JPH04118843A - Charged particle beam adjuster - Google Patents
Charged particle beam adjusterInfo
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Abstract
Description
本発明は、高エネルギー荷電粒子ビームのエミツタンス
を高精度で測定し、かつビームの軸調整およびビーム形
状の制御を行う装置の構成に関する。The present invention relates to the configuration of an apparatus that measures the emittance of a high-energy charged particle beam with high precision, adjusts the axis of the beam, and controls the beam shape.
一般に荷電粒子ビーム加速器において、ビームの状態を
表現するにはエミツタンス表示が便利であり、広く用い
られている。このエミツタンスは、ビームの質の良し悪
しを判断する基準となっており、一般にエミツタンスの
小さいビームの方が質の良いビームとされている。
従来の荷電粒子ビームのエミツタンスを測定する装置は
、特開平２−４９１８６号公報に記載されているように
以下−のようになっていた。第３図に示すように、ビー
ム通路には、ビーム通路を進行する荷電粒子ビームを進
行方向から撮像する撮像手段が配置されている。また、
撮像手段の前方には、予め定められたビーム通路上の地
点と撮像手段との間における位相空間で規定されるトラ
ンスファーマトリクスを変化させるための電磁石手段が
配置されている。さらに、撮像されたビーム像を用いて
荷電粒子ビームの質を求める画像処理手段が設けられて
いる。この装置は、電磁石手段によりトランスファーマ
トリクスを３回変化させ、その都度撮像手段からのビー
ム像に基づいてビーム像の分散を画像処理手段により求
め、これらトランスファーマトリクスおよび分散から荷
電粒子ビームのエミツタンスを求めている。
［発明が解決しようとする課題］
上記装置の場合、エミツタンスを求める際に用いるトラ
ンスファーマトリクスは、近軸軌道方程式を解くことに
よって得られたものであるので計算精度が悪く、また、
ビーム像の分散も、像の明暗分布が明確でないことから
高精度で求めるの１ま不可能である。そのため、エミツ
タンスの測定精度が悪いという問題があった。したがっ
て、ビームの調整や制御が十分にできなかった。
本発明の目的は、上記問題を解決し、荷電粒子ビームの
エミツタンスを高精度で測定する手段を提供すると共に
、ビームの軸調整やビーム形状の制御をすることのでき
る荷電粒子ビーム調整装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段］
上記第１の目的であるエミツタンス測定の高精度化を達
成するためには、ビーム通路上の複数ケ所でのビーム径
の値を測定し、その測定値から直接エミツタンスを求め
ればよい。また、上記第２の目的であるビームの軸調整
やビーム形状の制御を行うためには、ビームの中心位置
やビーム径を測定し、それをビーム軸調整用装置やビー
ム形状制御用装置に直接フィードバックするような構成
にすればよい。そこで、本発明では、ビーム通路上の複
数ケ所でビーム像を撮ることのできる撮像手段と、撮像
されたビーム像よりビームの中心位置およびビーム径を
求める画像処理手段と、ビームの軸を調整するためのア
ライメント手段と、ビーム形状を制御するための電磁石
手段を有した構造とする。In general, in charged particle beam accelerators, emittance display is convenient and widely used to express the state of the beam. This emittance is a standard for determining the quality of a beam, and generally a beam with a smaller emittance is considered to be of better quality. A conventional device for measuring the emittance of a charged particle beam, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-49186, is as follows. As shown in FIG. 3, an imaging means is arranged in the beam path to take an image of the charged particle beam traveling in the beam path from the direction of travel. Also,
Electromagnetic means is arranged in front of the imaging means for changing a transfer matrix defined by a phase space between a predetermined point on the beam path and the imaging means. Furthermore, image processing means is provided for determining the quality of the charged particle beam using the captured beam image. In this device, the transfer matrix is changed three times by electromagnetic means, the dispersion of the beam image is determined by the image processing means based on the beam image from the imaging means each time, and the emittance of the charged particle beam is determined from the transfer matrix and the dispersion. ing. [Problems to be Solved by the Invention] In the case of the above device, the transfer matrix used to determine the emittance is obtained by solving the paraxial orbital equation, so the calculation accuracy is poor, and
It is also impossible to obtain the dispersion of the beam image with high accuracy because the brightness distribution of the image is not clear. Therefore, there was a problem that the emittance measurement accuracy was poor. Therefore, the beam could not be adjusted or controlled sufficiently. An object of the present invention is to solve the above problems and provide a means for measuring the emittance of a charged particle beam with high precision, as well as a charged particle beam adjustment device that can adjust the beam axis and control the beam shape. It's about doing. (Means for solving the problem) In order to achieve the first objective above, which is to improve the accuracy of emittance measurement, it is necessary to measure the beam diameter values at multiple locations on the beam path and directly use the measured values. All you need to do is find the emittance.Also, in order to adjust the beam axis and control the beam shape, which is the second purpose above, measure the center position and beam diameter of the beam, and then use the beam axis adjustment device or beam The configuration may be such that direct feedback is provided to the shape control device.Therefore, in the present invention, the present invention includes an imaging means that can take beam images at multiple locations on the beam path, and a system that determines the center position of the beam from the taken beam image. and an image processing means for determining the beam diameter, an alignment means for adjusting the axis of the beam, and an electromagnetic means for controlling the beam shape.
荷電粒子ビーム通路上の複数ケ所でのビーム像を撮像手
段により撮り、そのビーム像よりビームの中心位置およ
びビーム径を画像処理手段によって求める。エミツタン
スはビーム通路上の複数ケ所でのビーム径の値が分かれ
ば直接容易に求めることができるので、画像処理手段に
よって求められたビーム径の値を用いてエミツタンスを
求めることができる。このとき、ビーム形状の測定を行
う空間を電磁界のないドリフト空間にすれば、その間に
おける荷電粒子の運動は全く近似のない正確な計算がで
きる。したがって、ビーム径も容易にかつ高精度で測定
できるので、高精度なエミツタンスの測定が可能となる
。
また１画像処理手段によって求められたビームの中心位
置の信号を直接アライメント手段にフィードバックし、
ビーム通路の中心を荷電粒子ビームが通るようにアライ
メント手段の励磁電流値を変化させれば、ビームの軸調
整を正確に行うことが可能となる。さらに、画像処理手
段によって求められたビーム径の値をビームの集束、発
散を行える電磁石手段にフィードバックすれば、ビーム
形状を制御することが可能となる。Beam images at a plurality of locations on the charged particle beam path are taken by an imaging means, and the center position and beam diameter of the beam are determined from the beam images by an image processing means. Since the emittance can be directly and easily determined if the beam diameter values at a plurality of locations on the beam path are known, the emittance can be determined using the beam diameter values determined by the image processing means. At this time, if the space in which the beam shape is measured is a drift space without an electromagnetic field, the movement of charged particles in that space can be accurately calculated without any approximation. Therefore, since the beam diameter can be measured easily and with high precision, emittance can be measured with high precision. In addition, the signal of the beam center position determined by the image processing means is directly fed back to the alignment means,
By changing the excitation current value of the alignment means so that the charged particle beam passes through the center of the beam path, it becomes possible to accurately adjust the axis of the beam. Furthermore, if the value of the beam diameter determined by the image processing means is fed back to the electromagnetic means that can focus and diverge the beam, it becomes possible to control the beam shape.
【実施例１
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。
第１図において、ビーム通路１には、ビームの当たった
部分だけ発光する発光体２が配置されており、この発光
体２は、発光体移動装置３および発光体移動用レール４
によって、ビーム通路１に沿って連続的に移動できるよ
うになっている。また。
発光体移動装置３には、発光体１に映しだされたビーム
像を撮像するカメラ５が一体となって配置されており、
このカメラ５は発光体２と共に移動できるようになって
いる。また、このカメラ５は画像処理装置６に接続され
ており、この画像処理装置６は計算機７に接続されてい
る。さらに、この計算機７には発光体移動装置３および
可変電流源８が接続されている。発光体２の前方には、
ビームの軸を調整するためのアライナ−９と、ビーム形
状の制御をするための四重極レンズ１０が配置されてお
り、これらアライナ−９および四重極レンズ１０は、計
算機７からの信号に基づいて可変電流源８から電流を供
給されるようになっている。
この装置の動作は、まず、計算機７の信号により発光体
２をビーム通路上のある位置に固定する。
その場所でのビーム像をカメラ５によって撮像し、画像
処理装Ｎ６に入力する。画像処理装置６では、入力され
たビーム像からビームの中心位置およびビーム径を求め
、これらを計算機７に送り、記憶する。次に、計算Ｉ１
７の信号により発光体２をビーム通路上の別の位置に移
動して固定する。ここでもビームの中心位置およびビー
ム径を同様にして求め、計算機７に記憶する。さらに、
計算ＩＩ７の信号によりもう１ケ所別の位置に発光体２
を移動して固定し、そこでのビームの中心位置およびビ
ーム径を同様にして求め、計算機７に記憶する。
すなわち、ビーム通路上の３ケ所でのビームの中心位置
およびビーム径を計算機７に記憶する。
エミツタンスの測定はビーム通路上の３ケ所でのビーム
径の値が分かれば可能であるので、計算機７に記憶され
た３ケ所でのビーム径の値よリエミッタンスが求められ
る。
また、ビームの軸調整をするときには、まず。
計算機７に記憶されているビーム通路上の２ケ所でのビ
ームの中心位置より、軸ずれ量（位置すれと角度ずれ）
を求める。ここで、あらかしめ測定しておいたアライナ
−９の感度（電流に対するアライメント量）に従って計
算機７から可変電流源８に信号を出す。可変電流源８は
、計算機７からの信号に基づいてアライナ−９に電流を
供給し、ビームの軸調整が行われる。
一方、任意場所でのビーム形状を制御する場合は、まず
計算機７に場所と所望のビーム径の値を入力する。次に
、その場所での実際のビーム径を上記と同様にして求め
、所望のビーム径との差を計算機７により求める。もち
ろん、四重極レンズ１０のレンズ特性はあらかじめ分か
っているので、求められたビーム径の差を補正する値も
計算１１７によって求められる。したがって、この値に
より四重極レンズ用可変電流源８を介してビーム形状を
制御できる。
なお、本実施例では、ビーム通路上の３ケ所でのビーム
径およびビームの中心位置を測定することによってエミ
ツタンスの測定およびビームの調整を行ったが、これに
限ることな〈実施できる。
一般に測定個所を増やせばより高精度な測定および調整
が可能になり、２ケ所で行うことも可能である。また、
発光体２は、ビームの調整が終了した時にビーム通路１
から取り除かれる構造になっている。
次に、本発明の別の実施例を第２図により説明する１本
実施例は、ビームの偏向器１１近くで本発明を実施する
場合に有効である。すなわち発光体２のみがビーム通路
１に沿って移動し、カメラ５は大気中に固定しておくよ
うな構成である。これは、１１！１２に映ったビーム像
をガラス窓１３を介してカメラ５によって観測するもの
で、エミツタンスの測定やビームの調整は第１図と同様
に行える。
以上１本発明の実施例について述べたが、これに限るこ
となく、以下に示すような構成でも本発明の本質を損な
うものではない。例えば、第１図の実施例では発光体２
の移動機構として発光体移動用レール４を用いたが、発
光体２がビーム通路１に沿って移動できるものであれば
どのような構造にしてもよい、また、第１．２図の実施
例では、発光体２がビーム通路１に沿って連続移動でき
るような構成としたが、ビーム通路上の特定の複数ケ所
に発光体２を配置するような構成にしてもよい、要はビ
ーム通路上の複数ケ所でビーム形状を撮ることのできる
構成であればよい、また、第１図の実施例では１発光体
２として厚さ数十μ窮の金属板に螢光塗料を塗布したも
のを用いたが、これも竺！粒子ビームによる発光物質で
あれば本実施例の発光体に限ることなく使用できる。ま
た、第１図の実施例では、ビーム形状を制御するための
電磁石手段として四重極レンズ１０を用いたが。
これに限るものではなく１例えば軸対称レンズを用いて
も本発明を実施できる。要はビーム通路上の複数ケ所で
のビームの中心位置およびビーム径を測定し、その測定
値よりエミツタンスの測定やビームの軸調整およびビー
ム形状の制御のできる構成であればよいのである。
■発明の効果】
本発明によれば、簡単な機構で高精度なエミツタンスの
測定ができるので、ビームの軸１１１にやビーム形状の
制御を容易に行える荷電粒子ビーム調整装置を提供でき
る効果がある。Example 1 An example of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, a light emitter 2 is arranged in a beam path 1, and emits light only in a portion hit by the beam.
This allows continuous movement along the beam path 1. Also. A camera 5 that captures a beam image projected on the light emitter 1 is integrally arranged in the light emitter moving device 3.
This camera 5 can move together with the light emitter 2. Further, this camera 5 is connected to an image processing device 6, and this image processing device 6 is connected to a computer 7. Furthermore, a light emitter moving device 3 and a variable current source 8 are connected to this computer 7. In front of the light emitter 2,
An aligner 9 for adjusting the beam axis and a quadrupole lens 10 for controlling the beam shape are arranged, and these aligner 9 and quadrupole lens 10 respond to signals from the computer 7. Based on this, current is supplied from the variable current source 8. In operation of this device, first, the light emitter 2 is fixed at a certain position on the beam path by a signal from the computer 7. A beam image at that location is captured by the camera 5 and input to the image processing device N6. The image processing device 6 determines the center position and beam diameter of the beam from the input beam image, sends these to the computer 7, and stores them. Next, calculation I1
7, the light emitter 2 is moved to another position on the beam path and fixed. Here, the center position and beam diameter of the beam are similarly determined and stored in the computer 7. moreover,
The light emitter 2 is moved to another position according to the signal of calculation II7.
is moved and fixed, and the center position and beam diameter of the beam there are similarly determined and stored in the computer 7. That is, the center position and beam diameter of the beam at three locations on the beam path are stored in the computer 7. Since the emittance can be measured if the beam diameter values at three locations on the beam path are known, the reemittance can be determined from the beam diameter values at the three locations stored in the computer 7. Also, when adjusting the beam axis, first. The amount of axis deviation (positional deviation and angular deviation) from the beam center position at two locations on the beam path stored in the computer 7.
seek. Here, a signal is output from the computer 7 to the variable current source 8 in accordance with the previously measured sensitivity of the aligner 9 (the amount of alignment with respect to the current). The variable current source 8 supplies current to the aligner 9 based on the signal from the computer 7, and the axis of the beam is adjusted. On the other hand, when controlling the beam shape at an arbitrary location, first input the location and desired beam diameter value into the computer 7. Next, the actual beam diameter at that location is determined in the same manner as above, and the difference between it and the desired beam diameter is determined by the calculator 7. Of course, since the lens characteristics of the quadrupole lens 10 are known in advance, a value for correcting the determined difference in beam diameter is also determined by calculation 117. Therefore, the beam shape can be controlled by this value via the variable current source 8 for quadrupole lens. In this embodiment, the emittance was measured and the beam was adjusted by measuring the beam diameter and the beam center position at three locations on the beam path, but the present invention is not limited to this. In general, increasing the number of measurement locations allows for more accurate measurement and adjustment, and it is also possible to perform measurements at two locations. Also,
The light emitter 2 is connected to the beam path 1 when the beam adjustment is completed.
The structure is such that it can be removed from the Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. This embodiment is effective when the present invention is implemented near the beam deflector 11. That is, the configuration is such that only the light emitter 2 moves along the beam path 1, and the camera 5 is fixed in the atmosphere. This is to observe the beam image reflected at 11 and 12 with the camera 5 through the glass window 13, and the emittance measurement and beam adjustment can be performed in the same manner as in FIG. Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto, and the essence of the present invention will not be impaired even if the configurations shown below are used. For example, in the embodiment of FIG.
Although the light emitter moving rail 4 is used as the moving mechanism for the light emitter 2, any structure may be used as long as the light emitter 2 can be moved along the beam path 1. In the above, the configuration is such that the light emitting body 2 can continuously move along the beam path 1, but the configuration may be such that the light emitting body 2 is arranged at a plurality of specific locations on the beam path. Any configuration is sufficient as long as the beam shape can be photographed at multiple locations.In addition, in the embodiment shown in FIG. But this is also true! Any material that emits light by a particle beam can be used without being limited to the light emitting material of this embodiment. Further, in the embodiment shown in FIG. 1, a quadrupole lens 10 is used as an electromagnetic means for controlling the beam shape. The present invention is not limited to this, and the present invention can also be implemented using, for example, an axially symmetrical lens. In short, any configuration that can measure the center position and beam diameter of the beam at multiple locations on the beam path, and use the measured values to measure the emittance, adjust the axis of the beam, and control the beam shape is sufficient. ■Effects of the Invention According to the present invention, emittance can be measured with high accuracy using a simple mechanism, so there is an effect of providing a charged particle beam adjustment device that can easily control the beam axis 111 and beam shape. .
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来の装置の構
成図である。
符号の説明
１：ビーム通路、２：発光体、３：発光体移動装置、４
：発光体移動用レール、５：カメラ、６：画像処理装置
、７：計算機、８：可変電流源、９ニアライナー １０
：四重極レンズ、１１：偏向器、１２：＃４，１３ニガ
ラス窓
第
図
躬
図FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional device. Explanation of symbols 1: Beam path, 2: Light emitter, 3: Light emitter moving device, 4
: Light emitter movement rail, 5: Camera, 6: Image processing device, 7: Computer, 8: Variable current source, 9 Near liner 10
: Quadrupole lens, 11: Deflector, 12: #4, 13 double glass window
Claims (1)
像されたビーム像よりビーム径を求める画像処理手段を
設けた荷電粒子ビーム調整装置において、複数ヶ所での
ビーム径から荷電粒子ビームのエミッタンスを求めるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム調整装置。 ２、請求項１記載の荷電粒子ビーム調整装置において、
該画像処理手段で求められたビーム径情報よりビーム形
状を制御するための電磁石手段を付加したことを特徴と
する荷電粒子ビーム調整装置。 ３、請求項１または請求項２記載の荷電粒子ビーム調整
装置において、撮像されたビーム像よりビームの中心位
置を求めて、ビームの軸調整をするアライメント手段を
設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム調整装置。 ４、請求項１から請求項３記載の上記いずれかに記載の
荷電粒子ビーム調整装置において、撮像手段として少な
くとも３ヶ所以上であることを特徴とする荷電粒子ビー
ム調整装置。[Scope of Claims] 1. In a charged particle beam adjustment device provided with an imaging means for taking a beam image of a charged particle beam and an image processing means for calculating a beam diameter from the taken beam image, A charged particle beam adjustment device characterized by determining the emittance of a particle beam. 2. The charged particle beam adjustment device according to claim 1,
A charged particle beam adjusting device characterized in that an electromagnetic means is added for controlling the beam shape based on the beam diameter information obtained by the image processing means. 3. The charged particle beam adjustment device according to claim 1 or 2, further comprising alignment means for determining the center position of the beam from a captured beam image and adjusting the axis of the beam. Beam adjustment device. 4. The charged particle beam adjusting device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that there are at least three locations as imaging means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2236949A JPH04118843A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Charged particle beam adjuster |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2236949A JPH04118843A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Charged particle beam adjuster |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04118843A true JPH04118843A (en) | 1992-04-20 |
Family
ID=17008146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2236949A Pending JPH04118843A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Charged particle beam adjuster |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04118843A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009186349A (en) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Natl Inst Of Radiological Sciences | Beam monitor sensor and beam monitor with the same |
| CN103207405A (en) * | 2013-05-03 | 2013-07-17 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Beam cluster parameter measuring system for low-energy heavy ions and frequency resonance energy selection energy measuring method |
| JP2019100794A (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-24 | 株式会社東芝 | Device and method for measuring beam emittance |
-
1990
- 1990-09-10 JP JP2236949A patent/JPH04118843A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103207405B (en) * | 2013-05-03 | 2014-12-24 | 中国科学院上海应用物理研究所 | Beam cluster parameter measuring system for low-energy heavy ions and frequency resonance energy selection energy measuring method |
| JP2019100794A (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-24 | 株式会社東芝 | Device and method for measuring beam emittance |
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