JPH0765994A - 粒子加速器のビーム位置モニタ装置 - Google Patents

粒子加速器のビーム位置モニタ装置

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JPH0765994A
JPH0765994A JP20945093A JP20945093A JPH0765994A JP H0765994 A JPH0765994 A JP H0765994A JP 20945093 A JP20945093 A JP 20945093A JP 20945093 A JP20945093 A JP 20945093A JP H0765994 A JPH0765994 A JP H0765994A
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博人 米原
Takao Yagi
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、同軸ケーブルおよび処理回路による
損失アンバランスのない高精度なC.O.Dの測定がで
きると共に、加速中の電子ビームのC.O.Dを精度よ
く測定できることを最も主要な目的としている。 【構成】本発明は、同一モニタ内の各ポジション電極に
発生するビーム位置信号を個別に入力する、モニタ近傍
に設置された複数個の電極RFスイッチと、各電極RF
スイッチからのビーム位置信号を共通に制御室まで伝送
するケーブルと、制御室側に設置され、各電極RFスイ
ッチを所定の順序で時系列に切換制御するように電極切
換指令を出力するタイミング制御回路と、ケーブルによ
り伝送されるビーム位置信号を、検波処理および必要に
応じて増幅処理する検波回路と、電極切換指令と同期し
て、検波回路からの処理信号を基にビームの平衡軌道に
対する水平・垂直方向のずれ量を算出する演算手段とを
備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子等の粒子を加速す
る粒子加速器のビームモニタ装置において、特に真空ダ
クト内を通過する粒子群の真空ダクト断面上の通過位置
を検出する粒子加速器のビーム位置モニタ装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、この種の粒子加速器の全体構成
例を示す概要図である。図3において、1は線型加速器
であり、所定の運動エネルギーを持つ粒子、例えば電子
ビームを出力する。ここで出力された電子ビームは、静
電インフレクター2によって静電偏向を受け、加速リン
グ3の真空ダクト15A内の電子走行軌道に対して接線
方向から入射する。加速リング3内には、偏向電磁石4
Aが図示の斜線部位に複数個配置されており、これによ
って線型加速器1から入射した電子ビームを偏向させ
る。よって、電子ビームは、この偏向電磁石4Aが発生
する磁場によって、所定の真空ダクト15Aの軌道内に
収まるように制御される。
【0003】一方、5Aは高周波加速空胴であり、この
空胴内にはあらかじめ高周波電場が形成されていて、こ
れによって電子ビームが周回軌道を回る時に失なわれる
運動エネルギー(電磁波として失なわれるエネルギー)
以上のエネルギーを電子ビームに与えて、これを徐々に
加速する。また、この高周波加速空胴5Aは、空胴内に
発生させた電場によって電子ビームを加減速することに
より、周回軌道上にバンチと呼ばれる電子ビームの進行
方向にいくつかに区切られた粒子集団を生成する。この
電子の粒子集団数は、ハーモニック数と呼ばれる。そし
て、所定の運動エネルギーに到達した電子ビームは、キ
ッカー電磁石6とデフレクター電磁石7の発生する磁場
により、加速リング3内の周回軌道から外されて、粒子
輸送管8内に取り出される。
【0004】次に、ここで取り出された電子ビームは、
蓄積リング9に到達して、内部にあるインフレクター電
磁石10とパータベイター電磁石11の発生する磁場に
よって、蓄積リング9の真空ダクト15B内の周回軌道
に入る。この時、蓄積リング9内には、前述した加速リ
ング3の場合と同様に、偏向電磁石4Sが複数個適正に
配置されており、入射した電子ビームの持つ運動エネル
ギー相当の磁場を事前に発生させる。電子ビームは、こ
の磁場により所定の周回軌道内に収まるように制御され
る。また、蓄積リング9内の高周波加速空胴5Sは、高
周波加速空胴5Aと同様な電子ビームの加速装置であ
り、この高周波加速空胴5S内に発生させた電場によっ
て、電子ビームを一定の運動エネルギーに保つように制
御する。要するに、シンクロトロン放射現象による電子
ビームの運動エネルギーの減衰を補なう。
【0005】さらに、蓄積リング9内の偏向電磁石4S
には、ビームライン12と呼ばれるポートが設けられて
おり、所定の運動エネルギーを持つ電子ビームが偏向す
る時に発生するシンクロトロン放射光を、計測ポート1
3まで導くよう配設されている。このシンクロトロン放
射光は極端紫外連続光であり、計測ポート13の光学系
で分光処理された後、半導体製造装置の光源等に利用さ
れる。
【0006】なお、図3に示した加速リング3、蓄積リ
ング9、粒子輸送管8等には、偏向電磁石4A,4S,
4Tの他に、四極磁石や六極磁石等が装置されており、
またビームライン12も複数個設けられているが、説明
を簡単にする都合上、ここではその図示説明を省略して
いる。
【0007】次に、前述した真空ダクト断面上の電子ビ
ームの通過位置を検出する位置モニタについて説明す
る。図4は、従来の位置モニタ装置の一構成例を示す概
要図であり、4個のポジション電極を用いる場合の例を
示している。
【0008】図4において、真空ダクト15は、前述し
たように、電子ビームの平衡軌道を内蔵するダクトであ
り、高真空に保たれている。そして、図4はこの真空ダ
クト15内に取付けた位置モニタ装置の断面図を示した
ものであり、加速リング3や蓄積リング9の所定の位置
に複数個取付けられており、各々ビームの通過位置を検
出するポジション電極20−1A,20−1B,20−
1C,20−1D,20−2A,20−2B,20−2
C,20−2D…20−nA,20−nB,20−n
C,20−nDを内蔵している。
【0009】いま、ポジション電極20−1A〜20−
1DのA点を、ビームが通過したとする。この電子ビー
ムは、前述したように、進行方向にバンチした状態で通
過し、この周波数は高周波加速空胴5内の高周波電場と
同一であり、周波数は例えば500MHzでバンチした
電子ビームが連続して、ほぼ光速でA点を通過する。従
って、ポジション電極20−1A,20−1B,20−
1C,20−1Dにも、この500MHzを基本波とす
る高周波電圧が発生する。
【0010】ここで、各電極間の発生電圧は、電子ビー
ムと同電極間の距離に比例するため、図示した点Aの通
過では、20−1A>20−1D>20−1B>20−
1Cの関係になる。すなわち、電子ビームの通過点に一
番近い電極20−1Aが一番発生電圧が大きく、一番遠
い電極20−1Cの発生電圧が一番小さいことになる。
そして、この発生電圧の周波数は、500MHzを基本
波にし、2次=1GHz、3次=1.5GHz……成分
を多く含む高周波信号となっている。
【0011】この各電極で発生した高周波信号に対して
後述する所定の処理を行ない、電子ビームの平衡軌道に
対する水平方向の偏差量と垂直方向の偏差量を算出す
る。この偏差量のことを、加速器の分野ではC.O.D
(Closed OrbitDistorsion)と
称し、各測定点(ポジション電極取付点)のC.O.D
を算出し、図3では図示していないステアリングマグネ
ットを用いて、水平、垂直方向のC.O.Dが最小とな
る補正を行なう。この補正をC.O.D補正と称し、加
速器の運転では最も主要な調整の一つである。
【0012】以上のように、C.O.D補正が最終目的
であるが、次に各ポジション電極20−1A,20−1
B,20−1C,20−1Dで発生する高周波信号の処
理について説明する。
【0013】各ポジション電極20−1A,20−1
B,20−1C,20−1Dに発生した高周波信号は、
通常、セミリジットケーブル21−1A,21−1B,
21−1C,21−1Dを通して、ポジション電極20
−1A〜20−1Dの近傍に設けた変換コネクタ22−
1A〜22−1Dを介して、制御室まで伝送する。同軸
ケーブル23−1A〜23−1Dを通して伝送した高周
波信号は、高周波同軸リレー24A〜24Dを介し、D
Cブレーク25A〜25Dを経てヘテロダイン検波回路
26A〜26Dまで導かれる。高周波同軸リレー24A
〜24Dは、各ポジション電極を計算機27からのモニ
タ切換指令28A〜28Dに従って切換える機能を有
し、例えば高周波同軸リレー24Aは、各ポジションモ
ニタのA電極20−1A,20−2A…20−nAを切
換える。また、DCブレーク25A〜25Dは、高周波
信号に含まれる直流電圧分を絶縁し、高周波信号分を導
通させる機能を有しており、これにより直流バイアス電
圧をカットする。
【0014】DCブレーク25A〜25Dを通過した高
周波信号は、ヘテロダイン検波回路26A〜26Dに入
力し、ここで高周波信号の基本波である500MHzの
電圧成分のみ出力する。また、このヘテロダイン検波回
路26A〜26Dには、増幅機能も合せて持っている。
これは、ポジション電極20−1A〜20−1Dに発生
する高周波信号が通過電子ビームの強度に比例し、広範
囲の電子ビーム強度の高周波信号を処理するために、通
常、ヘテロダイン検波回路26A〜26Dは、50dB
前後の可変設定可能なゲインを持つ増幅回路を内蔵して
いる。
【0015】次に、このヘテロダイン検波回路26A〜
26Dにより所定の検波、および増幅処理された各ポジ
ション電極20−1A〜20−1Dのポジション信号J
1A,J1B,J1C,J1Dは、図示のように計算機
27へ取込まれ、一旦メモリされる。
【0016】同様にして、高周波同軸リレー24A〜2
4Dを計算機27からのモニタ切換指令28A〜28D
に従って順次切換え、前記した処理を行なうことによ
り、ポジション電極20−2A〜20−2D…20−n
A〜20−nDのポジション信号J2A〜J2D…Jn
A〜JnDは、順次計算機27に取込まれてメモリされ
る。
【0017】この場合の計算機27の処理手順を、各ポ
ジションモニタA電極に発生する高周波信号を処理する
場合を例として図5のタイムチャート図に示す。なお、
図5のタイムチャート図は、計算機27から出力される
モニタ切換指令28Aによる高周波同軸リレー24Aの
動作と、これによってヘテロダイン検波回路26Aから
出力される出力値とのタイムチャート図を示している。
【0018】まず、計算機27は、モニタ切換指令28
Aにより高周波同軸リレー24Aに対して、図示のよう
にポジション電極20−1Aへの切換指令を出力する。
その後、高周波同軸リレー24Aの切換時間T1経過後
のT2の期間で、ポジション電極20−1Aによるヘテ
ロダイン検波回路26Aの出力値J1Aを取込み、一旦
メモリする。次に、高周波同軸リレー24Aに対してポ
ジション電極20−2Aへの切換指令を出力する。その
後、高周波同軸リレー24Aの切換時間T1を待って、
前記同様T2の期間にポジション電極20−2Aによる
ヘテロダイン検波回路26Aの出力値J2Aを取込みメ
モリする。このようにして、順次ポジション電極20−
nAまでのヘテロダイン検波回路出力値JnAまでを取
込む。
【0019】また、同様にして、高周波同軸リレー24
B,24C,24Dへのモニタ切換指令28B,28
C,28Dを出力し、ポジション電極20−1B〜20
−nB,20−1C〜20−nC,20−1D〜20−
nDに対するヘテロダイン検波回路26B,26C,2
6Dの出力値J1B〜JnB,J1C〜JnC,J1D
〜JnDを取込む。そして、一旦メモリした各ポジショ
ン電極信号J1A〜J1D,J2A〜J2D,〜JnA
〜JnDは、前述したように、電子ビーム通過位置の情
報を持っているため、下記のように水平方向と垂直方向
の演算を行なう。
【0020】 H1={(J1A+J1D)−(J1B+J1C)} /(J1A+J1B+J1C+J1D) ……(1) V1={(J1A+J1B)−(J1C+J1D)} /(J1A+J1B+J1C+J1D) ……(2) 但し、J1A,J1B,J1C,J1Dは、ポジション
電極20−1A,20−1B,20−1C,20−1D
の発生信号を、ヘテロダイン検波回路26A,26B,
26C,26Dで所定処理した出力値。
【0021】すなわち、水平H1は、J1AとJ1Dお
よびJ1BとJ1Cの2組の和をとり、相互の差をとれ
ば水平方向の偏差となる。同様に、垂直V1は、J1A
とJ1BおよびJ1CとJ1Dの2組の和をとり、相互
の差から得られる。また、J1A+J1B+J1C+J
1Dの総和は、電子ビームの強度に比例した値であるた
め、これで割った値は電子ビームの強度によらない値と
なる。
【0022】同様にして、上記(1),(2)式のJ1
A〜J1DにJ2A〜J2Dを代入することにより、H
2およびV2が得られ、このようにしてHnおよびVn
までの演算を行なう。以上のようにして、計算機27
は、水平H1〜Hnと垂直V1〜VnのC.O.Dを算
出する。
【0023】以上、図4を参照して従来の位置モニタ装
置の一構成例について説明したが、図3に示した粒子加
速器が大型となり、粒子加速器に設置する位置モニタ台
数が増大すると、図4に示した高周波信号を制御室まで
伝送する同軸ケーブルの配線長が膨大となるため、経済
的な位置モニタ装置であるとは言えなくなる。
【0024】そこで、図6に示すような構成の位置モニ
タ装置も採用されている。図6は、従来の位置モニタ装
置の他の構成例を示す概要図であり、図4の場合と同様
に、4個のポジション電極を用いる例を示している。ま
た、図4と同一符号を付した要素は同一機能を有するも
のである。
【0025】以下、この図6において、図4と異なる点
について説明する。図6において、各ポジション電極2
0−1A〜20−1D,20−2A〜20−2D…20
−nA〜20−nDの近傍に、同軸リレー29−1A〜
29−1D,29−2A〜29−2D…29−nA〜2
9−nDを設け、ポジション電極で発生した高周波信号
を入力する。そして、高周波同軸リレー29−1A〜2
9−nDは、モニタ間同軸ケーブル30−1A〜30−
1D,30−2A〜30−2D…30−n−1A〜30
−n−1Dと、同軸ケーブル23A〜23Dにより、制
御室のDCブレーク25A〜25Dまで図示のように直
列に接続する。また、高周波同軸リレー29−1A〜2
9−nDは、計算機27からのモニタ切換指令28−1
〜28−nがONしている時、図示した対応するポジシ
ョン電極側を選択し、同切換指令がOFFしている時、
モニタ間同軸ケーブル側を選択する機能を有している。
【0026】従って、計算機27は、まずモニタ切換信
号28−1をONし、他の切換指令28−2〜28−n
をOFFし、ポジション電極20−1A〜20−1Dの
高周波信号が制御室まで導かれ、ヘテロダイン検波回路
26A〜26Dで処理される。計算機27は、ヘテロダ
イン回路26A〜26Dから出力されるポジション信号
J1A〜J1Dを、図5のタイムチャート図に示すよう
に、高周波同軸リレー29−1A〜29−1Dの切換時
間T1経過後のT2期間内に取込み、一旦メモリする。
次に、計算機27は、モニタ切換信号28−1をOFF
し、同モニタ切換信号28−2をONし、ポジション電
極20−2A〜20−2Dの高周波信号が制御室まで導
かれ、ヘテロダイン検波回路26A〜26Dで処理され
る。そして、計算機27は、前述と同様に、ヘテロダイ
ン検波回路26A〜26Dから出力されるポジション信
号J2A〜J2Dを取込みメモリする。
【0027】このようにして、順次モニタ切換指令28
−1〜28−nをON,OFFし、ポジション電極20
−1A〜20−1D,20−2A〜20−2D…20−
nA〜20−nDに対応したポジション信号J1A〜J
1D,J2A〜J2D…JnA〜JnDを順次取込む。
その後、前述した(1),(2)式でポジション信号を
演算し、水平、垂直のC.O.Dを算出する。
【0028】以上、図4および図6に示したように、従
来の位置モニタ装置構成では、各ポジション電極信号に
対応する各ポジション信号、例えばJ1A,J1B,J
1C,J1Dを得るために、4本並列に制御室まで導
き、ヘテロダイン検波回路も4台準備して処理してい
る。
【0029】このため、 (a)図4では、同軸ケーブル23−1〜23−nDの
伝送距離が通常100m以上となり、また図6でも、同
軸ケーブル23A〜23Dおよびモニタ間同軸ケーブル
30−1A〜30−n−1Dの総延長距離が数百mから
数kmに達するものとなる。このように、配線長が長
く、かつ高周波信号を伝送する複数の同軸ケーブル相互
間の減衰量を精度よく合わせることは困難であり、各同
軸ケーブル減衰量の差異によるポジション信号の損失ア
ンバランスが発生する。
【0030】すなわち、ヘテロダイン検波回路26A〜
26Dから出力されるポジション信号、例えばJ1A〜
J1Dは対応する同軸ケーブルの信号減衰量をXA〜X
Dとすると、J1A−XA,J1B−XB,J1C−X
C,J1D−XDとなる。そして、前述した(1),
(2)式で演算すると、水平方向、垂直方向共に、偏差
に各同軸ケーブル信号減衰量が含まれるため、C.O.
Dの誤差として現われる。
【0031】(b)DCブレーク25A〜25Dとヘテ
ロダイン検波回路26A〜26Dも個別に4台設置する
ため、各機器の挿入損失やヘテロダイン検波回路内の増
幅器ゲインの相互バラツキ等、処理回路間で信号増幅ア
ンバランスが発生する。そして、これは上記(a)項の
同軸ケーブルの場合と同様に、直接C.O.Dの誤差と
して現われる。
【0032】(c)図6において、例えば同軸リレー2
9−1Aが故障してモニタ切換指令通りに動作しなくな
った場合には、ポジション電極20−2A〜20−nA
の高周波信号を制御室まで導くことができなくなる。従
って、1つの同軸リレーの不具合により、全てのC.
O.D算出が行なえなくなる可能性があると言える。
【0033】そこで、最近では、これらの問題に対する
対策として、図4に示した変換コネクタ22−1A〜2
2−1D,22−2A〜22−2D…22−nA〜22
−nDの所に同軸リレーを配置し、ポジション電極から
の高周波信号を切換えて1本の同軸ケーブルで制御室へ
導き、そして制御室では、複数のモニタからの高周波信
号を切換えて単一のヘテロダイン検波回路で処理する方
法が提案されてきている。この方法をとることにより、
前記(a)項〜(c)項の問題を解決することができ
る。
【0034】しかしながら、このような単一回路処理方
式にすると、所定のモニタのポジション信号を計算機へ
取込むためには、少なくとも(T1+T2)×4倍の時
間がかかる。ここで、T1は同軸リレーの機械的な動作
時間であり、通常20ms程度を必要とする。また、T
2は計算機の能力にもよるが、通常数十ms程度必要と
する。従って、所定のモニタのC.O.Dを算出するた
めに必要なデータを取込むためには、100ms以上か
かることになる。ところが、加速リングの運転時間は、
線形加速器から電子ビームの入射を受けて蓄積リングへ
出射するまでに約数百msから数秒間であり、この間に
電子ビームのエネルギーは時々刻々加速されている。
【0035】従って、前述した単一処理回路方式の位置
モニタ装置では、所定のモニタにおけるポジション信号
を取込むまでにビームエネルギーが大きく変化してお
り、同一エネルギーのC.O.Dではなく、あるエネル
ギー幅をもったC.O.Dになってしまう。そして、こ
のことは、加速中の電子ビームのC.O.D補正を行な
いたいという要求に対して精度が上がらず、非常に大き
な問題となる。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
位置モニタ装置においては、同軸ケーブルおよび処理回
路による損失アンバランスにより精度の高いC.O.D
の測定が行なえないばかりでなく、加速中の電子ビーム
のC.O.Dを精度よく測定することが困難であるとい
う問題があった。
【0037】本発明の目的は、同軸ケーブルおよび処理
回路による損失アンバランスのない高精度なC.O.D
の測定ができると共に、加速中の電子ビームのC.O.
Dを精度よく測定することが可能な極めて信頼性の高い
粒子加速器のビーム位置モニタ装置を提供することにあ
る。
【0038】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、粒子加速器のビームダクトに設けられたm個(m
は2以上の整数)の各ポジション電極に発生するビーム
位置信号を処理して、加速中のビームの通過位置を求め
る粒子加速器のビーム位置モニタ装置において、まず、
請求項1に記載の発明では、同一モニタ内の各ポジショ
ン電極に発生するビーム位置信号をそれぞれ個別に入力
する、モニタ近傍に設置されたm個の電極RFスイッチ
と、各電極RFスイッチからのビーム位置信号を共通に
制御室まで伝送するケーブルと、制御室側に設置され、
各電極RFスイッチを所定の順序で時系列に切換制御す
るように電極切換指令を出力するタイミング制御回路
と、制御室側に設置され、ケーブルにより伝送されるビ
ーム位置信号を、検波処理および必要に応じて増幅処理
する検波回路と、電極切換指令と同期して、検波回路か
らの処理信号に基づいて、ビームの平衡軌道に対する水
平および垂直方向のずれ量(C.O.D)を算出する演
算手段とを備えて構成している。
【0039】また、請求項2に記載の発明では、同一モ
ニタ内の各ポジション電極に発生するビーム位置信号を
それぞれ個別に入力する、モニタ近傍に設置されたm個
の電極RFスイッチと、モニタの個数(n:nは2以上
の整数)分だけ対応して設置され、対応するモニタの各
電極RFスイッチからのビーム位置信号を共通に制御室
まで伝送するn本のケーブルと、制御室側に設置され、
各ケーブルにより伝送される各ビーム位置信号をそれぞ
れ個別に入力するn個のモニタRFスイッチと、制御室
側に設置され、各電極RFスイッチおよび各モニタRF
スイッチをそれぞれ所定の順序で時系列に切換制御する
ように電極切換指令およびモニタ切換指令を出力するタ
イミング制御回路と、制御室側に設置され、ケーブルに
より伝送されモニタRFスイッチにより切換え出力され
るビーム位置信号を、検波処理および必要に応じて増幅
処理する検波回路と、電極切換指令およびモニタ切換指
令と同期して、検波回路からの処理信号に基づいて、ビ
ームの平衡軌道に対する水平および垂直方向のずれ量
(C.O.D)を算出する演算手段とを備えて構成して
いる。
【0040】
【作用】従って、本発明の粒子加速器のビーム位置モニ
タ装置においては、各ポジション電極のビーム位置信号
が同一のケーブルで制御室まで伝送され、そして同一の
検波回路で処理されるため、ケーブル相互間の損失値の
アンバランスおよび処理回路相互間のアンプゲインアン
バランスによる誤差のない高精度なC.O.Dを得るこ
とができる。
【0041】また、位置モニタ近傍および制御室の電極
RFスイッチおよびモニタRFスイッチを、タイミング
制御回路からのそれぞれの切換指令により高速で動作さ
せ、検波回路から出力される信号を、上記切換指令と同
期したトリガ信号によりデータロガーに高速で取込むた
め、極めて少ないエネルギー幅でのC.O.Dの測定が
可能となり、加速中の電子ビームのC.O.Dを精度よ
く測定することができる。
【0042】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図1は、ポジション電極を4個用
いた場合の本発明による粒子加速器のビーム位置モニタ
装置の構成例を示す概要図であり、図4および図6と同
一要素には同一符号を付して示している。
【0043】図1に示すように、本実施例の粒子加速器
のビーム位置モニタ装置は、m個(本例では4個)の電
極RFスイッチ31−1A〜31−1Dと、n本(本例
では3本)の単一の同軸ケーブル23−1〜23−n
と、n個のモニタRFスイッチ(本例では3個)32−
1〜32−nと、タイミング制御回路34と、単一のD
Cブレーク25と、単一のヘテロダイン検波回路26
と、データロガー33と、演算手段である計算機27と
から構成している。
【0044】ここで、電極RFスイッチ31−1A〜3
1−1D,31−2A〜31−2D,31−nA〜31
−nDは、モニタ近傍に設置されており、同一モニタ内
の各ポジション電極20−1A〜20−1D,20−2
A〜20−2D,20−nA〜20−nDに発生するビ
ーム位置信号をそれぞれ個別に入力するものである。
【0045】また、同軸ケーブル23−1〜23−n
は、モニタの個数分だけ対応して設置され、対応するモ
ニタの各電極RFスイッチ31−1A〜31−1D,3
1−2A〜31−2D,31−nA〜31−nDからの
ビーム位置信号を共通に制御室まで伝送するものであ
る。
【0046】さらに、モニタRFスイッチ32−1〜3
2−nは、モニタの個数分だけ対応して制御室側に設置
され、各ケーブル23−1〜23−nにより伝送される
各ビーム位置信号をそれぞれ個別に入力するものであ
る。
【0047】一方、タイミング制御回路34は、制御室
側に設置され、各電極RFスイッチ31−1A〜31−
1D,31−2A〜31−2D,31−nA〜31−n
Dおよび各モニタRFスイッチ32−1〜32−nをそ
れぞれ所定の順序で時系列に切換制御するように、電極
切換指令36−1A〜36−1D…36−nA〜36−
nDおよびモニタ切換指令35−1〜35−n、ならび
にトリガ信号37を出力するものである。
【0048】また、DCブレーク25は、制御室側に設
置され、ケーブル23−1〜23−nにより伝送されモ
ニタRFスイッチ32−1〜32−nにより切換え出力
されるビーム位置信号に含まれる直流電圧成分を絶縁
し、高周波信号分を導通させるものである。
【0049】さらに、ヘテロダイン検波回路26は、D
Cブレーク25より出力されるビーム位置信号を、検波
処理および必要に応じて増幅処理するものである。ま
た、データロガー33は、タイミング制御回路34から
のトリガ信号37に従い、ヘテロダイン検波回路26よ
り出力されるビーム位置信号をサンプルホールドし、ロ
ギングするものである。
【0050】さらに、計算機27は、データロガー33
からの出力信号に基づいて、ビームの平衡軌道に対する
水平および垂直方向のずれ量、すなわちC.O.Dを算
出するものである。
【0051】次に、以上のように構成した本実施例の粒
子加速器のビーム位置モニタ装置の動作について説明す
る。図1において、真空ダクト15は、電子ビームの平
衡軌道を内蔵するダクトであり、ポジション電極20−
1A〜20−1D,20−2A〜20−2D…20−n
A〜20−nDを図示のように内蔵している。そして、
電子ビームにより、ポジション電極20−1Aに発生し
た高周波信号は、セミリジットケーブル21−1Aを通
して、ポジション電極近傍に配置した電極RFスイッチ
31−1Aに入力される。同様にして、ポジション電極
20−1B〜20−1Dに発生した高周波信号も、セミ
リジットケーブル21−1B〜21−1Dを通して、ポ
ジション電極近傍に配置した電極RFスイッチ31−1
B〜31−1Dに入力される。また、ポジション電極2
0−2A〜20−2D,……20−nA〜20−nDに
発生した高周波信号についても、上記したポジション電
極20−1A〜20−1Dと同様に、電極RFスイッチ
31−2A〜31−2D…31−nA〜31−nDに入
力される。
【0052】電極RFスイッチ31−1A〜31−1
D,31−2A〜31−2D…31−nA〜31−nD
は、半導体で構成されたアナログスイッチであり、後述
するタイミング制御回路34からの電極切換指令36−
1A〜36−nDによって電気的にON/OFFする機
能を有しており、各ポジション電極、例えば20−1A
〜20−1Dで発生した高周波信号は、対応する電極R
Fスイッチ31−1A〜31−1DがONしている間の
み同軸ケーブル23−1を通して制御室まで導かれる。
従って、電極RFスイッチ31−1A〜31−1Dの電
極切換指令36−1A〜36−1Dを、36−1A,3
6−1B,36−1C,36−1Dの順にONするよう
に制御することで、同軸ケーブル23−1を通してポジ
ション電極20−1A,20−1B,20−1C,20
−1Dで発生した高周波信号が、1本の同軸ケーブル2
3−1を通して順次制御室まで伝送される。
【0053】同様にして、ポジション電極20−2A〜
20−2D…20−nA〜20−nDで発生した高周波
信号も、各々対応する電極RFスイッチ31−2A〜3
1−2D…31−nA〜31−nDの電極切換指令36
−2A〜36−2D…36−nA〜36−nDを、上記
と同様の順にONするように制御することで、1本の同
軸ケーブル23−2〜23−nを通して順次制御室まで
伝送される。
【0054】このようにして、同軸ケーブル23−2〜
23−nを介して伝送した高周波信号は、モニタRFス
イッチ32−1〜32−nに入力される。モニタRFス
イッチ32−1〜32−nは、電極RFスイッチ31−
1A〜31−1Dと同様に、半導体で構成されたアナロ
グスイッチであり、後述するタイミング制御回路34か
らのモニタ切換指令35−1〜35−nによって電気的
にON/OFFする機能を有しており、例えば同軸ケー
ブル23−1を介して伝送された高周波信号は、対応す
るモニタRFスイッチ32−1がONしている間のみ、
DCブレーク25を通してヘテロダイン検波回路26へ
入力され、所定の検波および増幅処理がなされる。従っ
て、モニタRFスイッチ32−1〜32−nのモニタ切
換指令35−1〜35−nを、35−1,35−2…3
5−nの順にONするように制御することで、同軸ケー
ブル23−1〜23−nを介して伝送された高周波信号
は、順次単一のDCブレーク25およびヘテロダイン回
路26によって、所定の検波および増幅処理がなされ
る。
【0055】すなわち、各ポジション電極20−1A〜
20−1D,20−2A〜20−2D…20−nA〜2
0−nDで発生した高周波信号は、全て単一の処理回路
で処理され、各々ポジション信号J1A〜J1D,J2
A〜J2D…JnA〜JnDが、ヘテロダイン検波回路
26から出力される。そして、タイミング制御回路34
からのトリガ信号37に従い、データロガー33でサン
プルホールドされ、ロギングされる。
【0056】この時のデータロガー33の処理手順を図
2のタイムチャート図に示す。なお、図2では、タイミ
ング制御回路34からの電極RFスイッチ31−1A〜
31−nDへの電極切換指令36−1A〜36−nD
と、モニタRFスイッチ32−1〜32−nへのモニタ
切換指令35−1〜35−nと、データロガー33への
トリガ信号37と、ヘテロダイン検波回路26の出力値
とのタイムチャート図を示している。
【0057】図2において、まず、タイミング制御回路
34は、モニタ切換指令35−1によりモニタRFスイ
ッチ32−1を図示のようにONすると同時に、電極切
換指令36−1Aにより電極RFスイッチ31−1Aを
ONする。その後、モニタRFスイッチ32−1および
電極RFスイッチ31−1Aの切換時間T3経過後のT
4期間で、ポジション電極20−1Aによるヘテロダイ
ン検波回路26の出力値J1Aが、データロガー33で
トリガ信号37に従ってサンプルホールドされ、ロギン
グされる。次に、電極切換指令36−1Bにより電極R
Fスイッチ31−1BをONし、同時に電極RFスイッ
チ31−1AをOFFする。そして、上記と同様に、電
極RFスイッチ切換時間T3経過後のT4期間で、ポジ
ション電極20−1Bによるヘテロダイン検波回路26
の出力値J1Bが、データロガー33でトリガ信号37
に従ってサンプルホールドされ、ロギングされる。以下
同様にして、順次ポジション電極20−1C,20−1
Dによるヘテロダイン検波回路出力値J1C,J1Dが
データロガーでロギングされる。
【0058】次に、このようにして、1つのモニタの全
てのポジション電極によるヘテロダイン検波回路出力値
がデータロガーでロギングされた後、モニタ切換指令3
5−2によりモニタRFスイッチ32−2を図示のよう
にONし、モニタRFスイッチ32−1をOFFすると
同時に、電極切換指令36−2Aにより電極RFスイッ
チ31−2AをONし、電極RFスイッチ31−1Dを
OFFする。以後、上記の手順を繰返し、ポジション電
極20−2A〜20−2D…20−nA〜20−nDに
よるヘテロダイン検波回路出力J2A〜J2D…JnA
〜JnDが、順次データロガー33でロギングされる。
そして、全てのデータが所定量ロギングされた時点で、
汎用の信号伝送方式、例えばGP−IB等により、信号
伝送ケーブル38を通して計算機27へ転送される。
【0059】すると、計算機27では、前述した
(1),(2)式によって、水平、垂直方向のC.O.
Dを演算するが、この場合上記したように、ポジション
信号例えばJ1A〜J1Dは、全て1本の同軸ケーブル
23−1で伝送されるため、同軸ケーブルでの信号減衰
量XによりJ1A−X,J1B−X,J1C−X,J1
D−Xとなる。従って、(1),(2)式で演算する
と、減衰量Xは全て同一であるため、水平方向、垂直方
向の偏差には含まれない。すなわち、誤差のないC.
O.Dが得られる。また、DCブレーク25およびヘテ
ロダイン検波回路26も、上記したように単一であるた
め、同軸ケーブルと同様となり、誤差のないC.O.D
が得られる。
【0060】一方、データロガー33は、トリガ信号3
7に従い高速、例えば10μs程度のサンプル周期でサ
ンプルホールドしデータをロギングする専用器である。
また、電極RFスイッチ31−1A〜31−nD、およ
びモニタRFスイッチ32−1〜32−nは、電極切換
指令36−1A〜36−nD、およびモニタ切換指令3
5−1〜35−nに従い高速、例えば切換時間数百μs
〜数μsでON/OFFする専用アナログスイッチであ
る。
【0061】従って、図2に示した時間T3とT4の和
は10μs程度であり、所定のビーム位置モニタのC.
O.Dを算出するためのデータをデータロガーにロギン
グするに必要な時間は数十μsとなる。このように、高
速で処理できることから、ほぼ同一ビームエネルギーに
おけるポジションデータが得られ、加速中の電子ビーム
のC.O.Dを測定することが可能となる。
【0062】上述したように、本実施例による粒子加速
器のビーム位置モニタ装置では、ビーム位置モニタの各
ポジション電極に発生するビーム位置信号をビーム位置
モニタ近傍に設置した半導体で構成されたRFスイッチ
を介して切換えて1本の同軸ケーブルで制御室まで配線
し、各ビーム位置モニタからの同軸ケーブルで伝送され
るビーム位置信号をさらにRFスイッチ回路を介して切
換えて、単一のヘテロダイン検波回路で処理する構成と
し、一方、制御室にタイミング制御回路を設置し、この
タイミング制御回路からの切換指令に従いビーム位置モ
ニタ近傍のRFスイッチと制御室のRFスイッチを切換
えることで、ヘテロダイン検波回路から出力される全て
のポジション信号を、上記したタイミング制御回路から
の切換指令に同期したトリガ信号によってデータロガー
に一旦取込み、その後計算機へ伝送して水平、垂直の
C.O.Dを算出する構成としたものである。
【0063】従って、各ポジション電極からのビーム位
置信号を、半導体で構成されたRFスイッチで切換えて
検出する単一回路処理方式とし、このRFスイッチの切
換えとこれに同期したデータロガーによるビーム位置信
号のロギングを高速で行なうようにしているので、ビー
ム位置信号の損失アンバランス等による誤差がなく、か
つ加速中のC.O.D測定が精度よく可能になるという
目的に沿った、極めて高精度で合理的な粒子加速器のビ
ーム位置モニタ装置を得ることができる。
【0064】なお、前述した従来方式(図6)による装
置の問題点として、同軸リレー単独の故障で全てのビー
ム位置モニタにおけるC.O.D測定ができなくなる可
能性があったが、本実施例の構成によれば、RFスイッ
チ単独の故障はそのRFスイッチを通過する高周波信号
に対応したビーム位置モニタのC.O.Dが測定不能と
なるだけであり、ビーム位置モニタ装置全体のC.O.
D測定が行なえなくなる可能性のないことは明白であ
る。
【0065】尚、上記実施例では、ポジション電極を4
個配置する場合について説明したが、何ら4個に限定す
る必要はない。また、上記実施例では、複数のビーム位
置モニタのポジションデータを全て制御室まで配線して
処理する構成としたが、DCブレーク、ヘテロダイン検
波回路、データロガー等の処理回路をリング室に複数配
置し、この処理回路毎の近傍のビーム位置モニタのポジ
ションデータを処理して計算機へ伝送する構成とする
等、その要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施で
きることは勿論である。
【0066】さらに、上記実施例では、検波回路として
ヘテロダイン検波回路を用いる場合について説明した
が、これに限らず、その他の方式の検波回路を用いるよ
うにしても、前述の場合と同様に適用して、同様の効果
が得られるものである。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、同
軸ケーブルおよび処理回路による損失アンバランスのな
い高精度なC.O.Dの測定ができると共に、加速中の
電子ビームのC.O.Dを精度よく測定することが可能
な極めて信頼性の高い粒子加速器のビーム位置モニタ装
置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による粒子加速器のビーム位置モニタ装
置の一実施例を示す構成図。
【図2】同実施例におけるビーム位置モニタ装置の動作
を説明するためのタイムチャート図。
【図3】粒子加速器の全体構成例を示す概要図。
【図4】従来の粒子加速器のビーム位置モニタ装置の一
構成例を示す概要図。
【図5】図4におけるビーム位置モニタ装置の動作を説
明するためのタイムチャート図。
【図6】従来の粒子加速器のビーム位置モニタ装置の他
の構成例を示す概要図。
【符号の説明】
1…線形加速器、2…静電インフレクター、3…加速リ
ング、4A,4S,4T…偏向電磁石、5A,5S…高
周波加速空胴、6…キッカー電磁石、7…デフレクタ
ー、8,14…粒子輸送管、9…蓄積リング、10…イ
ンフレクター電磁石、11…パータベイター電磁石、1
2…ビームライン、13…計測ポート、15…真空ダク
ト、20−1A〜20−nD…ポジション電極、21−
1A〜21−nD…セミリジットケーブル、22−1A
〜22−nD…変換コネクタ、23−1A〜23−n
D,23A〜23D,23−1〜23−n…同軸ケーブ
ル、24A〜24D,29−1A〜29−nD…高周波
同軸リレー、25,25A〜D…DCブレーク、26,
26A〜D…ヘテロダイン検波回路、27…計算機、2
8A〜28D,35−1〜35−n…モニタ切換指令、
30−1A〜30−nD…モニタ間同軸ケーブル、31
−1A〜31−nD…電極RFスイッチ、32−1〜3
2−n…モニタRFスイッチ、33…データロガー、3
4…タイミング制御回路、36−1A〜36−nD…電
極切換指令、37…トリガ信号、38…信号伝送ケーブ
ル、J1A〜JnD…ポジション信号。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒子加速器のビームダクトに設けられた
    m個(mは2以上の整数)の各ポジション電極に発生す
    るビーム位置信号を処理して、加速中のビームの通過位
    置を求める粒子加速器のビーム位置モニタ装置におい
    て、 同一モニタ内の前記各ポジション電極に発生するビーム
    位置信号をそれぞれ個別に入力する、モニタ近傍に設置
    されたm個の電極RFスイッチと、 前記各電極RFスイッチからのビーム位置信号を共通に
    制御室まで伝送するケーブルと、 前記制御室側に設置され、前記各電極RFスイッチを所
    定の順序で時系列に切換制御するように電極切換指令を
    出力するタイミング制御回路と、 前記制御室側に設置され、前記ケーブルにより伝送され
    るビーム位置信号を、検波処理および必要に応じて増幅
    処理する検波回路と、 前記電極切換指令と同期して、前記検波回路からの処理
    信号に基づいて、ビームの平衡軌道に対する水平および
    垂直方向のずれ量(C.O.D)を算出する演算手段
    と、 を備えて成ることを特徴とする粒子加速器のビーム位置
    モニタ装置。
  2. 【請求項2】 粒子加速器のビームダクトに設けられた
    m個(mは2以上の整数)の各ポジション電極に発生す
    るビーム位置信号を処理して、加速中のビームの通過位
    置を求める粒子加速器のビーム位置モニタ装置におい
    て、 同一モニタ内の前記各ポジション電極に発生するビーム
    位置信号をそれぞれ個別に入力する、モニタ近傍に設置
    されたm個の電極RFスイッチと、 モニタの個数(n:nは2以上の整数)分だけ対応して
    設置され、対応するモニタの前記各電極RFスイッチか
    らのビーム位置信号を共通に制御室まで伝送するn本の
    ケーブルと、 前記制御室側に設置され、前記各ケーブルにより伝送さ
    れる各ビーム位置信号をそれぞれ個別に入力するn個の
    モニタRFスイッチと、 前記制御室側に設置され、前記各電極RFスイッチおよ
    び各モニタRFスイッチをそれぞれ所定の順序で時系列
    に切換制御するように電極切換指令およびモニタ切換指
    令を出力するタイミング制御回路と、 前記制御室側に設置され、前記ケーブルにより伝送され
    前記モニタRFスイッチにより切換え出力されるビーム
    位置信号を、検波処理および必要に応じて増幅処理する
    検波回路と、 前記電極切換指令およびモニタ切換指令と同期して、前
    記検波回路からの処理信号に基づいて、ビームの平衡軌
    道に対する水平および垂直方向のずれ量(C.O.D)
    を算出する演算手段と、 を備えて成ることを特徴とする粒子加速器のビーム位置
    モニタ装置。
  3. 【請求項3】 前記各RFスイッチを半導体で構成し、
    タイミング制御回路からの各切換指令により高速で切換
    制御するようにしたことを特徴とする請求項1または2
    に記載の粒子加速器のビーム位置モニタ装置。
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