(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームが内側を通過する単一の中空円形のフェライトコアと、
該フェライトコアに巻き付けられ、該フェライトコア内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルと、
２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルの前記出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路と、を備え、
前記順巻きコイル及び逆巻きコイルは、磁界変化による前記出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されており、
前記ノイズ除去回路は、順巻きコイル及び逆巻きコイルの各組にそれぞれ対応し、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗で終端する２組以上の入力ラインと、
２組以上の入力ライン内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、符号が逆の信号を互いに加算して出力する複数の差動アンプと、
複数の差動アンプの出力を加算する加算回路と、
加算された複数の差動アンプのアナログ出力をデジタル信号に変換する差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器とからなる、ことを特徴とするＣＴモニター。
【請求項２】
前記フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースと、
該ケースの内側に設けられた減衰抵抗皮膜と、を有し、
該減衰抵抗皮膜は、ビーム航跡場によるリンギングを減衰させるように調整されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＣＴモニター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期ノイズによるグランドの変動、ＭＨｚ級の短期ノイズ、さらに電子ビームによるリンギングの影響を低減することができるＣＴモニターに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子を加速する電子加速器では、加速された電子ビームの電荷量を非接触で計測するためにＣＴ（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）モニターが用いられる。かかるＣＴモニターは、非特許文献１、２に開示されており、かつ非特許文献３のメーカーから市販されている。
なお、ＣＴモニターは、電子加速器に限定されず、荷電粒子ビームの加速器にも用いることができる。以下、電子ビームと荷電粒子ビームを単に「荷電ビーム」と呼び、電子加速器と荷電ビームの加速器を単に「加速器」と呼ぶ。
【０００３】
図６は、非特許文献１に開示されたＣＴモニターの原理図であり、電子ビーム５１が通過する経路を囲む位置にコイル５２を設け、電子ビーム５１の通過により発生する磁界変化によりコイル５２に誘導電流を発生させ、この誘導電流を増幅し積算して電子ビーム１の電荷量を測定するようになっている。
【０００４】
図７は、非特許文献２に開示されたＣＴモニターの回路図である。この例では、荷電ビーム６１が通過する経路を囲む中空円形のフェライトコア６３にコイル６２を巻き付け、その両端に発生する電圧差を増幅し、これから荷電ビーム６１の電荷量を測定するようになっている。
【０００５】
【非特許文献１】Ｐ．Ｃｅｎｎｉｎｉ，ｅｔ  ａｌ．，“ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ  ＬＩＮＥ  ＢＥＡＭ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ”ＣＥＲＮ／ＰＳ／ＢＲ  ８０−３，Ｊａｎ  １９８０．１４ｐｐ．
【非特許文献２】Ｄ．Ｆ．Ｓｕｔｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  ＷＩＤＥ  ＢＡＮＤ  ＣＵＲＲＥＮＴ  ＭＯＮＩＴＯＲ”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｎｕｃｌ．  Ｓｃｉ．  ２０：６６５−６６７，  １９７３．（Ｎｏ．３）
【非特許文献３】Ｂｅｒｇｏｚ会社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｅｒｇｏｚ．ｃｏｍ／Ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ＢＣＭ／ＢＣＭ．ｈｔｍ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来の加速器におけるＣＴモニター（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）は、ビームがビームパイプに据え付けられているＣＴモニター内を通過したとき、ＣＴモニター内のフェライトコアの巻き線にビームによる誘導電流が流れることによりその電流量（電荷量）を測定する仕組みになっている。
【０００７】
しかし、ＣＴモニターの出力信号は設置環境に大きく影響を受けるため、ＣＴモニターによりビーム電流を定量的に評価することは従来難しかった。
例えば、加速器の運転において予想されるＣＴモニターの出力波形への影響として、パルススイッチングデバイスであるサイラトロンによるＭＨｚ級の高速ノイズ、クライストロンなどの高電圧スイッチングデバイスによるグランドに流れる１０００Ａ級の電流による出力波形でのグランドのうねり、そしてビームの通過による航跡場の発生に伴うＣＴ出力波形のリンギングが挙げられる。
【０００８】
ここで、「航跡場」とは、ビームが通過した後に発生する電場をいい、「リンギング」とは、共鳴などにより、波形が減衰振動的な振る舞いをすることをいう。
以上のようなＣＴモニターによる測定の問題点のため、従来からＣＴモニターは電流の高精度の絶対測定には向かないデバイスとされていた。
【０００９】
例えば、電子加速器の運転時において、ＣＴモニターにより電子ビームの電流値を測定すると、外部環境からのノイズによる不必要な高速信号の混入とグランドラインの変動がみられる。この影響のために電子ビームの輸送電流（電気量）の高精度測定が困難になっている。そのため、電子ビームの電流量測定の精度を向上させるためには、長期ノイズによるグランドの変動や短期ノイズの影響による測定の不確定性を抑える必要がある。
言い換えれば、従来の加速器におけるＣＴモニターは、(I)グラウンドの長周期同相ノイズ、 (II)サイラトロンなどによる短周期同相ノイズ、 (III)ビームの航跡場によるリンギングなどの問題点があった。
【００１０】
本発明は、かかる要望を満たすために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、長期ノイズによるグランドの変動やＭＨｚ級の短期ノイズ、さらに電子ビームによるリンギングの影響を大幅に低減または無くすことができ、これによりビーム電流の高精度測定を可能にすることができるＣＴモニターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、荷電ビームが内側を通過する単一の中空円形のフェライトコアと、
該フェライトコアに巻き付けられ、該フェライトコア内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルと、
２組以上の順巻きコイル及び逆巻きコイルの前記出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路と、を備え、
前記順巻きコイル及び逆巻きコイルは、磁界変化による前記出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されており、
前記ノイズ除去回路は、順巻きコイル及び逆巻きコイルの各組にそれぞれ対応し、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗で終端する２組以上の入力ラインと、
２組以上の入力ライン内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、符号が逆の信号を互いに加算して出力する複数の差動アンプと、
複数の差動アンプの出力を加算する加算回路と、
加算された複数の差動アンプのアナログ出力をデジタル信号に変換する差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器とからなる、ことを特徴とするＣＴモニターが提供される。
【００１４】
また、前記フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースと、
該ケースの内側に設けられた減衰抵抗皮膜とを有し、
該減衰抵抗皮膜は、ビーム航跡場によるリンギングを減衰させるように調整されている。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の構成によれば、荷電ビームが内側を通過する中空円形のフェライトコアに巻き付けられた順巻きコイル及び逆巻きコイルが、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されているので、ノイズ除去回路により、順巻きコイル及び逆巻きコイルの出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去することができる。
従って、長期ノイズによるグランドの変動、及びサイラトロンなどによる短周期同相ノイズを無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。
【００１６】
また、フェライトコアと順巻きコイル及び逆巻きコイルを収容する導電性のケースの内側に減衰抵抗皮膜を設け、ビーム航跡場によるリンギングを早期に減衰させることにより、リンギングの影響を無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明によるＣＴモニターの正面図であり、図２はその側面断面図である。
図１及び図２において、本発明のＣＴモニター１０は、中空円形のフェライトコア１２と順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂを備える。なおこの図において、２は荷電ビーム１が内部を通過するビームパイプ、１５ａ，１５ｂは出力端子、１６はＣＴケース、１８はダンピング用抵抗体である。
【００１９】
荷電ビーム１（例えば電子ビーム）は、中空円形のフェライトコア１２の内側を通過する。フェライトコア１２は、ビームパイプ２の外側を囲み、その内側を通過する荷電ビーム１により、フェライトコア１２の内部に周方向の磁界を発生する。
【００２０】
順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂは、フェライトコア１２に回りに巻き付けられており、フェライトコア１２内に発生する磁界変化に比例する出力信号を出力する。この順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂは、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されている。
【００２１】
なお、図１の例では、上下に１組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂと左右に１組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが設けられているが、本発明はこれに限定されず、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが１組のみでも、３組み以上であってもよい。
また、順巻きコイル１４ａと逆巻きコイル１４ｂの位置は、この例のように、フェライトコア１２の直径方向（上下と左右）に位置するのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、順巻きコイル１４ａと逆巻きコイル１４ｂを同じ位置に設けても、或いは全くランダムに設けてもよい。
【００２２】
各コイル１４ａ，１４ｂの一端は、図示しないグラウンドに接続され、他端は出力端子１５ａ，１５ｂにそれぞれ接続されている。本発明のＣＴモニターでは、図１に示してあるようにフェライトコア１２に４つの端子１５ａ，１５ｂからＣＴの出力信号を取り出している。
【００２３】
図２において、ＣＴケース１６とフェライトコア１２の間の空間に荷電ビーム１の通過により生じる航跡場を抑制する減衰抵抗体１８をケース内面に蒸着及びメッキしている。これにより航跡場によるＣＴの出力信号のリンギングを除去して、荷電ビームの正確な電流（電荷）測定が可能となる。
荷電ビーム１による航跡場がＣＴ内に生じると、航跡場によりＣＴケース１６の大きさに依存した共振周波数の高周波信号が発生する。すなわちＣＴケース１６が高周波共振空洞の振る舞いをする。この共振現象は式１の２階の微分方程式で表される。この効果を抑止するためには、式のＲに相当する減衰項を調整する必要がある。上述した減衰抵抗体１８をＣＴケース１６に蒸着することは減衰項を調整することに他ならない。
【００２４】
空洞の共振条件は
Ｌ（ｄｑ２／ｄｔ２）＋Ｒ（ｄｑ／ｄｔ）＋（１／Ｃ）ｑ＝０      ・・・（１）
の方程式を満たす。
ここでＬは空洞のインダクタンス成分、Ｃは空洞の加速ギャップの静電容量、Ｒは空洞の壁面抵抗に依存した減衰係数、ｑはビームに誘起された壁電流である。
上述した構成により、航跡場によるＣＴの出力信号のリンギングを除去して、荷電ビームの正確な電流（電荷）測定が可能となる。
【００２５】
図３は、本発明のＣＴモニター１０の第１実施形態を示す回路図である。この図に示すように、本発明のＣＴモニター１０は、ＣＴの出力信号（すなわち順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号）から長周期、短周期の同相ノイズを除去するノイズ除去回路２０をさらに備える。
【００２６】
ノイズ除去回路２０は、１対の入力ライン２２ａ，２２ｂ、差動アンプ２４及び差動アンプ内包ＡＤ変換器２６からなる。
１対の入力ライン２２ａ，２２ｂは、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号を低電圧の差動方式で伝送し同一の抵抗Ｒ１で終端する。
差動アンプ２４は、３つの差動回路２５ａ，２５ｂと複数の抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなり、入力ライン２２ａ，２２ｂ内で発生する同相ノイズを互いに差し引きして抑制し、逆位相の信号を互いに加算して出力する機能を有する。
差動アンプ内包ＡＤ変換器２６は、差動アンプを包含し、差動信号伝送および差動検出のＡＤ変換器であり、差動アンプ２４のアナログ出力をデジタル信号に変換する。
【００２７】
図３は、２端子の出力に対するノイズ除去回路２０であり、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの２つの端子１５ａ，１５ｂからの出力信号を差動回路に入力する概略図である。また、図４は、ノイズ除去回路２０の入力信号（Ａ）（Ｂ）と、差動アンプ２４からの出力信号（Ｃ）の模式図である。なおこの図における横軸は時間、縦軸は出力レベルである。
【００２８】
図３において、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの２つの端子１５ａ，１５ｂから出力された２つの信号は、１対の入力ライン２２ａ，２２ｂにより低電圧の差動方式で伝送される。
その伝送後の信号は、抵抗Ｒ１（例えば２個の５０Ωの抵抗）で終端され、差動アンプ２４へ入力される。
【００２９】
図４（Ａ）（Ｂ）において、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力波形のグラウンド３にうねりを生じさせているノイズなどは同相ノイズである。一方、フェライトコア１２のコイル１４ａ，１４ｂから出力される荷電ビームの電流波形４ａ，４ｂは上下で逆符号、さらに左右でもそれぞれ逆符号の出力波形となるように設計されている。それゆえ、回路に入った信号に対して差動アンプ２４を使用することにより同相ノイズはお互いの差し引きにより抑制される。反対に、荷電ビーム１の信号４ａ，４ｂは足し合わされて大きなシグナルで出力されることになる（図４（Ｃ）の４ｃ）。
【００３０】
差動アンプ２４から出力されたＣＴ信号（図４（Ｃ）の４ｃ）は、同じく差動信号伝送および差動検出の差動アンプ内包ＡＤ変換器２６によりデジタル信号に変換される。この２重の差動操作により荷電ビーム１からのＣＴによる電流検出信号は、グラウンドなどの同相ノイズを排除したより純粋な荷電ビームの電流波形を得ることができる（図４（Ｃ）の４ｃ）。
従ってこの構成により、ノイズ除去した正確なＣＴによる通過荷電ビーム１の電流（電荷）検出が可能となる。
【００３１】
図５は、本発明のＣＴモニター１０の第２実施形態を示す回路図であり、４端子の出力に対するノイズ除去回路である。
この例では、２組の順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂと、各組にそれぞれ対応する２組の入力ライン２２ａ，２２ｂ及び差動アンプ２４と、複数の差動アンプ２４の出力を加算する加算回路２８とを備え、加算された複数の差動アンプ２４の出力を差動アンプ内包ＡＤ変換器２６へ入力する。
なお、本発明はこの例に限定されず、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂとこれに対応する差動アンプ２４を３組以上設けてもよい。
【００３２】
図５の例では２端子１組で２台の差動アンプ２４へ差動ケーブルを使用して入力する。この場合は図１の正面図において、上下で１組、左右で１組とする。その後、この２組に相当する信号の差動アンプ２４からの出力（図１において上下で１出力、左右で１出力となる）を１つにして差動アンプ内包ＡＤ変換器２６へ入力する。ＣＴの出力信号は、荷電ビーム１のパルス幅が短い場合にはビームのフェライトコア内の通過位置に比例して出力が変動する。
しかし、この場合でも、図５の例では上記の２組の信号を足し合わせることにより、この通過位置による影響も除去できる。
【００３３】
上述したように本発明の構成によれば、荷電ビーム１が内側を通過する中空円形のフェライトコア１２に巻き付けられた順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂが、磁界変化による出力信号の大きさが同一でその符号が逆になるように設計されているのでので、ノイズ除去回路２０により、順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂの出力信号から長周期及び短周期の同相ノイズを除去することができる。
従って、長期ノイズによるグランドの変動、及びサイラトロンなどによる短周期同相ノイズを無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。
【００３４】
また、フェライトコア１２と順巻きコイル１４ａ及び逆巻きコイル１４ｂを収容する導電性のケース１６の内側に減衰抵抗皮膜１８を設け、ビーム航跡場によるリンギングを早期に減衰させることにより、リンギングの影響を無くしてビーム電流の測定精度を高めることができる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるＣＴモニターの正面図である。
【図２】本発明によるＣＴモニターの側面断面図である。
【図３】本発明のＣＴモニター１０の第１実施形態を示す回路図である。
【図４】ノイズ除去回路２０の入力信号（Ａ）（Ｂ）と、差動アンプ２４からの出力信号（Ｃ）の模式図である。
【図５】本発明のＣＴモニター１０の第２実施形態を示す回路図である。
【図６】非特許文献１に開示されたＣＴモニターの原理図である。
【図７】非特許文献２に開示されたＣＴモニターの回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  荷電粒子ビーム、２  ビームパイプ、
１０  ＣＴモニター、１２  フェライトコア、
１４ａ  順巻きコイル、１４ｂ  逆巻きコイル、
１５ａ，１５ｂ  出力端子、１６  ＣＴケース、
１８  ダンピング用抵抗体、２０  ノイズ除去回路、
２２ａ，２２ｂ  入力ライン、２４  差動アンプ、
２５ａ，２５ｂ  差動回路、２６  差動アンプ内包ＡＤ変換器、
２８  加算回路
【図１】
0004979500.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004979500.tif 000004
【図４】
0004979500.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004979500.tif 000007
【図７】
0004979500.tif 000008