JP2865327B2 - 粒子ビーム計測装置 - Google Patents
粒子ビーム計測装置Info
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- JP2865327B2 JP2865327B2 JP1259719A JP25971989A JP2865327B2 JP 2865327 B2 JP2865327 B2 JP 2865327B2 JP 1259719 A JP1259719 A JP 1259719A JP 25971989 A JP25971989 A JP 25971989A JP 2865327 B2 JP2865327 B2 JP 2865327B2
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
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- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
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- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
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- Measurement Of Radiation (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、粒子ビーム計測装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、４次元エミッタンス
測定の自動化、高速化、高精度化を可能とする粒子ビー
ム計測装置に関するものである。
る。さらに詳しくは、この発明は、４次元エミッタンス
測定の自動化、高速化、高精度化を可能とする粒子ビー
ム計測装置に関するものである。
（従来の技術とその課題） イオンビーム、中性子ビーム、電子ビーム等の粒子ビ
ームのある断面、たとえばｘ−ｙ断面における軌道は、
ｘ、ｘ′＝dx/dz、ｙ、ｙ′＝dy/dzの４つの変数によっ
て決まる４次元位相空間での密度分布によって記述する
ことができる。この４次元位相空間でビーム軌道が占め
る体積は４次元エミッタンスと呼ばれており、粒子ビー
ムの性質を表す最も基本的な量の一つとなっている。
ームのある断面、たとえばｘ−ｙ断面における軌道は、
ｘ、ｘ′＝dx/dz、ｙ、ｙ′＝dy/dzの４つの変数によっ
て決まる４次元位相空間での密度分布によって記述する
ことができる。この４次元位相空間でビーム軌道が占め
る体積は４次元エミッタンスと呼ばれており、粒子ビー
ムの性質を表す最も基本的な量の一つとなっている。
そのため、４次元エミッタンスは、イオン注入装置、
電子顕微鏡、核融合実験用中性粒子入射装置、タンデム
加速機、線形加速器、各種イオン源装置をはじめとして
多くの粒子ビーム関連機器において粒子ビーム計測手段
として重要なものとなる。特に、近年では、各種イオン
源でイオンの生成効率を高める場合や、加速器で加速部
の電子抑制をする場合等のように粒子ビーム関連機器で
は磁場が多く利用されるようになり、ビーム軌道に非対
象なものが現れるようになったため、４次元エミッタン
スを測定することが極めて重要な課題になっている。
電子顕微鏡、核融合実験用中性粒子入射装置、タンデム
加速機、線形加速器、各種イオン源装置をはじめとして
多くの粒子ビーム関連機器において粒子ビーム計測手段
として重要なものとなる。特に、近年では、各種イオン
源でイオンの生成効率を高める場合や、加速器で加速部
の電子抑制をする場合等のように粒子ビーム関連機器で
は磁場が多く利用されるようになり、ビーム軌道に非対
象なものが現れるようになったため、４次元エミッタン
スを測定することが極めて重要な課題になっている。
従来、４次元エミッタンスの測定方法としては、粒子
ビーム中にピンホールを置き、そのピンホールから漏れ
出すビームの像を写真乾板等を用いて求め、得られた像
の黒化度を測定してｘ′とｙ′を求めていた。
ビーム中にピンホールを置き、そのピンホールから漏れ
出すビームの像を写真乾板等を用いて求め、得られた像
の黒化度を測定してｘ′とｙ′を求めていた。
しかしながら、このような方法ではビーム像の黒化度
がビームエネルギー束、ピンホール径、写真乾板の特性
等種々の測定条件に大きく依存するため、個々の粒子ビ
ームの測定ごとにそれらの最適条件を見出さなくてはな
らず、多大な手間が必要とされていた。また、写真乾板
を用いてビーム像を得るには長時間を費やさなくてはな
らず、しかも得られたビーム像から十分に高い精度で４
次元エミッタンスを求めることもできなかった。
がビームエネルギー束、ピンホール径、写真乾板の特性
等種々の測定条件に大きく依存するため、個々の粒子ビ
ームの測定ごとにそれらの最適条件を見出さなくてはな
らず、多大な手間が必要とされていた。また、写真乾板
を用いてビーム像を得るには長時間を費やさなくてはな
らず、しかも得られたビーム像から十分に高い精度で４
次元エミッタンスを求めることもできなかった。
このため、４次元エミッタンスの測定は、粒子ビーム
計測手段としての重要性が認識されながらも今日まで実
用化されるには至っていない。４次元エミッタンスの測
定の代用として、第４図に示したSCS（Slit and Collec
tor Scanner）または第５図に示したESS（Electric−sw
eep Scanner）等を使用して２次元エミッタンスの測定
がなされているのが実情であある。
計測手段としての重要性が認識されながらも今日まで実
用化されるには至っていない。４次元エミッタンスの測
定の代用として、第４図に示したSCS（Slit and Collec
tor Scanner）または第５図に示したESS（Electric−sw
eep Scanner）等を使用して２次元エミッタンスの測定
がなされているのが実情であある。
しかしながら、これら第４図および第５図に例示した
装置を用いての２次元エミッタンスは比較的容易に測定
できるものの、４次元エミッタンスに比べるとこの２次
元測定は粒子ビームの軌道に関して得られる情報量は極
めて少なく、ビーム軌道の微細構造を評価することはで
きない。
装置を用いての２次元エミッタンスは比較的容易に測定
できるものの、４次元エミッタンスに比べるとこの２次
元測定は粒子ビームの軌道に関して得られる情報量は極
めて少なく、ビーム軌道の微細構造を評価することはで
きない。
このため、各種イオン源や加速器等の粒子ビーム関連
機器の開発のためにも、４次元エミッタンスの測定を容
易に行うことのできる装置の実現が強く望まれていた。
機器の開発のためにも、４次元エミッタンスの測定を容
易に行うことのできる装置の実現が強く望まれていた。
この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたも
のであり、４次元エミッタンスを容易に測定することが
でき、従来は不可能であったデータ処理の自動化、高速
化、高精度化をも可能とし、さらにはビーム中の各ビー
ム種のエミッタンス測定も可能とする粒子ビーム計測装
置を提供することを目的としている。
のであり、４次元エミッタンスを容易に測定することが
でき、従来は不可能であったデータ処理の自動化、高速
化、高精度化をも可能とし、さらにはビーム中の各ビー
ム種のエミッタンス測定も可能とする粒子ビーム計測装
置を提供することを目的としている。
（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、ピン
ホール、ピンホールを通過した粒子ビームの強度分布を
検知するイメージセンサーおよびイメージセンサーが検
知した粒子ビームの強度分布像を電気信号に変換する光
電変換装置を一体化した、粒子ビーム軸に対して直交駆
動する駆動装置を備えてなることを特徴とする粒子ビー
ム計測装置を提供する。
ホール、ピンホールを通過した粒子ビームの強度分布を
検知するイメージセンサーおよびイメージセンサーが検
知した粒子ビームの強度分布像を電気信号に変換する光
電変換装置を一体化した、粒子ビーム軸に対して直交駆
動する駆動装置を備えてなることを特徴とする粒子ビー
ム計測装置を提供する。
この発明の粒子ビームの計測装置においては、ピンホ
ールを通過した粒子ビームの強度分布像がピンホールの
径や写真乾板の特性等種々の測定条件の変動の影響を受
けることなく、容易に最適条件で得られるようにし、か
つ、上記のｘ′やｙ′の値が得られた強度分布像に基づ
いてコンピュータ等により自動的に求められるようにす
るために、粒子ビームの強度分布を検知するイメージセ
ンサーとそのイメージセンサーが検知した粒子ビームの
強度分布像を電気信号に変換する光電変換装置を使用
し、これにより粒子ビームの強度分布像を電気信号とし
て得るようにしている。
ールを通過した粒子ビームの強度分布像がピンホールの
径や写真乾板の特性等種々の測定条件の変動の影響を受
けることなく、容易に最適条件で得られるようにし、か
つ、上記のｘ′やｙ′の値が得られた強度分布像に基づ
いてコンピュータ等により自動的に求められるようにす
るために、粒子ビームの強度分布を検知するイメージセ
ンサーとそのイメージセンサーが検知した粒子ビームの
強度分布像を電気信号に変換する光電変換装置を使用
し、これにより粒子ビームの強度分布像を電気信号とし
て得るようにしている。
また、粒子ビームの断面内で２次元的な強度分布像を
求める際に最適の測定条件が容易に維持されるようにす
るため、ピンホール、イメージセンサーおよび光電変換
装置を一体化している。
求める際に最適の測定条件が容易に維持されるようにす
るため、ピンホール、イメージセンサーおよび光電変換
装置を一体化している。
イメージセンサーとしてはたとえばマイクロチャネル
プレート等の２次元イメージセンサーを使用することが
でき、また、光電変換器としては、たとえばCCDカメラ
等を使用することができる。
プレート等の２次元イメージセンサーを使用することが
でき、また、光電変換器としては、たとえばCCDカメラ
等を使用することができる。
また、この発明の装置では、ピンホールとイメージセ
ンサーの間に偏向装置を設けてもよい。これにより粒子
ビーム中に含まれるビーム種ごとの４次元エミッタンス
の測定が可能となる。この場合の偏向装置としては、電
極や磁極を適宜配したものを用いることができる。
ンサーの間に偏向装置を設けてもよい。これにより粒子
ビーム中に含まれるビーム種ごとの４次元エミッタンス
の測定が可能となる。この場合の偏向装置としては、電
極や磁極を適宜配したものを用いることができる。
添付した図面の第１図は、この発明の粒子ビーム計測
装置をイオン源装置の粒子ビーム計測手段として使用す
る場合の実施例を示したものである。
装置をイオン源装置の粒子ビーム計測手段として使用す
る場合の実施例を示したものである。
この実施例の装置は、ピンホール（１）、ピンホール
（１）を通過した粒子ビームの強度分布を検知する２次
元イメージセンサー（２）、２次元イメージセンサー
（２）の背後で粒子ビームの強度分布像を電気信号に変
換するCCDカメラ（３）、およびピンホール（１）と２
次元イメージセンサー（２）との間にあって粒子ビーム
をH+、H0、H-等の粒子ビームの種類に応じて偏向する荷
電粒子の偏向電極（４）を有している。これらのピンホ
ール（１）、２次元イメージセンサー（４）、CDDカメ
ラ（３）および偏向電極（４）は、可動部（５）として
一体化してある。この可動部（５）は、２次元駆動装置
（６）により、イオン源装置（Ａ）の加速器（Ａ′）か
ら発した粒子ビーム（Ｂ）のビーム軸に直交する断面内
を２次元的に駆動できるようにしている。
（１）を通過した粒子ビームの強度分布を検知する２次
元イメージセンサー（２）、２次元イメージセンサー
（２）の背後で粒子ビームの強度分布像を電気信号に変
換するCCDカメラ（３）、およびピンホール（１）と２
次元イメージセンサー（２）との間にあって粒子ビーム
をH+、H0、H-等の粒子ビームの種類に応じて偏向する荷
電粒子の偏向電極（４）を有している。これらのピンホ
ール（１）、２次元イメージセンサー（４）、CDDカメ
ラ（３）および偏向電極（４）は、可動部（５）として
一体化してある。この可動部（５）は、２次元駆動装置
（６）により、イオン源装置（Ａ）の加速器（Ａ′）か
ら発した粒子ビーム（Ｂ）のビーム軸に直交する断面内
を２次元的に駆動できるようにしている。
２次元イメージセンサー（２）、CCDカメラ（３）、
偏向電極（４）および２次元駆動装置（６）は、それぞ
れ２次元イメージセンサーコントローラ（２′）、CCD
カメラコントローラ（３′）、偏向電極電源（４′）お
よび２次元駆動装置コントローラ（６′）に接続してお
り、さらにCCDカメラコントローラ（３′）は、CCDカメ
ラ（３）からの強度分布像の出力信号を記憶しコンピュ
ータ（８）に出力するデジタルビデオメモリ（７）に接
続している。
偏向電極（４）および２次元駆動装置（６）は、それぞ
れ２次元イメージセンサーコントローラ（２′）、CCD
カメラコントローラ（３′）、偏向電極電源（４′）お
よび２次元駆動装置コントローラ（６′）に接続してお
り、さらにCCDカメラコントローラ（３′）は、CCDカメ
ラ（３）からの強度分布像の出力信号を記憶しコンピュ
ータ（８）に出力するデジタルビデオメモリ（７）に接
続している。
コンピュータ（８）は、最適条件下で所定の位置の粒
子ビームの強度分布像が検知できるように、上記の２次
元イメージセンサーコントローラ（２′）、CDDカメラ
コントローラ（３′）、偏向電極電源（４′）、２次元
駆動装置コントローラ（６′）を制御すると共にデジタ
ルビデオメモリ（７）からの出力に基づいて４次元エミ
ッタンスを算出し、その結果をエミッタンス出力（９）
から出力する。
子ビームの強度分布像が検知できるように、上記の２次
元イメージセンサーコントローラ（２′）、CDDカメラ
コントローラ（３′）、偏向電極電源（４′）、２次元
駆動装置コントローラ（６′）を制御すると共にデジタ
ルビデオメモリ（７）からの出力に基づいて４次元エミ
ッタンスを算出し、その結果をエミッタンス出力（９）
から出力する。
たとえば以上例示したこの発明の粒子ビーム計測装置
においては、２次元駆動装置（６）により可動部（５）
を駆動し、可動部（５）内のピンホール（１）を粒子ビ
ーム（Ｂ）のビーム軸に直交する断面（ｘ−ｙ断面）内
の所定の位置（y1、y1）におくと、第２図に示したよう
に、ピンホール（１）を通過した粒子ビームは２次元イ
メージセンサー（２）上に強度分布像を形成する。この
際、第１図に示したように偏向電極（４）等の偏向装置
を設ける場合には、ピンホール（１）を通過した粒子ビ
ームはその粒子の種類ごとに強度分布像を形成する。
においては、２次元駆動装置（６）により可動部（５）
を駆動し、可動部（５）内のピンホール（１）を粒子ビ
ーム（Ｂ）のビーム軸に直交する断面（ｘ−ｙ断面）内
の所定の位置（y1、y1）におくと、第２図に示したよう
に、ピンホール（１）を通過した粒子ビームは２次元イ
メージセンサー（２）上に強度分布像を形成する。この
際、第１図に示したように偏向電極（４）等の偏向装置
を設ける場合には、ピンホール（１）を通過した粒子ビ
ームはその粒子の種類ごとに強度分布像を形成する。
この強度分布像は、CCDカメラ（３）等の光電変換器
によりテレビ画面の映像出力等の信号となり、デジタル
ビデオメモリ（７）に記憶される。そしてデジタルビデ
オメモリ（７）の記憶に基づいてコンピュータ（８）が
２次元イメージセンサー（２）上の像の投影角
（ｘ′11、ｘ′12、ｙ′11、ｙ′12）や粒子ビーム強度
分布を算出する。この（ｘ′、ｙ′）と２次元イメージ
センサー（２）の画素上の強度分布像とを対応させて示
したものが第２図の点線円内の概念図である。
によりテレビ画面の映像出力等の信号となり、デジタル
ビデオメモリ（７）に記憶される。そしてデジタルビデ
オメモリ（７）の記憶に基づいてコンピュータ（８）が
２次元イメージセンサー（２）上の像の投影角
（ｘ′11、ｘ′12、ｙ′11、ｙ′12）や粒子ビーム強度
分布を算出する。この（ｘ′、ｙ′）と２次元イメージ
センサー（２）の画素上の強度分布像とを対応させて示
したものが第２図の点線円内の概念図である。
上記のようにして得た（ｘ′11、ｘ′12、ｙ′11、
ｙ′12や強度分布は、位置（x1、y1）にあるピンホール
を通過した粒子ビームについての値であるが、可動部
（５）を駆動してピンホール（１）を粒子ビーム（Ｂ）
の断面（ｘ−ｙ断面）内の任意の位置（x1、y1）に設定
し、上記の操作を行うことにより、そのピンホール位置
についての（ｘ′、ｙ′）や粒子ビーム強度分布を求め
ることができる。
ｙ′12や強度分布は、位置（x1、y1）にあるピンホール
を通過した粒子ビームについての値であるが、可動部
（５）を駆動してピンホール（１）を粒子ビーム（Ｂ）
の断面（ｘ−ｙ断面）内の任意の位置（x1、y1）に設定
し、上記の操作を行うことにより、そのピンホール位置
についての（ｘ′、ｙ′）や粒子ビーム強度分布を求め
ることができる。
このようにしてこの発明の粒子ビーム計測装置によれ
ば、その粒子ビーム内の任意の位置（ｘ、ｙ）での
（ｘ′、ｙ′）の値や強度分布を求めることができ、容
易に４次元エミッタンスを得ることが可能となる。
ば、その粒子ビーム内の任意の位置（ｘ、ｙ）での
（ｘ′、ｙ′）の値や強度分布を求めることができ、容
易に４次元エミッタンスを得ることが可能となる。
また、ｘ、ｙ、ｘ′、ｙ′についてのデータ処理をコ
ンピュータ（８）で行えるようにしたことにより、第３
図に示したように４次元エミッタンスをｘ−ｘ′座標上
あるいはｙ−ｙ′座標上に２次元エミッタンスとして表
したり、粒子ビーム中に含まれるビーム種ごとの強度分
布からイオンビームの中性化の割合や中性化セルのガス
線密度を評価したり、多孔型加速電極の粒子ビームの測
定において各電極孔からのビームの焦点位置を求めるな
ど、種々のデータ処理を自動化、高速化することが可能
となる。
ンピュータ（８）で行えるようにしたことにより、第３
図に示したように４次元エミッタンスをｘ−ｘ′座標上
あるいはｙ−ｙ′座標上に２次元エミッタンスとして表
したり、粒子ビーム中に含まれるビーム種ごとの強度分
布からイオンビームの中性化の割合や中性化セルのガス
線密度を評価したり、多孔型加速電極の粒子ビームの測
定において各電極孔からのビームの焦点位置を求めるな
ど、種々のデータ処理を自動化、高速化することが可能
となる。
（発明の効果） この発明の粒子ビーム計測装置によれば、４次元エミ
ッタンスの測定が自動化され、容易に高精度の４次元エ
ミッタンスが得られるようになる。また、４次元エミッ
タンスに関する種々のデータ処理も自動化、高速化で
き、多様な粒子ビーム関連機器において４次元エミッタ
ンスを実用的に利用できるようになる。
ッタンスの測定が自動化され、容易に高精度の４次元エ
ミッタンスが得られるようになる。また、４次元エミッ
タンスに関する種々のデータ処理も自動化、高速化で
き、多様な粒子ビーム関連機器において４次元エミッタ
ンスを実用的に利用できるようになる。
第１図はこの発明の実施例の構成図である。 第２図はこの発明の実施例の作用機構を示す概念図であ
り、第３図は４次元エミッタンスをｘ−ｘ′座標上に表
した概念図である。 第４図は２次元エミッタンスを測定する従来のSCS装置
の構成図であり、第５図は２次元エミッタンスを測定す
る従来のESS装置の構成図である。 １…ピンホール ２…２次元イメージセンサー ２′…２次元イメージセンサーコントローラ ３…CCDカメラ ３′…CDDカメラコントローラ ４…偏向電極 ４′…偏向電極電源 ５…可動部 ６…２次元駆動装置 ６′…２次元駆動装置コントローラ ７…デジタルビデオメモリ ８…コンピュータ ９…エミッタンス出力
り、第３図は４次元エミッタンスをｘ−ｘ′座標上に表
した概念図である。 第４図は２次元エミッタンスを測定する従来のSCS装置
の構成図であり、第５図は２次元エミッタンスを測定す
る従来のESS装置の構成図である。 １…ピンホール ２…２次元イメージセンサー ２′…２次元イメージセンサーコントローラ ３…CCDカメラ ３′…CDDカメラコントローラ ４…偏向電極 ４′…偏向電極電源 ５…可動部 ６…２次元駆動装置 ６′…２次元駆動装置コントローラ ７…デジタルビデオメモリ ８…コンピュータ ９…エミッタンス出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01T 1/29 H01J 37/04 G21K 5/04
Claims (2)
- 【請求項１】ピンホール、ピンホールを通過した粒子ビ
ームの強度分布を検知するイメージセンサーおよびイメ
ージセンサーが検知した粒子ビームの強度分布像を電気
信号に変換する光電変換装置を一体化し、粒子ビーム軸
に対して直交駆動する駆動装置を備えてなることを特徴
とする粒子ビーム計測装置。 - 【請求項２】ピンホールとイメージセンサーの間に荷電
粒子偏向装置を設け、粒子ビーム中に含まれるビーム種
ごとの４次元エミッタンスを測定する請求項（１）記載
の粒子のビーム計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259719A JP2865327B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 粒子ビーム計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259719A JP2865327B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 粒子ビーム計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122589A JPH03122589A (ja) | 1991-05-24 |
| JP2865327B2 true JP2865327B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=17337994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1259719A Expired - Lifetime JP2865327B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 粒子ビーム計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2865327B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4984704B2 (ja) * | 2006-07-18 | 2012-07-25 | 富士通株式会社 | 荷電粒子の入射角モニタ素子 |
| CN103207405B (zh) * | 2013-05-03 | 2014-12-24 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种用于低能重离子的束团参数测量系统,以及一种频率谐振选能能量测量方法 |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP1259719A patent/JP2865327B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03122589A (ja) | 1991-05-24 |
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