B E A M LO S S M O N I T O R I N G S Y S T E M F O R 2 . 5 G e V E L E C T R O N LI N A C

H . Nakagawa, S . S h i b a t a , T . Katsura,S . Enomoto and エ. Sato
National Laboratory for High Energy Physics

ABSTRACTA

monitoring system for electron beam losses was installed in the 2.5GeV electron linac

at the National Laboratory for High Energy Physics in Japan (KEK). The system consists of40 air ionization chambers (AIC) for radiation d e t e c t o r s , 40 i n t e g r a t o r s , a ^Och multiplexer,
an A/D converter with 256 x 12 bit m e m o r y , a computer interface circuit (GP-IB) and a hightension power s u p p l y .

The characteristics of the system, time resolution, kinetic energy

dependence of the sensitivity and the results of observation with the m o n itoring system aredescribed.
0• 序K E K — PF

2 . 5 G e V 電子 L ! N A C に、加速中のビームの損失量と損失を生じた場所を検出できるモニタシステムを設
e- e+ ) を测定する， チェンバー、イ才ン電流の積分

置したa 本システムは空気イ才ンチx ンバーで放射線（e- + /器全体の感度を高く設定してあるため、ビームの損失量を求めるのには電流モニタに較べ桁違いに敏感である。また放射線の吸収線量に対する感度が測定とIt算とでオーダーの範囲で一致する。

1 .

システム樽成授さ 8 m の空気イオンチx ン バー （A I C ) を放射線の検出器とすると、4 0 本で L ! N A C の加速領域全域のビーム損失を测定できる。図 1 にシステムの全体図を、図 2 にA I C の權造を示す。図 3 に示すよろにA I C か6 の電流を積分し、その出力をマルチプレクサで切り替えてA / D 変換を行い、データをメモリーに保存する。このデータを計算機のタイミングに合わゼて転送する。システムのダイナミックレンジはA / D 変換のビット数（* 1 2 ) で決まり、最大電圧は1 0 V 、最小分解能は2 . 5 m V である。2 . 5 m V は放射線吸収線量で1 0_SR a d ( 8 m の平均）又は 1 P P s の加速とすると4 O m R a d / h である。
モニタシステムの電子固路の動作速度はL 1 N A C の最大繰り返しの5 0 P P s 以上であるa 各加速毎のビーム損失を測定しては放射線が設定値を越えたとき警報を発することができるo 計算機によるデータ表示では通常計蒭機側の動作速度で制限される6
現システムは計算機にP C — 8 0 0 1 を使用しており、データ転送は1 6 b i t のディジタル入出力回路により任意のシステムと接練可能であり、処理問の短縮は可能である o

図 1 システムダイアグラム-CONNECTION OF SHIELD
FC - 20D - S
广 STATIC SHIELDACCELERATORIONIZATION CilAMRER R_CONTROL

ROnM
SIGNALSIGNAL"ALUMINUM COVER ACRYLIC INSULATOR(SHIELD)-T-

図3

イ才ンチェンバーの構造
一209 一!NOISE FILTER回路構成£>- HT POWER
SUPPLY(500V)

.

2

信号の立ち上がりとシステムのタイミング

空 気 を 電 離 気 体 と す る イ 才 ン チ ェ ン バ ー で は 、電 離 さ れ た 電 子 は 短 時 間 で （〜 1 00 n s )0 2に捕獲され るため正と負のキャリヤは共にイオンであるぐ信号の立ち上がりはイオンの移動度に侬存するo 図 4 に積分後の立ち上がりを示す。通 常 の 運 転 で の 5O O Vの電正では0 ,5 m s で ある。

従 っ て 、 こ の シ ス テ ム で は 積 分 時 間 は ビ ー ム 損 失 後 1 m s とし、 そ の 後 ~ 0ングチャー卜を示す。 ビーム損失が生じた後信号処理が終了するまでに1解能を電荷で8 Pco u

1 o mbと小さくすることが可能となる0 4 0c.

•

5 m s で 4 0 cShを ス ギ ャ ン す る 〃 図 5 にタイミと 短 い た め 積 分 回 路 の 設 計 が 楽 に な り 、 最小分

h のスキャンが終了すると積分回路はリセツ卜状態となり、次 の 加 速 に 備 え る .
1バRISE TIME)

BEAM

LOSS.

5mS

SIGNALlmS
MPX-A/DRESETMEMORY
HI GH T E N S I O N

図43.

TO

I_ _ LCOMPUTER

図5

積分後の信号の立ち上がり

タイミングチ」

ロスモニタの感度

ビームロスモニダの感度は二つの面で考察する必要があるa — つは加速器の放射線対策として吸収線量とモニタの感度との関係を知ることである。 もう一つは少しでも多くの粒子を加速するために損失粒子数と、不良場所を知ることである。

ロスモニタの信号と放射線の線量計（イオンチェンバー）を比較すると、ビームロスモニタの出力が I V で放射線の線量率で4-, 5 R a d/h ( 1 p P s で加速管から-5 0 c m の所）である◊ ロスモニタの出力1 V は計算上〜1 6 R a d / h であり、検出器の感度转性が異なることを考處すると才ーダーとして1 0 R a d / h 程度と考えて問題ないと思われるo
ビームロスモニタの感度と損失粒子数の関係はビーム電流モニタとの比較から求めることができる。加速管、ビーム電流モニタとビーみロスモニタの検出器の位置関係を図6 と図7 に示す〃測定のために強制的にビーム損失を生じたときビームロスモニタとビーム電流モニタのあいだに図8 のような関係が得6 れる◊ 局所的ビーム搨失の場合、一本のA 1 C に出力が限6 れる。またビーム電流モニタのわずかな変化（ビーム損失）がビームロスモニタでは大きく表現されることもわかる。このデータからビームロスモニタの感度の場所の依存性（場所核エネルギー）がわかる6 図 3 に 1 m A のビーム損失に対するビームロスモニタの出力の場所の依存性を示す◊ このときの最終エネルギーは 1 • 7 G e V であり、これらをまとめると、エネルギー2 . 5 G e V r i m Ax

1 . 5 严s のビームロスが生じたときビームロスモニタの出力は1 0 V が得られ、ビーム損失を生じたときのエネルギーに比例する◊ A I C の授さが摂いため、感度はA I C と加速管の鉅離に反比例する。
ACCELERATONCURRENT MONITOR

1 UNIT

Wl
コ

LOSS M O N I T O R

す図6

電流モニタとロスモニタの位置関係

図7

加速器とロスモニタの位置関係一^-210

一UNI TCMCmA)
50 AO 30 20 10 •0 - 1~ 1 I 1 _LOCATION012345678 012345678 012345678 012345678 012345678

し 一....

T T

6 •»810 -(V)LM
CM •• CURRENT MONITOR

LM : LOSS MONITOR

図8電流モニタ（C M ) とロスモニタ（L M ) の信号の比較

図9

各場所での感度、最終エネルギー1 • 7 G e V c

4 . 運.転に利用して◊このモニタの最大の转徴は運転に非常に役立ったことである◊ 感度を高く設定してあるため加速器完成直後の微弱電流しか加速できないときもビーム損失がどこで生じたか（逆に言えばビームがどこまで来たか）を表示することができた。 1 ユニッ卜の分解能を持ち、しかも全体を8 秒程度で表示できることも大きなメリツ卜である• S 秒は遅く感じられるが4 0 本の信号をオシロスコープで順次観测することを考えると5 0 倍以上速い《このモニタを運転に利用したときの例が図1 0 ( a ) と （1>) である《 ( a ) はビーム電流が2 2 0 m A で " b e a mo w - u p " を起こす前、 （b ) は 2 7 0 m A で " b e a mb l o w - u p " を生じたときである◊ 通常の運転ではビーム電流が 1 桁低いためビーム損失は図1 0 ( a ) よりさらに1 桁ぐらい下がり、放射線の面でも問題ないことがわかる。

図 10Ca)I= 2 2 0 m Ab 1Cb)

一 211-

I =* 2 7 0 m A
beam b 1 ow — u p発生