側の電極に対して進退させるガイド部材を有することを特徴とする請求項５に記載の周波数補償器。   The motion conversion mechanism has one end locked to the rod and the other end to which the compensation plate is fixed, and the rod is rotated about a predetermined axis by the advance and retreat of the rod. 6. The frequency compensator according to claim 5, further comprising a guide member that moves forward and backward with respect to the resonator-side electrode. 前記出力変換機構は、
前記ロッドと前記ガイド部材の前記一端との間に設けられる窪み部と、
前記ロッドの進退により前記窪み部内を移動する突起部と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の周波数補償器。 The output conversion mechanism is
A recess provided between the rod and the one end of the guide member;
A protrusion that moves in the recess as the rod advances and retreats;
The frequency compensator according to claim 6, comprising: モータの駆動により高周波共振器側の電極に対し補償板を進退させ、周波数を補償する周波数補償器の駆動方法であって、
前記モータからの出力を、前記高周波共振器側の電極と前記補償板との間の距離に応じて所定の出力に変換し、変換後の出力に基づいて前記補償板を進退させることを特徴とする周波数補償器の駆動方法。 A driving method of a frequency compensator for advancing and retracting a compensation plate with respect to an electrode on a high frequency resonator side by driving a motor and compensating a frequency,
The output from the motor is converted into a predetermined output according to the distance between the electrode on the high-frequency resonator side and the compensation plate, and the compensation plate is advanced and retracted based on the converted output. Frequency compensator driving method.
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