(57)【要約】【課題】エッジ角による収束力を容易に変えることにある。【解決手段】電子銃から出射した電子を高周波加速空胴１に導き、この高周波加速空胴１内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴１の外部に設けられた偏向電磁石２により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴１内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、前記偏向電磁石２の磁極端部に入出射ビームに対して所望のエッジ角を有する鉄片１０を着脱可能に取付けて、収束力を調整可能にする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、前記偏向電磁石の磁極端部に入出射ビームに対して所望のエッジ角を有する鉄片を着脱可能に取付けて、収束力を調整可能にしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内に入射で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、前記偏向電磁石の主磁極の電子ビーム入出射端面側に副磁極を一体的に形成し、この副磁極の内端に入出射ビームに対して所望のエッジ角と磁極面積を持つ磁極部を着脱可能に取付ける構成として収束力を調整可能にしたことをことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、各偏向電磁石のリターンヨークを切欠いて真空ダクトをリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクトの外部突出端にカレントトランスフォーマによる計測装置を設けてビーム電流を測定可能にしたことを特徴とした電子線装置。
【請求項４】
電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、各偏向電磁石のリターンヨークを切欠いて真空ダクトをリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクトの外部突出端に蛍光板による計測装置を設けたことを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃から出射した電子を加速して高エネルギー電子を発生させる電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線装置は、図７（ａ），（ｂ）に示すように電子銃５から出射した電子４を真空ダクト１７を通して高周波加速空胴１に導き、この高周波加速空胴１内で電子を加速して高エネルギー電子を発生させる。そして、高周波加速空胴１で加速された電子は、高周波加速空胴１より真空ダクト１７を通して偏向電磁石２に入り、ここで軌道が１８０度偏向された後、再び高周波加速空胴１内で加速されるという作用を何度も繰返して、高エネルギーを得ることによって小型で電力効率を良好にしている。
【０００３】
この場合、空胴内は電子の軌道の左右からリッジと呼ばれる加速電極３が張り出して設けられ、この間に加速電場が作られる。また、加速電場は各軌道間で図７（ｃ）に示すようにサイン波で励振されており、１８０度偏向された後は電場が逆を向いていれば加速される。
【０００４】
ここで、ビームが１往復する間に移動した距離を調整すると距離÷ビーム速度（エネルギーにより決まる）＝時間となり、サイン波の位相にビームをうまく同期させることができる。例えば、軌道（１）から（２）までの距離ｌ、軌道（１）と（２）間の時間ｔ、電子の速度ｖとすると、ｌ／ｖ＝ｔで表される。
【０００５】
ところで、従来の荷電粒子ビームの軌道を偏向する偏向電磁石として、図８に示すようなＣ形の偏向電磁石が用いられている。
【０００６】
すなわち、図８において、１８はリターンヨーク、１２はリターンヨーク１８の対向する開口端部に有する主磁極、１１は主磁極に巻装された励磁コイルである。
【０００７】
このような構成の荷電粒子ビームの軌道偏向電磁石において、主コイル１１に直流電流を導通することにより、均一磁場が図示１９の方向に励磁された場合、電磁石中に入射した正電荷の荷電粒子２０の中心軌道は、進行方向に直角にローレンツ力を受けて円軌跡を描く。
【０００８】
ここで、ビームの運動量をＰ［Ｇｅｖ／ｃ］、偏向磁場強度をＢ［Ｔ］、偏向半径をρ［ｍ］とするとＰ∝Ｂρの関係がある。従って、ビームのエネルギーがずれた場合、偏向磁場を変えてやれば偏向半径は変わらず、ビーム軌道は変化しない。
【０００９】
偏向電磁石がビームを水平に偏向するならば、水平方向の輸送行列は
【数１】
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【００１０】
と表される。
【００１１】
また、図９（ａ）に示すように偏向電磁石２の端部に有する入出射ビームに対する角度をエッジ角２１と呼び、これは電子４の収束及び発散作用を持つ。
【００１２】
いま、図９（ａ）で考えると軌道中心から外側にずれた電子４ａはエッジ角により、軌道中心の電子より磁場を感じる領域が少ない（磁場を通過する時間が少ない）のであまり曲げられない。
【００１３】
逆に内側の電子４ｂは軌道中心の電子より（磁場を通過する時間が長いので）曲げられ、結果的に発散作用として働く。エッジ角の輸送行列はエッジ角をεとすると
【数２】
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【００１４】
である。従って、偏向電磁石本体の偏向角は、ビームを１８０度偏向させるため変えられないが、エッジ角εを変えれば偏向電磁石の収束力を変えることができる。
【００１５】
ところで、電子線装置では、小型化するために偏向電磁石にビームを収束及び発散させる４極磁場成分を持たせることが多く、その方法として磁極に傾きをつける、エッジ角をつけて収束効果をもたせるなどがあるが、磁極形状で偏向と収束の効果の比が決まっているので、偏向電磁石を製作した後に調整することはできない。
【００１６】
このため、電子線装置の偏向電磁石は、図９（ｂ）に示すようにエッジ角２１を持ち、副磁極１３にコイルを巻き逆磁場を発生させて主磁極１２による磁場で１８０度以上偏向させてやることで収束力をもたせている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このように従来の電子線装置では、ビームが発散して広がって途中で失われるのを防ぐため、収束力の調整機構が必要である。また、ビームの発散・収束状態を実際に確認するためのビームの位置と大きさをモニタする機能も必要である。
【００１８】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、偏向電磁石の磁極端部を簡単な組立式として、エッジ角による収束力を容易に変えることができる電子線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】
【００１９】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電子線装置を構成するものである。
【００２０】
請求項１に対応する発明は、電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、前記偏向電磁石の磁極端部に入出射ビームに対して所望のエッジ角を有する鉄片を着脱可能に取付けて、収束力を調整可能にしたものである。
【００２１】
請求項２に対応する発明は、電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、前記偏向電磁石の主磁極の電子ビーム入出射端面側に副磁極を一体的に形成し、この副磁極の内端に入出射ビームに対して所望のエッジ角と磁極面積を持つ磁極部を着脱可能に取付ける構成として収束力を調整可能にしたものである。
【００２２】
請求項３に対応する発明は、電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、各偏向電磁石のリターンヨークを切欠いて真空ダクトをリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクトの外部突出端にカレントトランスフォーマによる計測装置を設けてビーム電流を測定可能にしたものである。
【００２３】
請求項４に対応する発明は、電子銃から出射した電子を高周波加速空胴に導き、この高周波加速空胴内で電子を加速すると共に、この加速された電子を前記高周波加速空胴の外部に設けられた偏向電磁石により、ビーム軌道を１８０度偏向した後、再度前記高周波加速空胴内に入射して加速することを複数回繰返して、高エネルギーを得る電子線装置において、各偏向電磁石のリターンヨークを切欠いて真空ダクトをリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクトの外部突出端に蛍光板による計測装置を設けたものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、偏向電磁石のエッジ角を変えることにより、ビームの収束力を変えることが可能である。また、カレントトランスフォーマを設置することにより、電流値の測定が可能である。さらに、蛍光板を用いることによりビーム形状を診断することが可能である。これらを組み合わせることにより、取り出しビームの最適化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明による電子線装置の第１の実施形態における偏向電磁石を示す断面図で、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００２７】
第１の実施形態では、図１（ａ）（水平断面図），（ｂ）（縦断面図）に示すように高周波加速空胴１のビーム入出射口近傍に設けられ、且つ加速空胴内外を入出射する電子の軌道を１８０度偏向する偏向電磁石２と加速空胴１背面の各ビーム入出射口との間に対応する部分がベローズ１７ａで構成された真空ダクト１７により結合し、また偏向電磁石２の背面部にコの字形の固定具９を取付け、この固定具９に有するネジ穴に螺挿たれたネジ溝付シャフト８をモータ７の回転軸に連結する構成とするものである。
【００２８】
この場合、モータ７は遠隔操作により起動、停止は勿論、回転数の制御が可能になっている。
【００２９】
このような構成の電子線装置とすれば、モータ７によりボールネジ等のネジ溝付シャフト８を回転させることで偏向電磁石２が真空ダクト１７のベローズ１７ａ部分の伸縮により移動し、偏向電磁石２と加速空胴１背面との距離Ｌを変えることができる。
【００３０】
従って、ビーム軌道の長さが加速空胴１と偏向電磁石２との間の距離の変化分の２倍変化するので、加速空胴１の電場と同期するビームの加速位相を容易に調整することができる。また、モータ７を遠隔操作により制御できるので、運転中でも加速位相を調整することが可能である。なお、偏向電磁石２の移動方向は電子ビーム４の入射・出射方向と厳密に一致している必要があるので、前記ネジ溝付シャフト８等は、精密なものを用いる必要がある。
【００３１】
図２は本発明による電子線装置の第２の実施形態における偏向電磁石を示す断面図で、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００３２】
第２の実施形態では、図２（ａ）（縦断面図），（ｂ）（（ａ）のＢ−Ｂから見た水平断面図）に示すように偏向電磁石２の主磁極１２の端部に入出射ビームに対して所望のエッジ角を持つ鉄片１０を図示しない磁性体からなるボルトにて取付ける構成とするものである。
【００３３】
このような構成の電子線装置とすれば、鉄片１０を取付けることにより前述した（２）式に示す輸送行列におけるエッジ角εを変えることができるので、偏向電磁石２の収束力の調整が可能である。
【００３４】
図３は本発明による電子線装置の第３の実施形態における偏向電磁石を示すもので、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００３５】
第３の実施の形態では、図３（ａ）（縦断面図），（ｂ）（（ａ）のＣ−Ｃから見た水平断面図），（ｂ）に示すように偏向電磁石２の主磁極１２の電子ビーム入出射端面側に副磁極１３を主磁極１２に一体的に形成し、且つこの副磁極１３に副コイル１４を巻装すると共に、副磁極１３の内端に磁極部１５をボルト締めで固定する構成とするものである。この場合、磁極部１５は入出射ビームに対して所望のエッジ角と磁極面積を持つ鉄片から構成されている。
【００３６】
このような構成の電子線装置とすれば、副磁極１３の内端に所望のエッジ角と磁極面積を持つ鉄片からなる磁極部１５を取付けることにより、前述した（２）式に示す輸送行列におけるエッジ角εを変えることができるので、偏向電磁石２の収束力の調整が可能である。
【００３７】
図４は本発明による電子線装置の第４の実施形態における偏向電磁石を示す断面図で、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００３８】
第４の実施の形態では、図４（ａ）（水平断面図），（ｂ）（縦断面図）に示すように各偏向電磁石２のリターンヨーク１８を切欠いて真空ダクト１７をリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクト１７の外部突出端にカレントトランスフォーマ１６による計測装置を設ける構成とするものである。
【００３９】
この計測装置は、真空ダクト１７に接続された計測用ダクト１７ｂの外周部に設けられたカレンントトランスフォーマ１６と、計測用ダクト１７ｂの後端に取付けられた冷却装置付模擬負荷２２とを備えている。
【００４０】
このような構成の電子線装置とすれば、偏向電磁石２を無励磁状態にして加速空胴内に電子を注入することで、カレンントトランスフォーマ１６により各加速空胴通過後のビーム電流を測定することができる。また、電子ビームは冷却装置付模擬負荷２２により熱に変換された後冷却される。
【００４１】
図５は本発明による電子線装置の第５の実施形態における要部を示す断面図で、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００４２】
第５の実施形態では、図５に示すように各偏向電磁石２のリターンヨーク１８を切欠いて真空ダクト１７をリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクト１７の外部突出端に蛍光板２４による計測装置を設ける構成とするものである。
【００４３】
この計測装置は、真空ダクト１７に接続されたほぼＺ字形の計測用ダクト１７ｃ内の電子入射位置に蛍光状態が下方から観察できるように傾斜させて設けられた蛍光板２３と、計測用ダクト１７ｃ内の下部位置に設けられこの蛍光板２３の発光状態を写し出す鏡２４と、この鏡２４に写し出された発光状態からビームプロファイルを測定する測定部２５とを備えている。
【００４４】
このような構成の電子線装置とすれば、偏向電磁石２を無励磁状態にして加速空胴内に電子を注入することで、蛍光板２３は電子線が当たることで発光し、鏡２４に写し出される発光位置を計測部２５にて捉えることにより、各加速ギャップ通過後のビームプロファイルの測定ができる。従って、電子ビーム形状を診断することができる。なお、前記蛍光板２３は電子線が当たることにより発熱するため、冷却機構を設けることが望ましい。また、計測部２５はＣＣＤカメラ、工業用カメラ等光の分布が識別できるものであれば問わない。
【００４５】
図６は本発明による電子線装置の第６の実施形態における要部を示す断面図で、全体の構成としては従来例で述べた図７と同様なので、ここでは該当する同一部品には同一符合を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。
【００４６】
第６の実施形態では、図６に示すように各偏向電磁石２のリターンヨーク１８を切欠いて真空ダクト１７をリターンヨーク外部に電子ビーム入射方向と同一方向に延出し、この真空ダクト１７の外部突出端に蛍光板２４による計測装置を設ける構成とするものである。
【００４７】
この計測装置は、真空ダクト１７に接続された直線状の計測用ダクト１７ｃ内の後方位置に設けられた穴開き蛍光板２６と、この蛍光板２６の穴周縁部の発光状態からビームプロファイルを測定する測定部２７とを備えている。
【００４８】
このような構成の電子線装置とすれば、偏向電磁石２を無励磁状態にして加速空胴内に電子を注入することで、蛍光板２３の穴周縁部が発光し、この発光状態を計測部２７で捉えることにより、各加速ギャップ通過後のビームプロファイルの測定ができる。従って、電子ビーム形状を容易に診断することができる。
【００４９】
この場合、調整は偏向電磁石の電流を蛍光板の穴周縁部の対角する両端が光る中間の電流値に設定することで簡単に行なえる。
【００５０】
また、穴明き蛍光板２３を使用しているので、蛍光板の下方から計測しなくても電子ビームの入射方向からの測定が可能である。なお、蛍光板２３の穴の大きさは、あらかじめ計算シミュレーションにより求められた大きさにしておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は本発明による電子線装置の第１の実施形態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。
【図２】（ａ）は本発明による電子線装置の第２の実施形態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図。
【図３】本発明による電子線装置の第３の実施形態における偏向電磁石を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図。
【図４】本発明による電子線装置の第４の実施形態における偏向電磁石を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図。
【図５】本発明による電子線装置の第５の実施形態における偏向電磁石を示す断面図。
【図６】本発明による電子線装置の第６の実施形態における偏向電磁石を示す断面図。
【図７】（ａ）は従来の電子線装置を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う矢視断面図、（ｃ）は各軌道間でサイン波により励振される加速電場のタイムチャート。
【図８】従来の偏向電磁石を示す断面図。
【図９】（ａ）は従来の偏向電磁石のエッジ角を説明するための図、（ｂ）は従来の電子線装置の偏向電磁石を示す断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…空胴、２…偏向電磁石、３…加速電極、４…電子、５…電子銃、７…モータ、７ａ…モータ支持台、８…シャフト、９…固定具、１０…鉄片、１１…コイル、１２…主磁極、１３…副磁極、１４…副コイル、１５…副磁極磁極部、１６…カレントトランスフォーマ、１７、１７ｂ〜１７ｄ…真空ダクト、１７ａ…ベローズ、１８…リターンヨーク、１９…励磁方向、２０…正の荷電粒子、２１…エッジ角、２２…冷却装置付模擬負荷、２３…蛍光板、２４…鏡、２５，２７…計測部、２６…穴明き蛍光板
【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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