JP3072999B2 - 空気遮断粒子ビーム照射処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、空気遮断粒子ビーム照射処理装置、すなわ
ち、有機物などの耐熱性が比較的劣る材料に、電子線及
びイオンビームを照射して物理的、化学的あるいは生物
的変化を与えることを目的として、空気を完全に遮断し
た状態で比較的量の多い材料に粒子ビームを均一に照射
して熱処理あるいは化学的処理を施し、安定な状態にし
た後空気中に取り出すことができる装置に関する。

（従来の技術） 従来においては、電子線などの粒子ビームを空気に触
れさせないで被照射物を照射する場合には、真空中に被
照射物を設置して直接ビームを照射する方法、若しくは
被照射物をビームが入射できる薄膜の窓を付けた空気置
換のできる照射容器に入れて照射する方法が用いられて
いた。しかしながら、これらの方法では均一に照射する
ことのできる被照射物の大きさがビームの照射野の大き
さによって制限されるので、少量で且つ小面積の材料照
射に限られていた。従って、従来の方法では、ビーム照
射利用によって大量の材料製造等を行うための或は大き
な面積の材料評価を行うための照射処理を行うことがで
きなかった。また、有機材料或は生物体の如き高温に耐
えられない材料に従来の方法で照射する場合には、ビー
ム照射による発熱のため、ビーム出力を高めて照射時間
を短縮することができなかった。

（発明が解決しようとする課題） 上記に鑑み、本発明は、空気遮断状態で大量あるいは
大きい面積の材料に対して均一に照射することができる
粒子ビーム照射装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明においては、気密
状態で被照射物に粒子ビームを照射するためのビーム照
射容器部と、被照射物を気密状態で安定化処理するため
の安定化処理容器部とから粒子ビーム照射処理装置を構
成している。

そして、該ビーム照射容器部は、被照射物を出し入れ
でき且つ容器内部を気密に保持するための気密シャッタ
ーが配設され、被照射物が載置される試料台が駆動機構
によってビーム照射方向に対して垂直な方向において前
後に駆動できるようになされ、容器自体及び被照射物を
冷却するためのラジエーターが配設されており、 該安定化処理容器部は、該ビーム照射容器部の気密シ
ャッターと気密状態で接続可能な気密シャッターが配設
され、被照射物を外部から移動操作可能な操作手段とが
配設され且つ該気密シャッターに近接して水冷部が配設
されている。

更に、ビーム照射容器部と安定化処理容器部との間に
照射済試料を気密状態で一時的に収納するための被照射
物取出し容器部を設けると、工程上望ましいことが多
い。該被照射物取出し容器部は、ビーム照射容器部の気
密シャッター及び安定化処理容器部の気密シャッターと
気密状態で接続可能な気密シャッターが配設され且つ被
照射物を外部から移動操作可能な操作手段とが配設され
ている。

（作用） 更に詳述すると、本発明の装置においては、熱に比較
的不安定な被照射物を、縦が10〜500cm程度、横が10〜2
00cm程度であり、厚さが最大50cmの大きさの粒子ビーム
照射容器に入れ、空気を完全に遮断した状態で粒子ビー
ムを均一に照射する。これによって、照射中に被照射物
が熱分解しない方法で必要な線量を与えることができ且
つ照射後も空気に触れさせることなく、約200〜2000℃
まで加熱処理するか或は化学薬品を導入させながら化学
反応処理を行うことにより、酸化に対して比較的安定な
状態に保持することができる。

本発明の装置の各構成要素を以下において更に詳説す
る。

粒子ビーム照射容器部 大きなサイズの被照射材料を均一に照射するために、
空気遮断された照射容器の内部に、ビーム照射中に被照
射材料をビームと垂直の方向に反復駆動させる機構を設
ける。粒子ビームは容器の一部に取り付けられたビーム
入射窓から照射される。被照射物の冷却は、不活性ガス
あるいはガス状の反応性分子を容器内に流通若しくは循
環させることによって行われる。また、この冷却を促進
するためには、水若しくは液体窒素などの冷媒を通じた
ラジエーターを照射容器内に設置してもよい。被照射物
を貫通するビームあるいは照射容器に直接当たるビーム
による容器の発熱を防止するために、水冷板で冷却する
構造とした。

非照射物の駆動機構にガス冷却機構を併用することに
よって、被照射物全体としてビーム照射が間欠的とな
り、ビーム出力を上げてもビーム加熱による被照射材料
の温度上昇を抑えることができる。従って、比較的短時
間で且つ熱による材料の分解を防止しつつ多量の材料の
照射処理ができる。

安定化処理容器部 ビームを照射した材料は化学反応を引き起こす活性種
を有しているので、安定化処理を施す必要がある場合が
ある。このような材料に対しては、不活性ガスあるいは
真空中で加熱処理若しくは化学反応を行うことのできる
安定化処理装置を設ける。この容器で加熱若しくは化学
反応を行うと、分解生成物あるいは反応生成物が出て来
るので、これらを処理するためのガス流通システムを取
り付ける。また、酸素を排除するためには、真空に耐え
ると共に耐熱性、耐薬品性が必要である。加熱は、容器
の外部若しくは内部に電熱器を取り付けて温度及び昇温
速度を制御する。

この処理装置を設けることによって、被照射物の空気
酸化を完全に防止でき、材料の製造、評価に極めて有効
である。

被照射物取出し容器部 照射後の材料を、加熱処理あるいは化学反応処理を施
すための安定化処理装置に移動させるために、被照射物
を空気に触れさせることなく照射容器から取り出し、安
定化処理装置に導入する容器を設ける。この容器は、被
照射物が入る大きさであり、空気を遮断する扉があり且
つ材料を外部から移動させる機構を持つものである。

この容器を設けることによって、照射後の材料を比較
的長時間保持できること、また、照射容器の製作に際し
て、耐熱性や耐薬品性などの特殊な材料を用いることな
く設計、製作ができる。

本発明のビーム照射処理装置は、例えば、有機若しく
は無機系高分子及びそれらからなる繊維を電離性放射線
処理して架橋反応を起こさせ、不融化処理を行ってセラ
ミックの塗料及び繊維を製造すること及び高分子フィル
ムあるいは繊維強化樹脂の耐放射線性を酸化の伴わない
条件で評価するために利用できる。

（実施例） 微細な高分子繊維の放射線架橋あるいは有機高分子で
比較的薄いフィルムの放射線架橋を行わせること及びこ
れらの材料の耐放射線性を酸素の関与しない条件で評価
するために、本発明に従ってビーム照射処理装置を作製
した。

第1a図及び第1b図は、各々、本実施例のビーム照射処
理装置におけるビーム照射容器部の正面図及び側面断面
図であり、第1c図は、該ビーム照射処理装置におけるパ
レット駆動機構詳細図である。

該ビーム照射容器部には、照射試料を出し入れするた
めの空気遮断用の気密シャッター（大きさ:60mm×400m
m）１が設けられている。本実施例においては気密シャ
ッターが２個設けられており、２種類の被照射物を個々
に照射できる。通常、被照射物はパレット２に入れて照
射容器内に入れられる。照射容器内には、被照射物を入
れたパレット２を載置するための試料台３が設けられて
いる。試料台３は水冷板も兼ねており被照射物の発熱を
抑えるようになされている。更に、照射容器内上部に
は、ガスを流通でき且つそのガスを冷却するラジエータ
ー４が設けられている。このように、ラジエーター４及
び水冷板を兼ねた試料台３によって、ビーム照射による
被照射物の発熱及び照射容器自体の発熱を抑えることが
できる。

また、パレット２は駆動機構５によって速度を制御さ
れつつ試料台３上を前後に駆動できるようになされてい
る。第1c図は駆動機構５の詳細を示したものであり、図
から明らかなように、駆動モーター９によってチェーン
10が駆動される。チェーン10にはバー11が２本設けられ
ており、バー11によってパレット２が試料台３上を摺動
される。駆動モーター９を正逆に交互に回転することに
よってパレット２は前後に移動せしめられる。

更に、照射容器の上面中央部には気密保持用の金属薄
膜を具備したビーム照射窓６が設けられており、このビ
ーム照射窓６を通して粒子ビームが照射される。更に、
容器内を真空あるいは空気遮断状態とするための真空排
気バルブ13及びガス導入バルブ14が設けられている。

照射は、試料を装填し、気密シャッターを閉めて脱空
気した後、不活性ガスを流通させた状態でラジエーター
に液体窒素を通じ、被照射物を前後に駆動させつつ行
う。この結果、比較的量の多い試料を均一に照射するこ
とができる。

第2a図及び第2b図は、各々、本実施例のビーム照射処
理装置における安定化処理容器部の正面図及び側面図で
ある。

該安定化処理容器部には、ビーム照射容器部と同様
に、被照射物を出し入れするための空気遮断用の気密シ
ャッター15が設けられている。気密シャッター15は、ビ
ーム照射容器部の気密シャッター１とパッキンを介して
接続してパレットを気密状態で安定化処理容器内へと移
動可能である。更に、該容器はそのまま加熱装置に挿入
できる構造であり、パッキンを高温から保護するため
に、気密シャッターに近接して水冷部16が設けられてい
る。また、容器後部には容器外部からパレットを移動操
作可能な手動棒17が設けられており、この種動棒によっ
て、容器外からの操作によって気密を保ちながらパレッ
トを移動することができる。更に、容器内を真空あるい
は空気遮断状態とするため及び反応生成物あるいは分解
生成物を排除するための真空排気バルブ18及びガス導入
バルブ19が設けられている。

ビーム照射容器部において照射が完了すると、ビーム
照射容器部の気密シャッター１と安定化処理容器部の気
密シャッター15とをパッキンを介して接続し、両方のシ
ャッターを開いた後、手動棒17を操作することによっ
て、照射済試料の入ったパレットを安定化処理容器へと
移動させ、気密シャッターを閉じる。このようにして、
気密を保持したまま安定化処理を行うことができる。

第3a図及び第3b図は安定化処理容器部を加熱処理する
ための加熱装置の正面図及び側面断面図である。加熱装
置10の正面に設けられた挿入口21から第2a図及び第2b図
に示す安定化処理容器部がそのまま挿入され、ヒーター
22によって気密状態で室温〜1200℃まで加熱することが
できる。

第4a図及び第4b図は、各々、本発明に従って任意に設
けられる被照射物取出し容器部の実施例の正面図及び側
面図である。

該被照射物取出し容器部には、ビーム照射容器部及び
安定化処理容器部と同様に、被照射物を出し入れするた
めの空気遮断用の気密シャッター23が設けられている。
気密シャッター23はビーム照射部の気密シャッター１と
パッキンを介して接続できるようになされている。取出
し容器は、パレットが入る大きさを有する。また、容器
後部には容器外部からパレットを移動操作可能な手動棒
24が設けられており、この手動棒によって、容器外から
の操作によって気密を保ちながらパレットを移動するこ
とができる。更に、容器内を真空あるいは空気遮断状態
とするための真空排気バルブ25及びガス導入バルブ26が
設けられている。

ビーム照射容器部において照射が完了すると、ビーム
照射容器部の気密シャッターと被照射物取出し容器部の
気密シャッターとをパッキンを介して接続し、両方のシ
ャッターを開いた後、手動棒24を操作することによっ
て、照射済試料の入ったパレットを取出し容器内へと移
動させ、気密シャッターを開じる。このようにして、気
密を保持したまま照射済試料を一時的に取り出し保持す
ることができる。

（発明の効果） 以上の如く、本発明のビーム照射処理装置によれば、
空気遮断状態で大量あるいは大きい面積の材料に対して
均一に照射することができる。更に、被照射物の駆動と
冷却機構を併用することにより、ビーム照射による発熱
が防止されるので、ビーム出力を上げて照射時間を短縮
することもでき、極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第1a図及び第1b図は、各々、本発明の一実施例のビーム
照射処理装置におけるビーム照射容器部の正面図及び側
面断面図であり、 第1c図は、第1a図及び第1b図のビーム照射容器部におけ
るパレット駆動機構の詳細図であり、 第2a図及び第2b図は、各々、本発明の一実施例のビーム
照射処理装置における安定化処理容器部の正面図及び側
面図であり、 第3a図及び第3b図は、各々、第2a図及び第2b図に示す安
定化処理容器部を加熱処理するための加熱装置を示す正
面図及び側面断面図であり、 第4a図及び第4b図は、各々、本発明の装置の一実施例に
おける被照射物取り出し容器部の正面図及び側面図であ
る。 1,15,23……気密シャッター、 ２……パレット、３……試料台、 ４……ラジエーター、５……駆動機構、 ６……照射窓、９……駆動モーター、 10……チェーン、11……バー、 13,18,25……真空排気バルブ、 14,19,26……ガス導入バルブ、 17,24……手動棒、16……水冷部、 20……加熱装置、21……挿入口、 22……ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−154324（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21K 5/00 B01J 19/08 H01J 37/317

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被照射物を出し入れでき且つ容器内部を気
   密に保持するための気密シャッターが配設され、被照射
   物が載置される試料台が駆動機構によってビーム照射方
   向に対して垂直な方向において前後に駆動できるように
   なされ、これによってビーム照射中に被照射物はビーム
   照射方向に対して垂直な方向に反復駆動され、さらに容
   器自体及び被照射物を冷却するためのラジエーターが配
   設された、気密状態で被照射物に粒子ビームを照射する
   ためのビーム照射容器部、及び 前記ビーム照射容器部の気密シャッターと気密状態で接
   続可能な気密シャッターが配設され且つ被照射物を外部
   から移動操作可能な操作手段が配設され、更に該気密シ
   ャッターに近接して水冷部が配設された、被照射物を気
   密状態で安定化処理するための安定化処理容器部、 からなるビーム照射処理装置。
2. 【請求項２】前記ビーム照射容器部の気密シャッター及
   び前記安定化処理容器部の気密シャッターと気密状態で
   接続可能な気密シャッターが配設され且つ被照射物を外
   部から移動操作可能な操作手段が配設された、照射済試
   料を気密状態で一時的に収納するための被照射物取り出
   し容器部を更に含む、請求項１に記載の装置。