JP2004361195A

JP2004361195A - 電子ビーム照射装置とその監視システム

Info

Publication number: JP2004361195A
Application number: JP2003158883A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hirakawa; 川哲也平; Yoichi Sato; 藤洋一佐; Teruyuki Hakoda; 田照幸箱; Takuji Kojima; 嶋拓治小
Original assignee: Iwasaki Denki KK; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Iwasaki Denki KK; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】複数の電子ビームを互いに重ね合わすように連ねて大きな照射処理幅を得るようにした電子ビーム照射装置に関して、その照射処理幅の全体にわたって均整度の良い照射強度分布が得られるようにする。
【解決手段】夫々に電子発生部（３）を内装した複数本の電子ビーム管（２、２…）が、その管端開口部（４）から放出される電子ビームを一括的に透過させる照射窓（６）を設けたヘッド部（５）に対して並列状態で気密に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム照射装置とその稼動状況を監視する放射線照射装置の監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時は、電子ビーム照射装置の小型化を図るために、カソードとグリッドとを有する電子発生部が内装されたガラス管で成る電子ビーム管と、その電子発生部と対向する位置に電子ビームを透過させる照射窓が設けられたヘッド部とを分離不能に合体させて、真空管の如き高真空の気密容器に形成された真空管タイプの電子ビーム放出管が使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】この真空管タイプの電子ビーム放出管は、小型で交換作業等が容易であるという利点を有する反面、照射窓やカソードのいずれかが故障あるいは劣化を生ずると廃棄処分せざるを得ない再生利用不能な使い捨て商品であり、省資源・省コストに資することができないという不利があると共に、それ１本で電子ビームの照射処理が可能な処理幅は最大でも数ｃｍ程度であるから、ごく小さな被処理物のみしか処理できないという欠点を有していた。
【０００４】なお、電子ビーム管とヘッド部とを大型化してヘッド部に設ける照射窓のサイズも大きくすれば、処理幅を大きくすることができるが、ガラス製の電子ビーム管は、その全体サイズを大きくすると割れやすくなるという問題がある。
【０００５】このため、被処理物を照射処理する処理室に複数本の電子ビーム放出管を並設して、それら各電子ビーム放出管から放出される電子ビーム同士を互いに重ね合わせることによって大きな照射処理幅を得ようとする提案がなされている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特表平１０−５１２０９２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８２０００号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く複数本の電子ビーム放出管を並設して大きな照射処理幅を得ようとした場合に、各電子ビーム放出管は、そのヘッド部に設ける照射窓のサイズが電子ビーム管の径よりも小さいうえ、電子ビーム管で発生した電子ビームが各々の照射窓を透過して照射されるため、それら電子ビーム同士を互いに重ね合わせて全体的に均整化された照射強度分布を得ることが難しく、照射強度分布の均整度を高めるにも限度があるので、被処理物に処理ムラを生ずるおそれがあった。
【０００８】そこで請求項１に係る発明は、電子ビーム同士が互いに重なり合って大きな照射処理幅が得られると同時に、その照射処理幅の全体にわたって均整度の良い照射強度分布を得ることが可能な電子ビーム照射装置を提供することを技術的課題としている。
【０００９】また、上記の如く複数本の電子ビーム放出管から照射される電子ビームを互いに重ね合わせて被処理物の照射処理幅を大きくする場合は、その電子ビーム放出管の一つに故障や劣化が生ずると照射強度分布の均整度が損なわれ、また、例えば高真空に排気される真空チャンバ内にカソードとなるフィラメントが複数本並列に設けられた大型の電子ビーム照射装置は、そのフィラメントの１本が断線を生ずると照射強度分布の均整度が損なわれ、いずれの場合もこれを放置すると被処理物の製品不良率が高まるおそれがある。
【００１０】そこで請求項７に係る発明は、電子ビーム照射装置から照射される電子ビームの照射強度を簡易で安価な手段によって正確に検出し、その照度強度が変化したときに電子ビーム照射装置の稼動を停止させたり、警報装置を作動させることができる放射線照射装置の監視システムを提供することを技術的課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、夫々に電子発生部を内装した複数本の電子ビーム管が、その管端開口部から放出される電子ビームを一括的に透過させる照射窓を設けたヘッド部に対して並列状態で気密に取り付けられていることを特徴とする電子ビーム照射装置である。
【００１２】本発明の電子ビーム照射装置は、夫々に電子発生部を内装した各電子ビーム管の管端開口部から電子ビームが放出されて、それらの電子ビームが、電子ビーム管を並列状態で気密に取り付けたヘッド部に設けられている照射窓を一括的に透過して外部に照射される。このとき、各電子ビーム管の管端開口部から放出される電子ビームは、その放出域を大きくすることが容易であるから、隣接する電子ビーム管から放出される電子ビーム同士を互いに重ね合わせて大きな照射処理幅を得ることも容易であると同時に、その照射処理幅の全体にわたって照射強度を均整化させるように電子ビーム同士の重なり具合を調整することも容易であり、しかも、それら電子ビームは、個々別々の照射窓を透過せずに、ヘッド部に設けられた照射窓を一括的に透過して照射されるので、すこぶる均整な照射強度分布を得ることができる。
【００１３】次に、請求項７に係る発明は、電子ビーム照射装置等の放射線照射装置の稼動状況を監視する監視システムであって、放射線照射装置から照射される放射線によりその照射域の気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光を検出する光学センサと、該光学センサで検出したプラズマ発光の光量に応じて制御信号を出力するコントローラとを備えていることを特徴とする。
【００１４】本発明の監視システムは、電子ビーム照射装置から照射される電子ビームの照射強度を比較的安価な光学センサで簡単且つ正確に検出して、例えばその照射強度が一定値以下に低下したときに、コントローラから電子ビーム照射装置の稼動を停止させたり、警報装置等の各種報知装置を作動させる制御信号を出力して被処理物の製品不良率を著しく低減することができる。
【００１５】すなわち、本発明によれば、電子ビーム照射装置から照射される電子ビームにより気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光の光量によって電子ビームの照射強度を検出し、その照射照度が一定以上低下したときに、コントローラから電子ビーム照射装置の稼動を停止させる制御信号等を出力して、電子ビームの照射強度低下による処理不良の発生を確実に防止することができる。また、プラズマ発光の検出ポイントが異なる光学センサを二以上備えると、照射強度分布の均整度を監視して、その均整度が損なわれたときに電子ビーム照射装置の稼動を停止させることもできる。
【００１６】なお、電子ビーム照射装置から照射される電子ビームの照射強度を検出する従来技術としては、電子ビームが照射窓に当たったときに発生するＸ線の量を計測する手段や、電子ビームが被処理物に照射されたときに被処理物が発する蛍光の量を計測する手段が提案されているが、前者の手段は著しくコストが嵩むので実用的でなく、また、後者の手段は被処理物の形状や位置によって蛍光の発生量が異なるためその蛍光量によって電子ビームの照射強度を正確に検出することは困難であった。これに対し、本発明は、電子ビーム照射装置から照射される電子ビームにより気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光の光量を光学センサで検出するので、コストが嵩まず、しかも、電子ビームの照射強度を簡単且つ正確に計測することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面によって具体的に説明する。
図１は本発明に係る電子ビーム照射装置の一例とその照射強度分布を示す図、図２は電子ビーム照射装置の稼動状況を監視する監視システムの一例を示す図である。
【００１８】図１の電子ビーム照射装置１は、夫々に電子発生部３を内装した複数本の電子ビーム管２、２…が、その管端開口部４から放出される電子ビームを一括的に透過させる照射窓６を設けたヘッド部５に対して並列状態で気密に取り付けられている。
【００１９】電子ビーム管２は、ガラス等の電気絶縁性材料で成形され、カソードとグリッドとを有した電子発生部３に高電圧を供給する高電圧ケーブル７を接続するための配線口となる片端側が溶封等により気密封止されると共に、その片端側に高電圧ケーブル７と電子発生部３とを切り離し可能に接続するためのコネクタ８を取付支持するブラケット９が設けられている。
【００２０】ヘッド部５は、電子ビームを透過させ難いステンレス等の金属で形成され、図で見てその上面側に、電子ビーム管２の取付穴１０、１０…が一定のピッチで複数並んで穿設されると共に、その取付穴１０に電子ビーム管２を気密に且つ脱着可能に取り付けるＯ−リング１１とＯ−リング押さえ１２が設けられている。一方、ヘッド部５の下面側は、略全面的に開口せられ、その開口部が各電子ビーム管２、２…の管端開口部４、４…から放出される電子ビームを一括的に透過させる照射窓６によって気密封止されている。なお、照射窓６は、ヘッド部５に対して脱着可能に取り付けられ、また、ヘッド部５に取り付ける各電子ビーム管２は、隣接する電子ビーム管２と互いの電子ビーム放出域が照射窓６の面上で一部重なり合うように配置されている。
【００２１】また、ヘッド部５の側面には、ヘッド部５と該ヘッド部５に気密に取り付けられた電子ビーム管２、２…とで形成される内部空間１３を高真空に排気する真空排気装置（図示せず）への配管接続口１４が設けられると共に、その配管接続口１４に、該配管接続口１４を開閉する気密バルブ１５が介装されている。
【００２２】また、ヘッド部５の上面には、その上面に取り付けられた電子ビーム管２、２…を一括して収容する絶縁油ケース１６が取り付けられている。該ケース１６は、高電圧ケーブル７から電子ビーム管２の電子発生部３に供給する高電圧が電子ビーム管２の表面を伝ってヘッド部５へリークすることを防止するための絶縁油を充填するケース本体１７と、該ケース本体１７を密閉する蓋体１８とで成り、蓋体１８には、その蓋体１８を貫通して高電圧ケーブル７、７…を配線するための絶縁ブッシング１９が設けられている。
【００２３】以上の如く構成された電子ビーム照射装置１は、ヘッド部５に設けられた配管接続口１４から真空排気して内部空間１３を高真空とし、各高電圧ケーブル７から各電子ビーム管２の電子発生部３に高電圧を供給して、電子ビーム管２、２…の管端開口部４から一斉に電子ビームを放出させると、それら電子ビームが電子ビーム管２、２…の並ぶ方向に沿って途切れなく連なるように重なり合ってヘッド部５の照射窓６を一括的に透過し、図１に示すように照射処理幅が広くて照射強度分布の均整度が良好な電子ビームが得られるので、大きな被処理物を照射処理することができると同時に、処理ムラによる製品不良率を著しく低減することができる。
【００２４】また、電子ビーム照射装置１は、例えばその製造メーカにおいて、上記と同様の手順で試験的に稼動させてコンディショニング等の前処理を行った後、配管接続口１０に介装された気密バルブ１５を閉鎖して内部空間１３を真空状態に保持した状態、あるいは内部空間１３内に不活性ガスを導入して気密バルブ１５を閉鎖した状態で出荷することにより、ユーザーは、面倒なコンディショニング作業を行うことなく直ちに使用することができるという利点がある。
【００２５】また、電子ビーム照射装置の故障原因の殆どは、照射窓とカソードの故障や劣化によるものであるが、一般に、カソードの耐久寿命は約５０００時間程度であるのに対し、照射窓のそれは約２０００時間程度であるから、図１の照射窓６が故障や劣化を生じても、電子発生部３のカソードは未だ使用可能な場合が多い。この場合は、気密バルブ１５を閉鎖して、内部空間１３を真空状態に保持した状態、あるいは不活性ガス雰囲気に保持した状態で、電子ビーム照射装置１をその製造メーカ等に持ち込み、故障や劣化を生じた照射窓６だけを新品と交換し、電子発生部３のカソードは交換せずにそのまま再使用することにより、省資源・省コストに資することができる。つまり、電子ビーム照射装置１は、ヘッド部５と各電子ビーム管２、２…とで形成される内部空間１３が、真空管のように高真空の気密空間に形成されたものであっても良いが、図１の如く内部空間１３を真空排気して使用するものであれば、再生利用が可能であるという利点を有する。
【００２６】そして、電子ビーム照射装置１の稼動中に、電子ビーム管２、２…のいずれかが電子発生部３のカソードに故障を生ずるなどの異常が発生したときは、その異常を図２に示す監視システムによって検知し、電子ビーム照射装置１の稼動を即座に停止させることができる。
【００２７】すなわち、図２は、電子ビーム照射装置１等の放射線照射装置から照射される放射線によりその照射域の気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光を検出する光学センサ２０と、該光学センサ２０で検出したプラズマ発光の光量に応じて制御信号を出力するコントローラ２１とを備えた放射線照射装置の監視システムである。
【００２８】この監視システムは、電子ビーム照射装置に限らずガンマ線照射装置その他高エネルギー放射線を照射する装置に広く適用可能なものであるが、これを例えば図１の電子ビーム照射装置１に適用する場合は、図２の如く該装置１の照射窓３を透過して照射される電子ビームによりその照射域の気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光ＰをフォトダイオードやＣＭＯＳ等の光学センサ２０で検出し、該センサ２０で検出したプラズマ発光の光量が一定範囲を超えると、コントローラ２１から電子ビーム照射装置１に対して該装置の稼動を即座に停止させる制御信号等を出力するようになっている。
【００２９】また、図２の監視システムは、特に、図１の如く電子ビーム管２、２…から放出される複数の電子ビームを連ねて成る照射強度分布の均整度を監視するもので、プラズマ発光Ｐの検出ポイントＡ〜Ｃが異なる二以上の光学センサ２０、２０…を備え、コントローラ２１が、各光学センサ２０、２０…の検出値と、当該各センサごとに予め設定された設定値とを比較して、その差値が一定範囲を超えたときに電子ビーム照射装置１の稼動を停止させる制御信号もしくは警報装置を作動させる制御信号を出力するようになっている。
【００３０】各光学センサ２０、２０…ごとに予め設定する各設定値は、電子ビーム照射装置１の照射強度分布が所望の分布を成しているときの各検出ポイントＡ〜Ｃにおけるプラズマ発光Ｐの光量に相当する値とし、いずれかの電子ビーム管２に設けられた電子発生部３のカソードが劣化するなどして照射強度分布が崩れ、上記各設定値と各光学センサ２０、２０…の検出値との差値が一定範囲を超えたときに、コントローラ２１から電子ビーム照射装置１の稼動を停止させる制御信号が出力される。
【００３１】なお、各光学センサ２０、２０…は、プラズマ発光Ｐの検出ポイントＡ〜Ｃに直接対峙させるように設置しても良いが、図２の如く各検出ポイントＡ〜Ｃにおけるプラズマ発光Ｐを反射ミラー２２、２２…を介して検出するようにすれば、その設置場所の自由度が著しく高まり、より多くの光学センサ２０を使用して照射強度分布の微細な変化も正確に検出することが可能となる。なお、反射ミラーに限らず、プラズマ発光Ｐをプリズムや光ファイバを介して光学センサ２０で検出する場合であってもよい。
【００３２】また、光学センサ２０やコントローラ２１等の機器類と、電子ビーム照射装置１等の放射線照射装置との間を、光学センサ２０によるプラズマ発光Ｐの検出を妨げない放射線遮蔽ガラス２３で隔絶して、光学センサ２０やコントローラ２１等の機器類の設置場所を放射線遮蔽ガラス２３で防護すれば、電子ビームが照射窓６に当たったときに生ずるＸ線等によって、それら機器類が劣化することを防止することができると同時に、それら機器類の点検調整作業等を安全に行うことができる。
【００３３】なお、反射ミラー２２、２２…や放射線遮蔽ガラス２３を使用する場合は、それらの表面に付着した汚れによって光学センサ２０の検出精度が損なわれないようにするため、定期的に圧縮エアーや窒素ガスを吹き付けて表面に付着する汚れを払拭させることが望ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の電子ビーム同士が互いに重なり合うように連なって大きな照射処理幅が得られると同時に、その照射処理幅の全体にわたって均整度の良い照射強度分布が得られる小型の電子ビーム照射装置を提供することができ、また、その照射強度や照射強度分布の均整度を監視して被処理物の処理ムラを防止し、被処理物の製品不良率を著しく低減することができるという大変優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム照射装置の一例とその照射強度分布を示す図
【図２】本発明に係る放射線照射装置の監視システムの一例を示す図
【符号の説明】
１………………電子ビーム照射装置
２………………電子ビーム管
３………………電子発生部
４………………電子ビーム管の管端開口部
５………………ヘッド部
６………………照射窓
１３………………内部空間
１４………………配管接続口
１５………………気密バルブ
２０………………光学センサ
２１………………コントローラ
２２………………反射ミラー

Claims

夫々に電子発生部を内装した複数本の電子ビーム管が、その管端開口部から放出される電子ビームを一括的に透過させる照射窓を設けたヘッド部に対して並列状態で気密に取り付けられていることを特徴とする電子ビーム照射装置。
前記ヘッド部と前記各電子ビーム管とで形成される内部空間が、高真空の気密空間に形成されている請求項１記載の電子ビーム照射装置。
前記ヘッド部に、該ヘッド部と前記各電子ビーム管とで形成される内部空間を高真空に排気する真空排気装置への配管接続口が設けられている請求項１記載の電子ビーム照射装置。
前記配管接続口に、該配管接続口を開閉する気密バルブが介装されている請求項３記載の電子ビーム照射装置。
前記各電子ビーム管が、前記ヘッド部に対して脱着可能に取り付けられている請求項３又は４記載の電子ビーム照射装置。
前記各電子ビーム管が、隣接する電子ビーム管と互いの電子ビーム放出域が前記照射窓の面上で一部重なり合うように配置されている請求項１、２、３、４又は５記載の電子ビーム照射装置。
電子ビーム照射装置等の放射線照射装置の稼動状況を監視する監視システムであって、放射線照射装置から照射される放射線によりその照射域の気体分子が励起されて生ずるプラズマ発光を検出する光学センサと、該光学センサで検出したプラズマ発光の光量に応じて制御信号を出力するコントローラとを備えていることを特徴とする放射線照射装置の監視システム。
前記プラズマ発光の検出ポイントが異なる二以上の前記光学センサを備え、前記コントローラが、前記各光学センサの検出値と当該各光学センサごとに予め設定された設定値とを比較して、その差値が一定範囲を超えたときに放射線照射装置の稼動を停止させる制御信号もしくは警報装置を作動させる制御信号を出力する請求項７記載の監視システム。
前記プラズマ発光を反射ミラー、プリズムもしくは光ファイバを介して前記光学センサで検出する請求項７又は８記載の監視システム。
前記光学センサ及び前記コントローラと、前記放射線照射装置との間が、前記光学センサによる前記プラズマ発光の検出を妨げない放射線遮蔽ガラスによって隔絶されている請求項７、８又は９記載の監視システム。