JP2797490B2

JP2797490B2 - 強集束型荷電粒子加減速管

Info

Publication number: JP2797490B2
Application number: JP19737189A
Authority: JP
Inventors: 芳夫高見; 信治長町; 正勝向坂
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH0329300A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は直流電圧によってイオンや電子などのような
荷電粒子を加速もしくは減速するための強集束型荷電粒
子加減速管に関し、特に、大電流のイオンビーム発生装
置などを構成するのに適した加減速管に関する。

＜従来の技術＞従来から、直流電圧を用いてイオンビームなどの荷電
粒子ビームを加速もしくは減速するには、第３図で示す
ような中空円筒状もしくは円孔板状の電極を有する加減
速管が用いられている。なお、第３図はこの加減速管を
イオンビームを加速するための加速管として用いたイオ
ンビーム発生装置の構成例を示しており、第３図（ａ）
は各構成部材の配置状態を示す概略構成図、同図（ｂ）
はその共通軸線であるｚ軸方向から見た電極33（34,3
5）の形状を示す説明図である。

そして、この構成例においては、イオン源31、引き出
し電極32および加速管30がｚ軸方向に沿って並べられて
おり、この加速管30は３個の中空円筒状とされた電極3
3,34,35によって構成されている。さらに、イオン源31
および引き出し電極32には図示していない高圧電源から
の直流電圧が印加される一方、電極33,34,35には高圧電
源36からの直流電圧が直列抵抗によって分圧されたうえ
で印加されている。また、このとき、電極33,34,35に対
する印加電圧は引き出し電極32側に位置する電極33から
最終段側の電源35へいくほど一般に低くなるように設定
されており、これらの電極33,34,35は加速電極として機
能するようになっている。そこで、イオン源31で発生し
たイオンは、このイオン源31と引き出し電極32との電位
差によってビーム状で引き出された後、加速電極として
機能する電極33,34,35の内部を通ることによって順次ｚ
軸方向に沿って加速されることになる。

一方、イオンビームを減速する必要がある場合は、第
３図で示すイオンビーム発生装置の構成例における高圧
電源36の正負極を互いに逆転することにより、引き出し
電極32側に位置する電極33から最終段側の電極35へいく
ほど一般に高い直流電圧が印加されるように設定する。
すると、このことによって電極33,34,35が減速電極とし
て機能することにより、イオン源31で発生して引き出し
電極32でビーム状に引き出されたイオンは、減速電極と
して機能する電極33,34,35の内部を通ることによってｚ
軸方向に沿って減速されることになる。

＜発明が解決しようとする課題＞ところで、前記構成の加減速管においては、大電流の
イオンビームを高い効率で加速もしくは減速することが
できないという不都合が生じていた。そして、このよう
な不都合が生じるのは、中空円筒状とされた電極33,34,
35の集束力が弱く、しかも、大電流のイオンビームを加
速もしくは減速する場合には、ビーム内の各イオン間に
働くクーロン力によってビームがｘ軸およびｚ軸方向に
沿って発散してしまうためと考えられる。

本発明はかかる不都合に鑑みて創案されたものであっ
て、直流電圧によって荷電粒子を加減速する過程で大き
な集束力を持ち、かつ、大電流の荷電粒子ビームを高効
率で加減速することができる強集束型荷電粒子加減速管
を提供することを目的としている。

＜課題を解決するための手段＞本発明は、このような目的を達成するため、実施例に
対応する第１図で示すように、それぞれが対向する２個
の電極3aと3b,4aと4b,…からなる複数の電極対3,4,…を
交互に対向方向で直交させつつ、相互に重複させて互い
の共通軸線であるｚ軸に沿って配列するとともに、各電
極対3,4,…にその配列順序に従って所定の向きの電位差
を付した直流電圧を印加する直流電源回路を設けたこと
を特徴とするものである。

＜作用＞上記構成によれば、各電極対3,4,…に対してｚ軸上で
の配列順序に従う電位の直流電圧を印加することによ
り、荷電粒子はｚ軸方向に沿って加速もしくは減速され
ることになる。そして、このとき、各電極対3,4,…の重
複部分における荷電粒子の電位は両電極対の電位の中間
となり、この部分では実質的に四重極構造の電極が構成
されるので、例えば、第２図の断面ｂ−ｂ位置ではｘ軸
方向、また、その断面ｃ−ｃ位置ではｙ軸方向に沿って
荷電粒子ビームを強く集束する力が働くことになる。そ
の結果、この荷電粒子ビームは全体としてｚ軸方向に沿
って加速もしくは減速されつつ、各電極対3,4,…の重複
部分ではｘ軸もしくはｙ軸方向に沿って集束されること
になる。

＜実施例＞以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明にかかる加減速管を正のイオンビーム
を加速するための加速管として用いる場合におけるイオ
ンビーム発生装置の構成を示しており、第１図（ａ）は
各構成部材の配置状態を示す概略構成図、第１図（ｂ）
〜（ｄ）は第１図（ａ）におけるｂ−ｂ線,c−ｃ線,d−
ｄ線のそれぞれに沿う断面図である。

本実施例におけるイオンビーム発生装置は、イオン源
１と、これの引き出し口に隣接して配置された引き出し
電極２とを備えており、この引き出し電極２の後段側に
は加速管Ａが設けられている。そして、イオン源１およ
び引き出し電極２には図示していない高圧電源が接続さ
れており、この高圧電源から直流電圧が印加されるよう
になっている。

加速管Ａは、それぞれが対向する２個の電極（後述す
る）からなる複数の電極対、例えば、５対の電極対3,4,
5,6および７をイオンビームＢの加速方向、すなわち、
互いの共通軸心であるｚ軸方向に沿って配列したもので
あり、各電極対3,4,…は交互にその電極の対向方向で直
交させられている。

そして、電極対3,4,…のそれぞれは、同一の長さとさ
れた２個の電極3aと3b,4aと4b,5aと5b,6aと6bおよび7a
と7bをｚ軸を中心として対向配置させることによって構
成したものであり、ｚ軸に垂直な平面上で互いに直交す
る軸をｘ軸およびｙ軸とすると、電極3aと3b,5aと5bお
よび7aと7bはｘ軸方向に沿って対向し、電極4aと4bおよ
び6aと6bはｙ軸方向に沿って対向している。また、この
とき、ｚ軸方向に沿って互いに隣接する電極対３と4,4
と5,5と６および６と７のそれぞれは、相互に重複させ
られている。

さらに、このようにして配置された電極対3,4,…には
その配列順序に従って所定の向きの電位差を付した直流
電圧を印加する直流電源回路Ｓが接続されており、この
直流電源回路Ｓは、高圧電源８と、これからの直流電圧
を抵抗R,…で分圧したうえで各電極対3,4,…に印加する
分圧回路とを備えている。そして、電極3,4,…のそれぞ
れに対する印加電圧は引き出し電極２側に位置する電極
対３から最終段側の電極対７へいくほど低くなるように
設定されており、これらの電極対3,4,…は加速電極とし
て機能するようになっている。なお、このとき、各電極
対3,4,…をそれぞれ構成する２個の電極3aと3b,4aと4b,
…は電気的に接続されており、互いに同電位となってい
る。

つぎに、本発明にかかる加減速管を加速管Ａとして用
いた場合におけるイオンビーム発生装置の作用および動
作について説明する。

イオン源１で発生した正のイオンは、このイオン源１
と引き出し電極２との電位差によって引き出され、イオ
ンビームＢとなって加速管Ａに導かれることにより、加
速電極として機能する電極対3,4,…の内部を通ることに
よって順次ｚ軸方向に沿って加速される。

そして、正イオンが電極対3,4の重複部分に到達する
と、この正イオンの電位は電極対３および４の電位の中
間となる。そこで、この重複部分においては、第２図
（ａ）で示すように、ｘ軸−ｙ軸平面での電位がイオン
ビームＢから見て電極対３を構成する電極3a,3bが正、
また、電極対４を構成する電極4a,4bが負となるので、
四重極構造の電極が構成されることになる。従って、こ
れらの重複部分に到達したイオンビームＢは、ｘ軸方向
に沿って強く集束されることになる。なお、このとき、
ｙ軸方向に沿っては強発散することになるが、この発散
力よりも集束力の方が大きいので、合成すると強集束さ
れることになる。

さらに、正イオンが電極対4,5の重複部分にまで到達
すると、この正イオンの電位は電極対４および５の電位
の中間となる。そして、この重複部分におけるｘ軸−ｙ
軸平面での電位は、第２図（ｂ）で示すように、イオン
ビームＢから見て電極対４を構成する電極4a,4bが正、
また、電極対５を構成する電極5a,5bが負となる結果、
この重複部分に到達したイオンビームＢはｙ軸方向に沿
って強く集束されることになる。このようにして、イオ
ンビームＢは加速管Ａ内においてｘ軸方向およびｙ軸方
向に沿って交互に強集束されつつ、ｚ軸方向に沿って加
速されることになる。

なお、以上の説明においては、加速管Ａによって正の
イオンビームを加速するものとしているが、これに限定
されるものではなく、加速管Ａを構成する電極対3,4,…
に印加する電位差の向きを逆転することによって負のイ
オンビームを加速することも可能であり、また、電子ビ
ームなどのような荷電粒子ビームを同様にして加速する
こともできることはいうまでもない。

さらにまた、イオンビームを減速する必要がある場合
は、第１図で示すイオンビーム発生装置の構成例におけ
る高圧電源８の正負極を互いに逆転することにより、引
き出し電極２側に位置する電極対３から最終段側の電極
対７へいくほど高い直流電圧が印加されるように設定す
ればよい。すなわち、このことによって電極対3,4,5,6
および７が減速電極として機能することになる結果、イ
オン源１で発生して引き出し電極２でビーム状に引き出
されたイオンは、減速電極として機能する電極対3,4,5,
6および７の内部を通ることによってｚ軸方向に沿って
減速されることになる。

＜発明の効果＞以上説明したように、本発明によれば、各電極対の重
複部分で荷電粒子をｘ軸方向もしくはｙ軸方向に沿って
集束しつつ、荷電粒子を全体としてｚ軸方向に沿って加
速もしくは減速することになる結果、大電流の荷電粒子
ビームであっても高効率で加速もしくは減速することが
できるという優れた効果が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明にかかる加減速管を正のイ
オンビームを加速するための加速管として用いる場合に
おけるイオンビーム発生装置の構成を示しており、第１
図（ａ）は各構成部材の配置状態を示す概略構成図、第
１図（ｂ）〜（ｄ）のそれぞれは第１図（ａ）における
ｂ−ｂ線,c−ｃ線,d−ｄ線に沿う断面図であり、第２図
はその作用を説明するための断面図である。また、第３
図は従来例にかかる加減速管を加速管として用いたイオ
ンビーム発生装置の構成例を示しており、第３図（ａ）
は各構成部材の配置状態を示す概略構成図、同図（ｂ）
はその共通軸線であるｚ軸方向から見た電極の形状を示
す説明図である。図における符号１はイオン源、２は引き出し電極、3,4,
5,6,7は電極対、3a,3b,4a,4b,5a,5b,6a,6b,7a,7bは電
極、８は高圧電源、Ａは加速管（加減速管）、Ｂはイオ
ンビーム、Ｒは抵抗、Ｓは直流電源回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H05H 5/03 G21K 1/087

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが対向する２個の電極からなる複
数の電極対を交互に対向方向で直交させつつ、相互に重
複させて共通軸線に沿って配列するとともに、各電極対にその配列順序に従って所定の向きの電位差を
付した直流電圧を印加する直流電源回路を設けたことを
特徴とする強集束型荷電粒子加減速管。