JPH02270300A - サイクロトロンのビーム調整のためのターンパターンの評価方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はサイクロトロンの調整方法および装置に関し、
特にサイクロトロン内のイオンビームのターンパターン
を調整する方法および装置に関する。

［従来の技術］ サイクロトロン装置においては、イオンビームが渦巻状
の軌跡を描き、デフレクタで取り出される。このサイク
ロトロンのビーム調整においては、ビーム電流を最大に
するように調整パラメータを設定する。

ビーム電流プローブをサイクロトロン内部の中央部まで
挿入し、半径方向に走査し、ビーム電流を測定すること
によってイオンビームのターンパターンを計測し、この
ターンパターンをそのままペン書きオシロやＣＲＴデイ
スプレィ上に表示する。

従来、ターンパターンの良否の評価は、オペレータが自
らの経験に照らして行っていた。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来のサイクロトロンにおいては、イオンビ
ームのターンパターンを計測し、全ての調整パラメータ
を試行錯誤的に調整していたため、その作業は熟練者に
しかできなかった。

本発明の目的は、イオンビームのターンパターンを測定
した際、ターンパターンの良否の評価を自動的に行うこ
とのできるサイクロトロンのビーム調整方法および装置
を提供することである。

ターンパターンの良否の評価を表示することによって、
熟練度の低いオペレータにとっても調整作業を容易にす
る。

ターンパターンの良否の評価を自動的に行うことにより
、サイクロトロンの操作性の向上を図る。

［課題を解決するための手段］ サイクロトロンの種々のターンパターンを計測し、それ
ぞれに対して熟練者の経験的総合評価を与え、一方ター
ンパターンについて平均ターン間隔、半径方向振動の周
期、半径方向振動の大きさ、ターン消失半径、振動成分
のノード数、包絡線面積等の特徴量を抽出し、これらの
特徴量に基づいたファジィ積分モデルを作り、熟練者の
経験的総合評価と合致するようにファジィ積分モデルの
パラメータを決定し、新たに測定したターンパターンを
同定したファジィ積分モデルにより評価し、その評価値
を表示する。

［作用コ“ ファジィ積分モデルを用い、ファジィ積分モデルによる
評価を熟練者の経験的総合評価と一致させるようにパラ
メータを決定することにより、新たなターンパターンを
入力した時、熟練者の経験的総合評価に近いファジィ積
分モデルによる評価を与えることができる。

経験の浅い操作者がサイクロトロンを調整するに当って
、調整の指標が与えられるのでサイクロトロンのビーム
調整が容易になる。

［実施例］ 第１図（Ａ）〜（Ｃ）に本発明の実施例によるサイクロ
トロン装置のビーム調整装置を示す、第１図（Ａ）は全
体のブロック図である。

一対のデイ−１１（一方のデイ−のみを図示する）によ
って加速された磁場中のイオンビームが渦巻き状にビー
ム軌道１２を描き、サイクロトロンを構成する。サイク
ロトロンの中央部までビーム電流１０−ブ１３が挿入さ
れ、ビームを流を検出する。

ビーム電流プローブ１３はモータ１５によりギヤ１６を
介して、図中水平方向に走査される。モータ１５の運動
は、位！検出用エンコーダ１７によって位置信号２１と
して検出され、図中下方に示すターンパターン評価装置
３０のビーム電流入力部１９へ供給される。

また、ビーム電流１０−ブ１３によって検出されたビー
ム電流はビーム電流アンプ２０によって増幅され、ビー
ム電流信号２２として信号入力部１９に供給される。

以上述べた、ビーム電流１０−ブ１３、ギヤ１６、モー
タ１５、位置検出用エンコーダ１７、ビーム電流アンプ
２０はターンパターン計測装置２５を構成する。

図中、下方に示すターンパターン評価装置３０内には、
信号入力部１９、ターンパターンの特徴量抽出部２６、
ターンパターンのモデル評価算出部（ファジィ積分ユニ
ット）２８、ターンパターン出力部３１、評価値出力部
３３、評価モデル同定ユニット３５、並びに必要な情報
を記憶し、必要とする部分に情報を供給するメモリ３７
が配！されている。

ターンパターン出力部３１およびモデル評価値出力部３
３からの信号が表示装置４０に供給される。

第１図（Ｂ）はビーム電流１０−プ部分の動作を説明す
るための該略図である。ビーム電流プローブ１３はディ
ファレンシャルヘッド１３ａとインテグラルヘッド１３
ｂを含む、ディファレンシャルヘッド１３ａがインテグ
ラルヘッド１３ｂよりも約０．５ｎｌ程前方に突出し、
入射するイオンビームを受けてビーム電流を発生させる
。

半径方向にビーム電流プローブを走査し、渦巻き状のイ
オンビーム軌道を検出することによ、す、第３図（Ｂ）
下部に示すようなビーム電流を検出する。

第１図（Ｃ）は表示装置４０上に表示される情報の１例
を示す、デイスプレィ上の下部に横軸を半径方向距離と
し、縦軸をビーム電流すなわちイオンビーム強度とした
グラフが表示される。

このターンパターンの上にモデル総合評価のバーグラフ
が表示されている。ここで総合評価は、Ｏから１までの
実数で与えられている。Ｏを悪、１を良の状態とした図
の場合は、０．４の評価が与えられており、未だ改善の
余地が多い事を示している。

第２図に第１図（Ａ）のターンパターン評価装置３０で
行われるアルゴリズムを示す。

第１図（Ａ）に示したターンパターン計測装置２５によ
って、ステップ４１で示すターンパターンの計測が行わ
れる。この計測したターンパターンは第１図（Ａ）に示
す表示装置４０に表示され、熟練オペレータによる評価
が与えられる（ステップ４２）。

種々のターンパターンを計測し、それぞれについて熟練
オペレータによる評価を与える。この経験的総合評価は
、たとえば１に規格化した値ｄｊによって与えられる。

また、各ターンパターンからその特徴量を抽出する（ス
テップ４３）。

第３図にターンパターンの表示例をより詳細に示す、第
３図において横軸が半径方向の距離を示し、縦軸はビー
ム電流強度を示す、特徴量としては、たとえば隣接する
ビーム電流ピーク間の距離であるターン間隔、半径方向
の振動の周期、半径方向の振動の大きさ等が考えられる
。

さらに、これらを平均化した平均ターン間隔、所望の半
径方向振動の平均周期、所定の半径方向振動の平均的大
きさ等を求めてもよい、各特徴量は規格化されて、０〜
１の実数値として与えられる。

第２図に戻って、この規格化した特徴量によって部分的
評価ｈ（ｘｉ）が与えられる（ステップ４４）。

これらの各特徴量を総合評価に結び付けるファジィ積分
モデルを準備する。このファジィ積分モデルによって、
各特徴量を入力した時のモデル総合評価を与える（ステ
ップ４５）。

このモデル総合評価と熟練オペレータによる経験的総合
評価とを比較し、その偏差が最少になるようにファジィ
積分モデルのパラメータを決定する（ステップ４６）。

このようにしてファジィ積分モデルが同定される。

ファジィ積分モデルを同定した後、新たにサイクロトロ
ンを走査し、ターンパターンを得な場合は、以下のよう
にしてモデル総合評価Ｗを与える。

測定されたターンパターンから選定したターンパターン
の特徴量を抽出する（ステップ４３）。

抽出した特徴量を規格化し、部分評価を与える（ステッ
プ４４）。

各部分評価をまとめ、ファジィ積分モデルによりモデル
総合評価Ｗを与える（ステップ４５）。

この総合評価を表示装！に表示する。

ファジィ積分による評価値の算出のアルゴリズムを以下
に説明する。

今ターンパターンの特徴量の集合Ｋを考える。

Ｋ＝（Ｓｔ、Ｓ２．５３１ Ｓｌ　：平均ターン間隔 Ｓ２二半径方向振動の周期 Ｓ３二半径方向振動の大きさ また各特徴量の個別の評価値ｈ　（Ｓｉ　）　　（１＝
１〜３）を以下のように与える。関数りは以下のように
Ｋの要素の値を実数０〜１に対応させる。

ｈ：に→［０，１］ ｈ　（Ｓｉ　）　：特徴量Ｓ１についての評価値に上の
ファジィ積分ｅを以下のように考え、ターンパターンの
総合評価とする。

積分のパラメータであるファジィ測度ｇλは、ｇ’＝ｇ
（（Ｓｉ　ｌ）、０５ｇ　Ｉ≦１に゛はＫの任意の部分
集合 ｈ（Ｓｉ）を大きさの順に並べ、 ｈ　（Ｓｌ　）≧（Ｓ２’）≧ｈ　（Ｓ３°）とすれば
、ｅは次式で得られる。

Ｋ　　＝（Ｓ　　’）、Ｋ２＝（Ｓ　　’、Ｓ２°）Ｋ
　　＝（Ｓ　　’、Ｓ２°、Ｓ３°）但し、Δは最小演
算、■は最大演算を示す。

ファジィ積分によるターンパターンの評価モデルは以下
のような手順で行う。

今Ｎ個のターンパターンのサンプル（集合Ｇ）を得たと
し、熟練オペレータの経験的評価値ｄｊ明細書の浄書（
内容に変更なし） （ｊ＝１〜Ｎ）が与えられているとする。

各ターンパターンサンプルについて特徴量を抽出し、そ
れぞれの特徴量の個別の評価値ｈｊ（Ｓｉ　）　　（ｉ
　＝１〜３）ｊ＝（１〜Ｎ）が以下のように表わされる
とする。

ｈｊ：に→［Ｏ１１］ ｈｊ　　（Ｓｉ　）はサンプルｊの特徴量Ｓｌについて
の個別の評価値とする。

前述の手順と同様に、各サンプルについての総合評価値
ｅＪを考える。

次にｅｊを以下のように規格化する。

以上よりｄｅｗとなるように次式の評価関数値σができ
るだけ小さくなるようにファジィ測度ｇｉとλを決定す
る。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、試行銘誤的に行って
いたサイクロトロンのビーム調整においてターンパター
ンの良否に関する総合評価が自動的に与えられ、調整の
指針が与えられる。

未熟練者がサイクロトロンを操作しても適切に調整をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例を表わし、第１
図（Ａ）は全体を示すブロック図、第１図（Ｂ）はビー
ム電流１０−ブの拡大図およびビーム電流の波形図、第
１図（Ｃ）は表示装置の表示例を示す線図、 第２図は、ファジィ積分モデルを同定する手順およびタ
ーンパターンのモデル総合評価をを与える手順を示すブ
ロック図、 第３図はターンパターンの波形を示す拡大図である。 図において、 １１　　　　　　デイ− １２イオンビームの軌跡 １３　　　　　ビーム電流プローブ １５　　　　　グローブ駆動用モータ １６　　　　　ギヤ １７　　　　　位置検出用エンコーダ １９　　　　　信号入力部 ２０　　　　　ビーム電流増幅器 ２１　　　　　位置信号 ２２　　　　　ビーム電流信号 ２５　　　　　ターンパターン計測装置２６　　　　　
特徴量抽出部 ２８　　　　　ターンパターンのモデル評価算出部 ３１　　　　　ターンパターン出力部 ３３　　　　　モデル評価値出力部 ３５　　　　　評価モデル同定部 ３７　　　　　メモリ ４０　　　　　表示装置 復代理人　弁理士　高橋　敬四部 （Ａ）全＃図 サイクロトロンのビーム調整装置 第１ｒｌｌ＜その１） （Ｂ）ビーム電流プローブ （Ｃ）表示装置４０の表示例 サイクロトロンのビーム調整装置 第１　図（その２） 手続補正書く方式） 平成　　元年　８月２４日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、サイクロトロンの種々のターンパターンを計測
   し、それぞれに対して経験的総合評価を表わす電気的信
   号を与える工程と、 各ターンパターンから特徴量を抽出し規格化した電気的
   な特徴量信号を発生させる工程と、特徴量信号に基き、
   ファジィ積分モデルにより各ターンパターンに対してモ
   デル総合評価の信号を電気的に算出する工程と、 前記経験的総合評価の信号と前記モデル総合評価の信号
   の偏差が最小になるようにモデルパラメータを算出する
   工程と、 測定したターンパターンから特徴量を抽出し、規格化し
   た電気的特徴量信号を発生させ、同定したパラメータを
   有するファジィ積分モデルによりモデル総合評価の信号
   を電気的に算出し、表示装置上にモデル総合評価を表示
   する工程とを含むサイクロトロンのビーム調整方法。
2. （２）、サイクロトロンのビームパターンを計測し、ビ
   ーム強度を表わす信号を発生する手段と、計測した結果
   を表わす信号を記憶し、表示する手段と、 計測結果を表わす信号から特徴量を抽出し、規格化した
   特徴量信号を発生する手段と、 経験的総合評価を操作者入力し、電気的な経験的総合評
   価信号を発生し、記憶する手段と、前記特徴量とパラメ
   ータを含むファジィ積分モデルを記憶する手段と、 前記特徴量信号に基づきファジィ積分モデルに従つてモ
   デル総合評価信号を算出する手段と、前記経験的総合評
   価信号と前記モデル総合評価信号との偏差が極小になる
   ようにパラメータを定める手段と、 モデル総合評価信号に基づき、表示装置に総合評価を表
   示する手段と を含むサイクロトロンのビーム調整装置。