JP2021188904A - Duct for irradiating target with electronic beam and method for controlling electronic beam - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子加速器からの電子ビームを標的に照射するためのダクト及び電子ビームを制御する技術に関する。 The present invention relates to a duct for irradiating a target with an electron beam from an electron accelerator and a technique for controlling the electron beam.
従来から、電子ビームの空間強度分布を計測する方法として、電子ビームの行路中に金属板を挿入し、金属板から放射される遷移放射(OTR:Optical Transition Radiation)を観測する手法が知られている。 Conventionally, as a method for measuring the spatial intensity distribution of an electron beam, a method of inserting a metal plate into the path of the electron beam and observing transition radiation (OTR) emitted from the metal plate has been known. There is.
電子加速器中性子源においては、電子加速器で加速された電子ビームを標的に照射することで中性子を発生させるが、適切に標的に電子ビームを照射するためには、電子ビームの空間強度分布を観測して電子ビームを制御する必要がある。電子加速器中性子源においても、電子ビームの空間強度分布を観測するために上記の遷移放射を用いることが考えられる。 In the electron accelerator neutron source, neutrons are generated by irradiating the target with an electron beam accelerated by the electron accelerator, but in order to properly irradiate the target with the electron beam, observe the spatial intensity distribution of the electron beam. It is necessary to control the electron beam. It is conceivable to use the above transition radiation to observe the spatial intensity distribution of the electron beam also in the electron accelerator neutron source.
しかしながら、電子加速器中性子源では、標的から多量の放射線が発生するため、重厚な放射線遮蔽体で囲われる。すなわち、標的は放射線遮蔽体の内側に入ることになるが、人の被爆を極力避けて安全を確保するという観点から、放射線遮蔽体に、電子ビームの空間強度分布を観測するための貫通孔を設けることは好ましくない。 However, in the electron accelerator neutron source, a large amount of radiation is generated from the target, so that it is surrounded by a heavy radiation shield. That is, the target enters the inside of the radiation shield, but from the viewpoint of avoiding human exposure as much as possible and ensuring safety, the radiation shield is provided with a through hole for observing the spatial intensity distribution of the electron beam. It is not preferable to provide it.
従って、本発明の目的は、一側面として、放射線が生じるような環境においても安全に電子ビームの空間強度分布を観測できるようにするための技術を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is, as one aspect, to provide a technique for safely observing the spatial intensity distribution of an electron beam even in an environment where radiation is generated.
本発明に係る、放射線遮蔽体用のダクトは、(A)電子加速器からの電子ビームを外部の標的に照射するための窓を有し、当該窓に前記電子ビームが入射したときに放出される第1の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第1の管部と、(B)上記外部の標的に電子ビームが入射したときに放出される第2の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第2の管部とを有する。 The duct for a radiation shield according to the present invention has (A) a window for irradiating an external target with an electron beam from an electron accelerator, and is emitted when the electron beam is incident on the window. The traveling direction is changed between the first tube portion that outputs the first transition radiation in a different traveling direction and (B) the second transition radiation emitted when the electron beam is incident on the external target. It has a second tube portion to be output.
一側面によれば、放射線が生じるような環境においても安全に電子ビームの空間強度分布を観測できるようになる。 According to one aspect, the spatial intensity distribution of the electron beam can be safely observed even in an environment where radiation is generated.
図1に本実施の形態に係る電子加速器中性子源の主要部を示す。
本実施の形態に係る電子加速器中性子源は、電子加速器100と、ダクト200と、中性子源300とを有する。
FIG. 1 shows the main part of the electron accelerator neutron source according to the present embodiment.
The electron accelerator neutron source according to the present embodiment includes an
電子加速器100は、電子ビームの偏向磁石120と、電子ビームの収束磁石110とを有する。電子ビームの偏向磁石120と、電子ビームの収束磁石110とで、電子ビームを制御する。
The
中性子源300は、放射線を遮蔽するための放射線遮蔽体310と、中性子生成用の標的320とを有する。標的320は、例えばタンタルのような金属であり、放射線遮蔽体310の内側の空洞部分315に収納される。この空洞部分315は、大気圧のガス雰囲気となっている。
The
本実施の形態における主要構成であるダクト200は、電子加速器100に連結されており、その先端が、放射線遮蔽体310の空洞部分315に差し込まれている。ダクト200は、第1の管部210と、第2の管部220とを有する。第1の管部210は、電子ビーム取り出し窓230と石英窓240とで塞がれて真空になっている。また、第1の管部210においては、電子ビーム500と電子ビーム取り出し窓230からの遷移放射610とが通過し、遷移放射610の進行方向を変えるための鏡211が設けられている。
The
第2の管部220については、一方は標的320からの遷移放射620を取り入れるために空洞部分315に対して開かれており、他方は石英窓250で塞がれているので、大気圧のガス雰囲気となっている。また、第2の管部220には、標的320からの遷移放射620の進行方向を変えるための鏡221が設けられている。なお、電子ビーム取り出し窓230と標的320との距離は例えば1乃至2m程度である。空洞部分315には、標的320以外に図示しない機器が設けられているが、電子ビーム取り出し窓230と標的320との間で電子ビームを制御するための磁石などを設置することはできない。
Regarding the
電子加速器100からの電子ビーム500は、第1の管部210を通過して、ほぼ垂直に電子ビーム取り出し窓230に入射するが、透過して標的320に照射される。これによって、中性子が生成される。
The
一方、電子ビーム500が電子ビーム取り出し窓230に照射されると、電子ビーム取り出し窓230の表面から遷移放射610が第1の管部210内に放出される。例えば、図2に模式的に示すように、遷移放射610の強度は、電子ビーム500を中心軸とした場合の、電子ビーム500からの角度に大きな依存性があり、電子ビームと反対方向に近い1/γの角度をピークとした狭い角度範囲で強くなる。ここで、γ=(1−(v/c)2)-1/2、vは電子の速度、cは光の速度である。なお、遷移放射610の強度ピークが現れる角度は、使用する電子ビームエネルギに依存して変化する。本実施の形態では、このような遷移放射の強度の角度変化を踏まえて、使用する電子ビームエネルギに依存してその角度が変化するピークでの遷移放射強度を基準とし、遷移放射強度がピーク強度の1/10となる角度を上限とし、同じく遷移放射強度がピーク強度の1/10となる角度を下限とする角度範囲を観測可能範囲とする。図2の例では、電子ビームエネルギは40MeVであり、上限の角度は5°である。一般的に、より大きな角度の方がダクト200を作製しやすいので、上限角度又はそれに近い角度の方が採用されやすい。すなわち、図1において、予め定められた角度θ1(例えば5°)の遷移放射610を、電子ビーム500に対してほぼ垂直方向に反射するように鏡211が設置される。反射した遷移放射610は、第1の管部210を通過し、石英窓240を透過してカメラ710にて撮影される。
On the other hand, when the
同様に、標的320の表面からは電子ビーム500に対する遷移放射620も放出され、電子ビーム500に対して角度θ2の遷移放射620は、鏡221でほぼ電子ビーム500に対して垂直方向に反射されて、石英窓250を透過し、カメラ720にて撮影される。角度θ2=θ1であるが、異なるようにしてもよい。
Similarly, the
このように、本実施の形態に係るダクト200を用いることで、電子ビーム取り出し窓230及び標的320における電子ビームの空間強度分布を、遷移放射610及び620として同時に観測できるようになる。すなわち、この観測により、標的320に適切な強度分布で適切な位置に照射しつつ、電子ビーム取り出し窓230でも適切な強分布度で適切な位置で照射するように制御できるようになるので、標的320及び電子ビーム取り出し窓230の損傷を避けることができるようになる。これにより、人の被爆を極力避けることができるようになる。また、放射線遮蔽体310には、標的320からの遷移放射620を観測するための貫通窓などを設けることがないので、この点でも放射線漏れなどの問題発生を抑制できるようになる。
As described above, by using the
なお、図1では、電子ビーム500に対してほぼ垂直方向に遷移放射610及び620を出力するように鏡211及び221が設置されているが、電子ビーム500に対して垂直方向ではなく他の角度に遷移放射610及び620を出力するようにしても良い。また、図1では、石英窓240及び250とが並ぶように配置されているが、これはカメラ710及び720などの配置に好適であるためで、場合によっては石英窓240及び250が別々に配置されるような場合もある。
In FIG. 1, the
カメラ710では、電子ビーム取り出し窓230における電子ビーム500の空間強度分布に比例した強度を表す画像が得られるので、この画像に基づき電子ビーム取り出し窓230において適切な電子ビームプロファイルとなるように、収束磁石110及び偏向磁石120で調整する。また、カメラ720では、標的320における電子ビーム500の空間強度分布に比例した強度を表す画像が得られるので、この画像に基づき標的320において適切な電子ビームプロファイルとなるように収束磁石110及び偏向磁石120で調整する。この調整については、図3にその概要を示す。
Since the
電子ビーム500は、電子ビーム取り出し窓230において、その中心付近に位置し、適切な直径となっている照射状態Aであって、標的320においても、その中心付近に位置し、適切な直径となっている照射状態aであることが好ましい。一方、電子ビーム取り出し窓230において、その中心付近に位置しているが直径が小さすぎる照射状態Bや、標的320において、その中心付近に位置しているが直径が小さすぎる照射状態bは、好ましくない。これは、電子ビーム取り出し窓230や標的320の破損につながる可能性があるためである。さらに、電子ビーム取り出し窓230において、中心から遠く離れた照射状態Cや、標的320においても、中心から遠く離れた照射状態cも、好ましくない。標的320から中性子を適切に発生させることができない場合もあるからである。また、十分な熱除去ができないため、電子ビーム取り出し窓230や標的320の損傷を招く恐れがあるためである。
The
このような照射状態は、遷移放射610及び620をカメラ710及び720で観測することで把握できるので、観測結果に基づき、収束磁石110及び偏向磁石120を用いて、好ましい照射状態A及びaになるように調整を行う。
Such an irradiation state can be grasped by observing the
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、収束磁石110及び偏向磁石120の制御については、カメラ710及び720が接続された制御装置により自動的に行ってもよいし、カメラ710及び720で撮影された画像を表示する表示装置を見て人が制御してもよい。自動的に制御を行う場合には、汎用のコンピュータによって実行される制御プログラムによって実体的な制御がなされる場合もある。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the control of the converging
さらに、中性子を発生させる標的における放射線遮蔽体について述べたが、その他の放射線を発生する標的、または電子ビームを照射することで何らかの変化を目的とする標的におけるものについても適用可能である。 Furthermore, although the radiation shield in the target that generates neutrons has been described, it is also applicable to other targets that generate radiation or targets that aim to change something by irradiating an electron beam.
以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。 The embodiments described above can be summarized as follows.
本実施の形態にかかる、放射線遮蔽体用のダクトは、(A)電子加速器からの電子ビームを外部の標的に照射するための窓を有し、当該窓に前記電子ビームが入射したときに放出される第1の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第1の管部と、(B)上記外部の標的に電子ビームが入射したときに放出される第2の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第2の管部とを有する。 The duct for a radiation shield according to the present embodiment has (A) a window for irradiating an external target with an electron beam from an electron accelerator, and emits the electron beam when the electron beam is incident on the window. The traveling direction is the first tube portion that outputs the first transition radiation to be generated in a different traveling direction, and (B) the second transition radiation emitted when the electron beam is incident on the external target. It has a second tube portion that outputs a different value.
このように窓からの第1の遷移放射及び標的からの第2の遷移放射をダクトから観測することができるようになるので、放射線遮蔽体に貫通孔などを設けずに済み、安全が確保される。また、この観測により窓及び標的が損傷しないように電子ビームを調整できるようになるので、窓及び標的の修繕などを抑制できる。 In this way, the first transition radiation from the window and the second transition radiation from the target can be observed from the duct, so that it is not necessary to provide a through hole in the radiation shield and safety is ensured. To. In addition, since this observation makes it possible to adjust the electron beam so that the window and the target are not damaged, repair of the window and the target can be suppressed.
また、上記ダクトにおける第1の管部は第1の遷移放射を出力する第2の窓を有しており、第2の管部は第2の遷移放射を出力する第3の窓を有していてもよい。この構成の場合、第2の窓及び第3の窓が、電子ビームの進行方向に対して同じ角度の方向に向いている場合もある。このようにすれば、観測用のカメラの設置が容易になる。なお、この角度は、実施の形態における90°に限らない。カメラの設置場所に応じて変更しうる。 Further, the first pipe portion in the duct has a second window for outputting the first transition radiation, and the second pipe portion has a third window for outputting the second transition radiation. May be. In the case of this configuration, the second window and the third window may be oriented at the same angle with respect to the traveling direction of the electron beam. In this way, it becomes easy to install an observation camera. Note that this angle is not limited to 90 ° in the embodiment. It can be changed according to the installation location of the camera.
さらに、上記ダクトは、電子ビームに対して第1の所定の角度の第1の遷移放射を、第2の窓の方向に反射させるための第1の鏡と、電子ビームに対して第2の所定の角度の第2の遷移放射を、第3の窓の方向に反射させるための第2の鏡とをさらに有するようにしてもよい。この場合、第1の所定の角度及び第2の所定の角度は、使用される電子ビームのエネルギで測定した場合における遷移放射強度のピークを基準にして、遷移放射強度がピークの1/10以上となる角度範囲に含まれる。 Further, the duct has a first mirror for reflecting the first transition radiation at a first predetermined angle with respect to the electron beam toward the second window, and a second mirror with respect to the electron beam. It may further have a second mirror for reflecting a second transition radiation at a predetermined angle in the direction of the third window. In this case, the first predetermined angle and the second predetermined angle have a transition radiation intensity of 1/10 or more of the peak with reference to the peak of the transition radiation intensity when measured by the energy of the electron beam used. Is included in the angle range.
第1の遷移放射及び第2の遷移放射は、電子ビームの進行方向とは逆方向に近い角度に強度のピークがあるので、上記のような範囲における所定の角度の遷移放射を取り出すことで、鮮明な遷移放射画像が得られるようになる。 Since the first transition radiation and the second transition radiation have intensity peaks at an angle close to the direction opposite to the traveling direction of the electron beam, the transition radiation at a predetermined angle in the above range can be extracted. A clear transition radiation image can be obtained.
なお、(A)電子加速器からの電子ビームを外部の標的に照射するための窓を有し、当該窓に前記電子ビームが入射したときに放出される第1の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第1の管部と、上記外部の標的に電子ビームが入射したときに放出される第2の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第2の管部とを有するダクトと、(B)上記ダクトに連結され、電子ビームの収束及び偏向を調整する磁石を有する電子加速器とを有する装置の制御方法は、ダクトから得られた第1の遷移放射及び第2の遷移放射に基づき、磁石により電子ビームの収束及び偏向を調整する工程を含む。 (A) It has a window for irradiating an external target with an electron beam from an electron accelerator, and changes the traveling direction of the first transition radiation emitted when the electron beam is incident on the window. A duct having a first tube portion for outputting the second tube portion and a second tube portion for outputting the second transition radiation emitted when the electron beam is incident on the external target in a different traveling direction. (B) The control method of the device having the electron accelerator connected to the duct and having a magnet for adjusting the convergence and deflection of the electron beam is based on the first transition radiation and the second transition radiation obtained from the duct. Includes the step of adjusting the convergence and deflection of the electron beam with a magnet.
以上述べた制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作成することができて、そのプログラムは、様々な記憶媒体に記憶される。 It is possible to create a program for causing a computer to execute the control method described above, and the program is stored in various storage media.
また、上で述べたような制御方法を実行するコンピュータは、1台のコンピュータで実現される場合もあれば、複数台のコンピュータで実現される場合もある。 Further, the computer that executes the control method as described above may be realized by one computer or may be realized by a plurality of computers.
100 加速器 110 収束磁石 120 偏向磁石
200 ダクト 210 第1の管部 220 第2の管部
230 電子ビーム取り出し窓 240,250 石英窓
211,221 鏡
300 中性子源 310 放射線遮蔽体 320 標的
500 電子ビーム 610,620 遷移放射
100
Claims (3)
前記外部の標的に前記電子ビームが入射したときに放出される第2の遷移放射を、進行方向を変えて出力する第2の管部と、
を有する、放射線遮蔽体用のダクト。 A first that has a window for irradiating an external target with an electron beam from an electron accelerator, and outputs a first transition radiation emitted when the electron beam is incident on the window in a different traveling direction. And the pipe part of
A second tube portion that outputs the second transition radiation emitted when the electron beam is incident on the external target by changing the traveling direction.
A duct for a radiation shield.
前記第2の管部は前記第2の遷移放射を出力する第3の窓を有しており、
前記第2の窓及び第3の窓が、前記電子ビームの進行方向に対して同じ角度の方向に向いている
請求項1記載のダクト。 The first tube portion has a second window for outputting the first transition radiation.
The second tube portion has a third window for outputting the second transition radiation.
The duct according to claim 1, wherein the second window and the third window are oriented at the same angle with respect to the traveling direction of the electron beam.
前記電子ビームに対して第2の所定の角度の前記第2の遷移放射を、前記第3の窓の方向に反射させるための第2の鏡と、
をさらに有し、
前記第1の所定の角度及び第2の所定の角度は、使用される電子ビームのエネルギで測定した場合における遷移放射強度のピークを基準として、遷移放射強度が前記ピークの1/10以上となる角度範囲に含まれる
請求項2記載のダクト。 A first mirror for reflecting the first transition radiation at a first predetermined angle with respect to the electron beam toward the second window.
A second mirror for reflecting the second transition radiation at a second predetermined angle with respect to the electron beam toward the third window.
Have more
The first predetermined angle and the second predetermined angle have a transition radiation intensity of 1/10 or more of the peak with reference to the peak of the transition radiation intensity when measured by the energy of the electron beam used. The duct according to claim 2, which is included in the angle range.
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