【手続補正書】
【提出日】平成18年12月18日(2006.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  ビームモニタシステム及びビーム照射システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  ビーム検出部を、通過するビームを受けるモニタ位置とビームを受けない非モニタ位置とに交互に移動させる検出部移動手段を備え、前記検出部移動手段は、ビーム検出部を、モニタ位置を通って旋回させる旋回装置であることを特徴とするビームモニタシステム。
【請求項２】  旋回装置は、ビーム検出部が非モニタ位置を移動している間は遅く、モニタ位置を移動している間は速く旋回させる速度制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載のビームモニタシステム。
【請求項３】  ビームは少なくともＸ線以上のエネルギーを持つ光ビームであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビームモニタシステム。
【請求項４】  ビーム検出部は検出機能の異なる複数の検出部で構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のビームモニタシステム。
【請求項５】  請求項１乃至請求項４の何れかに記載のビームモニタシステムを備えたことを特徴とするビーム照射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム照射システム及びそのシステムに用いられるビームモニタシステムに関し、詳しくは、例えば、医療器具や食品等の殺菌や滅菌、発芽防止や殺虫、材料性質改善や各種加工、その他、研究実験等のために用いられるビーム照射システム及びそのビームモニタシステム、特に、大強度ビーム（高エネルギー）を必要とするビーム照射システム及びそのビームモニタシステムに関する。
尚、ビームモニタシステムは、有限断面サイズをもったビームの断面形状(以下、単に形状ともいう)や、ビームが或る断面を通過する際の当該断面内の位置或いは当該断面内において強度分布を持つ場合にはその中心位置等(以下、単に位置ともいう)をモニタするものであり、ビームの種類即ち粒子ビームであるか、光ビームかを問わずモニタする。
【０００２】
【従来の技術】
従来のビームモニタシステムは、エッチ・コジョール（Ｈ．Ｋｏｚｉｏｌ）氏により、欧州合同原子核研究機関、粒子加速器学校の第５回一般粒子加速器物理講座の会報「粒子加速器のビーム診断」、ＣＥＲＮ９４-０１、第１２巻、５６５頁に記載の論文で発表されている。
図１２はこの論文中の、粒子ビームをモニタするビームモニタシステムの概略図である。同図において、符号の１はビーム発生装置としての粒子加速器、２はビームを輸送するための真空ダクト、３はビーム輸送装置である。又、４は真空ビームダクト、５は真空ビームダクト４を通過して行くビームを示す。６は真空ビームダクト４の途中に設けられた真空チャンバーであり、この真空チャンバー６にビームモニタシステムのビーム検出部７が配置される。
【０００３】
このビーム検出部７は通過するビーム５を受けるため、ビーム５の通路を遮るように固定配置されており、このビーム検出部７によってビーム５の位置や形状等の諸情報が得られる。
図示のビーム検出部７は蛍光板で構成されており、ビーム５の衝突により、蛍光板（７）に塗布された蛍光体にエネルギーが与えられて発光する光を、真空チャンバー６の真空窓１３を通してビデオカメラ１２で撮影し、モニタする仕組みとなっている。。
このような仕組みは、光ビームをモニタするビームモニタシステムにおいても同様であるので、以下、ビームの種類（光ビーム及び粒子ビーム）を問わず、単にビームともいう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビームモニタシステムは、上記のように、ビーム検出部７が常時、通過するビーム５の全てを受けていたため、ビーム５の衝突による発熱でビーム検出部７が損傷を受け易く、その耐久性に問題があった。
特に、大強度ビーム（高エネルギー）を受けると、過剰発熱により損傷し易かった。
従って、大強度ビームのモニタは更に困難であり、ビームモニタシステムによって運転制御される大強度ビームを用いたビーム照射システムの提供も困難であった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、損傷を受け難く大強度ビームをもモニタできるビーム検出部を備えたビームモニタシステムと、そのビームモニタシステムを備え、大強度ビームが照射可能なビーム照射システムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ビーム検出部を、通過するビームを受けるモニタ位置とビームを受けない非モニタ位置とに交互に移動させる検出部移動手段を備え、前記検出部移動手段は、ビーム検出部を、モニタ位置を通って旋回させる旋回装置であることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、旋回装置は、ビーム検出部が非モニタ位置を移動している間は遅く、モニタ位置を移動している間は速く旋回させる速度制御手段を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明では、ビームは少なくともＸ線以上のエネルギーを持つ光ビームであることを特徴とする。
【０００９】
この発明では、ビーム検出部は検出機能の異なる複数の検出部で構成されたことを特徴とする。
【００１０】
このビーム照射システムの発明は、ビームモニタシステムを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１は、ビーム検出部が、過するビームを受けるモニタ位置とビームを受けない非モニタ位置とに交互に移動させる構成としたビームモニタシステムであり、ビーム検出部を移動させる検出部移動手段として、ビーム検出部を支持して旋回させる旋回装置を用いた構成としたものである。
このビームモニタシステムは、旋回装置によって、ビーム検出部をビームが通過する通路を横断する旋回軌道上に旋回させることにより、通過するビームを、従来のように常時検出するのではなく、非モニタ位置を通って旋回している間はビームを受けず、モニタ位置を通って旋回する間だけビームを検出する、即ち、ビームをサンプリング的に検出する構成としたものである。
以下、この形態１を図１乃至図２に基づいて説明する。図１はビームモニタシステムの概要を示す概略図、図２は旋回装置の正面図である。
【００１２】
図１及び図２において、図中の符号１はビーム発生装置であり、この形態１では粒子ビーム（以下、ビームともいう）を出射する粒子加速器である。２は出射された粒子ビームを導く真空ダクト、３はビームを輸送するビーム輸送装置である。４は真空ビームダクト、５は真空ビームダクト４を通過して行くビームを示す。６は真空ビームダクト４の途中に設けられた真空チャンバーである。
又、１３は真空チャンバー６に設けられた真空窓であり、この真空窓１３を通して、外部に設置されたビデオカメラ１２で、後述のビーム検出部７としての蛍光板がモニタされる。
【００１３】
次に、検出部移動手段を説明する。
この形態１におけるビーム検出部７及びその検出部移動手段としての旋回装置は、真空チャンバー６に配置されている。尚、ビーム検出部７は蛍光体(非図示)が施された蛍光板からなる所謂スクリーンモニタである。
上記のビデオカメラ１２は、モニタ位置に向けられており、モニタ位置を通る間にビームが衝突して発光させた蛍光板（７）の蛍光を効率よく撮影できる好適な位置に配置されている。
旋回装置は、ビーム検出部としての蛍光板（７）が外縁の一部に設けられた支持部材８としての円盤と、この円盤（８）の蛍光板（７）がモニタ位置を横断して旋回するように当該円盤（８）を回転させる回転駆動源としてのモータ９とを備えた構成である。
【００１４】
図２において、符号１１は円盤（８）の回転方向を示し、１５はビーム検出部７の大きさを表す回転中心から見た円周セクタ角度を示す。円盤（８）の回転は、ビーム検出部７がビームによって損傷されない程度の速さで回転させればよい。例えば、回転数は少なくとも１００rpｍ以上がよい。
この旋回装置は、モータ９を制御してビーム検出部７の旋回速度を適宜制御する速度制御手段(非図示)を備え、この速度制御手段により、例えば、ビーム検出部７がモニタ位置を通過する間は速く、そうでない非モニタ位置を通過する間は遅くなるような回転パターンで回転(旋回)させてもよい。
この場合、平均回転速度を遅くしても、ビーム検出部７の受ける損傷を小さくすることができる。
【００１５】
尚、真空チャンバー６内に配設された円盤（８）と真空チャンバー６外に配設されたモータ９との間には、モータ９の回動力を円盤（８）に伝える回転導入機構１４を介在させている。
このような回転導入機構１４を用いてモータ９を真空チャンバー６に配置しているのは、モータ９から発生する雑ガスによって、真空チャンバー６内に良好な真空状態が得られなくなってビームが減衰するという悪影響を避けるためである。従って、大気中でも減衰の少ないビーム、例えばＸ線ビーム等の場合には、必ずしもこのような構成にする必要はない。
図６及び図７は、このような場合に、回転駆動源としてのモータ９を真空チャンバー６の内部に配置した構成を示すもので、図示のような構成とすれば、回転導入機構１４を不要とすることができる。
尚、図６はビームモニタシステムの概要を示す概略図、図７はビーム検出部を移動させる検出部移動手段の正面図であり、図中の符号１０はモータ９を固定するための固定装置である。
【００１６】
ビーム検出部としての蛍光板（７）は、上記旋回装置の円盤（８）の外縁に配置されており、円盤（８）の回転に伴って、ビーム５の通路のモニタ位置を通過（横断）することになる。
蛍光板（７）は、モニタ位置を通過（横断）する際に、通過するビーム５を受けるが、モニタ位置を除く旋回領域即ち非モニタ位置ではビーム５を受けることがない。即ち、このビーム検出部７は、従来のように常時ビーム５を受けるのではなく、図２に示す円周角１５と３６０度のレーショで決まる割合でしかビーム５を受けない。
これによって、ビーム５を受けない割合に応じてビーム５によるビーム検出部７の損傷を小さくすることができる。従って、損傷を更に小さくするには、上記の円周角１５をより小さくすればよい。
【００１７】
上記の支持部材（円盤）８は、ビーム検出部７が円盤状の支持部材８の外縁に配置され、ビーム検出部７と一緒に旋回（回転）する構成とされているが、この支持部材８は、必ずしも円盤である必要はなく、例えば、軽量化を図るために、支持棒(非図示)のようなもので構成してもよいし、これらの円盤や支持棒をアルミやチタン等の軽金属で構成してもよい。
又、ビーム検出部としての蛍光板（７）は、上記のような支持部材８と一体に構成してもよいが、その場合には、蛍光板（７）の部分に蛍光体を被膜する。この場合の蛍光板（７）は蛍光体被膜を含め、ビーム５が通過できるように、なるべく薄くした方がよいこともある。
尚、上記の蛍光板（７）は、金属等の基板上にＣｒ−Ａｌ2Ｏ3等のセラミック膜を形成して作成されている。又、このような蛍光板（７）に施される蛍光体は、発光した蛍光の減衰が比較的速い蛍光体、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）を用いており、モニタ位置を通過する際に発光する蛍光は、前回発光した蛍光より強い光となり、問題なくモニタされる。
【００１８】
この形態１のビームモニタシステムによれは、通過するビーム５を常時受ける状態でモニタするのではなく、時間間隔を置いてサンプリング的にモニタするので、ビーム５を常時受けていた従来のビーム検出部に比べて、過熱や劣化等、ビーム５によるビーム検出部７の損傷を大幅に低減させることができると共に、ビーム検出部の寿命を大幅に延ばすことができ、耐久性を高めることができる。
従って、大強度(高エネルギー)ビームをモニタする場合でも、ビーム検出部７の損傷が低減され、例えば、電子線や少なくともＸ線以上のエネルギーを持つ大強度ビームを用いて行われる医療器具等の殺菌や滅菌用のビーム照射システムにおけるビームモニタシステムとして用いることができる。
【００１９】
又、この形態１において、速度制御手段により、例えば、ビーム検出部７がモニタ位置を通過する際（間）には速く、そうでない非モニタ位置を通過する際(間)には遅くなるように制御することによって、更に一段とビーム検出部７の損傷を低減させることができるので、更に一段と高いエネルギーを持つ大強度ビームをモニタすることができる。
【００２０】
又、この形態１では、図１に示すように、ビーム検出部７をその支持部材８の旋回面に対して約１５度位傾けて設けてあるが、図３に示すように、ビーム検出部７を支持部材８の旋回面上に位置させると共に支持部材８の軸線を傾けて設けることによって、ビーム検出部７をビデオカメラ１２のカメラ視線に対応させることもできる。図３はこのように構成したビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【００２１】
又、この形態１では、ビーム検出部７が蛍光体で構成されているが、これに限らず、例えば、図４乃至図５に示すように、電流検出器やエネルギー検出部（検出体）等で構成しても同様の作用効果を発揮することができる。
この場合、同図に示すように、ビデオカメラ１２及びカメラ用の真空窓１３は不要となる。従って、ビーム検出部７をカメラ視線に応ずるように傾ける必要がなく、ビーム検出部７をビーム５の通過方向即ち進行方向に垂直な面として横断させるように構成することができる。
【００２２】
又、この形態１では、ビーム５がビーム検出部７を通過するように説明したが、ビーム検出部７で粒子が止まっても、この形態１における作用効果に差異はない。しかし、このような場合には、図２に示す円周角１５より小さい値の範囲でビーム検出部７を設けて、止まる粒子の量を少なくする方が好ましい。
【００２３】
又、この形態１において、ビーム発生装置１としては、粒子加速器に限らず、パルスやＣＷモードの電子線加速器や電子銃であってもよい。
【００２４】
又、この形態１のビームモニタシステムを、電子線やＸ線を照射するビーム照射システムに組み込む場合には、電子線加速又は輸送システムの１箇所以上に設置してもよい。例えば、電子銃と加速空洞との間や加速器ビーム軌道の途中に設置してもよいし(非図示)、加速器から電子ビームを取り出した後のビームラインに設置してもよい(非図示)。
【００２５】
又、この形態１において、ビーム検出部７を移動させる検出部移動手段は、ビーム検出部７を旋回(回転)させる旋回装置に限らず、例えば、ビーム５の通路を遮断してビームを受ける位置（モニタ位置）と、ビームを受けることができない位置(非モニタ位置)との間を、交互に直線的に、或いは弧を描くように移動させる構成としてもよい(非図示)。
【００２６】
又、この形態１では、ビーム５として粒子ビームを用いて説明したが、その外の粒子ビームとして、原子ビーム、分子ビーム等のα線及び電子ビーム、イオン注入装置で用いるイオンビーム等のβ線、光ビームとしては放射光、Ｘ線、レーザビーム等のγ線を用いても、同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態２は、上記実施の形態１におけるビーム検出部を構成する検出部としての蛍光板（７）に代えて、ビーム電流検出器（以下、電流検出器ともいう）、或いはエネルギーを検出する検出器(以下、エネルギー検出器ともいう）とした構成である。尚、この構成では、ビデオカメラ１２や真空窓１３は不要であるが、その他の構成は上記実施の形態１と実質的に同様である。
これを図８及び図９に基づいて説明する。図８はビームモニタシステムの概要を示す概略図、図９はビーム検出部を移動させる検出部移動手段の正面図である。
【００２８】
図８乃至図９において、ビーム検出部として用いる電流検出器（７）としては、例えば、金属性の板やワイアーからなる２次電子電流検出器があり、エネルギー検出器（７）としては、例えば、フォトダイオード等がある。
ビーム検出部７として、このような電流検出器（７）或いはエネルギー検出器（７）を用いる場合には、これらの検出器（７）からの電流信号或いはエネルギー信号を取り出すケーブルが必要となる。図中の符号１６はこのケーブルであり、１５は上記の信号を真空チャンバー６の外へ導出する信号端子である。
尚、図示のケーブル１６の配線は概念的に示しているに過ぎず、実際には、旋回（回転）の影響を受けない適当な手段によりビーム検出部７と信号端子１５とがケーブル１６により接続されている(非図示)。
【００２９】
この形態２においても、形態１と同様に、ビーム検出部７としての電流検出器（７）或いはエネルギー検出器（７）が、旋回装置によって、粒子ビーム（５）の通路を横断するように旋回(回転)されるため、粒子ビーム（５）が大強度である場合でも、電流検出器（７）或いはエネルギー検出器（７）で構成されるビーム検出部７が、所定割合でサンプリングしながら粒子ビーム（５）を受けることになるから、粒子ビーム（５）によるビーム検出部７の急激な劣化や破壊等の損傷を大幅に低減させることができる。
又、ビーム検出部７を電流検出器（７）或いはエネルギー検出器（７）で構成することにより、大強度粒子ビームの電流や電流分布やエネルギー等をモニタすることができる。
更には、ビーム検出部７の回転角位置と検出された電流信号（電流値）との相関、即ち、回転位置角と電流値を十分細かい時間ステップで計算機等に記録するだけで、粒子ビーム（５）の断面における電流強度の１次元分布情報を得ることができる。
尚、この形態２では、粒子ビーム（５）を用いて説明したが、放射光やＸ線等の光ビームの場合でも、同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
実施の形態３．
実施の形態３は、上記実施の形態１や２において、検出機能の異なる複数の検出器を用いてビーム検出部７を構成としたものである。
例えば、実施の形態１で説明した検出器としての蛍光板や、実施の形態２で説明した電流検出器やエネルギー検出器等の機能の異なる検出器を、円盤（８）の外縁に適宜間隔を置いて配置してビーム検出部７を構成する。その他の構成は検出器に応じて上記実施の形態１や形態２と実質的に同様である。
これを図１０乃至図１１に基づいて説明する。図１０はビームモニタシステムの概要を示す概略図、図１１はビーム検出部を移動させる検出部移動手段の正面図である。
【００３１】
図１０及び図１１において、７ａは検出器として、上記実施の形態１と同様の蛍光板であり、７ｂは種類の異なる検出器として、上記実施の形態２と同様の電流検出器或いはエネルギー検出器である。
【００３２】
この形態３によれば、上記実施の形態１及び形態２による作用効果に加えて、ビーム検出部７を、機能に応じた複数種類の検出器（７ａ，７ｂ）を適宜組み合わせて構成することにより、同時に複数のビーム情報を得ることができる。
例えば、この形態３では、大強度のビーム５の形状と位置とを蛍光板７ａで測定しながら、同時に、そのビーム電流を電流検出器（７ｂ）、或いはそのエネルギーをエネルギー検出器（７ｂ）で測定することができる。
尚、複数個の検出器（７ａ，７ｂ）を組み合わせてビーム検出部７を構成する場合には、各検出器の間に適宜間隔を置いて分散配置することにより、当該間隔を置かない場合に比べて、ビーム５の衝突によって各検出器に発生する熱を効率よく放散させることができ、発熱による損傷を低減させることができる。
【００３３】
尚、上記実施の形態１及び３において、ビーム電流や電流分布の情報を得るためには、例えば、ビーム検出部７としての電流検出器を金属板で構成して、ビームがこの金属板を通過する際に二次電子を叩き出して金属板に流す電流を測定器で測定する。この電流はビーム電流或いはビーム強度（単位時間当り所定断面を通過する粒子の数）に比例する。尚、ビームが荷電粒子ビームであり、或いは、粒子ビームがビーム検出部７で止まってしまう場合（例えば、粒子ビームのエネルギーが低い場合やビーム検出部７が厚い場合）には、ビーム検出部７を金属板で構成した上で、当該ビーム検出部７に正の数十から数百の直流電流を印加すると、荷電粒子ビームの電流を直接測定することができる。
又、粒子ビームエネルギーの情報を得るためには、例えば、ビーム検出部７としてのエネルギー検出器を半導体検出器で構成すると、粒子ビームのエネルギーを直接測定することができる。ビーム検出部７をシンチレタ検出器で構成して飛行時間法を用いても、粒子エネルギーを測定することができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、何れも、ビーム検出部が常時ビームを受ける場合に比べて、ビームを受ける時間を減らすことができるので、ビームによるビーム検出部の損傷（ダメージ）を低減させることができる。
これにより、ビーム検出部の性能低下や破壊等を防止でき、ビーム検出部の耐久性が高められるので、大強度ビーム（高エネルギービーム）をモニタできるビームモニタシステムを提供することができる。
又、本発明に係るビームモニタシステムを装備することによって、大強度ビームを照射できるビーム照射システムを、医療器具や食品等の殺菌や滅菌用、或いは産業用加工機器等用として提供することができる。
【００３５】
この発明によれば、旋回装置は、ビーム検出部が非モニタ位置を移動している間は遅く、モニタ位置を移動している間は速く旋回させる速度制御手段を有するので、ビーム検出部のビームによる損傷を更に低減させることができる。
【００３６】
この発明によれば、ビーム検出部として複数の検出器を配設することによって、各検出器の機能に応じたビームに関する複数の情報を同時に得ることができると共に、各検出器を分散配置することによって、ビームの衝突による発熱を放熱しやすくなり、発熱によるビーム検出部全体の損傷を低減させることができる。
【００３７】
この発明によれば、大強度ビームをモニタできるビームモニタシステムを装備することにより大強度ビームを照射可能なビーム照射システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図２】  図１の検出部移動手段の正面図である。
【図３】  実施の形態１の別のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図４】  実施の形態１の更に別のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図５】  図４の検出部移動手段の正面図である。
【図６】  実施の形態１の更に別のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図７】  図６の検出部移動手段の正面図である。
【図８】  実施の形態２のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図９】  図８の検出部移動手段の正面図である。
【図１０】  実施の形態３のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【図１１】  図１０の検出部移動手段の正面図である。
【図１２】  従来のビームモニタシステムの概要を示す概略図である。
【符号の説明】
１  ビーム発生装置、４  真空ビームダクト、５  ビーム、６  真空チャンバー、７  ビーム検出部、７ａ、７ｂ  検出器（ビーム検出部）、８  支持部材(検出部移動手段)、９  モータ（検出部移動手段）。