JP2000228300A - パルスビーム電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マイクロトロンで実際に発生する放射線量を
測定するための電子ビーム電荷量測定装置を提供する。 【解決手段】 パルスビーム電流の１パルス分を積分す
る積分回路１０と、該積分回路１０で積分された１パル
ス分のビーム電流を一定速度で放電させる放電回路２０
と、該放電回路２０による放電時間を測定する計時回路
３０とを備えることにより、マイクロトロンで発生する
電子ビームのような低周波のパルスビームの電荷量を測
定することを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルスビームの電
荷量を測定するためのパルスビーム電流測定装置に係
り、特に、マイクロトロンの放射線発生量を測定するの
に好適な、マイクロトロンで発生する電子ビームの電荷
量を測定することが可能なパルスビーム電流測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マイクロトロンでは、図１に示
す如く、パルス幅Ｗが１から数μ秒、繰り返し周波数ｆ
が１から１００Ｈｚの電流波形Ｐを有する、低周波電子
ビームが発生されている。

【０００３】マイクロトロンの稼動中は、放射線が発生
し、その発生量は、パルス毎のビーム電流の積分値Ｓと
単位時間（例えば１秒）当たりのパルス数（図１の例で
は３）の積で与えられる。従って、マイクロトロンが発
生する放射線量を測定するためには、１パルス分の面積
Ｓを正確に測定する必要がある。

【０００４】マイクロトロンのビーム電流は、電流検出
器ＣＴで検出することができ、ピーク電流の検出等に使
用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検出さ
れた電流は、長周期で繰り返し周波数がｆ低いため、普
通の積分回路では、２つ目のパルスを積分する迄に１パ
ルス目の積分量が洩れてしまい、発生する放射線量の目
安となるビーム電流積分値と単位時間当たりのパルス数
の積を得るために使用するのは困難であった。

【０００６】そのため、放射線発生量を測定する際に
は、ピーク電流と単位時間当たりのパルス数（繰り返し
周期の逆数）の最大値を、それぞれ単独に測定せざるを
得なかった。

【０００７】なお、本発明と同様に積分を用いるものと
して、二重積分型のアナログ／デジタル変換器も知られ
ているが、測定対象は直流電圧の波高であり、本発明が
対象とするような、マイクロトロンの低周波パルスビー
ムの電荷量を測定することは困難であった。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、マイクロトロンで発生する電子ビー
ムのように、低周波のパルスビームの電荷量を測定可能
とすることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、パルスビーム
の電荷量を測定するためのパルスビーム電流測定装置に
おいて、パルスビーム電流の１パルス分を積分する積分
回路と、該積分回路で積分された１パルス分のビーム電
流を一定速度で放電させる放電手段と、該放電手段によ
る放電時間を測定する計時手段とを備えることにより、
前記課題を解決したものである。

【００１０】更に、前記計時手段が、クロックパルスを
連続的に発振するパルス発振器と、前記放電手段による
放電中のみ、前記クロックパルスを通すゲート回路と、
該ゲート回路を通過したクロックパルスの数を計数する
パルスカウンタとを含むようにしたものである。

【００１１】本発明に係るパルスビーム電流測定装置
は、例えば図２に示す如く、例えば正弦半波形状のビー
ム電流である入力信号の１パルス分を積分するための、
抵抗Ｒ及びコンデンサＣを含む積分回路１０と、該積分
回路１０で積分された１パルス分のビーム電流を一定速
度で放電させるための放電回路２０と、前記積分用コン
デンサＣにたまった電荷が零になるのを検知して、１パ
ルス分のビーム電流積分値Ｓに相当する時間だけゲート
信号を出力して、放電スイッチ２２をオンとするための
コンパレータ２４と、該ゲート信号により、前記放電回
路２０による放電時間を測定するための計時回路３０と
を備えている。

【００１２】前記積分回路１０の時定数は、入力信号で
あるマイクロトロンの電流波形Ｐのパルス幅Ｗよりも十
分に長くしてある。

【００１３】前記計時回路３０は、例えば図３に示す如
く、前記パルス幅Ｗに比べて非常に短い周期でクロック
パルスを連続的に発振するパルス発振器３２と、前記コ
ンパレータ２４からゲート信号が出力されている、前記
放電回路２０による放電中のみ、前記クロックパルスを
通すゲート回路３４と、該ゲート回路３４を通過したク
ロックパルスの数を計数するパルスカウンタ３６とを含
んで構成されている。

【００１４】このような構成において、例えばマイクロ
トロンのビーム電流を検出する電流検出器ＣＴからの、
正弦半波のような波形の入力信号は、抵抗Ｒとコンデン
サＣで構成される積分回路１０に加えられる。従って、
積分用コンデンサＣの端子電圧は、入力信号を１パルス
分だけ積分した値となる。コンパレータ２４は、積分用
コンデンサＣの端子電圧が正のとき出力を出す。放電ス
イッチ２２は、該コンパレータ２４の出力によって動作
し、オンとなったときに、積分用コンデンサＣに蓄えら
れた電荷が、放電回路２０を介して、一定の速度で徐々
に放電する。この結果、コンパレータ２４の出力は、ビ
ーム電流積分値に相当する幅を持つパルス波形を有する
ゲート信号となる。厳密には、入力信号のパルス幅＋ビ
ーム電流積分値相当のパルス幅になるが、放電時間を入
力信号のパルス幅に対して十分長くとることによって、
入力信号のパルス幅の影響を少なくすることができる。

【００１５】前記コンパレータ２４出力のゲート信号
は、計時回路３０のパルス発振器３２の出力を、該ゲー
ト信号が出ている間だけ通すゲート回路３４に接続され
ている。従って、該ゲート回路３４の動作により、コン
パレータ２４の動作時間に相当する数のクロックパルス
が、ゲート回路３４を通過し、通過したクロックパルス
の数が、パルスカウンタ３６で計数される。ここで、パ
ルスカウンタ３６が、単位時間、例えば１秒分のカウン
タへの入力を計数するように設定されていると、該パル
スカウンタ３６で計数される値は、コンパレータの出力
信号の幅（即ち１パルス分のビーム電流積分値）と単位
時間当たりのパルス数の積、即ち、単位時間当たりの電
荷量となる。

【００１６】このようにして、電流検出器ＣＴからの信
号波形によらない、ビーム電流積分値や、単位時間当た
りの電荷量が得られる。

【００１７】

【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。

【００１８】本実施形態は、本発明を、マイクロトロン
が発生する電子ビームの単位時間（ここでは１秒）当た
りの電荷量の測定に適用したもので、図４に示す如く、
マイクロトロン４０に流れるパルスビーム電流を検出す
るための電流検出器（ＣＴ）４２と、該ＣＴ４２の出力
からノイズ分を除去するためのタイミング回路４４及び
ゲート回路４６と、該ゲート回路４６の後段に接続され
た、本発明に係る積分回路１０、放電回路２０、コンパ
レータ２４、パルス発振器３２、放電スイッチの機能を
含むゲート回路５０及びパルスカウンタ３６とを備えて
いる。

【００１９】前記ゲート回路５０は、例えば図５に示す
如く、前記タイミング回路４４から入力されるスタート
信号及びゲート信号に応じて動作するフリップフロップ
（Ｆ／Ｆ）５２と、該Ｆ／Ｆ５２の出力、ゲート信号及
びクロックパルスの論理和を計数用に出力する３入力Ａ
ＮＤゲート５４と、前記Ｆ／Ｆ５２出力とゲート信号の
論理和を放電スイッチ用に出力する２入力ＡＮＤゲート
５６とから構成されている。

【００２０】以下、本実施形態の作用を説明する。

【００２１】マイクロトロンのＣＴ４２からの入力波形
には、図６（Ａ）に示す如く、電流波形Ｐに相当する正
弦半波以外に、例えばモジュレータやパータベータ等の
ノイズＮが乗っており、パルスビーム電流波形Ｐは、該
ノイズＮの後ろに存在する。そこで、タイミング回路４
４でマイクロトロン４０のトリガ信号を加工し、図６
（Ｂ）に示すような、電流波形Ｐを取り出すためのノイ
ズ除去用ゲート信号を作る。このノイズ除去用ゲート信
号の幅ＧＷは、電流波形Ｐが十分に入る幅とする。

【００２２】前記ゲート回路４６によって取り出された
電流波形Ｐに対応する信号は、積分用コンデンサＣに入
力され、該積分用コンデンサＣの電圧が、図６（Ｃ）に
示す如く、電流波形で充電されて上昇し、そのピーク電
圧が電流の積分値になる。入力電圧ｖに対してコンデン
サの電圧Ｖｃが十分小さい場合には、次式に示す如くと
なる。

【００２３】 ｄ（Ｖｃ）＝Ｖ（ｄｔ）／（Ｒ＊Ｃ） …（１）

【００２４】放電回路２０による放電は、一定速度で行
われるので、放電時間は、電流の積分値に比例する。

【００２５】前記コンパレータ２４は、図６（Ｄ）に示
す如く、コンデンサＣの両端の電圧が正のとき正の出力
を出すようにされている。

【００２６】前記タイミング回路４４は、図６（Ｅ）に
示す如く、ゲート回路４６用のタイミング出力（図６
（Ｂ）参照）がオフとなったときに、ゲート回路５０用
のスタート信号を出力する。

【００２７】該ゲート回路５０は、２つの出力をもって
おり、図６（Ｆ）に示す如く、スタート信号の立上がり
でオンとなり、コンパレータ２４の出力が正の間、放電
スイッチ用の出力を放電回路２０に出力すると共に、こ
の間に入ってきた発振器３２出力のクロックパルス（図
６（Ｇ）参照）を、図６（Ｈ）に示す如く、計数用にパ
ルスカウンタ３６に出力する。

【００２８】このようにして、単位時間（ここでは１
秒）内のパルス電流の総電荷量を正確に求めることがで
きる。

【００２９】本実施形態においては、積分回路を抵抗Ｒ
とコンデンサＣで構成しているので、動作が高速で、構
成も単純である。なお、積分回路の構成は、これに限定
されない。

【００３０】又、前記実施形態においては、電流検出器
４２からの入力波形が正弦半波とされていたが、入力波
形の種類は、これに限定されない。

【００３１】更に、前記実施形態においては、本発明
が、マイクロトロンのパルスビームの電流検出に適用さ
れていたが、本発明の適用対象は、これに限定されず、
マイクロトロン以外のパルスビームの電荷量の測定に
も、同様に適用できることは明らかである。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、入力信号の波形によら
ず、低周波パルスビームの電荷量を正確に測定すること
ができる。従って、マイクロトロンに用いた場合は、実
際に発生する放射線量に近い量の計測が可能となる。そ
のため、発生放射線量を一定値以内に保ちながら、ビー
ムのピーク電流を高くし、パルス幅を狭くする運転等、
マイクロトロンの運転パラメータの選択の範囲が広が
る。又、マイクロトロンのインターロック回路に用いた
場合には、正確なインターロックをかけることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象であるマイクロトロンのパル
スビームの波形の例を示す線図

【図２】本発明に係るパルスビーム電流測定装置の基本
的な構成例を示すブロック線図

【図３】同じく計時回路の構成例を示すブロック線図

【図４】マイクロトロンのパルスビーム電流測定に適用
した、本発明の実施形態の全体構成を示すブロック線図

【図５】前記実施形態で用いられているゲート回路の構
成例を示す回路図

【図６】前記実施形態の各部動作波形の例を示すタイム
チャート

【符号の説明】

１０…積分回路 Ｒ…抵抗 Ｃ…コンデンサ ２０…放電回路 ２２…スイッチ ２４…コンパレータ ３０…計時回路 ３２…パルス発振器 ３４、４６、５０…ゲート回路 ３６…パルスカウンタ ４０…マイクロトロン ４２…電流検出器（ＣＴ） ４４…タイミング回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルスビームの電荷量を測定するためのパ
   ルスビーム電流測定装置であって、 パルスビーム電流の１パルス分を積分する積分回路と、 該積分回路で積分された１パルス分のビーム電流を一定
   速度で放電させる放電手段と、 該放電手段による放電時間を測定する計時手段と、 を備えたことを特徴とするパルスビーム電流測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記計時手段が、 クロックパルスを連続的に発振するパルス発振器と、 前記放電手段による放電中のみ、前記クロックパルスを
   通すゲート回路と、 該ゲート回路を通過したクロックパルスの数を計数する
   パルスカウンタと、 を含むことを特徴とするパルスビーム電流測定装置。