JPH01233325A - シンクロトロン放射光ビーム強度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軟Ｘ線から真空紫外領域のシンクロトロン放
射光の強度測定装置に関するものである。

〔従来技術〕

はぼ光速塵まで加速された荷電粒子を蓄積した円形加速
器からは、シンクロトロン放射光（以下、放射光と称す
る）と呼ばれるＸ線から赤外線に至る広いスペクトルを
持つ強力な光が放出される。

近年、この放射光を光電子分光やＸ線吸収端微細構造の
利用による局所構造Ｍ析などに利用しようという動きが
高まっている。これらの分析を高精度に行うためには放
射光ビーム自体の強度を高精度に測定することが必要と
なる。

従来、軟Ｘ線領域から真空紫外線での放射光のビーム強
度を真空中で測定するためには、（１）金属導電体に放
射光を照射すると電子が放出され、金属導電体が正に帯
電することを利用し、金属導電体とアースとの間に流れ
る電流の測定により放射光強度を測定する方法、（２）
金属等に放射光を照射し、そこから放出される電子を電
子増倍管を用いて測定することにより、放射線強度を測
定する方法が用いられてきた。

すなわち、ビーム強度を工。［フォトン数／秒］。

ビームのエネルギーをＥ［ｅＶ］、金属導電体の線吸収
率をμ（Ｅ）、金属導電体の電子の放出割合をｆ（Ｅ）
、電子−つの電荷をＣ［クーロン］、測定される微小電
流を工［クー０２７秒］とすると、微小電流Ｉとビーム
強度ＩＩ、との関係は、次式（１）で表される。

Ｉ＝Ｉ。ｘμ（Ｅ）Ｘ　ｆ　（Ｅ）ｘ　ｃ　　・・・（
１）なお１式（１）については１例えば、ジャーナル・
アプライド・フィジイクス、４８．１８５２［Ｈｅｎｋ
ｅ　ａｔ、ａｌ、　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ａｐｐｌｉｅｄ　
Ｐｈｙｓｉｃｓ、　４８（１９７７）　、　１８５２］
に開示されている。

このように、微小電流工を測定することにより、式（１
）を用いてビーム強度を求めることが可能である。また
、電子増倍管の場合は、電子増倍管の微小電流Ｉ’［ク
ー０２７秒］、電子増倍管に印加するバイアス電圧を■
［ボルト］、放出電子の電子増倍管による検出割合をΩ
、電子増倍管の増幅率をＱ（Ｖ）とすると、電子増倍管
に流れる微小電流とビーム強度の関係は、次式（２）で
表わされる。

Ｉ’＝Ｉｏ×７’（Ｅ）Ｘｆ（Ｅ）ＸΩＸＱ（Ｖ）ＸＣ
・　（２）また、電子増倍管によりビーム強度をパルス
数で測定する場合は、電子増倍管のパルス数をＩｐとす
ると、ビーム強度工。とパルス数Ｉｐとの関係は、次式
（３）で表わされる。

■。＝工。Ｘμ（Ｅ）Ｘｆ（Ｅ）ｘΩ　・・・（３）な
お、式（２）及び式（３）については、例えば浜松ホト
ニクス技術資料Ｔ８３−５−５に開示されている。

このように、電子増倍管の場合も、式（２）及び式（３
）を用いることにより、電流出力又はパルス数出力より
ビーム強度を求めることが可能である。

第３図に微小電流測定及び電子増倍管を利用した従来の
ビーム強度測定装置を示す、１は真空中に設置した金属
導電体、２は金属導電体１の近傍の真空中に設置した電
子増倍管であり、両者とも電流導入端子により大気側の
測定回路と接続されている。３は微小電流測定回路、４
は電子増倍管電流測定回路である。５は記録計、６は真
空と大気を分ける真空槽の外壁であり、７及び８は真空
側と大気側を接続する電流導入端子である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記の従来装置では以下に述べるような
問題があった。

すなわち、微小電流測定により、ビーム強度を求めよう
とすると、ビーム強度が小さくなると流れる電流も減少
するため、ビーム強度の小さい領域では、金属導電体１
とアースとの間に流れる電流値を正確に求めることがで
きず、入射ビーム強度を正確に測定することができなく
なる。

また、電子増倍管２による電流測定では、微小電流測定
に比べるとより弱いビーム強度の測定が可能であるが、
逆にビーム強度の増加に伴い放出電子が増大すると、電
子増倍管２の出力が飽和してしまい、ビーム強度を正確
に測定することが困難になる。一方、ビーム強度が非常
に小さくなった場合は、電子増倍管２の場合もその出力
電流が減少し、その電流値を高精度に測定することが困
難となる。また、ｆ！電子増倍管を利用したビーム強度
測定では電子増倍管電流測定回路４をパルス測定回路に
変更し、記録計５をカウンターに変更することにより、
放出電子の個数を測定しこの値よりビーム強度を求める
ことも可能である。この場合は、電子増倍管２による電
流測定に比べると、より弱いビーム強度の測定が可能と
なる。しかし、この場合は逆にビーム強度が大きくなる
とパルス数測定回路の出力が飽和してしまい、正確なビ
ーム強度を求めることが困難となる。

前記第３図に示す従来装置による測定例を第４図に示す
。

第４図において、ａは微小電流測定方法によりビーム強
度を測定した場合、ｂは電子増倍管の電流測定によりビ
ーム強度を測定した場合、Ｃは電子増倍管のパルス数測
定によりビーム強度を測定した場合を示す。

第４図から分かるように、微小電流測定方法の測定可能
領域は、およそ１０１１〜１０１４フオトン数／秒、ｆ
！！子増倍管の電流測定法の測定可能範囲は、１０５〜
１０１１７オトン数／秒程度、電子増倍管のパルス数測
定法の測定可能範囲は、１０”〜１０５フォトン数／秒
に限定される。

このように、従来装置では、ダイナミックレンジが狭い
ため、ビーム強度が１０３〜１０１３フオトン数／秒変
化するような、ビームの場合にはその強度測定を高精度
に行うことが困難であり、広範囲な強度領域でのビーム
強度を高精度に測定するためには新たな工夫が必要とな
る。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。

本発明の目的は５強度変動の大きいビーム強度において
も正確に測定することができる技術を提供することにあ
る。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち５本発明は、真空中に絶縁状態で設置した例え
ば金属板、金属網、金属膜等からなる金属導電体と、該
金属導電体に接続される例えば増幅器及びバイアス電源
からなる微小電流検出回路（微小電流測定回路）と、前
記金属導電体の近傍に設置した電子増倍管に接続される
例えば増幅器及びバイアス電源からなる電子検出回路（
電流測定回路）とを備えたビーム強度測定装置において
、前記微小電流検出回路と電子検出回路とを並列に電気
的に接続し、該微小電流検出回路と電子検出回路の出力
信号の切り換えを、外部から制御可能な入力端子を有す
る信号切換回路を介して電子計算機により行う手段を備
えたことを最も主要な特徴とするものである。

また、前記電子増倍管の出力を電流量又はパルス数に換
算する手段を備えたことを特徴とするものである。

〔作用〕

前述の手段によれば、金属導体に接続される微小流検出
回路と電子増倍管に接続される検出回路の出力信号の切
り換えを、ｉｔ電子計算機制御される信号切換回路によ
り行うので、ビーム強度に応じて最良の測定方法を選択
することができる。

すなわち、従来の技術では、この信号切り換え回路を有
していなかったため、ビーム強度が何らかの原因で大き
く変化した場合は、高精度な強度測定を行うことが困鷺
であるが、本発明によれば、ビーム強度が変動しても、
電子計算機により自動的に信号を切り換えることにより
、ビーム強度に応じた最良の測定方法を採用することが
できるので、ビーム強度が大きく変動しても精度の低下
を考慮することなく、高精度なビーム強度の測定を行う
ことができる。

［発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例のシンクロトロン放射光ビ
ーム強度測定装置の概略構成を示すブロック図である。

第１図において、１は真空中に設置したビーム検出用の
金属導電体であり、例えば金属板、金属網、金属膜等か
らなっている。２は金属導電体１より放出される電子を
検出するための電子増倍管である。３は金属導電体１と
アースとの間に流れる微小電流を測定するための微小電
流測定回路（微小電流検出回路）であり、金属導電体１
に接続された例えば増幅器及びバイアス電源からなって
いる。４は電子増倍管２の出力を増幅しＷｉ流に換算す
る電子増倍管電流測定回路（ｉｌ電子検出回路であり１
例えば電子増倍管２に接続された増幅器及びバイアス電
源からなっている。６は真空と大気を分けるための真空
漕の外壁、７及び８は真空側と大気側を接続するための
電流導入端子、９は電子増倍管２の出力信号を切り換え
るための電子増倍管信号切換回路、１０は電子増倍管の
出力を増幅しパルス数に変換するパルス数測定回路、１
１は微小電流測定回路３と電子増倍管電流測定回路４の
出力信号を切り換えるための信号切換回路、１２は微小
電流測定回路３及び電子増倍管電流測定回路４のアナロ
グ出力信号をデジタル化するためのアナログ・デジタル
（Ａ／Ｄ）コンバータ、１３はパルス数測定回路のデジ
タル出力をカウントするための計数回路、１４は信号切
換回路１１を制御しビーム強度の測定結果を蓄えるため
の制御用電子計算機（以下、電子計算機と称す）、１５
は信号切換回路１１を制御するための制御信号線、１６
は電子増倍管信号切換回路９を制御するための制御信号
線である。

本実施例のシンクロトロン放射光ビーム強度測定装置は
、ビーム強度を測定するために。

（１）１０”″フォトン数／秒以上、 （２）１０’〜１０フォトン数／秒。

（３）１０’フォトン数／秒以下。

の各領域においてビーム強度の測定方法を切り換えるも
のである。

次に、前記（１）〜（３）の各領域について本装置の動
作を第１図を用いて説明する。

（１）１０１１フオトン数／秒以上の領域この領域では
、ビーム強度が大きいため、金属導電体１とアースとの
間に流れる微小電流も比較的大きく数ナノアンペア［ｎ
Ａ］〜数マイクロアンペア［μＡ］の電流が流れる。こ
のため、微小電流測定回路３により比較的容易にかつ高
精度にビーム強度を測定することが可能である。

この測定を行うため、電子計算機１４により制御信号線
１５を通して信号切換回路１１の入力を微小電流測定回
路３側に切り換え、信号検出ルートを金属導電体１：０
微小電流測定回路３＝＞Ａ／Ｄコンバータ１２時電子電
子計算機１４合せに変更し、ビーム強度の測定を行う。

（２）１０’フォトン数／秒〜１０１１フォトン数／秒
の領域 この領域では、金属導体１とアースとの間に流れる電流
は、数ピコアンペア［ｐＡ］〜数十ピコアンペア［ｐＡ
１程度であるため、微小電流測定回路３ではＳ／Ｎ良く
ビーム強度を測定することが困難である。

そこで、金属導電体１より放出される二次電子強度がビ
ーム強度に比例することを利用し、電子増倍管２により
ビーム強度を測定する。この場合、微小電流自体ではな
く放出された電子の強度を増幅して測定するため、微小
電流を直接測定する場合に比べ信号強度が太きくＳ／Ｎ
の良い測定が可能となる。

この測定を行うため、Ｗｔ子計算機１４により制御信号
線１５を通して信号切換回路１１の入力を微小電流測定
回路３から電子増倍管電流測定回路４に切り換え、かつ
制御信号線１６を通して電子増倍管信号切換回路９を電
子増倍管電流測定回路４側に切換えて、信号検出ルート
を電子増倍管２：３電子増倍管電流測定回路４坤Ａ／Ｄ
コンバータ１２啼電子計算機１４の組合わせに変更して
ビーム強度の測定を行う。

（３）１０’フォトン数／秒以下の領域この領域では、
ビーム強度が非常に弱いため。

電子増倍管２の管電流が減少し高情度なビーム強度測定
が困難となる。そこで、電子増倍管２の管電流を測定す
るのではなく、放出される電子の数自体を測定すること
によりビーム強度測定を行う。

この測定を行うため、電子計算機１４により制御信号＠
１６を通して電子増倍管信号切換回路９をパルス数測定
回路１０側に切換えて１．信号検出ルートを電子増倍管
２坤パルス数測定回路１０６計数回路１３＝ｌ！子計算
機１４の組合わせに変更してビーム強度の測定を行う。

以上、前記領域（１）〜（３）における測定方法の切り
換えは、電子計算機１４により自動的に行われる。すな
わち、第２図に示すソフトウェアのフローチャートに基
づいて、ビーム強度が領域（１）〜（３）にわたって変
動する場合に、電子計算機１４は現在のビーム強度がど
の領域にあるかを自動的に判断し、各領域に最も適した
測定方法を用いるように、制御信号線１５及び制御信号
線１６を通して信号検出ルートを切り換える。これによ
り測定精度の向上を図る。

ここで、前記第２図に示すフローチャートに基づく処理
プロセスについて説明する。

第２図において、まず、ステップ１０１で制御信号線１
５を用いて信号検出ルートを、金属導電体１坤微小電流
測定回路３坤Ａ／Ｄコンバータ１２呻電子計算機１４に
設定する。その後、ステップ１０２でビーム強度を測定
する。その測定が終わると、ステップ１０３で測定され
たビーム強度は領域（１）の範囲にあるか否かを検出し
、その検出がＹＥＳであれば処理は終了し、その検出が
ＮＯであればステップ１０４に移り、制御信号線１５．
１６を用いて信号検出ルートを、電子増倍管２坤電子増
倍管電流測定回路４ａＡ／Ｄコンバータ１２＃電子計算
機１４に設定する。その後、ステップ１０５でビーム強
度を測定する。その測定が終わると、ステップ１０６で
その測定されたビーム強度は領域（２）の範囲にあるか
否かを検出し、その検出がＹＥＳであれば処理は終了し
、その検出がＮＯであればステップ１０７に移り、制御
信号線１６を用いて信号検出ルートを電子増倍管２埠パ
ルス数測定回路１０：０計数回路１３−＞７＋！子計算
機１４に設定する。その後、ステップ１０９でビーム強
度を測定して処理は終了する。

以上の説明かられかるように、本実施例によれば、３種
類の測定方法を電子計算機１４により自動的に切り換え
ることができる構造となっているので、広範囲な強度領
域におけるビーム強度の測定を行うことができる。これ
により、高精度の入射強度測定が要求される表面分析技
術等の測定精度の向上に寄与することができる。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、入射強度が急
激に変化しても、適切な検出回路に自動的に切り換える
ことが可能であるので、正確なビーム強度を測定するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のシンクロトロン放射光ビ
ーム強度測定装置の概略構成を示すブロック図。 第２図は、第１図における各領域の測定方法の切換制御
ソフトウェアのフローチャート。 第３図は、微小電流測定及び電子増倍管を利用した従来
のビーへ強渡測定装置の問題点を説明するだめのブロッ
ク図。 第４図は、第３図に示す従来装置による測定例を示すグ
ラフである。 図中、！・・・金属導電体、２・・・電子増倍管、３・
・・微小電流測定回路、４・−・電子増倍管電流測定回
路。 ６・・・真空漕の外壁、７，８・・・電流導入端子、９
・・・電子増倍管信号切換回路、　１０・・・パルス数
測定回路、１１・・・信号切換回路、１２・・・Ａ／Ｄ
コンバータ、　１３・・・計数回路、１４・・・電子計
算機、１５・・・制御信号線、１６・・・制御信号線で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中に絶縁状態で設置した金属導電体と、該金
   属導電体に接続される微小電流検出回路と、前記金属導
   電体の近傍に設置された電子増倍管に接続される電子検
   出回路とを備えたビーム強度測定装置において、前記微
   小電流検出回路と電子検出回路の出力信号の切り換えを
   、外部から制御可能な信号切換回路を介して電子計算機
   により行う手段を備えたことを特徴とするシンクロトロ
   ン放射光ビーム強度測定装置。
2. （２）前記電子増倍管の出力を電流量又はパルス数に換
   算する手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のシンクロトロン放射光ビーム強度測定装置
   。