JPH07135099A - イオンビーム電流測定装置および方法 - Google Patents
イオンビーム電流測定装置および方法Info
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- JPH07135099A JPH07135099A JP27916093A JP27916093A JPH07135099A JP H07135099 A JPH07135099 A JP H07135099A JP 27916093 A JP27916093 A JP 27916093A JP 27916093 A JP27916093 A JP 27916093A JP H07135099 A JPH07135099 A JP H07135099A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速器等により加速されたイオンビームの流
れを遮断せずイオンビーム電流を非接触で精度良く測定
する装置および方法を提供する。 【構成】 真空配管１０中を流れるイオンビームにより
生じた磁場が磁気コレクタ（パーマロイ）１６により超
伝導素子１４に導かれ、冷却部２０により冷却された超
伝導素子はその磁場の磁束を検出し、イオンビーム電流
計２６に表示することにより、イオンビーム電流が測定
される。外部磁場の影響を除くため真空配管の周りに磁
気シールド１８が設けられている。
れを遮断せずイオンビーム電流を非接触で精度良く測定
する装置および方法を提供する。 【構成】 真空配管１０中を流れるイオンビームにより
生じた磁場が磁気コレクタ（パーマロイ）１６により超
伝導素子１４に導かれ、冷却部２０により冷却された超
伝導素子はその磁場の磁束を検出し、イオンビーム電流
計２６に表示することにより、イオンビーム電流が測定
される。外部磁場の影響を除くため真空配管の周りに磁
気シールド１８が設けられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速器等によって加速
されたイオンビーム電流を測定する装置および方法に関
し、特に、イオンビーム電流を非接触かつ連続的に測定
可能な装置および方法に関するものである。
されたイオンビーム電流を測定する装置および方法に関
し、特に、イオンビーム電流を非接触かつ連続的に測定
可能な装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、加速器等によって加速されたイオ
ンビーム電流を精度良く測定する方法として、ファラデ
ーカップを使用する方法がある。この方法は、イオンビ
ームをカップ内に受けとめ、直接その電流量を測定する
ものである。
ンビーム電流を精度良く測定する方法として、ファラデ
ーカップを使用する方法がある。この方法は、イオンビ
ームをカップ内に受けとめ、直接その電流量を測定する
ものである。
【０００３】また、間接的にビームプロファイルモニタ
のピーク値よりビーム量を推定したり、ターゲット上に
打ち込まれた電流量を測定する方法が取られている。
のピーク値よりビーム量を推定したり、ターゲット上に
打ち込まれた電流量を測定する方法が取られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法は上記した
ように測定するので、イオンビームをカップ内で受けと
めてしまうためイオンビーム電流を計測している間は製
品等へのイオンビーム照射は行えなかった。逆に、製品
等へイオンビーム照射を行っている間はイオンビーム電
流を測定することができなかった。また、製品等への照
射中におけるビーム電流の計測においてビームプロファ
イルモニタを使用する場合があるが、この方法ではピー
ク値の変化が正確にイオンビーム電流を表していないた
め、正確な照射時のイオンビーム量を測定していない。
さらに、イオンビームをターゲット上で受けとめての測
定では、ターゲットにイオンが衝突した瞬間に発生する
２次電子が測定すべきイオンビーム電流量に与える影響
が大きく、この影響を考慮してターゲット物質の種類お
よび形状によって補正し、イオンビーム電流量を求めて
いたので、精度良く測定することができなかった。
ように測定するので、イオンビームをカップ内で受けと
めてしまうためイオンビーム電流を計測している間は製
品等へのイオンビーム照射は行えなかった。逆に、製品
等へイオンビーム照射を行っている間はイオンビーム電
流を測定することができなかった。また、製品等への照
射中におけるビーム電流の計測においてビームプロファ
イルモニタを使用する場合があるが、この方法ではピー
ク値の変化が正確にイオンビーム電流を表していないた
め、正確な照射時のイオンビーム量を測定していない。
さらに、イオンビームをターゲット上で受けとめての測
定では、ターゲットにイオンが衝突した瞬間に発生する
２次電子が測定すべきイオンビーム電流量に与える影響
が大きく、この影響を考慮してターゲット物質の種類お
よび形状によって補正し、イオンビーム電流量を求めて
いたので、精度良く測定することができなかった。
【０００５】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、加速器等により加速されたイオ
ンビームの流れを遮断せずにイオンビーム電流を非接触
で、即ち２次電子の影響もなく精度良く測定する装置お
よび方法を提供することを目的とする。
ためになされたもので、加速器等により加速されたイオ
ンビームの流れを遮断せずにイオンビーム電流を非接触
で、即ち２次電子の影響もなく精度良く測定する装置お
よび方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のイオンビーム電流測定装置は、イオンビー
ムの流れにより生じ、前記イオンビーム電流に対応した
磁場を収集する磁場収集手段と、前記磁場収集手段によ
り収集された磁場に感応する超伝導素子を有し、前記磁
場の磁束を測定する磁束測定手段と、前記超伝導素子が
前記磁場に感応する温度に前記超伝導素子を冷却する冷
却手段と、前記イオンビームが流れている空間、前記磁
場収集手段および前記超伝導素子をこれらに対する外部
の磁場から磁気遮蔽する磁気遮蔽手段とを備えることを
特徴とする。
め、本発明のイオンビーム電流測定装置は、イオンビー
ムの流れにより生じ、前記イオンビーム電流に対応した
磁場を収集する磁場収集手段と、前記磁場収集手段によ
り収集された磁場に感応する超伝導素子を有し、前記磁
場の磁束を測定する磁束測定手段と、前記超伝導素子が
前記磁場に感応する温度に前記超伝導素子を冷却する冷
却手段と、前記イオンビームが流れている空間、前記磁
場収集手段および前記超伝導素子をこれらに対する外部
の磁場から磁気遮蔽する磁気遮蔽手段とを備えることを
特徴とする。
【０００７】上記目的を達成するため、本発明のイオン
ビーム電流測定方法は、イオンビームの流れにより生
じ、前記イオンビーム電流に対応した磁場を、それ以外
の外部磁場を除いて収集するステップと、磁場に感応す
る温度に冷却された超伝導素子を用いて前記外部磁場を
除く前記の収集された磁場の磁束を測定するステップと
を備えることを特徴とする。
ビーム電流測定方法は、イオンビームの流れにより生
じ、前記イオンビーム電流に対応した磁場を、それ以外
の外部磁場を除いて収集するステップと、磁場に感応す
る温度に冷却された超伝導素子を用いて前記外部磁場を
除く前記の収集された磁場の磁束を測定するステップと
を備えることを特徴とする。
【０００８】
【作用】上記のように構成された本発明のイオンビーム
電流測定装置においては、磁場収集手段は、前記イオン
ビームの流れにより生じ、前記イオンビーム電流に対応
した磁場を収集し、冷却手段により磁場に感応する温度
まで冷却された超伝導素子が前記の収集された磁場に感
応することにより、前記磁束測定手段は当該磁場の磁束
を測定し、これにより、イオンビーム電流が測定され
る。なお、磁気遮蔽手段によりイオンビームが流れてい
る空間、磁場収集手段および超伝導素子がこれらに対す
る外部の磁場から磁気遮蔽されているので、前記磁場収
集手段および超伝導素子はノイズとなる外部磁場を除く
イオンビームにより生じた磁場のみを収集してその磁場
の磁束に感応することにより、磁束測定手段は精度良く
イオンビームにより生じた磁場のみを測定することが可
能となり、従って、イオンビーム電流が精度良く測定さ
れる。
電流測定装置においては、磁場収集手段は、前記イオン
ビームの流れにより生じ、前記イオンビーム電流に対応
した磁場を収集し、冷却手段により磁場に感応する温度
まで冷却された超伝導素子が前記の収集された磁場に感
応することにより、前記磁束測定手段は当該磁場の磁束
を測定し、これにより、イオンビーム電流が測定され
る。なお、磁気遮蔽手段によりイオンビームが流れてい
る空間、磁場収集手段および超伝導素子がこれらに対す
る外部の磁場から磁気遮蔽されているので、前記磁場収
集手段および超伝導素子はノイズとなる外部磁場を除く
イオンビームにより生じた磁場のみを収集してその磁場
の磁束に感応することにより、磁束測定手段は精度良く
イオンビームにより生じた磁場のみを測定することが可
能となり、従って、イオンビーム電流が精度良く測定さ
れる。
【０００９】上記のように構成された本発明のイオンビ
ーム電流測定方法においては、前記イオンビームの流れ
により生じ、前記イオンビーム電流に対応した磁場がそ
れ以外の外部磁場を除いて収集され、磁場に感応する温
度まで冷却された超伝導素子を用いて前記外部磁場を除
く前記の収集された磁場の磁束が測定され、これによ
り、イオンビーム電流が測定される。
ーム電流測定方法においては、前記イオンビームの流れ
により生じ、前記イオンビーム電流に対応した磁場がそ
れ以外の外部磁場を除いて収集され、磁場に感応する温
度まで冷却された超伝導素子を用いて前記外部磁場を除
く前記の収集された磁場の磁束が測定され、これによ
り、イオンビーム電流が測定される。
【００１０】
【実施例】始めに、本発明によるイオンビーム電流の測
定原理を述べる。加速されたイオンビームは真空の管内
を流れる電流とみなすことができる。そして、電流が流
れるところには電流量に応じて必ず磁場が発生する。こ
の磁場を精度良く測定すれば間接的にイオンビーム電流
を測定することが可能である。しかし、加速されたイオ
ンビームにより生じる磁場は通常それ程は多くなく、少
ない磁場を精度よく測定するために通常のコイル等を用
いた磁束計では測定できないので超伝導素子を利用して
いる。なお、超伝導素子を用いると、目的に応じて直流
磁場および交流磁場の測定が可能である。
定原理を述べる。加速されたイオンビームは真空の管内
を流れる電流とみなすことができる。そして、電流が流
れるところには電流量に応じて必ず磁場が発生する。こ
の磁場を精度良く測定すれば間接的にイオンビーム電流
を測定することが可能である。しかし、加速されたイオ
ンビームにより生じる磁場は通常それ程は多くなく、少
ない磁場を精度よく測定するために通常のコイル等を用
いた磁束計では測定できないので超伝導素子を利用して
いる。なお、超伝導素子を用いると、目的に応じて直流
磁場および交流磁場の測定が可能である。
【００１１】その際、微小磁場を感度良く測定しようと
するとノイズとなる外部磁場の影響が生じるので、その
影響を防止するための磁気シールドがイオンビームを囲
むように設けられる。また、微小磁場を感度良く測定
し、かつ測定素子である超伝導素子に対するイオンビー
ムの位置によって測定値が変化しないようにするため、
発生した磁場を効率良く収集して超伝導素子に導くパー
マロイ等よりなる磁気コレクタがイオンビームの周りで
かつ磁気シールドの内側に設けられる。さらに、超伝導
素子は、それを安定に動作させるために断熱材等により
外部温度環境から遮断され、冷却装置によって動作温度
まで冷却されている。
するとノイズとなる外部磁場の影響が生じるので、その
影響を防止するための磁気シールドがイオンビームを囲
むように設けられる。また、微小磁場を感度良く測定
し、かつ測定素子である超伝導素子に対するイオンビー
ムの位置によって測定値が変化しないようにするため、
発生した磁場を効率良く収集して超伝導素子に導くパー
マロイ等よりなる磁気コレクタがイオンビームの周りで
かつ磁気シールドの内側に設けられる。さらに、超伝導
素子は、それを安定に動作させるために断熱材等により
外部温度環境から遮断され、冷却装置によって動作温度
まで冷却されている。
【００１２】次に、上記した測定原理に基づいた、本発
明のイオンビーム電流の測定装置および方法の一実施例
を図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、か
かる実施例に限定されるものではない。
明のイオンビーム電流の測定装置および方法の一実施例
を図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、か
かる実施例に限定されるものではない。
【００１３】図１は、本発明のイオンビーム電流の測定
装置および方法の一実施例の基本的構成を、一部断面図
の形で示している。図１において、１０は、例えば加速
器等により加速されたイオンビーム１２がその中を流れ
ている真空配管を示す。真空配管１０の内部は真空状態
にされ、イオンビーム１２は、その中を、即ち、図面に
おいては用紙の面に対して直交する方向に流れる。流れ
ているイオンビーム１２によりその方向に直交して当該
イオンビーム１２を中心として円周状に発生する磁場は
通常少ないので、それを集めて効率良く超伝導素子１４
に導くため、真空配管１０の内部において、イオンビー
ム１２を囲みリング状に例えばパーマロイ等の磁性体で
作られた磁気コレクタ１６が配設されている。超伝導素
子１４はリング状の磁気コレクタ１６の一個所に介挿さ
れている。磁気コレクタ１６によりイオンビーム１２に
より発生した磁場のみを収集して超伝導素子１４に導
き、超伝導素子１４では当該磁場の磁束のみを検出する
ため、ノイズとなる真空配管１０の外部磁場から真空配
管１０の内部を遮蔽するため真空配管１０の外側にそれ
を囲むように磁気シールド１８が設けられている。ま
た、図面には表されていないが、本計測系の前後におい
ても、ビームの妨げにならなく磁気コレクタ１６および
超伝導素子１４を含む超伝導検出部が隠れるように磁気
シールドが設けられている。超伝導素子１４が磁場を検
出できる温度まで冷却するための冷却部２０が設けら
れ、冷却部２０は、超伝導素子１４を安定に動作させる
ために外部から熱を断熱する断熱材等から構成された断
熱部を有し、冷却部２０の外周部は一次冷却用として液
体窒素２２が入れられ、その内部には二次冷却の作用を
する液体ヘリウム２４が入れられている。超伝導素子１
４により検出された磁場の磁束は電流に変換され増幅制
御部（後述）を介してイオンビーム電流計２６により表
示される。なお、理解を容易にするため、図１の一部に
おいて、超伝導素子１４における微小磁場と電流・電圧
との関係を摸式的に示している。
装置および方法の一実施例の基本的構成を、一部断面図
の形で示している。図１において、１０は、例えば加速
器等により加速されたイオンビーム１２がその中を流れ
ている真空配管を示す。真空配管１０の内部は真空状態
にされ、イオンビーム１２は、その中を、即ち、図面に
おいては用紙の面に対して直交する方向に流れる。流れ
ているイオンビーム１２によりその方向に直交して当該
イオンビーム１２を中心として円周状に発生する磁場は
通常少ないので、それを集めて効率良く超伝導素子１４
に導くため、真空配管１０の内部において、イオンビー
ム１２を囲みリング状に例えばパーマロイ等の磁性体で
作られた磁気コレクタ１６が配設されている。超伝導素
子１４はリング状の磁気コレクタ１６の一個所に介挿さ
れている。磁気コレクタ１６によりイオンビーム１２に
より発生した磁場のみを収集して超伝導素子１４に導
き、超伝導素子１４では当該磁場の磁束のみを検出する
ため、ノイズとなる真空配管１０の外部磁場から真空配
管１０の内部を遮蔽するため真空配管１０の外側にそれ
を囲むように磁気シールド１８が設けられている。ま
た、図面には表されていないが、本計測系の前後におい
ても、ビームの妨げにならなく磁気コレクタ１６および
超伝導素子１４を含む超伝導検出部が隠れるように磁気
シールドが設けられている。超伝導素子１４が磁場を検
出できる温度まで冷却するための冷却部２０が設けら
れ、冷却部２０は、超伝導素子１４を安定に動作させる
ために外部から熱を断熱する断熱材等から構成された断
熱部を有し、冷却部２０の外周部は一次冷却用として液
体窒素２２が入れられ、その内部には二次冷却の作用を
する液体ヘリウム２４が入れられている。超伝導素子１
４により検出された磁場の磁束は電流に変換され増幅制
御部（後述）を介してイオンビーム電流計２６により表
示される。なお、理解を容易にするため、図１の一部に
おいて、超伝導素子１４における微小磁場と電流・電圧
との関係を摸式的に示している。
【００１４】図２は、図１に示される超伝導素子１４お
よびイオンビーム電流計２６と、超伝導素子１４の増幅
制御部とを、インダクタンスの小さい超伝導ループ中に
２個のジョセフセン素子を含む公知のｄｃＳＱＵＩＤ磁
束計で構成した例を示す。図２において、１４は２個の
ジョセフセン素子が並列接続されたコイルにより構成さ
れた超伝導素子を、２８は直流電流源を、３０は増幅器
を、３２はロックイン増幅器を、３４は発振器をそれぞ
れ示し、Ｌ，ＣおよびＲの記号はコイル、キャパシタお
よび抵抗をそれぞれ示す。
よびイオンビーム電流計２６と、超伝導素子１４の増幅
制御部とを、インダクタンスの小さい超伝導ループ中に
２個のジョセフセン素子を含む公知のｄｃＳＱＵＩＤ磁
束計で構成した例を示す。図２において、１４は２個の
ジョセフセン素子が並列接続されたコイルにより構成さ
れた超伝導素子を、２８は直流電流源を、３０は増幅器
を、３２はロックイン増幅器を、３４は発振器をそれぞ
れ示し、Ｌ，ＣおよびＲの記号はコイル、キャパシタお
よび抵抗をそれぞれ示す。
【００１５】次に、図１および図２に示されるように構
成された本発明の一実施例であるイオンビーム電流の測
定装置の動作を以下に述べる。図１において、磁気シー
ルド１８された真空配管１０内をイオン化されたビーム
が走るとき生じる微小磁場が磁気コレクタ１６により収
集され、超伝導素子１４に導かれる。この際、真空配管
１０内部は磁気シールド１８により外部磁場から遮蔽さ
れているため、磁気コレクタ１６はイオンビーム１２に
より生じた磁場のみを収集して超伝導素子１４に導く。
超伝導素子１４は、導かれた微小磁場を検出できる温度
まで冷却部２０により予め冷却されている。
成された本発明の一実施例であるイオンビーム電流の測
定装置の動作を以下に述べる。図１において、磁気シー
ルド１８された真空配管１０内をイオン化されたビーム
が走るとき生じる微小磁場が磁気コレクタ１６により収
集され、超伝導素子１４に導かれる。この際、真空配管
１０内部は磁気シールド１８により外部磁場から遮蔽さ
れているため、磁気コレクタ１６はイオンビーム１２に
より生じた磁場のみを収集して超伝導素子１４に導く。
超伝導素子１４は、導かれた微小磁場を検出できる温度
まで冷却部２０により予め冷却されている。
【００１６】図２において、ｄｃＳＱＵＩＤ素子で構成
された超伝導素子１４に測定しようとする微小磁場がか
けられた状態で、直流電流源２８で一定の電流を流し、
ｄｃＳＱＵＩＤ素子を動作状態にする。一方、イオンビ
ーム電流計２６を介して測定しようとする磁場を打ち消
すように布設した電線１５に電流を流し、ｄｃＳＱＵＩ
Ｄ素子が準静的状態となるように打ち消し電流を調整す
る。この準静的状態になった時の電流量がイオンビーム
電流量となる。また、準静的状態であるかの判定は発振
器によって布設した電線１５に打ち消し電流と共に１０
０ｋＨｚの微小発振電流を流し、ＳＱＵＩＤ素子で検出
した電流波形が１００ｋＨｚであることによって確認す
る。準静的状態でない場合には２００ｋＨｚに近い値を
示す。ＳＱＵＩＤ素子によって検出した電流は増幅器３
０を介し、ロックイン増幅器３２に導かれ、ここで入力
周波数と同じになるように打ち消し電流を可変し、同じ
周波数になった点で打ち消し電流がロックされる。
された超伝導素子１４に測定しようとする微小磁場がか
けられた状態で、直流電流源２８で一定の電流を流し、
ｄｃＳＱＵＩＤ素子を動作状態にする。一方、イオンビ
ーム電流計２６を介して測定しようとする磁場を打ち消
すように布設した電線１５に電流を流し、ｄｃＳＱＵＩ
Ｄ素子が準静的状態となるように打ち消し電流を調整す
る。この準静的状態になった時の電流量がイオンビーム
電流量となる。また、準静的状態であるかの判定は発振
器によって布設した電線１５に打ち消し電流と共に１０
０ｋＨｚの微小発振電流を流し、ＳＱＵＩＤ素子で検出
した電流波形が１００ｋＨｚであることによって確認す
る。準静的状態でない場合には２００ｋＨｚに近い値を
示す。ＳＱＵＩＤ素子によって検出した電流は増幅器３
０を介し、ロックイン増幅器３２に導かれ、ここで入力
周波数と同じになるように打ち消し電流を可変し、同じ
周波数になった点で打ち消し電流がロックされる。
【００１７】以上のように動作することにより、イオン
ビーム電流計２６の指示値は、イオンビーム電流の大き
さに比例したものなる。
ビーム電流計２６の指示値は、イオンビーム電流の大き
さに比例したものなる。
【００１８】更に、上記指示値がイオンビーム電流の大
きさを表すようにするための更正は、磁気コレクタ１６
の内側に真空配管１０の配管方向に沿って予め付設した
電線に既知量の電流を流すことにより正確に更正するこ
とが可能である。なお、この更正用の電線は、更正後は
真空配管１０から取り外しておいてもよい。
きさを表すようにするための更正は、磁気コレクタ１６
の内側に真空配管１０の配管方向に沿って予め付設した
電線に既知量の電流を流すことにより正確に更正するこ
とが可能である。なお、この更正用の電線は、更正後は
真空配管１０から取り外しておいてもよい。
【００１９】従って、図１および図２に示される実施例
のイオンビーム電流測定装置および方法は、イオンビー
ム電流を非接触でかつ連続的に測定可能であり、しかも
精度良く測定できる。また、磁気コレクタ１６がイオン
ビーム１２を囲む形で配設されているので、超伝導素子
１４とイオンビーム１２との位置が変化しても安定に測
定できる。
のイオンビーム電流測定装置および方法は、イオンビー
ム電流を非接触でかつ連続的に測定可能であり、しかも
精度良く測定できる。また、磁気コレクタ１６がイオン
ビーム１２を囲む形で配設されているので、超伝導素子
１４とイオンビーム１２との位置が変化しても安定に測
定できる。
【００２０】次に、設計例を以下に示す。
【００２１】１．基本公式 磁界の単位をＨ（Ａ／ｍ）、起磁力の単位をＮＩ（Ａ）
とする。
とする。
【００２２】磁束密度Ｂは
【数１】Ｂ＝μＨ＝μ0・μ＊・Ｈ（Ｔ） と表せる。ここで、磁束密度の単位はＴ（テスラ）であ
り、１（Ｔ）＝１（Ｗｂ／ｍ2）である。なお、磁束Ф
の単位はＷｂ（ウエーバ）とする。
り、１（Ｔ）＝１（Ｗｂ／ｍ2）である。なお、磁束Ф
の単位はＷｂ（ウエーバ）とする。
【００２３】また、上記式の中のμは透磁率、μ0は真
空の透磁率、μ＊は比透磁率をそれぞれ示す。
空の透磁率、μ＊は比透磁率をそれぞれ示す。
【００２４】なお、μ0＝４π×１０-7＝１．２５７×
１０-6（Ｈ／ｍ）であり、 １（Ｈ）＝１（Ｗｂ／Ａ）＝１（Ｖ／ｓ／Ａ） １（Ｗｂ）＝１（Ｖ／ｓ）＝１（Ｈ・Ａ）である。
１０-6（Ｈ／ｍ）であり、 １（Ｈ）＝１（Ｗｂ／Ａ）＝１（Ｖ／ｓ／Ａ） １（Ｗｂ）＝１（Ｖ／ｓ）＝１（Ｈ・Ａ）である。
【００２５】無限長電線に流れる電流によって生じる磁
界の強さはビオサバールの式によって
界の強さはビオサバールの式によって
【数２】ｄＨ＝（Ｉ／４π）・（ｄｌ・ｒ）／ｒ3 と表される。ここで、Ｉは電流、ｄｌはＩの一部分の微
小な長さ、ｒはｄｌの点からｄＨを表す点にいたる距離
を示す。
小な長さ、ｒはｄｌの点からｄＨを表す点にいたる距離
を示す。
【００２６】２．無限直線電流によって生じる磁界の強
さは上記ビオサバールの式より正の無限大より負の無限
大までの積分値より下記の式が導かれる。
さは上記ビオサバールの式より正の無限大より負の無限
大までの積分値より下記の式が導かれる。
【００２７】
【数３】Ｈ＝∫ｄＨ＝Ｉ／２πｒ 本式より、測定すべきイオンビーム電流が１μＡの大き
さで、磁気コレクタ１６の直径が１１ｃｍとすると、磁
気コレクタ１６上の地点、即ちビームから５．５ｃｍの
点の磁界の強さは次の通りである。
さで、磁気コレクタ１６の直径が１１ｃｍとすると、磁
気コレクタ１６上の地点、即ちビームから５．５ｃｍの
点の磁界の強さは次の通りである。
【００２８】Ｈ5.5＝２．８９５×１０-6 （Ａ／ｍ） なお、起磁力はＮＩ＝１×１０-6 （Ａ） である。
【００２９】３．パーマロイの磁気コレクタ１６による
磁束誘導量 ビームの周囲に環状のパーマロイの磁気コレクタ１６を
設けるとして、その直径を上記のように１１ｃｍとし、
その断面を１ｃｍ×１ｃｍの矩形とする。但し、超伝導
素子１４に磁束を導く部分は、超伝導素子１４のサイズ
が上記断面より小さいので、絞り込む必要があり、当該
絞り込み部分のサイズは、断面が０．５ｃｍ×０．５ｃ
ｍとし、超伝導素子１４の両側の当該部分の全長を２ｃ
ｍとする。この場合、磁気抵抗ＲＢは
磁束誘導量 ビームの周囲に環状のパーマロイの磁気コレクタ１６を
設けるとして、その直径を上記のように１１ｃｍとし、
その断面を１ｃｍ×１ｃｍの矩形とする。但し、超伝導
素子１４に磁束を導く部分は、超伝導素子１４のサイズ
が上記断面より小さいので、絞り込む必要があり、当該
絞り込み部分のサイズは、断面が０．５ｃｍ×０．５ｃ
ｍとし、超伝導素子１４の両側の当該部分の全長を２ｃ
ｍとする。この場合、磁気抵抗ＲＢは
【数４】ＲＢ＝（Ｌ1／μ0・μ＊・Ｓ1）＋（Ｌ2／μ0
・μ＊・Ｓ2） ＝０．３２５４／（μ0・１×１０6・１×１０-4） ＋０．０２／（μ0・１×１０6・２．５×１０-5） ＝３２２５．１ ここで、Ｌ1は磁気コレクタ１６の全長、Ｓ1はその断面
積、Ｌ2は超伝導素子１４に磁束を導く上記絞り込み部
分の全長、Ｓ2はその断面積をそれぞれ示す。
・μ＊・Ｓ2） ＝０．３２５４／（μ0・１×１０6・１×１０-4） ＋０．０２／（μ0・１×１０6・２．５×１０-5） ＝３２２５．１ ここで、Ｌ1は磁気コレクタ１６の全長、Ｓ1はその断面
積、Ｌ2は超伝導素子１４に磁束を導く上記絞り込み部
分の全長、Ｓ2はその断面積をそれぞれ示す。
【００３０】従って、磁束Фは次の通りとなる。
【００３１】
【数５】Ф＝ＮＩ／ＲＢ＝１×１０-6／３２２５．１ ＝３．１０１×１０-10 （Ｗｂ） 以上から、１μＡのビームによって誘起された磁場によ
ってパーマロイの磁気コレクタ１６を通して超伝導素子
１４に導かれる磁束は、３．１０１×１０-10（Ｗｂ）
となる。従って、１ｎＡのビームであれば、３．１０１
×１０-13（Ｗｂ）となる。
ってパーマロイの磁気コレクタ１６を通して超伝導素子
１４に導かれる磁束は、３．１０１×１０-10（Ｗｂ）
となる。従って、１ｎＡのビームであれば、３．１０１
×１０-13（Ｗｂ）となる。
【００３２】４．超伝導素子１４の大きさ ループ形状をした超伝導素子のインダクタンスＬは次式
によって求められることが知られている。
によって求められることが知られている。
【００３３】
【数６】 Ｌ≒４π×１０-7×ｒ×ｌｎ（ｒ／ａ） （Ｈ） ここで、ｒはループの半径（ｍ）であり、ａは素線の半
径（ｍ）である。
径（ｍ）である。
【００３４】超伝導素子１４のループの半径を２ｍｍ、
素線の半径を０．２５ｍｍとすると、超伝導素子１４の
インダクタンスＬは上記式より、
素線の半径を０．２５ｍｍとすると、超伝導素子１４の
インダクタンスＬは上記式より、
【数７】 Ｌ≒４π×１０-7×２×１０-3×ｌｎ（２／０．２５） ＝５．２３×１０-9 （Ｈ） となる。
【００３５】ところで、４ＫＨｚ以上でかつ熱的な電流
によるノイズ等のなかで安定に動作させるには、Ｌ≦２
×１０-8Ｈでなければならなく、さらに信頼性の高い動
作をさせるには、Ｌ≒１０-9Ｈであるとされている。
によるノイズ等のなかで安定に動作させるには、Ｌ≦２
×１０-8Ｈでなければならなく、さらに信頼性の高い動
作をさせるには、Ｌ≒１０-9Ｈであるとされている。
【００３６】従って、超伝導素子１４のインダクタンス
Ｌは５．２３×１０-9Ｈであるので、安定に動作するの
に必要な上限値より小さく、さらに信頼性の高い動作に
必要な値のオーダであり、本実施例の超伝導素子１４が
安定に動作することがわかる。
Ｌは５．２３×１０-9Ｈであるので、安定に動作するの
に必要な上限値より小さく、さらに信頼性の高い動作に
必要な値のオーダであり、本実施例の超伝導素子１４が
安定に動作することがわかる。
【００３７】上記した設計例から、１μＡ程度のイオン
ビームを流した時に誘起される磁場は約３．１０１×１
０-10 （Ｗｂ）であり、超伝導素子による磁場測定で
は原理的に２．０７×１０-15（Ｗｂ）程度の微小磁場
の測定が可能であることから、原理面からも本発明の構
成によりイオンビームの電流を測定可能であることがわ
かる。
ビームを流した時に誘起される磁場は約３．１０１×１
０-10 （Ｗｂ）であり、超伝導素子による磁場測定で
は原理的に２．０７×１０-15（Ｗｂ）程度の微小磁場
の測定が可能であることから、原理面からも本発明の構
成によりイオンビームの電流を測定可能であることがわ
かる。
【００３８】従って、１μＡ程度のイオンビームを流し
た時に誘起される磁場が超伝導素子による原理的に測定
可能な磁場よりほぼ５桁程度大きいことから、ｎＡ程度
以上の通常使用されている加速器のビーム出力範囲であ
れば容易に測定可能である。
た時に誘起される磁場が超伝導素子による原理的に測定
可能な磁場よりほぼ５桁程度大きいことから、ｎＡ程度
以上の通常使用されている加速器のビーム出力範囲であ
れば容易に測定可能である。
【００３９】なお、上記実施例においては、超伝導素子
１４としてｄｃＳＱＵＩＤ素子を用いた磁束測定系を利
用しているが、測定対象とするイオンビーム電流の用途
に応じてＲＦ ＳＱＵＩＤや他のいずれの超伝導素子を
用いた磁束測定系でもよい。
１４としてｄｃＳＱＵＩＤ素子を用いた磁束測定系を利
用しているが、測定対象とするイオンビーム電流の用途
に応じてＲＦ ＳＱＵＩＤや他のいずれの超伝導素子を
用いた磁束測定系でもよい。
【００４０】また、高温超伝導体の開発等によって本発
明の装置が安く構成でき、また、測定レンジの広いもの
が製作されるならば、イオン加速器の性能向上および製
品の質の向上、さらにはイオンビームを用いた各種の実
験精度の向上等その応用は広範囲のものとなる。
明の装置が安く構成でき、また、測定レンジの広いもの
が製作されるならば、イオン加速器の性能向上および製
品の質の向上、さらにはイオンビームを用いた各種の実
験精度の向上等その応用は広範囲のものとなる。
【００４１】
【発明の効果】本発明の加速器等によって加速されたイ
オンビーム電流を測定するイオンビーム電流測定装置お
よび方法は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。
オンビーム電流を測定するイオンビーム電流測定装置お
よび方法は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。
【００４２】イオンビーム電流により生じ、その電流の
大きさに対応した磁場の磁束を、超伝導素子によりイオ
ンビームが流れている状態でかつイオンビームの流れに
影響を与えずに測定することが可能となり、これにより
イオンビーム電流を測定することが可能となる。
大きさに対応した磁場の磁束を、超伝導素子によりイオ
ンビームが流れている状態でかつイオンビームの流れに
影響を与えずに測定することが可能となり、これにより
イオンビーム電流を測定することが可能となる。
【００４３】従って、イオンビームと非接触でその電流
を測定できるので、どんな状況下においてもイオンビー
ム電流が測定できる。例えば、製品にイオンビームを照
射しながら、その照射されているイオンビームを測定で
き、従来のファラデーカップを用いた方法のように照射
と測定とが別々となることによる誤差が生じないで、精
度が向上する。
を測定できるので、どんな状況下においてもイオンビー
ム電流が測定できる。例えば、製品にイオンビームを照
射しながら、その照射されているイオンビームを測定で
き、従来のファラデーカップを用いた方法のように照射
と測定とが別々となることによる誤差が生じないで、精
度が向上する。
【００４４】また、非接触であることから、従来のファ
ラデーカップを用いた方法のように２次電子の影響が無
くなり、測定精度がこの面でも向上する。
ラデーカップを用いた方法のように２次電子の影響が無
くなり、測定精度がこの面でも向上する。
【００４５】本発明は、上記のような効果を有するの
で、加速器を用いた産業プロセスに広く応用可能で、本
発明の装置又は方法を利用することにより製品の質の向
上、実験精度の向上が図られ、あるいは本発明の装置又
は方法は加速器制御への応用等にも広く利用可能であ
る。
で、加速器を用いた産業プロセスに広く応用可能で、本
発明の装置又は方法を利用することにより製品の質の向
上、実験精度の向上が図られ、あるいは本発明の装置又
は方法は加速器制御への応用等にも広く利用可能であ
る。
【図１】本発明のイオンビーム電流の測定装置および方
法の一実施例の基本的構成を、一部断面図の形で示す図
である。
法の一実施例の基本的構成を、一部断面図の形で示す図
である。
【図２】図１に示される超伝導素子１４およびイオンビ
ーム電流計２６と、超伝導素子１４の増幅制御部とをｄ
ｃＳＱＵＩＤ磁束計で構成した例を示す図である。
ーム電流計２６と、超伝導素子１４の増幅制御部とをｄ
ｃＳＱＵＩＤ磁束計で構成した例を示す図である。
１０：真空配管 １２：イオンビーム １４：超伝導素子 １６：磁気コレクタ １８：磁気シールド ２０：冷却部 ２６：イオンビーム電流計
Claims (2)
- 【請求項１】 イオンビームの流れにより生じ、前記イ
オンビーム電流に対応した磁場を収集する磁場収集手段
と、 前記磁場収集手段により収集された磁場に感応する超伝
導素子を有し、前記磁場の磁束を測定する磁束測定手段
と、 前記超伝導素子が前記磁場に感応する温度に前記超伝導
素子を冷却する冷却手段と、 前記イオンビームが流れている空間、前記磁場収集手段
および前記超伝導素子をこれらに対する外部の磁場から
磁気遮蔽する磁気遮蔽手段とを備えることを特徴とする
イオンビーム電流測定装置。 - 【請求項２】 イオンビームの流れにより生じ、前記イ
オンビーム電流に対応した磁場を、それ以外の外部磁場
を除いて収集するステップと、 磁場に感応する温度に冷却された超伝導素子を用いて前
記外部磁場を除く前記の収集された磁場の磁束を測定す
るステップとを備えることを特徴とするイオンビーム電
流測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27916093A JPH07135099A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | イオンビーム電流測定装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27916093A JPH07135099A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | イオンビーム電流測定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07135099A true JPH07135099A (ja) | 1995-05-23 |
Family
ID=17607289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27916093A Pending JPH07135099A (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | イオンビーム電流測定装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07135099A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6320369B1 (en) | 1998-10-07 | 2001-11-20 | Nec Corporation | Superconducting current measuring circuit having detection loop |
| EP1329938A3 (en) * | 2001-12-28 | 2003-08-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ion irradiation system |
| WO2004107463A1 (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Riken | ビーム電流計 |
| WO2005029100A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2005-03-31 | Riken | ビーム電流センサー |
-
1993
- 1993-11-09 JP JP27916093A patent/JPH07135099A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6320369B1 (en) | 1998-10-07 | 2001-11-20 | Nec Corporation | Superconducting current measuring circuit having detection loop |
| EP1329938A3 (en) * | 2001-12-28 | 2003-08-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ion irradiation system |
| US6822247B2 (en) | 2001-12-28 | 2004-11-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ion irradiation system |
| CN100339967C (zh) * | 2001-12-28 | 2007-09-26 | 松下电器产业株式会社 | 离子照射装置 |
| WO2004107463A1 (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-09 | Riken | ビーム電流計 |
| JP2004356573A (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Institute Of Physical & Chemical Research | ビーム電流計 |
| US7435970B2 (en) | 2003-05-30 | 2008-10-14 | Riken | Beam current meter |
| WO2005029100A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2005-03-31 | Riken | ビーム電流センサー |
| US7888937B2 (en) | 2003-09-24 | 2011-02-15 | Riken | Beam current sensor |
| JP4716872B2 (ja) * | 2003-09-24 | 2011-07-06 | 独立行政法人理化学研究所 | ビーム電流センサー |
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