JP3603111B2

JP3603111B2 - 透過型ｘ線ビームモニター方法およびモニター装置

Info

Publication number: JP3603111B2
Application number: JP11495094A
Authority: JP
Inventors: 宏之大柳; 孝吉芳賀
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JPH07318657A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シンクロトロン放射光などのＸ線ビームの位置や形状や強度を測定する透過型のＸ線ビームモニター方法およびモニター装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ビームの位置をモニターする従来技術としては、例えば、「放射光」第２巻第４号（１９８９年１１月）第４３〜４９頁に示されているように、次のようなものがある。
▲１▼蛍光板モニター
Ｘ線ビームの端に蛍光板を挿入し、光っている部分を鉛ガラス越しにＴＶカメラで観察したり、画像処理を行なったりする。
▲２▼分割型電離箱モニター
電離箱の陰極側が対角線に沿って三角形に２分割されており、Ｘ線が電極間を通過するときに出るイオン電流を上下の分割陰極間で独立に測定する。増幅および電圧変換後、電極間の差をとり、ビーム位置として検出する。
▲３▼スリット型モニター
Ｘ線ビームがスリットの上下（あるいは左右）の２枚の刃に当たったときに放出される光電子を電流値として測定する。ビームの大きさ等を変更するためにスリット幅を変えると継続的な測定が困難になる。
▲４▼２分割光電子型モニター
真空チャンバー中に１対の直角三角形の読み出し電極を設置し、ビーム端を２〜３ｍｍ切って、電流を計測する。
【０００３】
また、Ｘ線ビームの形状をモニターできる従来装置としては、蛍光板を用いる方法や、「応用物理」第６２巻第７号（１９９３年）第７２０〜７２１頁に示されているようなＸ線カメラがある。
【０００４】
さらに、超高真空中で利用できるＸ線ビームの強度モニターとしては、”Ｘ−ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ”第４７６〜４７７頁に示されているように、金属メッシュや金属箔からの光電流を計測する方法などが知られている。
【０００５】
このような従来の装置や方法は、Ｘ線ビームの全部あるいは一部を切りとって測定していたり、電離箱モニターのようにガスを使っているものである。
【０００６】
Ｘ線ビームの全部を測定に使う場合には、ビームの利用とモニターを同時に行なうことはできない。また、２枚の対向した電極を用いて、Ｘ線ビームの一部を切りとって測定する場合には、径の小さなビームの測定が困難であるという問題がある。
【０００７】
電離箱モニターの場合には、真空中に置かれた試料の直前や直後での測定ができないといった問題もあった。さらに、金属メッシュや金属箔からの光電流の計測では、ビームの位置や形状の測定ができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、Ｘ線ビームのモニターと利用が同時にでき、また、ビームの断面形状にも影響を及ぼすことなく、小径のビームもモニターすることができる透過型Ｘ線ビームモニター方法およびモニター装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透過型Ｘ線ビームモニター方法において、Ｘ線透過性の基板の表側および裏側にＸ線を吸収して電子を放出する光電効果を有する光電膜を同一でない範囲に設けたモニター板を用い、該モニター板にＸ線を入射させ、該モニター板から放出される電子の電流をモニター板の表裏を区別して測定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、透過型Ｘ線ビームモニター装置において、Ｘ線透過性の基板の表側および裏側にＸ線を吸収して電子を放出する光電効果を有する光電膜を同一でない範囲に設けたモニター板と、該モニター板の表裏から放出される電子の電流を別々に検出する検出器を有することを特徴とするものである。
【００１１】
入射されるＸ線の吸収および散乱がほとんど無視できる程度に前記基板および前記光電膜の厚さを薄くしたこと、前記光電膜の光電効果に伴って発生する光電子、オージェ電子、２次電子のうちのほとんどが透過できない程度に前記基板を厚くしたことも特徴とするものである。
【００１２】
また、前記基板としてベリリウム箔，グラファィト薄板，アルミ泊等、軽金属薄板を用いること、前記基板として、カーボン，アルミ等のコーティングなどによる表面導電化処理が施された有機物フィルムあるいはダイヤモンド，水晶，サファイヤ，窒化硼素，窒化アルミ，窒化珪素等の無機物薄板を用いたことも特徴とするものである。
【００１３】
また、前記光電膜として銀，金，銅等の金属膜を用いたことも特徴とするものであり、前記光電膜の厚さを２ｎｍ〜１００ｎｍとすること、あるいは、前記光電膜の厚さを１０ｎｍ〜５０ｎｍとすることができる。
【００１４】
【作用】
モニター板として入射Ｘ線ビームが透過できるものを用いるため、ビームのモニターを行なうとともに、ビームの利用が同時にできる。また、モニター板を用いたことにより、ビームの断面形状も変化しない。さらに、ビームを構成するすべてのＸ線光子がモニター板に入射するため、どんなに小さな径のビームもモニターすることができる。
【００１５】
モニター板の表側と裏側の同一でない範囲に設けた光電膜から放出される電子を表裏を区別して検出することによって、２種類のビーム強度信号を同時に得ることができ、信号を演算処理するなどしてビームの位置や形状の情報に変換することができる。
【００１６】
光電膜は、基板上にコーティングするなどによって形成することができ、厚い光電物質を用いる必要がなく、モニター板による入射Ｘ線の吸収および散乱を必要最小限に抑えることができる。
【００１７】
物質中の電子の飛程は、Ｘ線のそれよりもずっと短いため、Ｘ線は透過するが、光電効果にともなって発生する光電子、オージェ電子、２次電子のうちのほとんどが透過できないほどモニター板を厚くすることができ、モニター板の表側付近で発生した電子と裏側付近で発生した電子のそれぞれを区別して検出することができる。
【００１８】
基板上の全面ではなく一部に、特定の形状を持たせて、光電膜をコーティングすることにより、表面と裏面からの２種類のビーム強度信号に、特定の意味を持たせることができる。
【００１９】
ベリリウム箔，グラファィト薄板，アルミ箔等、軽金属薄板は、一般にＸ線を良く透過するので基板の材料として適している。
【００２０】
有機物フィルム、あるいは、ダイヤモンド，水晶，サファイヤ，窒化硼素，窒化アルミ，窒化珪素等の無機物薄板なども、一般にＸ線を良く透過するので基板に用いることができるが、絶縁体であるので、表面がむき出しであると、Ｘ線照射による電子放出等で帯電し、光電膜から放出された電子を吸収するなどの妨害をするため、カーボン，アルミ等のコーティングなどによる表面導電化処理を施して、帯電を防止するのがよい。
【００２１】
光電膜としては、光電効果の顕著な物質であれば何でもよいわけであるが、銀，金，銅等の金属膜は、導電性でしかも安定であるため、優れている。しかし、Ｘ線の透過度や光電効果は、Ｘ線のエネルギーに依存するため、基板および光電膜の材料については、測定しようとするＸ線のエネルギー範囲によって、適当な物質を使い分けることが効果的である。
【００２２】
光電膜の厚さは、薄すぎると放出電子電流が微弱になって測定が困難になる。また、厚すぎても光電膜の深いところで発生した電子が光電膜の外まで脱出できないので無駄であり、そればかりでなく、２次Ｘ線である蛍光Ｘ線の発生がバックグラウンドとなり、放出電子電流測定のＳ／Ｎを悪くする。したがって、光電膜の材料や測定しようとするＸ線のエネルギー範囲にもよるが、光電膜の厚さとしては、２ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍ〜５０ｎｍが、一般的な目安である。
【００２３】
【実施例】
図１は、本発明の透過型Ｘ線ビームモニター装置の一実施例の概略構成図である。図中、１はＸ線ビーム、２はモニター板、３は基板、４，５は光電膜、６ａ．６ｂは２次電子増倍管、７ａ，７ｂは電極、８ａ，８ｂはエレクトロメータである。モニター板２は、基板３の両面に光電膜４，５がコーティングされている。光電膜４は表側に、光電膜５は裏側に設けられており、この実施例では、Ｘ線ビーム１の入射方向を水平方向とすれば、基板３のほぼ中央の垂直線を境にして、入射方向からみて、左側の表側に光電膜４が、右側の裏側に光電膜５が設けられている。それぞれの光電膜４，５を見込む２次電子増倍管６ａ，６ｂが表側，裏側に配置されている。電極７ａ，７ｂは、２次電子増倍管６ａ，６ｂから真空中に出力される電子を吸収する。エレクトロメータ８ａ，８ｂは、微小な電流値が測定できるものであり、他の測定手段でもよいことはもちろんである。
【００２４】
Ｘ線ビーム１は、モニター板２を表側から裏側に透過している。入射したＸ線ビーム１が透過するモニター板の表面あるいは裏面から放出された微弱な電子電流は、それぞれの面を見込む表側と裏側の２次電子増倍管６ａ，６ｂに入射される。
【００２５】
入口に電子補集用のバイアス電圧Ｖ_１のかかった表側と裏側の２次電子増倍管６ａ，６ｂは、それぞれ放出電子電流を集め、出口に印加された高電圧Ｖ_２による加速と壁面との衝突による２次電子発生を繰り返して増幅される。増幅された出力電流は、出口の電位Ｖ_１＋Ｖ_２よりも高電位（Ｖ_３＞Ｖ_１＋Ｖ_２）に保たれた電極７ａ，７ｂに流れ込み、エレクトロメータ８ａ，８ｂで測定される。
【００２６】
エレクトロメータ８ａ，８ｂによる測定電流値をＩ_ＦＬ，Ｉ_ＲＲとすると、
Ｉ＝Ｉ_ＦＬ＋Ｉ_ＲＲ
なる電流値Ｉからビームの強度を測定することができる。また、下記の演算結果Ｉより、ビームの左右への変位を測定することができる。
Ｉ＝（Ｉ_ＦＬ−Ｉ_ＲＲ）／（Ｉ_ＦＬ＋Ｉ_ＲＲ）
【００２７】
この場合、基板３の厚さを、表側で発生した電子が裏側から放出されたり、裏側で発生した電子が表側から放出されたりすることが無視できるように、電子の飛程よりも厚くする。それにより、表側と裏側から放出される電子は、確実に分離して検出することができる。
【００２８】
モニター板２の表側付近で発生した電子と裏側付近で発生した電子の区別を一層明確にするためには、ベリリウム箔や有機物フィルム等、Ｘ線の吸収や散乱のほとんどない基板を用いて、その表面と裏面に銀などのＸ線を吸収して電子を放出する光電効果の顕著な物質を薄くコーティングするとよい。
【００２９】
上述した実施例では、入射Ｘ線ビーム１の左右方向の位置を検出できるものである。このモニター板２をその平面内で９０度回転させることにより、上下方向の位置を検出することができる。上述した実施例のモニター板と、これを９０度回転させたモニター板とを組み合わせることにより、左右方向および上下方向の位置、すなわち、入射Ｘ線ビーム１に直角な平面内での２次元的な位置を検出することができ、入射Ｘ線ビームあるいはモニター板を２次元的に振らせることにより、ビームの断面形状を推測することは、十分とはいえないが、ある程度は可能である。
【００３０】
図２は、本発明の透過型Ｘ線ビームモニター装置に用いられるモニター板の他の実施例の斜視図である。図中、２はモニター板、３は基板、９，１０は光電膜である。光電膜９は、小径の点状のものであり、基板３の表側にコーティングされている。光電膜１０は、基板３の裏側の全面にコーティングされている。光電膜９，１０からそれぞれ放出される電子は、上述の実施例と同様に、別々の検出手段、例えば、２次電子増倍管で検出される。入射Ｘ線ビームあるいはモニター板を入射方向に垂直な面内で２次元走査して、両光電膜から放出された電子を検出することにより、ビームの形状測定と全強度測定を同時に行なうことが可能である。測定するビームの大きさにもよるが、光電膜９として、例えば、直径が１μｍ程度の大きさのものを用いることにより、精度よく、ビームプロファイルの検出ができる。
【００３１】
なお、２次電子増倍管等による検出電流は、微小電流計を用いることに限られず、パルス計数回路等、適宜の方法で測定される。測定値をマイクロコンピュータにより処理することによって、ビーム強度、ビーム位置、ビーム形状等を、より迅速に検出することが可能である。
【００３２】
光電膜の形状は、上述した実施例に限られるものではない。その形状や位置関係を適当に選ぶことによりＸ線ビームの強度だけではなく、位置や形状等を測定することができる。
【００３３】
なお、超高真空中で測定を行なう場合には、ベリリウム箔や銀コーティングなどガス放出のない材料を選ぶのがよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ｘ線ビームモニターが透過型であるため、ビームのモニターとビームの利用を同時に行なうことが可能であり、また、ビームの断面形状にも影響を与えることもない。また、どんなに小さな径のビームもモニターでき、さらに、ビームの吸収による熱負荷も小さいという効果がある。さらに、ビームの強度だけでなく、位置や形状の測定も可能であり、超高真空中でも使用できるという利点がある。
【００３５】
したがって、シンクロトロン放射光用ビームラインのＸ線ビームモニターとして利用すると効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型Ｘ線ビームモニター装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明の透過型Ｘ線ビームモニター装置に用いられるモニター板の他の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線ビーム、２…モニター板、３…基板、４，５…光電膜、６ａ．６ｂ…２次電子増倍管、７ａ，７ｂ…電極、８ａ，８ｂ…エレクトロメータ、９，１０…光電膜。

Claims

Ｘ線を吸収して電子を放出する光電効果を有する光電膜を、Ｘ線透過性の基板の表側および裏側であって、前記基板に対して直交する方向からみたとき相互に重ならない範囲に設けたモニター板を用い、前記モニター板にＸ線を透過させ、前記光電膜から放出される電子の収量をモニター板の表裏を区別して測定することを特徴とする透過型Ｘ線ビームモニター方法。
Ｘ線を吸収して電子を放出する光電効果を有する光電膜を、Ｘ線透過性の基板の表側および裏側であって、異なる大きさで前記基板に対して直行する方向からみたときお互いに重なる範囲に設けたモニター板を用い、前記モニター板にＸ線を透過させ、前記光電膜から放出される電子の収量をモニター板の表裏を区別して測定することを特徴とする透過型Ｘ線ビームモニター方法。
入射されるＸ線の吸収および散乱が無視できる程度に前記基板および前記光電膜の厚さを薄くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の透過型Ｘ線ビームモニター方法。
前記光電膜の光電効果に伴って発生する光電子、オージェ電子、２次電子が透過できない程度に前記基板を厚くしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター方法。
前記基板としてベリリウム箔，グラファィト薄板，アルミ箔、軽金属薄板を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター方法。
前記基板として、カーボン，アルミのコーティングなどによる表面導電化処理が施された有機物フィルムあるいはダイヤモンド，水晶，サファイヤ，窒化硼素，窒化アルミ，窒化珪素の無機物薄板を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター方法。
前記光電膜として銀，金，銅の金属膜を用いたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター方法。
Ｘ線透過性の基板の表側および裏側にＸ線を吸収して電子を放出する光電効果を有する光電膜を前記基板に対して直交する方向からみたとき前記両光電膜が相互に重ならない範囲に設けたモニター板と、Ｘ線が透過することにより該モニター板の表裏から放出される電子の電流を別々に検出する検出器を有することを特徴とする透過型Ｘ線ビームモニター装置。
入射されるＸ線の吸収および散乱が無視できる程度に前記基板および前記光電膜の厚さを薄くしたことを特徴とする請求項８に記載の透過型Ｘ線ビームモニター装置。
前記光電膜の光電効果に伴って発生する光電子、オージェ電子、２次電子が透過できない程度に前記基板を厚くしたことを特徴とする請求項８または９に記載の透過型Ｘ線ビームモニター装置。
前記基板としてベリリウム箔，グラファィト薄板，アルミ箔、軽金属薄板を用いることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター装置。
前記基板として、カーボン，アルミのコーティングなどによる表面導電化処理が施された有機物フィルムあるいはダイヤモンド，水晶，サファイヤ，窒化硼素，窒化アルミ，窒化珪素の無機物薄板を用いたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター装置。
前記光電膜として銀，金，銅の金属膜を用いたことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の透過型Ｘ線ビームモニター装置。