(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の曲率半径を有する中心軌道に沿って荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向装置であって、
前記荷電粒子ビームが通過する空間を介して対向して配置された第１と第２の磁極と、
前記第１と第２の磁極の各々の周囲に巻線され、前記空間に前記第１の磁極から前記第２の磁極に向かって磁場を形成する主コイルと、
前記中心軌道よりも内周側に配置され、前記空間に前記第２の磁極から前記第１の磁極に向かって磁場を形成する第１の補助コイルと、
前記中心軌道よりも外周側に配置され、前記空間に前記第１の磁極から前記第２の磁極間に向かって磁場を形成する第２の補助コイルと、
を備え、
前記中心軌道よりも内側に前記中心軌道における磁場よりも弱い磁場領域を形成し、
前記中心軌道よりも外側に前記中心軌道における磁場よりも強い磁場領域を形成することを特徴とする荷電粒子ビーム偏向装置。
【請求項２】
前記空間を通過後の前記荷電粒子ビームの内周端位置と外周端位置とを測定するビームモニタと、
前記内周端位置が所定の内周側限界よりも外周側になるように前記第１の補助コイルが形成する磁場の強度を制御し、前記外周端位置が所定の外周側限界よりも内周側になるように前記第２の補助コイルが形成する磁場の強度を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
【請求項３】
前記第１と第２の磁極は、前記第１と第２の磁極の間隔が内周側よりも外周側の方が狭くなるように形成されていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
【請求項４】
前記主コイルと前記第１の補助コイルとを直列接続して構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
【請求項５】
前記主コイルと前記第２の補助コイルとを直列接続して構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二極磁場を発生させて荷電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の荷電粒子ビーム偏向装置では、電荷ｑ、運動量ｐを有する荷電粒子に対して、荷電粒子の軌道半径ρと磁束密度Ｂとの間には、ｐ＝ｑＢρの関係が成り立ち、この式に従うように磁場設計が行われていた。ビーム中心軌道付近に必要な磁束密度Ｂの有効磁場領域（フラットトップ領域）が作られ、このフラットトップ領域において荷電粒子ビームの軌道の偏向を行っている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６１９８（３−１０頁、図１−１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の荷電粒子ビーム偏向装置においては、対向して配置された２つの磁極の周囲にコイルが巻かれ、ヨークにより両磁極を連結して偏向電磁石を構成しており、このような偏向電磁石のコイルに通電することによりビーム中心軌道付近に磁束密度のフラットトップ領域を形成することができる。荷電粒子ビームが通過する空間は、この空間中に存在するガスとの散乱によってビームが喪失するのを避けるために真空領域を確保する必要があり、偏向電磁石の両磁極間に真空ダクトを配置しこの内部を真空に保っている。荷電粒子ビームは進行方向に垂直な断面で見ると偏向半径内周側から外周側へ広がる空間的な分布を有するのと同時に、その運動量、即ちエネルギーも分布を有し、一般的には内周側のビームのエネルギーは低く、外周側のビームのエネルギーは高い。
【０００５】
上記のような荷電粒子ビームの空間的な分布、エネルギー分布を考慮して、偏向電磁石の両磁極間に形成された磁束密度のフラットトップ領域における荷電粒子ビームの軌道半径について検討を行う。上記ｐ＝ｑＢρの関係式を用いると、フラットトップ領域ではＢはほぼ一定であるため、軌道半径ρは運動量ｐと比例する。ビーム中心軌道ρより内周側に入射したビームの運動量は中心軌道に入射したビームの運動量ｐよりも小さく、内周側に入射したビームの軌道半径は中心軌道に入射したビームの軌道半径ρよりも小さくなり偏向角度が大きくなるため、真空ダクトの内周側側壁等の障害物と衝突する可能性が高くなる。これとは反対に、ビーム中心軌道ρより外周側に入射したビームの運動量は中心軌道に入射したビームの運動量ｐよりも大きく、外周側に入射したビームの軌道半径は中心軌道に入射したビームの軌道半径ρよりも大きくなり偏向角度が小さくなるため、真空ダクトの外周側側壁等の障害物と衝突する可能性が高くなる。以上の理由により、従来の荷電粒子ビーム偏向装置においては、ビーム偏向時にビーム輸送効率が低減してしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ビーム偏向時に荷電粒子ビームが真空ダクト等の障害物と衝突することにより喪失されるのを防止し、ビーム輸送効率を高めることができる荷電粒子ビーム偏向装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る荷電粒子ビーム偏向装置は、所定の曲率半径を有する中心軌道に沿って荷電粒子ビームを偏向させるものであって、荷電粒子ビームが通過する空間を介して対向して配置された第１と第２の磁極と、第１と第２の磁極の各々の周囲に巻線され、前記空間に第１の磁極から第２の磁極に向かって磁場を形成する主コイルとを備えている。
さらに中心軌道よりも内周側に配置され、前記空間に第２の磁極から第１の磁極に向かって磁場を形成する第１の補助コイルと、中心軌道よりも外周側に配置され、前記空間に第１の磁極から第２の磁極間に向かって磁場を形成する第２の補助コイルとを備え、中心軌道よりも内側に中心軌道における磁場よりも弱い磁場領域を形成し、中心軌道よりも外側に中心軌道における磁場よりも強い磁場領域を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る荷電粒子ビーム偏向装置によると、主コイルにより形成された第１の磁極から第２の磁極に向かう磁場中において、中心軌道より内周側には第１の補助コイルにより第２の磁極から第１の磁極に向かって磁場が形成されるため、主コイルが形成する磁場と第１の補助コイルが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイルのみが形成する磁場と比較して弱められる。このことにより、中心軌道より内周側に入射した荷電粒子ビームは偏向半径が大きくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり真空ダクト等の障害物と衝突することを回避できる。
同様に中心軌道より外周側には第２の補助コイルにより第１の磁極から第２の磁極に向かって磁場が形成されるため、主コイルが形成する磁場と第２の補助コイルが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイルのみが形成する磁場と比較して強められる。このことにより、中心軌道より外周側に入射した荷電粒子ビームは偏向半径が小さくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり、真空ダクト等の障害物と衝突することを回避することができる。
以上により荷電粒子ビーム偏向装置を通過するビームの輸送効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置の組立手順の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、コイルと電源との接続を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、各コイルが個別に生成する磁場を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、各コイルが生成する磁場を合成したものを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る荷電粒子ビーム偏向装置の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る荷電粒子ビーム偏向装置の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、コイルと電源との接続を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る荷電粒子ビーム偏向装置の平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る荷電粒子ビーム偏向装置の制御ブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、荷電粒子ビームの位置制御のフローを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、荷電粒子ビームの位置制御のフローを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る荷電粒子ビーム偏向装置において、非破壊型ビームモニタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置の断面図を示すものである。本図において、荷電粒子ビーム１は本図のＸ軸（内外周方向）とＹ軸（上下方向）の交点を軌道の中心（中心軌道）として、紙面の奥（ｓ軸方向）に向かって進行しており、本図を上面から見た場合には、上記中心軌道に沿ってその軌道が偏向される。荷電粒子ビーム１は本図に示すとおりその断面は略楕円形状を有していることが多く、内周側（−Ｘ側）から外周側（＋Ｘ側）に空間的に分布しており、荷電粒子ビームが進行中に周囲に存在するガスとの散乱によりビームが喪失されるのを防止するために、内部を真空に保った真空ダクト２が設けられている。
【００１１】
上記真空ダクト２を介して、第１の磁極３ａと第２の磁極３ｂが対向して配置されており、これら両磁極間に磁場を発生させるための主コイル４ａ、４ｂが各磁極の周囲に巻線して配置されている。例えば荷電粒子ビーム１が正の電荷を有する場合には、第１の磁極３ａをＮ極、第２の磁極３ｂをＳ極とすると磁場が第１の磁極３ａから第２の磁極３ｂに向かって−Ｙ方向に生成されるため、荷電粒子ビーム１は−Ｘ方向にローレンツ力を受けて軌道が−Ｘ方向に曲げられることになる。第１の磁極３ａと第２の磁極３ｂとはヨーク５ａ、５ｂによって連結されており、これによってリターンの磁気回路が形成される。更に、中心軌道よりも内周側（−Ｘ側）に第１の補助コイル６ａ、６ｂと、中心軌道よりも外周側（＋Ｘ側）に第２の補助コイル７ａ、７ｂとを備えている。図１では第１の補助コイル６ａ、６ｂ及び第２の補助コイル７ａ、７ｂはヨーク５ａ、５ｂ中に埋め込まれるような配置となっているが、両磁極３ａ、３ｂ間に空間的な余裕があればこれらのコイルを両磁極３ａ、３ｂの磁極表面であって真空ダクト２との隙間に配置してもかまわない。
【００１２】
実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置の組立手順の一例を図２に示す。荷電粒子ビーム偏向装置は上下２分割構造であり、上側電磁石部と下側電磁石部とは対称構造であるため上側電磁石部のみで説明を行う。まず図１におけるヨーク５ａは、実際はヨーク８ａ、９ａ、１０ａの３つの部品からなっており、まずヨーク８ａの内周側に設けられた凹部に第１の補助コイル６ａを、外周側に設けられた凹部に第２の補助コイル７ａを各々巻線し固定する。次にヨーク９ａにより各凹部の開口に蓋を行いヨーク９ａとヨーク８ａとをボルト等を用いて適宜締結を行う。最後に巻線された主コイル４ａが固定された磁極３ａと、ヨーク１０ａとボルト等により締結することにより上側電磁石部１１ａが組み立てられる。同様にして組み立てられた下側電磁石部１１ｂ（図示しない）と組み合わせることにより、荷電粒子ビーム偏向装置として完成する。
【００１３】
次に動作について説明する。図３に示すとおり主コイル４ａ、４ｂは直列に主電源１２に、第１の補助コイル６ａ、６ｂは直列に第１の補助電源１３に、第２の補助コイル７ａ、７ｂは直列に第２の補助電源１４に、各々接続されている。図４に各コイルにより生成される磁場を個別に示す。主電源１２により主コイル４ａ、４ｂに通電することにより、上記真空ダクト２内の荷電粒子ビーム１が通過する空間に第１の磁極３ａから第１の磁極３ｂの方向に向かって磁場Ｂ０が生成される。また、第１の補助電源１３により第１の補助コイル６ａ、６ｂに通電することにより、Ｂ０とは逆向きに磁場−Ｂ１が生成され、第２の補助電源１４により第２の補助コイル７ａ、７ｂに通電することにより、Ｂ０と同じ向きに磁場Ｂ２が生成される。
【００１４】
荷電粒子ビーム１の通過領域にはこれら３つの磁場を重ね合わせた磁場が形成される。図５に示すとおり、ビーム中心軌道（Ｘ＝０）を挟んで−Ａ３≦Ｘ≦Ａ４の区間で磁束密度Ｂ０のフラットトップ領域＜ＦＴ０＞があり、ビーム中心軌道に対して内周側には磁束密度Ｂ０−Ｂ１のフラットトップ領域＜ＦＴ１＞が、外周側には磁束密度Ｂ０＋Ｂ２のフラットトップ領域＜ＦＴ２＞が各々存在し、これら３つのフラットトップ領域の間は磁束密度が連続的に変化する。
【００１５】
ここで、ビーム中心軌道の軌道半径をρ、この中心軌道に入射して＜ＦＴ０＞の領域中を円運動する荷電粒子ビームの運動量をｐ、電荷をｑとすると、
ｐ＝ｑＢ０ρ                                                  （式１）
の関係が成り立つ。ここで中心軌道よりΔρ１だけ内周側に入射し、＜ＦＴ１＞の領域中を軌道半径ρ−Δρ１で円運動する荷電粒子ビームの運動量をｐ−Δｐ１とすると、同様に
（ｐ−Δｐ１）＝ｑ（Ｂ０−Ｂ１）（ρ−Δρ１）                  （式２）
の関係が成り立つ。
【００１６】
（式２）の両辺を（式１）で割り算すると、
（ｐ−Δｐ１）／ｐ×ρ／（ρ−Δρ１）＝１−Ｂ１／Ｂ０＜１      （式３）
（式３）の関係が成立する場合には、＜ＦＴ０＞、＜ＦＴ１＞のいずれを周回する荷電粒子ビームも一定の円軌道を保つため、外周部に配置された真空ダクト２の外壁に衝突することはない。さらにＢ１の絶対値を大きくした
１＞（ｐ−Δｐ１）／ｐ×ρ／（ρ−Δρ１）≧１−Ｂ１／Ｂ０    （式４）
の場合には、＜ＦＴ１＞を周回する荷電粒子ビームはρ−Δρ１の周回軌道より外周側（中心軌道寄り）に入ることになり、一層安全である。
【００１７】
一方、中心軌道よりΔρ２だけ外周側に入射し、＜ＦＴ２＞の領域中を軌道半径ρ＋Δρ２で円運動する荷電粒子ビームの運動量をｐ＋Δｐ２とすると、同様に
（ｐ＋Δｐ２）＝ｑ（Ｂ０＋Ｂ２）（ρ＋Δρ２）                  （式５）
の関係が成り立つ。（式５）の両辺を（式１）で割り算すると、（式４）と同様な下記不等式が得られる。
１＜（ｐ＋Δｐ２）／ｐ×ρ／（ρ＋Δρ２）≦１＋Ｂ２／Ｂ０    （式６）
この場合には＜ＦＴ２＞を周回する荷電粒子ビームはρ＋Δρ２の周回軌道より内周側（中心軌道寄り）に入ることになり、同様に真空ダクト２の内壁に衝突することはない。
【００１８】
この発明に係る荷電粒子ビーム偏向装置によると、主コイル４ａ、４ｂにより形成された第１の磁極３ａから第２の磁極３ｂに向かう磁場中において、中心軌道より内周側には第１の補助コイル６ａ、６ｂにより第２の磁極３ｂから第１の磁極３ａに向かって磁場が形成されるため、主コイル４ａ、４ｂが形成する磁場と第１の補助コイル６ａ、６ｂが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイル４ａ、４ｂのみが形成する磁場と比較して弱められる。このことにより、中心軌道より内周側に入射した荷電粒子ビーム１は偏向半径が大きくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり真空ダクト２等の障害物と衝突することを回避できる。
【００１９】
同様に中心軌道より外周側には第２の補助コイル７ａ、７ｂにより第１の磁極３ａから第２の磁極３ｂに向かって磁場が形成されるため、主コイル４ａ、４ｂが形成する磁場と第２の補助コイル７ａ、７ｂが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイル４ａ、４ｂのみが形成する磁場と比較して強められる。このことにより、中心軌道より外周側に入射した荷電粒子ビーム１は偏向半径が小さくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり、真空ダクト２等の障害物と衝突することを回避することができる。
以上により荷電粒子ビーム偏向装置を通過するビームの輸送効率を高めることができる。
【００２０】
また、ビームが高エネルギーとなった場合には従来の荷電粒子ビーム偏向装置においては、中心軌道から外れた荷電粒子ビーム１による真空ダクト２の放射化、及び加熱は避けられない問題であった。本実施の形態による荷電粒子ビーム偏向装置においては、上記のとおり真空ダクト２等の障害物との衝突することを回避できるため、真空ダクト２及びこの周辺機器の放射化を低減し、真空ダクト２の冷却設備を別途設ける必要もないという利点もある。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態１に係る荷電粒子ビーム偏向装置の磁極３ａ、３ｂは、各磁極表面がＸ軸に対して平行なものであった。これは磁極中心領域にフラットトップ領域を形成するためであったが、フラットトップ領域は必ずしも必要なものではなく、荷電粒子ビーム偏向装置の用途によっては磁束密度に勾配を有する場合もある。実施の形態２に係る荷電粒子ビーム偏向装置においては、例えば図６に示すように中心軌道内周側の磁極間距離が広く、外周側に向かうに従って狭くなるように、第１の磁極３ｃと第２の磁極３ｄが形成されている。磁極間の磁気抵抗が大きな内周側に比べて外周側は磁気抵抗が小さいため、内周側から外周側に向かって磁束密度が高くなるような勾配磁場を形成することができる。
【００２２】
このような荷電粒子ビーム偏向装置においても、主コイル４ａ、４ｂにより形成された第１の磁極３ｃから第２の磁極３ｄに向かう磁場中において、中心軌道より内周側には第１の補助コイル６ａ、６ｂにより第２の磁極３ｄから第１の磁極３ｃに向かって磁場が形成されるため、主コイル４ａ、４ｂが形成する磁場と第１の補助コイル６ａ、６ｂが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイル４ａ、４ｂのみが形成する磁場と比較して弱められる。このことにより、中心軌道より内周側に入射した荷電粒子ビーム１は偏向半径が大きくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり真空ダクト２等の障害物と衝突することを回避できる。
【００２３】
同様に中心軌道より外周側には第２の補助コイル７ａ、７ｂにより第１の磁極３ｃから第２の磁極３ｄに向かって磁場が形成されるため、主コイル４ａ、４ｂが形成する磁場と第２の補助コイル７ａ、７ｂが形成する磁場とが重畳した磁場は主コイル４ａ、４ｂのみが形成する磁場と比較して強められる。このことにより、中心軌道より外周側に入射した荷電粒子ビーム１は偏向半径が小さくなるため中心軌道寄りの軌道を描くことになり、真空ダクト２等の障害物と衝突することを回避することができる。
以上により荷電粒子ビーム偏向装置を通過するビームの輸送効率を高めることができる。
【００２４】
更に本実施の形態においては、磁極３ｃ、３ｄと主コイル６ａ、６ｂにより、内周側の磁束密度が小さく外周側の磁束密度が大きいという勾配磁場がそもそも形成されているため、これに対して重畳させるべきＢ１、Ｂ２の絶対値を小さくでき、第１の補助コイル６ａ、６ｂ及び第２の補助コイル７ａ、７ｂのコイルターン数を低減できる、又は通電すべき電流値を低減できるという更なる効果を奏する。
実施の形態３．
【００２５】
上記実施の形態１、２では、主コイル４ａ、４ｂ、第１の補助コイル６ａ、６ｂおよび第２の補助コイル７ａ、７ｂとこれらに対応する各電源１２、１３、１４との接続を別々に行うようにしていたが、各コイルが生成する磁場の大きさの比を一定にできる場合にはこの比を各コイルのターン数で調整することとし、主コイルと第１の補助コイル、又は主コイルと第２の補助コイルを直列に励磁することとしてもよい。本実施の形態に係る荷電粒子ビーム変更装置の断面図を図７に、各電源との接続図を図８に示すが、この実施の形態においては主コイル４ａ、４ｂと第２の補助コイル７ｃ、７ｄとを直列に接続することとしたものである。
【００２６】
コイル間を接続する場合にはケーブル等を用いて接続しても良いが、本実施の形態においては、主コイル４ａ、４ｂと第１の補助コイル７ｃ、７ｄとを同一の導体を用いて同一の巻線作業において形成できるようにしている。このため、実施の形態１においては主コイル４ａ、４ｂと第１の補助コイル７ａ、７ｂとはヨーク９ａ、９ｂ等を挟んで分断されていたが、本実施の形態においては両コイルを近接させる位置に配置することとしている。同一導体を使用することにより導体種類を削減すると同時に、コイル端子部材の削減ができ接続作業も省略できるため、コスト低減ができるという利点も有する。
【００２７】
以上のように本実施の形態においても、実施の形態１と同様に荷電粒子ビーム偏向装置を通過するビームの輸送効率を高めることができるという効果を奏する。これに加えて、第２の補助コイル励磁用に用意していた電源１４を削減できるため、より経済的にすぐれた荷電粒子ビーム偏向装置を得ることができるという利点がある。
実施の形態４．
【００２８】
上記実施の形態１ないし３においては、荷電粒子ビーム偏向装置を通過する荷電粒子ビーム１の位置および形状は予測可能であり、主コイル４ａ、４ｂ、第１の補助コイル６ａ、６ｂおよび第２の補助コイル７ａ、７ｂに通電する電流値、及びこれらのコイルにより形成される磁場は予め定めることが可能なものであった。しかし、荷電粒子ビーム偏向装置に入射する荷電粒子ビーム１の位置および形状は、前段に配置された加速器等のビーム発生装置の条件によって変動するものであり、この場合に常に同じ条件で各コイルを励磁していた場合には必ずしも荷電粒子ビーム１と真空ダクト２等の衝突を回避できるというわけには行かず、輸送効率を高めることができないという問題があった。
【００２９】
本実施の形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置は、上記のような問題を解決するために適したものであり、電磁石１１ａ、１１ｂのｓ軸方向（ビーム進行方向）下流側に設けられ、両磁極３ａ、３ｂ間の真空ダクト２を通過後の荷電粒子ビーム１の内周端位置と外周端位置とを測定するビームモニタ１５を備えている。更に本実施の形態においては、荷電粒子ビーム１が接近したことを検出して、第１の補助電源１３と第２の補助電源１４の投入、遮断の制御を行うことを目的に、電磁石１１ａ、１１ｂの上流側にバッフル板内周側電極１６ａと外周側電極１６ｂを備えている。
【００３０】
本実施の形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置による荷電粒子ビーム１の位置制御について、図１０に示す制御ブロック図、図１１、図１２に示すフロー図を参考にしながら説明する。図１０においてビームモニタ１５およびバッフル板の内周側、外周側電極１６ａ、１６ｂの各信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は制御装置１７に取り込まれ、この制御装置１７において処理、判断が行われて、第１の補助電源１３、第２の補助電源１４への指令値（Ｏ１、Ｏ２）が出力される。次に、内周側に入射した荷電粒子ビーム１の位置制御について図１１に基づき説明する。ステップ１０１にてバッフル板内周側電極１６ａの信号をモニタすることにより荷電粒子ビーム１が軌道内周側に接近したことを検出すると、ステップ１０２において第１の補助電源１３をＯＮ状態とする。
【００３１】
ここで電磁石１１ａ、１１ｂの下流側に設けられたビームモニタ１５について説明する。ビームモニタ１５は、蛍光板を用いたスクリーンモニタタイプのものを用い、蛍光板に荷電粒子ビームが衝突した際の発光をカメラ等により観察しこれを画像処理して内周側の荷電粒子ビームの位置の検出を行うことができる。この場合には荷電粒子ビーム１は蛍光板への衝突により失われてしまうため（いわゆる破壊型ビームモニタ）、蛍光板は駆動機構に取り付けてビームラインへの出し入れが可能であるようにし、前段の加速器等のビーム発生条件を変更した際に蛍光板をビームラインに挿入し、第１の補助電源１３の電流値の制御を行った後に蛍光板をビームラインから退避させればよい。
【００３２】
また、図１３に示す非破壊型のビームモニタを用いても良い。このモニタは絶縁支柱１８の上部に配置された短冊状の電極１９をＸ方向に沿って複数配置したもので構成されている。荷電粒子ビーム１の通過位置に応じて対応する電極１９にイメージ電流が誘起されるため、このイメージ電流について増幅器２０を経由することにより電圧信号２１へと変換し、複数の電極１９からの各電圧信号を検出系２２にて処理することにより荷電粒子ビーム１の位置の割り出しを行うものである。このタイプのビームモニタを用いると荷電粒子ビーム１は喪失されることはないため、スクリーンモニタのような駆動機構は必要ない。
【００３３】
以上のようなビームモニタ１５を用いて荷電粒子ビーム１の内周端位置の検出を行い、この位置に応じて第１の補助電源１３の電流値の制御を行う。図１１に戻って、ステップ１０３において荷電粒子ビーム１の内周端位置が、予め定めた内周側限界の外周側にあるかどうかの確認を行う。ここでいう内周側限界とは、ｓ軸（ビーム進行方向）におけるビームモニタ１５の位置において、荷電粒子ビーム１の内周端位置がこの内周側限界よりも内周側位置にあると、ビームダクト２等の障害物と衝突する、又は衝突する恐れがあると考えられる位置のことをいう。この内周側限界は、問題となる障害物とビームモニタ１５とのｓ軸方向における位置関係、荷電粒子ビーム１の進行方向、周辺磁場状況等を考慮してシミュレーション計算により決定することができ、ビームモニタ１５の測定精度等を考慮してマージンを取った値として適宜定めてもよい。あるいは、荷電粒子ビーム１を荷電粒子ビーム偏向装置に試しに入射し、ビームモニタ１５によりビーム内周端位置を観測しつつビーム発生条件や磁場条件等を適宜変更して、当該障害物による影響を受けるかどうかを実験的に確かめることにより求めてもよい。
【００３４】
荷電粒子ビーム１の内周端位置がこの内周側限界よりも外周側にない場合には、ステップ１０４において第１の補助電源１３の電流値を定められた微小電流値分だけ増加する。ステップ１０４における微小電流値は、第１の補助コイル６ａ、６ｂにより生成される磁場、およびこの磁場により引き起こされる軌道変化分を考慮して適宜定めればよい。ステップ１０４における電流増加は、ステップ１０３において、荷電粒子ビーム１の内周端位置が前記内周側限界より外周側になるまで繰り返される。第１の補助電源１３の電流値を増加させると、図４においてＢ１の絶対値が増加することとなるため、図５においてＢ０−Ｂ１が小さくなる。したがって＜ＦＴ１＞領域における磁場が弱められることになるため軌道半径が大きくなり、荷電粒子ビーム１は外周側の軌道を描くようになる。
【００３５】
ステップ１０３により荷電粒子ビーム１の位置が前記内周側限界よりも外周側であることが確認されると、ステップ１０５においてバッフル板内周側電極１６ａで信号を検出している、すなわち荷電粒子ビーム１が軌道内周側に接近しているかどうかの確認が行われる。ステップ１０５において信号が検出されれば、ステップ１０３においてビーム位置の確認が行われ、ビームの内周側位置について制御が行われている限りは、ステップ１０３と１０５の確認が繰り返し行われることとなる。ステップ１０５にてバッフル板内周側電極１６ａに信号が検出されなくなると、荷電粒子ビーム１の入射が終了した、又はビーム内周側位置の制御が不要なほど外周側に遠ざかったことを意味するため、ステップ１０６においてビーム内周側位置の制御を終了する。
【００３６】
外周側に入射した荷電粒子ビーム１の位置制御については図１２に示すとおりであるが、バッフル板内周側電極１６ａをバッフル板外周側電極１６ｂに、第１の補助電源１３を第２の補助電源１４に置き換え、ステップ２０３において、荷電粒子ビーム１の外周端位置がビームモニタ１５の外周側限界より内周側にあることを監視することを除いて図１０と同じであるため、詳細な説明は省略する。なお、外周側限界については、前記内周側限界と同様に定めればよい。
【００３７】
以上のように本実施の形態においては、荷電粒子ビーム１の内周端位置と外周端位置とを測定するビームモニタ１５を備え、制御装置１７が、荷電粒子ビーム１の内周端位置が前記内周側限界よりも外周側になるように、第１の補助コイル６ａ、６ｂが形成する磁場の強度を制御し、かつ、荷電粒子ビーム１の外周端位置が前記外周側限界よりも内周側になるように、第２の補助コイル７ａ、７ｂが形成する磁場の強度を制御するため、荷電粒子ビーム偏向装置に入射する荷電粒子ビーム１の位置および形状が、前段に配置された加速器等のビーム発生装置の条件によって変動した場合であっても、真空ダクト２内壁等の障害物と衝突することを回避することができ、荷電粒子ビーム偏向装置を通過する荷電粒子ビーム１の輸送効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    荷電粒子ビーム
２    真空ダクト
３ａ、３ｃ    第１の磁極
３ｂ、３ｄ    第２の磁極
４ａ、４ｂ    主コイル
６ａ、６ｂ    第１の補助コイル
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ    第２の補助コイル
１５    ビームモニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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