JP3414547B2

JP3414547B2 - 放射光位置モニターとその位置検出方法

Info

Publication number: JP3414547B2
Application number: JP10186895A
Authority: JP
Inventors: 英男北村; 喜之山本; 敬一朗田辺; 久晴栄
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH08297166A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＯＲビーム等の放射
光の位置を測定するための放射光位置モニターとその位
置検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射光とは電子加速器で加速された電子
から軌道の接線方向に放射される電磁波であり、波長連
続で軌道面内に偏光した電気ベクトルを有し、非常に強
度が大きい。また波長連続であるので可視光から硬Ｘ線
にわたる分光、回析実験に理想的な光であり、この種の
実験設備では放射光を精度よく測定および調整するため
に、放射光位置モニターは必須の装置である。

【０００３】かかる放射光は、円形加速器の中をほぼ光
速に近い速度でまわる電子から強い電磁波が接線方向に
放射されることから、１９４０年代に発見された一種の
光であり、図１１に模式的に示す加速器を用いた放射光
設備により発生させることができる。図１１において、
１は電子銃、２は線型加速器、３はシンクロトロン、４
は蓄積リング、５はビームライン、６は放射光実験機器
であり、電子銃１で電子を打ち出し、線型加速器２で電
子ビーム７を加速して（例えば１ＧｅＶまで）シンクロ
トロン３に送り、シンクロトロン３で高周波を使って電
子を更に加速して（例えば８ＧｅＶまで）蓄積リング４
に送り、円形の加速器である蓄積リング４で高周波加速
装置を用いて電子を高エネルギー（例えば８ＧｅＶ）に
保持したまま、リング内を高速で回転させ、軌道変化の
際に発生する放射光８をビームライン５を介して放射光
実験機器６に導くようになっている。蓄積リング４（円
形加速器）は、例えば周長約１５００ｍの大型設備であ
り、ビームライン５の長さも放射光８の用途により、例
えば５０ｍ程度から１０００ｍ程度までが用いられる。

【０００４】かかる放射光（シンクロトロン放射光）
は、可視光線よりも波長が長い赤外線から、波長が短い
紫外線、軟Ｘ線、硬Ｘ線までの広範囲の波長領域をも
つ、強い光の集まりであり、かつ強い指向性を有する特
徴がある。この放射光は、従来から科学者にとって「夢
の光」と呼ばれ、物質の構造・物性の研究（結晶の原
子配列、超伝導材料の構造等）、動的状態の構造・
機能の研究（結晶の成長過程、化学反応プロセス等）、
ライフサイエンス・バイオテクノロジーの研究、材
料開発（格子欠陥、不純物の検出）、医療応用（がん
の診断等）、等に利用することができる。

【０００５】上述した放射光は、他の光源では得難い真
空紫外（波長約２０００Å以下）からＸ線（波長約１Å
前後）の領域で極めて強力な光源であり、以下のような
利点を有している。電子エネルギーが充分高けれ
ば、Ｘ線より遠赤外線に至る広大な波長領域において連
続的な強度分布を示す。従って、分光器を用いて任意の
波長の光が得られる。相対論的効果により電子ビー
ムの進行方向に鋭い指向性を持つので実用的な光強度が
高い。直線偏光性が著しく、その振動面は電子ビー
ムの軌道面に平行である。ただし、軌道面に対して傾い
た角度で光を受けると楕円偏光となる。

【０００６】しかし、放射光の利用がすすむにつれ、以
下の欠点があることが明らかになった。その光強度
があまりにも広い波長領域に分布しているため、分光後
の光には無視できない量の高次光と迷光が含まれてしま
うと同時に、利用しない波長領域の光によって光学素子
の消耗を招く。その指向性が、３次元的指向性をも
つＸ線管等に比べてかなり良いとはいえ、１次元的指向
性をもつレーザー光程は鋭くない。

【０００７】そのため、図１２に示すように、アンジュ
レーター(undulator) やウィグラー(wiggler) と呼ばれ
る挿入光源が、研究開発され、蓄積リング（円形加速
器）の偏向磁石間の直線部分に設置してエネルギーがそ
ろった高輝度な放射光を発生させるようになっている。
かかる挿入光源については、種々の文献、例えば、「放
射光ユーザーのための光源論」（１９８９年、日本放射
光学会第２回講習会予稿集）、「高輝度放射光の技術」
（日本物理学会誌 Vol.44,No.8,1989 ）、等に発表され
ている。

【０００８】一方、現在までに発表されている放射光位
置モニターとしては次の５種類が挙げられる。蛍光板
上の蛍光像の画像分析によるモニター、チョッパー型
モニター、２分割陰極型イオンチャンバー、蛍光
Ｘ線を利用したモニター、光電子放出を利用したモニ
ター。上記〜に関しては、特定の条件下、例えば
ビームを大幅に遮るとか、ビームラインの真空に設置で
きないなどの問題があるため特定の条件下でのみビーム
ラインに設置できる。

【０００９】蛍光板上の蛍光像の画像解析によるモニ
タービームラインの放射光の一部を蛍光板で受けて、その蛍
光をＴＶカメラによって観察し、画像解析にかけて放射
光の位置をみようというものである。蛍光体の粒度、カ
メラレンズの拡大率、ＴＶカメラのＣＣＤ画素数などで
制限され、位置分解能を５０μｍよりもよくすることは
難しい。

【００１０】チョッパー型モニター適当な蛍光体を塗ったリードを放射光の中で高速に振動
させて、光位置を観測するモニターである。

【００１１】２分割陰極型イオンチャンバーイオンチャンバーの陰極をその対角線に沿って２つの直
角三角形に分割した構造をしている。このモニターでは
放射光が陰極と陽極の間を通過するときにできるイオン
を上下に分割された陰極に集光し、放射光が動くと、２
つの陰極に流れ込むイオン電流に差ができることによ
り、放射光の位置を測るものである。イオン電流を読み
だすために、陽極に数百Ｖの電圧をかける。このモニタ
ーの問題点は、その感度がチャンバーの中に流すガス
（通常はＨｅガス）の流量に大変敏感であることが挙げ
られる。

【００１２】ところで、放射光のビームラインは、加速
リングと同様に高真空を必要とするため、位置モニター
もその高真空を保持したまま使用することが前提とな
る。このモニターは、ガスを使用する関係上、ビームラ
インにそのまま設置することはできず、ビームラインに
本来不要な真空隔壁を新たに設けねばならず、リーク等
の問題も発生しやすくなるため、高真空を要するビーム
ラインのモニターとしてはあまり用いられていない。

【００１３】蛍光Ｘ線を利用したモニターＴａ（タンタル）製のターゲットをビームラインに設置
して、このターゲットからの２次蛍光Ｘ線をシンチレー
ションカウンターで観測して光ビーム位置を測定するも
のである。このモニターは光ビームをかなり遮るという
問題がある。

【００１４】光電子放出を利用したモニター光電子放出を利用したモニターは低真空から高真空まで
の真空に引かれたビームラインに直接設置でき、ＶＵＶ
領域から、高エネルギーＸ線領域までの広い波長領域に
感度が有り、安定度、位置分解能、ダイナミックレンジ
の点でも優れているので、何種類かのタイプのものが開
発され、広く使用されている。金属表面での光電子放出
の量子効率はあまり大きくなく、金属表面への直入射で
数％オーダーの大きさである。金属には、Ｗ、Ｍｏなど
が用いられる。

【００１５】挿入光源用の放射光位置モニターとして
は、の光電子放出を利用したものがほとんどであ
り、放射光の端の裾野の部分にブレード型電極を配置す
る。このため、どうしても偏向電磁石からの放射光によ
るバックグラウンドの影響を受けやすい。また、上流の
モニターのブレードの作る影が下流のモニターに影響を
及ぼすという欠点もある。

【００１６】ところで、上記のような放射光位置モニタ
ーに半導体検出器を応用することが考えられる。半導体
検出器としては、ＳｉやＧｅなどが多く使われている。
これらはＳｉのｐｎ接合に逆電圧を印加しておき、放射
線が接合部に入射すると電子正孔対が生じ、電流が流れ
るようにしたものである。

【００１７】しかし、ＳｉやＧｅを検出部に用いている
ために、キヤリヤの飽和移動度が小さく（Ｓｉの飽和電
子移動速度は１×１０⁷ｃｍ／ｓｅｃ）、放射光検出素
子としての応答速度が遅い。Ｓｉは高純度の真性のもの
でも抵抗率が１０⁵Ω・ｃｍ程度であり、Ｇｅはさらに
低い。真性領域のＳｉ、Ｇｅ半導体に電極を付け、この
まま電流を印加すると暗電流が大きすぎる。そこで光を
検出する素子と同じようにｐｎ接合を作って逆バイアス
となるように電圧を印加するが、この方法では数十μｍ
の空乏層でしか放射線を検出することができないので、
放射線の反応断面積から考えて、検出感度が十分でない
ことが多い。

【００１８】これに対し単結晶のダイヤモンドを放射線
検出素子の検出部の半導体に用いると、応答速度が速
く、高感度のものができることは既に知られている（特
開昭６２−１９８７８０号公報、欧州特許第５２３９７
号）。これは、単結晶ダイヤモンド中のキャリヤの飽和
電子移動度が２．５×１０⁷ｃｍ／ｓｅｃと極めて大き
いからである。

【００１９】ダイヤモンドを検出素子とする場合は、ｐ
ｎ接合に逆バイアス電圧を印加するのではなく、真性領
域を検出部に用い、これに電圧を印加するだけでよい。
これは真性領域のダイヤモンドの比抵抗は十分に高く、
暗電流を十分に小さくできるからである。

【００２０】また前記のＳｉ、Ｇｅ半導体の場合のよう
に、素子面に垂直に放射線が入射する場合Ｓｉの場合は
ｐｎ接合の空乏層でのみ電子正孔対が発生するため、ｐ
ｎ接合の近傍だけでしか検出できず、どうしても感度が
低くなる。一方、ダイヤモンドのようにｐｎ接合によら
ないものは放射線が通った厚み全体で電子正孔対が発生
する。従って後者の方式の検出器の方が感度が高いが、
このためには欠陥の少ない単結晶ダイヤモンドが要求さ
れる。しかし、欠陥の少ない単結晶ダイヤモンドの入手
は容易ではないし、製作することも困難である。

【００２１】ところで、近年になって気相から安価に膜
状の多結晶ダイヤモンドを合成する方法が開発された。
この方法を用いて多結晶ダイヤモンドを利用した放射線
検出素子の製作が試みられたが、良い結果をみなかっ
た。その理由は、多結晶ダイヤモンドの品質に問題があ
り、放射線に関する感度が極めて低かったからである。
この問題を改善するものとして特開平４−１４５６６８
号公報に多結晶ダイヤモンドを使った高速で安価な放射
線検出素子が提案されており、これは多結晶ダイヤモン
ドの放射線検出感度を低下させるのは結晶粒間に存在す
る結晶粒界が主な原因であり、そのためにダイヤモンド
に電圧が印加される部分で、印加方向である成長方向に
粒界が存在しないような柱状の多結晶ダイヤモンドを用
いることにより、高速、高感度、安価な放射線検出素子
を得るものである。また、印加方向である成長方向に粒
界を存在させない具体的手段として、結晶粒界、欠陥
の多い成長面、及び基板との界面側を研削にて削り落と
すこと、導電層を成長面側及び基板との界面側に形成
することにより、粒界、欠陥の多い部分に電界がかから
ないようにすること、の２つの手段が提案されている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述した挿入光源（ア
ンジュレーターおよびウィグラー）により従来よりもは
るかに強力で指向性の高い放射光を発生させることがで
きるようになった。しかし、放射光を利用した種々の研
究や試験では、その位置を正確に計測することが不可欠
であるにもかかわらず、放射光が強力であり過ぎるため
従来の光位置モニターの適用が難しくなってきている。

【００２３】挿入光源ビームライン用光位置モニターと
しては以下に示す機能を満たすことが求められている。
十分な測定範囲にわたり高い位置分解能（サブμｍ〜
数μｍ）を有する。高熱負荷に耐えられる。早いレ
スポンスが得られ、光源または光学系のフィードバック
（１０Ｈｚ以上）が可能。偏向電磁石からの放射光や
散乱光によるバックグラウンドの影響を受けにくい。
放射光を妨げず実験中でも放射光のモニターが可能であ
る。メンテナンスが容易で長期間安定に作動する。
価格が手頃である。放射光の位置以外にもプロファイ
ル、強度、エネルギー等の光ビームに関する情報が得ら
れる。

【００２４】特に最近の高輝度放射光を発生する放射光
施設では、上記〜の要求を満足することが必須の
条件となる。現在用いられている挿入光源ビームライン
用光位置モニターはその構造からイオンチャンバー
型、ワイヤー型、分割型、ブレード型に分類で
きる。イオンチャンバー型（図１４Ａ）は、放射光が
イオンチャンバー内のガスを電離した際に発生するイオ
ンが分割された陰極に流れ込む電流を測定し、ビームの
位置を計測するものである。このモニターは位置分解
能、測定範囲の面で優れているが、ガスを用いるためビ
ームラインの超高真空部では使用できないという欠点が
ある。

【００２５】ワイヤー型（図１４Ｂ）は、放射光が金
属等のワイヤーに当たった際の光電効果を用いたもの
で、固定方式は放射光の両側に２本のワイヤーを設置
し、その信号強度差から放射光の位置を計測する。ま
た、スキャン方式は、ワイヤーを放射光を横切るように
走査し、放射光の分布を測定するものである。このモニ
ターは位置分解能、レスポンス、メンテナンスおよび価
格の面で優れているが、スキャン方式の場合は測定時間
が長く速いフィードバックに対応できない。これに対し
て固定方式はレスポンスが速いが、耐熱性およびワイヤ
ー間のクロストークが問題となる。

【００２６】分割型（図１４Ｃ）は、放射光が金属等
の電極に当たった時の光電効果を用いたもので、対にな
った分割電極を放射光に垂直に設置し、電極の信号強度
差よりビーム位置を測定するものである。このモニター
は位置分解能、測定範囲、レスポンス、メンテナンス、
価格の面で優れているが、透過方式であるため、耐熱性
が問題となる。

【００２７】ブレード型（図１４Ｄ）は、放射光が金
属等のブレードに当たった時の光電効果を用いたもの
で、放射光の上下または左右にブレードを設置し、ブレ
ードの信号比によりビーム位置を測定するものである。
本モニターは、位置分解能、レスポンスの面で優れてお
り、最近光位置モニターとしてよく用いられている。た
だし偏向電磁石のバックグラウンドやビーム形状の影響
を受けやすいという欠点がある。

【００２８】上記いずれのモニターも最近の高輝度放射
光を発生するビームラインでは耐熱性の問題が大きく通
常の金属を使用することが難しくなってきているため、
Ｘ線の吸収熱量が少なくかつ耐熱および伝熱特性に優れ
た材質の利用が求められている。また上記で述べたよう
に偏向電磁石のバックグラウンドの影響により測定誤差
が発生することが大きな問題となっておりこの対策が必
要とされている。

【００２９】すなわち、挿入光源用の放射光位置モニタ
ーとしては、以下のような性能を持つことが要求されて
いる。サブミクロンレベルの高い位置分解能が得ら
れること。高真空中に設置することが可能であるこ
と。熱伝導がよく、高熱負荷に耐えられること。
放射光に対する応答速度が速いこと。耐放射線性
を有し、長期間安定に動作できること。

【００３０】従来、主に用いられている金属ブレードに
よる光電効果を利用した放射光位置モニターでは、使用
時にブレードも放射光にさらされ、非常な高温となる。
そこで、高融点金属を使用し、側面を強制水冷するなど
の放熱手段を講じて、ブレードの損傷を防ぎ、放熱効果
を増大させる改良が行われている。しかし、近年、放射
光発生装置の出力の増大に従い、従来の金属ブレードを
用いた放射線位置モニターでは、熱的に耐えられなくな
ってきている。

【００３１】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明の目
的は、位置検出精度が高く、高出力の放射光に長時
間耐え（耐放射線性および耐熱性に優れ）、放射光に
対する応答速度が高く、偏向電磁石からのバックグ
ラウンドの影響を受けにくく、放射光の損失や散乱
が少なく（透過性が高く）、放射線を使用しながら位置
を計測する（オンライン計測）ことができ、メンテナ
ンスが容易で長期間安定に作動し、比較的製作が容易
で安価であり、かつ高真空中に直接設置することが
できる放射光位置モニターを提供することにある。

【００３２】すなわち、本発明は、上述した従来の装置
の問題点を解消し、しかも要求される特性を満足して、
大出力の放射光の位置を、高精度、高速に測定し、かつ
安定に動作するとともに製造コストも低減された放射光
位置モニターを提供することを目的とするものである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、放射光
を遮って配置される単一のダイヤモンド板と、該単一の
ダイヤモンド板の両面に配置された複数の電極対とを有
することを特徴とする放射光位置モニターが提供され
る。また、本発明によれば、前記電極対に電圧を印加す
る直流電源と、そこを流れる電流を計測する電流計測装
置と、を更に備える放射光位置モニターが提供される。

【００３４】本発明の好ましい実施例によれば、前記複
数の電極対は、放射光との所定の交差位置に対して対称
に配置されている。また、前記電流からビームラインの
位置を算出する演算装置を更に備える。また、前記ダイ
ヤモンド板の周辺を冷却する冷却装置を更に備える。更
に、前記放射光の算出位置から放射光の位置を制御する
フィードバック装置を備える、ことが好ましい。

【００３５】前記ダイヤモンド板は、気相合成法により
製造されたことが好ましい。更に前記ダイヤモンド板は
単結晶または多結晶ダイヤモンドからなる、ことが好ま
しい。

【００３６】本発明における特に好ましい実施態様とし
て、前記ダイヤモンド板の抵抗率が１０⁷ Ωｃｍ以上、
１０ ¹² Ωｃｍ未満であること、前記ダイヤモンド板が中
央部に穿孔または膜厚の薄い部分を有してなることが挙
げられる。また更に、本発明における特に好ましい他の
実施態様として、前記ダイヤモンド板に抵抗率の低い低
抵抗率層が存在すること、前記抵抗率の低い低抵抗率層
の抵抗率が１０^-3〜１０²Ωｃｍであること、を特徴と
する上記放射光位置モニターが挙げられる。

【００３７】前記抵抗率の低い低抵抗率層にはＢがドー
ピングされてなること、さらに前記抵抗率の低い低抵抗
率層にはＢが１０¹⁶個／ｃｍ³以上、８×１０ ¹⁶ ／ｃｍ
³ 未満ドーピングされてなることが、本発明の特に好ま
しい他の実施態様として挙げられる。また本発明によれ
ば、放射光を遮ってダイヤモンド板を配置し、該ダイヤ
モンド板の両面に複数の電極対を配置し、該電極対に電
圧を印加しその間を流れる電流を計測し、該電流からビ
ームラインの位置を検出する、ことを特徴とする放射光
の位置検出方法が提供される。

【００３８】

【作用】ダイヤモンドを放射線検出器として用いるアイ
デアは古く、１９４１年にG.Stretterによって初めて放
射線検出器として用いられた例がある。ただし、その当
時ダイヤモンドの価格が高かったため一般的に使用され
ることは無かった。また近年ＣＶＤ等の技術を用いた人
工ダイヤモンド合成技術が進み安価でかつ特性の優れた
ダイヤモンドが供給されるようになり、従来のＧｅやＳ
ｉを用いた半導体検出器と同様にダイヤモンドを用いた
放射線検出器の実用化の可能性がでてきた。

【００３９】ＧｅやＳｉを用いた半導体検出器は、ＰＮ
接合部に逆バイアス電圧を印加し、放射線がこの接合部
に入射した時に発生する電子・正孔対による電流を検出
することにより放射線の計測を行うものである。これに
対してダイヤモンドの場合は常温では抵抗値が高く絶縁
体としての特性を示すが、波長の短い紫外線や高エネル
ギーの放射線ではＧｅやＳｉ同様ダイヤモンド内で電子
・正孔対を生成するため放射線の検出が可能となる。さ
らにダイヤモンドは比抵抗が高いのでＧｅやＳｉのよう
にＰＮ接合を用いて暗電流を抑える必要がなく、ダイヤ
モンドの両面に電極を設けこの間にバイアス電圧を印加
するだけでよい。

【００４０】また、ダイヤモンドは、「キャリアの移動
度が大きくレスポンスが早い」、「単位面積当たりの電
気容量が大きく、高いＳ／Ｎ比が得られる」といった汎
用の放射線検出器としての良好な特性だけではなく、
「耐熱性、高熱伝導性等良好な熱的および機械的特性を
有する」、「耐放射線に優れている（シリコンの１００
倍以上）」、「低原子番号であるため光の吸収が少な
い」といった特性により高温、高放射線レベル等の厳し
い環境においても使用可能となる。

【００４１】最近のダイヤモンドを用いた放射線検出器
の応用例としては高エネルギー物理学実験のためのガン
マー線や高エネルギー電子のエネルギー測定用カロリー
メータの開発例("Development of diamond radiation d
etectors for SSC and LHC",M.Franklin et al. NIM A3
15,1992) および放射光関係では放射光の出力を計測し
た実験例("Abusolute x-ray power measurements with
subnanosecond time resolution using type IIa diamo
nd photoconductors", D.R.Kania et al. J.Appl.Phys,
68(1),1990)があるが、本発明は、上記で述べたダイヤ
モンドの半導体としての電気的特性および耐熱、耐放射
線特性に注目し、放射線および熱的に非常に厳しい環境
に置かれるビームラインの放射光の位置モニターとして
の利用を目的としたものである。本発明において、上記
の特性をもったダイヤモンドの利用に加えて最近の半導
体等の精密な電極の製作技術を用い、ダイヤモンドの表
面に精密に分割した電極を配置し、これにより放射光の
分布を測定することにより放射光の位置測定機能を有す
る放射光位置モニターを創案した。

【００４２】本発明はかかる新規の着想と知見を基に、
上述した新規の目的を達成するために創案されたもので
ある。すなわち、上述した本発明の装置及び方法によれ
ば、放射光を遮って配置される単一のダイヤモンド板
と、該単一のダイヤモンド板の両面に配置された複数の
電極対とを備えているので、単一のダイヤモンド板に放
射光が通過した際に発生するキャリヤ（電子、正孔）に
よる電気的信号を電極対を通して検出することにより、
各電極対を通過した放射光の強度を知ることができる。
また、さらに前記電気的信号を検出する装置として、前
記電極対に電圧を印加する直流電源と、そこを流れる電
流を計測する電流計測装置と、を備えることにより、電
極対間の電流の大きさから各電極対を通過した放射光の
強度を知ることができる。また、後述するように、放射
光は、その中心に対して対称に広がっているため、複数
の電極対を通過した放射光の強度から放射光の重心位置
を算出することにより、放射光の中心位置を検出するこ
とができる。

【００４３】上述した構成の放射光位置モニターは、ダ
イヤモンド板や電極対をそのまま、高真空中に直接設置
することができ、ダイヤモンドの特性から高出力の放射
光に長時間耐え（耐放射線性および耐熱性が高く）、放
射光に対する応答速度が速く、透過性の高いダイヤモン
ドの薄板を使用することにより放射光の損失や散乱が少
なく、放射線を使用しながら位置を計測する（オンライ
ン計測）ことができ、また高精度に電極を配置すること
により放射光の位置検出精度が高く、また電極を設置し
た部分だけが有感領域となるため、電極を中央部に配置
することにより周辺部で発生する偏向電磁石のバックグ
ラウンドの影響を避けることができ、かつ近年開発され
た薄膜ダイヤモンドを利用できることから比較的製作が
容易で安価である。

【００４４】また、複数の電極対を、放射光のビームラ
インとの所定の交差位置（例えば中心）に対して対称に
配置することにより、放射光の中心位置の算出が容易と
なる。また、前記ダイヤモンド板の周辺を冷却する冷却
装置を更に備えれば、ダイヤモンド板の過熱を更に低減
できる。更に、前記放射光の位置から放射光の位置を制
御するフィードバック装置を備えれば、放射光の位置を
常に一定位置を安定して保持することができる。

【００４５】すなわち、本発明者等は、物質中最大の熱
伝導率を有し、耐放射線能力も高いダイヤモンドに着目
し、これを放射光位置モニターに利用することを考えつ
いた。ダイヤモンドは下記の点で放射光位置モニターと
して従来材に比べて有利である。（１）Ｓｉの１００倍以上という高い耐放射線性を有す
る。（２）数百度の高温条件下でも良好な電気的、機械的特
性を有する。（３）キャリヤ（電子、正孔）の移動度が２．５×１０
⁷ｃｍ／ｓｅｃと大きく、１ｎｓ以下の立ち上がりが得
られる。（４）誘電率がＳｉの約半分と小さいため、単位面積あ
たりの電気容量が小さくなり、低ノイズ、高Ｓ／Ｎ比が
実現できる。（５）バンドギャップが５．５ｅＶと大きく、ｐｎ接合
が不要であるため、単純な構造でよい。

【００４６】本発明者等は以上のような利点のあるダイ
ヤモンドを用いて様々な構造のモニターを試作し、試
験、検討を重ねた結果、ダイヤモンドを用いた放射線検
出素子を利用することにより、非常に簡便に安価に作成
できるため製造コストを低減でき、その使用も簡便であ
りながら非常に高速かつ安定に作動でき、高精度な装置
である放射光位置モニターを発明することができた。

【００４７】以下に更に詳細に本発明を説明する。本発
明の放射光位置モニターに用いるダイヤモンド板は、具
体的な形状は挿入するビームラインの形状にあわせる必
要があるが、通常は円形の場合直径１０ｍｍφ以上の平
板型のダイヤモンドが要求されるため、人工の高温・高
圧合成ダイヤモンドや、天然産ダイヤモンドでは経常的
に無理があり、例え得られたとしても非常に高価なもの
となる。これに対し、気相合成法により合成されるダイ
ヤモンドは大面積のものが安価に作成できる点で有利で
ある。

【００４８】また、ダイヤモンド板は単結晶ダイヤモン
ドでもよいが、多結晶ダイヤモンドでも使用できる。コ
スト的には多結晶ダイヤモンドが安価であるが、単結晶
ダイヤモンドと多結晶ダイヤモンドを併用することも可
能である。前記のようにダイヤモンド形状は放射光の形
状に合わせる必要があるため、通常円形の場合１０ｍｍ
φ以上の平板であり、厚さは少なくとも１０μｍ以上が
好ましく、より好ましくは５０μｍ以上である。厚くな
りすぎると高価になるので、コストの面から１ｍｍ以上
は好ましくない。最も適当な厚さとしては５０〜４００
μｍが挙げられる。

【００４９】多結晶ダイヤモンド板を利用する場合、結
晶粒界における検出能力の低下が問題となることがある
が、これは上述の特開平４−１４５６６８号公報に記載
の方法により回避することができる。即ち、多結晶ダイ
ヤモンドでは成長基板近傍、および成長表面に粒界が多
く、また欠陥等も多数含まれる可能性がある。これらの
存在は放射光が入射した際に生じるキャリヤの移動速度
を落とす。そこで、成長表面及び基板との界面を、５
μｍ程度以上削り落とし、かつ平滑度を上げること、或
いは、低抵抗率層を設けること、等の方法でその検出
性能に与える影響を低減する。後者の方法のほうが簡便
であり、図５に例示する第３実施例のように該低抵抗率
層を電流検出用電極として用いることができる。さらに
また、低抵抗率層を設けると信号取り出し金属電極を小
さくでき、かつ放射光の中心から遠ざけることができる
ので、より好ましい。この低抵抗率層を設ける方法によ
れば、成長表面側、基板との界面ともに研磨する必要は
なく、成長させたダイヤモンド全てを活用することがで
きる。場合によっては、研磨を併用することも可能であ
る。

【００５０】本発明に用いるダイヤモンド板の気相合成
により合成する方法としては、この種分野において公知
のいずれの方法によってもよい。また、成長させる際の
基板としてはＳｉ，Ｍｏ，ＳｉＣなどを使用することが
できる。また、ダイヤモンド気相合成時に配向性を良く
することにより得られる、成長方向に粒界の非常に少な
い多結晶ダイヤモンドを使用することも可能である。

【００５１】ダイヤモンド板に設ける該低抵抗率層は、
気相合成によりダイヤモンドを成長させる際に十分な量
の不純物をドーピングすることにより形成できる。ドー
ピングする不純物としては、例えばＢ，Ａｌ，Ｌｉ，
Ｐ，Ｓｅ等を挙げることができる。これらの中では、Ｂ
が結晶性を落とさずに効果的に導電性をダイヤモンドに
付与することができるので好ましい。

【００５２】該ダイヤモンド低抵抗率層の厚さは５μｍ
以上であることが好ましいが、厚すぎると相対的に放射
光に感度を持つ部分が小さくなるので好ましくない。こ
の点で上限は５０μｍ程度である。また、低抵抗率層は
ダイヤモンド板の表面をできるだけ覆うことが望ましい
が、１つの低抵抗率層につき１つの信号取り出し用金属
電極が接しているように、低抵抗率層は分割されている
必要がある。また、その分割形状及び位置はダイヤモン
ド基板の表裏面で同一であることが望ましい。

【００５３】該低抵抗率層を分割する手段としては、そ
の上にはダイヤモンドの成長のない材料からなるマスク
を分割溝形状に形成した後に、導電性のダイヤモンドを
形成すればよい。該マスク材質としては、例えばＭｏ，
ＳｉＯ2 ，Ｔｉ等が挙げられる。導電性ダイヤモンドを
形成した後、該マスクを除去すると、分割された低抵抗
率層が形成される。この分割の幅（低抵抗率層の間隔）
が狭すぎると放射光検出素子同士が相互作用を及ぼし、
正確に位置を測定することができなくなるが、一方該幅
が広すぎるとまた検出感度が落ちてしまう。モニターの
大きさにもよるが、０．５μｍ〜２ｍｍ程度が適当であ
る。分割数はｘ方向、ｙ方向の位置を測定するため、４
分割以上にすることが適当である。また、上下左右の分
割形状、及び位置は同一であることが望ましい。

【００５４】放射線検出に用いられるダイヤモンドは、
暗電流が小さくなければならず、かつ電荷が速やかに電
極に流れなければならない。従って、ダイヤモンド中の
キャリヤの移動度が大きく、かつその密度は小さくなけ
ればならない。従って電気抵抗率としては１０⁷ Ωｃｍ
以上、より好ましくは１０⁹ 〜１０¹²Ωｃｍがよい。こ
こで、低抵抗率層として用いられるダイヤモンドは電気
抵抗率１０^-3〜１０²Ωｃｍが適当である。

【００５５】電界を印加し、信号を検出するための電流
検出用及び信号取り出し用金属電極は、高温で安定であ
り、また耐放射光能力の高いものが適当であり、材質と
しては例えばＴｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｃ
ｒ等が挙げられる。真空蒸着などの公知の方法で形成す
ることができる。また、低抵抗率層を電流検出用電極と
して用いる場合には、信号取り出し用金属電極は放射光
が通常通過する位置からはできるだけ遠い位置に配置す
ると、電極の放射光による損傷を防止できるので好まし
い。

【００５６】通常、モニターは放射光がモニターの中心
を通過するように設計され、モニターを設置することに
より放射光は減衰及び散乱，屈折するため、できるだけ
その影響を小さくする必要がある。図４に例示する実施
例２および図５に例示する実施例３に示されるように、
放射光の大部分が通過する部分に貫通孔を設けることに
より、モニター挿入の影響を最小限に抑えることがで
き、かつモニター自体にかかる熱負荷も同様に最小限に
抑えることができる。

【００５７】放射光は、ある広がりを有していて、その
幅は光源及びモニターが設置される位置に依存する。ど
の程度の孔を開ければよいかは、この放射光の広がりに
依存するが、０．５〜１０ｍｍφ程度が適当である。こ
の孔は、マスク等を利用した選択成長で開けることがで
きる。また孔を開ける代わりに該当する部分のダイヤモ
ンド層を薄くすることも有効である。このような薄膜に
することにより真空隔壁のある位置モニターとしての使
用が考えられる。

【００５８】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１３は、放射光の空間的な強度分布図
である。この図から明らかなように、放射光はそのビー
ムラインの中心に対して対称に広がっていることがわか
る。この対称性は中心に対しては点対称であり、Ｘ軸及
びＹ軸に対しては線対称である。従って、この対称性を
利用し、放射光の強度分布を計測することにより、その
中心位置を正確に算出することができる。本発明はかか
る原理を応用したものである。

【００５９】図１は、本発明による放射光位置モニター
の第１実施例の全体構成図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ線における部分矢視図である。図１及び図２におい
て、本発明の放射光位置モニター１０は、放射光１１を
遮って配置される単一のダイヤモンド板１２と、単一の
ダイヤモンド板１２の両面に配置された複数（この例で
は４枚）の電極対１４と、電極対１４に電圧を印加する
直流電源１７と、そこを流れる電流を計測する電流計測
装置１６と、を備えている。ダイヤモンド板１２は、放
射光１１に対して垂直に位置し、その中心を放射光１１
が通るように配置するのがよい。

【００６０】かかる構成により、ダイヤモンド板１２を
放射光が通過するとその部分にキャリヤ（電子、正孔）
が発生し、電極対１４間に流れる電流の大きさから各電
極対１４を通過した放射光の強度を知ることができる。
また、図１３に示したように、放射光１１は、その中心
に対して対称に広がっているため、複数の電極対１４を
通過した放射光の強度から放射光の重心位置を算出する
ことにより、放射光の中心位置を検出することができ
る。

【００６１】ダイヤモンド１２は、図２に示すように、
単一の板である。これにより、複数の電極対１４と放射
光１１との相対位置調整を容易にし、位置検出精度を高
めることができる。また、図３に例示する第４実施例の
ようにダイヤモンド板１２を複数の扇形平板としてもよ
い。この場合には、放射光１１との相対位置調整は難し
くなるが、ダイヤモンド板１２の大きさを小さくするこ
とができ、製作をより容易にすることができる。ダイヤ
モンド板１２は単結晶または多結晶の薄膜のダイヤモン
ドからなるのがよい。

【００６２】ダイヤモンド板１２の形状は、放射光の形
状に合わせる必要があるが、直径１０ｍｍ以上の平板で
あることが好ましい。またその厚さは厚くするほど熱伝
導が良くなりダイヤモンドの温度上昇は抑えられるが、
逆に吸収される放射光は増すため利用できる放射光の強
度が減少することになる。従ってそれらの兼ね合いおよ
び製造の限界、コストなどから決まり、５０μｍ〜４０
０μｍが好ましい。

【００６３】複数の電極対１４は、放射光１１との所定
の交差位置（例えば中心）に対して対称に配置されてい
る。この対称性は、中心に対して点対称であってもよ
く、或いは図２及び図３のようにＸ軸及びＹ軸に対して
線対称であってもよい。かかる構成により、放射光の強
度分布からその中心位置を簡単な演算により容易にかつ
正確に算出することができる。

【００６４】電極対１４は、偏向電磁石からのバックグ
ラウンドの影響を避けるためにできるだけ中心部に配置
するのが好ましい。また、電極対１４は、ダイヤモンド
板１２の表裏に同一位置に形成するのがよい。更に、電
極対１４の材質は、Ｘ線の吸収が少ない金属もしくは電
気伝導性が高く、かつ耐熱性および耐放射線性に優れた
材料がよい。

【００６５】また、複数の電極対１４の間には適当な間
隙が設けられている。この間隙は、広すぎると有感領域
が少なくなるため検出感度が落ちてしまう。従ってその
間隔は光のビームサイズの１／１０〜１／１００が適当
である。分割数は、Ｘ方向、Ｙ方向の位置を同時測定す
るため、図２及び図３のように４分割とするのがよい。
またＸ方向、Ｙ方向を独立に測定する場合は２分割でも
良い。

【００６６】更に、信号ケーブルと電極対１４との接合
性がよくない場合、電極対１４のそれぞれの表面に、信
号取り出し用電極１４ａが取り付けるとよい。この信号
取り出し用電極１４ａは、電極対１４および信号ケーブ
ルとの接合性の良い材料が好ましい。この信号取り出し
用電極１４ａは、信号ケーブルにより直流電源１７と電
流計測装置１６に接続され、この装置から電極対１４に
電圧を印加しその間を流れる電流を計測するようになっ
ている。

【００６７】図１において、本発明の放射光位置モニタ
ー１０は、更に、電流計測装置１６により計測された電
流から放射光１１の位置を算出する演算装置１８と、こ
の放射光１１の位置情報を用いて放射光の位置を制御す
るフィードバック装置１９とを備えている。図１の装置
で放射光のビームがダイヤモンド板１２を通過するとそ
の部分にキャリヤ（電子、正孔）が発生し、電極対１４
間に流れる電流の大きさ（例えば、Ｉ₁、Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、
Ｉ₄）を電流計測装置１６により計測することができ
る。次いで、放射光１１は、その中心に対して対称に広
がっているため、演算装置１８により、複数の電極対１
４を通過した放射光の信号強度から以下の式により重心
を求めることによって放射光の中心位置を検出すること
ができる。

【００６７】Ｘ＝（（Ｉ₁ ＋Ｉ₄）−（Ｉ₂ ＋Ｉ₃））／（Ｉ₁＋Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）．．．式Ｙ＝（（Ｉ₁＋Ｉ₂ ）−（Ｉ₃＋Ｉ₄ ））／（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ＋Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）．．．式なお、Ｉｉ（ｉ＝１，２，３，４）は図２に示すｉ番目
の電極対の出力電流をあらわす。更に、放射光の位置の
ビームラインの中心からのずれが検出できれば、フィー
ドバック装置１９によりその信号を挿入光源（アンジュ
レーターおよびウィグラー）側にフィードバックして、
ビームの位置補正が可能となる。

【００６９】図１において、本発明の放射光位置モニタ
ー１０は、更にダイヤモンド板１２の周辺を冷却する機
能をもった直線導入装置２０を備えている。この直線導
入装置２０は、ダイヤモンド１２の周辺に接続された挟
持部２０ａとこれを上下動させる駆動部２０ｂとからな
る。図１に破線で示す部分は、ビームラインの高真空下
（例えば１０^-11 〜１０^-10 ｔｏｒｒ）に直接挿入され
ている。また、挟持部２０ａは、外部から水冷されてお
り、挟持部２０ａを介してダイヤモンド板１２は外部に
熱を逃がすことができ、これにより、過熱されやすいダ
イヤモンド板１２を冷却し、高出力の放射光に長時間耐
えることができる。

【００７０】更に、この直線導入装置２０は、ダイヤモ
ンド板１２を放射光１１から外れた位置まで移動するこ
とができるようになっている。この構成により、例えば
オンライン計測が必要でないときに、放射光１１から外
れた位置までダイヤモンド板１２を移動させ、放射光に
よるダイヤモンド板の損傷を回避することができる。ま
た短い間隔でダイヤモンド板を移動させながら、放射光
の位置を計測することにより、放射光位置測定における
校正を行うことができる。

【００７１】上述したように本発明の装置及び方法によ
れば、放射光１１を遮って配置される単一のダイヤモン
ド板１２と、単一のダイヤモンド板１２の両面に配置さ
れた複数の電極対１４と、電極対１４に電圧を印加しそ
の間を流れる電流を計測する電流計測装置１６とを備え
ているので、ダイヤモンド板１２を放射光が通過すると
その部分にキャリヤ（電子、正孔）が発生し、電極対１
４間に流れる電流の大きさから各電極対を通過した放射
光の強度を知ることができる。また、放射光のビームラ
インは、その中心に対して対称に広がっているため、複
数の電極対を通過した放射光の強度から放射光の重心位
置を算出することにより、放射光の中心位置を検出する
ことができる。

【００７２】以下、本発明による放射光位置モニターの
構成とその試験結果を具体的に説明する。〔実施例１／電流検出用金属電極を設けた例〕試験を行った放射光位置モニターのダイヤモンドには、
多結晶の人工ダイヤモンド（φ１５ｍｍ×０．２ｍｍ）
を用いた。電極には金の薄膜（φ１５ｍｍ×０．１μ
ｍ）を４分割したものを用いた。また電極間隔は０．２
ｍｍとした。

【００７３】図１に示した装置において、ダイヤモンド
は銅のホルダーに設置し、１軸直線導入装置で垂直方向
の移動が可能である。また真空チャンバーには、光ビー
ムが通過するビームポートおよび真空引き用ポート等が
設置されている。ダイヤモンドの裏表の電極対にはバイ
アス電圧を印加し、そこに流れる電流値を電流アンプで
電圧に変更後演算回路に入力した。

【００７４】上記のようにして製作した放射光位置モニ
ター（検出部：１５φ×０．２ｍｍ）を、ビームライン
に設置し試験を行った。このモニターは表裏の電極がそ
れぞれ対になって４個の放射光検出素子となっている。
それぞれに電圧を印加し、４個の出力から放射光の位置
を検出する。通常は中央部に約１ｍｍφのビームが紙面
に垂直に入射するが、ビームがビームラインの中心から
ずれた場合、上述した式、からビームの位置のずれ
を検出することができる。

【００７５】本実施例における放射光施設、挿入光源の
仕様は、電子ビームエネルギー：６．５ＧｅＶ、電子ビ
ーム電流５０ｍＡ、光源：アンジュレーター、フラック
ス密度〜１×１０¹⁶ｐｈｏｔｏｎｓ／s mrad 2 0.1%b.
w. であった。この光源のビーム位置モニターとして試
験したところ、ビームを入射した時の４個の電極対の合
計の最大電流は、約１ｍＡであった。表裏の電極間に印
加した電圧は４００Ｖであった。また、ｘ軸及びｙ軸方
向とも１０μｍ以下の位置分解能が得られた。また出力
値をアンジュレーターにフィードバックすることにより
高速にビーム位置を制御することができた。

【００７６】また上述した構成の放射光位置モニター１
０は、ダイヤモンド板１２や電極対１４をそのまま、高
真空中に直接設置することができ、ダイヤモンドの特性
から高出力の放射光に長時間耐え（耐放射線性および耐
熱性に優れ）、放射光に対する応答速度が高く、透明度
の高い薄いダイヤモンド板を使用することにより放射光
の損失や散乱が少なく（透過性が高く）放射線を使用し
ながら位置を計測する（オンライン計測）ことができ、
ビームラインの中心に対する対称性が高いことから位置
検出精度が高く、かつ近年開発された薄膜ダイヤモンド
を利用できることから比較的製作が容易で安価である。

【００７７】以下、別の実施例により本発明を具体的に
説明する。〔実施例２，電流検出用金属電極および貫通穴を設けた
例〕図４は本発明の第２実施例を示す図であって（ａ）は傍
瞰図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図４において、
２１はダイヤモンド板、２３と２３′、２４と２４′、
２５と２５′及び２６と２６′はそれぞれ対をなす電流
検出用金属電極の組を示す。また、ダイヤモンド板の中
央には貫通穴２２を有する。

【００７８】次に本発明の放射光位置モニターの製造方
法を説明すると、図８に示すようにまず平板状のダイヤ
モンド板を用意し〔図８の（ａ）〕、その表裏に金属電
極を配置する〔図８の（ｂ）〕。このとき、表裏同一の
位置に電極を形成することが好ましい。この電極は、表
裏同じ位置に形成した組の間に電圧を印加し、放射光が
ダイヤモンドに入射した時にダイヤモンド中に発生する
キャリアを電流として検出するためのものであり、表裏
のペアで一つの放射光検出素子として機能する。放射光
の位置をモニターするためには最低限２組の放射光検出
素子が必要であり、好ましくは４組以上である。本実施
例における製造法を以下に示す。

【００７９】φ２０ｍｍ×ｔ２．５ｍｍのＳｉ基板上の
中心上に直径１ｍｍφのＴｉ薄膜を０．５μｍ厚さに予
め成長させておいた。該Ｓｉ基板のＴｉ薄膜を設けた側
の表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモ
ンドを２６０μｍ厚さに成長させた。原料として、１．
５％ＣＨ4 −Ｈ2 混合ガスを２５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス
を４５ｓｃｃｍ供給し、圧力８０Ｔｏｒｒ、基板温度９
００℃、マイクロ波出力は８００Ｗで、１４０時間成長
させた。

【００８０】ダイヤモンド成長後、Ｓｉ基板とＴｉ膜を
溶解除去し、その中心に直径１ｍｍφの孔が開いたφ２
０ｍｍ×ｔ０．２６ｍｍのダイヤモンド多結晶板（抵抗
率：３．３×１０⁹ Ωｃｍ）を得た〔図８の（ａ）〕。
この後、メタルマスクを用いた真空蒸着により、図８の
（ｂ）に示すようにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの電極２３〜２６
及び２３′〜２６′を両面に計８箇所形成した。

【００８１】上記のようにして作成したダイヤモンド放
射光位置モニター（φ２０ｍｍ×ｔ０．２６ｍｍ）３０
を、図７に示すようにＳＯＲ光のフロントエンド部に設
置した。このモニターは表裏の電極がそれぞれ対になっ
て４組の放射光検出素子から構成されるものとみなすこ
とができる。それぞれの組に電圧を印加した時に得られ
る出力電流からビームの位置ぶれを検出する。通常は中
央部に図１３に示すような強度分布のビームが図４の
（ａ）において紙面に垂直な方向に入射するが、ビーム
が中心からずれた場合、上記各電流に流れる電流値が変
化し、前記の，式により重心を求めることによっ
てビームの位置（ずれ）を検出することができる。

【００８２】ビームの位置ずれが検出されると、その信
号を挿入光源にフィードバックすることによりビームの
位置補正が可能となる。

【００８３】このようにして作成したビーム位置モニタ
ーを用いて実施例１と同様の条件で試験を行ったとこ
ろ、実施例１と同様に非常に高速高精度という良好を結
果が得られた。また、放射光のほとんどはモニター中央
に貫通した孔の中を通過するため、モニターの後方でも
そのパワーの減衰は少なく、またモニターの下流側への
散乱等も認められなかった。３週間の使用の後も検出感
度、位置制御性に変化はなく、装置から取り出してみた
ところ、ダイヤモンド、金属電極ともに放射光による損
傷はほとんど認められなかった。

【００８４】〔実施例３：Ｂドープ導電層ダイヤモンド
電極および貫通穴を設けた例〕図５は本発明の第３実施例を示す図であって（ａ）は傍
瞰図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図５の例ではダ
イヤモンド板２１の両面に図４の金属電極に代えて導電
層であるダイヤモンド電極２８が形成され、該導電層に
それぞれ信号読み出し用金属電極２３〜２６及び２３′
〜２６′を設けた構造を示す。図４の場合と同様に表裏
同一位置に最低限２組以上、好ましくは４組の導電層を
設ける。

【００８５】本実施例における製造法を以下に示す。φ
２０ｍｍ×ｔ２．５ｍｍで中心にφ１ｍｍ×ｔ０．５μ
ｍのＴｉ薄膜を予め成長させてあるＳｉ基板上に、実施
例２と同様の条件のマイクロ波プラズマＣＶＤ法により
ダイヤモンドを厚さ２５０μｍ成長させた。この後、一
旦ＣＶＤ装置より取り出し、図９の（ａ）に示すように
ダイヤモンド膜２１の表面に、金属Ｍｏをマスク２７と
して０．３μｍ厚さに蒸着した。その後、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法により、原料ガスとして５００ｐｐｍＢ
2 Ｈ6 −Ｈ2 混合ガスを３ｓｃｃｍ加えた他は、実施例
２と同様の条件にして、Ｂドープダイヤモンド層の導電
層（Ｂドープ層）２８として厚さ約１５μｍ形成した。
ＳＩＭＳ（Secindary Ion Mass Spectroscopy ）によ
り、ドープ濃度を調べたところ、８×１０¹⁶／ｃｍ³ で
あった。

【００８６】次にＳｉ基板と金属Ｍｏからなるマスク２
７を溶解除去し、ダイヤモンド膜２１の反対面にもＭｏ
金属のマスク形成と厚さ約１５μｍのＢドープ層形成を
上記と同様に行った。以上により得られた図９の（ｂ）
に示すような、表裏両面に１５μｍ厚さのＢドープ層２
８を有し、中心にφ１ｍｍの孔２２の開いたφ２０ｍ
ｍ、厚さ２５０μｍのダイヤモンド板に、メタルマスク
を用いた真空蒸着により、図９の（ｃ）に示すようにＴ
ｉ／Ｐｔ／Ａｕの電極２３〜２６及び図示は省略した電
極２３′〜２６′を両面で計８箇所形成した。

【００８７】このようにして作成したＢドープ導電層付
きの放射光位置モニターを用いて、実施例１と同様の条
件で使用した。その結果、非常に高速、高精度という良
好な結果が得られた。また、検出信号のＳＮ比がＢドー
プ層の無い場合より向上し、総合的に実施例１、２に記
載のモニターより高性能であった。

【００８８】〔比較例１〕図１０の（ａ），（ｂ）に概略断面図を示す従来のＷ
（タングステン）を用いたブレード型の放射光位置モニ
ター３１を用いて、上記実施例２と同様の条件でモニタ
ーをしてみたところ、感度、位置検出精度、検出速度の
いずれについても本発明品の方が高性能であった。

【００８９】〔実施例４〕実施例２で用いたφ２０ｍｍ×ｔ２．５ｍｍのＳｉ基板
を、１／４等分した図６に示す扇形にしたＳｉ基板を用
いた他は、実施例２と同様にしてダイヤモンドを２５０
μｍ厚さに成長させた。Ｓｉ基板を除去した後、図６に
示すような形状で金属電極を実施例２と同様にダイヤモ
ンド膜の両面に形成することにより、扇形の放射光検出
素子を４個作製した。この４個の放射光検出素子を全体
で実施例２のモニターと同じ外径の円板状になるように
配置して、実施例２と同条件でモニターとして用いてみ
たところ、感度、検出速度、耐久性については実施例２
と同様の良好な結果が得られたが、位置精度は実施例２
より若干劣っていた。また、４個の検出素子をセットの
後、それぞれの検出素子の配置の精密測定を別途行う必
要があった。このことから、１枚のダイヤモンド板をマ
スクにより等分割して数個の検出素子を形成する方が１
／４分割したダイヤモンドを用いたものより優れている
といえる。すなわち、１枚のダイヤモンド板に複数の検
出素子を形成した構造の方が優れている。

【００９０】このように、本発明においては金属または
導電層ダイヤモンド電極の組と複数有するダイヤモンド
板、即ち単一のダイヤモンド板上に複数の放射光検出素
子が形成されたものを放射光位置モニターとして、これ
を図７に示すように加速リングからの放射光のビームラ
インに垂直に配置し、電極の組の間に電圧を印加する
と、放射光がダイヤモンドに入射して発生したキャリア
による電流を検出する複数の放射光検出素子として機能
し、各々の検出素子の出力の大小から、放射光の重心を
算出することができ放射光位置モニターとして使用する
ことができる。即ち、電極に取り付けたリード線より演
算装置に信号を送り、該演算装置において放射光の重心
を算出し、得られた結果を位置制御装置にフィードバッ
クして放射光の方向を調整することによりビーム位置を
精密に制御できる。

【００９１】本発明の放射光位置モニターは前記したダ
イヤモンドの利点である、高い耐放射性、高温条件下で
の良好な電気的、機械的特性、低ノイズ、高ＳＮ比、ｐ
ｎ接合が不要の単純な構造という利点をそのまま有して
いる。即ち、検出部がＳｉのようにｐｎ接合近傍の空乏
層だけでなく、ダイヤモンド全体で電子正孔対を発生す
るから高感度である。また、生じたキャリアの移動度が
大きいので高速である。また、ダイヤモンドであるから
耐熱性に富み、放射孔により生じる熱負荷も高い熱伝導
率により軽減される。

【００９２】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、耐
熱、耐放射線性に優れた高速、高感度な放射光モニター
が安価に得られる。またこのようにして得られた複数の
電極対をもつダイヤモンド板を用い、これを放射光に垂
直に配置することにより、放射光の位置モニターとして
用いることができる。

【００９３】更に検出部がシリコン（Ｓｉ）等のように
ｐｎ接合の近傍の空乏層だけでなく、ダイヤモンド全体
で電子正孔対を発生するから高感度である。また、生じ
たキャリアの移動度が大きいので高速である。また、ダ
イヤモンドであるから耐熱性および耐放射線性に富み、
放射光により生じる熱負荷も高い熱伝導率により軽減さ
れる。

【００９４】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、例えば炭酸ガスレーザやエキシマレーザのような高
出力レーザ光の位置モニターとして用いる等、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論であ
る。

【００９５】従って、本発明の放射光位置モニターは、
位置検出精度が高く、高出力の放射光に長時間耐え
（耐放射線性および耐熱性に優れ）、放射光に対する
応答速度が高く、偏向電磁石からのバックグラウンド
の影響を受けにくく、放射光の損失や散乱が少なく
（透過性が高く）、放射光を使用しながら位置を計測す
る（オンライン計測）ことができ、メンテナンスが
容易で長期間安定に作動し、比較的製作が容易で安価
であり、かつ高真空中に直接設置することができる、
等の優れた効果を有する。

【００９６】また、以上説明したように、本発明は耐
熱、耐放射線性に優れ、高速応答、高感度でしかも製造
が容易で安価な放射光位置モニターであり、しかもビー
ムラインへの設置、調整、補修も非常に簡便である。ダ
イヤモンドとして気相合成多結晶ダイヤモンドを使用す
れば、一層の製造コスト低減を実現できる。更に、本発
明の放射光位置モニターは、ダイヤモンドの高強度、高
熱伝導性、耐放射線性を利用して窓材を併用した用途に
おいての使用も有効であるし、放射光以外の放射線モニ
ターとしての利用も勿論可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放射光位置モニターの第１実施例
を示す全体構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における部分矢視図である。

【図３】第４実施例を示す図２と同様の図である。

【図４】本発明の第２実施例の概略説明図である。

【図５】本発明の第３実施例の概略説明図である。

【図６】実施例４の位置モニターとその製造工程を説明
する概略図である。

【図７】本発明の放射光位置モニターをビームラインに
設置して放射光をモニタリングする構成の一例を示す概
略模式図である。

【図８】本発明の第２実施例の位置モニターとその製造
工程を説明する概略図である。

【図９】本発明の第３実施例の位置モニターとその製造
工程を説明する概略図である。

【図１０】比較例１で用いた従来のＷを用いたブレード
型放射光位置モニターの概略断面図である。

【図１１】放射光設備の模式的構成図である。

【図１２】挿入光源（アンジュレーター及びウィグラ
ー）の概略図である。

【図１３】放射光の空間的な強度分布図である。

【図１４】従来の放射光位置モニターの概略図である。

【符号の説明】

１電子銃２線型加速器３シンクロトロン４蓄積リング５ビームライン６放射光実験機器７電子ビーム８放射光９電子ビーム１０放射光位置モニター１１放射光１２ダイヤモンド板１４電極対１４ａ信号取り出し用電極１６電流計測装置１７直流電源１８演算装置１９フィードバック装置２０直線導入装置２０ａ挟持部２０ｂ駆動部２１ダイヤモンド板（ダイヤモンド自立膜）２２孔２３，２３′ 金属電極１２４，２４′ 金属電極２２５，２５′ 金属電極３２６，２６′ 金属電極４２７マスク２８導電性ダイヤモンド２９Ｔｉ薄膜３１従来の放射光位置モニター３２放射光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本喜之兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者田辺敬一朗兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者栄久晴神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地石川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリングセンター内 (56)参考文献特開平１−199188（ＪＰ，Ａ) 特開平４−145668（ＪＰ，Ａ) 特開平４−93686（ＪＰ，Ａ) 特開平５−249248（ＪＰ，Ａ) 特開平７−82081（ＪＰ，Ａ) 特開平６−326422（ＪＰ，Ａ) 特開平７−294654（ＪＰ，Ａ) 特開平４−38490（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−198780（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−16981（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−283172（ＪＰ，Ａ) 実開平４−131800（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3612858（ＵＳ，Ａ) 米国特許5387795（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01T 1/29 C30B 29/04 G01T 1/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放射光を遮って配置される単一のダイヤ
モンド板と、該単一のダイヤモンド板の両面に配置され
た複数の電極対とを有することを特徴とする放射光位置
モニター。
【請求項２】前記電極対に電圧を印加する直流電源
と、そこを流れる電流を計測する電流計測装置と、を備
えることを特徴とする請求項１に記載の放射光位置モニ
ター。
【請求項３】前記複数の電極対は、放射光の所定の交
差位置に対して対称に配置されている、ことを特徴とす
る請求項１、２に記載の放射光位置モニター。
【請求項４】前記電流から放射光の位置を算出する演
算装置を更に備える、ことを特徴とする請求項１、２に
記載の放射光位置モニター。
【請求項５】前記ダイヤモンド板の周辺を冷却する冷
却装置を更に備える、ことを特徴とする請求項１、２に
記載の放射光位置モニター。
【請求項６】前記放射光の算出位置から放射光の位置
を制御するフィードバック装置を更に備える、ことを特
徴とする請求項１、２に記載の放射光位置モニター。
【請求項７】前記ダイヤモンド板は、気相合成法によ
り製造されたことを特徴とする請求項１、２に記載の放
射光位置モニター。
【請求項８】前記ダイヤモンド板は、単結晶ダイヤモ
ンドまたは多結晶ダイヤモンドからなる、ことを特徴と
する請求項１、２、７に記載の放射光位置モニター。
【請求項９】前記ダイヤモンド板の抵抗率が１０⁷ Ω
ｃｍ以上、１０ ¹² Ωｃｍ未満であることを特徴とする請
求項１、２、７、８に記載の放射光位置モニター。
【請求項１０】前記ダイヤモンド板が中央部に穿孔ま
たは膜厚の薄い部分を有してなることを特徴とする請求
項１、２、７から９に記載の放射光位置モニター。
【請求項１１】前記ダイヤモンド板の電極対は、低抵
抗率層であることを特徴とする請求項１、２、７から１
０に記載の放射光位置モニター。
【請求項１２】前記抵抗率の低い低抵抗率層の抵抗率
が１０^-3〜１０² Ωｃｍであることを特徴とする請求項
１１に記載の放射光位置モニター。
【請求項１３】前記抵抗率の低い低抵抗率層はＢをド
ーピングされたものであることを特徴とする請求項１
１、１２に記載の放射光位置モニター。
【請求項１４】前記抵抗率の低い低抵抗率層がＢを１
０¹⁶個／ｃｍ³ 以上、８×１０ ¹⁶ ／ｃｍ ³ 未満ドーピン
グされたものであることを特徴とする請求項１１〜１３
に記載の放射光位置モニター。
【請求項１５】放射光を遮って単一のダイヤモンド板
を配置し、該単一のダイヤモンド板の両面に複数の電極
対を配置し、該電極対に電圧を印加しその間を流れる電
流を計測し、該電流から放射光の位置を検出する、こと
を特徴とする放射光の位置検出方法。