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MONITORING METHOD OF BEAM PROFILE, AND MONITOR FOR THE SAME

Patent code P140010760
File No. 13851
Posted date Jul 10, 2014
Application number P2012-230665
Publication number P2014-081320A
Patent number P6037379
Date of filing Oct 18, 2012
Date of publication of application May 8, 2014
Date of registration Nov 11, 2016
Inventor
  • (In Japanese)荻原 徳男
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title MONITORING METHOD OF BEAM PROFILE, AND MONITOR FOR THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring method of a beam profile capable of measuring the profile of a beam in an accelerator or nuclear fusion reactor in a nondestructive manner, at a high speed, and easily, and to provide a monitor for the method.
SOLUTION: The present invention provides a method of measuring the profile of a beam from the light emission or ionized ions generated by causing the beam in an accelerator or nuclear fusion reactor to collide with, as a target, a sheet-like gas beam made of rarefied gas, and provides a monitor for the method. The sheet-like gas beam is generated at a sheet thickness of 10 mm or less by making the rarefied gas pass through an elliptical capillary. The elliptical capillary is formed of at least two flat plates having a clearance with a dimension b and lengths of L1 and a in the flow direction of the rarefied gas. The capillary includes the clearance of a slit for which L1/b is 50 or more and a/b exceeds 1, or includes a length of L2 and a cross section having a long side of a length x and a short side of a length y. Here, L2/y is 50 or more.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、加速器はビームの大出力化が進められており、例えば、大強度陽子加速器J-PARC3GeVシンクロトロン(RCS)においてはビーム出力1MWの実現のためにビームロスの徹底的な低減が要求される。また、核融合炉においてエネルギードライバーとして使用される各種レーザーや軽又は重イオンビーム等のビームについても、高性能で高効率の運用を行うために同様の要求がある。

これらの要求は、ビームダイナミクスの詳細な研究によって達成されると期待されているが、そのためにはビーム診断方法とそのツールの開発が不可欠である。ビームプロファイルモニタは、このような診断の一つとして重要なものであるが、一般的な陽子やイオンの加速器を周回するビームのプロファイル(形状及び大きさ等)を非破壊的に、かつ高速で高精度に計測することは困難である。そのため、ビームに影響をほとんど及ぼさずに、ビームプロファイルを非破壊かつ高速で計測するモニタリング方法の確立及びそのモニタの構築が従来から大きな課題であった。

加速器ビームのプロファイルモニタとしては、これまで様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1及び2を参照)。前記の特許文献1には、加速器ビームに、これより運動エネルギーが小さい荷電粒子ビームを照射して作用させ、その影響を観測する方法及びそのモニタが開示されている。また、前記の特許文献2には、加速器内のビーム設計軌道上にビーム径より小さな孔を有する発光部材を配置し、該発光部材へ前記ビームを照射するときに生じる発光を観測することによってモニタリングする方法及びそのモニタが開示されている。しかしながら、これらの方法は加速器ビームへの影響を無視することができず、ビームプロファイルを高精度に計測することが非常に困難であった。

そこで、この問題を解決する方法として、非特許文献1には、ノズルビームとスピンを利用した収束装置を組み合わせて、幅85mm、奥行74mm、厚み1.3mmの平面状の酸素分子からなるシート状のジェットビームをターゲットにし、加速器のビームを衝突させ、その電離イオン(又は発光)を計測し、高速にビーム形状を診断する方法が提案されている。このガスターゲットは、分子密度が10-4Paと低く、加速器のビームへの影響はほとんどないことから、癌治療用装置等に導入されてビーム診断用として適用されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、粒子加速器又は核融合炉において真空チャンバー内を通過する荷電粒子ビーム等のビームプロファイルを計測するためのモニタリング方法及びそのモニタに関し、前記ビームに影響をほとんど及ぼさずに、非破壊で、高速かつ簡便に計測ができるようにしたものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
希薄気体からなるシート状のガスビームをターゲットにして加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させることによって発生する発光又は電離イオンから前記加速器中又は核融合炉中のビームプロファイルを計測する方法であって、
前記シート状のガスビームは、前記希薄気体を、寸法bの隙間と前記希薄気体の流動方向にL1の長さ及び前記希薄気体の流動方向と前記隙間が形成される方向に対して直角方向にaの長さ有する平板の少なくとも2枚とからなり、前記bとL1との比(L1/b)が50以上で、前記bとaとの比(a/b)が1を超えるスリットの前記隙間、又は長さxの長辺及び長さyの短辺からなる断面とL2の長手方向の長さとを有し、前記yとL2との比(L2/y)が50以上である楕円形キャピラリを通過させることによって、10mm以下のシート厚さで形成されることを特徴とするビームプロファイルのモニタニング方法。

【請求項2】
 
前記2枚の平板からなり、寸法bで隙間が形成されたスリットは、中心部分が空いたドーナッツ型の円板形状を有し、該ドーナッツ型の円板形状を有するスリットの中心部分に加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道が配置され、前記希薄気体を前記スリットの前記隙間を通過させることによって前記スリットの中心部分に向けてシート状のガスビームを形成し、該シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させたときに発生する発光又は電離イオンから前記加速器中又は核融合炉中のビームプロファイルを計測することを特徴とする請求項1に記載のビームプロファイルのモニタニング方法。

【請求項3】
 
前記2枚の平板からなり、寸法bで隙間が形成されたスリットは、円板形状を有し、加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道の外側に配置され、前記加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道の外側から前記希薄気体を前記スリットの前記隙間を通過させることによってシート状のガスビームを形成し、該シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させたときに発生する発光又は電離イオンから前記加速器中又は核融合炉中のビームプロファイルを計測することを特徴とする請求項1に記載のビームプロファイルのモニタニング方法。

【請求項4】
 
前記円板形状を有するスリットは、該スリットを構成する2枚の平板の両者又はどちらか一方を回転させることを特徴とする請求項3に記載のビームプロファイルのモニタニング方法。

【請求項5】
 
前記2枚の平板からなるスリットを加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道の外側に複数設け、前記希薄気体を前記複数のスリットのそれぞれの隙間を通過させることによって、前記シート状のガスビームが前記加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道を横断するように形成されることを特徴とする請求項1~4の何れかに記載のビームプロファイルのモニタニング方法。

【請求項6】
 
希薄気体からなるシート状のガスビームをターゲットにして加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させることによって発生する発光又は電離イオンから前記加速器中又は核融合炉中のビームプロファイルを計測するためのモニタであって、
少なくとも、
真空チャンバー内を通過する前記加速器中又は核融合炉中のビーム通路と、
前記希薄気体を供給するためのガス供給装置と、
前記加速器中又は核融合炉中のビーム通路に隣接して、前記希薄気体を、寸法bの隙間と前記希薄気体の流動方向にL1の長さ及び前記希薄気体の流動方向と前記隙間が形成される方向に対して直角方向にaの長さ有する平板の少なくとも2枚とからなり、前記bとL1との比(L1/b)が50以上で、前記bとaとの比(a/b)が1を超えるスリットの前記隙間、又は長さxの長辺及び長さyの短辺からなる断面とL2の長手方向の長さとを有し、前記yとL2との比(L2/y)が50以上である楕円形キャピラリを通過させることによって、前記希薄気体からなるシート状のガスビームを10mm以下のシート厚さで形成するシート状のガスターゲット形成装置と、
前記シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させたときに発生する発光又は電離イオンを計測する前記加速器中又は核融合炉中のビームのプロファイル検出部と、
前記発光又は前記電離イオンの計測値に基づいて前記加速器中又は核融合炉中のビームのプロファイルを2次元実像及び/又はビーム像として映像化するための解析手段とを有するビームプロファイルのモニタ。

【請求項7】
 
前記2枚の平板からなり、寸法bで隙間が形成されたスリットは、中心部分が空いたドーナッツ型の円板形状を有し、該ドーナッツ型の円板形状を有するスリットの中心部分に加速器中又は核融合炉中のビームの通路が配置され、前記希薄気体を前記スリットの前記隙間を通過させることによって該スリットの中心部分に向けてシート状のガスビームを形成し、該シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させる手段を有することを特徴とする請求項6に記載のビームプロファイルのモニタ。

【請求項8】
 
前記2枚の平板からなり、寸法bで隙間が形成されたスリットは、円板形状を有し、加速器ビームの設計軌道の外側に配置され、加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道の外側から前記希薄気体を前記スリットの前記隙間を通過させることによってシート状のガスビームを形成し、該シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させる手段を有することを特徴とする請求項6に記載のビームプロファイルのモニタ。

【請求項9】
 
前記円板形状を有するスリットは、該スリットを構成する2枚の平板の両者又はどちらか一方を回転させる手段を有することを特徴とする請求項8に記載のビームプロファイルのモニタ。

【請求項10】
 
前記2枚の平板からなるスリットを加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道の外側に複数設け、前記希薄気体を前記複数のスリットのそれぞれの隙間を通過させることによって、前記加速器中又は核融合炉中のビームの設計軌道を横断するようにシート状のガスビームを形成し、該シート状のガスビームをターゲットにして前記加速器中又は核融合炉中のビームを衝突させる手段を有することを特徴とする請求項6~9の何れかに記載のビームプロファイルのモニタ。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012230665thum.jpg
State of application right Registered
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