JP4823092B2 - 粒子加速器のビーム位置モニタ - Google Patents

Description

本発明は、粒子加速器のビーム軌道変位を計測する静電型ビーム位置モニタに関する。

一般に、粒子加速器のビーム位置モニタは、計測しようとするビーム軌道の断面における上下左右の４ヶ所に電極を配置し、通過したビームにより電極に誘起された電圧を計測することにより、実際のビーム軌道の中心の、設計軌道の中心からの偏差を算定する。

このビーム位置モニタにおいて、計測すべき信号は、例えば５００ＭＨｚのような高周波の微小信号であり、位置情報はこの高周波信号の振幅値に含まれるため、高周波信号を増幅して振幅値を検波する回路が必要となる。

特許文献１に、複数の電極に対して電極切替方式の回路を採用したビーム位置モニタが記載されている。電極切替方式とは、回路特性のばらつきに伴って発生する計測誤差を回避するために、複数本の電極からの信号を一式の増幅・検波回路に対して入力端で切替ることにより各々入力する方式である。

このビーム位置モニタによると、ビームダクトに取り付けられた４電極から発信された信号が振幅信号としてとり出される。これら振幅信号がクロック信号により一定時間ホールドされ、これらホールドされた信号がクロック信号によって順次読み取られる。そして４電極の振幅信号が分離されてビーム軌道のビームダクト中心からの偏差が計算される。

また、特許文献２に、複数の電極の各々に対して別個のヘテロダイン方式の増幅・検波回路を接続したビーム位置モニタが記載されている。

ヘテロダイン方式とは、高周波信号の増幅のための常套手段とされる方式であり、ローカル発信信号を電極信号にミキシングして中間周波信号をつくって増幅し検波する方式である。

特許文献２のビーム位置モニタによると、ビームダクトに取り付けられた４電極から発信された各々の信号が、各々の増幅・検波回路によって同時に検波されて増幅信号として取り出され、ビーム軌道のビームダクト中心からの偏差が計算される。
特開平７−６５９９４号公報 特開平３−１０３７９４号公報

電極切替方式の回路を採用した場合には、増幅・検波回路のばらつきの影響を回避できることに加えて、装置を小さくして製作コストを下げる利点があるが、複数の電極からの信号をシリアルに処理するため計測スピードが遅くなってしまうという問題があった。

また、ヘテロダイン回路を複数用いたビーム位置モニタでは、大型化・高価格化が避けられないという問題があった。

特に大型の粒子加速器においては、４電極のビーム位置モニタを数百箇所に分散配置するため、装置を如何に小さくかつ安価に製作することが重要となる。また、個々の回路を単純化させるとともに、その結果として生ずる回路特性を線形特性として位置計測の精度を高精度化させることが望ましい。

本発明は、上記課題を鑑みなされたものであり、高精度でありかつ省スペースで、従来よりも製作コストが削減された粒子加速器のビーム位置モニタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、粒子加速器のビームダクト内におけるビームの同一断面上に複数の電極が設置される粒子加速器のビーム位置モニタにおいて、前記電極からの電極信号の模擬信号である基準信号を発生する基準信号発生部を備え、通常は前記電極信号を入力信号とするが前記基準信号発生部が基準信号を発生している場合には入力信号を前記基準信号へ切り替える入力信号切替部と、前記入力信号切替部からの入力信号を増幅して検波する増幅・検波部と、前記増幅・検波部で増幅され検波された入力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部とを、前記各々の電極に対して備えるとともに、前記基準信号を用いて前記各々の増幅・検波部の入力電圧と出力電圧の関係を示す回路特性を求める制御部と、前記制御部で求められた回路特性により、前記各々の増幅・検波部で検波された電極信号を補正して、この補正された各々の電極信号を用いてビームダクト内のビームの中心位置を計算する演算部とを備えたとを特徴とする。

本発明に係る粒子加速器のビーム位置モニタによると、粒子加速器のビームの位置計測が高精度で行われるとともに、省スペース化及び製作コストの削減が可能となる。

本発明に係る粒子加速器のビーム位置モニタの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る粒子加速器のビーム位置モニタの第１実施形態の構成図である。

第１実施形態のビーム位置モニタ１は、シンクロトロン等の粒子加速器Ａのビーム軌道変位を計測する静電型ビーム位置モニタである。

例えばシンクロトロン（図示せず）は、環状、トーラス状の真空ダクトであるビームダクトＤ内で荷電粒子ビームＢ（以下、単にビームと呼ぶ。）を周回させながら、粒子を所定のエネルギーまで加速させる装置である。

ビームダクトＤ内のビームＢはビームダクトＤの外周に適宜設置された偏光電磁石によって設計軌道に沿って偏向する。この偏光電磁石の磁場強度を変化させることによって、ビームの中心軌道が常に設計軌道を通るように制御される。

ビームダクトＤの内部にはビームＢの位置を測定するセンサ部１０が備えられる。センサ部１０は、ビームダクトＤの内壁付近に備えられた複数の電極１１（例えば４つの電極１１Ａ〜１１Ｄ）からなる。各々の電極１１Ａ〜１１ＤをビームＢの同一断面上に設置すると、ビームＢが電極１１Ａ〜１１Ｄ付近を通過する際に、この電極１１Ａ〜１１Ｄにおいて、それぞれビームＢとの距離に依存した高周波電圧が発生する。よって、電極１１Ａ〜１１Ｄの各々に発生した高周波電圧の高周波信号を比較することにより、ビームＢの中心位置を測定することができる。

ビーム位置モニタ１は、ビームダクトＤ内にてビームＢの同一断面上に設置された複数の電極１１Ａ〜１１Ｄと、電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａの模擬信号である基準信号ｂを発生する基準信号発生部１２と、通常は電極信号ａを入力信号とするが基準信号発生部１２が基準信号ｂを発生している場合には入力信号を電極信号ａから基準信号ｂへ切り替える複数の入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄと、入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄの入力信号を増幅して検波する複数の増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄと、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄで検波された入力信号をこの粒子加速器Ａのシステムクロック信号ｃに同期させてアナログ信号からディジタル信号に変換する複数のアナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄと、アナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄでディジタル変換された入力信号に対して補正計算を行ったりビームＢの中心位置計算を行ったりする演算部１６と、演算部１６が補正計算を行うために必要なデータを記録するメモリ１７と、基準信号発生部１２や入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄ、演算部１６に対して制御信号ｄを与える制御部１８とから構成される。なお、演算部１６は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット等のネットワークＮに接続される。

なお、ビーム位置モニタ１は、電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａが順に直列に接続される。同様に、電極１１Ｂ〜１１Ｄ、入力信号切替部１３Ｂ〜１３Ｄ、増幅・検波部１４Ｂ〜１４Ｄ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂ〜１５Ｄも、それぞれ、順に直列に接続される。

また、ビーム位置モニタ１は、この電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａの組と、電極１１Ｂ、入力信号切替部１３Ｂ、増幅・検波部１４Ｂ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂの組と・・・等が、それぞれ並列に接続される。

メモリ１７には、演算部１６が補正計算を行うために必要な基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）や、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路特性を表すゲインｋ、オフセットｍ等の情報が、各々の増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄについて記録される。

制御部１８は、粒子加速器Ａから校正データ取得指令信号ｅが与えられると、粒子加速器Ａからの運転信号ｆにより粒子加速器Ａのビーム運転が行われているか否かを判定し、ビーム運転が行われている場合には、入力信号切替部１３は電極信号ａを入力して増幅・検波部１４により通常のビーム位置計測が行われる。

また、ビーム運転が行われていない場合には、制御部１８は、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路特性の校正データを取得する。制御部１８は、始めに、基準信号発生部１２に対して校正用の基準信号ｂを発生させるよう制御信号ｄを与えると、この制御信号ｄを取得した基準信号発生部１２は基準信号ｂを発生する。そして制御部１８は、入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄに対して、入力信号を電極信号ａから基準信号ｂに切り替えるように制御信号ｄを送信し、この制御信号ｄを受け取った入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄは、基準信号ｂを入力して増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄに出力する。

基準信号発生部１２により出力された基準信号ｂは入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄを介して増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄに入力し、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄにおいて増幅されて検波され、アナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄで粒子加速器Ａからのシステムクロック信号ｃに基づいてアナログ信号からディジタル信号にディジタル変換される。

制御部１８は、演算部１６を介してアナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄで変換されたディジタル信号を取得し、また、メモリ１７に予め記録されている増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路の基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を取得して、これらを比較する。

図２に、ビーム位置モニタ１の増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路の特性曲線の測定例を表すグラフを示す。このグラフにおいて、横軸は増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄへの入力信号の振幅値Ｖｉであり、縦軸は増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄからの出力信号の振幅値Ｖｏである。また、このグラフにおいて、実線は予め予測された特性曲線でありメモリ１７に予め記録されている基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を示し、点線は実際に基準信号ｂが入力した場合の特性曲線を示す。

この特性曲線は、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄにおける信号の入出力の際の回路特性を表すものである。特性曲線が線形特性を示すこと、すなわち特性曲線が直線になるよう回路を製作することが望ましい。しかし、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路が簡素化されている（例えば、中間周波増幅なしで原信号を整流素子により直接検波するようにしている）場合には、図２に示すように、特性曲線は非線形特性となってしまう。

第１実施形態のビーム位置モニタ１では、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄに入力する基準信号ｂの振幅値Ｖｉにおける小、大の２点（例えば図２に示すＶｉ１とＶｉ２）を用いて、図３に示すように振幅値Ｖが２段階に変化する波形信号を利用する。

振幅値Ｖｉ１の基準信号ｂを入力した時の出力信号の振幅値Ｖｏ１と基準特性曲線ｆ（Ｖｉ１）、及び振幅値Ｖｉ２の基準信号ｂを入力した時の出力信号の振幅値Ｖｏ２と基準特性曲線ｆ（Ｖｉ２）を下記の（１）式及び（２）式に代入して、この（１）式及び（２）式を比較することにより、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路のゲインｋとオフセットｍとを、それぞれの増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄについて算定する。

［数１］
Ｖｏ１＝ｋ・ｆ（Ｖｉ１）＋ｍ （１）
Ｖｏ２＝ｋ・ｆ（Ｖｉ２）＋ｍ （２）
このゲインｋ及びオフセットｍが増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路特性の変化を表している。

この補正された各増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄのゲインｋ、オフセットｍの値は、メモリ１７に記憶され、演算部１６は、実際の電極信号ａの計測時に、このゲインｋ、オフセットｍの値を用いて特性曲線の補正を行う。

図４に、ビーム位置モニタ１の演算部１６による補正計算処理の流れを表す機能構成図を示す。

制御部１８が校正データ取得指令信号ｅを受け取ると、基準信号発生部１２は基準信号ｂを発生する。制御部１８に増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄからこの基準信号ｂが入力すると、上述したように、制御部１８がメモリ１７から基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を取得し、この基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を用いて特性補正値である増幅・検査部１４Ａ〜１４Ｄのゲインｋ及びオフセットｍを算出する。そして、制御部１８は、算出された特性補正値をメモリ１７に記録する。

また、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄが電極信号ａを入力すると、演算部１６は、メモリ１７から特性補正値であるゲインｋ及びオフセットｍ取得して、この特性補正値を用いて（１）式及び（２）式により、各々の電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａに対して回路の特性変化補正計算処理を行う。

次に、演算部１６は、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの特性曲線の非線形特性を補正するために、特性変化の補正計算処理がされた各々の電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａに対して、基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を直線特性になるように基準特性補正処理を行う。

そして、演算部１６は、各々の電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａの特性変化補正計算処理及び基準特性補正処理後のデータを使用して、ビームＢの位置計算を行う。これにより、ビームＢのビームダクトＤの中心からの位置偏差が算出可能となる。

第１実施形態のビーム位置モニタ１によると、粒子加速器Ａの運転を行っていない任意の時間帯に、基準信号ｂをもとに増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの特性変化を算定し、その結果に基づいて運転中のビーム位置モニタ１の電極信号ａを補正することが可能となる。

また、第１実施形態のビーム位置モニタ１によると、簡易化された増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの回路特性を電極信号ａの模擬信号である基準信号ｂを用いて補正することにより、ビームの位置測定の高精度化、回路の簡素化、及び製作コストの削減が同時に実現される。このビーム位置モニタ１によると、特に、一つの粒子加速器Ａにおいて数百台に及ぶような多数のビーム位置モニタが配置される場合に、これらの調整等の取扱いも容易になる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明に係るビーム位置モニタの第２実施形態について、図５に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、第２実施形態のビーム位置モニタ１Ａを示す構成図である。

ビーム位置モニタ１Ａは、第１実施形態のビーム位置モニタ１において、周辺温度を用いて電極信号ａの補正を行うものである。これは、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄにおける信号入出力の際の回路特性が周囲温度ｔにより変化するからである。

すなわち、ビーム位置モニタ１は、ビームダクトＤの内壁にてビームＢの同一断面上に設置された複数の電極１１Ａ〜１１Ｄと、電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａの模擬信号である基準信号ｂを発生する基準信号発生部１２と、通常は前記電極信号ａを入力信号とするが前記基準信号発生部１２が基準信号ｂを発生している場合には入力信号を電極信号ａから基準信号ｂへ切り替える複数の入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄと、入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄの入力信号を増幅して検波する複数の増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄと、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄで検波された入力信号をこの粒子加速器Ａのシステムクロック信号ｃに同期させてアナログ信号からディジタル信号に変換する複数のアナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄと、アナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄでディジタル変換された入力信号に対して補正計算を行ったりビームＢの位置計算を行ったりする演算部１６と、演算部が補正計算を行うために必要なデータを記録するメモリ１７と、基準信号発生部１２や入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄや演算部１６に対して制御信号ｄを与える制御部１８と、周辺温度を測定して制御部１８に周辺温度信号ｉを与える温度制御部１９と、から構成される。

温度制御部１９は、周辺温度を測定し、制御部１８に対してこの周辺温度を示す周辺温度信号ｉを与える。このとき、温度制御部１９は、温度センサ等により周辺温度として周辺の大気の温度を測定しても良いが、増幅・検波部１４Ａ〜１４ｄの回路の温度を測定して周辺温度とすることにより、より正確な回路特性を把握することができる。

なお、第１実施形態と同様に、このビーム位置モニタ１Ａは、電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａが順に直列に接続される。同様に、電極１１Ｂ〜１１Ｄ、入力信号切替部１３Ｂ〜１３Ｄ、増幅・検波部１４Ｂ〜１４Ｄ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂ〜１５Ｄも、それぞれ、順に直列に接続される。

また、ビーム位置モニタ１Ａは、この電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａの組と、電極１１Ｂ、入力信号切替部１３Ｂ、増幅・検波部１４Ｂ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂの組と・・・等が、それぞれ並列に接続される。

また、制御部１８は、予め、基準信号ｂを用いて取得された、周辺温度ｔ１，ｔ２，…ｔｎ，ｔｎ＋１…と、この周辺温度毎の基準特性曲線ｆ１（Ｖｉ），ｆ２（Ｖｉ），…ｆｎ（Ｖｉ），ｆｎ＋１（Ｖｉ）とを対応付けられた温度・回路特性対応表を記録している。

周辺温度信号ｉを取得した制御部１８は、温度・回路特性対応表からこの周辺温度ｔに応じた基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を取得して、メモリ１７に記録する。そして演算部１６は、この基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を用いて電極信号ａの補正計算を行う。

制御部１８は、温度制御部１９により測定された周辺温度ｔが、温度・回路特性対応表に記憶された周辺温度ｔ１〜ｔｎ＋１の中に存在しなかった場合、例えばｔｎとｔｎ＋１の間にある場合には、制御部１８は、この周辺温度ｔにおける基準特性パターンｆ（Ｖｉ）を以下の（３）式を用いて計算する。

［数２］
f(Vi)=fn(Vi) + (fn+1(Vi)- fn(Vi))(t - tn)/(tn+1 - tn) （３）
制御部１８は、この新たに作成した基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）をメモリ１７に記録する。

なお、温度制御部１９は、予め設定した時刻あるいは時間周期に基づいて周辺温度を測定し制御部１８に周辺温度信号ｉを送信する。制御部１８は、周辺温度信号ｉを取得するたびに、基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を計算してメモリ１７に記録する。

図６に、ビーム位置モニタ１Ａの演算部１６による補正計算処理の流れを表す機能構成図を示す。

制御部１８は、上述したように、温度制御部１９から周辺温度ｔの情報（周辺温度信号ｉ）を取得するとともに、温度・回路特性対応表を用いて基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を計算して、メモリ１７にこの基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を記録しておく。

増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄが電極信号ａを入力すると、演算部１６は、メモリ１７から基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を取得して、この基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を用いて各々の電極１１Ａ〜１１Ｃからの電極信号ａに対して回路の特性変化補正計算処理を行う。

次に、演算部１６は、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄの特性曲線の非線形特性を補正するために、特性変化の補正計算処理がされた各々の電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａに対して、基準特性曲線ｆ（Ｖｉ）を直線特性になるように基準特性補正処理を行う。

そして、演算部１６は、各々の電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａの特性変化補正計算処理及び基準特性補正処理後のデータを使用して、ビームＢの中心位置の計算を行う。これにより、ビームＢのビームダクトＤの中心からの位置偏差を算出することが可能となる。

なお、温度制御部１９が周辺温度 を測定する際に、周辺温度を温度センサ等で測定する方法に限らず、ビーム位置モニタ１Ａの外部で計測された周辺温度の情報を取得しても良い。

第２実施形態のビーム位置モニタ１Ａによると、温度変化の影響による回路特性の変化が自動的に補正されるので、より高精度のビーム位置モニタを提供できる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明に係るビーム位置モニタの第３実施形態について、図７及び図８に基づいて説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７は、第３実施形態のビーム位置モニタ１Ｂの構成図である。

ビーム位置モニタ１Ｂは、第１実施形態のビーム位置モニタ１において、粒子加速器Ａのビーム電流値の強弱を表す運転モード信号ｇを用いて電極信号ａの補正を行うものである。

すなわち、ビーム位置モニタ１Ｂは、ビームダクトＤの内壁にてビームＢの同一断面上に設置された複数の電極１１Ａ〜１１Ｄと、電極１１Ａ〜１１Ｄからの電極信号ａの模擬信号である基準信号ｂを発生する基準信号発生部１２と、通常は前記電極信号ａを入力信号とするが前記基準信号発生部１２が基準信号ｂを発生している場合には入力信号を電極信号ａから基準信号ｂへ切り替える入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄと、入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄの入力信号を増幅して検波する増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄと、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄで検波された入力信号をこの粒子加速器Ａのシステムクロック信号ｃに同期させてアナログ信号からディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄと、アナログ・ディジタル変換部１５Ａ〜１５Ｄでディジタル変換された入力信号に対して補正計算を行ったりビームＢの位置計算を行ったりする演算部１６と、演算部１６が補正計算を行うために必要なデータを記録するメモリ１７と、基準信号発生部１２や入力信号切替部１３Ａ〜１３Ｄや演算部１６に対して制御信号ｄを与える制御部１８と、から構成される。

また制御部１８は、粒子加速器Ａから運転モード信号ｇを受け取り、この運転モード信号ｇ、すなわち粒子加速器Ａのビーム電流値の強弱に応じてゲイン切替信号ｈを増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄに与える。増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄは、このゲイン切替信号ｈを受け取ると、このゲイン切替え信号ｈに応じてゲインｋを変更する。

なお、第１実施形態と同様に、このビーム位置モニタ１Ｂは、電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａが順に直列に接続される。同様に、電極１１Ｂ〜１１Ｄ、入力信号切替部１３Ｂ〜１３Ｄ、増幅・検波部１４Ｂ〜１４Ｄ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂ〜１５Ｄも、それぞれ、順に直列に接続される。

また、ビーム位置モニタ１Ｂは、この電極１１Ａ、入力信号切替部１３Ａ、増幅・検波部１４Ａ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ａの組と、電極１１Ｂ、入力信号切替部１３Ｂ、増幅・検波部１４Ｂ、及びアナログ・ディジタル変換部１５Ｂの組と・・・等が、それぞれ並列に接続される。

粒子加速器Ａの運転モードにより、蓄積されるビーム電流値は異なるが、大幅に電流値が異なると電極信号ａのレベルも大幅に変化する。例えば、ビーム電流値が低い場合は電極信号ａのレベルは低く、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄのゲインｋを高くしないと測定の精度が低下してしまう。

そこで、図８に示した運転モードとゲインｋとの対応表３０のように、制御部１８は、予め基準信号ｂを用いて粒子加速器Ａの運転モードとゲインｋとを対応させておき、粒子加速器Ａから受け取った運転モード信号ｇに対応したゲイン切替信号ｈを増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄに送信する。そして、増幅・検波部１４Ａ〜１４Ｄがこのゲイン切替信号ｈによりゲインｋを設定する。

第３実施形態のビーム位置モニタ１Ｂによると、粒子加速器Ａの運転モードの相違による電極信号ａのレベルの差異を増幅度の調整により補正するので、より高精度にビームＢの中心位置を測定することができる。

また、一つの粒子加速器Ａにおいて、数百台に及ぶような多数のビーム位置モニタ１Ｂが配置される場合に、これらの調整等の取扱いが極めて容易となる。

なお、第３実施形態の構成を第２実施形態に適用することも可能であり、その場合には同様の効果が得られる。

本発明に係るビーム位置モニタの第１実施形態を示す構成図。 第１実施形態のビーム位置モニタの検波特性変化の測定例を示す図。 第１実施形態のビーム位置モニタの校正用信号及び検波信号の例を示す図。 第１実施形態のビーム位置モニタの演算部における補正計算の流れを示す機能構成図。 本発明に係るビーム位置モニタの第２実施形態を示す構成図。 第２実施形態のビーム位置モニタの演算部における補正計算の流れを示す機能構成図。 本発明に係るビーム位置モニタの第３実施形態を示す構成図。 第３実施形態のビーム位置モニタの制御部の保持する運転モードとゲインとの対応表を示す表。

符号の説明

１ ビーム位置モニタ
１０ センサ部
１１Ａ〜１１Ｄ 電極
１２ 基準信号発生部
１３Ａ〜１３Ｄ 入力信号切替部
１４Ａ〜１４Ｄ 増幅・検波部
１５Ａ〜１５Ｄ アナログ・ディジタル変換部
１６ 演算部
１７ メモリ
１８ 制御部
１９ 温度制御部
Ａ 粒子加速器
Ｂ 荷電粒子ビーム（ビーム）
Ｄ ビームダクト
Ｎ ネットワーク

Claims (6)

1. 粒子加速器のビームダクト内におけるビームの同一断面上に複数の電極が設置される粒子加速器のビーム位置モニタにおいて、
   前記電極からの電極信号の模擬信号である基準信号を発生する基準信号発生部を備え、
   通常は前記電極信号を入力信号とするが前記基準信号発生部が基準信号を発生している場合には入力信号を前記基準信号へ切り替える入力信号切替部と、
   前記入力信号切替部からの入力信号を増幅して検波する増幅・検波部と、
   前記増幅・検波部で増幅され検波された入力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部とを、前記各々の電極に対して備えるとともに、
   前記基準信号を用いて前記各々の増幅・検波部の入力電圧と出力電圧の関係を示す回路特性を求める制御部と、
   前記制御部で求められた回路特性により、前記各々の増幅・検波部で検波された電極信号を補正して、この補正された各々の電極信号を用いてビームダクト内のビームの中心位置を計算する演算部とを備えたことを特徴とする粒子加速器のビーム位置モニタ。
2. 前記制御部は、前記回路特性として前記各々の増幅・検波部のゲイン及びオフセットを求めて、前記演算部は、このゲイン及びオフセットを用いて電極信号を補正するように構成した請求項１記載の粒子加速器のビーム位置モニタ。
3. 前記演算部は、前記回路特性の特性曲線が非線形であった場合には、この特性曲線が線形になるように電極信号を補正するように構成した請求項２記載の粒子加速器のビーム位置モニタ。
4. 前記制御部は、前記回路特性として周辺温度に対する温度特性を求めて、前記演算部は、この温度特性を用いて電極信号を補正するように構成した請求項１記載の粒子加速器のビーム位置モニタ。
5. 前記制御部は、前記回路特性として前記増幅・検波部の回路の温度に対する温度特性を求めて、前記演算部は、この温度特性を用いて前記電極信号を補正するように構成した請求項１記載の粒子加速器のビーム位置モニタ。
6. 前記制御部は、粒子加速器のビーム電流値の強弱を示す運転モード信号に基づいて、前記各々の増幅・検波部のゲインを変更するように構成した請求項１記載の粒子加速器のビーム位置モニタ。

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