JP2647102B2 - 粒子ビーム測定装置 - Google Patents
粒子ビーム測定装置Info
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- JP2647102B2 JP2647102B2 JP62290850A JP29085087A JP2647102B2 JP 2647102 B2 JP2647102 B2 JP 2647102B2 JP 62290850 A JP62290850 A JP 62290850A JP 29085087 A JP29085087 A JP 29085087A JP 2647102 B2 JP2647102 B2 JP 2647102B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 この発明は、荷電粒子、中性粒子、電子等のビーム強
度を測定する粒子ビーム測定装置に関する。
度を測定する粒子ビーム測定装置に関する。
従来より、荷電粒子ビームの電流値や中性粒子ビーム
の粒子個数等の測定には、ファラデーカップが使用され
ていた。周知の如く、ファラデーカップは、入射粒子を
コレクタで捕集して、入射粒子の個数を電流値に換算す
るもので、粒子ビームの絶対的な強度を測定することが
できる。
の粒子個数等の測定には、ファラデーカップが使用され
ていた。周知の如く、ファラデーカップは、入射粒子を
コレクタで捕集して、入射粒子の個数を電流値に換算す
るもので、粒子ビームの絶対的な強度を測定することが
できる。
ところで、近年、核融合炉の開発等に伴ってプラズマ
計測用中性粒子分析器の使用頻度が増してきた。この中
性粒子分析器の使用に際しては、分析器の較正用に10
-18A〜10-10Aのレンジで絶対的な強度を測定できる粒子
ビーム測定装置が必要とされる。ところが、ファラデー
カップを用いた粒子ビーム測定装置では、微小電流を測
定する技術に困難性を伴うことから、10-15A以下の微小
粒子ビームの測定が不可能であり、上述した要請を満た
すことができなかった。
計測用中性粒子分析器の使用頻度が増してきた。この中
性粒子分析器の使用に際しては、分析器の較正用に10
-18A〜10-10Aのレンジで絶対的な強度を測定できる粒子
ビーム測定装置が必要とされる。ところが、ファラデー
カップを用いた粒子ビーム測定装置では、微小電流を測
定する技術に困難性を伴うことから、10-15A以下の微小
粒子ビームの測定が不可能であり、上述した要請を満た
すことができなかった。
そこで、このような用途には、比較的微弱な粒子測定
が可能な二次電子増倍素子を用いることも考えられる。
しかしながら、二次電子増倍素子の場合、その増倍度や
検出効率が個々の素子によって異なることから、入射粒
子数の相対的な比較しかできず、絶対的な粒子ビーム強
度の測定が必要な前述の用途には使用できないという問
題があった。
が可能な二次電子増倍素子を用いることも考えられる。
しかしながら、二次電子増倍素子の場合、その増倍度や
検出効率が個々の素子によって異なることから、入射粒
子数の相対的な比較しかできず、絶対的な粒子ビーム強
度の測定が必要な前述の用途には使用できないという問
題があった。
本発明は、このような事情に基づきなされたものであ
り、その目的とするところは、広い範囲に亙って絶対的
な粒子ビームの強度を測定でき、しかも測定時に起こり
易い検出器の損傷を防止できる粒子ビーム測定装置を提
供することにある。
り、その目的とするところは、広い範囲に亙って絶対的
な粒子ビームの強度を測定でき、しかも測定時に起こり
易い検出器の損傷を防止できる粒子ビーム測定装置を提
供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る粒子ビーム
測定装置は、それぞれの測定可能な粒子ビーム強度範囲
が一部重複し、被測定粒子ビームの進行経路上で上記被
測定粒子ビームの進行方向を基準にして上流側に配置さ
れたファラデーカップおよび下流側に配置された二次電
子増倍素子と、被測定粒子ビームを前記ファラデーカッ
プおよび前記二次電子増倍素子のいずれか一方に入射さ
せるために上記ファラデーカップおよび上記二次電子増
倍素子を前記被測定粒子ビームの進行経路上の位置と進
行経路外の位置とに選択的に移動させる手段とを備えて
いる。
測定装置は、それぞれの測定可能な粒子ビーム強度範囲
が一部重複し、被測定粒子ビームの進行経路上で上記被
測定粒子ビームの進行方向を基準にして上流側に配置さ
れたファラデーカップおよび下流側に配置された二次電
子増倍素子と、被測定粒子ビームを前記ファラデーカッ
プおよび前記二次電子増倍素子のいずれか一方に入射さ
せるために上記ファラデーカップおよび上記二次電子増
倍素子を前記被測定粒子ビームの進行経路上の位置と進
行経路外の位置とに選択的に移動させる手段とを備えて
いる。
本発明によれば、測定レンジが一部重複するファラデ
ーカップと二次電子増倍素子とを備え、しかも両者を選
択的に測定可能としているので、この重複範囲で両者の
測定値の比を取ることによって、二次電子増倍素子の測
定値、すなわち相対的な粒子ビーム強度から絶対的な粒
子ビーム強度への変換を行なうことができる。
ーカップと二次電子増倍素子とを備え、しかも両者を選
択的に測定可能としているので、この重複範囲で両者の
測定値の比を取ることによって、二次電子増倍素子の測
定値、すなわち相対的な粒子ビーム強度から絶対的な粒
子ビーム強度への変換を行なうことができる。
このため、本発明によれば、ファラデーカップの測定
レンジと、二次電子増倍素子の測定レンジとを合わせ
た、例えば10-18〜10-10Aに及ぶ広い範囲での粒子ビー
ム強度の絶対値測定が可能になる。
レンジと、二次電子増倍素子の測定レンジとを合わせ
た、例えば10-18〜10-10Aに及ぶ広い範囲での粒子ビー
ム強度の絶対値測定が可能になる。
特に本発明では、被測定粒子ビームの進行経路を固定
とし、被測定粒子ビームをファラデーカップおよび二次
電子増倍素子のいずれか一方に入射させるためにファラ
デーカップおよび二次電子増倍素子を被測定粒子ビーム
の進行経路上の位置と進行経路外の位置とに選択的に移
動させる方式を採用しているので、荷電粒子ビームは勿
論のこと中性粒子ビームの場合においても何等支障なく
前述した重複範囲で両者の測定値の比をとることができ
る。したがって、荷電粒子ビームおよび中性粒子ビーム
の両方について、広い範囲に亙って粒子ビーム強度の絶
対値を測定できる。
とし、被測定粒子ビームをファラデーカップおよび二次
電子増倍素子のいずれか一方に入射させるためにファラ
デーカップおよび二次電子増倍素子を被測定粒子ビーム
の進行経路上の位置と進行経路外の位置とに選択的に移
動させる方式を採用しているので、荷電粒子ビームは勿
論のこと中性粒子ビームの場合においても何等支障なく
前述した重複範囲で両者の測定値の比をとることができ
る。したがって、荷電粒子ビームおよび中性粒子ビーム
の両方について、広い範囲に亙って粒子ビーム強度の絶
対値を測定できる。
また、本発明では、被測定粒子ビームの進行経路上で
被測定粒子ビームの進行方向を基準にして上流側にファ
ラデーカップを配置し、下流側に二次電子増倍素子を配
置した構成を採用している。ファラデーカップは粒子ビ
ーム強度に対する耐量が大きい。しかし、二次電子増倍
素子は通常、粒子ビーム強度に対する耐量が小さく、測
定範囲を越えた強度の粒子ビームが入射すると、ビーム
入射部や二次電子増倍部に著しい損傷を与えて使用不能
となる。
被測定粒子ビームの進行方向を基準にして上流側にファ
ラデーカップを配置し、下流側に二次電子増倍素子を配
置した構成を採用している。ファラデーカップは粒子ビ
ーム強度に対する耐量が大きい。しかし、二次電子増倍
素子は通常、粒子ビーム強度に対する耐量が小さく、測
定範囲を越えた強度の粒子ビームが入射すると、ビーム
入射部や二次電子増倍部に著しい損傷を与えて使用不能
となる。
測定開始時には、どのような強度の粒子ビームが入射
するか判らない。本発明のように、被測定粒子ビームの
進行経路上における上流側にファラデーカップを配置し
た構成であると、測定開始時にはファラデーカップを被
測定粒子ビームの進行経路上に自動的にセットする運用
法を採用できるので、強度の大きい粒子ビームが二次電
子増倍素子に入射するのを防止でき、測定開始時に起こ
り易い二次電子増倍素子の損傷を防止できる。
するか判らない。本発明のように、被測定粒子ビームの
進行経路上における上流側にファラデーカップを配置し
た構成であると、測定開始時にはファラデーカップを被
測定粒子ビームの進行経路上に自動的にセットする運用
法を採用できるので、強度の大きい粒子ビームが二次電
子増倍素子に入射するのを防止でき、測定開始時に起こ
り易い二次電子増倍素子の損傷を防止できる。
以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る粒子ビ
ーム測定装置について説明する。
ーム測定装置について説明する。
第１図は、この測定装置の概略的な構成を示す図であ
る。すなわち、この測定装置は、一端側に粒子ビーム入
射口１を設けた真空容器２の内部に、被測定粒子ビーム
経路Ｌの上流側から下流側にかけてファラデーカップ３
と、二次電子増倍素子の一つであるマイクロチャネルプ
レート（以下、「MCP」と略記する）４とを配置して構
成される。
る。すなわち、この測定装置は、一端側に粒子ビーム入
射口１を設けた真空容器２の内部に、被測定粒子ビーム
経路Ｌの上流側から下流側にかけてファラデーカップ３
と、二次電子増倍素子の一つであるマイクロチャネルプ
レート（以下、「MCP」と略記する）４とを配置して構
成される。
ファラデーカップ３は、例えば10-15A以上の粒子ビー
ムの絶対強度を測定することが可能なもので、一端側に
粒子ビーム入射口５を有する容器６の内部に、粒子ビー
ムを捕集するすり鉢状のコレクタ７を配置するととも
に、このコレクタ７に粒子ビームが当たった際に放出さ
れる二次電子を再びコレクタ７側に押返すためのサプレ
ッサ８を設けたものである。これらコレクタ７およびサ
プレッサ８は、絶縁部材９によって支持されている。コ
レクタ７には、コレクタ７に捕集された粒子によって生
ずる電流を測定する電流計10が接続されている。サプレ
ッサ８には、コレクタ７に対し例えば負電位に保たれる
べく電源11が接続されている。
ムの絶対強度を測定することが可能なもので、一端側に
粒子ビーム入射口５を有する容器６の内部に、粒子ビー
ムを捕集するすり鉢状のコレクタ７を配置するととも
に、このコレクタ７に粒子ビームが当たった際に放出さ
れる二次電子を再びコレクタ７側に押返すためのサプレ
ッサ８を設けたものである。これらコレクタ７およびサ
プレッサ８は、絶縁部材９によって支持されている。コ
レクタ７には、コレクタ７に捕集された粒子によって生
ずる電流を測定する電流計10が接続されている。サプレ
ッサ８には、コレクタ７に対し例えば負電位に保たれる
べく電源11が接続されている。
一方、MCP4は、電流に換算して10-19〜10-14Aの粒子
ビームをパルス計数できるもので、例えば外径15μｍ程
度の二次電子増倍用のキャピラリ16を数万〜数百万本束
ねて構成されている。これらキャピラリ16で増倍された
電子は、コレクタ17で捕集され、パルス計数装置18で単
位時間当りの入射粒子数として測定される。
ビームをパルス計数できるもので、例えば外径15μｍ程
度の二次電子増倍用のキャピラリ16を数万〜数百万本束
ねて構成されている。これらキャピラリ16で増倍された
電子は、コレクタ17で捕集され、パルス計数装置18で単
位時間当りの入射粒子数として測定される。
これらファラデーカップ３およびMCP4は、それぞれ駆
動機構21,22によって図中上下に可動する構造となって
いる。
動機構21,22によって図中上下に可動する構造となって
いる。
このように構成された本実施例に係る粒子ビーム測定
装置は、次のように作用する。
装置は、次のように作用する。
すなわち、前述したように、ファラデーカップ３の測
定可能な範囲は、第２図中Ａに示すように、10-15A以上
であり、またMCP4の測定可能な範囲は、同図中Ｂに示す
ように10-19〜10-14Aである。したがって、同図中Ｃに
示す斜線の領域は、両者が共に測定可能な範囲となる。
定可能な範囲は、第２図中Ａに示すように、10-15A以上
であり、またMCP4の測定可能な範囲は、同図中Ｂに示す
ように10-19〜10-14Aである。したがって、同図中Ｃに
示す斜線の領域は、両者が共に測定可能な範囲となる。
そこで、まず、駆動機構21によってファラデーカップ
３を被測定粒子ビーム経路Ｌ上に配置して、10-14A程度
の感度較正用の粒子ビームを導入し、その絶対強度を測
定する。次に、駆動機構21を操作してファラデーカップ
３を図中上方に引上げ、被測定粒子ビーム経路Ｌから外
すとともに、駆動機構22を操作してMCP4を同経路Ｌ上に
配置する。この状態で再び上記感度較正用粒子ビームの
相対的強度をMCP4で測定する。そして、この測定値とフ
ァラデーカップ３によって測定された測定値とを比較し
て、MCP4の感度較正をする。以上によって測定の準備が
完了する。
３を被測定粒子ビーム経路Ｌ上に配置して、10-14A程度
の感度較正用の粒子ビームを導入し、その絶対強度を測
定する。次に、駆動機構21を操作してファラデーカップ
３を図中上方に引上げ、被測定粒子ビーム経路Ｌから外
すとともに、駆動機構22を操作してMCP4を同経路Ｌ上に
配置する。この状態で再び上記感度較正用粒子ビームの
相対的強度をMCP4で測定する。そして、この測定値とフ
ァラデーカップ３によって測定された測定値とを比較し
て、MCP4の感度較正をする。以上によって測定の準備が
完了する。
そして、実際の測定時には、通常はファラデーカップ
３が被測定粒子ビーム経路Ｌ上に配置されるが、その出
力が観測できない程の微小電流のビームに対しては、フ
ァラデーカップ３を経路Ｌ上から除去して、MCP4による
測定を行なう。たとえば、ファラデーカップ３で荷電粒
子を測定する場合には、コレクタ７に衝突した荷電粒子
が電流値として検出される。この時、コレクタ７からは
二次電子が放出され、コレクタ７に流れる電流が見掛け
上増えるが、負電位に保たれたサプレッサ８が、この二
次電子をコレクタ７側に押返すので、二次電子放出によ
る誤差は相殺される。一方、被測定粒子が中性粒子ビー
ムである場合には、サプレッサ８の電位をコレクタ７の
電位よりも正電位に保つようにする。このようにすれ
ば、コレクタ７への衝突によって生ずる二次電子は、サ
プレッサ８で測定され、別に測定したコレクタ７におけ
る二次電子放出率を考慮して電流値に換算した入射粒子
数が求められる。
３が被測定粒子ビーム経路Ｌ上に配置されるが、その出
力が観測できない程の微小電流のビームに対しては、フ
ァラデーカップ３を経路Ｌ上から除去して、MCP4による
測定を行なう。たとえば、ファラデーカップ３で荷電粒
子を測定する場合には、コレクタ７に衝突した荷電粒子
が電流値として検出される。この時、コレクタ７からは
二次電子が放出され、コレクタ７に流れる電流が見掛け
上増えるが、負電位に保たれたサプレッサ８が、この二
次電子をコレクタ７側に押返すので、二次電子放出によ
る誤差は相殺される。一方、被測定粒子が中性粒子ビー
ムである場合には、サプレッサ８の電位をコレクタ７の
電位よりも正電位に保つようにする。このようにすれ
ば、コレクタ７への衝突によって生ずる二次電子は、サ
プレッサ８で測定され、別に測定したコレクタ７におけ
る二次電子放出率を考慮して電流値に換算した入射粒子
数が求められる。
このように、本実施例によれば、10-19A以上の粒子ビ
ームの絶対的な強度が測定可能となる。
ームの絶対的な強度が測定可能となる。
なお、上記実施例では、二次電子増倍素子としてMCP
を用いたが、他のチャネル形二次電子増倍素子はもとよ
り、多段ダイノード形等の二次電子増倍素子を用いるよ
うにしても良い。
を用いたが、他のチャネル形二次電子増倍素子はもとよ
り、多段ダイノード形等の二次電子増倍素子を用いるよ
うにしても良い。
第１図は本発明の一実施例に係る粒子ビーム測定装置の
概略構成を示す縦断面図、第２図は同装置によって測定
可能な粒子ビーム絶対強度の範囲を示す特性図である。 ２……真空容器、３……ファラデーカップ、４……MC
P、７……コレクタ、８……サプレッサ、９……絶縁部
材、16……キャピラリ、17……コレクタ、18……パルス
計数装置、21,22……駆動機構。
概略構成を示す縦断面図、第２図は同装置によって測定
可能な粒子ビーム絶対強度の範囲を示す特性図である。 ２……真空容器、３……ファラデーカップ、４……MC
P、７……コレクタ、８……サプレッサ、９……絶縁部
材、16……キャピラリ、17……コレクタ、18……パルス
計数装置、21,22……駆動機構。
Claims (1)
- 【請求項１】それぞれの測定可能な粒子ビーム強度範囲
が一部重複し、被測定粒子ビームの進行経路上で上記被
測定粒子ビームの進行方向を基準にして上流側に配置さ
れたファラデーカップおよび下流側に配置された二次電
子増倍素子と、被測定粒子ビームを前記ファラデーカッ
プおよび前記二次電子増倍素子のいずれか一方に入射さ
せるために上記ファラデーカップおよび上記二次電子増
倍素子を前記被測定粒子ビームの進行経路上の位置と進
行経路外の位置とに選択的に移動させる手段とを具備し
てなることを特徴とする粒子ビーム測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290850A JP2647102B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 粒子ビーム測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290850A JP2647102B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 粒子ビーム測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01132037A JPH01132037A (ja) | 1989-05-24 |
| JP2647102B2 true JP2647102B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=17761293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62290850A Expired - Fee Related JP2647102B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 粒子ビーム測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647102B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7220970B2 (en) | 2004-12-17 | 2007-05-22 | Thermo Electron (Bremen) Gmbh | Process and device for measuring ions |
| DE102004061442B4 (de) * | 2004-12-17 | 2017-01-19 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Ionen |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5539865B2 (ja) * | 1973-04-05 | 1980-10-14 | ||
| JPS5241583A (en) * | 1975-09-03 | 1977-03-31 | Hitachi Ltd | Ion detecting device for mass analyzer |
| JPS5960855A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-06 | Shimadzu Corp | 二重収束型質量分析装置 |
-
1987
- 1987-11-18 JP JP62290850A patent/JP2647102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01132037A (ja) | 1989-05-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |