JP2008256388A - Ion beam applicator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンビーム分析装置に関するものである。 The present invention relates to an ion beam analyzer.
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(例えば、特許文献1)。
しかしながら、上述の特許文献1に開示されているイオンビーム分析装置では、試料を真空雰囲気中に置く必要があり、試料を真空雰囲気中に置くのに収容容器(チャンバ)が必要となり、装置が複雑化および大型化してしまうといった問題点があった。
However, in the ion beam analyzer disclosed in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、装置の簡略化および小型化を図ることができるイオンビーム分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an ion beam analyzer that can simplify and miniaturize the apparatus.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るイオンビーム照射装置は、試料にイオンビームを照射して、前記試料から放射される放射エネルギーを検出するイオンビーム照射装置であって、基端部から先端部に向かって先細となるように形成されて、その内周面側に到達した前記イオンビームを集光させるキャピラリーと、前記キャピラリーの外周面側および先端側を取り囲むとともに、前記試料と当接させられる先端が、前記キャピラリーの先端から前記試料の側に向かって所定距離離間するように構成されたキャピラリーガイドとを備えている。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
An ion beam irradiation apparatus according to the present invention is an ion beam irradiation apparatus that irradiates a sample with an ion beam and detects radiant energy emitted from the sample, and is tapered from a proximal end portion toward a distal end portion. A capillary for condensing the ion beam that has reached the inner peripheral surface side of the capillary, and a tip that surrounds the outer peripheral surface side and the distal end side of the capillary and is brought into contact with the sample. And a capillary guide configured to be spaced apart from the tip toward the sample side by a predetermined distance.
本発明に係るイオンビーム照射装置によれば、キャピラリーの先端に形成された開口端の内径が微小(1μm程度)であるため、この開口端を境にキャピラリーの内側(内部)を真空に保つことができて、キャピラリーにより集められたイオンビームを大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料を分析することができる。これにより、試料を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器(チャンバ)をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイドの先端とキャピラリーの先端とが、所定距離(例えば、1μm)離間するように構成されているので、キャピラリーガイドの先端を試料の表面に当接させる(押し付ける)だけでキャピラリーの先端と試料の表面との距離を知る(規定する)ことができて、より正確な分析を行うことができる。
According to the ion beam irradiation apparatus according to the present invention, since the inner diameter of the opening end formed at the tip of the capillary is very small (about 1 μm), the inside (inside) of the capillary is kept in vacuum with the opening end as a boundary. The ion beam collected by the capillary can be extracted into the atmosphere. That is, a sample placed in the atmosphere can be analyzed. As a result, it is not necessary to place the sample in a vacuum atmosphere, and the storage container (chamber) conventionally required for placing the sample in the vacuum atmosphere can be eliminated, and the apparatus can be simplified and miniaturized. Can do.
In addition, since the tip of the capillary guide and the tip of the capillary are configured to be separated from each other by a predetermined distance (for example, 1 μm), the tip of the capillary is simply brought into contact (pressed) with the surface of the sample. The distance between the sample and the surface of the sample can be known (defined), and a more accurate analysis can be performed.
上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に、ヘリウムガスを供給するガス供給手段が設けられているとさらに好適である。 In the ion beam irradiation apparatus, it is more preferable that gas supply means for supplying helium gas is provided in a space formed between the capillary and the capillary guide.
このようなイオンビーム照射装置によれば、分析中、キャピラリーとキャピラリーガイドとの間に形成された空間内に、軽くて(分子量が小さくて)減衰が少ないヘリウムガスが供給され、空間内がヘリウムガスで満たされることとなるので、キャピラリーの先端から出て試料の表面に到達するまでのイオンビームのエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。 According to such an ion beam irradiation apparatus, helium gas that is light (small in molecular weight) and less attenuated is supplied into the space formed between the capillary and the capillary guide during analysis, and the space is filled with helium. Since it is filled with gas, the energy loss of the ion beam from the tip of the capillary to the sample surface can be accurately predicted, analysis errors can be reduced, and more accurate analysis It can be performed.
上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーガイドに可視光導入窓が設けられており、前記可視光導入窓を通して前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に可視光が入射させられ、前記キャピラリーガイド内で反射させられた後、前記キャピラリーガイドの先端から前記試料の表面に向けて前記可視光が照射されるように構成されているとさらに好適である。 In the ion beam irradiation apparatus, a visible light introduction window is provided in the capillary guide, and visible light is incident on a space formed between the capillary and the capillary guide through the visible light introduction window. It is more preferable that the visible light is irradiated from the tip of the capillary guide toward the surface of the sample after being reflected in the capillary guide.
このようなイオンビーム照射装置によれば、試料の表面上に照射された可視光の位置と、試料の表面に照射されるイオンビームの位置とが同じ(略同じ)とされ、試料の表面に照射された可視光の位置にイオンビームが照射されることとなるので、イオンビームを試料の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。 According to such an ion beam irradiation apparatus, the position of the visible light irradiated on the surface of the sample and the position of the ion beam irradiated on the surface of the sample are the same (substantially the same), Since the ion beam is irradiated to the irradiated visible light position, the ion beam can be easily irradiated to the desired position of the sample, and the efficiency of the analysis work can be improved.
上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーガイドの先端と前記試料の表面との当接を視覚的または聴覚的に知らせる報知手段が設けられているとさらに好適である。 In the ion beam irradiation apparatus, it is more preferable that a notification means for visually or audibly informing the contact between the tip of the capillary guide and the surface of the sample is provided.
このようなイオンビーム照射装置によれば、キャピラリーガイドの先端が試料の表面に当接すると、表示灯が点灯したり音声案内等が流れ、作業者に知らせるようになっているので、キャピラリーガイドの先端と試料の表面との当接を視覚的または聴覚的に確認することができる。 According to such an ion beam irradiation apparatus, when the tip of the capillary guide comes into contact with the surface of the sample, the indicator lamp is turned on or voice guidance is transmitted to inform the operator. The contact between the tip and the surface of the sample can be confirmed visually or audibly.
本発明によれば、装置の簡略化および小型化を図ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the apparatus can be simplified and downsized.
以下、本発明に係るイオンビーム照射装置の第1実施形態について、図1および図2を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部概略構成図であり、図2は図1の要部拡大断面図である。
Hereinafter, a first embodiment of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of an ion beam irradiation apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
図1に示すように、本実施形態に係るイオンビーム照射装置1は、第1の差動排気室2と、第2の差動排気室3と、シンチレータ4と、キャピラリー5と、キャピラリーガイド6とを備えている。
As shown in FIG. 1, an ion
第1の差動排気室2および第2の差動排気室3は、イオンビーム(例えば、7Liイオンビームや15Nイオンビーム等)7の上流側から下流側に向かって、第1の差動排気室2および第2の差動排気室3の順に設けられている。また、第1の差動排気室2には、イオンビーム7を通過させるための第1の開口2aが設けられており、第2の差動排気室3には、イオンビーム7を通過させるとともに、第1の開口2aよりも小さい内径を有する第2の開口3aが設けられている。
なお、7Liイオンビームを用いると水素の分布が分かり、15Nイオンビームを用いると重水素の分布が分かる。
The first
Note that the distribution of hydrogen can be found by using a 7 Li ion beam, and the distribution of deuterium can be found by using a 15 N ion beam.
第1の差動排気室2および第2の差動排気室3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2,3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、それぞれの真空排気には、図示しないターボ分子ポンプやドライポンプ等が用いられる。ただし、所望の真空度を得ることができるのであれば、真空排気手段の形式は適宜変更することができる。
The first
シンチレータ4は、試料8の近傍に配置されて、共鳴核反応によって放出されるγ線、X線、電子、荷電粒子等を検知するものである。また、試料8としては、例えば、仏像等が供される。
The
図2に示すように、キャピラリー5は、その基端部が第2の差動排気室3の一端部(図1において右側の端部)に接続されて(取り付けられて)、第2の開口3aを通過してキャピラリー5の半径方向内側(内周面側)に到達した(入った)イオンビーム7の直径(外径)を1μm程度まで集光する(絞る)ものであり、基端部から先端部に向かって先細となるように形成されている。そして、このキャピラリー5は、例えば、鉛ガラスを材料として作られている。
As shown in FIG. 2, the
キャピラリーガイド6は、キャピラリー5の半径方向外側(外周面側)および先端側(試料8と対向する側)を取り囲む(覆う)部材であり、その先端は、キャピラリー5の先端から試料8の側に向かって所定距離(例えば、1μm)L離間するように構成されている。そして、このキャピラリーガイド6は、例えば、ステンレスを材料として作られている。
The
本実施形態に係るイオンビーム照射装置1によれば、キャピラリー5の先端に形成された開口端の内径が微小(1μm程度)であるため、この開口端を境にキャピラリー5の内側(内部)を真空に保つことができて、キャピラリー5により集められたイオンビーム7を大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料8を分析することができる。これにより、試料8を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料8を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器(チャンバ)をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイド6の先端とキャピラリー5の先端とが、所定距離(例えば、1μm)L離間するように構成されているので、キャピラリーガイド6の先端を試料8の表面に当接させる(押し付ける)だけでキャピラリー5の先端と試料8の表面との距離を知る(規定する)ことができて、より正確な分析を行うことができる。
According to the ion
In addition, since the tip of the
本発明に係るイオンビーム照射装置の第2実施形態を図3に基づいて説明する。
図3は、本発明の第2実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図2と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置21は、キャピラリー5とキャピラリーガイド6との間に形成された空間S内に、ヘリウム(He)ガスGを供給するガス供給手段22が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
A second embodiment of the ion beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of an ion beam irradiation apparatus according to the second embodiment of the present invention, which is the same as FIG.
The ion
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st Embodiment mentioned above.
ガス供給手段22は、加圧されたヘリウムガスGが充填されたガス供給源(図示せず)と、その一端がキャピラリーガイド6に接続され、その他端がガス供給源に接続されるとともに、キャピラリー5とキャピラリーガイド6との間に形成された空間S内と、ガス供給源内とを連通する配管23と、配管23の途中に接続されたバルブ24とを備えている。そして、このバルブ24が開放されることにより空間S内にヘリウムガスGが供給され、閉塞されることにより空間S内へのヘリウムガスGの供給が停止されるようになっている。また、ヘリウムガスGの流量は、バルブ24の開度を調整することにより行われる。
The gas supply means 22 includes a gas supply source (not shown) filled with pressurized helium gas G, one end connected to the
本実施形態に係るイオンビーム照射装置21によれば、分析中、キャピラリー5とキャピラリーガイド6との間に形成された空間S内に、軽くて(分子量が小さくて)減衰が少ないヘリウムガスGが供給され、空間S内がヘリウムガスGで満たされることとなるので、キャピラリー5の先端から出て試料8の表面に到達するまでのイオンビーム7のエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。
その他の作用効果は、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
According to the ion
Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本発明に係るイオンビーム照射装置の第3実施形態を図4に基づいて説明する。
図4は、本発明の第3実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図2および図3と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置31は、キャピラリーガイド6に可視光導入窓(レーザー光導入窓)32が設けられているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
A third embodiment of the ion beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an ion beam irradiation apparatus according to the third embodiment of the present invention, which is the same as FIG. 2 and FIG.
The ion
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st Embodiment mentioned above.
本実施形態では、可視光導入窓32を通して弱い可視光(例えば、He−Neレーザー光やLED等の可視光)Laが入射させられ、キャピラリーガイド6内で反射させられて、キャピラリーガイド6の先端から試料8の表面に可視光Laが照射されるようになっている。
In the present embodiment, weak visible light (for example, visible light such as He—Ne laser light or LED) La is incident through the visible
本実施形態に係るイオンビーム照射装置31によれば、試料8の表面上に照射された可視光Laの位置と、試料8の表面に照射されるイオンビーム7の位置とが同じ(略同じ)とされ、試料8の表面に照射された可視光Laの位置にイオンビーム7が照射されることとなるので、イオンビーム7を試料8の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。
According to the ion
本発明に係るイオンビーム照射装置の第4実施形態を図5に基づいて説明する。
図5は、本発明の第4実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図2から図4と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置41は、上述した第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせたものである。
A fourth embodiment of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the main part of an ion beam irradiation apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, which is the same as FIGS. 2 to 4.
The ion
本実施形態に係るイオンビーム照射装置41によれば、キャピラリー5の先端に形成された開口端の内径が微小(1μm程度)であるため、この開口端を境にキャピラリー5の内側(内部)を真空に保つことができて、キャピラリー5により集められたイオンビーム7を大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料8を分析することができる。これにより、試料8を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料8を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器(チャンバ)をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイド6の先端とキャピラリー5の先端とが、所定距離(例えば、1μm)L離間するように構成されているので、キャピラリーガイド6の先端を試料8の表面に当接させる(押し付ける)だけでキャピラリー5の先端と試料8の表面との距離を知る(規定する)ことができて、より正確な分析を行うことができる。
According to the ion
In addition, since the tip of the
さらに、本実施形態に係るイオンビーム照射装置41によれば、分析中、キャピラリー5とキャピラリーガイド6との間に形成された空間S内にヘリウムガスGが供給され、空間S内がヘリウムガスGで満たされることとなるので、キャピラリー5の先端から出て試料8の表面に到達するまでのイオンビーム7のエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。
さらにまた、試料8の表面上に照射された可視光Laの位置と、試料8の表面に照射されるイオンビーム7の位置とが同じ(略同じ)とされ、試料8の表面に照射された可視光Laの位置にイオンビーム7が照射されることとなるので、イオンビーム7を試料8の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。
Furthermore, according to the ion
Furthermore, the position of the visible light La irradiated on the surface of the
本発明に係るイオンビーム照射装置の第5実施形態を図6に基づいて説明する。
図6は、本発明の第5実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図2から図5と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置51は、キャピラリーガイド6の先端と試料8の表面との当接を視覚的または聴覚的に知らせる(報知する)報知手段52が設けられているという点で上述した第4実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第4実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第4実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
A fifth embodiment of the ion beam irradiation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the main part of an ion beam irradiation apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, which is the same as FIG. 2 to FIG.
The ion
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 4th Embodiment mentioned above.
報知手段52は、例えば、キャピラリーガイド6の先端と試料8の表面とが電気的に接続された場合に、キャピラリーガイド6の先端と試料8の表面とが当接したことを光や音等で作業者に知らせる(報知する)ものである。
For example, when the tip of the
本実施形態に係るイオンビーム照射装置51によれば、キャピラリーガイド6の先端が試料8の表面に当接すると、表示灯が点灯したり音声案内等が流れ、作業者に知らせるようになっているので、キャピラリーガイド6の先端と試料8の表面との当接を視覚的または聴覚的に確認することができる。
その他の作用効果は、上述した第4実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
According to the ion
Other functions and effects are the same as those of the above-described fourth embodiment, and thus description thereof is omitted here.
なお、キャピラリーガイド6は、ステンレスから作られたものに限定されるものではなく、その内周面が可視光Laを反射するものであればいかなるものであっても良い。
また、キャピラリー5とキャピラリーガイド6との間に形成された空間S内に供給されるガスは、上述した実施形態ではヘリウムガスを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のガス(例えば、窒素ガス)を用いることもできる。
The
Further, the gas supplied into the space S formed between the capillary 5 and the
1 イオンビーム照射装置
5 キャピラリー
6 キャピラリーガイド
7 イオンビーム
8 試料
21 イオンビーム照射装置
22 ガス供給手段
31 イオンビーム照射装置
32 可視光導入窓
41 イオンビーム照射装置
51 イオンビーム照射装置
52 報知手段
G ヘリウムガス
La 可視光
S 空間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基端部から先端部に向かって先細となるように形成されて、その内周面側に到達した前記イオンビームを集光させるキャピラリーと、
前記キャピラリーの外周面側および先端側を取り囲むとともに、前記試料と当接させられる先端が、前記キャピラリーの先端から前記試料の側に向かって所定距離離間するように構成されたキャピラリーガイドとを備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。 An ion beam irradiation apparatus that irradiates a sample with an ion beam and detects radiant energy emitted from the sample,
A capillary that is formed so as to taper from the proximal end portion toward the distal end portion and collects the ion beam that has reached its inner peripheral surface side;
A capillary guide that surrounds the outer peripheral surface side and the tip side of the capillary and that is configured such that a tip that is brought into contact with the sample is separated from the tip of the capillary by a predetermined distance toward the sample. An ion beam irradiation apparatus characterized by comprising:
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JP2011075452A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Device and method for manufacturing metal capillary, metal capillary and ion beam irradiator equipped with the same |
JP2013020918A (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-31 | Hitachi High-Technologies Corp | Charged particle beam device |
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