JPH065389A - Beam monitor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To measure the center position and size of a charged particle beam quickly using one measuring instrument without giving much disturbance to the beam by securing a plurality of charged particle sensors and a scraper to the frame, and driving specifically. CONSTITUTION:Sensing signals given by two charged particle sensors 11 having preferably the same shape and size and of the same material are passed through a filter 16 and amplifier 17 and fed to an adder 18. A controller 15 having received the signals sends a command signal to a driver 14 so that the sum of the two signals nullifies, and a driving part 13 having received it moves a frame 19. From this position, the center position 2 of a charged particle beam 1 can be determined. Thereafter a scraper 12 as attachment to the frame 19 is moved in the direction of the center track, and the beam size can be sensed from the position of the scraper 12 at the time of point, when the beam current is going to decrease, and the beam center position which has already been determined.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームの加速
や蓄積を行う加速器に好敵な荷電粒子ビームモニタに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam monitor suitable for an accelerator for accelerating and accumulating a charged particle beam.

【０００２】[0002]

【従来の技術】加速器の一例として、環状型加速器の全
体図を図３に示す。本装置は荷電粒子を入射する入射器
３、及び粒子を加速あるいは蓄積する環状型加速器５０
によって構成されている。入射器３としては、ライナッ
クやシンクロトロン，マイクロトロン等が使われてい
る。環状型加速器５０は、荷電粒子ビーム１を閉じ込め
る真空容器を形成するビームダクト７，荷電粒子ビーム
１の軌道を偏向させる偏向磁石５，荷電粒子ビーム１を
収束する四極磁石６、及び荷電粒子ビーム１を加速する
高周波加速空胴４，ビーム電流を検出するビーム電流モ
ニタ２０，荷電粒子ビームの位置やビームサイズを測る
モニタ２１等で構成されている。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an overall view of an annular accelerator as an example of an accelerator. The present apparatus includes an injector 3 for injecting charged particles and an annular accelerator 50 for accelerating or accumulating particles.
It is composed by. As the injector 3, a linac, a synchrotron, a microtron or the like is used. The annular accelerator 50 includes a beam duct 7 forming a vacuum container for confining the charged particle beam 1, a deflection magnet 5 for deflecting the trajectory of the charged particle beam 1, a quadrupole magnet 6 for converging the charged particle beam 1, and the charged particle beam 1. It comprises a high-frequency acceleration cavity for accelerating the beam, a beam current monitor 20 for detecting the beam current, a monitor 21 for measuring the position and beam size of the charged particle beam, and the like.

【０００３】環状型加速器５０において荷電粒子ビーム
の中心位置を検出するビーム位置モニタとして、図４に
示すような電極を用いたモニタがある。これは、４個の
ボタン型電極６０と信号処理器７０からなる。真空ダク
ト７に取り付けた４個のボタン型電極６０からの検出信
号から水平方向及び垂直方向の荷電粒子ビームの中心位
置を検出する。この種の装置は、例えば、プロシーディ
ング オブ １９９１アイ・イー・イー・イー パーテ
ィクル アクセラレータ コンファランス(Proceedings
of １９９１ IEEE Particle Accelerator Conference)
pp１１２１−１１２３で論じられている。As a beam position monitor for detecting the center position of the charged particle beam in the annular accelerator 50, there is a monitor using electrodes as shown in FIG. It consists of four button electrodes 60 and a signal processor 70. The center position of the charged particle beam in the horizontal and vertical directions is detected from the detection signals from the four button-type electrodes 60 attached to the vacuum duct 7. This type of device is, for example, the Proceedings of 1991 IEE Particle Accelerator Conference.
of 1991 IEEE Particle Accelerator Conference)
pp1121-1123.

【０００４】また、放射光が発生しないような低エネル
ギの荷電粒子ビームのビームサイズを検出するビームサ
イズモニタとして、図５に示したワイヤスキャン型のモ
ニタがある。これは、ワイヤ２０を固定するフレーム１
９，フレーム１９を移動する駆動部１３，駆動部１３を
電気的に駆動するドライバ１４及びこれを制御するコン
トローラ１５から成る。例えば、カーボン製のワイヤ２
０を粒子軌道上におき、荷電粒子ビーム１がワイヤ２０
に衝突する際に発生する２次電子を検出する。ワイヤ２
０を駆動部１３で水平方向に移動して、荷電粒子の分布
を測定する。この種の装置は、例えば、プロシーディン
グ オブ １９９１ アイ・イー・イー・イー パーテ
ィクル アクセラレータ コンファランス(Proceedings
of 1991IEEE Particle Accelerator Conference）pp１
１８６−１１８８で論じられている。As a beam size monitor for detecting the beam size of a charged particle beam of low energy which does not generate synchrotron radiation, there is a wire scan type monitor shown in FIG. This is the frame 1 that secures the wire 20.
9, a drive unit 13 that moves the frame 19, a driver 14 that electrically drives the drive unit 13, and a controller 15 that controls the driver 14. For example, carbon wire 2
0 on the particle orbit and the charged particle beam 1 moves to the wire 20.
The secondary electrons generated when colliding with are detected. Wire 2
0 is moved in the horizontal direction by the driving unit 13, and the distribution of charged particles is measured. This type of device is, for example, the Proceedings of 1991 IEE Particle Accelerator Conference.
of 1991IEEE Particle Accelerator Conference) pp1
186-1188.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記に示した電極を使
ったモニタでは、ビームの中心位置しか測ることができ
ず、ビームサイズは測れない。一方、ワイヤフレーム型
のモニタではビームの中心位置と同時にビームサイズを
測ることができるが、ビームの中心に擾乱を与えるた
め、低エネルギの荷電粒子ビームに対しては、ビームが
ふくれあがり実際のビームサイズを測ることはできな
い。In the monitor using the electrodes described above, only the center position of the beam can be measured, and the beam size cannot be measured. On the other hand, a wire-frame type monitor can measure the beam size at the same time as the beam center position, but since it causes disturbance at the beam center, the beam swells up to the charged particle beam of low energy and the actual beam size is increased. Can't be measured.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】荷電粒子の軌道上の両側
に荷電粒子検出器を設置し、この２個の荷電粒子検出器
からの検出信号の差が零になるように、２個の荷電粒子
検出器をその間隔を一定に保ちながら、ビーム軌道に対
して横方向に移動して、その位置からビームの中心位置
を求める。さらに、荷電粒子ビームの周辺部を削り取る
付属のスクレーパを荷電粒子ビームの中心位置の方向に
近付けて、既設のビーム電流モニタからの検出信号から
ビーム電流が少し減り始める時点を検出して、その時の
スクレーパの位置及び２個の荷電粒子検出器で既に求め
てあるビームの中心位置とからビームサイズを求める。Charged particle detectors are installed on both sides of the trajectory of charged particles, and two charged particles are detected so that a difference between detection signals from the two charged particle detectors becomes zero. The particle detector is moved laterally with respect to the beam trajectory while keeping the interval constant, and the center position of the beam is obtained from the position. Further, bring the attached scraper, which scrapes off the periphery of the charged particle beam, toward the direction of the center position of the charged particle beam, and detect the time when the beam current begins to decrease slightly from the detection signal from the existing beam current monitor. The beam size is obtained from the position of the scraper and the center position of the beam already obtained by the two charged particle detectors.

【０００７】[0007]

【作用】荷電粒子検出器はビームに擾乱を与えないよう
にビームから離れた状態にしておく。また、ビームサイ
ズを測るときは、ビーム電流の減少はなるべく小さめに
抑える。これにより、ビームに余り擾乱を与えないで、
ビームの中心位置とビームサイズの両方を一つの測定器
で短時間のうちに測定することができる。The charged particle detector is kept away from the beam so as not to disturb the beam. Also, when measuring the beam size, the decrease in beam current should be kept as small as possible. This will give the beam less disturbance,
Both the center position of the beam and the beam size can be measured with a single measuring device in a short time.

【０００８】[0008]

【実施例】図１に実施例を示す。ビームモニタは、複数
個の荷電粒子検出器１１，荷電粒子ビーム１の周辺部を
削り取るスクレーパ１２，荷電粒子検出器１１及びスク
レーパ１２を固定するフレーム１９，フレーム１９を移
動する駆動部１３，駆動部１３を電気的に駆動するドラ
イバ１４及びこれを制御するコントローラ１５，２個の
荷電粒子検出器１１からの信号から雑音信号を取り除く
フィルタ１６、さらにその信号を増幅する増幅器１７、
及び２本の信号を加える加算器１８等から成る。荷電粒
子検出器１１は、単にコイルを巻いたものや衝突した荷
電粒子そのものを検出する金属板等でも良い。コイルは
検出感度を上げるため、図２のようにコイル面はビーム
の軌道面となるべく一致するようにする。また、いずれ
の荷電粒子検出器を用いるにしても、１対の荷電粒子検
出器１１は電流検出特性が同じになるように、なるべく
同一の形，大きさ，材質で作る。この２個の荷電粒子検
出器１１の検出信号は、フィルタ１６と増幅器１７を経
由して加算器１８に送られ、その信号を取り入れたコン
トローラ１５は２個の荷電粒子検出器１１の検出信号の
和が零になるように指令信号をドライバ１４に送って、
それを受けて駆動部１３がフレーム１９を移動する。２
個の荷電粒子検出器１１の検出信号の和が零になるとき
のフレーム１９の位置から荷電粒子ビームの中心位置が
求まる。EXAMPLE FIG. 1 shows an example. The beam monitor includes a plurality of charged particle detectors 11, a scraper 12 that scrapes off the peripheral portion of the charged particle beam 1, a frame 19 that fixes the charged particle detector 11 and the scraper 12, a drive unit 13 that moves the frame 19, and a drive unit. A driver 14 for electrically driving 13 and a controller 15 for controlling the same, a filter 16 for removing a noise signal from signals from the two charged particle detectors 11, and an amplifier 17 for amplifying the signal.
And an adder 18 for adding two signals. The charged particle detector 11 may be a coil or a metal plate that detects the colliding charged particles themselves. In order to increase the detection sensitivity of the coil, the coil surface should be as close as possible to the orbital surface of the beam as shown in FIG. In addition, whichever charged particle detector is used, the pair of charged particle detectors 11 are made to have the same shape, size, and material as possible so that the current detection characteristics are the same. The detection signals of the two charged particle detectors 11 are sent to the adder 18 via the filter 16 and the amplifier 17, and the controller 15 that takes in the signals outputs the detection signals of the two charged particle detectors 11. Send a command signal to the driver 14 so that the sum becomes zero,
In response to this, the drive unit 13 moves the frame 19. Two
The center position of the charged particle beam can be obtained from the position of the frame 19 when the sum of the detection signals of the individual charged particle detectors 11 becomes zero.

【０００９】荷電粒子ビームの中心位置を求めた後、フ
レーム１８に固定した付属のスクレーパ１２を中心軌道
の方向に移動させる。この場合、荷電粒子検出器１１が
金属板等でできていて荷電粒子そのものを検出するタイ
プの場合は、荷電粒子検出器１１そのものがスクレーパ
１２の役割を果たすので、別途スクレーパ１２を設ける
必要はない。そして、図３に示した既設の電流モニタ２
０による電流信号が少し減り始めた時点でのスクレーパ
１２あるいは荷電粒子検出器１１の位置と、既に求めて
ある荷電粒子ビームの中心位置とからビームサイズが求
まる。After determining the center position of the charged particle beam, the attached scraper 12 fixed to the frame 18 is moved in the direction of the center orbit. In this case, in the case where the charged particle detector 11 is made of a metal plate or the like and detects the charged particles themselves, the charged particle detector 11 itself plays the role of the scraper 12, so that it is not necessary to separately provide the scraper 12. . Then, the existing current monitor 2 shown in FIG.
The beam size can be obtained from the position of the scraper 12 or the charged particle detector 11 at the time when the current signal due to 0 starts to decrease a little and the already obtained central position of the charged particle beam.

【００１０】なお、ここに示した実施例では、１対の荷
電粒子検出器１１は水平の位置に取り付けており、この
場合は水平方向の荷電粒子ビームの中心位置および水平
方向のビームサイズが求まる。１対の荷電粒子検出器を
垂直の位置に取り付けると、垂直方向の荷電粒子ビーム
の中心位置および垂直方向のビームサイズが求まる。In the embodiment shown here, the pair of charged particle detectors 11 are mounted at horizontal positions. In this case, the central position of the horizontal charged particle beam and the horizontal beam size are obtained. . When the pair of charged particle detectors is mounted in the vertical position, the central position of the charged particle beam in the vertical direction and the beam size in the vertical direction are obtained.

【００１１】[0011]

【発明の効果】ビームに余り擾乱を与えないで、ビーム
の中心位置とビームサイズの両方を一つの測定器で短時
間のうちに測定することができる。また、２個の荷電粒
子検出器からの検出信号の差が零になるような荷電粒子
検出器の位置からビームの中心位置を求めるので、ビー
ムの中心位置を高精度で測ることができる。さらに、ビ
ームの中心位置及びビームサイズを一つの測定器で測れ
るので、加速器全体の小型化が図れる。[Effects of the Invention] Both the center position and the beam size of a beam can be measured in a short time by a single measuring device without giving much disturbance to the beam. Further, since the center position of the beam is obtained from the position of the charged particle detector so that the difference between the detection signals from the two charged particle detectors becomes zero, the center position of the beam can be measured with high accuracy. Further, since the central position of the beam and the beam size can be measured by one measuring device, the size of the accelerator as a whole can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図２】荷電粒子検出器としてのコイルの向きを示す斜
視図。FIG. 2 is a perspective view showing the orientation of a coil as a charged particle detector.

【図３】加速器の一例を示す上面図。FIG. 3 is a top view showing an example of an accelerator.

【図４】第１の従来例を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first conventional example.

【図５】第２の従来例を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…荷電粒子ビーム、２…荷電粒子ビームの中心位置、
７…真空ダクト、１１…荷電粒子検出器、１２…スクレ
ーパ、１３…駆動部、１４…ドライバ、１５…コントロ
ーラ、１６…フィルタ、１７…増幅器、１８…加算器。1 ... charged particle beam, 2 ... central position of charged particle beam,
7 ... Vacuum duct, 11 ... Charged particle detector, 12 ... Scraper, 13 ... Drive part, 14 ... Driver, 15 ... Controller, 16 ... Filter, 17 ... Amplifier, 18 ... Adder.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】荷電粒子の平衡軌道およびそのまわりの安
定軌道を形成する偏向磁石・四極磁石等の磁石系装置
と、前記荷電粒子を加速するための高周波加速空胴と、
前記荷電粒子を閉じ込める真空容器等からなる環状型粒
子加速器において、前記荷電粒子の軌道上の両側に荷電
粒子検出器を設置し、この２個の前記荷電粒子検出器か
らの検出信号の差が零になるように、前記荷電粒子検出
器をその間隔を一定に保ちながら、ビーム軌道に対して
横方向に移動し、その位置からビームの中心位置を検出
し、荷電粒子ビームの周辺部を削り取る付属のスクレー
パをビームの中心位置の方に近付けて、ビーム電流が少
し減り始める時点での前記スクレーパの位置及び２個の
荷電粒子検出器で既に求めてあるビームの中心位置とか
らビームサイズを検出することを特徴とするビームモニ
タ。1. A magnet system device such as a deflection magnet and a quadrupole magnet that forms an equilibrium orbit of charged particles and a stable orbit around the equilibrium orbit, and a high-frequency acceleration cavity for accelerating the charged particles.
In an annular particle accelerator including a vacuum container for confining the charged particles, charged particle detectors are installed on both sides of the charged particle on an orbit, and a difference between detection signals from the two charged particle detectors is zero. The charged particle detector moves laterally with respect to the beam trajectory while keeping the interval constant, detects the center position of the beam from that position, and scrapes the peripheral part of the charged particle beam. The scraper is moved closer to the center position of the beam, and the beam size is detected from the position of the scraper at the time when the beam current starts to decrease slightly and the center position of the beam already obtained by the two charged particle detectors. A beam monitor characterized by that.