JP2002329600A

JP2002329600A - イオン加速装置

Info

Publication number: JP2002329600A
Application number: JP2001135357A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Okamura; 昌宏岡村; Takeshi Takeuchi; 猛竹内; Toshiyuki Hattori; 俊幸服部
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】主として、構成を大幅に単純化し、加速でき
るイオンの量が飛躍的に増大したイオン加速装置を提供
する。【解決手段】プラズマ発生ターゲット１２と、プラズ
マ発生ターゲット１２から発生したプラズマよりイオン
を引き出すための真空容器１６と、イオン線形加速器３
０とが直列に接続され、真空容器１６は、イオン線形加
速器３０のイオン入射口近傍に取り付けられ、かつ、真
空容器１６を所望の電圧に昇圧する高圧電源とを備え、
真空容器１６からイオン線形加速器３０に、直接、イオ
ンを入射するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ中で発生
したイオンを、イオン線形加速器に効率良く入射するイ
オン加速装置と、このイオン加速装置を用いた大強度の
イオン直接入射方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】プラズマ中で発生したイオンを、ＲＦＱ線
形加速器、又は、ドリフトチューブ線形加速器等のイオ
ン線形加速器に入射して加速するイオン加速装置が開発
されている。

【０００３】このイオン加速装置を、初段イオン加速器
として、癌治療用加速器や半導体製造用イオン注入加速
器や、物理実験用大型複合加速器装置に利用することが
できる。

【０００４】このイオン加速装置について、図８を用い
て説明する。図８は、従来のイオン加速装置１００の概
略構成を示す平面図である。

【０００５】図８に示すように、従来のイオン加速装置
１００は、主として、イオン源１１０、ビームライン１
２０、イオン線形加速器１３０から構成される。

【０００６】以下、従来のイオン加速装置１００の各主
要構成について順次説明する。イオン線形加速器１３０
には、後述するＲＦＱ線形加速器、又は、ドリフトチュ
ーブ線形加速器等の周知のイオン線形加速器が用いられ
る。

【０００７】なお、図８において、６０は、プラズマ発
生用レーザーＬを生成するレーザー発生装置、６２Ａ、
６２Ｂは、プラズマ発生用レーザーＬをイオン源１１０
に誘導するミラーである。

【０００８】また、７０は、イオン加速装置１００によ
り加速されたイオンを、上述した癌治療用加速器や半導
体製造用イオン注入加速器や、物理実験用大型複合加速
器装置等の他のアプリケーションに供するための分析電
磁石である。

【０００９】一般に、イオン源とは、イオンと電子が混
在するプラズマを高周波電力やレーザー加熱等によって
真空容器中に発生させ、その真空容器に高電圧を印可さ
せることによって、その中からイオンのみを取りだし、
イオンビームとする装置である。

【００１０】図８に示す従来のイオン加速装置１００に
用いるイオン源１１０は、プラズマ発生用レーザーＬを
照射させてプラズマを発生するプラズマ発生ターゲット
１１２、プラズマ発生用レーザーＬをプラズマ発生ター
ゲット１１２に集光する集光レンズ１１４、発生したプ
ラズマを収容する真空容器１１６、イオン引き出し電極
１１８を備えた構成である。

【００１１】図８に示すように、レーザー発生装置６０
で生成されたプラズマ発生用レーザーＬを、２枚のミラ
ー６２Ａ、６２Ｂ、及び、イオン源１１０の真空容器１
１６内の集光レンズ１１４を介して、プラズマ発生ター
ゲット１１２に照射し、レーザーアブレーションにより
プラズマを生成する。

【００１２】真空容器１１６内に発生したプラズマは、
上述したように、イオンと電子が混在した状態であるの
で、イオン引き出し電極１１８に、数ｋＶ〜数１０ｋＶ
の負の電圧を印加して、イオンビームを隣接するビーム
ライン１２０に引き出す。

【００１３】ビームライン１２０は、ソレノイド型磁
石、または、アインツェル静電レンズ等の１又は複数
（図８に示すものでは２）のイオンビーム集束レンズ１
２２から構成される。なお、イオンビームの状態を管理
するために、しばしば、ビーム形状診断装置１２４が集
束レンズ１２２間に設けられる。

【００１４】以上の構成において、従来のイオン加速装
置１００の基本動作を図８を用いて説明する。従来のイ
オン加速装置１００では、プラズマ発生用レーザーＬを
プラズマ発生ターゲット１１２に照射してプラズマを生
成し、この生成されたプラズマから引き出し電極１１８
により引き出されたイオンは、ビームライン１２０を介
してイオン線形加速器１３０に入射される。

【００１５】この際、高電圧を印可するための電極であ
る引き出し電極１１８の形状と印可電位勾配を調整する
ことによってイオン源１１０以降のビームライン１２０
に適合するイオンビームの大きさや傾きの最大値を得る
ことができる。

【００１６】また、イオンビームは引き出し後、ソレノ
イド型磁石、または、アインツェル静電レンズ等の集束
レンズ１２２を用いて半径の大きい平行ビームとし、ク
ーロン反発力の影響が比較的少ない状態で輸送され、イ
オン線形加速器１３０の入射条件に適合するビームサイ
ズに再び集束レンズ１２２を用いて収束され、入射され
る。

【００１７】次に、イオン線形加速器１３０の一例とし
て、特開平７−１１１１９８号公報に開示されている通
り、周知のＲＦＱ線形加速器１３０について、図９及び
図１０を用いて補足説明する。

【００１８】図９は、ＲＦＱ線形加速器１３０の構成を
示す縦断正面図である。図１０は、ＲＦＱ線形加速器１
３０の構成を示す縦断側面図である。

【００１９】ＲＦＱ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）線形加速器１３０は、主とし
て、内部が真空とされる導電性の円筒容器１３２内に、
それぞれ直交させた４枚のヴェイン電極１３４（又は４
本のロッド電極）を取り付けることにより構成される。

【００２０】円筒容器１３２とヴェイン電極１３４とで
共振器を構成し、図１０に示すように、高周波導波管１
３８を介して高周波電力を供給し、先端部１３４ａが波
状に形成されているヴェイン電極１３４で、イオンを集
束するとともに、所望のエネルギーに中心軸方向に加速
する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
イオン加速装置において、上記したイオン源、低エネル
ギーのイオンビームを輸送するためのビームラインとイ
オン線形加速器の組み合わせは、イオンビーム内のクー
ロン反発力によるビームの発散が、特に、大電流化され
たイオン源を使用した場合に大きく、イオン線形加速器
の入射条件を満たすことができるのは、引き出されたイ
オンビームの一部分のみで、加速できるイオンの量が少
ないという問題があった。

【００２２】また、イオン源として、レーザー加熱等を
利用したパルス型イオン源を用いた場合、イオンビーム
の電流量や発生イオンの電荷数などが、数μ秒のビーム
発生パルス内で大きく変化するため、クーロン反発力を
適切に考慮してビームラインを設計することは非常に困
難であった。

【００２３】更に、従来のイオン加速装置では、ビーム
ラインも集束レンズなどの装置を含んだ複雑なものが必
要であるという問題を備えていた。

【００２４】本発明は、上記従来の課題を解決し、イオ
ン源、ビームラインとイオン線形加速器からなる組み合
わせを大幅に単純化し、さらにクーロン反発力の影響を
より少なくし、加速できるイオンの量が飛躍的に増大し
たイオン加速装置と、このイオン加速装置を用いて、イ
オンを効率よく入射するイオン直接入射方法を提供する
ことを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のイオン加速装置は、請求項１に記載のもの
は、プラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生し
たプラズマよりイオンを引き出すための真空容器と、イ
オン線形加速器とが直列に接続され、前記真空容器は、
該イオン線形加速器のイオン入射口近傍に取り付けら
れ、かつ、前記真空容器を所望の電圧に昇圧する高圧電
源を備え、前記真空容器から前記イオン線形加速器に、
直接、イオンを入射するように構成した。

【００２６】このように構成すると、プラズマ中では、
負の電荷を持った電子と正の電荷を持ったイオンが混在
するため、クーロン反発力は発生しないので、イオン線
形加速器の直前までその影響を回避することができ、こ
の結果、構成が単純化され、加速できるイオンの量も飛
躍的に増大する。

【００２７】請求項２に記載のイオン加速装置は、前記
イオン線形加速器のイオン入射口に入射用スリットを取
り付けるように構成した。

【００２８】このように構成すると、発生したプラズマ
の発散角度が大きい場合、余分なプラズマが線形加速器
の加速電極をたたき、放電を起こすのを防止することが
できる。また、イオン線形線形加速器の入り口付近で
は、通常、強力な高周波電界が発生しており、この領域
でスリットを通過した殆どの電子は線形加速器の加速チ
ャンネルに入射することができないため、イオンと電子
は効率良く分離される。

【００２９】請求項３に記載のイオン加速装置は、前記
入射用スリットを、前記イオン線形加速器のイオン入射
口の径方向に調整自在に取り付けるように構成した。

【００３０】このように構成すると、線形加速器に対し
て正確な入射用スリットの軸出に対する位置調整が可能
になる。

【００３１】請求項４に記載のイオン加速装置は、前記
プラズマ発生源を、プラズマ発生用レーザーを照射して
プラズマを発生させるプラズマ発生ターゲットとした。

【００３２】このように構成すると、高密度のプラズマ
を発生することができるので、加速できるイオンの強度
を増大することができる。

【００３３】請求項５に記載のイオン加速装置は、前記
真空容器内に、前記プラズマ発生ターゲットに照射する
プラズマ発生用レーザーの集光装置を取り付けるように
構成した。

【００３４】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲット上でのプラズマ発生用レーザーの密度が増大し、
プラズマの発生効率を向上させることができる。

【００３５】請求項６に記載のイオン加速装置は、前記
集光装置を３軸移動可能となるように取り付けるように
構成した。

【００３６】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲット上でのプラズマ発生用レーザーの焦点位置を調整
できる。

【００３７】請求項７に記載のイオン加速装置は、１又
は２以上のミラーと、１又は２以上の軸出し用レーザー
を具備し、プラズマ発生ターゲットとプラズマ発生用レ
ーザーの焦点との位置合わせを行うターゲット位置決め
装置を備えた構成とした。

【００３８】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせ
が正確に行えるようになる。

【００３９】請求項８に記載のイオン加速装置は、前記
イオン線形加速器内部に設置され、プラズマ発生用レー
ザーを集光する分割型集光レンズを備えた構成とした。

【００４０】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットとイオン線形加速器との距離が小さくなり、加速
できるイオンの量を増大することができる。

【００４１】請求項９に記載のイオン加速装置は、上記
プラズマ発生ターゲットを回転可能な円筒形とした。

【００４２】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットは、プラズマ発生用レーザーを照射すると損傷を
受けるが、プラズマ発生ターゲットを所定角度回転し照
射位置を変えることにより、プラズマ発生ターゲットを
交換することなく、常時、良好なターゲット表面が得ら
れる。

【００４３】請求項１０に記載のイオン加速装置は、前
記真空容器を前記高圧電源を用いて昇圧し、イオンの入
射エネルギーをイオン線形加速器の設計入射エネルギー
とするように構成した。

【００４４】このように構成すると、プラズマの発生す
る真空容器はイオン線形加速器の設計条件を満たすイオ
ンビームエネルギーに相当する電圧を印可されているた
め、スリットを通過したイオンのみがイオン線形加速器
に入射され加速される。その際、イオンビームはプラズ
マから放出された直後であるため、クーロン反発力の影
響は非常に小さく、パルス内で変化するイオン電荷数と
電流量の急激な変化の影響も回避できる。

【００４５】請求項１１に記載のイオン直接入射方法
は、請求項１乃至１０のいずれかに記載のイオン加速装
置を用い、イオン線形加速器のイオン入射口から、前記
プラズマ発生源から発生したイオンを直接入射するよう
にした。

【００４６】このようにすると、プラズマ中では、負の
電荷を持った電子と正の電荷を持ったイオンが混在する
ため、クーロン反発力は発生しないので、イオン線形加
速器の直前までその影響を回避することができ、この結
果、構成が単純化され、加速できるイオンの量も飛躍的
に増大する。

【００４７】

【発明の実施の形態】本発明のイオン加速装置、及び、
イオン直接入射方法について、図１乃至図７を用い、図
８を参照して順次説明する。

【００４８】以下、プラズマ発生源としてプラズマ発生
ターゲットを用いた場合を例にとり、本発明のイオン加
速装置の一実施の形態について、図１及び図２を用いて
説明する。

【００４９】図１は、本実施の形態のイオン加速装置２
０の全体を示す平面図である。図２は、本実施の形態の
イオン加速装置２０に用いるイオン直接入射装置１０の
プラズマ発生部分とイオン加速装置２０のイオン入射口
近辺の一部拡大断面図である。

【００５０】先ず、本実施の形態のイオン加速装置２０
の基本構成について説明する。本実施の形態のイオン加
速装置２０は、イオン線形加速器３０と、イオン加速装
置２０に用いるこのイオン線形加速器３０のイオン入射
口３８（図２参照）近傍に取り付けられるイオン直接入
射装置１０とを備えた構成である。

【００５１】本実施の形態のイオン加速装置２０では、
イオン線形加速器３０に関しては、例えば、図９、図１
０に示した従来のイオン線形加速器１３０を、ほぼその
まま用いるものとする。

【００５２】一方、イオン直接入射装置１０は、図１に
示すように、プラズマ発生用レーザーＬを照射してプラ
ズマを発生するプラズマ発生ターゲット１２、プラズマ
発生用レーザーＬをプラズマ発生ターゲット１２に集光
する集光レンズ１４、発生したプラズマを収容する真空
容器１６、入射用スリット１８（図２参照）を備えた構
成である。

【００５３】また、本実施の形態のイオン加速装置２０
に用いるイオン直接入射装置１０は、従来のイオン源１
１０（図８参照）とは異なり、イオン引き出し電極１１
８を用いず、高圧電源（図示せず）によって、真空容器
１６を昇圧し、プラズマよりイオンを引き出す。

【００５４】更に、真空容器１６は、イオン線形加速器
３０のイオン入射口３８近傍であって、イオン線形加速
器３０の共振器３４に絶縁フランジ３２を介して取り付
けられる。また、イオン線形加速器３０のイオン入射口
３８に、入射用スリット１８が取り付けられている。

【００５５】なお、図１において、レーザー発生装置６
０とミラー６２Ａ、６２Ｂは図８に示したものと同様の
ものを用いるものとする。

【００５６】以上の構成で、本実施の形態のイオン加速
装置２０の基本動作、イオン直接入射方法について図１
及び図２を用いて説明する。

【００５７】レーザー発生装置６０により発生したパル
ス状のプラズマ発生用レーザーＬは、従来のイオン加速
装置１００（図８参照）で説明したものと同様に、ミラ
ー６２Ａ、６２Ｂにより真空容器１６に導かれ、集光レ
ンズ１４で反射され、プラズマ発生ターゲット１２に集
光され、加熱されたプラズマ発生ターゲット１２の表面
からプラズマが発生する。

【００５８】発生したプラズマは、入射用スリット１８
とプラズマ発生ターゲット１２の間を満たし、入射用ス
リット１８を通過したイオンと電子は、イオン型線形加
速器３０の共振器３４に、イオン入射口３８を経て進入
し、質量の違いからイオン線形加速器３０の設計入射電
位をもったイオンは加速チャンネル（加速電極３６の間
隙）に入射し、電子は発散力を受け最終的に共振器３４
の内壁に吸収される。

【００５９】加速チャンネルに入射されたイオンビーム
はクーロン反発力の影響で発散する前に、イオン線形加
速器３０の収束力によって捕獲され、設計されたビーム
エネルギーまで加速される。このようにすると、プラズ
マの発生する真空容器１６はイオン線形加速器３０の設
計条件を満たすイオンビームエネルギーに相当する電圧
を印可されているため、入射用スリット１８を通過した
イオンのみがイオン線形加速器３０に入射され加速され
る。

【００６０】従って、本実施の形態のイオン加速装置２
０は、イオン線形加速器３０に、直接、イオンを入射す
るようにしたので、プラズマ中では、負の電荷を持った
電子と正の電荷を持ったイオンが混在するため、クーロ
ン反発力は発生しないので、イオン線形加速器の直前ま
でその影響を回避することができる。この結果、このイ
オン直接入射装置１０を用いたイオン加速装置２０の構
成が単純化され、このイオン加速装置２０を用いること
により、本発明のイオン加速方法により加速できるイオ
ンの量も飛躍的に増大する。

【００６１】また、イオン線形加速器３０の共振器３４
に絶縁フランジ３２を介して真空容器１６を取り付ける
ようにしたので、真空容器１６と共振器３４とが絶縁で
き、イオン直接入射が安定する。

【００６２】更に、イオン線形加速器３０のイオン入射
口３８に入射用スリット１８を取り付けるようにしたの
で、発生したプラズマの発散角度が大きい場合、余分な
プラズマが線形加速器３０の加速電極３６をたたき、放
電を起こす事態を防止することができる。

【００６３】また、イオン線形線形加速器３０の入り口
付近では、通常、強力な高周波電界が発生しており、こ
の領域で入射用スリット１８を通過した殆どの電子は線
形加速器３０の加速チャンネルに入射することができな
いため、イオンと電子は効率良く分離される。

【００６４】次に、上記実施の形態のイオン加速装置２
０に用いるイオン直接入射装置１０とは異なる各実施の
形態のイオン直接入射装置１０Ａ〜１０Ｄを図３乃至図
７を用いて、順次簡単な説明を行う。

【００６５】先ず、図３に示す実施の形態のイオン加速
装置２０のイオン直接入射装置１０Ａでは、図２に示す
イオン直接入射装置１０と、プラズマ発生ターゲット１
２、レンズ１４、真空容器１６の各構成については共通
する。

【００６６】一方、本実施の形態では、図３に示すよう
に、入射用スリット１８Ａは、イオン線形加速器３０の
絶縁フランジ３２に、ねじ孔に遊びを設けて位置調整が
可能になるように取り付けられている。

【００６７】このようにすると、イオン線形加速器３０
に対して正確な入射用スリット１８Ａの軸出に対する位
置調整が可能になる。

【００６８】次に、図４に示す実施の形態のイオン加速
装置２０のイオン直接入射装置１０Ｂでは、図２に示す
イオン直接入射装置１０と、集光レンズ１４、真空容器
１６、入射用スリット１８の各構成については共通す
る。

【００６９】一方、本実施の形態では、図４に示すよう
に、プラズマ発生ターゲット１２Ａを回転可能な円筒形
とした。

【００７０】プラズマ発生ターゲット１２Ａは、プラズ
マ発生用レーザーＬを照射すると損傷を受けるが、この
ような構成とすると、プラズマ発生ターゲット１２Ａを
所定角度回転し照射位置を変えることにより、プラズマ
発生ターゲット１２Ａを交換することなく、常時、良好
なターゲット表面が得られる。

【００７１】次に、図５に示す実施の形態のイオン加速
装置２０のイオン直接入射装置１０Ｃでは、図２に示す
イオン直接入射装置１０と、プラズマ発生ターゲット１
２、真空容器１６、入射用スリット１８の各構成につい
ては共通する。

【００７２】一方、本実施の形態では、図５に示すよう
に、集光装置１４Ａをベローズ等で取り付けることによ
り、３軸移動可能となるように構成した。

【００７３】このようにすると、プラズマ発生ターゲッ
ト１２上でのプラズマ発生用レーザーＬの焦点位置を調
整できるようになり、プラズマの生成効率を向上させる
ことができる。

【００７４】次に、図６に示す実施の形態のイオン加速
装置２０のイオン直接入射装置１０Ｄでは、図２に示す
イオン直接入射装置１０と、プラズマ発生ターゲット１
２、集光レンズ１４、真空容器１６、入射用スリット１
８の各構成については共通する。

【００７５】一方、本実施の形態では、図６に示すよう
に、２枚のミラー４２Ａ、４２Ｂと、２つの軸出し用レ
ーザー発生装置４４Ａ、４４Ｂを具備し、プラズマ発生
ターゲット１２とプラズマ発生用レーザーＬの焦点との
位置合わせを行うターゲット位置決め装置４０を、真空
容器１６内に取り付けた構成とした。

【００７６】プラズマ発生ターゲット１２の位置及びプ
ラズマ発生用レーザーＬの焦点位置は、ともにイオンビ
ーム軸上になくてはならず、このためイオン線形加速器
３０下流に設置された測量用望遠鏡又は測量用レーザー
を用いて調整されることが望ましい。

【００７７】しかし、現実的には、イオン線形加速器３
０下流にはビームライン（分析電磁石７０等）が設置さ
れるので、プラズマ発生ターゲット１２の交換時にビー
ムラインを撤去し、測量用望遠鏡又は測量用レーザーを
設置するのは煩雑である。

【００７８】そこで、上記のように構成すると、２つの
軸出し用レーザー発生装置４４Ａ、４４Ｂからの測量用
レーザーＬ’を、真空容器１６後方から照射し、この２
つの測量用レーザーＬ’が交差する点を、本来の位置に
合わせておくことによって簡単に、プラズマ発生ターゲ
ット１２とプラズマ発生用レーザーＬの焦点との位置合
わせが正確に行えるようになる。

【００７９】次に、図７に示す実施の形態のイオン加速
装置２０のイオン直接入射装置では、イオン線形加速器
３０として、加速電極として４本のロッド電極３６を備
えたＲＦＱ線形加速器３０’を用いた場合において、こ
のＲＦＱ線形加速器３０’内部に、プラズマ発生用レー
ザーを集光する分割型集光レンズ５０が設置された構成
とした。

【００８０】このように構成すると、図２に示した集光
レンズ１４を取り付けるスペースが不要になり、プラズ
マ発生ターゲット１２とＲＦＱ線形加速器３０との距離
が、小さくなり、加速できるイオンの量を増大すること
ができる。

【００８１】特に、ＲＦＱ線形加速器３０に分割型集光
レンズ５０を用いた場合、ＲＦＱ線形加速器３０の共振
構造に対する影響を極力小さくすることが可能となる。
また、集光レンズ５０の４分割化は、高周波特性の観点
から、共振器３４の対称性を保つことができる点でも有
利である。

【００８２】本発明のイオン加速装置は、上記各実施の
形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、
上記実施の形態では、イオン加速装置のイオン直接入射
装置は、イオン線形加速器のイオン入射口に絶縁フラン
ジを介して取り付けられる構成で説明したが、本発明の
特徴は、イオン直接入射装置をイオン線形加速器のイオ
ン入射口に直接取り付け、特に、加速できるイオンの量
を飛躍的に増大するものであるので、必ずしもこの実施
の形態に限定されるものではない。

【００８３】また、プラズマ発生源としては、上記実施
の形態では、プラズマ発生ターゲットを用いた例で説明
した。これは、上述したように、高密度のプラズマを生
成できるので好適な実施の形態であるが、これを他のプ
ラズマ発生源、例えば、高圧放電やマイクロ波を用いて
プラズマを生成する型のものを用いるようにしても良
い。

【００８４】

【発明の効果】本発明のイオン加速装置、及び、イオン
直接入射方法は、上述のように構成されているので、以
下に記載されるような優れた効果を奏する。（１）本発明のイオン加速装置は、請求項１に記載した
ように、プラズマ発生源と、プラズマ発生源から発生し
たプラズマよりイオンを引き出すための真空容器と、イ
オン線形加速器とが直列に接続され、真空容器は、該イ
オン線形加速器のイオン入射口近傍に取り付けられ、か
つ、真空容器を所望の電圧に昇圧する高圧電源と備え、
真空容器からイオン線形加速器に、直接、イオンを入射
するように構成すると、プラズマ中では、負の電荷を持
った電子と正の電荷を持ったイオンが混在するため、ク
ーロン反発力は発生しないので、イオン線形加速器の直
前までその影響を回避することができ、この結果、構成
が単純化され、加速できるイオンの量も飛躍的に増大す
る。

【００８５】（２）請求項２に記載したように、イオン
線形加速器のイオン入射口に入射用スリットを取り付け
るように構成すると、発生したプラズマの発散角度が大
きい場合、余分なプラズマが線形加速器の加速電極をた
たき、放電を起こすのを防止することができる。（３）また、イオン線形線形加速器の入り口付近では、
通常、強力な高周波電界が発生しており、この領域でス
リットを通過した殆どの電子は線形加速器の加速チャン
ネルに入射することができないため、イオンと電子は効
率良く分離される。

【００８６】（４）請求項３に記載したように、入射用
スリットを、イオン線形加速器のイオン入射口の径方向
に調整自在に取り付けるように構成すると、線形加速器
に対して正確な入射用スリットの軸出に対する位置調整
が可能になる。

【００８７】（５）請求項４に記載したように、プラズ
マ発生源を、プラズマ発生用レーザーを照射してプラズ
マを発生させるプラズマ発生ターゲットとすると、高密
度のプラズマを発生することができるので、加速できる
イオンの強度を増大することができる。

【００８８】（６）請求項５に記載したように、真空容
器内に、プラズマ発生ターゲットに照射するプラズマ発
生用レーザーの集光装置を取り付けるように構成する
と、プラズマ発生ターゲット上でのプラズマ発生用レー
ザーの密度が増大し、プラズマの発生効率を向上させる
ことができる。

【００８９】（７）請求項６に記載したように、集光装
置を３軸移動可能となるように取り付けるように構成す
ると、プラズマ発生ターゲット上でのプラズマ発生用レ
ーザーの焦点位置を調整できる。

【００９０】（８）請求項７に記載したように、１又は
２以上のミラーと、１又は２以上の軸出し用レーザーを
具備し、プラズマ発生ターゲットとプラズマ発生用レー
ザーの焦点との位置合わせを行うターゲット位置決め装
置を備えた構成とすると、プラズマ発生ターゲットとプ
ラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせが正確に行
えるようになる。

【００９１】（９）請求項８に記載したように、イオン
線形加速器内部に設置され、プラズマ発生用レーザーを
集光する分割型集光レンズを備えた構成とすると、プラ
ズマ発生ターゲットとイオン線形加速器との距離が小さ
くなり、加速できるイオンの量を増大することができ
る。

【００９２】（１０）請求項９に記載したように、プラ
ズマ発生ターゲットを回転可能な円筒形とすると、プラ
ズマ発生ターゲットは、プラズマ発生用レーザーを照射
すると損傷を受けるが、プラズマ発生ターゲットを所定
角度回転し照射位置を変えることにより、プラズマ発生
ターゲットを交換することなく、常時、良好なターゲッ
ト表面が得られる。

【００９３】（１１）請求項１０に記載したように、真
空容器を高圧電源を用いて昇圧し、イオンの入射エネル
ギーをイオン線形加速器の設計入射エネルギーとするよ
うに構成すると、プラズマの発生する真空容器はイオン
線形加速器の設計条件を満たすイオンビームエネルギー
に相当する電圧を印可されているため、スリットを通過
したイオンのみがイオン線形加速器に入射され加速され
る。（１２）その際、イオンビームはプラズマから放出され
た直後であるため、クーロン反発力の影響は非常に小さ
く、パルス内で変化するイオン電荷数と電流量の急激な
変化の影響も回避できる。

【００９４】（１３）本発明のイオン直接入射方法は、
請求項１１に記載したように、請求項１乃至１０のいず
れかに記載のイオン加速装置を用い、イオン線形加速器
のイオン入射口から、プラズマ発生源から発生したイオ
ンを直接入射するようにすると、プラズマ中では、負の
電荷を持った電子と正の電荷を持ったイオンが混在する
ため、クーロン反発力は発生しないので、イオン線形加
速器の直前までその影響を回避することができ、この結
果、構成が単純化され、加速できるイオンの量も飛躍的
に増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン加速装置の全体を示す平面図で
ある。

【図２】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置のプラズマ発生部分とイオン加速装置のイオン入
射口近辺の一部拡大断面図である。

【図３】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置の他の実施の形態におけるプラズマ発生部分とイ
オン加速装置のイオン入射口近辺の一部拡大断面図であ
る。

【図４】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置の他の実施の形態におけるプラズマ発生部分とイ
オン加速装置のイオン入射口近辺の一部拡大断面図であ
る。

【図５】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置の他の実施の形態におけるプラズマ発生部分とイ
オン加速装置のイオン入射口近辺の一部拡大断面図であ
る。

【図６】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置の他の実施の形態におけるプラズマ発生部分とイ
オン加速装置のイオン入射口近辺の一部拡大断面図であ
る。

【図７】本発明のイオン加速装置に用いるイオン直接入
射装置の他の実施の形態におけるプラズマ発生部分とＲ
ＦＱ線形加速装置の加速電極（ロッド）の一部拡大斜視
図である。

【図８】従来のイオン加速装置の全体を示す平面図であ
る。

【図９】ＲＦＱ線形加速器の構成を示す縦断正面図であ
る。

【図１０】ＲＦＱ線形加速器の構成を示す縦断側面図で
ある。

【符号の説明】

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ：イオン直接入
射装置１２：プラズマ発生ターゲット１４、１４Ａ：集光レンズ（集光装置）１６：真空容器１８、１８Ａ：入射用スリット２０：イオン加速装置３０：イオン線形加速器（ＲＦＱ線形加速器）３２：絶縁フランジ（絶縁部分）３４：共振器３８：イオン入射口４０：ターゲット位置決め装置４２Ａ、４２Ｂ：ミラー４４Ａ、４４Ｂ：軸出し用レーザー装置５０：分割型集光レンズＬ：プラズマ発生用レーザー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０５Ｈ 1/24 (72)発明者服部俊幸埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内Ｆターム(参考） 2G085 AA06 BA13 EA07 EA08 5C030 DD08 DE01 DG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマよりイオンを
引き出すための真空容器と、イオン線形加速器とが直列に接続され、前記真空容器は、該イオン線形加速器のイオン入射口近
傍に取り付けられ、かつ、前記真空容器を所望の電圧に昇圧する高圧電源を
備え、前記真空容器から前記イオン線形加速器に、直接、イオ
ンを入射するようにしたことを特徴とするイオン加速装
置。
【請求項２】前記イオン線形加速器のイオン入射口に
入射用スリットを取り付けるようにしたことを特徴とす
る請求項１に記載のイオン加速装置。
【請求項３】前記入射用スリットを、前記イオン線形
加速器のイオン入射口の径方向に調整自在に取り付ける
ようにしたことを特徴とする請求項２に記載のイオン加
速装置。
【請求項４】前記プラズマ発生源は、プラズマ発生用
レーザーを照射してプラズマを発生させるプラズマ発生
ターゲットであることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載のイオン加速装置。
【請求項５】前記真空容器内に、前記プラズマ発生タ
ーゲットに照射するプラズマ発生用レーザーの集光装置
を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項４に記
載のイオン加速装置。
【請求項６】前記集光装置を３軸移動可能となるよう
に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項５に記
載のイオン加速装置。
【請求項７】１又は２以上のミラーと、１又は２以上
の軸出し用レーザーを具備し、プラズマ発生ターゲット
とプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせを行う
ターゲット位置決め装置を備えたことを特徴とする請求
項４乃至６のいずれかに記載のイオン加速装置。
【請求項８】前記イオン線形加速器内部に設置され、
プラズマ発生用レーザーを集光する分割型集光レンズを
備えたことを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記
載のイオン加速装置。
【請求項９】前記プラズマ発生ターゲットを回転可能
な円筒形としたことを特徴とする請求項４乃至８のいず
れかに記載のイオン加速装置。
【請求項１０】前記真空容器を前記高圧電源を用いて
昇圧し、イオンの入射エネルギーをイオン線形加速器の
設計入射エネルギーにするようにしたことを特徴とする
請求項１乃至９のいずれかに記載のイオン加速装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の
イオン加速装置を用い、イオン線形加速器のイオン入射
口からイオンを直接入射するようにしたことを特徴とす
るイオン直接入射方法。