JP2003215257A - イオン検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で、大型化が容易なイオン検出器
を提供する。 【解決手段】 鉄製のイオン検出板１、膜状の絶縁材１
２、複数の永久磁石１３、鉄製の保持板４を層状に構成
し、磁石の吸引力でこれらを一体構成とする。イオン衝
突の際の電子放出は磁場で抑制する。イオン検出器の大
型化は各構成材を任意に増設、拡大することで対応す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームを扱
うビームライン中で用いられるイオン検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム装置では、イオンが走行す
る位置やその量を測定することが多く、測定手段として
金属板にイオンを衝突させ、電流としてイオンを検出す
る手法が多用されている。しかしながら、金属板にイオ
ンビームが衝突すると電子が放出されることが多く、電
子が放出されると測定するイオン電流が変化するため、
単純に金属板を用いただけでは正しいイオン電流を求め
ることはできない。

【０００３】図９（Ａ）（Ｂ）は、従来から用いられて
いるファラデーケージあるいはファラデーカップと呼ば
れるイオン検出器の一例を示す概略図である。図におい
て、２１はイオンを検出するイオン検出板、２２は電子
放出を抑えるための電場を発生させる電子抑制電極であ
り、イオン検出板２１に対して負の電位とされている。
また、２３は接地電極であり、その中央部に形成された
スリット状の開口部２４からイオンビームが入射し、イ
オン検出板２１で電流として検出されるように構成され
ている。

【０００４】また、２５は接地電位の容器であり、接地
電極２３と同じ電位でイオン検出器内部と周囲の雰囲気
とを遮断する役目を有し、その底面に取り付けられた支
持棒８によって、イオン検出器全体を所望の位置に移動
させることができるように構成されている。また、５と
６はイオン検出器の電極を固定する絶縁材とネジであ
り、２６は電子抑制電極２２の電源、２７はイオン検出
板２１へ入射した電流を測定する電流計である。なお、
電源２６と電流計２７はそれぞれ、図示しない電流導入
端子により電子抑制電極２２とイオン検出板２１に結線
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のイオン検出器は、正確なイオン電流を求
める検出器として優れているものの、以下に述べるよう
な問題点があった。すなわち、電子放出を抑制するため
に電源２６が必要であり、また、電子抑制電極２２の電
位が周辺に影響を与えないように、あるいは電子抑制電
極２２に周辺から荷電粒子が流入しないようにするため
の遮蔽効果のある容器２５が必要になるため、構造が複
雑になっていた。

【０００６】さらに、大口径のイオンビームを測定する
際には、図９に示したファラデーカップ全体を移動させ
る必要があった。イオン検出器を移動させずに大面積の
測定ができるようにするために、スリット状の開口部２
４の大きさを大きくすることが考えられるが、大きくす
ると電子抑制電極２２に加える電圧も大きくしなければ
ならなくなる。このように、開口部２４を大きくし、電
子抑制電極２２に加える電圧を増大させると、電場がフ
ァラデーカップ外部へ漏れ出し、周囲へ影響を及ぼすば
かりでなく、周囲に浮遊する荷電粒子を引き込むことに
もなり、正しい計測ができなくなるという問題が生じて
いた。

【０００７】図１０（Ａ）（Ｂ）は、測定面積を大きく
するために工夫されたファラデーカップの一例を示した
ものである。本例では、図９の電子抑制電極２２と接地
電極２３を、それぞれ金属メッシュ製のメッシュ状電子
抑制電極２９とメッシュ状接地電極２８で置き換えてい
る。このようにすると、メッシュ状電子抑制電極２９へ
供給する電圧は少なくてすむ。しかしながら、図１０に
示したような構成を採用しても直径数十センチ規模の測
定面積を得ることは困難であった。また、イオンビーム
がメッシュ部分に衝突するために、メッシュから電子放
出が起こり、測定値に影響が出ることがあった。以上述
べたように、従来のイオン検出器は構造が複雑であり、
電子抑制電極のための電源が必要であり、大型化には不
向きであった。

【０００８】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、構造が簡単で、余分な電源を必要とせず、任意の大
きさで測定できるイオン検出器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、イオンビームを金属製の
イオン検出板に衝突させ、これにより生じるイオン電流
を測定するイオン検出器において、前記イオン検出板の
表面近傍に磁場を生じさせ、このイオン検出板よりの電
子放出を抑制する磁場発生手段を備えたことを特徴とす
るものである。請求項２に記載の発明は、請求項１記載
のイオン検出器において、前記磁場発生手段が永久磁石
であることを特徴とするものである。上記のような構成
を有する請求項１あるいは請求項２の発明によれば、電
子放出を抑制する手段として磁場を用い、磁場発生手段
として永久磁石を採用しているため、新たな電源を用意
する必要がなくなり構造が大幅に簡略化される。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２記載の
イオン検出器において、前記永久磁石の着磁方向が、前
記イオン検出板の表面に略平行であることを特徴とする
ものである。上記のような構成を有する請求項３の発明
によれば、磁力線はイオン検出板にほぼ平行になるた
め、磁力線に対して直角方向の電子の運動を大きく制限
することができ、数ガウス程度の弱い磁場で電子の放出
を抑えることができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項２記載の
イオン検出器において、前記永久磁石の着磁方向が、前
記イオン検出板の表面に略直角であることを特徴とする
ものである。上記のような構成を有する請求項４の発明
においても、請求項３の発明と同様に弱い磁場で電子放
出を抑制することができる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１記載の
イオン検出器において、前記磁場発生手段が、互いに並
設された複数の永久磁石であることを特徴とするもので
ある。請求項６に記載の発明は、請求項５記載のイオン
検出器において、前記複数の永久磁石の着磁方向が、前
記イオン検出板の表面に略直角で、互いに同じ向きであ
ることを特徴とするものである。請求項７に記載の発明
は、請求項５記載のイオン検出器において、前記複数の
永久磁石の着磁方向が、前記イオン検出板の表面に略直
角で、隣接する磁石の着磁方向が互いに反対方向である
ことを特徴とするものである。上記のような構成を有す
る請求項５〜請求項７の発明によれば、請求項１の発明
と同様の作用効果に加えて、永久磁石の個数を適宜増設
することにより大型化が容易に行えるので、検出面積に
制限がなくなる。

【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項４乃至請
求項７のいずれか一に記載のイオン検出器において、前
記イオンビームの入射方向から順に、前記イオン検出
板、絶縁材及び前記永久磁石が層状に構成され、これら
を一体化して支持する保持材を備え、前記イオン検出板
と保持材の少なくともいずれか一方を磁性材としたこと
を特徴とするものである。請求項９に記載の発明は、請
求項８に記載のイオン検出器において、前記磁性材とし
て鉄を用いたことを特徴とするものである。上記のよう
な構成を有する請求項８あるいは請求項９の発明によれ
ば、磁石の吸引力によってイオン検出板、絶縁材、保持
材及び永久磁石を締結用のネジを用いることなく一体に
構成することができるので、組み立てに特別な工具が不
要となるばかりか、測定後に各部品を再利用することが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るイオン検出器
の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。な
お、図９又は図１０に示した従来型と同一の部分につい
ては同一の符号を付して説明は省略する。

【００１５】（１）第１実施形態 本実施形態においては、図１に示したように、イオン検
出板１の背面側には絶縁材２及び永久磁石３が配設さ
れ、これらが一体化されて保持材４上に支持されてい
る。また、この保持材４には、イオン検出器を所望の位
置に移動させるための支持棒８が取り付けられている。
なお、永久磁石３に記載した矢印は着磁の方向を示し、
７は磁力線の形状を模式的に示した線である。

【００１６】図１に示したような磁石配置にすると、磁
力線７はイオン検出板１にほぼ平行になる。このため、
磁力線７に対して直角方向の電子の運動は大きく制限を
受けるうえに、放出する電子のエネルギーは数ｅＶを越
えることがないため、数ガウス程度の弱い磁場で電子の
放出を抑えることができる。

【００１７】また、電子放出を抑制するために電場を用
いていないため、周囲に与える影響がなく、図９に示し
たような接地電極２３や遮蔽用の容器２５が不要にな
る。また、イオン電流測定のためのイオン検出板１との
結線も容易となる。さらに、図１に示した各構成部材が
周囲に浮遊する荷電粒子の影響で帯電することがあって
も、直ちに反対の電荷を呼び寄せるため帯電は生じな
い。なお、磁力線の方向はイオン検出板１に沿っている
ことが望ましいが、上述したように電子放出を抑制する
ための磁場は弱くてよいため、図２に示したように、着
磁方向をイオン検出板１に対して直角方向としても測定
に与える影響はほとんどない。

【００１８】また、イオン検出器の大型化を目的とする
ときは磁石を大きくしなければならないが、図３あるい
は図４に示したように、磁石を複数の小さな磁石１３で
置き換えてもその効果は変わらない。磁石を大きくする
よりも小さな磁石を用いるほうが安価になる場合がある
ほか、検出器を任意の形状にするときに便利である。

【００１９】また、図３に示したように、複数の磁石を
用いた場合に、その着磁方向をイオン検出板１に略直角
で同じ向きとしたときは、磁力線７がイオン検出器の外
部に張り出すことになるが、イオン検出器の近傍で磁場
の影響を避けたい場合には、図４に示すように、隣接す
る磁石の着磁の向きを相互に逆向きとすればよい。この
場合、磁力線７は磁石の磁極付近に限定される。なお、
このようにしても電子放出の抑制効果は影響を受けな
い。

【００２０】ところで、磁力線７とイオン検出板１との
関係は、図１に示したようにイオン検出板１の面におお
むね平行である方が好ましい。図２や図３の場合は磁力
線の湧き出し点や吸い込み点がイオン検出板１の面上に
存在し、図４の場合はその数も多い。実用上は放出電子
のエネルギーが低いため、イオン検出板１の面上に湧き
出し点や吸い込み点があっても測定に影響がある場合は
少ないが、測定値の厳密な解釈が求められるときには磁
力線７の形状を問題にする場合もある。このように、図
１〜図４のいずれの磁場構成を選ぶかは、測定値に求め
られる厳密さと磁力線のはみ出しの影響を勘案して、適
宜決めることができる。このように、本実施形態によれ
ば、従来のイオン検出器に比べて構成が大幅に簡略化さ
れる。

【００２１】（２）第２実施形態 本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、さら
に簡単な構造としたものである。すなわち、イオン検出
板１に求められる絶縁の電圧はせいぜい数Ｖ程度である
ため、絶縁材１２としては、図５あるいは図６に示した
ように、薄い膜状の絶縁材で充分である。なお、このと
き、イオン検出板１と保持材４の両方を鉄にすると、磁
石の吸引力によってイオン検出板１、保持材４及び永久
磁石３を締結用のネジを用いることなく一体に構成する
ことができる。

【００２２】このように、図５あるいは図６に示したよ
うな構成とすると、組み立てに特別な工具が不要となる
ばかりか、測定後に各部品を再利用することができる。
また、検出器を大型化する際にもすべての部品を大型化
する必要はなく、小型部品を順次継ぎ足して構成するこ
ともでき、検出器の形状も任意にできる。なお、この場
合、イオン検出器の置かれる雰囲気や、用いている周囲
の材料の関係で、検出板と保持材の片方のみを磁性体と
してもよい。

【００２３】（３）他の実施形態 本発明のイオン検出器は、上述したような実施形態に限
定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。すなわち、図７に示
したように、イオン検出器全体を接地電位の容器１０に
収納しても良い。この場合、容器１０を鉄で構成する
と、周囲のノイズの影響を特に避けたい場合等に有効で
あるが、本発明の効果をなんら損なうものではない。

【００２４】また、図８（Ａ）（Ｂ）に示したように、
従来と同様に、接地電極２３のイオンビームの入り口に
スリット状の開口部２４を設けても良い。この場合、本
発明に係るイオン検出器でイオンビームの分布測定を行
うことができる。また、以上説明した図１〜図８までの
各実施形態は、測定面積を制限するような要素はなく、
任意の大きさに拡大することができ、その形状にも制限
はない。また検出板、保持材に鉄を用いる場合を述べて
きたが、鉄に限定されることなく、他の磁性材を用いて
もなんら差し支えない。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、構造
が簡単で、余分な電源を必要とせず、任意の大きさで測
定できるイオン検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン検出器の第１実施形態の構
成を示す断面図。

【図２】本発明に係るイオン検出器の第１実施形態の構
成を示す断面図。

【図３】本発明に係るイオン検出器の第１実施形態の構
成を示す断面図。

【図４】本発明に係るイオン検出器の第１実施形態の構
成を示す断面図。

【図５】本発明に係るイオン検出器の第２実施形態の構
成を示す断面図

【図６】本発明に係るイオン検出器の第２実施形態の構
成を示す断面図

【図７】本発明に係るイオン検出器の他の実施形態の構
成を示す断面図

【図８】本発明に係るイオン検出器の他の実施形態の構
成を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図。

【図９】従来のイオン検出器の構成を示す図であって、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図

【図１０】従来のイオン検出器の他の構成を示す図であ
って、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図

【符号の説明】

１…イオン検出板 ２…絶縁材 ３…永久磁石 ４…保持材 ５…絶縁材 ６…締結用ネジ ７…磁力線 ８…支持棒 ９…締結用ネジ １０…接地電位の容器 １２…絶縁材 １３…永久磁石 ２１…イオン検出板 ２２…電子抑制電極 ２３…接地電極 ２４…スリット状の開口部 ２５…接地電位の容器 ２６…電子抑制用電源 ２７…電流計 ２８…メッシュ状接地電極 ２９…メッシュ状電子抑制電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームを金属製のイオン検出板に
   衝突させ、これにより生じるイオン電流を測定するイオ
   ン検出器において、 前記イオン検出板の表面近傍に磁場を生じさせ、このイ
   オン検出板よりの電子放出を抑制する磁場発生手段を備
   えたことを特徴とするイオン検出器。
2. 【請求項２】 前記磁場発生手段が、永久磁石であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のイオン検出器。
3. 【請求項３】 前記永久磁石の着磁方向が、前記イオン
   検出板の表面に略平行であることを特徴とする請求項２
   記載のイオン検出器。
4. 【請求項４】 前記永久磁石の着磁方向が、前記イオン
   検出板の表面に略直角であることを特徴とする請求項２
   記載のイオン検出器。
5. 【請求項５】 前記磁場発生手段が、互いに並設された
   複数の永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の
   イオン検出器。
6. 【請求項６】 前記複数の永久磁石の着磁方向が、前記
   イオン検出板の表面に略直角で、互いに同じ向きである
   ことを特徴とする請求項５記載のイオン検出器。
7. 【請求項７】 前記複数の永久磁石の着磁方向が、前記
   イオン検出板の表面に略直角で、隣接する磁石の着磁方
   向が互いに反対方向であることを特徴とする請求項５記
   載のイオン検出器。
8. 【請求項８】 前記イオンビームの入射方向から順に、
   前記イオン検出板、絶縁材及び前記永久磁石が層状に構
   成され、これらを一体化して支持する保持材を備え、前
   記イオン検出板と保持材の少なくともいずれか一方を磁
   性材としたことを特徴とする請求項４乃至請求項７のい
   ずれか一に記載のイオン検出器。
9. 【請求項９】 前記磁性材として鉄を用いたことを特徴
   とする請求項８記載のイオン検出器。