JP2013228333A

JP2013228333A - 粒子線分布の測定方法及び装置

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Publication number: JP2013228333A
Application number: JP2012101797A
Authority: JP
Inventors: Makoto Doi; 真土居; Takumi Hattori; 巧服部; Toru Matsumoto; 徹松本; Shin Manjo; 伸萬城
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: JP5853847B2

Abstract

【課題】電流測定素子を用いることなく、高電圧、高出力の粒子線の簡便かつ高精度な分布測定を可能とする。
【解決手段】（カソード電子銃１０を含む）粒子線照射部の真空と大気の境界または透過窓１８の大気側に金属板２０を配置し、粒子線（電子１２）を衝突させてＸ線２１を発生させ、前記金属板２０で発生したＸ線２１を、大気側に配置したシンチレータ２２で光に変換し、該シンチレータ２２から発生する光をカメラ（ＣＣＤカメラ２４）でとらえる。
【選択図】図２

Description

本発明は、粒子線分布の測定方法及び装置に係り、特に、電子線照射装置の電子銃から発生する電子線の分布を測定する際に用いるのに好適な、粒子線分布の測定方法及び装置に関する。

電子線照射装置においては、電子線照射領域で電子線強度が空間的に揺らぐと被照射物の照射量が局所的にばらつく。したがって、電子線照射量の空間分布を、高精度で測定することが望ましい。そこで特許文献１には、電子線照射装置の照射窓の外部に、照射窓の短辺に沿う棒状のコレクタ電極（電流測定素子）を設け、該コレクタ電極を照射窓の長辺方向に平行移動させて、該コレクタ電極に流れる電流から電子線の分布を測定することが記載されている。

また、特許文献２には、電子線照射窓の直下に電流測定素子を二次元的に多数配列して、各電流測定素子に流れる電流を測定することにより、照射領域での電子線電流の空間分布を測定することが記載されている。

特開平１１−２４８８９３号公報特開２００１−２２１８９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような走査測定では、測定に時間がかかる、また、特許文献１に記載された走査測定、特許文献２に記載された配列測定共、電流測定素子の大きさ（サイズ）の分解能しか得られないため、分解能が悪い。特許文献２に記載された多数配列は、小素子を細かく多数配置すると分解能が上がるが、測定が複雑で、非常に高価な装置、システムとなる。

一方、図１に示す参考例の如く、カソードである電子銃（以降カソード電子銃と称する）１０から放出される電子１２を、アノードである透明導電性ガラス（以降アノードガラスと称する）１６の導電性を有する表面の真空側に塗布した蛍光体１４に衝突させて、アノードガラス１６の裏側（図では下側）から蛍光分布を測定することが考えられる。

しかしながら、蛍光体１４が真空側に塗布されているため、蛍光体１４からガスが放出されて真空度が低下すると、放電が発生し、カソードが急激に劣化する。また、高電圧・高電流下では、アノードガラス１６が損傷し、真空が破壊されるため、測定困難である等の問題点を有していた。したがって、この方法では、最大電圧が２０〜３０ｋＶ、パルスや走査を含めた平均電流密度が１０μＡ／ｃｍ²程度であり、アノードガラス１６への最大入熱が０．２〜０．３Ｗ／ｃｍ²レベルまでしか適用することができない。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくされたもので、電流測定素子を用いることなく、高電圧、高出力の粒子線の簡便かつ高精度な分布測定を可能とすることを課題とする。

本発明は、粒子線分布の測定に際して、粒子線照射部の真空と大気の境界または透過窓の大気側に金属板を配置し、粒子線を衝突させてＸ線を発生させ、前記金属板で発生したＸ線を、大気側に配置したシンチレータで光に変換し、該シンチレータから発生する光をカメラでとらえるようにして前記課題を解決したものである。

本発明は、また、粒子線照射部の真空と大気の境界または透過窓の大気側に配置される金属板と、粒子線の衝突により該金属板で発生したＸ線を光に変換するための、大気側に配置されたシンチレータと、該シンチレータから発生する光をとらえるカメラと、を備えたことを特徴とする粒子線分布の測定装置を提供するものである。

ここで、前記金属板を冷却する手段を更に備えることができる。

本発明によれば、粒子線を小さな電流測定素子で受けるのではなく、一枚の大きな金属板で全ての粒子線を受ける。また、粒子線によって生じる電流を測定するのではなく、発生したＸ線を大気側に配置したシンチレータを用いてカメラで瞬時に測定する。これにより、照射分布全体を、大気側で、高速且つ高分解能で一瞬で測定でき、安価である。

アノードガラスに塗布した蛍光体により電子線分布を測定する参考例の構成を示す断面図本発明に係る粒子線分布測定の実施形態を示す断面図同じくＸ線が発生している状態を示す断面図粒子線分布測定装置の実施例の構成を示す断面図及び平面図同じく電子銃の構成を示す図測定結果の例を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本実施形態においては、図２に示す如く、カソード電子銃１０で発生した電子１２を、真空と大気の境界または透過窓１８の大気側に配置した金属板２０で受ける。この金属板２０の電子衝突部と反対側には、Ｘ線が入射すると蛍光を発生するシンチレータ２２を配置し、このシンチレータ２２から発生した光を高感度カメラあるいは通常のＣＣＤカメラ２４でとらえる。図において、２５は、ＣＣＤカメラ２４のカメラフードである。

前記金属板２０で制動あるいは特性Ｘ線２１が発生する様子を図３に示す。この金属板２０の材質としては、例えばＳＵＳ３０４ステンレス板、銅、ニッケル系合金や、Ｘ線量を増やすために真空側にタングステンを蒸着したものなどを用いることができる。金属板２０の厚さとしては、電子線の加速エネルギーやエネルギー密度によりＸ線の発散性や金属板の冷却性を考慮して最適化されるが、加速エネルギー２０〜２００ｋｅＶの範囲において０．１〜５．０ｍｍ程度が好ましい。Ｘ線は発散性を持つため板厚が薄いほど高分解能の蛍光測定が可能であるが、電子線の加熱冷却が難しくなる。一方、板厚が厚いほど冷却性が良くなるが分解能が悪くなる。適用される電流密度によって最適な板厚を選定する必要がある。また、電子線のエネルギーが高いほどＸ線は収束し分解能が高くなるが、加熱や高Ｘ線量となることを考慮すると板厚を厚くする必要がある。漏洩Ｘ線の管理や安全性の観点から、板厚を厚くし大気側Ｘ線量を少なくしたほうが良い。

前記シンチレータ２２としては、例えば医療用や工業用で製品化されている一般的なシンチレータ、Ｘ線用蛍光体、医療Ｘ線増感紙などを用いることができる。高価ではあるがエネルギー密度の高い場合にはセラミックタイプのシンチレータを用いたほうが良い。

前記ＣＣＤカメラ２４としては、例えば一般的なモノクロカメラを用いることができるが、天体観測等に用いられる冷却型高感度ＣＣＤカメラやデジタル処理を行い易いカメラが好ましい。

本発明に係る電子線分布測定装置の実施例の構成を図４（ａ）（断面図）、（ｂ）（平面図）に示す。図において、２６は取付フランジ、２８は、Ｘ線が外部に漏れるのを防ぐための鉛ガラス、３０は冷却用配管、３１は撮影するためのカメラ用暗箱である。

本実施形態においては、カソード電子銃が、図５に例示するような、例えばＣＮＴ（カーボンナノチューブ）でなる３７個のカソード電子銃１０をハニカム状に配置した電子銃ユニット１０ａを７個配置したものとなっており、これに合わせて、金属板２０も、各電子銃ユニット１０ａ毎のカソード電子銃１０の集合に対応する部分と、各電子銃ユニット１０ａの間に冷却水を流す通路２０ａの部分とを有している。図において、１０ｂは電子銃ホルダである。

このようにして冷却水通路２０ａを設けることにより、金属板２０を負荷に応じて冷却することができる。

実施例の測定結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）および（ｂ）は、加速電圧４０ｋＶ、出力電流３．５ｍＡ（出力１４０Ｗ）の電子線測定結果である。Ｘ線を発生させるための金属板２０として、０．５ｍｍ厚さのＳＵＳ３０４ステンレス板を用い、シンチレータ２２として、デジタルＸ線撮影装置に用いられる三菱化学製Ｘ線用蛍光体ＤＲＺ−ＨＩＧＨ（蛍光体：酸硫化ガドリニウム）を使用した。図６（ａ）は金属板２０とシンチレータ２２の距離を１０ｍｍとした場合の結果であり、ピンボケの画像となっている。これは４０ｋＶの加速電圧では電子線エネルギーが低く、約３０〜４５度の角度でＸ線が発散しているためである。図６（ｂ）は金属板２０とシンチレータ２２の距離を約１ｍｍとした場合の結果であり、３７×７＝２５９個の各電子銃ユニット１０からの電子線分布が的確に測定できている。図６（ｂ）の測定画像データをデジタル処理化して二次元強度分布にした結果が図６（ｃ）であり、出力分布を明確に比較できることがわかる。

なお、前記実施形態においては、本発明が電子線分布の測定に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、イオンビームを含む荷電粒子線等の粒子線一般の測定が可能である。また、透過窓を有さない粒子線照射装置の場合にも適用することが可能である。

１０…カソード電子銃
１０ａ…電子銃ユニット
１０ｂ…電子銃ホルダ
１２…電子
１４…蛍光体
１６…透明導電性ガラス（アノードガラス）
１８…透過窓
２０…金属板
２０ａ…冷却水通路
２１…Ｘ線
２２…シンチレータ
２４…ＣＣＤカメラ
２５…カメラフード
２６…取付フランジ
２８…鉛ガラス
３０…冷却用配管
３１…カメラ用暗箱

Claims

粒子線照射部の真空と大気の境界または透過窓の大気側に金属板を配置し、
粒子線を衝突させてＸ線を発生させ、
前記金属板で発生したＸ線を、大気側に配置したシンチレータで光に変換し、
該シンチレータから発生する光をカメラでとらえることを特徴とする粒子線分布の測定方法。
粒子線照射部の真空と大気の境界または透過窓の大気側に配置される金属板と、
粒子線の衝突により該金属板で発生したＸ線を光に変換するための、大気側に配置されたシンチレータと、
該シンチレータから発生する光をとらえるカメラと、
を備えたことを特徴とする粒子線分布の測定装置。
前記金属板を冷却する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の粒子線分布の測定装置。