JP2005300454A - イオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 重水素の計測を可能にしたイオンビーム分析装置を提供する。
【解決手段】 試料１０に^７Ｌｉイオンビームを照射する加速器５と、試料１０に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器７と、γ線検出器７によって検出されたγ線量に基づいて、試料１０に含まれる重水素の存在量を算出する演算手段とを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオンビーム分析装置およびイオンビーム分析装置、特に、重水素の測定が可能とされたイオンビーム分析装置およびイオンビーム分析装置に関するものである。

従来より、加速器によって得られるイオンビームを試料に照射し、発生するγ線、α線、中性子等の放射エネルギーを検出することによって当該試料を分析するイオンビーム分析法が知られている。
また、このイオンビーム分析の一つとして、^１５Ｎ（ｐ，αγ）^１２Ｃの共鳴核反応を用いた軽水素の分析が知られている（非特許文献１参照）。
具体的には、共鳴エネルギーである６．３８５ＭｅＶ以上まで加速器によって加速された単色^１５Ｎイオンビームを、１ｘ１０^−５Torr（１．３３ｘ１０^−３Ｐａ）以下の高真空とされた真空チャンバー内に設置された試料に照射する。すると、試料内に存在する軽水素との共鳴核反応が生じ、γ線が放射される。このγ線を検出することによって軽水素の定量を行う。この共鳴核反応は、共鳴エネルギー幅が狭い（１．８ｋｅＶ）ので、選択的に軽水素を測定できるという利点を有している。

さらに、試料中で^１５Ｎイオンビームが減少することを利用して、試料の深さ方向の軽水素分布を測定することも行われている。つまり、^１５Ｎイオンビームが試料内部を進行すると、^１５Ｎイオンビームはエネルギーを失い減衰する。そして、減衰した^１５Ｎイオンビームが共鳴エネルギーである６．３８５ＭｅＶとなった深さ位置で共鳴核反応が生じる。^１５Ｎイオンビームの試料中における減衰率が既知であれば、共鳴核反応が生じた深さ位置を特定できるので、この位置での軽水素を定量することができる。
したがって、試料に入射させる^１５Ｎイオンビームのエネルギーを変化させて測定を行えば、試料の深さ方向における軽水素分布が得られることになる。

以上のような共鳴核反応法は、例えば燃料電池に用いられる水素透過膜の分析に利用される。

固体物理 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．６，２００１，４３〜４８頁

しかし、上記共鳴核反応法は、あくまでも軽水素を測定することしかできず、重水素を測定することはできない。
上記非特許文献１には、重水素の核反応としてＤ（ｄ，ｎ）^３ＨｅやＤ（^３Ｈｅ，ｐ）αが示されているが、核反応の際に放出されるエネルギーを示すＱ値が低いことや、鋭い共鳴を示さない（共鳴エネルギー幅が小さい）ため深さ分析には向かないことが示されている。

また、イオンビームを試料に照射するためには、試料を高真空下に配置する必要があり、これでは、実際に使用される条件（例えば水素透過膜では１気圧）での測定を行うことができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、重水素の計測を可能にしたイオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置を提供することを目的とする。

また、試料が実際に使用される条件に近い状態での計測が可能とされたイオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のイオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるイオンビーム分析方法は、試料に^７Ｌｉイオンビームを照射し、前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、計測されたγ線量から前記試料に含まれる重水素を測定することを特徴とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、重水素の共鳴核反応として^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅの核反応が有用であることを見出した。この核反応の共鳴エネルギーは３５０ｋｅＶとなっており、^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法のような６．３８５ＭｅＶといった高エネルギーを要求しない点でも有用である。

また、本発明のイオンビーム分析方法は、前記試料に照射する^７Ｌｉイオンビーム強度を変化させ、前記^７Ｌｉイオンビーム強度に対応したγ線量から前記試料に含まれる重水素の深さ方向分布を測定することを特徴とする。

本発明において核反応^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅの共鳴幅は、２ｋｅＶ程度と極めて狭い。したがって、試料中での^７Ｌｉイオンビームの減衰率が既知であれば、照射する^７Ｌｉイオンビーム強度との関係で共鳴核反応が生じる深さ位置を特定することができる。これにより、試料中における重水素の深さ方向分布を測定することができる。

また、本発明のイオンビーム分析方法は、試料に^７Ｌｉイオンビームを照射し、前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、計測されたγ線量から前記試料に含まれる前記重水素を測定し、かつ、試料に^１５Ｎイオンビームを照射し、前記試料に含まれる軽水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、計測されたγ線量から前記試料に含まれる軽水素を測定し、水素の同位体効果を分析すること特徴とする。

^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法と併用すれば、軽水素の定量とともに、^７Ｌｉイオンビームを用いた共鳴核反応法によって得られる重水素の定量が可能となる。これにより、水素の同位体効果を分析することができる。また、いずれもγ線量を計測する方法なので、同時計測に好適である。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、試料に^７Ｌｉイオンビームを照射する^７Ｌｉイオンビーム照射手段と、前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器と、該γ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の存在量を算出する演算手段と、を備えていることを特徴とする。

重水素の共鳴核反応として^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅを用いることにより、重水素を測定することが可能なイオンビーム分析装置を提供することができる。この核反応の共鳴エネルギーは３５０ｋｅＶとなっており、^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法のような６．３８５ＭｅＶといった高エネルギーを要求しない点でも有用である。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記^７Ｌｉイオンビーム照射装置の出力を変化させる出力制御手段を備え、前記演算手段は、前記出力制御手段によって変化させられた^７Ｌｉイオンビームの出力に応じて放射されるγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の深さ方向分布を演算することを特徴とする。

本発明において核反応^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅの共鳴幅は、２ｋｅＶ程度と極めて狭い。したがって、試料中での^７Ｌｉイオンビームの減衰率が既知であれば、照射する^７Ｌｉイオンビーム強度との関係で共鳴核反応が生じる深さ位置を特定することができる。これにより、試料中における重水素の深さ方向分布を測定することができるイオンビーム分析装置を提供することができる。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、試料に^７Ｌｉイオンビームを照射する^７Ｌｉイオンビーム照射手段と、前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器と、該γ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の存在量を算出する演算手段と、を備えるとともに、試料に^１５Ｎイオンビームを照射する^１５Ｎイオンビーム照射手段を備え、前記演算手段は、前記試料に含まれる軽水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる軽水素の存在量を算出することによって、水素の同位体効果を分析することを特徴とする。

^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法と併用すれば、軽水素の定量とともに、^７Ｌｉイオンビームを用いた共鳴核反応法によって得られる重水素の定量が可能となる。これにより、水素の同位体効果を分析することが可能なイオンビーム分析装置を提供することができる。また、いずれもγ線量を計測する方法なので、同時計測に好適である。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、試料を収容するとともに該試料に照射されるイオンビームを通過させる開口を有する収容容器と、該収容容器の少なくとも前記開口を包囲するように設けられた真空容器と、前記試料に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、前記イオンビームによって前記試料から放射される放射エネルギーを検出する検出器と、を備え、前記収容容器には、ガスが導入されていることを特徴とする。

収容容器内に試料を収容し、この収容容器内にガスを導くこととしたので、真空容器内は真空状態を維持したままで、試料周りだけをガスが満たされた状態にすることができる。これにより、試料が使用される条件（例えば大気圧）に近い状態で分析することができる。
なお、イオンビームとしては、例えば、^７Ｌｉイオンビームや^１５Ｎイオンビームが用いられる。
また、導入されるガスとしては、例えば、水素や重水素を含んだガスが挙げられる。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記収容容器は、前記試料の被照射面に面した照射側部屋と、該被照射面と反対側の裏面に面した裏面側部屋とに区画され、前記照射側部屋にはガスが導かれ、前記裏面側部屋は真空とされていることを特徴とする。

照射側部屋に満たされたガスは、裏面側部屋へと透過することとなるので、試料をガス透過膜とした場合、この透過膜内における種々の原子・分子の分布状態を把握することができる。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記収容容器は、前記試料の被照射面に面した照射側部屋と、該被照射面と反対側の裏面に面した裏面側部屋とに区画され、前記照射側部屋は真空とされ、前記裏面側部屋にはガスが導かれていることを特徴とする。

裏面側部屋に満たされたガスは、照射側部屋へと透過することとなるので、試料をガス透過膜とした場合、この透過膜内における種々の原子・分子の分布状態を把握することができる。
また、照射側部屋が真空状態に維持されるので、真空容器内を高真空に維持できる。さらに、照射側部屋からイオンビームに向けてガスが流出することがないので、ガスによるイオンビームの減衰を防止することができる。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記収容容器に設けられた前記開口には、該収容容器内のガスを前記イオンビームの軌道とは異なる方向に流出させる流出管が接続されていることを特徴とする。

収容容器内のガスが開口からイオンビームの軌道上を進行するように流出すると、流出したガスによってイオンビームが減衰させられてしまう。これでは、計測誤差を招くことになるので、イオンビームの軌道とは異なる方向に流出させる流出管を開口に接続することとした。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記収容容器に設けられた前記開口は、自由渦を用いた空力窓によってシールされていることを特徴とする。
自由渦を用いた空力窓を採用することとしたので、収容容器内に導入されたガスが開口を通過して真空容器側に流出することがない。また、空力的にシールされているので、この部分でのイオンビームの減衰を可及的に抑えることができる。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、内部に試料が配置された真空容器と、前記試料に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、前記イオンビームによって前記試料から放射される放射エネルギーを検出する検出器と、前記試料の被照射面に対してガスを吹き付けるガス吹付け手段と、該ガス吹付け手段によってガスが吹き付けられるときに前記イオンビーム照射手段によるイオンビーム照射を停止し、前記ガス吹付け手段によるガス吹き付けが停止されているときに前記イオンビーム照射手段によるイオンビーム照射を行うように、前記ガス吹付け手段および前記イオンビーム照射手段を間欠的に制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。

イオンビーム照射時にはガスを吹き付けないこととしたので、試料の被照射面側では略真空状態とされ、ガスによるイオンビームの減衰を考慮しなくても済む。
また、イオンビーム照射時にガスが供給されないので、開口を通ってイオンビームの軌道上をガスが進行し、イオンビームを減衰させてしまうことがない。

また、本発明のイオンビーム分析装置は、前記収容容器から前記イオンビームの上流側に向けて複数の部屋を設け、各部屋の真空度が、前記イオンビームの上流側に向かって順次高くなることを特徴とする。

試料からイオンビームの上流側に向けて複数の部屋を設け、各部屋の真空度がイオンビームの上流側に向かって順次高くなるようにして、いわゆる差動排気を行うようにしたので、ガスが導入された収容容器の開口からガスが真空容器側に流出しても、当該開口部に近い部屋から積極的に排気することにより、真空容器全体としての真空度を高く保つことができる。

本発明によれば、重水素の計測が可能とされ他イオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置を提供することができる。
また、本発明によれば、試料が実際に使用される条件に近い状態での計測が可能とされたイオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置を提供することができる。

以下に、本発明のイオンビーム分析方法およびイオンビーム分析装置にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、本実施形態に係る共鳴核反応分析装置（イオンビーム分析装置）１が示されている。
共鳴核反応分析装置１は、内部が高真空に保たれる真空容器３と、この真空容器３内に配置された試料１０に^７Ｌｉイオンビームを照射する加速器５と、試料１０から放射されるγ線を検出するγ線検出器７とを備えている。
試料１０としては、例えば、水素透過膜、有機膜、生体膜等が供される。

真空容器３は、試料１０を収容する収容容器９を備えている。この収容容器９は、真空容器３の端部であって、加速器５が接続された側とは反対側の端部に設けられている。
収容容器９には、^７Ｌｉイオンビームを通過させるための開口９ａが形成されている。この開口９ａと試料１０との距離は、雰囲気ガスによる^７Ｌｉイオンビームの減衰を抑えるため、数ｍｍとされている。
この収容容器９には、図示しないガス供給源が接続されており、重水素を含んだガスが供給されるようになっている。

真空容器３は、その内部に、収容容器９に接続される第１差動排気室１２及び第２差動排気室１４を備えている。
これら差動排気室１２，１４は、^７Ｌｉイオンビームの上流側に向けて、第１差動排気室１２および第２差動排気室１４の順に設けられている。また、これら差動排気室１２，１４には、^７Ｌｉイオンビームを通過させるための開口１２ａ，１４ａが適宜設けられている。
各差動排気室１２，１４は、それぞれ、独立に真空排気されるようになっており、各差動排気室１２，１４の真空度を異ならせた差動排気が実現されるようになっている。
また、真空容器３内の領域であって、差動排気室１２，１４が設けられていない領域についても、別途真空排気がなされるようになっている。それぞれの真空排気は、ターボ分子ポンプ１５及びドライポンプ１７が用いられる。ただし、所望の真空度が得られるのであれば、真空排気手段の形式は適宜変更することができる。

加速器５は、イオン源５ａと、イオン源から発生するリチウムイオンを加速する加速管５ｂ，５ｂを備えている。イオン源５ａとしては、プラズマ放電を用いたイオン源が用いられる。
加速管５ｂによって加速された^７Ｌｉイオンビームは、真空容器３の端部（図において左方）に取り付けられた出射端５ｃから試料１０に向けて照射される。

γ線検出器７は、試料１０の近傍に設置されており、共鳴核反応によって放出されるγ線を検知する。γ線検出器７としては、例えば、Geγ線検出器、NaIシンチレーター、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２（ＢＧＯ）シンチレータが用いられる。

次に、上記構成の共鳴核反応分析装置１を用いた重水素の測定方法について説明する。
まず、収容容器９内に試料１０を設置して、第１差動排気室、第２差動排気室、真空容器３に接続された真空排気手段１５，１７を起動して、真空排気する。
その後、収容容器９内に重水素を含んだガスを供給する。供給する重水素含有ガスの圧力は、試料が実際に使用される条件を考慮して、例えば１気圧程度とされる。
この状態で、第１差動排気室の真空度は１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）程度、第２差動排気室の真空度は１．３３ｘ１０^−３Ｐａ（１ｘ１０^−５Ｔｏｒｒ）程度、その他の真空容器３内の領域の真空度は１．３３ｘ１０^−３Ｐａ（１ｘ１０^−５Ｔｏｒｒ）以下とされている。

そして、加速器５を稼動させて、３５０ｋｅＶ以上の単色^７Ｌｉイオンビームを試料１０に向けて照射する。^７Ｌｉイオンビームが照射されると、試料１０内に吸着されて存在する重水素に共鳴エネルギー３５０ｋｅＶが吸収されて^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅの共鳴核反応が生じ、γ線が放出される。この放出されたγ線をγ線検出器７によって検出し、γ線量に基づいて、図示しない演算手段によって重水素を定量する。

また、上記共鳴核反応は、共鳴エネルギー幅が２ｋｅＶ以下の鋭い共鳴反応なので、次のような深さ分布を計測するのに適している。
照射する^７Ｌｉイオンビームのエネルギーと、予め得られている試料１０内における^７Ｌｉイオンビームの減衰とから、照射エネルギーと試料１０内で共鳴核反応が生じる深さ位置との関係を得ておく。そして、^７Ｌｉイオンビームの照射エネルギーを出力制御手段（図示せず）によってスキャンさせながら共鳴核反応によって放出されるγ線を計測し、各深さ位置における重水素を定量する。

このように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
共鳴核反応として^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅを用いて計測することとしたので、重水素の定量が可能となる。また、この核反応の共鳴エネルギーは３５０ｋｅＶとなっており、^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法のような６．３８５ＭｅＶといった高エネルギーを要求しないという利点を有する。

また、共鳴核反応^７Ｌｉ（ｄ，γ）^９Ｂｅの共鳴幅は、２ｋｅＶ程度と極めて狭い。したがって、試料中での^７Ｌｉイオンビームの減衰率が既知であれば、照射する^７Ｌｉイオンビーム強度との関係で共鳴核反応が生じる深さ位置を特定することができる。これにより、試料中における重水素の深さ方向分布を測定することができる。

また、^１５Ｎイオンビームを用いた共鳴核反応法と併用すれば、軽水素の定量とともに、^７Ｌｉイオンビームを用いた共鳴核反応法によって得られる重水素の定量が可能となる。これにより、水素の同位体効果を分析することができる。また、いずれもγ線量を計測するγ線検出器７を用いることができるので、同時計測に好適である。

収容容器９内に試料１０を収容し、この収容容器９内にガスを供給することとしたので、真空容器３内は真空状態を維持したままで、試料１０の周りだけをガスが満たされた状態にすることができる。これにより、試料１０が実際に使用される条件（例えば大気圧）に近い状態で分析することができる。

試料から^７Ｌｉイオンビームの上流側に向けて複数の部屋を設け、各部屋の真空度が^７Ｌｉイオンビームの上流側に向かって順次高くなるようにして、いわゆる差動排気を行うようにしたので、ガスが導入された収容容器９の開口９ａからガスが真空容器３側に流出しても、当該開口９ａに近い部屋から積極的に排気することにより、真空容器３全体としての真空度を高く保つことができる。

［第２実施形態］
次に、図２を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、第１実施形態に比べて、収容容器９の構造が異なり、その他の構成は同様である。したがって、以下、収容容器９の構造について説明する。
収容容器９は、試料１０の被照射面１０ａに面した照射側部屋２０と、被照射面１０ａと反対側の裏面１０ｂに面した裏面側部屋２２とに区画されている。
照射側部屋２０には、重水素含有ガス供給源（図示せず）が接続されており、重水素含有ガスが供給されるようになっている。
裏面側部屋２２には、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段が接続されており、内部が真空排気されるようになっている。
本実施形態によれば、試料１０を水素透過膜とした場合、照射側部屋２０から裏面側部屋２２へと透過する重水素の深さ分布を測定することができる。この場合、試料１０としては、パラジウム、パラジウム合金、ニッケル系合金等が用いられる。
また、^１５Ｎイオンビームを照射する加速器を併設すれば、軽水素の深さ分布を測定することができる。これにより、水素透過膜における同位体効果を分析することができる。

なお、図３に示すように、収容容器９に設けた開口９ａに、照射側部屋２０内の重水素含有ガスを^７Ｌｉイオンビームの軌道Ｌとは異なる方向に流出させる流出管３０を接続してもよい。このように、流出管３０を接続して、重水素含有ガスの流出方向を^７Ｌｉイオンビームの軌道Ｌと異ならせるようにすれば、照射側部屋２０から^７Ｌｉイオンビームの軌道Ｌ上を分子流状態で重水素含有ガスが流れることを防止できる。これにより、^７Ｌｉイオンビームが軌道Ｌ上を進行する重水素含有ガスによって減衰させられてしまうことを回避できる。
流出管３０には、^７Ｌｉイオンビームを通過させるための開口３０ａが形成されているが、ここから重水素含有ガスが流出することは殆どない。なぜなら、流出管３０内を流れるガスは粘性流状態となっているので、そのせん断力によってガスは流出方向にひきずられるからである。
なお、この変形例は、第１実施形態と組み合わせることもできる。

図４には、本実施形態の他の変形例として、収容容器９の開口９ａのシール方法が示されている。これは、自由渦を用いた空力窓によって真空側と高圧側である照射側部屋２０とをシールしている。
開口９ａの近傍には、自由渦ノズル４０が設けられている。この自由渦ノズル４０の一方４０ａには空気や窒素等のガスが供給されるようになっており、他方のノズル４０ｂからガスが吸引されるようになっている。これらノズル４０ａ，ｂの傾きを適宜設定し、一方のノズル４０ａからガスを超音速で流すことによって自由渦が形成され、これにより真空側と高圧側がシールされる。
本実施形態によれば、自由渦を用いた空力窓を用いることとしたので、真空容器３（具体的には第１差動排気室１２側）内にガスが流出してしまうことを防止できる。
なお、この変形例は、第１実施形態と組み合わせることもできる。

［第３実施形態］
次に、図５を用いて、本発明の第３実施形態を説明する。
本実施形態は、第２実施形態に比べて、収容容器９の構造は同様であり、重水素含有ガスを充填する部屋が逆になっている点で異なる。
つまり、照射側部屋２０には、真空排気手段が接続されており、内部が真空排気されるようになっている。
裏面側部屋２２には、重水素含有ガス供給源が接続されており、重水素含有ガスが供給されるようになっている。
本実施形態によれば、裏面側部屋２２から照射側部屋２０へと透過する重水素の深さ分布が測定できる点では第２実施形態と同様であるが、^７Ｌｉイオンビームの照射側に重水素含有ガスを供給しない構成となっているので、真空容器３内を高真空に維持できるとともに、重水素含有ガスによる^７Ｌｉイオンビームの減衰を考慮せずに済む点で有利である。

［第４実施形態］
次に、図６を用いて本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態は、収容容器９の内部が真空に保たれている点で、上記各実施形態と異なる。
図６（ａ）には、収容容器９の内部が部分的に拡大して示されている。
収容容器９内には、重水素含有ガスを試料１０の被照射面１０ａに対して吹きつけるガス吹付けノズル（ガス吹付け手段）５０が設けられている。このガス吹付けノズル５０は、制御手段（図示せず）によって制御されるようになっている。この制御手段は、重水素含有ガスを試料１０に対して間欠的に吹き付けるように制御する。さらに、制御手段は、重水素含有ガスの吹き付けのタイミングに応じて、^７Ｌｉイオンビームの照射時期を制御する。

つまり、図６（ｂ）に示すように、制御手段は、ガス吹付けノズル５０によって重水素含有ガスが吹き付けられているときに^７Ｌｉイオンビーム照射を停止し、ガス吹付けノズル５０によるガス吹き付けが停止されているとき^７Ｌｉイオンビーム照射を行うように制御する。

なお、ガス吹付けノズル５０の間欠運転は、具体的には、ピエゾバルブ（図示せず）の開閉を繰り返すことによって行われる。
このような間欠運転は、試料１０中に重水素が拡散する速度よりも早いタイミングで行われる。これにより、試料１０中を透過する重水素の様子を擬似的に再現することができる。

本実施形態によれば、^７Ｌｉイオンビーム照射を行わない時にのみ重水素含有ガスを吹き付けることとし、可及的に少量のガスを吹き付けるようにしたので、真空容器３内を高真空に保つことができる。
また、^７Ｌｉイオンビーム照射時に重水素含有ガスが供給されないので、開口９ａを通って^７Ｌｉイオンビームの軌道Ｌ上を重水素含有ガスが進行し、^７Ｌｉイオンビームを減衰させてしまうことがない。

なお、数ｅＶ程度の低エネルギーで核反応が進行する凝集系核反応の計測を行う場合には、Ｃｓ等の被変換元素を試料１０に添加するための蒸発源５２を備えるようにしても良い。

本発明の第１実施形態にかかる共鳴核反応分析装置を示した概略図である。 本発明の第２実施形態にかかる共鳴核反応分析装置を示した概略図である。 第２実施形態の第１変形例を示した部分断面図である。 第２実施形態の第２変形例を示した部分断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる共鳴核反応分析装置を示した概略図である。 本発明の第４実施形態にかかる共鳴核反応分析装置の収容容器の要部を示した部分断面図である。

符号の説明

１ 共鳴核反応分析装置
３ 真空容器
５ 加速器
７ γ線検出器
９ 収容容器
１０ 試料
１０ａ 被照射面
１０ｂ 裏面
２０ 照射側部屋
２２ 裏面側部屋
３０ 流出管
４０ 自由渦ノズル
５０ ガス吹付けノズル

Claims (13)

1. 試料に^７Ｌｉイオンビームを照射し、
   前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、
   計測されたγ線量から前記試料に含まれる重水素を測定することを特徴とするイオンビーム分析方法。
2. 前記試料に照射する^７Ｌｉイオンビーム強度を変化させ、
   前記^７Ｌｉイオンビーム強度に対応したγ線量から前記試料に含まれる重水素の深さ方向分布を測定することを特徴とする請求項１記載のイオンビーム分析方法。
3. 試料に^７Ｌｉイオンビームを照射し、
   前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、
   計測されたγ線量から前記試料に含まれる前記重水素を測定し、かつ、
   試料に^１５Ｎイオンビームを照射し、
   前記試料に含まれる軽水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を計測し、
   計測されたγ線量から前記試料に含まれる軽水素を測定し、
   水素の同位体効果を分析すること特徴とするイオンビーム分析方法。
4. 試料に^７Ｌｉイオンビームを照射する^７Ｌｉイオンビーム照射手段と、
   前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器と、
   該γ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の存在量を算出する演算手段と、
   を備えていることを特徴とするイオンビーム分析装置。
5. 前記^７Ｌｉイオンビーム照射装置の出力を変化させる出力制御手段を備え、
   前記演算手段は、前記出力制御手段によって変化させられた^７Ｌｉイオンビームの出力に応じて放射されるγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の深さ方向分布を演算することを特徴とする請求項４記載のイオンビーム分析装置。
6. 試料に^７Ｌｉイオンビームを照射する^７Ｌｉイオンビーム照射手段と、
   前記試料に含まれる重水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器と、
   該γ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる重水素の存在量を算出する演算手段と、を備えるとともに、
   試料に^１５Ｎイオンビームを照射する^１５Ｎイオンビーム照射手段を備え、
   前記演算手段は、前記試料に含まれる軽水素との共鳴核反応によって放射されるγ線量を検出するγ線検出器によって検出されたγ線量に基づいて、前記試料に含まれる軽水素の存在量を算出することによって、水素の同位体効果を分析することを特徴とするイオンビーム分析装置。
7. 試料を収容するとともに該試料に照射されるイオンビームを通過させる開口を有する収容容器と、
   該収容容器の少なくとも前記開口を包囲するように設けられた真空容器と、
   前記試料に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、
   前記イオンビームによって前記試料から放射される放射エネルギーを検出する検出器と、
   を備え、
   前記収容容器には、ガスが導かれていることを特徴とするイオンビーム分析装置。
8. 前記収容容器は、前記試料の被照射面に面した照射側部屋と、該被照射面と反対側の裏面に面した裏面側部屋とに区画され、
   前記照射側部屋にはガスが導かれ、前記裏面側部屋は真空とされていることを特徴とする請求項７記載のイオンビーム分析装置。
9. 前記収容容器は、前記試料の被照射面に面した照射側部屋と、該被照射面と反対側の裏面に面した裏面側部屋とに区画され、
   前記照射側部屋は真空とされ、前記裏面側部屋にはガスが導かれていることを特徴とする請求項７記載のイオンビーム分析装置。
10. 前記収容容器に設けられた前記開口には、該収容容器内のガスを前記イオンビームの軌道とは異なる方向に流出させる流出管が接続されていることを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム分析装置。
11. 前記収容容器に設けられた前記開口は、自由渦を用いた空力窓によってシールされていることを特徴とする請求項７または８に記載のイオンビーム分析装置。
12. 内部に試料が配置された真空容器と、
    前記試料に向けてイオンビームを照射するイオンビーム照射手段と、
    前記イオンビームによって前記試料から放射される放射エネルギーを検出する検出器と、
    前記試料の被照射面に対してガスを吹き付けるガス吹付け手段と、
    該ガス吹付け手段によってガスが吹き付けられるときに前記イオンビーム照射手段によるイオンビーム照射を停止し、前記ガス吹付け手段によるガス吹き付けが停止されているときに前記イオンビーム照射手段によるイオンビーム照射を行うように、前記ガス吹付け手段および前記イオンビーム照射手段を間欠的に制御する制御手段と、
    を備えていることを特徴とするイオンビーム分析装置。
13. 前記収容容器から前記イオンビームの上流側に向けて複数の部屋を設け、
    各部屋の真空度が、前記イオンビームの上流側に向かって順次高くなることを特徴とする請求項４から１２のいずれかに記載のイオンビーム分析装置。

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