(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて上記一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置であって、上記電極に対しビーム軸方向に設けられ、上記電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備えたことを特徴とする静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項２】
アースは、荷電粒子が通過するダクトであることを特徴とする請求項１記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項３】
金属片は、一対の電極に対して各々設けられたことを特徴とする請求項１記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項４】
金属片は、１つの電極に対して複数個設けられたことを特徴とする請求項１記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項５】
金属片と電極とのビーム軸方向の間隔を調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項６】
金属片に電圧を印加する電源を備えたことを特徴とする請求項１記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項７】
電源を複数備えたことを特徴とする請求項６記載の静電誘導型ビーム位置検出装置。
【請求項８】
荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて上記一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、上記電極に対しビーム軸方向に設けられ、上記電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、上記金属片をビーム軸方向に移動させることにより上記電極の静電容量を調整することを特徴とする静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法。
【請求項９】
荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて上記一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、上記電極に対しビーム軸方向に設けられ、上記電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、上記金属片に電圧を印加することにより上記電極の静電容量を調整することを特徴とする静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法。
【請求項１０】
複数の金属片と、これらの金属片に対応して設けられた複数の電源とを備えた静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、比較的に大きな電圧を印加する電源により電極の静電容量を大きく変化させる段階と、比較的に小さな電圧を印加する電源により電極の静電容量を小さく変化させる段階とからなることを特徴とする請求項９記載の静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、荷電粒子加速器又は蓄積リング等の荷電粒子が通過するダクトを有する装置において、荷電粒子の通過位置を検出する静電誘導型ビーム位置検出装置及び該装置の調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電誘導型ビーム位置検出装置は、荷電粒子加速器や蓄積リング等において、荷電粒子ビームを閉軌道上で周回させる場合に、荷電粒子ビームの通過位置を測定する。この測定結果は、荷電粒子ビームの軌道修正に用いられ、もっとも効率の良い軌道を周回させることを可能としている。
【０００３】
図９は、１９８６年８月２５日から２８日にかけて開催されたＯＨＯ’８６高エネルギー加速セミナーにおいて頒布された資料「ビーム・モニタとビーム不安定性」（第II−２６頁乃至II−２７頁）に示された静電誘導型ビーム位置検出装置としての静電誘導型ビーム位置モニターを示す斜視図、図１０は該静電誘導型ビーム位置モニターを示す平面図である。
図において１０１、１０２は、箱型の電極板であり対角線上に入れたスリットで左右に２分した形状を持ち、荷電粒子ビームが通過する領域を囲うように設置される。この時、図１０に示す如くビーム軌道が中心からＸｍｍ変位した位置を通過すると、左右それぞれの電極に誘起する電圧に差が生じる。
左側電極  ＶＬ＝Ｑ／ＣＬ×（Ｘ／Ｗ＋１／２）
右側電極  ＶＲ＝Ｑ／ＣＲ×（−Ｘ／Ｗ＋１／２）
ここで、Ｑはビームの電荷量、ＣＬ、ＣＲはそれぞれ左右電極の静電容量で、Ｗは電極の幅である。この左右の電極に発生する電圧の違いを利用して、ビームの位置を検出する事ができる。
【０００４】
静電誘導型ビーム位置モニターにおいて、高精度の位置測定を行うための条件のひとつは、左右の電極の静電容量が一致している事である。左右の電極の静電容量に違いがあれば、例えば、ビームが中心を通過していても、左右の電極に誘起する電圧に違いが生じるために、ビームの位置が変位していると検出される。
【０００５】
図１１は１９９９年２月に発表された「重イオンクーラーシンクロトロンＴＡＲＮIIにおけるビーム軌道に関する研究とその補正のための高感度位置モニターの開発」（ＫＥＫ  ＲＥＰＯＲＴ  ９８−１５  第３７頁）で示された従来の静電誘導型ビーム位置モニターを示す平面図、図１２は該静電誘導型ビーム位置モニターを示す断面図である。図において電極板１０３は上下に設置されており、それぞれ斜めにスリットが入って、左右に略三角形の形状の電極として分割されている。これらの電極板１０３は電極板外側に設置されたアース板１０４から絶縁されて支持されている。電極板１０３とアース板１０４の間隔は、電極板の支持構造に間隔調整機構を持たせることで、微調整することができる。電極板１０３とアース板１０４の間隔を各々調整することによって、各々の電極板１０３の静電容量が変化する。この静電容量を調整して、上下左右の４枚の電極板の静電容量を同じ値に調整することによって、位置測定精度を向上させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の静電誘導型位置モニターでは、電極板をアース板から絶縁して支持し、なおかつ、電極板とアース板の間隔を調整するための構造を持たせる必要がある。このような調整機構は、構造が複雑であり、加速器全体が小型化するに伴い、設置が困難になってくる。
また、アース板と電極板の間隔と、電極の静電容量は反比例の関係にあるために、静電容量を１％変化させるためには、間隔を約１％調整することになり、例えば間隔が１０ｍｍである場合は、調整距離は０．１ｍｍと非常に小さくなり、調整が難しい。
【０００７】
また、電極板の付近に金属や誘電体が接近すると、これらの影響によって電極の静電容量が変化し、静電容量の微調整を困難にする。このような変動を避けるために、電極板の周囲に電気的なシールドを施す必要があった。
【０００８】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであって、電極の静電容量の微調整を容易に可能とする静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【０００９】
また、この発明は、簡略な構成の静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１０】
また、この発明は、静電容量の調整範囲が広い静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１１】
また、この発明は、より精密な静電容量の調整が可能な静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１２】
また、この発明は、静電容量の調整に際し、装置を分解する必要のない静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１３】
また、この発明は、静電容量の調整に際し、機械的な調整が不要である静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１４】
また、この発明は、静電容量の調整のバリエーションが多い静電誘導型ビーム位置検出装置を提供するものである。
【００１５】
また、この発明は、電極の静電容量の微調整を容易に可能とする静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法を提供するものである。
【００１６】
また、この発明は、機械的な調整が不要である静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法を提供するものである。
【００１７】
また、この発明は、機械的な調整が不要で、かつ、精密な静電容量の調整ができる静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備えたものである。
【００１９】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、荷電粒子が通過するダクトをアースとしたものである。
【００２０】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、一対の電極に対して金属片を各々設けたものである。
【００２１】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、１つの電極に対して金属片を複数個設けたものである。
【００２２】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、金属片と電極とのビーム軸方向の間隔を調整する調整手段を備えたものである。
【００２３】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、金属片に電圧を印加する電源を備えたものである。
【００２４】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置は、電源を複数備えたものである。
【００２５】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法は、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、金属片をビーム軸方向に移動させることにより電極の静電容量を調整するものである。
【００２６】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法は、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、金属片に電圧を印加することにより電極の静電容量を調整するものである。
【００２７】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法は、複数の金属片と、これらの金属片に対応して設けられた複数の電源とを備えた静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、比較的に大きな電圧を印加する電源により電極の静電容量を大きく変化させる段階と、比較的に小さな電圧を印加する電源により電極の静電容量を小さく変化させる段階とからなるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の構成を示す斜視図、図２は実施の形態１の構成を示す断面図、図３は実施の形態１の構成を示す底面図である。図において、１は斜めにスリットが入れられ略三角形状を有する箱型の電極板、２は絶縁支持部材３を介して電極板１を支持するアース板で、電極板１とアース板３との間隔は一定に保たれる。４は荷電粒子ビーム５が通過する中空状の真空ダクト、６は電極板１の静電容量を調整するための金属片としての金属板で、電極板１と所定の間隔を有し電極板１に対してビーム軸方向に各々設けられている。７は信号取り出し端子で荷電粒子の通過位置に応じた電圧信号を出力する。
なお、アース板２及び金属板６は、真空ダクト４から支持されており、真空ダクトを通じて接地されるものであるが、真空ダクト４から絶縁して支持し、独立に接地しても良い。静電容量調整用の金属板６は、電極板１とのビーム軸方向距離を調整可能となるように構成され、例えば図示しないねじ等によって固定される。
【００２９】
次に静電誘導型ビーム位置モニターの調整について説明する。電極板１とアース板２の間隔は絶縁支持部材３によって決められており、これによって電極板１の静電容量が決まる。静電容量調整用の金属板６と電極板１の間隔は調整可能に構成されており、この間隔を微調整しながら信号取り出し端子７を通じて、電極板１の静電容量を測定する。そして左右の電極板１の静電容量が一致した状態で、静電容量調整用の金属板６の位置を固定する。
【００３０】
ここで電極板１と静電容量調整用の金属板６の相い対する面積は、電極板１とアース板２の相い対する面積に比べて小さいために、静電容量調整用の金属板６と電極板１の間隔の調整に対して、電極板１の静電容量の変化割合は小さくなり、微調整を行う事が容易になる。
図４は、電磁界解析プログラムを用いて金属板による静電容量調整効果をシミュレーション計算した結果である。図中の横軸は電極板１と金属板６の間隔であり、縦軸は電極板１の静電容量である。これから、電極板の静電容量を１％程度調整するためには、電極板１と金属板６の間隔を１ｍｍ程度動かせば良いことが分かる。
【００３１】
従って実施の形態１によれば、電極板１とアース板２との距離を変更するための構成を要しないので静電誘導型ビーム位置モニターの構造が単純となり、部品点数も減少させることが出来るために、静電誘導型ビーム位置モニターの製作コストを低減することができる。
また、簡単な構成で電極板１の静電容量を微調整することができ、これにより高精度で荷電粒子の通過位置を検出することができる。
なお実施の形態1では電極を箱型の電極板としたが、これに限らず上下で分離した電極板にすることもできる。
【００３２】
また、上記実施の形態１では、静電容量調整用の金属板６は、電極板１の前後に２つ設置されているため電極板１の静電容量の調整範囲を広く取ることができるが、これに拘らずどちらか一方設けるようにしても良い。
【００３３】
また、アース板２と真空ダクト４とを一体として構成し、アース板２が無い構成としても良い。
これにより静電誘導型ビーム位置モニタの構成を簡略化することができる。
【００３４】
また上記実施の形態１によれば、電極板１のビーム軸方向に金属板６が設置されているために、金属板６が電極板１に対して、外部の電気的変動をシールドするシールド効果を持つ。
【００３５】
また上記実施の形態１によれば、電極板１の軸方向に金属板６が設置されているために、荷電粒子ビームの軌道が大きく変動した場合おいて、電極板１に荷電粒子ビームが直接衝突することを防ぐことができる。
【００３６】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２の構成を示す断面図である。実施の形態１において静電容量調整用の金属板６は電極板１に対して一体に構成されていたが、実施の形態２によれば静電容量調整用の金属板８は電極１に対応して上下に分割されている。
よって実施の形態２によれば上下の金属板８を独立に電極板１との間隔を調整することができる。
即ち実施の形態１の場合では電極板１との間隔を１ｍｍ移動させると金属板６は全体的に電極板１に対して１ｍｍ移動することになり、その分だけ電極板１の静電容量が変化する。これに対し実施の形態２によれば上下の金属板８のいずれか一方だけを１ｍｍ移動させることができ、電極板１の静電容量は実施の形態１に比しその変化量が小さい。
従って実施の形態２によれば更に精密に電極板１の静電容量を調整することができる。
【００３７】
実施の形態３．
図６は実施の形態３の構成を示す断面図、図７は実施の形態３の構成を示す一部拡大断面図である。図において９は調整ねじ１０が螺合するねじ穴を有する静電容量調整用の金属板、１０ａは調整つまみ、１０ｂは回転軸受けである。
静電容量調整用の金属板９は、調整つまみ１０ａを回転させることにより、ビーム軸方向にスライドし、電極板１との間隔が変化する。
これにより、静電誘導型ビーム位置モニターの電極板１あるいはアース板２等の構成要素を真空ダクト４から取り外す事なく、電極板１の静電容量の調整を行うことが可能になる。
【００３８】
実施の形態４．
図８は実施の形態４の構成を示す断面図である。図において１１は電源としての直流電源、１２は電圧導入端子である。静電容量調整用の金属板１３は、電極板１、アース板２及び真空ダクト４から絶縁されて支持されており、電圧導入端子１２を介して、真空ダクト４の外部の直流電源１１に接続されている。
直流電源１１は、所定の電圧を静電容量調整用の金属板１３に印加することにより、電極板１の静電容量を変化させる。これにより、静電容量調整用の金属板１３の位置を機械的に調整することなく、電極板１の静電容量を調整することが可能となる。
【００３９】
また実施の形態４では、独立の２個の直流電源１１をそれぞれ電極板1の前後の静電容量調整用の金属板１３に接続している。これにより電極板１の静電容量の調整のバリエーションを多くすることができる。
例えば電極１の前後に設けられた金属板１３にそれぞれ直流電源１１として出力電圧範囲が同じ物を用意した場合には、直流電源１１が片方しか用意されていない場合に比し直流電圧の出力範囲を２倍に広げることができ、電極１の静電容量の調整幅を大きくすることができる。
【００４０】
また例えば、電極１の前後に設けられた金属板１３にそれぞれ直流電源１１を用意し、一方の直流電源の出力電圧範囲を大きなものとし、他方の直流電源の出力電圧範囲を一方の直流電源の出力電圧範囲よりも小さなものとした場合について考える。
この場合には出力電圧範囲の大きい一方の直流電源１１により電極板１の静電容量を大まかに調整すると共に、出力電圧範囲の小さい他方の直流電源により電極板１の静電容量を精密に調整することにより、電極板１の静電容量を速やかにかつ精密に調整することができる。
【００４１】
なお実施の形態４では直流電源１１を２個用意したが、直流電源１１を１個のみとして、一方の静電容量調整用の金属板１３に接続しても良い。
【００４２】
上述では好ましい実施の形態について種々のものを説明したが本発明はこれに限られるものではなく、本発明の精神の中で様々な変形が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備えたので、電極の静電容量の微調整を容易に可能とすることができる。
【００４４】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、荷電粒子が通過するダクトをアースとしたので、簡略な構成の静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００４５】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、一対の電極に対して金属片を各々設けたので、静電容量の調整範囲が広い静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００４６】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、１つの電極に対して金属片を複数個設けたので、より精密な静電容量の調整が可能な静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００４７】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、金属片と電極とのビーム軸方向の間隔を調整する調整手段を備えたので、静電容量の調整に際し装置を分解する必要のない静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００４８】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、金属片に電圧を印加する電源を備えたので、静電容量の調整に際し、機械的な調整が不要である静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００４９】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置によれば、電源を複数備えたので、静電容量の調整のバリエーションが多い静電誘導型ビーム位置検出装置を得ることができる。
【００５０】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法によれば、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、金属片をビーム軸方向に移動させることにより電極の静電容量を調整するようにしたので、電極の静電容量の微調整を容易に可能とすることができる。
【００５１】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法によれば、荷電粒子が通過するダクト中に設けられた一対の電極と、この電極と電気的に絶縁して設けられ該電極と対向して設けられたアースと、荷電粒子の通過位置に応じて一対の電極に発生する各々の電圧を検出する電圧検出手段とにより構成される静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、電極に対しビーム軸方向に設けられ、電極と所定の間隔を有して配設された金属片を備え、金属片に電圧を印加することにより電極の静電容量を調整するようにしたので、静電容量の調整に際し機械的な調整を不要とすることができる。
【００５２】
また、この発明に係る静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法によれば、複数の金属片と、これらの金属片に対応して設けられた複数の電源とを備えた静電誘導型ビーム位置検出装置の調整方法であって、比較的に大きな電圧を印加する電源により電極の静電容量を大きく変化させる段階と、比較的に小さな電圧を印加する電源により電極の静電容量を小さく変化させる段階とを備えているので、機械的な調整が不要で、かつ、精密な静電容量の調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の構成を示す斜視図である。
【図２】  実施の形態１の構成を示す断面図である。
【図３】  実施の形態１の構成を示す底面図である。
【図４】  金属板による静電容量調整効果をシミュレーション計算した結果を示すグラフである。
【図５】  実施の形態２の構成を示す断面図である。
【図６】  実施の形態３の構成を示す断面図である。
【図７】  実施の形態３の構成を示す一部拡大断面図である。
【図８】  実施の形態４の構成を示す断面図である。
【図９】  一般的な静電誘導型ビーム位置モニターを示す斜視図である。
【図１０】  一般的な静電誘導型ビーム位置モニターを示す平面図である。
【図１１】  従来の静電誘導型ビーム位置モニターを示す平面図である。
【図１２】  従来の静電誘導型ビーム位置モニターを示す断面図である。
【符号の説明】
１  電極板、２  アース板、３  絶縁支持部材、４  真空ダクト、５  荷電粒子ビーム、６  金属板、７  信号取り出し端子、８  金属板、９  金属板、１０  調整ねじ、１０ａ  調整つまみ、１０ｂ  回転軸受け、１１  直流電源、１２  電圧導入端子、１０１  電極板、１０２  電極板、１０３  電極板、１０４  アース板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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