JP2798270B2 - 中性粒子ビーム測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は中性粒子ビーム測定装置に関する。

（従来の技術） 中性粒子は電荷を持たないため、その存在、形状、ビ
ーム量の測定は、極めて困難である。そのためカロリー
メータを使用して、ターゲットに中性粒子のビームを照
射し、これによって発熱するターゲットの熱により液体
を加熱し、その温度上昇から、ビーム量を計測するのが
限度であった。

（発明が解決しようとする課題） しかしこのような測定方法によれば、入射された全中
性粒子のビーム量は測定可能であるとしても、正確では
なく、またビームが通過する位置、ビームの断面形状、
密度分布などは到底測定できないし、ましてやこれらの
短時間における変化の測定は不可能である。

この発明は、中性粒子のビームの位置、形状、強度な
どの計測を可能にすることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、表面に中性粒子のビームが照射される回
転可能のディスクと、前記ディスクの表面の一部に半径
方向に沿ってセットされる標識試料と、前記標識試料に
前記ビームが照射されたことによって、これから後方に
散乱する中性粒子を検出する検出器と、前記検出器によ
り検出された前記散乱中性粒子から、前記標識試料に照
射された中性粒子ビームを計測する演算装置とを具備し
てなることを特徴とする。

またこの発明は、標識試料上の前記検出器が見込んで
いる位置を、標識試料上で移動自在としたことを特徴と
する。

（作用） 標識試料に照射される中性粒子（入射中性粒子）のビ
ーム量と、その標識材料からの散乱中性粒子の量とは、
比例関係にある。したがって散乱中性粒子の量を検出器
によって測定すれば、入射中性粒子のビーム量が測定で
きる。また散乱中性粒子の量の時間的変化を計測するこ
とによって、入射中性粒子のビーム量の時間的変化を測
定することができる。

検出器が見込んでいる標識試料上の位置が移動するよ
うに、その検出器を移動自在に設置する。するとその移
動の過程で、散乱中性粒子のビーム量の変化から、入射
中性粒子のビーム形状が計測できるし、あるいはそのビ
ームのエネルギ分布も計測できる。もちろんこれらの時
間的変化も計測できる。

（実施例） この発明の実施例を図によって説明する。１は中性粒
子のビームで、その進行方向に回転されるディスク２が
設置される。３はその回転軸である。ディスク２はたと
えば毎秒0.01〜100回転の間で調整できるようにしてあ
る。またビーム強度に応じて冷却できるようにしてあ
る。

ディスク２の表面には、その回転半径方向に沿って標
識試料４がセットされてある。標識試料４は１個であっ
てもよいし、複数個であってもよい。図では線状のもの
を使用しているが、これが帯状または斑点状のものであ
ってもよい。ビーム１のサイズは１〜300mmφの間であ
るから、標識試料４の長さは10〜400mmφであればよ
い。

標識試料４をディスク２の表面にセットした場合、デ
ィスク２とはその材質において、原子質量に大きな差の
あるものを使用する。たとえばディスク２として、ステ
ンレス、鉄、アルミニューム、ニッケルなどを使用した
場合、標識試料としては、金、タングステン、タンタ
ル、白金などを使用するとよい。

５はビーム１がディスク２、標識試料４に照射された
ときの散乱粒子である。散乱粒子５は同軸上にあるスリ
ット6,7を通る。スリット6,7はたとえば0.1〜10mmφの
角孔または丸孔とされてある。

スリット6,7を通過した散乱粒子５は、検出器８に入
射され、ここでその強度が検出される。検出器８として
は、たとえばシリコン半導体検出器が適当である。

スリット6,7および検出器８は、移動台９にセットさ
れてあり、これは移動機構10によって、スリット6,7、
検出器８の、標識材料４を見込む位置が、標識試料４の
長手方向に沿って、および円筒方向にもビーム径の予想
範囲で任意に移動自在とされている。移動機構10は検出
器移動制御回路11によってその移動が制御される。

必要があれば、ディスク２をビーム１に対して第２
図、第３図のように傾斜自在とし、散乱粒子５の散乱角
度θを、45゜〜170゜程度の範囲で変更できるようにし
ておくとよい。

検出器８からの検出出力は、プリアンプ12,アンプ13
によって増幅されてのち、シングルチャンネルゲート1
4,ゲート回路15を介してデータ収集のための演算を行な
う演算装置16に送られる。演算装置16は、マルチチャン
ネルアナライザと呼ばれる機能を具備している。また通
常の演算装置と同様にCRTのような表示機能も具備して
いることが望ましい。

17は回転軸３にセットされている回転検出器で、回転
軸３の回転数、回転角度を信号として出力し、これをゲ
ート回路用制御回路18に与え、これからの制御信号をゲ
ート回路15に送る。ゲート回路15はこの制御信号によっ
てゲートされる。

以上の構成において、たとえば100keV以上のエネルギ
ーをもつ中性粒子は、ディスク２、標識試料４を照射し
たとき、前方もしくは後方に向かって散乱する。これは
後方散乱としてよく知られているもので、たとえば1MeV
のH⁺が金の表面で散乱されて、160゜の方向に出てくる
と、その散乱粒子のエネルギーは980keVとなる。

そこでスリット6,7および検出器８として、160゜の方
向に出てくる散乱粒子を検出する位置にセットしておい
たとすると、その検出エネルギーから、金の標識試料４
に照射されたH⁺ビーム１のエネルギーを知ることができ
るようになる。

またスリット6,7および検出器８の標識試料４に対す
る見込み位置を、移動機構10によって順次、標識試料４
の長手方向に沿って移動させ、このときの散乱粒子５の
エネルギーを、各移動位置毎に検出していくと、ビーム
１が照射される位置と、そうでない位置とが区別できる
ため、ビーム１の径（大きさ）およびビーム１の通る位
置を求めることができる。

このとき各移動位置におけるエネルギーの大きさを計
測するようにすれば、ビーム１の断面におけるエネルギ
ー分布を求めることができる。

ビーム５のエネルギーの時間的変化を知れば、ビーム
１の位置、エネルギーあるいはエネルギー分布の時間的
変化が判る。

また検出器移動制御回路11からの位置情報と、検出器
８からの散乱粒子の数、エネルギー情報を演算装置16に
よって３次元的に画像処理すれば、ビーム１の位置に対
する断面形状（断面におけるビーム強度の分布）を演算
装置16のCRT上で見ることができるようになる。

さらに標識試料４として金を用い、その膜厚を充分薄
く（〜100Å）しておくと、これからの散乱粒子のエネ
ルギーの幅ΔＥは決るので（たとえばΔＥ≦10keV）、
散乱粒子のビーム５のエネルギーがΔＥより大きく分布
するか、または変化すれば、中性粒子のビーム１のエネ
ルギーに変化が生じたことを知ることができる。

標識試料４は回転して周期的にスリット6,7の見込む
位置に到達するので、必要な信号のみを得るには、回転
検出器17、ゲート回路用制御回路12によってゲート回路
15にゲートをかけて、選択的にデータ収集を行なえばよ
い。

図に示す実施例では、回転するディスク２に標識試料
４をセットした例を示しているが、これは標識試料４に
連続的に高エネルギーの中性粒子を照射すると、発熱し
て溶解してしまう恐れがあるためである。したがって低
エネルギーの中性粒子の場合には、標識試料を回転させ
ることを必要としないこともある。

（発明の効果） 以上詳述したようにこの発明によれば、ディスクを回
転させると標識試料は中性粒子のビームを横切るように
移動する。その移動の各時点における標識試料に照射さ
れた中性粒子ビームを計測することにより、中性粒子の
ビームの位置、径、断面形状を計測することができると
ともに、ビーム断面における密度およびエネルギー分
布、ならびにこれらの時間的変化を確実に測定でき、ま
た、ディスクの回転により標識試料の溶解を防ぐことも
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すもので、回路図を併示
した斜視図、第２図および第３図は散乱状態を示す断面
図である。 １……中性粒子のビーム、４……標識試料、５……散乱
粒子のビーム、８……検出器、10……移動機構、16……
演算装置、

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に中性粒子のビームが照射される回転
   可能のディスクと、前記ディスクの表面の一部に半径方
   向に沿ってセットされる標識試料と、前記標識試料に前
   記ビームが照射されたことによって、これから後方に散
   乱する中性粒子を検出する検出器と、前記検出器により
   検出された前記散乱中性粒子から、前記標識試料に照射
   された中性粒子ビームを計測する演算装置とを具備して
   なる中性粒子ビーム測定装置。
2. 【請求項２】前記検出器の前記標識試料上の見込んでい
   る位置を、標識試料上で移動自在とするように、前記検
   出器を移動自在としてなる請求項１に記載の中性粒子ビ
   ーム測定装置。