JPH05182795A - 直線加速器のビームエネルギ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線加速器のビームエネルギ測定装置の構成
を簡略化するとともに、測定精度を向上させる。 【構成】 直線加速器１２の延長上に偏向電磁石１６を
配置し、この中でビームダクトをビーム輸送部１４とビ
ームエネルギ測定用経路３２に分枝させる。両ビーム経
路１４，３２は偏向半径を異ならせてある。偏向電磁石
をビームエネルギ測定用の励磁量で励磁して、電子ビー
ムｅ^- をビームエネルギ測定用経路３２に導いてビーム
エネルギの測定を行なう。ビームエネルギが測定された
ら、偏向電磁石１６の励磁量を偏向半径の比に応じて増
加させることにより電子ビームｅ^- をビーム輸送部１４
に正しく送り込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シンクロトロン装置
のビーム入射器装置等として利用される直線加速器にお
いて、その出力エネルギを測定するための装置に関し、
構成の簡略化および測定精度の向上を図ったものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、シンクロトロンは、シンクロトロ
ン放射光（ＳＯＲ）装置として、超々ＬＳＩ回路の作
成、医療分野における診断、分子解析、構造解析等様々
な分野への適用が期待されている。

【０００３】ＳＯＲ装置の概要を図２に示す。荷電粒子
発生装置（電子銃等）１０で発生した電子ビームは線型
加速装置（ライナック）１２で光速近くに加速され、ビ
ーム輸送部１４の偏向電磁石１６で偏向されて、インフ
レクタ１８を介して蓄積リング２２内に入射される。蓄
積リング２２に入射された電子ビームは高周波加速空洞
２１でエネルギを与えられながら収束電磁石２３（垂直
方向用）、２５（水平方向用）で収束され、偏向電磁石
２４で偏向されて蓄積リング２２中を回り続ける。偏向
電磁石２４で偏向される時に発生するシンクロトロン放
射光はビームチャンネル２６を通して例えば露光装置２
８に送られて超々ＬＳＩ回路作成用の光源等として利用
される。

【０００４】直線加速器１２は、直線状の加速管を単一
または複数個直列に配して構成され、それぞれ外部から
与えられる高周波により電場を発生し、電子ビームをこ
の電場による波乗り運動により加速する。直線加速器１
２から出射される電子ビームのエネルギは、この外部か
ら与えられる高周波パワーにより決まる。

【０００５】直線加速器１２から出射する電子ビームの
エネルギは、シンクロトロンの運転状況に応じた値に制
御される必要がある。このため、この出射電子ビームエ
ネルギの値を測定する必要がある。

【０００６】従来のビームエネルギ測定装置を図３に示
す。電子発生装置（電子銃等）１０から発生した電子ビ
ームｅ^- は、直線加速器１２に入射される。直線加速器
１２は単一の直線状の加速管または複数の直線状の加速
管を直線状に配して構成され、高周波源３０から供給さ
れる高周波信号により内部に電場を発生し、電子ビーム
ｅ^- をこの電場による波乗り運動により加速する。直線
加速器１２で光速近くに加速された電子ビームｅ^- は、
シンクロトロンへ入射させる時は、ビーム輸送部１４の
偏向電磁石１６で偏向させてインフレクタを介して蓄積
リングへ入射させる。

【０００７】直線加速器１２の延長上にはビーム輸送路
１４から分枝してビームエネルギ測定用経路３２が具え
られている。このビームエネルギ測定用経路３２は、直
線加速器１２の出口からその延長上に延びる真空ダクト
３４を具え、ビーム輸送路１４と平行に配置された偏向
路３８に連通している。偏向路３８の端は閉塞されてい
る。真空ダクト３４と偏向路３８との折曲部にはエネル
ギ測定用偏向電磁石３６が配設されている。

【０００８】ビームエネルギの測定はシンクロトロンへ
の入射に先立って行なわれ、この時ビーム輸送部偏向電
磁石１６は非励磁、エネルギ測定用偏向電磁石３６は励
磁とされ、直線加速器１２から出射される電子ビームｅ
^- はビームエネルギ測定経路３２を直進して、エネルギ
測定用偏向電磁石３６で偏向路３８の方向に偏向され
る。

【０００９】偏向路３８内には、図３中に拡大して示す
ように、中央部にスリット４０が形成されたスリット板
４２が固定配設されている。スリット４０は所定軌道ｌ
上に形成されている。

【００１０】スリット板４２の下流側における偏向路３
８の外周には変流器４４が配設されている。変流器４４
にはスリット４０を通過した電子ビームｅ^- の電流値に
応じた出力が得られる。電流値検出手段４６は、この変
流器出力からスリット４０を通過した電子ビームｅ^- の
電流値を検出する。スリット４０を通過した電子ビーム
ｅ^- は偏向路３８の端部に衝突して消滅する。

【００１１】以上の構成において、電磁石電源５０を制
御して、エネルギ測定用偏向電磁石３６の励磁量を変化
させることにより、ビームエネルギ測定用経路３２での
電子ビームｅ^- の偏向量が変わる。この偏向量はビーム
エネルギに比例するので、電流値検出手段４６で検出さ
れるビーム電流値が最も大きくなる時の（すなわち、最
も多くの電子ビームｅ^- がスリット４０を通過する時
の）励磁量からビームエネルギがわかる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のビームエネ
ルギ測定装置によれば、ビーム輸送用の偏向電磁石１６
の他にビームエネルギ測定用偏向電磁石３６が必要とな
るため構成が複雑であり、その配置スペースも広く必要
となる欠点があった。また、偏向電磁石１６と同じ型式
の偏向電磁石３６を用いたとしても、個体差により特性
に多少の差異があるので、同じビームエネルギでも励磁
量と偏向量の関係が偏向電磁石１６と偏向電磁石３６と
で異なり、ビームエネルギを高精度に測定することがで
きなかった。このため、電子ビームｅ^- が最も多くスリ
ット４０を通過する時のエネルギ測定用偏向電磁石３６
の励磁電流値を求めて、これと同じ電流値をビーム輸送
用電磁石１６に供給しても、電子ビームｅ^- はビーム輸
送部１４の中心軌道を正しく通らないといった事態が生
じる問題があった。

【００１３】この発明は、従来の技術における欠点を解
決して、構成を簡略化するとともに、測定精度の向上を
図った直線加速器のビームエネルギ測定装置を提供しよ
うとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、粒子ビーム
を直線状の加速管内で高周波電界を用いて加速する直線
加速器において、この直線加速器の粒子ビーム出口から
異なる偏向半径または偏向方向で２方向に分岐して形成
されたビーム輸送部およびビームエネルギ測定用経路
と、このビームエネルギ測定用経路に配置されたビーム
エネルギ検出手段と、前記分岐位置で前記ビーム輸送部
とビームエネルギ測定用経路の両方にまたがって配置さ
れた偏向電磁石と、この偏向電磁石の励磁量を前記ビー
ム輸送部への供給用と前記ビームエネルギ測定用経路へ
の供給用に切り換えて制御する励磁量制御手段とを具備
してなるものである。

【００１５】

【作用】この発明によれば、偏向電磁石の励磁量や励磁
方向を変えることにより、ビームをビーム輸送部とビー
ムエネルギ測定用経路に振り分けてビームエネルギ測定
とビーム輸送を切換えて行なうことができる。そして、
これによれば、ビームエネルギ測定用とビーム輸送用に
偏向電磁石を共用しているので構成を簡略化することが
できる。また、偏向電磁石を個々に具えた時のような個
体差の問題がなくなり、ビームエネルギを高精度に測定
することができる。

【００１６】

【実施例】この発明の一実施例を図１に示す。電子発生
装置（電子銃等）１０から発生した電子ビームｅ^- は、
直線加速器１２に入射される。直線加速器１２は単一の
直線状の加速管または複数の直線状の加速管を直線状に
配して構成され、高周波源３０から供給される高周波信
号により内部に磁場を発生し、電子ビームｅ^- をこの電
場による波乗り運動により光速近くに加速する。

【００１７】直線加速器１２の延長上には偏向電磁石１
６が配設され、この中でビームダクトは図４に拡大して
示すように、ビーム輸送部１４とビームエネルギ測定用
経路３２に分岐されている。両経路１４，３２は偏向半
径を異ならせてある。

【００１８】ビームエネルギ測定用経路３２内には、図
１中に拡大して示すように、中央部にスリット４０が形
成されたスリット板４２が固定配設されている。スリッ
ト４０は所定軌道ｌ上に形成されている。

【００１９】スリット板４２の下流側におけるビームエ
ネルギ測定用経路３２の外周には変流器４４が配設され
ている。変流器４４にはスリット４０を通過した電子ビ
ームｅ^- の電流値に応じた出力が得られる。電流値検出
手段４６は、この変流器出力からスリット４０を通過し
た電子ビームｅ^- の電流値を検出する。スリット４０を
通過した電子ビームｅ^- はビームエネルギ測定用経路３
２の端部に衝突して消滅する。

【００２０】演算および制御手段４８は、例えばパーソ
ナルコンピュータで構成され、電磁石電源５０の出力を
制御して、偏向電磁石３６の励磁量を自動的に変化させ
ることにより直線加速器１２の出力ビームエネルギを自
動測定する。また、高周波源３０を制御して高周波信号
Ｓのパワーを自動的に変化させることにより、直線加速
器１２の出力ビームエネルギを所定値に自動設定する。

【００２１】演算および制御手段４８による直線加速器
出口ビームエネルギの自動測定および自動設定の具体例
について説明する。

【００２２】(1) ビームエネルギの自動測定 電子ビームｅ^- は、偏向電磁石１６による磁場（垂直方
向に磁束が生じている）により、図５のように偏向を受
けるが、この時の電子ビームエネルギは次式で与えられ
る。

【００２３】 Ｅ＝０．３Ｂ₁ ρ₁ （１） ただし、Ｅ：電子ビームエネルギ〔ＧｅＶ〕 Ｂ₁ ：偏向磁場強度（励磁量）〔テスラ〕 ρ：ビームエネルギ測定用経路３２の偏向半径

【００２４】したがって、スリット４０を適当な位置に
配置して偏向半径ρ₁ を決めれば、電子ビームｅ^- がこ
のスリット４０を通過するための偏向磁場強度すなわち
励磁量Ｂ₁ は、ビームエネルギＥに応じて一義的に定ま
る。したがって、この偏向磁場を通過する電子ビームｅ
^- のエネルギに対して励磁量がそれに見合った値であれ
ば、図６（ａ）に示すように電子ビームｅ^- はスリット
４０を通過し、変流器４４の出力は大きくなる。これに
対し、励磁量が高すぎる場合は同（ｂ）に示すように電
子ビームｅ^- は大きく偏向されてスリット板４２に衝突
し、変流器４４の出力は小さくなる。同様に、励磁量が
低すぎる場合は、同（ｃ）に示すように電子ビームｅ^-
は小さく偏向されてスリット板４２に衝突し、変流器４
４の出力は小さくなる。

【００２５】そこで、図１の演算および制御手段４８
は、図７に示すフローに従ってビームエネルギの自動測
定を行なう。すなわち、電子ビームｅ^- の入射周期（例
えば１秒間に１〜数発）に応じたスピードで偏向電磁石
１６の偏向量をある範囲内で低い値から高い値まで自動
的に順次スイープさせていく（ステップＳ１）。この時
電流値検出手段４６で検出されるビーム電流値は図８に
示すように変化する。ビーム電流値が最大となる（つま
り電子ビームｅ^- の多くがスリット４０を通過する）時
の励磁量がビームエネルギに相当するので、このビーム
電流値最大時の励磁量を求める（ステップ２）。そし
て、前記（１）式よりビームエネルギを求める（ステッ
プＳ３）。この求められたビームエネルギは表示器等に
表示される。このようにして、ビームエネルギの自動測
定が行なわれる。

【００２６】ビームエネルギが測定されたら、これに基
づいて偏向電磁石１６の励磁量調整することにより、電
子ビームをビーム輸送部１４に正しく送り込むことがで
きる。すなわち、図４に示すように、ビームエネルギＥ
が同じであれば、 Ｅ＝０．３Ｂ₁ ρ₁ ＝０．３Ｂ₂ ρ₂ の関係が成り立つから、ビーム輸送時の励磁量は Ｂ₂ ＝Ｂ₁ ρ₁ ／ρ₂ に設定すればよいことになる。偏向電磁石１６を共通に
用いるので個体差によるビーム軌道の誤差は生じない。
この励磁量の切換はオペレータによるモード切換指令に
基づいてパソコン４８で自動的に行なわれる。

【００２７】(2) ビームエネルギの自動設定 偏向電磁石１６の励磁量をある値に設定すれば、ビーム
エネルギがこれに見合う値の時は電子ビームｅ^- はスリ
ット４０を通過し（図６（ａ））、それ以外のビームエ
ネルギの時は電子ビームｅ^- はスリット板４２に衝突す
る（同（ｂ），（ｃ））。

【００２８】そこで、演算および制御手段４８は図９に
示すフローに従ってビームエネルギの自動設定を行な
う。すなわち、演算および制御手段４８にビームエネル
ギ設定値を入力すると（ステップＰ１）、電磁石電源５
０を制御してこのビームエネルギ値Ｅに見合った励磁量
Ｂ₁ （電子ビームｅ^- がこの設定されたビームエネルギ
値のときにスリット４０を通過するために必要な励磁
量）に偏向電磁石１６を制御する（ステップＰ２）。そ
して、電子ビームｅ^- の入射周期に応じたスピードで高
周波源３０の出力高周波パワーをある範囲内で低い値か
ら高い値まで自動的に順次スイープしていく（ステップ
Ｐ３）。この時電流値検出手段４６で検出されるビーム
電流値は図１０に示すように変化する。ビーム電流値が
最大となる（つまり電子ビームｅ^- の多くがスリット４
０を通過する）時の高周波パワーを検出して（ステップ
Ｐ４）、その値に高周波パワーを固定する（ステップＰ
５）。これにより、電子ビームエネルギは前記設定値に
自動設定される。自動設定されたら、前記同様に、励磁
量Ｂ₂ を Ｂ₂ ＝Ｂ₁ ρ₁ ／ρ₂ に設定すれば、電子ビームをビーム輸送部１４に正しく
供給することができる。

【００２９】

【他の実施例】前記実施例ではビームエネルギ測定用経
路３２とビーム輸送路１４を同じ方向に偏向させたが、
図１１に示すように異なる方向に偏向させることもでき
る。この場合、偏向電磁石１６の磁場の方向は、ビーム
エネルギ測定時とビーム輸送時とで逆方向にする。ま
た、この場合は偏向半径を等しくすることができ、そう
すれば、ビームエネルギ測定後にビーム輸送を行なう時
に励磁電流の絶対値は同じで極性のみ反転させればよく
なる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ビームエネルギ測定用とビーム輸送用に偏向電磁石
を共用しているので構成を簡略化することができる。ま
た、偏向電磁石を個々に具えた時のような個体差の問題
がなくなり、ビームエネルギを高精度に測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】ＳＯＲ装置の概要を示す平面図である。

【図３】従来装置を示す平面図である。

【図４】図１の偏向電磁石１６の付近の拡大図である。

【図５】ビームエネルギと偏向磁場強度および偏向半径
の関係を説明する図である。

【図６】偏向磁場強度またはビームエネルギの大きさに
応じた電子ビームの軌跡を示す図である。

【図７】ビームエネルギ自動測定手順の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図８】励磁量をスイープさせた時のビーム電流値の変
化を示す線図である。

【図９】ビームエネルギの自動設定手段の一例を示すフ
ローチャートである。

【図１０】高周波パワーをスイープさせた時のビーム電
流値の変化を示す線図である。

【図１１】この発明の他の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１２ 直線加速器 １４ ビーム輸送部 １６ 偏向電磁石 ３２ ビームエネルギ測定用経路 ４２，４４ スリット板、変流器（ビームエネルギ検出
手段） ４８ 演算および制御手段（励磁量制御手段） ｅ^- 電子ビーム（粒子ビーム）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子ビームを直線状の加速管内で高周波電
   界を用いて加速する直線加速器において、 この直線加速器の粒子ビーム出口から異なる偏向半径ま
   たは偏向方向で２方向に分岐して形成されたビーム輸送
   部およびビームエネルギ測定用経路と、 このビームエネルギ測定用経路に配置されたビームエネ
   ルギ検出手段と、 前記分岐位置で前記ビーム輸送部とビームエネルギ測定
   用経路の両方にまたがって配置された偏向電磁石と、 この偏向電磁石の励磁量を前記ビーム輸送部への供給用
   と前記ビームエネルギ測定用経路への供給用に切り換え
   て制御する励磁量制御手段とを具備してなる直線加速器
   のビームエネルギ測定装置。