JPH03179289A - シンクロトロンのビーム位置モニタ較正装置の原点検出器 - 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〕 この発明は、高エネルギー電子ビームに円弧を描かせて
シンクロトロン放射を行わせることにより高エネルギー
電磁波を得てこれを利用するためのシンクロトロンの、
真空ダクト内の電子ビームの位、１ｆｆｉをモニタする
ためのシンクロトロンのビーム位置モニタを、較正装置
で較正する際に電子ビームの設計走行位置としての原点
位置を検出するための原点検出器に関する。

〔従来の技術〕

シンクロトロンは電磁石を円形に配置して荷電粒子を回
転させながら加速する装置であり、特に高エネルギー荷
電粒子を得るのに適して粒子加速器として高エネルギー
粒子に関する研究に使用されてきた。近年、シンクロト
ロンで生成した高エネルギー電子のシンクロトロン放射
によって生ずる高エネルギー電磁波を利用することが種
々の分野で進められている。

第３図はシンクロトロン全体の概略を示す平面図である
。この図において、シンクロトロンは６つの偏向電磁石
１５、これら偏向電磁石】５の間に２つずつ設けられた
四極電磁石１４、偏向電磁石１５と四極ｔｍ石１４との
間に設けられた６つのビーム位置モニタ１３と、これら
を結ぶ電子ビームの走行経路としての１本の直線で示し
た真空ダクト１とからなり、また、荷電粒子入射ダクト
２１と荷電粒子取出しダクト２２が設けられている。

別途所定のエネルギー値まで加速した電子ビームを荷電
粒子入射ダクト２１からシンクロトロンに入射する。入
射された電子ビームはシンクロトロンの真空ダクト１内
を循環しながら、更に加速されるか、入射時のエネルギ
ーを保持することになる。

真空ダクト１内の電子ビームは偏向を磁石１５の磁場に
従って決められた循環軌道を周回する。

この循環軌道は正確に真空ダクト１内の中心に通過する
ように設計されているが、現実には偏向電磁石１５や電
子ビームを収束するための四極電磁石１４などの設Ｗ誤
差や磁場強度のばらつきなどにより前述の設計上の循環
軌道からずれる。このずれを絶えず測定するものがビー
ム位置モニタ１３である。

ビーム位置モニタ１３は第３図に示すように複数箇所に
設置されており、これらのビーム位置モニタ１３の出力
値を計算して各場所でのビーム位置が求まる。その結果
を解析して電磁場の磁場強度などを調整することによっ
て電子ビームの循環軌道が修正される。

第４図は従来のビーム位置モニタの断面図である。この
図に示したビーム位置モニタ１３はボタン電極形ビーム
位置モニタとも呼ばれていて、４枚の電極４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ，４Ｄが設けられている。

これらの電極４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄは上部電極台３１
に電極４Ａ、４Ｄが、下部電極台３２に電極４Ｂ、４Ｃ
がそれぞれコネクタ５Ａ、５Ｂ。

５Ｃ，５Ｄを介して取付けられており、電極台３１．３
２はビーム位置モニタ１３の真空ダクト部６０に溶接さ
れている。更に、真空ダクト部６０には、ビーム位置モ
ニタ１３をシンクロトロンに組み込むための取付腕６１
．６３が溶接で取付けられており、この取付腕６１．６
３が図示しない固定台に固定されている取付ブロック３
３３４にそれぞれボルト６２．６４で取付けられ、ボル
ト３５による位置を微調整するなどして正確に位置決め
されている。ビーム位置モニタ１３はビーム位置を測定
するという目的からその取付けは精度の高いものでなく
てはならない。そのため、ビーム位置モニタ１３は四極
電磁石１４や偏向電磁石１５なとシンクロトロンのビー
ムの走行経路の基準となる部品に直付けされ、その位置
が確定している取付はブロック３３．３４に精度よく取
付けられるようになっている３例えば、第４図では取付
はブロック３３．３４から見たとき、四極ｉｔＭ１石１
４の磁極中心又は偏向電磁石１５のビームの設計走行経
路の延長線上に原点Ｇを設け、水平方向にＸ軸、垂直方
向にＹ軸、ビームの走行方向にＺ軸をとる。

ビーム位置モニタ１３を取付はブロック３３゜３４に取
付けたとき真空ダクト部６０の断面のほぼ中心が原点Ｇ
になるようにビーム位置モニタ１３は製作される。ただ
し、ビーム位置モニタ１３は複数個あるのでそれぞれの
ビーム位置モニタ１３の原点位置の固体差は存在するこ
とになる。

ビーム位置モニタ１３の真空ダクト部６０内の位Ｗ（Ｘ
、Ｙ）を電子ビーム１００が紙面と垂直方向に通過する
とすると、各電極に電荷が誘起され、電極４Ａ、４Ｂ、
４Ｃ，４Ｄと真空ダクト１との間にそれぞれ電圧Ｖ、、
Ｖ、、Ｖ。、■わが誘起される。Ｘ軸方向の出力信号を
Ｈ，ＳＹＹ軸向の出力信号をＨ７ とし、 これらＨ、、 ＨＹを次式で 定義する。

Ｖａ　＋Ｖｍ　＋Ｖｃ　＋Ｖ。

Ｖａ　＋Ｖｍ　＋Ｖｃ　＋Ｖ。

このＨ，は電子ビーム１００の位置（Ｘ、Ｙ）が右はど
、すなわちＸの値が大きいほど大きな値になり、Ｈ７は
Ｙの値が大きいほど大きな値になる。

ただ、出力信号（ＨＸ、ＨＹ）の変化は電極４Ａ４Ｂ　
　４Ｃ，４Ｄのそれぞれの個体差や電子ビーム１００の
位置によって電極感度が異なることから線型にはならな
い、このため、−船釣にはそれぞれのビーム位置モニタ
１３ごとに電子ビーム１００を模擬した直線状のアンテ
ナに電流を流して模擬電子ビームとして位置（ｘ、ｙ）
に対する出力信号（Ｈえ、Ｈ１）の較正を行う。

この較正を行っておけば、実際にビーム位置モニタ１３
をシンクロトロンに組み込んだとき、電子ビーム１００
の通過によって発生する電極の電圧ＶＡ、Ｖ１．ｖｃ、
ＶＤから求まる出力信号（Ｈ，、ＨＶ　）が判れば電子
ビーム位置（ｘ、ｙ）を求めることができる。アンテナ
を用いた前述の較正はマツピングと呼ばれている。

第５図は従来のビーム位置モニタ較正装置である。この
図において、基礎架台４０に取付けられた取付台４２．
４３にビーム位置モニタ１３を取付け、Ｘ、Ｙ方向へ動
くアンテナ移動台４１によってアンテナ２００をビーム
位置モニタ１３の真空ダクト部６０内で動かし、このア
ンテナ２００に電流を流したときの各Ｘ、Ｙ座標での電
極４Ａ。

４Ｂ、４Ｃ，４Ｄの出力電圧Ｖａ　、Ｖａ　、Ｖｃ　。

■、を記録するものである。

アンテナ移動台４１は基礎架台４０に固定して取付けら
れたＸ方向基準台４１１、このＸ方向基準台４１１に図
示のＸ方向に可動に取付けられたＸ方向移動台４１２、
このＸ方向移動台４１２Ｙ方向に可動に取付けられたＹ
方向移動台４１４、及びＸ方向移動台４１２の動力とし
てのモータ４１３　、Ｙ方向移動台４１４の動力として
のモータ４１５からなっており、これらは図示しない制
御装置で制御される。

アンテナ２００はＹ方向移動台４１４に正確にＺ軸に平
行になるように取付けられていて、Ｘ方向移動台４１２
とＹ方向移動台４１４を移動させることによりＸ方向、
Ｙ方向の位置に配置させることができる。

取付台４２．４３は取付は面がシンクロトロン上の取（
−Ｊけブロック３３．３４と同様の構造にしであるので
、取付台４２．４３に対する原点、Ｘ。

Ｙ座標の位置関係は１つに決まっている。したがって、
アンテナ２００は原点を基準にＸ方向、Ｙ方向に動かせ
ばよいのであるが、原点は空間にあり、またアンテナ２
００は直径が１乃至２１１１１程度の細い金属線で剛性
がないため、Ｑ、ｌ　ｚｍの誤差範囲内でアンテナ２０
０位置の基準となる原点位置を見つけることは容易では
ない。

７は原点検出器であり、アンテナ２００のＸ方向位置を
検出するためのＸセンサ７１とＹ方向位置を検出するた
めのＹセンサ７２とこれらを取付けるためのＸＹセンサ
架台７３とからなっている。

この原点検出器７を許容される誤差範囲でアンテナ２０
０の原点位置が決定できるようにあらかじめ調整してお
く、Ｘセンサ７１は垂直方向の光路をアンテナ２００が
遮断したときに電気回路がＯＦＦになり、Ｙセンサは水
平方向の光路をアンテナ２００が遮断したときに電気回
路がＯＦＦになるようにしたもので、両方のセンサが同
時にＯＮからＯＦＦ　、又はＯＦＦからＯＮに、あらか
じめ設定された条件となるときのアンテナ２００の位置
が原点になるように調整されている。

複数のビーム位置モニタ１３のそれぞれを較正する際に
、それぞれのビーム位置モニタの較正を始める前に念の
ためアンテナ２００の原点位置を確認するには、前述の
ように同時に２つのセンサ７１．７２がＯＮ又はＯＦＦ
になるようアンテナ２００を僅か動かすだけで前述のｎ
認が可能であり、繰り返し原点位置の確認又は調整が容
易に行える。

あらかじめ原点検出器７を調整する方法には、種々あり
、専用の治具を使用するなどして行われる。

第６図は前述の原点検出器７とは異なる方式の従来の原
点検出器を示す要部斜視図であり、第５図と異なる点は
原点検出器７をビーム位置モニタ１３の較正作業のとき
も基礎架台４０に取付けたままにしてあったのに対して
、この図では、ビーム位置モニタ１３の代わりに原点検
出器８を取付台４２．４３に取付けて原点検出を行うも
のである。

原点検出器８はＸセンサ８４．Ｙセンサ８５とこれら２
つのセンサを取付けるためのセンサ取付部８２、このセ
ンサ取付部８２の両端に一体に形成された取付腕８１．
８２とからなり、取付腕８１．８２は前述のビーム位置
モニタ１３の取付腕６１．６３と寸法、形状か同しもの
である。Ｘセンサ８４、Ｙセンサ８５も第５図のＸセン
サ７１、Ｙセン７２と同じものである。

Ｘセンサ８４とＹセンサ８５はこれらが検出する原点位
置がビーム位置モニタ１３の原点位置になるようにあら
かじめ調整されている点も第５図の場合と同様である。

この方式は実際にビーム位置モニタ１３のある位置でア
ンテナ２００の位置を検出するので、アンテナ２００の
先端部の垂れ下がりによる誤差の影響が少ないという利
点がある。その代わりに、原点位置を確認又は調整する
度ごとに原点検出器８を取付け、取外す作業が必要とな
り、面倒であるという欠点がある。

〔発明が解決しよろとする課題〕

前述のように、アンテナ２００が光路を遮断することに
よる電気回路のＯＮ、　ＯＦＦを利用した原点検出器が
従来使用されているが、この原点検出方式はアンテナ２
００の表面位置を検出していることになっており、本来
必要とするのはアンテナ２００の輪を原点に０．１　ｍ
＋ｍ以内の精度で一致せるのが本来の目的であり、この
方式ではアンテナ２００の半径寸法分だけ原点位置から
ずれた位置を原点の代わりに検出していることになる。

したがって、異なる半径のアンテナを使用するたときに
は原点検出器の調整を最初からやりなおさなければなら
ない。

アンテナ２００の径は実際のシンクロトロンでのビーム
の径を模擬しているものであり、ビームの径は常に一定
であるとはいえないので、ビーム位置モニタの較正の際
には幾つかの半径の異なるアンテナに対する較正を行う
必要がある。このような場合、前述のようにアンテナ２
００の半径が変わるごとに原点検出器７又は８の調整を
必要とするという問題がある。

この発明は、前述の問題点を解決し、異なる半径のアン
テナを使用する場合でもそのアンテナを容易に原点位置
に配置して原点検出を行うことのできるビーム位置モニ
タ較正装置の原点検出器を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためにこの発明によれば、水平の基
準面を持つ基礎架台と、この基礎架台の基準面に取付は
基礎架台の幅方向のＸ軸と基準面に直角の方向のＹ軸に
移動可能のアンテナ保持具を備えたアンテナ移動台と、
このアンテナ保持具に取付けられ前記Ｘ軸とＹ軸に対し
て直角方向のＺ軸に平行に配置された円断面の金属棒か
らなるシンクロトロンの真空ダクトを走行する電子ビー
ムを模擬するためのアンテナと、ビームの設計走行方向
で前記Ｚ軸に平行に配されたビーム位置モニタを取付腕
を介して前記基礎架台に取付けた取付台とからなるビー
ム位置モニタ較正装置において、前記真空ダクト内の電
子ビームの設計走行位置としての原点位置に前記アンテ
ナの軸が通るように前記アンテナ移動台によってアンテ
ナを配置することにより真空ダクトの原点位置を検出す
る原点検出器が、前記ビーム位置モニタ較正装置の前記
取付台に同じ形状・寸法の取付腕を介して取付けられた
回転台と、この回転台に前記原点位置を通りＺ軸に平行
な回転軸を持って回転自在に取付けた回転板と、この回
転板に前記アンチナノ位置を検出する検出方向が前記回
転軸の方向に固定して取付けた光距離センサとからなる
ものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、回転台にビーム位置モニタの
取付腕と同じ形状・寸法の取付は腕を取付台に取付ける
ことにより、ビーム位置モニタの取付台に原点検出器を
取付けたときにビーム位置モニタと位置関係が１対ｌの
対応がとれるようにし、回転台に原点位置を通りＺ軸に
平行な回転軸を持って回転自在な回転板を取付け、この
回転板に検出方向が回転軸の方向に固定して光距離セン
サを取付けたことにより、回転板を回転させると光距離
センサは常に回転軸の方向を向いていることになる。ア
ンテナが原点位置を通るように配置して回転板を回転さ
せながら光距離センサで距離の計測を行うと光距離セン
サが照射した光はアンテナの表面に反射してその反射光
が光距離センサに受光されるので、光距離センサはアン
テナ表面までの距離を計測することになる。アンテナの
位置が原点からずれていると光距離センサによって計測
された距離は回転板の回転角度によって変動する。アン
テナ移動台を調整してアンテナの位置を移動させ回転角
による距離の変動を許容範囲内になるよう調整すること
によりアンテナの位置を原点位置に対して許容寸法範囲
内に配置させることができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す立面図であり、基礎架台４０、取
付台４２．４３はいずれも第６図と共通である。原点検
出器９は回転板９５を取付けた回転台９０とこの回転台
９０の両側から突出した取付腕９１．９３とからなり、
回転板９５は回転台９０に対して回転自在に取付けられ
ており、この回転板９５には光距離センサ９６が固定さ
れている。

取付腕９１．９３はビーム位置モニタ１３の取付腕６１
．６３と同一形状・寸法で、ボルト４４でその位置を微
調整するとともに、ボルト９２゜９４によって取付台４
２．４４に取付ける構成も全く同じである。

回転板９５の回転軸とビーム位置モニタ１３の原点位置
とが一致するように回転板９５が取付けられており、光
距離センサ９６はこの回転軸の方向の距離を計測するよ
うにこの回転板９５に固定して取付けである。

第２図は第１図の側断面図であり、回転板９５はベアリ
ング９日を介して回転板９５に回転自在に取付けられて
おり、光９７を照射してその反射光を受光することによ
って反射体の距離を計測するものである。このような光
距離センサ９６は市販されたものがあり、その原理は、
ＬＨ［ｌが発行した可視光をレンズで細く絞って対象物
に照射し、拡散した反射光を受光レンズにより光位置検
出素子上にスポットとして結像させ、対象物の変位とこ
のスポットの移動とがほぼ比例することを利用して高精
度に対象物の距離を計測するもので、対象物の反射率と
は無関係な変位出力が得られる。

仕様には種々あるが、例えば、計測可能の距離範囲が基
準位置を中心にして±５１のものでその精度は１０ｔＩ
１１程度である。

アンテナ２００を回転板９６の回転軸近くに配置すると
、光距離センサ９６がアンテナ　２００の表面位置まで
の距離を検出するが、アンテナ２００の軸が回転軸に正
確に一致しているときは、アンテナ２００の断面形状が
円であることから、回転板９５を回転させることによっ
て光距離センサ９６が検出する距離は変化しない、アン
テナ２００の軸が回転軸とずれているときには、回転板
９５を回転させることによって光距離センサ９６が検出
する距離が変化することになる。

この原点検出器９を用いてアンテナ２００が原点位置に
正確に配置されるようアンテナ移動台４１を調整する方
法は次の通りである。

■アンテナ２００が大体原点位置になるようアンテナ移
動台４１を調整した上で原点検出器９を取付台４２．４
３に取付ける。

■回転板９５を回転させてアンテナ２００の表面位置ま
での回転角に対する距離の分布を光距離センサ９６によ
って検出する。

■距離の回転角に対する分布に基づいて、この分布がよ
り一様になるようにアンテナ移動台４１でアンテナ２０
０の位置を微動させ、再度■に戻って調整を繰り返す。

■アンテナ２００の表面位置までの距離の分布の最大値
と最小値との差が許容寸法範囲内に入ったときアンテナ
２００の軸の位置と原点との距離がこの許容寸法内に入
ったことになり、原点検出が終了する。このときの状態
をアンテナ移動台４１に記憶させることによりこの原点
位置にアンテナ２００をいつでも配置することができる
とともに、この原点位置から所定のＸ座標値、Ｙ座標値
だけ離れた位置にアンテナ２００を移動させることも可
能になる。

回転板９５の回転を自動的連続的に行うようにして光距
離センサの出力信号の時間変化をＣＲＴデイスプレーに
表示させるようにすると、前述の■と■の手順が同時進
行していることになるので、ＣＲＴデイスプレー表示を
見ながらアンテナ２０゛０の位置を移動させるというよ
うな方法を採用することにより原点検出をより合理的に
行うことも可能である。

この方式はアンテナ２００の表面位置までの距離の変化
を検出しているので、結局アンテナ２００の軸位置を調
整していることになる。したがってアンテナ２００の半
径が変わっても原点検出器９の槽底や原点検出の手順に
何ら修正、変更をする必要はない、アンテナ２００の直
径は１−から２１程度であり、前述のように光距離セン
サ９６の測定可能範囲は基準位置を中心にして前後５■
程度のものがあるので、アンテナ２００の径の違いが測
定範囲に越えるようなことはない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、回転台にビーム位置モニタの
取付腕と同じ形状・寸法の取付腕を取付け、この取付腕
を介して原点検出器をビーム位置モニタの取付台に取付
けることにより、ビーム位置モニタとの位置関係が１対
１の対応がとれる。

回転台に原点位置を通りＺ軸に平行な回転軸を持って回
転自在な回転板を取付け、この回転板に検出方向が回転
軸の方向に固定した光距離センサを取付けたことにより
、回転板を回転させると光距離センサは常に回転軸の方
向を向いていることになる。アンテナが原点位置近くを
通るように配置して回転板を回転させながら光距離セン
サで距離の計測を行うと光距離センサが照射した光はア
ンテナの表面に反射してその反射光が光距離センサに受
光されるので、光距離センサはアンテナ表面までの距離
を計測することになる。アンテナの位置が原点からずれ
ていると光距離センサによって計測された距離は回転板
の回転角度によって変動する。アンテナ移動台を調整し
てアンテナの位置を移動させ回転角による距離の変動を
許容範囲内になるよう調整することによりアンテナの位
置を原点位置に対して許容寸法範囲内に配置させること
ができる。光距離センサはアンテナ表面までの距離を検
出するのであるが、この距翻の変動が小さくなるように
調整することはアンテナの軸を原点に一致させる調整と
なっているので、異なる半径のアンテナを仕様する場合
でも原点検出器の調整を新たに行う必要はないことから
、複数の異なる半径のアンテナに対するビーム位置モニ
タの較正作業が速やかに行えるようになるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す立面図、第２図は第１
図の側断面図、第３図はシンクロトロン全体の概略を示
す平面図、第４図は従来のビーム付けたビーム位置モニ
タ較正装置の要部斜視図である。 ４０・・・基礎架台、４１・・・アンテナ移動台、４２
．４３・・・取付台、 ９１．９３，６１．６３・・・取付腕、７．８．９・・
・原点検出器、９０・・・回転台、９５・・・回転板、
９６・・・光距離センサ、第４閲 毛Ｓ日 第ろ易

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）水平の基準面を持つ基礎架台と、この基礎架台の基
   準面に取付け基礎架台の幅方向のＸ軸と基準面に直角の
   方向のＹ軸に移動可能のアンテナ保持具を備えたアンテ
   ナ移動台と、このアンテナ保持具に取付けられ前記Ｘ軸
   とＹ軸に対して直角方向のＺ軸に平行に配置された円断
   面の金属棒からなるシンクロトロンの真空ダクトを走行
   する電子ビームを模擬するためのアンテナと、ビームの
   設計走行方向で前記Ｚ軸に平行に配されたビーム位置モ
   ニタを取付腕を介して前記基礎架台に取付けた取付台と
   からなるビーム位置モニタ較正装置において、前記真空
   ダクト内の電子ビームの設計走行位置としての原点位置
   に前記アンテナの軸が通るように前記アンテナ移動台に
   よってアンテナを配置することにより真空ダクトの原点
   位置を検出する原点検出器が、前記ビーム位置モニタ較
   正装置の前記取付台に同じ形状・寸法の取付腕を介して
   取付けられた回転台と、この回転台に前記原点位置を通
   りＺ軸に平行な回転軸を持って回転自在に取付けた回転
   板と、この回転板に前記アンテナの位置を検出する検出
   方向が前記回転軸の方向に固定して取付けた光距離セン
   サとからなることを特徴とするシンクロトロンのビーム
   位置モニタ較正装置の原点検出器。