CN103295861A - 激光离子源 - Google Patents

Abstract

本发明提供能不破坏真空条件地进行靶的补给的激光离子源。离子生成真空容器（110）被真空排气，被输送并配置通过激光的照射发生离子的靶（112）。阀（130）设置在离子生成真空容器（110）的侧面，在向离子生成真空容器110内输送靶（112）时打开，在输送时以外关闭。靶补给容器（120）通过阀（130）安装于离子生成真空容器（110），将靶（112）能移动地保持，能与离子生成真空容器（110）独立地真空排气。保持在靶补给容器（120）内的靶（112），在关闭了阀（130）的状态下将靶补给容器内真空排气之后，在打开了阀（130）的状态下被输送到离子生成真空容器（110）内。

Description

激光离子源

技术领域

本发明涉及通过激光的照射发生离子的激光离子源。

背景技术

近年来，开发基于高能量碳离子照射的癌症治疗方法，开始使用了生成离子束的离子源的治疗。

为了该离子源的性能进一步提高，生成高密度的6价碳离子是不可欠缺的。但是，在例如使用了μ波放电等离子体的离子源中，这一点是无力的，所以期待新的离子源的开发。

另一方面，已知具有生成高密度离子束的能力的激光离子源。该激光离子源是如下装置：向在满足规定真空条件的空间内配置的固体靶聚光照射激光，通过该激光的能量而离子化，静电引出该离子来生成离子束。并且，在专利文献1及2中，公开了有关激光离子源的技术。

激光离子源的特征在于使用固体靶作为离子的发生源这点。这样通过使用固体靶，在激光离子源中，能引出高密度的离子电流。

但是，在使激光离子源继续动作的情况下，需要在激光离子源中补给离子的发生源（即固体靶）。

在例如使用了放电等离子体的离子源中，仅供给气体作为离子的发生源即可。与之相对，在激光离子源中，作为离子发生源的固体靶的每次补给，都将激光离子源大气释放来补给（交换）固体靶是一般的作法。并且，在引用文献3及4中虽然是面向UV光源的技术，但公开了关于靶的供给的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－037764号公报

专利文献2：日本专利第3713524号公报

专利文献3：日本特开2008－098081号公报

专利文献4：日本特开2011－003887号公报

考虑激光离子源对医疗的应用时，对激光离子源要求长时间的稳定动作，所以要求不破坏配置着作为离子发生源的固体靶（以下，简记作靶）的空间内的真空条件地进行靶的补给（交换）。

换而言之，在激光离子源中，确立不大破坏真空条件的连续的靶的补给方法是重要的。

但是，如上所述若每次补给靶就将激光离子源大气释放，则会破坏配置着靶的空间内的真空条件。

因此，在激光离子源中，需要用于供给靶的特别的功夫。

发明内容

本发明的目的在于提供能不破坏真空条件地进行靶的补给的激光离子源。

根据本发明的1个方式，提供一种激光离子源，具备：真空容器，被真空排气，被输送并配置靶，上述靶通过激光的照射发生离子；阀，设置在上述真空容器的侧面，向上述真空容器内输送靶时开放，上述输送时以外闭塞；靶补给容器，通过上述阀安装于真空容器，将上述靶能移动地保持，能与上述真空容器独立地真空排气；及输送构件，在关闭了上述阀的状态下将上述靶补给容器内真空排气之后，在打开了上述阀的状态下将保持在上述靶补给容器内的靶输送到上述真空容器内。

发明的効果如下：

根据本发明，可以得到能不破坏真空条件地进行靶的补给的激光离子源。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式涉及的激光离子源的概略构成的示意图。

图2是用于对本实施方式涉及的激光离子源中补给靶时的动作进行说明的侧面图。

图3是用于对本发明的第2实施方式涉及的激光离子源中补给靶时的动作进行说明的侧面图。

图4是示出补给用靶及导轨的组合的一个例子的截面图。

图5是示出补给用靶及导轨的组合的一个例子的截面图。

图6是示出补给用靶及导轨的组合的一个例子的截面图。

图7是示出补给用靶及导轨的组合的一个例子的截面图。

图8是示出补给用靶及导轨的组合的一个例子的截面图。

图9是示出本发明的第3实施方式涉及的激光离子源中使用的靶支架及输送棒的一个例子的示意图。

图10是示出本发明的第4实施方式涉及的激光离子源中使用的将靶固定的固定机构的一个例子的概略图。

图号说明

100、400…激光离子源，110…离子生成真空容器，111…靶移动装置，112、112a、112b…靶，113…靶移动台，120…靶补给容器，121…输送棒，130…阀，140、150…真空排气装置，160…靶输送装置，410…导轨，510…靶支架，520…输送棒，610…基准面，620…弹性体

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的各实施方式进行说明。

（第1实施方式）

图1是示出本发明的第1实施方式涉及的激光离子源的概略构成的示意图。

图1所示的激光离子源100具备离子生成真空容器110、靶补给容器120及阀（闸阀）130。

在离子生成真空容器110内，具备靶移动装置111。在靶移动装置111上，被输送并配置含有成为离子的元素的靶112。

靶移动装置111具有使靶112移动以便将针对靶112的激光的照射位置变更的功能。并且，靶112例如是碳系的板状部件。

并且，虽然在图1中省略，但在离子生成真空容器110中，具备将激光200聚光在靶112的表面上的的光学系统、使生成的离子加速的加速电极及用于将离子生成真空容器110内真空排气（排真空）的排气系统。

靶补给容器120通过阀130安装在离子生成真空容器110上。靶补给容器120通过排气系统（未图示），能与离子生成真空容器110独立地真空排气。

阀130设于离子生成真空容器110的一部分（侧面），具有在离子生成真空容器110和靶补给容器120之间对流路进行开关的功能。

阀130例如在向离子生成真空容器110内输送靶时打开，输送时以外关闭。并且，在阀130中，例如通过真空遮断阀进行开关。

根据上述的激光离子源100，将激光200聚光照射在靶112上，通过激光的能量发生离子300，将离子300静电引出而生成离子束。

具体而言，在激光离子源100中，通过对配置在离子生成真空容器110内的靶112聚光照射激光200，在激光被聚光照射的点（以下，记作照射点），靶112的微小部分被加热到高温，等离子体化，向空间放出。该等离子体中的离子也从激光200接受能量，从而生成多价离子。

在激光离子源100中，这样生成的离子300通过上述的离子生成真空容器110所具备的使生成的离子加速的加速电极而加速，作为高能量离子束而引出。

并且，由于在靶112上聚光照射高能量的激光200，所以能通过1次激光照射而在靶112的表面形成环形凹陷。为了激光离子源100的离子生成的稳定化，优选激光200的每次聚光照射，都在靶112的新面上照射激光200。

为此，在激光离子源100中，能通过上述的靶移动装置111，一点点移动靶112,以便避开用完的照射点（聚光照射了激光200的点）。

而且，对靶112聚光照射激光200时喷出的消融羽流（Ablation Plume）的中心，是照射点（照射面）的法线方向。也就是说，激光200的照射点的靶112的面配置（设定）成，从照射点立起的法线与激光离子源100中机械地决定的轴向（使离子300发生的方向）一致。以下，将激光离子源100中机械地决定的轴称作离子轴。并且，通过激光的高密度能量从基板表面喷出中性原子、带正/负电的离子等，但此时的粒子的喷出方向在垂直于基板的方向为优势，所谓消融羽流是指这样的粒子的喷出现象（消融）的喷出粒子的一团（根据独立行政法人日本原子能研究开发机构的术语解说）。

如上所述通过靶移动装置111一点点移动从而对例如靶112的全部的表面照射了激光200的情况下，需要交换在离子生成真空容器110内（的靶移动装置111上）配置的靶112（即，补给新的靶112）。

以下，参照图2，对本实施方式涉及的激光离子源100中补给靶112时的动作进行说明。并且，图2是将图1所示的激光离子源100从离子300的发生（放出）方向示出的侧面图，对激光200的输送系统及离子的加速电极等进行省略。

在此，假设是离子生成真空容器110内配置的靶112a的全部的面被激光200聚光照射的情况，即，需要靶112a的交换的情况。

这种情况下，离子生成真空容器110内为通过离子生成真空容器110所具备的真空排气装置140被真空排气。而且，为阀130被关闭的状态（以下，记作关闭状态）。

以下，将交换的用完的靶112a称作用完靶112a。

靶补给容器120内通过靶补给容器120所具备的真空排气装置150被真空排气。

接着，在打开了将离子生成真空容器110和靶补给容器120连接的阀130的状态（以下，记作打开状态）之后，离子生成真空容器110内配置的用完靶112a，例如通过从靶补给容器120插入到离子生成真空容器110内的输送棒121，引出到靶补给容器120内。

之后，使阀130为关闭状态，靶补给容器120被大气释放。引出到靶补给容器120为止的用完靶112a，与离子生成真空容器110内新补给的靶（以下，记作补给用靶）112b交换。

由此，在靶补给容器120内，补给用靶112b能移动地保持（配置）。该补给用靶112b安装在输送棒（棒状部件）121的前端。而且，在输送棒121的另一端，连接着用于将补给用靶112b输送到离子生成真空容器110内的靶输送装置160。

并且，由于阀130为关闭状态，所以即使在补给用靶112b配置在靶补给容器120中的作业期间，在离子生成真空容器110的内部也维持着真空排气的状态。

在补给用靶112b配置在靶补给容器120中的情况下，靶补给容器120内通过真空排气装置150被真空排气。

接着，在通过真空排气装置150的真空排气而使靶补给容器120的内部的压力变为离子生成真空容器110的内部的压力以下的时点使阀130为打开状态，补给用靶112b通过靶输送装置160及输送棒121输送到离子生成真空容器110内。

在此，在离子生成真空容器110中具备靶移动装置111，在靶移动装置111上设置靶移动台113。

输送到离子生成真空容器110内的补给用靶112b，固定在靶移动台113上，通过靶移动装置111而精度好地移动，以使得照射点（照射面）的法线方向与上述的离子轴向一致。

在本实施方式涉及的激光离子源100中补给补给用靶112b时，离子生成真空容器110内及靶补给容器120内都为真空排气的状态下阀130为关闭状态，仅将靶补给容器120内大气释放。

接着，补给用靶112b配置在靶补给容器120内时，靶补给容器120内再被真空排气之后，使阀130为打开状态，补给用靶112b输送到离子生成真空容器110内。

由此，不将离子生成真空容器110内大气释放，就能将补给用靶112b补给到离子生成真空容器110内。

并且，离子生成真空容器110所具备的靶移动装置111，包括例如电动致动器。在离子生成真空容器110内设置电动致动器的马达的情况，从离子生成真空容器110的外部供给电力，马达的旋转被控制。而且，在离子生成真空容器110设置的靶112（的面）在与激光离子源100中机械地决定的离子轴垂直的面内即可，基于靶移动装置111的靶112的移动方向可以是1个方向也可以是2个方向。

再者，靶112的移动可以通过能从离子生成真空容器110的外部操作的直线导入机进行，也可以通过能从离子生成真空容器110的外部操作的旋转导入机和离子生成真空容器110内设置的齿轮等进行。

如上所述在本实施方式中，通过具备离子生成真空容器110、阀130、靶补给容器120和靶输送装置160的构成，能不破坏真空条件地进行靶112的补给，其中，离子生成真空容器110被真空排气，被输送并配置通过激光200的照射发生离子的靶，阀130设置在离子生成真空容器110的侧面，在向离子生成真空容器110内输送靶112时开放，在输送时以外闭塞，靶补给容器120通过阀130安装在离子生成真空容器110上，使靶112能移动地保持，能与离子生成真空容器110独立地真空排气，靶输送装置160在关闭了阀130的状态下真空排气了靶补给容器120内之后，在打开了阀130的状态下将保持在靶补给容器120内的靶112输送到离子生成真空容器110内。

并且，在本实施方式中，说明了如图1及图2所示使用四边柱体（板状部件）的靶112（112a及112b）的情形，但靶112可以是四边柱体以外的多边柱体，也可以是例如圆柱体这样的形状。

（第2实施方式）

接着，参照图3，对本发明的第2实施方式进行说明。在图3中，对与上述的图2（及图1）一样的部分附加同一参照符号，省略其详细的说明。在此，主要对与图2不同的部分进行说明。

图3是从离子的发生（放出）方向示出了本实施方式涉及的激光离子源400的侧面图。

如图3所示，在本实施方式涉及的激光离子源400中，在从靶补给容器120到离子生成真空容器110之间设置导轨410。该导轨410为了对补给用靶112b的输送方向进行规定而设置。

并且，导轨410在阀130的位置被分割，以便不妨碍阀130的开关。

在本实施方式中，通过设置上述的导轨410，补给用靶112b被沿着导轨410输送到离子生成真空容器110内。由此，补给用靶112b正确地安装在设置在靶移动装置111上的靶移动台113上。

本实施方式的补给用靶112b及导轨410优选以在稳定了补给用靶112b的状态下确实能输送的构造的组合来使用。

在此，图4～图8示出补给用靶112b及导轨410的组合（即安装方法）的一个例子。并且，图4～图8是补给用靶112b的与行进方向垂直的面处的补给用靶112b及导轨410的截面图。

如图4～图8所示，补给用靶112b及导轨410构成为，将补给用靶112b嵌入与补给用靶112b的构造对应的导轨410中，从而不发生例如水平方向的错位。

即，图4为在导轨410形成凹部，在该凹部中嵌合补给用靶112b的构成。

在图5中，为在导轨410上形成截面三角形状的突部，在该突部上卡合被设置在补给用靶112b上的截面三角形状的凹部的构成。

并且，明白同样也可以采用图6～8所示的构成。

在本实施方式中，有关补给用靶112b沿着导轨410输送这点以外，与上述的第1实施方式一样，所以省略其详细的说明。

如上所述在本实施方式中，通过沿着在从靶补给容器120到离子生成真空容器110之间设置的导轨410输送补给用靶112b这样的构成，能在稳定补给用靶112b的状态下正确地安装（输送）在靶移动台113上。

而且，在本实施方式中，由于为导轨410在阀130的位置被分割的构成，在设置了导轨410的情况下也能避免导轨410成为阀130的开关的妨碍。

（第3实施方式）

接着，参照图9，对本发明的第3实施方式进行说明。并且，本实施方式涉及的激光离子源的构成的概略，与上述的第1实施方式一样，所以适当使用图1及图2进行说明。

在本实施方式中，如图9所示在补给用靶112b保持在靶支架510上的状态下，靶支架510输送到离子生成真空容器110内这一点，与上述的第1实施方式不同。

图9所示的靶支架510的与输送棒520的接合部分511，例如由磁性材料构成。另一方面，在输送棒520的与靶支架510（的与输送棒520的接合部分511）的接合部分521即前端，装入磁场发生装置。

通过使用这样的输送棒520，能磁捕获（吸引）并输送将补给用靶112b保持的靶支架510。

而且，靶支架510输送到离子生成真空容器110内，从而在设置在离子生成真空容器110中的靶移动台113上，安装补给用靶112b即可。

在本实施方式中，如图9所示关于使用输送棒520输送将补给用靶112b保持的靶支架510这点以外，与上述的第1实施方式一样，所以省略其详细说明。

如上所述在本实施方式中，通过具备保持补给用靶112b的靶支架510，将靶支架510输送到离子生成真空容器110内的构成，能提高补给用靶112b的补给作业的稳定性。

并且，在本实施方式中，对靶支架510的接合部分511由磁性材料构成的情形进行了说明，但也可以使靶支架510全体为磁性材料。

而且，在本实施方式中，对靶支架510的接合部分511由磁性材料构成，在输送棒520的接合部分521装入磁场发生装置的情形进行了说明，但也可以为在靶支架510的接合部分511使用电介质来代替磁性材料，在输送棒520的接合部分521发生静电场的构成。这种情况下，能静电捕获（吸引）并输送保持补给用靶112b的靶支架510。

再者，在本实施方式中，虽然说明了靶支架510的接合部分511由磁性材料构成，在输送棒520的接合部分521装入磁场发生装置，从而磁捕获靶支架510，但也可以是例如在向离子生成真空容器110内输送靶支架510时使用输送棒520，另一方面，在从离子生成真空容器110引出靶支架510时例如使用钩等机械地捕获的构成。

而且，也可以在输送本实施方式的靶支架510时，与上述的第2实施方式的导轨组合使用。

（第4实施方式）

接着，参照图10，对本发明的第4实施方式进行说明。并且，本实施方式涉及的激光离子源的构成的概略与上述的第1实施方式相同，所以适当地使用图1及图2进行说明。

在本实施方式中，设置于靶移动装置111的靶移动台113具有固定补给用靶112b的固定机构这点，与上述的第1实施方式不同。

从靶补给容器120对离子生成真空容器110输送的补给用靶112b，安装于靶移动台113。这种情况下，补给用靶112b必须固定在靶移动台113上，以使得聚光照射激光200的补给用靶112b的照射点（照射面）的法线方向与离子轴向（在激光离子源100中机械地决定的轴向）一致。

为此，在本实施方式中，如图10所示在靶移动台113上设置相对于离子轴成直角的面（以下，记作基准面）610，例如通过像弹簧这样的弹性体620使基准面610和补给用靶112b紧密接合。

换而言之，补给用靶112b通过弹性体620相对于基准面610的方向被压住。由此，补给用靶112b的面能固定成在靶移动台113上与离子轴成直角。

如上所述在本实施方式中，通过将输送的补给用靶112b的面（照射点）相对于离子轴向（使离子发生的方向）成直角地固定在靶移动台113上的构成，能提高离子束的生成的稳定性。

并且，在本实施方式中，虽然说明了补给用靶112b固定于靶移动台113的情形，但也可以像上述的第3实施方式中说明的那样通过使保持补给用靶112b的靶支架紧密接合于基准面610来固定补给用靶112b。

并且，本申请的发明不限于上述各实施方式，可以在实施阶段在不超出其主旨的范围内将构成要素变形而具体化。而且，也可以通过上述各实施方式所公开的多个构成要素的适当组合形成各种发明。例如，也可以从各实施方式所公开的全部构成要素中削减几个构成要素。再者，也可以跨不同的实施方式适当组合构成要素。

Claims (9)

1.一种激光离子源，其特征在于，具备：

真空容器，被真空排气，被输送并配置靶，上述靶通过激光的照射发生离子；

阀，设置在上述真空容器的侧面，向上述真空容器内输送靶时开放，上述输送时以外闭塞；

靶补给容器，通过上述阀安装于上述真空容器，将上述靶能移动地保持，与上述真空容器独立地真空排气；及

输送构件，在关闭了上述阀的状态下上述靶补给容器内被真空排气之后，在打开了上述阀的状态下将保持在上述靶补给容器内的上述靶输送到上述真空容器内。

2.根据权利要求1记载的激光离子源，其特征在于，

上述输送构件沿着导轨输送上述靶，上述导轨对在从上述靶补给容器到上述真空容器之间设置的上述靶的输送方向进行规定。

3.根据权利要求2记载的激光离子源，其特征在于，

上述导轨在上述阀的位置被分割，以便不妨碍上述阀的开关。

4.根据权利要求1记载的激光离子源，其特征在于，

上述靶补给容器具备保持上述靶的靶支架；

上述输送构件输送上述靶支架。

5.根据权利要求4记载的激光离子源，其特征在于，

上述靶支架包含磁性材料；

上述输送构件通过磁吸引上述靶支架，按压一端连接在上述靶支架上的棒状部件的另一端，从而输送上述靶。

6.根据权利要求4记载的激光离子源，其特征在于，

上述靶支架包含电介质；

上述输送构件通过静电吸引上述靶支架，按压一端连接在上述靶支架上的棒状部件的另一端，从而输送上述靶。

7.根据权利要求1记载的激光离子源，其特征在于，

上述真空容器具备靶移动构件，上述靶移动构件以改变上述激光对上述输送的靶的照射位置的方式使上述靶移动。

8.根据权利要求7记载的激光离子源，其特征在于，

上述靶移动构件包括固定构件，上述固定构件将上述靶固定成上述输送的靶的面相对于使上述离子发生的方向成直角。

9.根据权利要求1至8任一项记载的激光离子源，其特征在于，

上述输送构件在上述靶补给容器的压力变为上述真空容器的压力以下的情况下，在打开了上述阀的状态下将保持于上述靶补给容器的靶输送到上述真空容器。

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