JPH11500531A - 電子ビームストップ分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高パワー電子ビーム加速器(10)と共に使用される電子ビームストップ(8)は、エネルギー、電流、走査幅、走査オフセットおよび走査の均一性を含むビームパラメータを測定するために使用され得る。ビームストップ(8)は、電子の移動方向に２つのセグメント(１、２)に分割され、ビーム供給源に近い方の第１セグメント(1)は入射する電子の一部を吸収し、ビーム供給源から遠い方の第２セグメント(2)は、第１セグメント(1)を透過する電子のすべてを吸収する。２つのセグメント(１、２)に蓄積される電荷の割合が初期電子のエネルギーの感度指数、すなわちビームエネルギーの測定量であり、２つのセグメントの電荷の総計が吸収媒体に入射する電子数の直接の測定量、すなわちビーム電流の測定量である。

Description

【発明の詳細な説明】 電子ビームストップ分析装置 技術分野 本発明は、エネルギー、電流、走査幅、走査オフセット、および走査の均一性 を含むビームパラメータを測定するために用いられ得る、高パワー電子ビーム加 速器と共に使用される電子ビームストップに関する。 発明の背景 電子ビーム加速器は、製品に電子ビームを照射するために用いられる。適用に よっては、製品は正確な所定放射量を受けることが必要とされる。製品が受ける 放射量は電子ビームの電流に比例する。電子の貫入深さは電子ビームエネルギー に比例する。従って、電子ビームの電流およびエネルギーが既知でありその信頼 性が高いことが重要である。つまり、電子ビームの電流およびエネルギー、走査 幅、走査オフセット、ならびに走査の均一性を個別に頻繁に測定し、これにより これらのパラメータを正確に制御することが必要である。加速器の生産スケジュ ールへの支障を最小限にしてこれらのビームパラメータを測定することもまた望 まれる。 電子ビームの深さ線量貫入曲線を既知のデータと比較することにより、電子ビ ームのエネルギーを測定することが従来より行われている。電子が材料に貫入す る深さは、電子ビームのエネルギーおよび材料の密度に比例する。深さ線量曲線 は、２つのウェッジ間に放射線感応膜を配置することによって得られる。ウェッ ジは、一方のウェッジの薄い縁を他方のウェッジの厚い縁の上に置きこれら２つ のウェッジの間に膜を挟んで構成される。次にこのウェッジ−膜アセンブリを適 切な長さの時間にわたって電子ビームに曝す。電子ビームに曝すと、膜は受ける 放射量に比例した光学的密度を得る。電子がアルミニウムを貫入し得る深さを超 えると、膜が受ける放射量はゼロに近くなる。光学密度計により得られる深さ− 線量曲線から、電子ビームのエネルギーを決定することができる。 電子ビームに対して開口しまた電子ビームからのすべての電子を妨げるのに十 分な深さを有する水を満たした金属容器により電子ビームの電流を測定すること が従来より行われている。水を満たした容器を加速器の走査ホーンの下方の絶縁 体上に置き、既知の値の抵抗器を介して接地電位に接続する。抵抗器はまた、加 速器のコンクリート製の覆いの外側に位置する較正オシロスコープまたは積算デ ジタル電圧計にも接続される。パルス加速器の場合は、抵抗器にかかる電圧をオ シロスコープから読み取り、ピーク電流を計算する。平均電流は、抵抗器にかか る電圧を積算電圧計により測定し次に下記の関係式から電流を計算することによ って決定される。 ストリップ状の放射線感応膜を放射ビームに沿って移動させることによって、 電子ビームの走査幅、走査オフセット、および走査の均一性を測定することが従 来より行われている。膜は電子ビームによって、受ける電子量に比例して暗くな る。光学密度計を用いてストリップに沿った光学的密度を測定し、既知の放射量 から得られた較正データを用いることによって、光学的密度を放射量に変換する 。次にこのデータを検討し所定の計算を行うことによって、走査幅、走査オフセ ット、および放射量の均一性が決定される。 現在用いられている測定方法の主な欠点は、測定装置を加速器の覆いの内側に 設置して必要な測定を行うために、照射される製品の製造を中断しなければなら ないことである。これらの測定は頻繁に行う必要があるため、プロセスの遅延お よび不便度はさらに悪化する。また、現在の方法を用いると、膜の処理および光 学密度計からの光学的密度の読み取りのために余分の時間が必要となる。この結 果、製造時間が遅れ、また測定結果は即座には得られない。 発明の開示 高パワー電子加速器は、電子ビームを妨げて電子ビームが蓄積するパワーを吸 収するために加速器の外側にビームストップを必要とする。高パワー加速器のた めのビームストップは、通常は、吸収されたパワーを除去するために水により冷 却される。本発明によれば、ビームストップは、ビーム電流、ビームエネルギー 、走査幅、走査オフセット、および走査の均一性を含むビームパラメータを直接 測定するように設計されている。 本発明は、所定のエネルギーの電子は吸収媒体への貫入に関して統計学的な範 囲を有するという原理に基づく。本発明は、電子の移動方向に沿って２つのセグ メント、すなわち、入射する電子の一部を吸収するビーム源に近い方の第１セグ メントと、第１セグメントを透過する電子のすべてを吸収するビーム源から遠い 方の第２セグメントとに分割されるビームストップを用いる。これら２つのセグ メントに蓄積される電荷の割合は、初期電子のエネルギーの感度指数、すなわち ビームエネルギーの測定量である。２つのセグメント内の電荷の総量は、吸収媒 体に入射する電子数の直接の測定量、すなわちビーム電流の測定量である。 従って、本発明によれば、電子ビームのビームパラメータを決定する装置であ って、そのビームの光路に配置され、入射する電子の一部を吸収してその電子の 残りの部分を透過させる効果のある第１ビーム吸収セグメントと、第１吸収セク ションの後部に配置され、第１吸収セグメントを透過する電子の上記部分を吸収 する効果のある第２ビーム吸収セグメントと、第１および第２ビーム吸収セグメ ントのそれぞれに上記ビームによって蓄積される電荷量を感知し、これに比例す る電気信号を生成する手段と、第１および第２吸収セグメントに蓄積された電荷 の相対量に基づいて該電気信号をビームエネルギーの測定量に変換する処理手段 と、を備えた装置が提供される。 また、本発明の別の局面によれば、電子ビームのビームパラメータを決定する 方法であって、そのビームの光路に、入射する電子の一部を吸収しその電子の一 部を透過させる効果のある第１ビーム吸収セグメントを配備する工程と、第１吸 収セクションの後部に配置され、第１吸収セグメントを透過する電子の上記一部 を吸収する効果のある第２ビーム吸収セグメントを配備する工程と、第１および 第２ビーム吸収セグメントのそれぞれに上記ビームによって蓄積される電荷量を 感知し、これに比例する電気信号を生成する工程と、第１および第２吸収セグメ ントに蓄積される電荷の相対量に基づいて上記電気信号をビームエネルギーの測 定量に変換する工程と、を包含する方法が提供される。 図面の簡単な説明 本発明の上記のおよび他の特徴について、以下の詳細な説明および添付の図面 においてさらに詳細に述べる。なお、以下の詳細な説明は例示のために提示され たものであって、本発明を限定するものではない。 図1Aは、電子ビーム加速器および本発明のビームストップ分析装置の斜視図で ある。 図1Bは、図１のビームストップのライン2−2に沿った断面図である。 図2Aは、ビームストップのセグメント１および２に蓄積された電荷に比例して 電圧を生成する回路の概略図である。 図2Bは、ビームストップのセグメント３および４に蓄積された電荷に比例して 電圧を生成する回路の概略図である。 図2Cは、ビームストップのセグメント１、２、３および４に蓄積された電荷に 比例して電圧を生成する回路の概略図である。 図3Aは、タイムベース回路の概略図である。 図3Bは、タイムベース回路によって生成されるタイムベース信号を示すグラフ である。 図4Aは、ビームエネルギー積分器の概略図である。 図4Bは、ビームエネルギー積分器のためのサンプリングおよびリセット制御を 示す概略図である。 図5Aは、走査マグネット電流の較正に用いられるビームストップセグメントの 平面図である。 図5Bは、スポット径の測定に用いられるビームストップセグメントの平面図で ある。 図5Cは、走査幅測定に用いられるビームストップセグメントの平面図である。 図5Dは、ｗがｂより小さいときの走査幅測定に用いられるビームストップセグ メントの平面図である。 図６は、４つのビームスポット径に対する、標準化された中央セグメント電流 対走査幅を示すグラフである。 図７は、処理中の走査マグネット電流に対する瞬時ビーム電流を示すグラフで ある。 発明の詳細な説明 本発明は、図1Aに概略的に参照番号８で示す電子ビームストップを包含する。 ビームストップ８は、既知の方法て走査マグネット14によって走査ホーン12を通 して走査される電子ビームを生成する加速器10と共に用いられる。ビームストッ プ８は４つの吸収セグメント１、２、３および４を有する。図1Bに示すように、 各吸収セグメントは、長さ方向に連結した一連の長方形のアルミニウム管６より なる。各長方形のアルミニウム管の端部は閉鎖され、各セグメントの管は相互連 結して直列接続チャネル７を形成している。冷却水は各セグメントのチャネル７ を通して吸出入される。水冷却セグメントにより、アルミニウム管、およびビー ムストップの下の、加速器の覆いを建造するのに最も一般的に用いられる材料で あるコンクリートが過熱するのを防ぐ。ここまで述べた範囲のビームストップ８ のセグメントは、高エネルギー（10 MeV以上）の電子ビーム加速器に既に使用さ れている。本発明によれば、ビームストップ８は、セグメント１が加速器10の軸 上に位置しセグメント３および４間の中央に配置されている状態で、加速器10の 軸に垂直な面内に配置される。セグメント２は電子の移動方向に沿ってセグメン ト１の直後に配置される。セグメント１〜４は、例えば、セラミックスペーサに よる狭い空気の隙間によってまたはセグメントを電気的に独立した状態に保つ他 の手段によって互いに電気的に分離される。各セグメントの端部の冷却水接続部 はセラミックパイプ部（図示せず）によって他のセグメントおよび冷却水供給源 から絶縁される。冷却水は、水の導電率を低下させるためにイオン交換カラム（ 図示せず）を用いて消イオン化される。絶縁体および低導電率の水を用いること により、過度の損失なしにビーム電流を回収および分析することが可能になる。 本発明は、電子ビームを妨げて電子ビームが蓄積するパワーを吸収するだけで はなく、電子ビームのエネルギーおよび電流、走査幅、走査オフセット、ならび に走査の均一性の測定が可能である。 本発明による電子ビームエネルギーの測定は、移動速度の速い電子はその最終 停止位置でその運動エネルギーのすべてを失いその位置にその電荷を蓄積すると いう原理に基づく。この相互作用プロセスの統計学的な性質により、吸収媒体の 深さに沿って有限の電荷蓄積分布が得られる。ビームストップ８を電子の移動方 向に２つの部分に分割することによって電子ビームエネルギーが測定される。セ グメント１の厚さは、入射ビームの範囲の一フラクションを妨げるように選択さ れる。セグメント２は入射電子すべてを完全に妨げるのに十分な厚さである。こ れらのセクションに蓄積される電荷の割合が、初期電子のエネルギーの感度指数 、すなわちビームエネルギーの測定量となる。セグメント１の厚さは、電子の所 定のフラクションが定格作動ビームエネルギーで妨げられるように選択される。 セグメント２、３および４はすべて同じ厚さであり、この定格作動エネルギーで すべての電子が妨げられるような大きさである。定格作動ビームエネルギーが10 MeVの加速器と共に用いる場合、以下の構成パラメータが本発明にとって適切で あるのが分かった。セグメント１、２、３および４はそれぞれ、長さ1.5メート ルの長方形のアルミニウム管により構成される。セグメント１は電子の移動方向 の厚さか１インチて、厚さ1/8インチの壁、および厚さ3/4インチの内部冷却水チ ャネルを有する。セグメント２、３および４はそれぞれ、電子の移動方向の厚さ が３インチで、厚さ3/16インチの壁および 2 5/8インチの内部冷却水を有する。 セグメント１は入射電子の約70%を妨げるのに効果的である。これは感度とダ イナミックレンジとの間の妥当なトレードオフであることが分かっている。セグ メント１による電子の妨げが顕著に少ない場合は測定の感度は低下する。なぜな ら、エネルギーが変動するときのセグメント２で回収される電荷の変化が小さく なるからである。セグメント１で妨げられる電子のフラクションが顕著に大きい とき、例えば90%の場合は、電子ビームのエネルギーが約9 MeVより下がると実質 的に電子は全くセグメント１を貫通しないため、測定は不可能である。セグメン ト１が電子の約70%を妨げるように構成されるときは、妥当な感度で約7 MeV以上 の測定が実現される。 電子ビームエネルギーは、セグメント１および２からの時間変動電流信号を電 子的に処理することによって決定される。加速器10によって生成される電子ビー ム電流は、ビームストップのセグメント１およびセグメント２上の電荷の総計を 直接測定することによって決定される。測定は、水冷却電子ビームストップを接 地電位から絶縁し、絶縁されたビームストップを抵抗器を介して接地電位に接続 することによって行われる。次に、オシロスコープで電圧を測定し、電子ビーム 電流を式(1)から計算する。電子ビームは、通常は、製品の移動方向に垂直な方 向に走査されるため、ビームストップセグメントから時間変動電流信号が生成さ れる。 電子ビーム加速器は連続したまたはパルス化した電流を生成する。加速器がビ ーム電流パルスを生成する場合は、平均電流は、パルス持続時間、パルス周波数 およびパルス時の電流によって決定される。ビーム電流およびビームエネルギー を個別に測定するためには、測定は、加速器パルスを生成するために使用される タイミング回路を用いずに行われるべきである。さもなくば、タイミング回路が 故障すると、これに連動して測定に誤りが生じる恐れがある。電流の積分は製品 が電子量を蓄積する方法の良好な模倣であるため、電流の積分もまたエネルギー の測定のために用いられる。 所望のビームエネルギー測定量(E)は以下の式によって示される。 ここで、C₁およびC₃は、このエネルギー測定を従来の（アルミニウムウェッジお よび膜を用いる）深さ線量方法によるエネルギーの決定に関連付ける較正ファク ターである。従来のアルミニウムウェッジおよび膜を用いる方法では、例えばX1 MeVという電子ビームエネルギー測定値が得られる。式(2)を満たす電子回路は 、同じ電子ビームに対して例えばY1ボルトの出力を与える。ウェッジおよび膜を 用いる方法を用いた異なるエネルギーの電子ビームによる第２の測定では、第２ のエネルギーX2 MeVが得られ、電子回路はY2 MeVの出力を与える。これら２つの 較正点から較正ファクターC₁およびC₃が計算される。C₁は電子測定の感度、すな わちMeV／ボルトであり、C₃はしきい値ファクターである。C₃はセグメント１の 厚さによって決定され、セグメント１をちょうど貫通する電子のしきい値エネル ギー を表す。上述のセグメント１の寸法および材料では、C₃は約7.5 MeVに等しい。 式(2)は、時間間隔t₀〜t₁の間に分母の変数を電子的に積分することによって解 かれ、所定の定数C₂を生成する。すなわち、時間間隔t₀〜t₁は以下のように計算 される。 分子の変数は全く同じ時間間隔について同時に積分される。次にエネルギーＥ が以下の式によって電子的に計算される。 積分された電流の測定値は以下の理由によりエネルギーの測定のために用いら れる。電子ビーム加速器は、ビームを加速するために用いられる技術に依り、連 続する電流すなわち直流またはパルス化された電流を生成し得る。加速器がビー ム電流パルスを生成する場合は、平均電流は、パルス持続時間、パルス周波数お よびパルス時の電流によって決定される。ビーム電流およびエネルギーを個別に 測定するためには、測定は、加速器パルスを生成するために使用されるタイミン グ回路を用いずに行われるべきである。さもなくば、タイミング回路が故障する と、これに連結して測定に誤りが生じる恐れがある。さらに、電流の積分は製品 が電子量を蓄積する方法の良好な模倣である。式(2)の分子および分母の積分は 同一の期間について行われることが重要である。加速器からの電子ビームはビー ムストップを横断して走査され、パルス化加速器の場合は、パルスの多くは２つ のセグメントに同時に衝突する。 ビームストップ８のセグメント１および２に蓄積された電荷に比例する電圧を 生成する回路を図2Aに示す。ビームストップセグメント１からの電流I₁は、抵抗 器20および22ならびに被覆されたねじりケーブル対21を通って流れ、バッファ増 幅器24の出力で電圧V1を生成する。同様に、下部セグメント２からの電流I₂は、 抵抗器26および28ならびに被覆されたねじりケーブル対27を通って流れ、バッフ ァ増幅器30の出力て電圧V2を生成する。V1およびV2は演算増幅回路32によって総 計され、−(V1+V2)を生成し、次に増幅器34によって反転されて(V1+V2)を生成す る。増幅器36は、各加速器パルスからの脈動をフィルタリングしてセグメント１ および２からの電流に比例する電圧(V1+V2)の平均を与える二次ローパスフィル タである。信号−(V1+V2)および(V1+V2)は図3Aに示すタイムベース回路で使用さ れる。 ビームストップ８のセグメント３および４に蓄積された電荷に比例する電圧を 生成する回路を図2Bに示す。この回路の動作は図2Aの回路と同様である。増幅器 38および39は二次ローパスフィルタであり、それぞれセグメント３および４から の電流の平均に比例する電圧V3およびV4の平均を与える。 ビームストップ８のセグメント１、２、３および４に蓄積された電荷の総計に 比例する電圧を生成する回路を図2Cに示す。図2Aおよび図2Bの回路から得られる 電圧(V1+V2)、V3およびV4は演算増幅器40で総計され、二次ローパスフィルタ41 を通ることにより、(V1+V2+V3+V4)の平均が与えられる。 図3Aのタイムベース回路は、V1+V2の積分を2VCとして生成する時間t₀〜t₁を計 算する。スイッチ42が閉じているとき、信号−(V1+V2)は演算増幅器回路44によ って積分される。電荷は電圧VCに達するまでキャパシタ46に蓄積（積分）される 。これにより、比較器48の出力に論理真信号が与えられる。この結果、双安定NO R回路50の論理状態が変化し、スイッチ42を開にしスイッチ52を閉にする。信号V 1+V2が積分回路44に印加され、これによりキャパシタ46から電荷が除去される。 従って、入力信号V1およびV2が定電圧の場合は、増幅器44からの出力信号は図3B に示すような連続三角波形である。V1およびV2がパルス流の場合は、増幅器44の 出力波形は同様に三角形ではあるが、階段状の微細構造を有する。いずれの場合 においても、三角波形のピークトゥーピーク振幅は定振幅2VCであり、論理信号 ＡおよびＢのそれぞれが真である時間(t₁-t₀)はV1+V2に比例する。 VCは比較器48に印加される正電圧である。比較器49には反転電圧−VCが印加さ れる。電圧VCは、増幅器44が可能な限り広いダイナミックレンジにわたって積分 し得るように選択される。増幅器44が+/-15Vの電力供給で作動するように設計さ れている場合、+/-10Vのダイナミックレンジにおいて典型的に良好な性能が実現 される。この場合、VCは+10Vに選択され、次に反転されて−10Vの−VCが与えら れる。従って、図2Bに示す三角波形は2VCすなわち20ボルトのピークトゥーピー ク振幅を有する。このような設計においては、式３によって定義されているよう に、C₂ = 2CV = 20ボルトである。 図4Aは、式(4)を解いて、図3Aのタイムベース回路からの時間間隔t₀〜t₁を用 いて電子ビームのエネルギーを与える回路を示す。双安定NOR回路50からの論理 信号Ａが真のとき、スイッチ54は閉になって演算増幅器56にV1を印加し、これに より電荷がキャパシタ58から除去される。電荷の除去はV1に比例し、双安定NOR 回路50からの論理信号Aが真である限り、つまり時間間隔t₀〜t₁の間続く。論理 信号Ａが偽になり、双安定NOR回路50からの論理信号Ｂが真になると、スイッチ5 4は開に、スイッチ60は閉に、スイッチ62は開に、そしてスイッチ64は閉になる 。これによりキャパシタ58の電圧は保持され、演算増幅器66をリセットモードか ら解放し、演算増幅器66がV1信号を積分し、キャパシタ58に保持された電圧をキ ャパシタ68に転送するのを可能にする。キャパシタ68を完全に充電するための遅 延の後、スイッチ64が開になる。第２の遅延の後、スイッチ70が閉になり、これ により演算増幅器56が０ボルトにリセットされる。従って、演算増幅器56によっ て積分された電圧がキャパシタ68に保持される一方で、演算増幅器66がV1を積分 し、演算増幅器56はリセットされる。再び出力Ａが真になり出力Ｂが偽になると 、キャパシタ72によって積分された電圧は同じ方法でスイッチ73を通ってキャパ シタ68に転送される。従って、増幅器74の出力は期間t₀〜t₁にわたるV1の積分と なる。図3Aのタイムベース回路は定電圧2VCに達するまでV1+V2を積分するため、 増幅器74の出力は、I₁およびI₂の積分で割ったものであり、I₁の積分に比例する 。 図4Bは、図4Aのエネルギー積分回路のためのサンプリングおよびリセット制御 を示す。この回路は、演算積分増幅器56および66の出力をそれぞれサンプリング するパルスSAMPLE56およびSAMPLE66、ならびに演算積分増幅器56および66をそれ ぞれゼロにリセットするリセットパルスRESET56およびRESET66を生成する。 図2A、2Bおよび2Cに示す回路の出力により、ビームパラメータの測定が可能に なる。走査ビームのパラメータを計算するために、信号I₁+I₂、I₃およびI₄の平 均が用いられる。走査マグネット電流対ビームストップ電流をグラフ表示するた めには、I₁+I₂+I₃+I₄の平均が用いられる。 電子ビーム走査幅および走査オフセットの測定は、各セグメントから測定され た平均電流に基づいた一連の手順および計算によって決定される。測定のための 式を以下に示す。これらの式は、ビームスポットが均一の電流密度を有すると仮 定することによって得られたものである。加速器からのビームスポットは均一の 電流密度を有さず、多くの場合ガウス分布を示す。しかし、照射される製品が走 査ビームを通って移動するときは、均一密度を有するという仮定は有用でありか つ有効である。ビームを通り抜ける移動によりビーム電流が移動方向に積分され 、電流分布は重要ではなくなる。ビームスポット径より長いビームストップセグ メントに電流が集められる場合も、電流は同様に移動方向に積分される。 走査幅を測定するためには、先ずビームスポット径を決定しなければならない 。この測定のためには、ビームストップセグメント１および２からの電流を電子 的に加算して、これら２つのセグメントが物理的に接続されている場合と同じ電 流を生成する。ビーム径を測定する前に、ドライブマグネットの較正定数を計算 しなければならない。この測定を行うためには、加速器を低いパルス反復周波数 (PRF)で作動させ、スキャナーを停止させる。走査マグネット14に直流電流を印 加し、図5Aに示すようにビームをセグメント１および３間の境界の中心に位置さ せる。I₃がI₁+I₂に等しいときビームは境界の中心に位置する。次にビームが中 心位置にあるときの走査マグネットを通る電流をI_aとして記録する。ビームをセ グメント１および４間の境界の中心に位置させて、この測定を繰り返し、走査マ グネットを通る第２の電流I_bを得る。マグネットの較正定数Ｋは以下の式によっ て与えられる。 ここでｂはセグメント１の幅である。 スポット径は、スポットの全電流の95%を提供する直径として定義される。こ の測定を図5Bに示す。加速器はスキャナーを停止させた状態で低PRFで作動させ る。直流電流を走査マグネット14を介して調節して、 を得、走査マグネット電流をI_cとして記録する。次に直流マグネット電流を調節 して、 を得、走査マグネット電流をI_dとして記録する。ビームスポット径は以下の式か ら計算され得る。 走査幅の測定を図5Cに示す。全電流Ｉは によって与えられる。各セグメントからの電流は、セグメント上のビームの面積 をビームストップ上のビームの全面積で割ったものに比例する。ビームの全面積 Ａは によって与えられ、図5Cに定義されているように、 であり、よって、以下の式が得られる。 セグメントからの電流は以下の式によって与えられる。 式(12)および(14)から、ｗは以下のようになる。 ここでＤはビームスポット径であり、ｂはビームストップの中央セグメントの幅 である。 図5Dは、走査幅がビームストップの中央セグメントの幅より小さい場合を示す 。w≦b−Dのとき以下の式が成り立つ。 b−D≦ｗ≦ｂのとき、中央セグメントの電流は以下の式によって与えられる。 図5Dに示す形状を解くことによって以下の式が与えられる。 ここで 図６は、式14および19の結果を、中央セグメント幅(b)を60.96 cm（24インチ ）に設定しスポット径を１、20、40および60 cmに設定したときの走査幅の関数 として表すグラフである。図６に示すのと同じ変数がすべての加速器に対して用 いられ得、またスポット径は、式(2)によって与えられる曲線を加速器からのデ ータに適合させることによって概算され得る。これにより、ビームストップ中央 セグメントの電流から走査幅が得られ得る。 本発明によって測定され得る走査ビームの別のパラメータは、ビームストップ の中央線からのオフセットである。オフセットa−cは式(11)、(12)および(14)か ら計算され得、以下の式を得る。 ビームストップから得られるビームパラメータは、加速器の出力とビームスト ップとの間に処理される製品が存在しないときのみ有効である。これは、入射す る電子ビームの一部またはすべてが製品によって吸収され、このためビームスト ップには電子ビームの残りしか入射しないためである。しかし、本発明は、処理 中に走査の均一性のグラフ表示を提供して、製品によって吸収される電流を示し 製品がビームを通って移動していることを確認するために用い得る。走査の均一 性は、ビームストップによって回収される瞬時電子ビーム電流対走査マグネット 電流をグラフ表示することによって得られ得る。 典型的な瞬時電流対走査マグネット電流の曲線セットを示す図を図７に示す。 参照番号80によって示される上側の曲線は、加速器とビームストップとの間にト レイも製品も存在しない場合を表す。ビームストップによって回収される電流は 走査マグネット電流のすべての値に対して一定である。参照番号82によって示さ れる中間の曲線は、空のトレイがビームを通って移動する場合に典型的なもので ある。トレイはビーム電流の約25%を妨害するため、回収された電流は定格値の 約75%である。走査マグネットがビームをトレイの縁を通るように屈折させると 、電流は100%に増大する。参照番号86によって示される下側の曲線は、トレイに 製品が載せられ製品およびトレイがビームを完全に妨害する場合に典型的なもの である。製品はトレイより狭いため３段階の値の電流がビームストップによって 回収される。すなわち、屈折光がトレイの縁を通るときのフル電流、ビームがト レイには当たるが製品には当たらないときの75%、およびビームが製品に当たる ときのゼロ電流である。 本発明の方法および装置により行われ得る測定は、加速器の生産スケジュール への支障が最小限である。本発明はまた、加速器の長期にわたる信頼性の高い較 正を維持するためにも用いられ得る。本発明を電子ビーム加速器に関連して述べ たが、本発明は他の荷電粒子ビームへも適用され得ることは当業者には理解され 得る。さらに、所定の式およびこれらの式を満たす回路について述べたが、他の データおよび信号処理手段も使用され得ることは当業者であれば理解され得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ (72)発明者 ローン，エム．アスラム カナダ国 ケイ０ジェイ １ピー０ オン タリオ，ディープ リバー，フロンテナッ ク ストリート 109 (72)発明者 バーナード，ジョン ダブリュー. カナダ国 アール０イー １エイ０ マニ トバ，ラック デュ ボネット（番地な し) (72)発明者 スミス，デニス エル. カナダ国 ケイ０ジェイ １ピー０ オン タリオ，ディープ リバー，トーマス ス トリート 238 (72)発明者 カスズバ，ウロッジミアーズ カナダ国 ケイ１ティー １ゼット５ オ ンタリオ，グロウセスター，カルーセル クレセント 2750，アパートメント 306

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子ビームのビームパラメータを決定する装置であって、 該ビームの光路に配置され、入射する電子の一部を吸収して該電子の残りの部 分を透過させる効果のある第１ビーム吸収セグメントと、 該第１吸収セクションの後部に配置され、該第１吸収セグメントを透過する電 子の該部分を吸収する効果のある第２ビーム吸収セグメントと、 該第１および第２ビーム吸収セグメントのそれぞれに該ビームによって蓄積さ れる電荷量を感知し、これに比例する電気信号を生成する手段と、 該第１および第２吸収セグメントに蓄積された電荷の相対量に基づいて該電気 信号をビームエネルギーの測定量に変換する処理手段と、を備えた装置。 ２．前記第１および第２ビーム吸収セグメントは、冷却水源に接続するための内 部チャネルを有する導電性構造を備えている、請求項１に記載の装置。 ３．前記冷却水が消イオン化され、前記冷却水源への接続は非導電である、請求 項２に記載の装置。 ４．前記第１セグメントは入射する荷電粒子の約70%を吸収する効果のある、請 求項２に記載の装置。 ５．前記処理手段は、前記第１および第２吸収セグメントからの電流信号を、以 下の式： に従って値Ｅに変換し、ここで、C₁およびC₃は較正係数、I₁は該第１吸収セグメ ントからの電流、I₂は該第２吸収セグメントからの電流、そしてt₀〜t₁は既知定 数C₂に等しい分母を生成する時間間隔である、請求項１に記載の装置。 ６．前記第１吸収セグメントの両側に配置され、入射するすべての電子を吸収す る効果のある第３および第４吸収セグメントと、該第３および第４ビーム吸収セ グメントのそれぞれに前記ビームによって蓄積される電荷量を感知し、これに比 例する電気信号を生成する手段とをさらに備え、前記処理手段はさらに、該電気 信号を、該第１および第２吸収セグメントに蓄積される電荷量に基づいて該第１ 吸収セグメントに入射するビーム電流の測定量に、および該第３および第４吸収 セグメントに蓄積される電荷量に基づいてそれぞれ該第３および第４吸収セグメ ントに入射するビーム電流の測定量に変換する効果のある、請求項１に記載の装 置。 ７．電子ビームのビームパラメータを決定する方法であって、 該ビームの光路に、入射する電子の一部を吸収し該電子の一部を透過させる効 果のある第１ビーム吸収セグメントを配備する工程と、 該第１吸収セクションの後部に配置され、該第１吸収セグメントを透過する電 子の該一部を吸収する効果のある第２ビーム吸収セグメントを配備する工程と、 該第１および第２ビーム吸収セグメントのそれぞれに該ビームによって蓄積さ れる電荷量を感知し、これに比例する電気信号を生成する工程と、 該第１および第２吸収セグメントに蓄積される電荷の相対量に基づいて該電気 信号をビームエネルギーの測定量に変換する工程と、を包含する方法。 ８．前記ビーム吸収セグメントはそれぞれ、内部チャネルを有する導電性構造を 備え、冷却水を該チャネルに通すことにより該セグメントを冷却する工程を包含 する、請求項７に記載の方法。 ９．前記冷却水を消イオン化して冷却水源を前記セグメントから電気的に絶縁す る工程を包含する、請求項８に記載の方法。 10．前記第１セグメントは、入射する電子の約70%を吸収する効果のある、請求 項７に記載の方法。 11．前記第１および第２吸収セグメントからの電流信号を値Ｅに変換する工程は 以下の式： に従って実行され、ここで、C₁およびC₃は較正係数、I₁は該第１吸収セグメント からの電流、I₂は該第２吸収セグメントからの電流、そしてt₀〜t₁は既知定数C₂ に等しい分母を生成する時間間隔である、請求項７に記載の方法。 12．前記第１吸収セグメントの両側に配置され、入射するすべての電子を吸収す る効果のある第３および第４吸収セグメントを配備する工程と、該第３および第 ４ビーム吸収セグメントのそれぞれに前記ビームによって蓄積される電荷量を感 知し、これに比例する電気信号を生成する方法とをさらに包含し、該電気信号を 、該第１および第２吸収セグメントに蓄積される電荷量に基づいて該第１吸収セ グメントに入射する電流ビームの測定量に、および該第３および第４吸収セグメ ントに蓄積される電荷量に基づいてそれぞれ該第３および第４吸収セグメントに 入射するビーム電流の測定量に変換する工程を包含する、請求項７に記載の方法 。