JP2925965B2 - 荷電粒子ビームの集群方法とその装置 - Google Patents
荷電粒子ビームの集群方法とその装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームの集群
方法、特に非相対論的エネルギを持つ荷電粒子ビームの
集群方法に関する。
方法、特に非相対論的エネルギを持つ荷電粒子ビームの
集群方法に関する。
【０００２】低速陽電子ビームを物質に入射させて陽電
子の寿命を測定することにより、半導体や金属中の格子
欠陥の非破壊検査や、物質最表面層の元素分析及び構造
解析等、従来の電子顕微鏡では不可能であった微細な分
析が可能になる。低速陽電子ビームは、トランジスタや
太陽電池などの半導体材料や薄膜材料、原子炉や核融合
材料、高分子材料、高温超伝導材料などの分析、検査及
び開発に幅広く応用することができる。
子の寿命を測定することにより、半導体や金属中の格子
欠陥の非破壊検査や、物質最表面層の元素分析及び構造
解析等、従来の電子顕微鏡では不可能であった微細な分
析が可能になる。低速陽電子ビームは、トランジスタや
太陽電池などの半導体材料や薄膜材料、原子炉や核融合
材料、高分子材料、高温超伝導材料などの分析、検査及
び開発に幅広く応用することができる。
【０００３】陽電子の寿命を精密に測定するために、低
速陽電子ビームを安定に極短パルス化するビーム制御技
術が望まれている。
速陽電子ビームを安定に極短パルス化するビーム制御技
術が望まれている。
【０００４】
【従来の技術】図６は、従来の低速陽電子ビームの極短
パルス化装置を示す。ビームダクト５０に図の左方から
陽電子が入射する。陽電子ビームをチョッパ５１でチョ
ップし、時間幅が２〜３０ｎｓ程度のパルス状ビームを
形成する。このパルス状ビームをバンチャ５２で集群す
る前に、サブハーモニックプリバンチャ５３でビームの
時間幅が２ｎｓ以下になるようにする。
パルス化装置を示す。ビームダクト５０に図の左方から
陽電子が入射する。陽電子ビームをチョッパ５１でチョ
ップし、時間幅が２〜３０ｎｓ程度のパルス状ビームを
形成する。このパルス状ビームをバンチャ５２で集群す
る前に、サブハーモニックプリバンチャ５３でビームの
時間幅が２ｎｓ以下になるようにする。
【０００５】サブハーモニックプリバンチャ５３は、２
重の筒からなり、内側の筒に高周波を印加することによ
って、筒の両端の２つのギャップでビームを変調するも
のである。
重の筒からなり、内側の筒に高周波を印加することによ
って、筒の両端の２つのギャップでビームを変調するも
のである。
【０００６】ＲＦキャビティからなるバンチャ５２は、
このビームに更に変調を加えて最終的に試料位置５４で
時間的なフォーカスを得る。バンチャ５２には、バンチ
ャ効率を高めるために正弦波のみならずその高調波が与
えられる。三角らは、基本波に第３高調波を混合し、時
間幅１５０ｐｓｅｃ程度の極短パルスを得ている（三角
ら、放射線 ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２（１９９２））。
このビームに更に変調を加えて最終的に試料位置５４で
時間的なフォーカスを得る。バンチャ５２には、バンチ
ャ効率を高めるために正弦波のみならずその高調波が与
えられる。三角らは、基本波に第３高調波を混合し、時
間幅１５０ｐｓｅｃ程度の極短パルスを得ている（三角
ら、放射線 ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．２（１９９２））。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によると、時
間幅が１５０ｐｓｅｃ程度の荷電粒子ビームパルスを得
ることができるが、より安定でコンパクトかつ取扱容易
なパルス装置が望まれている。
間幅が１５０ｐｓｅｃ程度の荷電粒子ビームパルスを得
ることができるが、より安定でコンパクトかつ取扱容易
なパルス装置が望まれている。
【０００８】本発明の目的は、非相対論的エネルギを持
つ荷電粒子ビームを、短パルス化することができる技術
を提供することである。本発明の他の目的は、安価で小
型の荷電粒子ビーム集群装置を提供することである。
つ荷電粒子ビームを、短パルス化することができる技術
を提供することである。本発明の他の目的は、安価で小
型の荷電粒子ビーム集群装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の荷電粒子ビーム
集群装置は、運動エネルギ１ｅＶ〜１ＭｅＶの荷電粒子
ビーム発生装置と、一端から前記荷電粒子ビームが入射
し、軸方向に沿って進行するビームダクトであって、前
記軸方向に垂直な仮想平面と前記ビームダクトの側壁と
の交線に沿って形成されたギャップを有する前記ビーム
ダクトと、前記ギャップを介して高周波電流を流す第１
の電流路、該第１の電流路に接続された少なくとも１つ
の第２の電流路、及び該第２の電流路に鎖交する磁路を
画定する少なくとも１つのコアとを含んで構成されたイ
ンダクションシステムと、前記インダクションシステム
に前記荷電粒子ビームを集群するための電場を発生する
電圧を印加する電圧印加手段とを有する。
集群装置は、運動エネルギ１ｅＶ〜１ＭｅＶの荷電粒子
ビーム発生装置と、一端から前記荷電粒子ビームが入射
し、軸方向に沿って進行するビームダクトであって、前
記軸方向に垂直な仮想平面と前記ビームダクトの側壁と
の交線に沿って形成されたギャップを有する前記ビーム
ダクトと、前記ギャップを介して高周波電流を流す第１
の電流路、該第１の電流路に接続された少なくとも１つ
の第２の電流路、及び該第２の電流路に鎖交する磁路を
画定する少なくとも１つのコアとを含んで構成されたイ
ンダクションシステムと、前記インダクションシステム
に前記荷電粒子ビームを集群するための電場を発生する
電圧を印加する電圧印加手段とを有する。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【作用】インダクションシステムにより電場を発生する
ことができる。インダクションシステムは、ビームダク
トに設けられた１つのギャップを通して電場を発生する
ことができるため、他のギャップを必要としない。この
ため、他のギャップによる電気的擾乱を防止することが
できる。
ことができる。インダクションシステムは、ビームダク
トに設けられた１つのギャップを通して電場を発生する
ことができるため、他のギャップを必要としない。この
ため、他のギャップによる電気的擾乱を防止することが
できる。
【００１４】
【００１５】
【実施例】図１を参照して、低速陽電子ビームを集群す
る集群装置を例にとって本発明の実施例を説明する。な
お、陽電子に限らずその他の荷電粒子ビームに適用する
こともできる。
る集群装置を例にとって本発明の実施例を説明する。な
お、陽電子に限らずその他の荷電粒子ビームに適用する
こともできる。
【００１６】図１は、本発明の実施例による陽電子ビー
ム集群装置の正面図を示す。支持台３０の上に円筒状の
ビームダクト１が取り付けられている。ビームダクト１
は、両端にフランジを有する複数の円筒状ダクトがフラ
ンジ部で接続されて構成されている。
ム集群装置の正面図を示す。支持台３０の上に円筒状の
ビームダクト１が取り付けられている。ビームダクト１
は、両端にフランジを有する複数の円筒状ダクトがフラ
ンジ部で接続されて構成されている。
【００１７】ビームダクト１と中心軸を共有するように
その外側に１０個のヘルムホルツコイル２がほぼ等間隔
に配置されている。ヘルムホルツコイル２により、ビー
ムダクト１の内部にほぼ一様の軸方向のビーム輸送用磁
場が発生する。ビームダクト１の図の左端からビームダ
クト１内に入射した荷電粒子は、ビーム輸送用磁場によ
り軸方向に対して垂直な方向に力を受ける。この力によ
り荷電粒子はらせん運動しながら軸方向に輸送される。
その外側に１０個のヘルムホルツコイル２がほぼ等間隔
に配置されている。ヘルムホルツコイル２により、ビー
ムダクト１の内部にほぼ一様の軸方向のビーム輸送用磁
場が発生する。ビームダクト１の図の左端からビームダ
クト１内に入射した荷電粒子は、ビーム輸送用磁場によ
り軸方向に対して垂直な方向に力を受ける。この力によ
り荷電粒子はらせん運動しながら軸方向に輸送される。
【００１８】ビームダクト１の入射端からやや後方（下
流側）には、チョッパ３が取り付けられている。連続的
に入射する陽電子ビームはチョッパ３によりチョップさ
れ、所定の時間幅にパルス化される。チョッパ３は、複
数枚のグリッドによってパルス電場を発生するものでも
よいし、機械的にチョップするものでもよい。
流側）には、チョッパ３が取り付けられている。連続的
に入射する陽電子ビームはチョッパ３によりチョップさ
れ、所定の時間幅にパルス化される。チョッパ３は、複
数枚のグリッドによってパルス電場を発生するものでも
よいし、機械的にチョップするものでもよい。
【００１９】チョッパ３よりも距離Ｌ１だけ後方に、イ
ンダクションシステム１０が取り付けられている。イン
ダクションシステム１０については、後に図２を参照し
て詳説する。チョッパ３によってパルス化された陽電子
ビームは、インダクションシステム１０によって集群さ
れ、パルスの時間幅が圧縮される。
ンダクションシステム１０が取り付けられている。イン
ダクションシステム１０については、後に図２を参照し
て詳説する。チョッパ３によってパルス化された陽電子
ビームは、インダクションシステム１０によって集群さ
れ、パルスの時間幅が圧縮される。
【００２０】インダクションシステム１０よりも距離Ｌ
２だけ後方に、試料を配置するための試料室４が取り付
けられている。試料室４内に配置された試料表面に、イ
ンダクションシステム１０で極短パルス化された陽電子
ビームが入射する。
２だけ後方に、試料を配置するための試料室４が取り付
けられている。試料室４内に配置された試料表面に、イ
ンダクションシステム１０で極短パルス化された陽電子
ビームが入射する。
【００２１】次に、図２を参照して、インダクションシ
ステム１０の構成及び動作原理について説明する。図２
は、ビームダクト１の中心軸を含む平面における断面図
を示す。陽電子ビームの集群を行う位置に対応したビー
ムダクト１の側壁に、円周方向のギャップ１６が形成さ
れている。ギャップ１６は、絶縁物からなる円環状部材
１４により塞がれ、ビームダクト１内の気密性が保たれ
ている。また、ギャップ１６に接続するように、円環状
のインダクションシステム１０が取り付けられている。
ステム１０の構成及び動作原理について説明する。図２
は、ビームダクト１の中心軸を含む平面における断面図
を示す。陽電子ビームの集群を行う位置に対応したビー
ムダクト１の側壁に、円周方向のギャップ１６が形成さ
れている。ギャップ１６は、絶縁物からなる円環状部材
１４により塞がれ、ビームダクト１内の気密性が保たれ
ている。また、ギャップ１６に接続するように、円環状
のインダクションシステム１０が取り付けられている。
【００２２】インダクションシステム１０は、ビームダ
クト１と中心軸を共有する円環状空洞を画定する導電性
部材１２、この円環状空洞内に配置され、ビームダクト
１の外周を１周する閉磁路を画定する強磁性体からなる
コア１１、及び導電性部材１２に電圧を印加するための
同軸ケーブル１５から構成されている。円環状空洞は、
導電性部材１２の内周側の側壁に設けられたギャップ１
６により円環状部材１４に連続している。導電性部材１
２は、コア１１の内周面と一方の端面に接する内側部材
１２ａ、及びコア１１の外周面に接し、他方の端面との
間にギャップ１６に連続する空洞１３を画定する外側部
材１２ｂから構成されている。
クト１と中心軸を共有する円環状空洞を画定する導電性
部材１２、この円環状空洞内に配置され、ビームダクト
１の外周を１周する閉磁路を画定する強磁性体からなる
コア１１、及び導電性部材１２に電圧を印加するための
同軸ケーブル１５から構成されている。円環状空洞は、
導電性部材１２の内周側の側壁に設けられたギャップ１
６により円環状部材１４に連続している。導電性部材１
２は、コア１１の内周面と一方の端面に接する内側部材
１２ａ、及びコア１１の外周面に接し、他方の端面との
間にギャップ１６に連続する空洞１３を画定する外側部
材１２ｂから構成されている。
【００２３】外側部材１２ｂの外周面に設けられた貫通
孔を通して同軸ケーブル１５の芯線１５ａが空洞１３内
に挿入され、内側部材１２ａの内周面側の端部に接続さ
れている。同軸ケーブル１５の外側導体１５ｂは、外側
部材１２ｂの貫通孔近傍に接続されている。
孔を通して同軸ケーブル１５の芯線１５ａが空洞１３内
に挿入され、内側部材１２ａの内周面側の端部に接続さ
れている。同軸ケーブル１５の外側導体１５ｂは、外側
部材１２ｂの貫通孔近傍に接続されている。
【００２４】次に、図５（Ａ）を参照してインダクショ
ンシステム１０の動作を説明する。図５（Ａ）は、イン
ダクションシステム１０の電気的接続に着目した概略図
である。インダクションシステム１０には、ギャップ１
６を介して高周波電流を流す電流路ｉ１、及びコア１１
と鎖交する電流路ｉ２が画定されている。同軸ケーブル
１５から高周波電圧を印加する。コア１１は、強磁性体
により形成されているため、電流路ｉ２のインダクタン
スは高い。従って、印加する電圧の周波数が十分高けれ
ば、電流路ｉ２のインピーダンスが高くなり電流はほと
んど流れない。
ンシステム１０の動作を説明する。図５（Ａ）は、イン
ダクションシステム１０の電気的接続に着目した概略図
である。インダクションシステム１０には、ギャップ１
６を介して高周波電流を流す電流路ｉ１、及びコア１１
と鎖交する電流路ｉ２が画定されている。同軸ケーブル
１５から高周波電圧を印加する。コア１１は、強磁性体
により形成されているため、電流路ｉ２のインダクタン
スは高い。従って、印加する電圧の周波数が十分高けれ
ば、電流路ｉ２のインピーダンスが高くなり電流はほと
んど流れない。
【００２５】同軸ケーブル１５から印加された電圧によ
り、電流路ｉ１に電流が流れ、ギャップ１６の両端に電
位差が生じる。これにより、ビームダクト１内に軸方向
に垂直な等電位面が発生する。すなわち、軸方向に平行
な電場が発生する。この電位差により、ビームダクト１
内を移動する荷電粒子は軸方向の加速度を受け、減速あ
るいは加速される。パルス化された陽電子ビームの先頭
近傍の陽電子を減速し、後尾近傍の陽電子を加速するこ
とにより、陽電子ビームの時間幅を圧縮することができ
る。
り、電流路ｉ１に電流が流れ、ギャップ１６の両端に電
位差が生じる。これにより、ビームダクト１内に軸方向
に垂直な等電位面が発生する。すなわち、軸方向に平行
な電場が発生する。この電位差により、ビームダクト１
内を移動する荷電粒子は軸方向の加速度を受け、減速あ
るいは加速される。パルス化された陽電子ビームの先頭
近傍の陽電子を減速し、後尾近傍の陽電子を加速するこ
とにより、陽電子ビームの時間幅を圧縮することができ
る。
【００２６】図２に示すインダクションシステムは、加
速エネルギ１０〜３０ＭｅＶ程度の大電流荷電粒子ビー
ムの加速器として知られているものであり、インダクシ
ョンシステムを非相対論的荷電粒子ビームの速度変調に
利用した例はない。
速エネルギ１０〜３０ＭｅＶ程度の大電流荷電粒子ビー
ムの加速器として知られているものであり、インダクシ
ョンシステムを非相対論的荷電粒子ビームの速度変調に
利用した例はない。
【００２７】図６に示す従来の集群システムは、予備集
群を行うためのサブハーモニックプリバンチャと集群を
行うためのＲＦキャビティを必要とする。サブハーモニ
ックプリバンチャには、２重の円筒状導体の両端にそれ
ぞれギャップが存在する。一方のギャップに予備集群の
ための適当な信号を印加しても、ビームが他方のギャッ
プの影響を受けると十分な予備集群を行うことができな
い。
群を行うためのサブハーモニックプリバンチャと集群を
行うためのＲＦキャビティを必要とする。サブハーモニ
ックプリバンチャには、２重の円筒状導体の両端にそれ
ぞれギャップが存在する。一方のギャップに予備集群の
ための適当な信号を印加しても、ビームが他方のギャッ
プの影響を受けると十分な予備集群を行うことができな
い。
【００２８】他方のギャップの影響を廃し十分な集群を
行うためには、２重円筒状導体の長さに制限が加わる
上、予期しない浮遊の容量が発生する恐れがあり、電気
回路上、組立の困難がともなう。これに対し、インダク
ションシステムはビームダクトの１か所に配置されたギ
ャップにより集群用の電場を発生するため、このような
問題は発生しない。
行うためには、２重円筒状導体の長さに制限が加わる
上、予期しない浮遊の容量が発生する恐れがあり、電気
回路上、組立の困難がともなう。これに対し、インダク
ションシステムはビームダクトの１か所に配置されたギ
ャップにより集群用の電場を発生するため、このような
問題は発生しない。
【００２９】また、インダクションシステムのギャップ
前後のビームダクトをアースレベルに落とすことができ
るため、外部からの雑音等に対して安定である。次に、
図３、図４を参照してインダクションシステムに印加す
る信号波形について説明する。
前後のビームダクトをアースレベルに落とすことができ
るため、外部からの雑音等に対して安定である。次に、
図３、図４を参照してインダクションシステムに印加す
る信号波形について説明する。
【００３０】図３（Ａ）は、ビームダクト内を進行する
陽電子ビームの空間分布を示す。横軸はビームダクトの
中心軸に沿った基準点からの変位、縦軸は陽電子密度を
それぞれ任意目盛りで表す。なお、進行速度が一定であ
れば、ビームダクトの中心軸に沿ってこのように分布し
たパルス状ビームがある一点を通過する時間は、中心軸
上に分布した空間的な広がりに比例する。すなわち、図
３（Ａ）の横軸はパルス状ビームの時間幅に対応してい
ると考えることができる。
陽電子ビームの空間分布を示す。横軸はビームダクトの
中心軸に沿った基準点からの変位、縦軸は陽電子密度を
それぞれ任意目盛りで表す。なお、進行速度が一定であ
れば、ビームダクトの中心軸に沿ってこのように分布し
たパルス状ビームがある一点を通過する時間は、中心軸
上に分布した空間的な広がりに比例する。すなわち、図
３（Ａ）の横軸はパルス状ビームの時間幅に対応してい
ると考えることができる。
【００３１】チョッパを通過した陽電子は、理想的には
全て同一の運動エネルギすなわち同一の速度を有する。
従って、陽電子に対して外的な作用を与えないと、陽電
子ビームは図３（Ａ）のビーム波形を保ったまま進行す
る。このパルス状ビームの先頭付近の陽電子を減速し、
後尾付近の陽電子を加速すると、ビームが進行するに従
ってその幅が圧縮される。
全て同一の運動エネルギすなわち同一の速度を有する。
従って、陽電子に対して外的な作用を与えないと、陽電
子ビームは図３（Ａ）のビーム波形を保ったまま進行す
る。このパルス状ビームの先頭付近の陽電子を減速し、
後尾付近の陽電子を加速すると、ビームが進行するに従
ってその幅が圧縮される。
【００３２】図３（Ｂ）は、インダクションシステムの
ギャップ部分通過後の陽電子の速度を示す。横軸は基準
点からの進行距離、縦軸は速度を、それぞれ任意目盛り
で表す。各陽電子の速度は、ビーム先頭から最後尾に向
かって徐々に大きくなり、かつ進行距離に関して線型に
変化している。このような速度分布を有するビームが一
定距離進行すると、理想的には全ての陽電子が空間的に
一点に集中する。
ギャップ部分通過後の陽電子の速度を示す。横軸は基準
点からの進行距離、縦軸は速度を、それぞれ任意目盛り
で表す。各陽電子の速度は、ビーム先頭から最後尾に向
かって徐々に大きくなり、かつ進行距離に関して線型に
変化している。このような速度分布を有するビームが一
定距離進行すると、理想的には全ての陽電子が空間的に
一点に集中する。
【００３３】次に、次に図３（Ｂ）に示す速度分布を有
するビームを形成する方法について説明する。電気素量
をｅ、陽電子の初期加速電圧をＶ0 、インダクションシ
ステムのギャップ部分の電位差を時間ｔの関数としてＶ
（ｔ）、陽電子質量をｍe とすると、ギャップ部分を通
過した後の陽電子の速度ｖは、
するビームを形成する方法について説明する。電気素量
をｅ、陽電子の初期加速電圧をＶ0 、インダクションシ
ステムのギャップ部分の電位差を時間ｔの関数としてＶ
（ｔ）、陽電子質量をｍe とすると、ギャップ部分を通
過した後の陽電子の速度ｖは、
【００３４】
【数１】 ｖ＝（２ｅ／ｍe ）1/2 （Ｖ0 ＋Ｖ（ｔ））1/2 ＝（２ｅＶ0 ／ｍe ）1/2 （１＋Ｖ（ｔ）／Ｖ0 ）1/2 …（１） と表される。
【００３５】速度ｖが時間に関して線型であると、ギャ
ップ部分を通過したビームは図３（Ｂ）に示す速度分布
を有する。すなわち、式（１）の右辺中の（１＋Ｖ
（ｔ）／Ｖ0 ）1/2 が時間ｔに関して線型に変化すれば
よい。すなわち、
ップ部分を通過したビームは図３（Ｂ）に示す速度分布
を有する。すなわち、式（１）の右辺中の（１＋Ｖ
（ｔ）／Ｖ0 ）1/2 が時間ｔに関して線型に変化すれば
よい。すなわち、
【００３６】
【数２】 （１＋Ｖ（ｔ）／Ｖ0 ）1/2 ＝Ｃ1 ｔ＋Ｃ2 …（２） と表すことができる。ここで、Ｃ1 、Ｃ2 は定数であ
る。式（２）を変形すると、
る。式（２）を変形すると、
【００３７】
【数３】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ0 Ｃ1 2ｔ2 ＋２Ｖ0 Ｃ1 Ｃ2 ｔ＋Ｖ0 Ｃ2 2−Ｖ0 …（３） となる。境界条件としてｄＶ（０）／ｄｔ＝０とすると
Ｃ2 ＝０となるから、式（３）は、
Ｃ2 ＝０となるから、式（３）は、
【００３８】
【数４】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ0 Ｃ1 2ｔ2 −Ｖ0 …（４） となる。従って、関数Ｖ（ｔ）は２次の係数が正の２次
関数となる。
関数となる。
【００３９】図４（Ａ）は、関数Ｖ（ｔ）の理想波形を
示す。図４（Ａ）に示すように、時間と共に２次関数的
に単調に増加する電圧を周期的に印加することにより、
陽電子ビームを効率的に集群することができる。なお、
連続する波形で示したが、陽電子ビームはチョップされ
てパルス状に飛来するので、陽電子ビームが通過する時
に図４（Ａ）に示す２次関数的電圧が供給されればよ
い。
示す。図４（Ａ）に示すように、時間と共に２次関数的
に単調に増加する電圧を周期的に印加することにより、
陽電子ビームを効率的に集群することができる。なお、
連続する波形で示したが、陽電子ビームはチョップされ
てパルス状に飛来するので、陽電子ビームが通過する時
に図４（Ａ）に示す２次関数的電圧が供給されればよ
い。
【００４０】現実には、２次関数的に変化する電圧波形
を安価、手軽に発生することは困難である。また、実際
にはＶ（ｔ）としてＶ0 分のオフセットを取り除いた２
次関数的電圧を印加することが必要である。そのような
電圧波形を発生する電圧波形形成装置を安価に手軽に入
手することは困難である。従って、線型に変化する波形
及び正弦波、余弦波を重ね合わせて図４（Ａ）の近似波
形を発生することを考える。
を安価、手軽に発生することは困難である。また、実際
にはＶ（ｔ）としてＶ0 分のオフセットを取り除いた２
次関数的電圧を印加することが必要である。そのような
電圧波形を発生する電圧波形形成装置を安価に手軽に入
手することは困難である。従って、線型に変化する波形
及び正弦波、余弦波を重ね合わせて図４（Ａ）の近似波
形を発生することを考える。
【００４１】図４（Ｂ）は、鋸波で近似した場合を示
す。図４（Ｂ）に示すように、１周期内で電圧は線型に
単調増加する。図４（Ｃ）は、正弦波の位相π〜２πの
半周期分の波形が図４（Ｂ）の鋸波と同一周期で繰り返
す波形を、図４（Ｂ）の鋸波に重ね合わせた場合を示
す。図中の破線ａ１は鋸波、破線ａ２は正弦波の位相π
〜２πの波形を示す。この２つの波形を重ね合わせると
図中の実線ｂ１が得られる。図４（Ｃ）に示すように、
この波形は図４（Ｂ）の鋸波よりも図４（Ａ）に示す理
想的な波形に、より近似している。
す。図４（Ｂ）に示すように、１周期内で電圧は線型に
単調増加する。図４（Ｃ）は、正弦波の位相π〜２πの
半周期分の波形が図４（Ｂ）の鋸波と同一周期で繰り返
す波形を、図４（Ｂ）の鋸波に重ね合わせた場合を示
す。図中の破線ａ１は鋸波、破線ａ２は正弦波の位相π
〜２πの波形を示す。この２つの波形を重ね合わせると
図中の実線ｂ１が得られる。図４（Ｃ）に示すように、
この波形は図４（Ｂ）の鋸波よりも図４（Ａ）に示す理
想的な波形に、より近似している。
【００４２】図４（Ｄ）は、余弦波の位相０〜πの半周
期分の波形が図４（Ｂ）の鋸波と同一周期で繰り返す波
形を、図４（Ｃ）の波形に重ね合わせた場合を示す。図
中の破線ｂ１は図４（Ｃ）の波形、破線ｂ２は余弦波の
位相０〜πの波形を示す。この２つの波形を重ね合わせ
ると図中の実線ｃが得られる。図４（Ｄ）に示すよう
に、この波形は図４（Ｃ）の波形よりも図４（Ａ）に示
す理想的な波形に、より近似している。
期分の波形が図４（Ｂ）の鋸波と同一周期で繰り返す波
形を、図４（Ｃ）の波形に重ね合わせた場合を示す。図
中の破線ｂ１は図４（Ｃ）の波形、破線ｂ２は余弦波の
位相０〜πの波形を示す。この２つの波形を重ね合わせ
ると図中の実線ｃが得られる。図４（Ｄ）に示すよう
に、この波形は図４（Ｃ）の波形よりも図４（Ａ）に示
す理想的な波形に、より近似している。
【００４３】なお、集群対象の荷電粒子が負電荷である
場合には、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の電圧波形を正負逆
転すればよい。すなわち、図４（Ｂ）の代わりに、線型
に単調減少する波形を周期的に繰り返す鋸波とする。ま
た、図４（Ｃ）で重畳する正弦波の位相を０〜π、図４
（Ｄ）で重畳する余弦波の位相をπ〜２πとする。
場合には、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の電圧波形を正負逆
転すればよい。すなわち、図４（Ｂ）の代わりに、線型
に単調減少する波形を周期的に繰り返す鋸波とする。ま
た、図４（Ｃ）で重畳する正弦波の位相を０〜π、図４
（Ｄ）で重畳する余弦波の位相をπ〜２πとする。
【００４４】鋸波に正弦波及び余弦波の適当な半周期分
を重ね合わせることにより、２次関数的に変化する波形
に近似した波形を生成できることは、以下のように考察
することができる。
を重ね合わせることにより、２次関数的に変化する波形
に近似した波形を生成できることは、以下のように考察
することができる。
【００４５】簡単化のために、図４（Ａ）の波形の周期
をπ、振幅を２とすると、式（４）は、
をπ、振幅を２とすると、式（４）は、
【００４６】
【数５】 Ｖ（ｔ）＝（２／π2 ）ｔ2 −１ …（５） と変形できる。この波形を鋸波成分と他の成分に分ける
と、
と、
【００４７】
【数６】 Ｖ（ｔ）＝（２／π）ｔ−１＋｛（２／π2 ）ｔ2 −（２／π）ｔ｝…（６） となる。式（６）の右辺第１項と第２項の和は鋸波を表
す。従って、式（６）の右辺の中かっこ内の波形を三角
関数で近似すればよい。ここで、関数ｆ（ｔ）を、
す。従って、式（６）の右辺の中かっこ内の波形を三角
関数で近似すればよい。ここで、関数ｆ（ｔ）を、
【００４８】
【数７】 ｆ（ｔ）＝０ （−π≦ｔ＜０） ＝（２／π2 ）ｔ2 −（２／π）ｔ （０≦ｔ≦π） …（７） と定義する。ｆ（ｔ）は、０≦ｔ≦πの範囲で式（６）
の中かっこ内の関数と等しい。関数ｆ（ｔ）をフーリエ
級数展開すると、 ｆ（ｔ）＝−π3/6 −(4/ π)sin(t) ＋(2-4/ π)cos(t) ＋... …（８） となる。式（８）は、負の正弦波と正の余弦波で関数ｆ
（ｔ）を近似できることを表している。
の中かっこ内の関数と等しい。関数ｆ（ｔ）をフーリエ
級数展開すると、 ｆ（ｔ）＝−π3/6 −(4/ π)sin(t) ＋(2-4/ π)cos(t) ＋... …（８） となる。式（８）は、負の正弦波と正の余弦波で関数ｆ
（ｔ）を近似できることを表している。
【００４９】上記解析結果から、鋸波に負の正弦波（す
なわち正弦波の位相π〜２πの波形）と余弦波の位相０
〜πの波形を重ね合わせることにより、２次関数的に変
化する波形を近似できることがわかる。
なわち正弦波の位相π〜２πの波形）と余弦波の位相０
〜πの波形を重ね合わせることにより、２次関数的に変
化する波形を近似できることがわかる。
【００５０】次に、図４（Ｂ）〜（Ｄ）の電圧波形を、
インダクションシステムに印加して陽電子ビームを集群
した実験結果について説明する。実験に使用した集群装
置は、図１及び図２に示すものである。インダクション
システムのコアには、ファインメットコア（日立金属
（株）製）を使用した。ファインメットコアは飽和磁束
密度が１．３Ｔ以上と高く、また磁気歪が低いという特
徴を有している。
インダクションシステムに印加して陽電子ビームを集群
した実験結果について説明する。実験に使用した集群装
置は、図１及び図２に示すものである。インダクション
システムのコアには、ファインメットコア（日立金属
（株）製）を使用した。ファインメットコアは飽和磁束
密度が１．３Ｔ以上と高く、また磁気歪が低いという特
徴を有している。
【００５１】インダクションシステムは、ヘルムホルツ
コイルによるビーム輸送用磁場内に配置されて使用され
るため、飽和磁束密度が高い材料が好ましい。飽和磁束
密度が０．５Ｔ以上の材料を使用することが好ましい。
より具体的には、飽和磁束密度が１Ｔ以上であることが
好ましい。また、印加した電圧に比例した電場を発生す
る必要があるため、磁気歪の少ない材料であることが好
ましい。例えば、フェライト系のコア、アモルファスコ
ア等を使用してもよい。
コイルによるビーム輸送用磁場内に配置されて使用され
るため、飽和磁束密度が高い材料が好ましい。飽和磁束
密度が０．５Ｔ以上の材料を使用することが好ましい。
より具体的には、飽和磁束密度が１Ｔ以上であることが
好ましい。また、印加した電圧に比例した電場を発生す
る必要があるため、磁気歪の少ない材料であることが好
ましい。例えば、フェライト系のコア、アモルファスコ
ア等を使用してもよい。
【００５２】図４（Ｂ）に示す波形をインダクションシ
ステムに印加して陽電子ビームを集群した。印加した鋸
波は、−０．２７５〜＋０．２７５Ｖの間で周期１００
ｎｓで変化する波形である。なお、鋸波の有効部分は８
０ｎｓであり、その前後に合計２０ｎｓの無効部分があ
る。陽電子ビームの初期エネルギは８ｅＶ、パルス幅は
４０ｎｓ、チョップ周波数は１０ＭＨｚである。このと
き、インダクションシステムのギャップから１９０ｃｍ
後方で時間幅１６５ｐｓの集群されたビームを得ること
ができた。
ステムに印加して陽電子ビームを集群した。印加した鋸
波は、−０．２７５〜＋０．２７５Ｖの間で周期１００
ｎｓで変化する波形である。なお、鋸波の有効部分は８
０ｎｓであり、その前後に合計２０ｎｓの無効部分があ
る。陽電子ビームの初期エネルギは８ｅＶ、パルス幅は
４０ｎｓ、チョップ周波数は１０ＭＨｚである。このと
き、インダクションシステムのギャップから１９０ｃｍ
後方で時間幅１６５ｐｓの集群されたビームを得ること
ができた。
【００５３】図４（Ｃ）に示す電圧波形をインダクショ
ンシステムに印加して、初期エネルギ２０ｅＶ、パルス
幅８０ｎｓ、チョップ周波数１０ＭＨｚの陽電子ビーム
を集群した。鋸波は、−２．０５〜＋２．０５Ｖの間で
周期１００ｎｓ（有効部分８０ｎｓ）で変化する波形で
ある。正弦波は、位相π〜２πの波形が周期１００ｎｓ
で繰り返す波形であり、振幅は０．３Ｖである。また、
鋸波に対して位相を１ｎｓ遅らせて重ね合わせた。
ンシステムに印加して、初期エネルギ２０ｅＶ、パルス
幅８０ｎｓ、チョップ周波数１０ＭＨｚの陽電子ビーム
を集群した。鋸波は、−２．０５〜＋２．０５Ｖの間で
周期１００ｎｓ（有効部分８０ｎｓ）で変化する波形で
ある。正弦波は、位相π〜２πの波形が周期１００ｎｓ
で繰り返す波形であり、振幅は０．３Ｖである。また、
鋸波に対して位相を１ｎｓ遅らせて重ね合わせた。
【００５４】このとき、インダクションシステムのギャ
ップから９０ｃｍ後方で時間幅１３８ｐｓの集群された
ビームを得ることができた。なお、負の正弦波の位相を
遅らせたのは、鋸波の立ち下がり時間が０ではないこ
と、インダクションシステムのギャップ幅が０ではない
こと等、理想的な条件からのずれを補正するためであ
る。なお、適切な位相遅れ量は、装置により異なると思
われるため、実験を繰り返して最適条件を見つけること
が好ましい。
ップから９０ｃｍ後方で時間幅１３８ｐｓの集群された
ビームを得ることができた。なお、負の正弦波の位相を
遅らせたのは、鋸波の立ち下がり時間が０ではないこ
と、インダクションシステムのギャップ幅が０ではない
こと等、理想的な条件からのずれを補正するためであ
る。なお、適切な位相遅れ量は、装置により異なると思
われるため、実験を繰り返して最適条件を見つけること
が好ましい。
【００５５】図４（Ｃ）に示す電圧波形を、条件を変え
て重ね合わせたて集群を行った。陽電子ビームは、初期
エネルギ２００ｅＶ、パルス幅３０ｎｓ、チョップ周波
数１０ＭＨｚである。鋸波は、−２０〜＋２０Ｖの間で
周期１００ｎｓ（有効部分３０ｎｓ）で変化する波形で
ある。負の正弦波は、位相０〜πの波形が周期３０ｎｓ
で繰り返す波形であり、振幅は５Ｖである。また、鋸波
と負の正弦波は同相で重ね合わせた。
て重ね合わせたて集群を行った。陽電子ビームは、初期
エネルギ２００ｅＶ、パルス幅３０ｎｓ、チョップ周波
数１０ＭＨｚである。鋸波は、−２０〜＋２０Ｖの間で
周期１００ｎｓ（有効部分３０ｎｓ）で変化する波形で
ある。負の正弦波は、位相０〜πの波形が周期３０ｎｓ
で繰り返す波形であり、振幅は５Ｖである。また、鋸波
と負の正弦波は同相で重ね合わせた。
【００５６】このとき、インダクションシステムのギャ
ップから２０７ｃｍ後方で時間幅４０ｐｓの集群された
ビームを得ることができた。次に、図４（Ｄ）に示す電
圧波形をインダクションシステムに印加して集群を行っ
た。陽電子ビーム、鋸波及び負の正弦波は、上記３番目
の実験例と同条件である。余弦波は、位相０〜πの波形
が周期３０ｎｓで繰り返す波形であり、振幅は０．１Ｖ
である。このとき、インダクションシステムのギャップ
から２０７ｃｍ後方で時間幅２０ｐｓの集群されたビー
ムを得ることができた。
ップから２０７ｃｍ後方で時間幅４０ｐｓの集群された
ビームを得ることができた。次に、図４（Ｄ）に示す電
圧波形をインダクションシステムに印加して集群を行っ
た。陽電子ビーム、鋸波及び負の正弦波は、上記３番目
の実験例と同条件である。余弦波は、位相０〜πの波形
が周期３０ｎｓで繰り返す波形であり、振幅は０．１Ｖ
である。このとき、インダクションシステムのギャップ
から２０７ｃｍ後方で時間幅２０ｐｓの集群されたビー
ムを得ることができた。
【００５７】上記実験例の結果が示すように、インダク
ションシステムに鋸波形の電圧を印加してパルス状の陽
電子ビームを集群することができる。また、鋸波に正弦
波の位相π〜２πの波形、さらには余弦波の位相０〜π
の波形を重ね合わせることにより集群効率を高めること
ができる。
ションシステムに鋸波形の電圧を印加してパルス状の陽
電子ビームを集群することができる。また、鋸波に正弦
波の位相π〜２πの波形、さらには余弦波の位相０〜π
の波形を重ね合わせることにより集群効率を高めること
ができる。
【００５８】上記実験例では、重畳する正弦波及び余弦
波の波形を半周期分の波形としたが、必ずしも半周期分
の波形である必要はない。正弦波の位相０〜πの波形の
代わりに、正弦波の上に凸の部分の波形を切り出しても
よい。同様に、位相π〜２πの波形の代わりに、下に凸
の部分の波形を切り出してもよい。また、余弦波の位相
０〜π、位相π〜２πの波形の代わりに、それぞれ余弦
波の傾きが負の部分の波形、余弦波の傾きが正の部分の
波形を切り出してもよい。このとき、実験を繰り返し、
適切な波形を選択することが好ましい。
波の波形を半周期分の波形としたが、必ずしも半周期分
の波形である必要はない。正弦波の位相０〜πの波形の
代わりに、正弦波の上に凸の部分の波形を切り出しても
よい。同様に、位相π〜２πの波形の代わりに、下に凸
の部分の波形を切り出してもよい。また、余弦波の位相
０〜π、位相π〜２πの波形の代わりに、それぞれ余弦
波の傾きが負の部分の波形、余弦波の傾きが正の部分の
波形を切り出してもよい。このとき、実験を繰り返し、
適切な波形を選択することが好ましい。
【００５９】上記考察及び実験例では、陽電子ビームの
初期エネルギのばらつきを考慮していなかったが、実際
には初期エネルギにばらつきがある。集群効果を高める
ためには、このエネルギのばらつきを少なくすることが
好ましい。
初期エネルギのばらつきを考慮していなかったが、実際
には初期エネルギにばらつきがある。集群効果を高める
ためには、このエネルギのばらつきを少なくすることが
好ましい。
【００６０】チョッパでチョップされたパルス状の陽電
子ビームを一定距離ドリフトさせると、エネルギのばら
つきによりパルス幅が広がる。この幅が広がったパルス
の中心部分の陽電子のみを対象に集群を行うことによ
り、実質的に集群対象となる陽電子のエネルギのばらつ
きを少なくすることができる。具体的には、図１の集群
装置において、チョッパ３とインダクションシステム１
０のギャップとの距離Ｌ１を確保すればよい。
子ビームを一定距離ドリフトさせると、エネルギのばら
つきによりパルス幅が広がる。この幅が広がったパルス
の中心部分の陽電子のみを対象に集群を行うことによ
り、実質的に集群対象となる陽電子のエネルギのばらつ
きを少なくすることができる。具体的には、図１の集群
装置において、チョッパ３とインダクションシステム１
０のギャップとの距離Ｌ１を確保すればよい。
【００６１】距離Ｌ１を１００ｃｍにして、陽電子ビー
ムの集群を行った。陽電子ビームの初期エネルギは８ｅ
Ｖ、エネルギのばらつきは±０．５Ｖ、チョップ直後の
時間幅が３０ｎｓである。インダクションシステムに印
加した電圧は、鋸波と正の正弦波を重ね合わせたもので
ある。このとき、インダクションシステムのギャップか
ら２０６ｃｍ後方で半値幅２００ｐｓの集束されたビー
ムを得ることができた。
ムの集群を行った。陽電子ビームの初期エネルギは８ｅ
Ｖ、エネルギのばらつきは±０．５Ｖ、チョップ直後の
時間幅が３０ｎｓである。インダクションシステムに印
加した電圧は、鋸波と正の正弦波を重ね合わせたもので
ある。このとき、インダクションシステムのギャップか
ら２０６ｃｍ後方で半値幅２００ｐｓの集束されたビー
ムを得ることができた。
【００６２】上記実験では、距離Ｌ１が１００ｃｍの場
合を示したが、１００ｃｍに限らずその他の適切な距離
を確保するようにしてもよい。距離Ｌ１はエネルギの拡
がりによって適切に選ぶことが好ましい。現実的には、
１０〜２００ｃｍ程度が好ましいであろう。
合を示したが、１００ｃｍに限らずその他の適切な距離
を確保するようにしてもよい。距離Ｌ１はエネルギの拡
がりによって適切に選ぶことが好ましい。現実的には、
１０〜２００ｃｍ程度が好ましいであろう。
【００６３】図２及び図５（Ａ）では、インダクション
システム１０の２つの電流路が並列に接続されている場
合について示したが、直列接続構成にしてもよい。ま
た、コアを複数配置してもよい。
システム１０の２つの電流路が並列に接続されている場
合について示したが、直列接続構成にしてもよい。ま
た、コアを複数配置してもよい。
【００６４】図５（Ｂ）は、インダクションシステム１
０の２つの電流路に直列に電流が流れる構成とした場合
を示す。図５（Ｂ）の構成では、同軸ケーブル１５の芯
線がコア１１を取り巻いている。芯線により形成された
電流路ｉ２に高周波電流がながれると、コア１１内の磁
場変化を打ち消すように導電性部材１２とギャップ１６
により形成された電流路ｉ１に電流が流れる。この電流
により、ギャップ１６の両端に電位差が生ずる。
０の２つの電流路に直列に電流が流れる構成とした場合
を示す。図５（Ｂ）の構成では、同軸ケーブル１５の芯
線がコア１１を取り巻いている。芯線により形成された
電流路ｉ２に高周波電流がながれると、コア１１内の磁
場変化を打ち消すように導電性部材１２とギャップ１６
により形成された電流路ｉ１に電流が流れる。この電流
により、ギャップ１６の両端に電位差が生ずる。
【００６５】図５（Ｃ）は、コア１１ａ、１１ｂと同軸
ケーブル１５ａ、１５ｂを配置し、コア１１ａ、１１ｂ
にそれぞれ同軸ケーブル１５ａ、１５ｂの芯線を巻き付
けた場合を示す。コア１５ａの芯線により電流回路ｉ２
が形成され、電流回路ｉ２を流れた電流は同軸ケーブル
１５ｂの外部導体に流出する。
ケーブル１５ａ、１５ｂを配置し、コア１１ａ、１１ｂ
にそれぞれ同軸ケーブル１５ａ、１５ｂの芯線を巻き付
けた場合を示す。コア１５ａの芯線により電流回路ｉ２
が形成され、電流回路ｉ２を流れた電流は同軸ケーブル
１５ｂの外部導体に流出する。
【００６６】同軸ケーブル１５ｂの芯線により形成され
た電流路ｉ３を流れた電流は、導電性部材１２とギャッ
プ１６により形成された電流路ｉ１に流れ、同軸ケーブ
ル１５ａの外部導体に流出する。
た電流路ｉ３を流れた電流は、導電性部材１２とギャッ
プ１６により形成された電流路ｉ１に流れ、同軸ケーブ
ル１５ａの外部導体に流出する。
【００６７】電流路ｉ２、ｉ３のコア１１ａと１１ｂと
に挟まれた部分には、相互に逆向きの電流が流れるた
め、実質的に電流が流れないことと等価である。従っ
て、電流路ｉ２とｉ３に流れる電流と、電流路ｉ１に流
れる電流により、コア１１ａ、１１ｂ内の磁場変化が打
ち消される。
に挟まれた部分には、相互に逆向きの電流が流れるた
め、実質的に電流が流れないことと等価である。従っ
て、電流路ｉ２とｉ３に流れる電流と、電流路ｉ１に流
れる電流により、コア１１ａ、１１ｂ内の磁場変化が打
ち消される。
【００６８】図５（Ｄ）は、１つの同軸ケーブル１５の
芯線を並列に２つのコア１１ａ、１１ｂにそれぞれ巻き
付けた場合を示す。図５（Ｃ）と同様の電流路ｉ１、ｉ
２、ｉ３が形成され、電流路ｉ１を流れる電流によりギ
ャップ１６の両端に電位差が発生する。
芯線を並列に２つのコア１１ａ、１１ｂにそれぞれ巻き
付けた場合を示す。図５（Ｃ）と同様の電流路ｉ１、ｉ
２、ｉ３が形成され、電流路ｉ１を流れる電流によりギ
ャップ１６の両端に電位差が発生する。
【００６９】図５（Ｂ）の回路は、図５（Ａ）の回路に
比べて渦電流によるインダクタンスが大きくなるという
特徴を有するが、基本的な特性は同じである。図５
（Ｃ）の回路は、２ケ所の入力端子から別々の信号を入
力できるので、ギャップ１６に極めて多様な電場を発生
させることができる。
比べて渦電流によるインダクタンスが大きくなるという
特徴を有するが、基本的な特性は同じである。図５
（Ｃ）の回路は、２ケ所の入力端子から別々の信号を入
力できるので、ギャップ１６に極めて多様な電場を発生
させることができる。
【００７０】図５（Ｄ）の回路は、入力の電圧が充分大
きく取れない場合、例えば入力装置側のアンプの最大出
力電圧が不足している場合等に有効な回路である。以上
実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに
制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、
組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
きく取れない場合、例えば入力装置側のアンプの最大出
力電圧が不足している場合等に有効な回路である。以上
実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに
制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、
組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルス化された荷電粒子ビームの時間幅を効率的に圧縮
することができる。
パルス化された荷電粒子ビームの時間幅を効率的に圧縮
することができる。
【図１】本発明の実施例による陽電子ビーム集群装置の
正面図である。
正面図である。
【図２】図１の陽電子ビーム集群装置のインダクション
システムの断面図である。
システムの断面図である。
【図３】図１の陽電子ビーム集群装置のビームダクト内
を進行する陽電子の空間分布、及び速度分布を示すグラ
フである。
を進行する陽電子の空間分布、及び速度分布を示すグラ
フである。
【図４】インダクションシステムに印加する理想的な電
圧波形、及び実施例による電圧波形を示すグラフであ
る。
圧波形、及び実施例による電圧波形を示すグラフであ
る。
【図５】図２のインダクションシステム及び他の構成例
によるインダクションシステムを電気的接続に着目して
示す断面図である。
によるインダクションシステムを電気的接続に着目して
示す断面図である。
【図６】従来例による陽電子ビーム集群装置の正面図で
ある。
ある。
１ ビームダクト ２ ヘルムホルツコイル ３ チョッパ ４ 試料室 １０ インダクションシステム １１ コア １２ 導電性部材 １３ 空間 １４ 絶縁性円環状部材 １５ 同軸ケーブル １６ ギャップ ３０ 支持台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21K 1/00 - 7/00 H05H 5/00 - 15/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (15)
- 【請求項１】 運動エネルギ１ｅＶ〜１ＭｅＶの荷電粒
子ビーム発生装置と、 一端から前記荷電粒子ビームが入射し、軸方向に沿って
進行するビームダクトであって、前記軸方向に垂直な仮
想平面と前記ビームダクトの側壁との交線に沿って形成
されたギャップを有する前記ビームダクトと、 前記ギャップを介して高周波電流を流す第１の電流路、
該第１の電流路に接続された少なくとも１つの第２の電
流路、及び該第２の電流路に鎖交する磁路を画定する少
なくとも１つのコアとを含んで構成されたインダクショ
ンシステムと、前記インダクションシステムに前記荷電
粒子ビームを集群するための電場を発生する電圧を印加
する電圧印加手段とを有する荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項２】 前記電圧印加手段は、時間に関して２次
関数的に変化する電圧をある期間印加する請求項１記載
の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項３】 前記電圧印加手段は、時間に関して線型
に変化する第１の電圧をある期間印加する請求項１記載
の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項４】 前記電圧印加手段は、前記第１の電圧が
前記ある期間内で単調に増加する場合は、正弦波の下に
凸の部分の波形、前記第１の電圧が前記ある期間内で単
調に減少する場合は、正弦波の上に凸の部分の波形に沿
って時間的に変化する第２の電圧を、前記ある期間前記
第１の電圧に重畳して印加する請求項３記載の荷電粒子
ビーム集群装置。 - 【請求項５】 前記下に凸の部分の波形は、正弦波の位
相πから２πまでの半周期分の波形であり、前記上に凸
の部分の波形は、正弦波の位相０からπまでの半周期分
の波形である請求項４記載の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項６】 前記第１の電圧と前記第２の電圧の位相
が、所定量ずれている請求項５記載の荷電粒子ビームの
集群装置。 - 【請求項７】 前記電圧印加手段は、前記第１の電圧が
前記ある期間内で単調に増加する場合は、余弦波の傾き
が負の部分の波形、前記第１の電圧が前記ある期間内で
単調に減少する場合は、余弦波の傾きが正の部分の波形
に沿って時間的に変化する第３の電圧を、前記ある期間
前記第１の電圧に重畳して印加する請求項５または６記
載の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項８】 前記傾きが負の部分の波形は、余弦波の
位相０からπまでの半周期分の波形であり、前記傾きが
正の部分の波形は、余弦波の位相πから２πまでの半周
期分の波形である請求項７記載の荷電粒子ビーム集群装
置。 - 【請求項９】 前記第１の電流路と前記第２の電流路は
並列接続の関係にある請求項１〜８のいずれかに記載の
荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項１０】 前記第１の電流路と前記第２の電流路
が、両電流路に直列に電流が流れるように構成された請
求項１〜８のいずれかに記載の荷電粒子ビーム集群装
置。 - 【請求項１１】 前記第２の電流路は複数個あり、前記
電圧印加手段は、前記第２の電流路対応に設けられてい
る請求項１〜８のいずれかに記載の荷電粒子ビーム集群
装置。 - 【請求項１２】 さらに、前記荷電粒子ビームの行路
上、前記ギャップよりも上流側に設けられ、前記荷電粒
子ビームをチョップしてパルス状の荷電粒子ビームを形
成するチョッパを有する請求項１〜１１のいずれかに記
載の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項１３】 前記チョッパと前記ギャップは、１０
〜２００ｃｍの間隔をおいて配置されている請求項１２
記載の荷電粒子ビーム集群装置。 - 【請求項１４】 前記コアの飽和磁束密度が０．５Ｔ以
上である請求項１〜１３のいずれかに記載の荷電粒子ビ
ーム集群装置。 - 【請求項１５】 軸方向に垂直な仮想平面とビームダク
トの側壁との交線に沿って形成されたギャップを有する
前記ビームダクト内に、その軸方向に進行し、運動エネ
ルギ１ｅＶ〜１ＭｅＶを持った荷電粒子ビームを入射す
る工程と、前記ギャップを介して高周波電流を流す第１
の電流路、該第１の電流路に接続された少なくとも１つ
の第２の電流路、及び該第２の電流路に鎖交する磁路を
画定する少なくとも１つのコアとを含んで構成されたイ
ンダクションシステムにより、前記ギャップ間に高周波
電場を発生させ、該高周波電場により前記荷電粒子ビー
ムを集群する工程とを有する荷電粒子ビームの集群方
法。
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| JP6312131A JP2925965B2 (ja) | 1994-12-15 | 1994-12-15 | 荷電粒子ビームの集群方法とその装置 |
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