[发明专利]用于分析带电粒子束的密度的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量仪器的领域，特别是用于测量离子束或电子束的直径和形状的仪器的领域，尤其是在工具例如离子注入机或用于通过电子束焊接的仪器中。

背景技术

电子束机器具有各种各样的应用，特别是应用在焊接、表面修饰、X射线产生、电子束制版、电子显微术领域以及还在很多其他领域中。这些应用不适合于聚焦的精确控制需要和束对准的需要以及确定电子束中能量分布的特殊需要。

如果束的能量分布可以被控制并精确地知道，那么可复制的电子束产生就可以独立于机器或操作者进行。用于调节能量分布的常规方法基于在次级靶上目测调节所述束的焊接专业操作者的专有技术。操作者注视所发出的光的辐射的强度，而不是直接测量束的能量分布。该古老的方法本身是不精确的，苛求有经验的操作者和精确的判断以实现束的准确聚焦。明显地，每个操作者可以根据由他所见进行的解释有区域别地调节参数。

有关的电流密度被许多变量影响，如电极的形状、聚集的调节、发射距离、电流的值、加速张力(tension d’accélération)、真空的水平和电极的对准。这些参数的变化可以造成束的电流密度分布的变化，这可以对焊接的焊透、焊缝的宽度和由电子束所焊接的物体的表面质量具有显著的影响。

用于调节束的常规方法不是完全令人满意的。已开发了各种仪器以确定电子束或离子束的各种特征，例如束的组态、直径、最大能量、束的宽度、电流密度等。在不同的仪器中，有转动丝探测器(sonde àfil tournant)、销钉孔装置(dispositif àtrou épingle)、改进的法拉第笼、改进或改善的法拉第笼、转动的有裂缝的双盘扫描仪。

这些定量诊断部件旨在更好地确定电流密度的分布，并因此通过该偏差更好地控制束的聚焦的条件。为了获得电子束的电流密度的最真实的图像，所述束理想地应当处于停顿而不是从分析工具上面扫描(该扫描可以与转动丝类型的工具和改进的或改善的法拉第笼一起使用)。

发明内容

本发明的目标在于提出一种用于分析带电粒子束，尤其是电子束或离子束的装置和方法，其使得能够确定束的截面中的电流密度的分布，和因此确定功率的分布。此外，本发明的目标在于提出一种不使用断层X线摄影重构(reconstruction tomographique)的解决方案。

根据本发明的第一目标，用于分析带电粒子入射束的电流密度的这种装置的特征在于：所述装置包括一个活动靶，所述靶被布置以便在分析过程中在其中投射所述入射束；至少一个孔，其穿过该活动靶并且被布置以便当所述活动靶移动时每个孔按照各自的路径经过所述束的截面，以及仅入射束的一部分通过所述孔穿过所述靶；和，用于测量所述部分的电流密度的部件。

优选地，该靶是围绕轴线旋转活动的；并且，每个孔的行程是在该轴线上定中心的圆弧。有利地，该靶包括至少一个标记孔，该标记孔的截面显著不同于，优选地，两倍于所述至少一个孔的截面。该靶可以包括数个孔，优选地，由孔经过的圆弧有规律地彼此径向间隔开。由这些孔经过的圆弧也可以在中间区域中径向地较接近而在所述中间区域两侧彼此径向地较远离。所述孔可以有规律地彼此成角度地间隔开，或不是如此。

优选地，用于测量所述部分的电流密度的部件包括至少一个法拉第笼。

该装置还可以包括激励靶，优选地，冷激励靶。因而，该装置可以包括用于使入射的待分析束向激励靶的方向偏转的部件。

根据本发明的第二目标，用于分析带电粒子入射束的截面中的电流密度的方法的特征在于，所述方法包括以下步骤，用于：

-测量入射束的部分中的电流密度的谱图(profil)，所述谱图对应于所分析的截面中的至少一个行程；和

-从所述谱图开始重构所述截面中的电流分布。

为了测量所述谱图，使穿有至少一个孔的靶在束与用于测量部分中的电流密度测量的部件之间移动；并且每个部分是穿过这些孔之一的束的瞬时部分。

该靶可以是穿有至少一系列数个孔的围绕轴线的转动靶，优选地，所述孔相对于轴线径向地和/或成角度地有规律分布，所述孔具有彼此相同的截面。有利地，该靶包括具有不同于其他孔的截面的截面的标记孔，以便在所分析的截面中所述标记孔的行程引起谱图的异常，以便通过确保两个异常出现在谱图中来检验该分析是完整的。两个相继异常的出现可以被用于确定在该分析时靶的实际旋转速度。

根据本发明的方法还包括以下步骤，用于：

-在所述靶(2)上定位所述束(F)，优选地，为弱电流的散焦的和非偏转的束，所述靶(2)是转动靶；然后，