JP3656993B2

JP3656993B2 - 陽イオントラップ装置

Info

Publication number: JP3656993B2
Application number: JP2002176583A
Authority: JP
Inventors: 昌徳若杉; 安重矢野
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP2004020406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極めて微量にしか生成できずかつ短寿命の同位体を電子散乱実験の標的として利用するための陽イオントラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射性元素（ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ：ＲＩ）のように、極めて微量にしか生成できず、しかも数秒間程度の短寿命の同位体に加速器等で加速した高速電子を衝突させ、その散乱現象を計測するＲＩ電子散乱実験が計画されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来このような極微量元素等を標的とする場合、大規模な衝突型蓄積リングを建設する必要があった。しかし、衝突型蓄積リングは、電子を加速する電子リングの他に、放射性元素を加速する陽イオン加速リングが必要になり、放射性元素が極めて微量にしか生成できずかつ短寿命であるため、陽イオン加速リングが非常に大型で高価となる問題点があった。
【０００４】
一方、電子ビーム型多価イオン源として、ＥＢＩＳ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＩｏｎＳｏｕｒｃｅ）が知られている。この装置は、磁場で絞り込んで高密度化した電子線を用い、電子線の空間電荷による動径方向の電場と軸方向に設けた外部電場とにより、生成イオンを電子線内に閉じ込めて逐次電離を行うものである。
【０００５】
図８は、ＥＢＩＳ型多価イオン源の一例を示す図である。この例において、減圧したＤＲＩＦＴＴＵＢＥ内を低エネルギー（３００ｋｅＶ以下程度）の連続電子ビームを通し、この電子ビーム中で陽イオンをトラップし、ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮＣＯＩＬによる外部電場によりイオンを閉じ込め多価イオンを生成する。生成した多価イオンは、外部電場を解除することにより、外部（この図で右方向）に多価イオンを照射し、種々の実験に用いることができる。
なおかかるＥＢＩＳ型多価イオン源に関しては、例えば、小型多価イオン源の開発、日本物理学会誌、Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．４，１９９２等に開示されている。
【０００６】
このＥＢＩＳ型多価イオン源は、電子ビーム中で陽イオンをトラップする機能を有することからＲＩ電子散乱実験におけるターゲットとして用い、上述した大型で高価な陽イオン加速リングを省略することができる。
【０００７】
しかしこの場合、イオン閉じ込め領域周辺に電子ビームを収束させるためのソレノイド磁場（図におけるＭＡＩＮＣＯＩＬ）などの外場発生装置を必要とし、散乱現象を計測する計測器等がコイルがあるため設置できず散乱実験のターゲットとしては極めて使用しにくい問題点がある。
【０００８】
また、ＥＢＩＳ型多価イオン源の場合、トラップするための電子ビームが低エネルギー（３００ｋｅＶ以下程度）であるので、トラップされたイオンは短時間に多価イオンとなり、トラップ電荷量がたちまち飽和してしまいトラップできる元素量が低く制限されてしまう。そのため、ＲＩ電子散乱実験におけるターゲットとしては陽イオンのイオン数がその分少なく、衝突確率（衝突効率）が低下する問題点がある。
【０００９】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、（１）陽イオン加速リングを用いることなく陽イオンをトラップして電子散乱実験のターゲットとして用いることができ、（２）衝突位置近傍に散乱現象を計測するための計測器等を容易に設置でき、（３）トラップ電荷量が飽和しにくく陽イオンのイオン数を増して衝突確率（衝突効率）を高めることができる陽イオントラップ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
電子蓄積リング中では、いわゆるイオントラップという、周回する電子ビームの安定性を損なう現象がある。これはリング中の残留ガスが自然に電子ビーム軌道上にトラップされるもので、従来この現象は電子リングの運転の立場から邪魔物とされ、トラップされた残留ガスイオンを素早く取り除くか、あるいはトラップさせないことに努力が払われてきた。本発明はこの現象に着目し、これを利用するものである。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビーム（１）を形成する電子ビーム加速器（１２）と、形成した高エネルギー電子ビームのビーム方向に静電ミラーポテンシャルを発生させトラップ領域（２）を形成するミラーポテンシャル発生装置（１４）と、目的元素（３）の陽イオンをトラップ領域に入射させるためのイオン入射装置（１６）とを備えたことを特徴とする陽イオントラップ装置が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、電子ビーム加速器（１２）で１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビーム（１）を形成するので、磁場で絞り込むことなく電子ビーム（１）を直径２ｍｍ以下の高密度にすることができる。従って、従来不可欠であったＭＡＩＮＣＯＩＬなどの外場発生装置をなくし、衝突位置近傍に散乱現象等を計測するための計測器等を容易に設置できる。
なお、１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビーム（１）を用いる理由については、図５との関連で後述する。
【００１３】
また、ミラーポテンシャル発生装置（１４）により、高エネルギー電子ビームのビーム方向に静電ミラーポテンシャルを発生させトラップ領域（２）を形成するので、電子散乱実験等に使用する場合、入射した全粒子数が、衝突点（トラップ領域）に局在するので、リング中に分散している従来の衝突リング使用による散乱実験に比較して１００倍以上に散乱効率が向上する。
【００１４】
さらに、イオン入射装置（１６）により、目的元素（３）の陽イオンをトラップ領域に入射させるので、放射性元素のように、極めて微量にしか生成できず、しかも数秒間程度の短寿命の同位体であっても、効率良く高速電子を衝突させ、その散乱現象を計測することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記イオン入射装置（１６）は、目的元素（３）の陽イオンを発生する目的元素発生装置（１７）と、発生した陽イオンを金属箔（４）上にインプラントするインプラント装置（１８）と、インプラントした金属箔から目的元素のパルスイオンビーム（５）を発生させこれを電子ビーム加速器（１２）の高エネルギー電子ビーム（１）上に向けて加速するパルスイオン源装置（１９）と、電子ビーム加速器（１２）に入射する前にパルスイオンビームを中性化する中性化装置（２０）と、電子ビーム加速器（１２）に入射した目的元素を再イオン化する再イオン化装置（２１）とを有する。
【００１６】
この構成により、目的元素発生装置（１７）で目的元素（３）の陽イオンを発生させ、インプラント装置（１８）で発生した陽イオンを金属箔（４）上にインプラントし、パルスイオン源装置（１９）でインプラントした金属箔から目的元素のパルスイオンビーム（５）を発生させこれを電子ビーム加速器（１２）の高エネルギー電子ビーム（１）上に向けて加速することができ、放射性元素のように、極めて微量にしか生成できず、しかも数秒間程度の短寿命の同位体であっても、その微量元素のパルスイオンビーム（５）を効率良く発生させ加速することができる。
【００１７】
前記インプラント装置（１８）は、陽イオンを加速する陽イオン加速器（１８ａ）と、加速した陽イオンを金属箔（４）からなるテープ上にインプラントしこれを所定の位置まで移動するテープ転送装置（１８ｂ）とを有する。
この構成により、金属箔（４）上の狭い領域に目的元素（３）を蓄積することができ、その後パルスイオン源に送り、蓄積したものをまとめて一気にイオン化することができる。またインプラントした目的元素（３）を容易に所定の位置まで移動することができる。
【００１８】
前記パルスイオン源装置（１９）は、金属箔上にインプラントした目的元素を瞬間的に取り出す元素蒸発用パルスレーザー装置（１９ａ）と、共鳴イオン化法によって純度の高い目的元素のパルスイオンビーム（５）を発生させるイオン化パルスレーザー装置（１９ｂ）と、発生したパルスイオンビームを高エネルギー電子ビーム（１）上に向けて加速するパルスイオン加速器（１９ｃ）とを有する。
この構成により、金属箔（４）上にインプラントした目的元素（３）を瞬間的に取り出し、パルスイオン化し、所定の方向に加速することができる。
【００１９】
前記中性化装置（２０）は、アルカリ金属蒸気を用いた荷電変換セルである。かかる荷電変換セルにより加速されたパルスイオンビームを確実に中性化してパルス状の中性ビームを生成できる。
【００２０】
前記再イオン化装置（２１）は、再イオン化レーザーを照射する再イオン化パルスレーザー装置である。
かかる再イオン化パルスレーザー装置により、トラップ領域（２）に到達したパルス状の中性ビームを再びイオン化し、ミラーポテンシャル発生装置（１４）により、トラップ領域（２）に陽イオンを閉じ込めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１は、本発明の陽イオントラップ装置を備えたＲＩ電子散乱実験装置の全体構成図であり、図２は、本発明の陽イオントラップ装置の全体構成図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本発明の陽イオントラップ装置１０は、電子ビーム加速器１２、ミラーポテンシャル発生装置１４及びイオン入射装置１６を備える。
【００２４】
電子ビーム加速器１２は、この例では電子リングであり、３０Ｍｅｖ電子リニアック及び５００ＭｅＶブースターリニアックで加速されたバンチ構造をもつ電子を更に加速して１００ＭｅＶ以上、好ましくは３００〜５００ＭｅＶの高エネルギー電子ビーム１を形成する。なお電子ビーム１の回転方向は、図１では右回転、図２では左回転に表示されているが、実質的には同一である。
【００２５】
ミラーポテンシャル発生装置１４は、形成した高エネルギー電子ビーム１のビーム方向に間隔を隔てた１対の電極１４ａ（ミラーポテンシャル発生電極）とこれを正（＋）のポテンシャルに印加する直流電源１４ｂとからなり、電子ビーム１のビーム方向に静電ミラーポテンシャルを発生させ陽イオンを閉じ込めるトラップ領域２を形成する。
【００２６】
イオン入射装置１６は、目的元素３の陽イオン３をトラップ領域２に入射させるための装置である。図２に示すように、イオン入射装置１６は、目的元素発生装置１７、インプラント装置１８、パルスイオン源装置１９、中性化装置２０および再イオン化装置２１を有する。
【００２７】
目的元素発生装置１７は、目的元素３の陽イオンを発生する。インプラント装置１８は、発生した陽イオンを金属箔４上にインプラントする。パルスイオン源装置１９は、インプラントした金属箔４から目的元素のパルスイオンビーム５を発生させ、これを電子ビーム加速器１２の高エネルギー電子ビーム１上に向けて加速する。中性化装置２０は、電子ビーム加速器１２に入射する前にパルスイオンビーム５を中性化する。再イオン化装置２１は、電子ビーム加速器１２に入射した目的元素３を再イオン化する。
【００２８】
次に、ＥＢＩＳはソレノイド磁石などが必要だが、１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビ一ムではそれらが必要なく、遠方から電子ビームを収束できる理由を説明する。
【００２９】
電子ビームが真空中を伝播する場合、電子同士の反発力によって各々の電子はまっすぐには走らず、集団は発散して行く。この発散を防ぐためには、その反発力以上の力を与える必要がある。反発力の強さは、同じ電流でも電子ビームの速度によって変化する。それは、走っている電子の静止座標系で見たときに電子の密度が高ければ反発力が強く、密度は低ければそれは小さい。この密度は電子ビームの相対論ファクター（Ｌｏｒｅｎｚ_Ｙ）に反比例する。したがって速度が大きいほど反発力は小さくなる。反発力は小さければ電子ビームにある軌道を与えると何もしなくてもその軌道を永遠と走り続けるが、反発力が大きい場合には発散を防ぎ、与えた軌道上を走らせるために常に補正する力が必要になる。
【００３０】
ＥＢＩＳの場合電子エネルギーは約３００ｋｅＶ以下であり、この場合電子の速度はβ＝０．７８〈光速の７８％程度）であり、ローレンツ_Ｙは_Ｙ＝１．６程度である。このようなビームでは、電子は周囲の電子による反発力を感じ、ほっておくと発散するので、ビームを細く維持するためにソレノイド磁場などの外場がつねに要求される。したがって、ＥＢＩＳの場合には、装置全体にそうした外場を作らざるを得ないのである。
【００３１】
それに対して１００ＭｅＶ以上、例えば５００ＭｅＶの高エネルギー電子ビームでは、ローレンツ_Ｙ値は１０００程度であり、電子が他の電子から感じる反発力は上記ＥＢＩＳの１／６２５であり、ほとんど反発力を感じなくなる。したがって遠方から一旦軌道を与えてやれば、外場がなくても電子ビームは発散することなく所定の軌道を走る。したがって、遠方から必要なビームサイズに収束させるように電子ビーム軌道を作ることができ、トラッブを作りたい場所で何の収束用外場を置く必要がなくなる。
【００３２】
従って、本発明では、電子ビーム加速器１２で１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビーム１を形成するので、磁場で絞り込むことなく電子ビーム１を直径２ｍｍ以下の高密度にすることができ、従来不可欠であったＭＡＩＮＣＯＩＬなどの外場発生装置をなくし、衝突位置近傍に散乱現象等を計測するための計測器等を容易に設置できる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の陽イオントラップ装置１０をシミュレーション結果を含めて説明する。
【００３４】
図３は、目的元素発生装置１７、インプラント装置１８およびパルスイオン源装置１９の構成図である。
目的元素発生装置１７は、図１に示すように加速器等で生成した微量元素（目的元素）を取り出すための微量元素発生装置である。
【００３５】
インプラント装置１８は、目的元素の陽イオンを加速する陽イオン加速器１８ａ（例えば１０〜５０ｋｅＶ）と、加速した陽イオンを金属箔４からなるテープ上にインプラントしこれを所定の位置まで移動するテープ転送装置１８ｂとを有する。なお図２の１８ｃは陽イオンの方向を変える磁石である。
【００３６】
パルスイオン源装置１９は、テープ４上にインプラントした目的元素を瞬間的に取り出す元素蒸発用パルスレーザー装置１９ａ（例えば約１０ｎｓｅｃｐｕｌｓｅ）と、共鳴イオン化法によって純度の高い目的元素のパルスイオンビーム５を発生させるイオン化パルスレーザー装置１９ｂと、発生したパルスイオンビーム５を高エネルギー電子ビーム１上に向けて加速するパルスイオン加速器１９ｃ（例えば約１０ｋｅＶ）とを有する。なお図２の１９ｄはパルスイオンビーム５の方向を変える磁石である。
【００３７】
この構成により、例えばＳｎを目的元素とする場合、ＰｕｒｅＳｎ１３２の１μｓｅｃｐｕｌｓｅを発生させてこれを電子ビーム加速器１２の高エネルギー電子ビーム１上に向けて加速することができる。
【００３８】
図４は、中性化装置２０、再イオン化装置２１およびミラーポテンシャル発生装置１４の構成図である。この図において１９ｅは静電四重極レンズ（Ｓｔａｔｉｃ−ＱＬｅｎｓ）であり、磁石１９ｄで方向を変えたパルスイオンビーム５をトラップ領域２の電子ビーム１上に収束させるようになっている。
また、中性化装置２０は、アルカリ金属蒸気を用いた荷電変換セルであり、加速されたパルスイオンビームを中性化して中性ビームを生成する。
【００３９】
再イオン化装置２１は、再イオン化レーザーを照射する再イオン化パルスレーザー装置であり、トラップ領域２に到達したパルス状の中性ビームを再びイオン化し、ミラーポテンシャル発生装置１４により、トラップ領域２に目的元素３の陽イオンを閉じ込める。
【００４０】
図５は、電子ビームのエネルギー（横軸）と荷電変換断面積（縦軸）との関係図である。この図から３００〜５００ＭｅＶの高エネルギー電子ビーム１の場合、エネルギー依存性は小さく、Ｓｎ^１＋→Ｓｎ^２＋では１０^−１８ｃｍ^２程度の断面積であることがわかる。
【００４１】
多価イオンを生成する確率は、１００ＭｅＶ以上ではほとんど電子エネルギーに関係なく、一定で、その値は図５からＥＢＩＳの電子エネルギー〈３００ｋｅＶ以下）に対して１桁以上小さいことがわかる。従って、エネルギーが１００ＭｅＶ以上ではどんなに高いエネルギーでも今回のトラップの原理や利点を満足する。そのため、電子エネルギーは１００ＭｅＶ以上、好ましくは３００〜５００ＭｅＶであるのがよく、それ以上であってもよい。この多価イオン化の確率に対して高いエネルギーに対する実験値や理諭は明らかではない。しかし、高エネルギーになればなるほど電子のドブロイ波長は短くなるので、確率は電子のエネルギーではなく標的となる原子の大きさだけに依存するようになる。原子の大きさは変わらないので、結果的に電子エネルギーに依存しなくなっていくといえる。
【００４２】
図６は、トラップ領域に形成されるポテンシャルの模式図である。この図において（Ａ）は上から順に、時間に依存する電子バンチによるポテンシャル、軸方向閉じ込めのためのミラーポテンシャル、及び相互作用領域（トラップ領域）にトラップされたイオン自身のポテンシャルである。また（Ｂ）は全体のポテンシャルである。
この図から、電子バンチによるポテンシャルが１×１０^１０個／バンチ、トラップされたイオン自身のポテンシャルが１×１０^９電荷の想定されるＲＩ電子散乱条件においても電子ビームのビーム方向に静電ミラーポテンシャルを発生させて安定したトラップ領域２を形成することができることがわかる。
【００４３】
図７は、トラップされた陽イオンの軌跡を示す図である。この図において、（Ａ）はトラップ領域２の側面図、（Ｂ）はビーム方向から見た図である。
この図から、Ｓｎ^１＋の軌跡は直径約２ｍｍのトラップ領域２で安定してトラップされることがわかる。
【００４４】
上述したように本発明の装置は、電子ビーム加速器１２（または蓄積リング）、トラップを局在させるための静電ミラーポテンシャル発生装置１４、およびイオン入射装置１６からなる。
【００４５】
入射するイオンは、目的の元素を選択できること、パルス状ビームであること、中性ビームであること、そしてトラップ領域での再イオン化の必要があることによって図２〜４のような装置の組み合わせによって構成される。
【００４６】
まず、加速器等で生成した微量元素を取り出すための目的元素発生装置１７とイオン源があり、ここから取り出された元素をパルス状ビームに整形するために一旦金属箔上の極く狭い領域に必要量に達するまで一定時間インプラントする。それを、パルスイオン源まで転送した後、レーザー等を用いた共鳴イオン化法によって純度の高い目的元素のパルスイオンビーム５を発生させる。
そのビームを質量分析した後に電子軌道上に入射するが、この際ビームは中性である必要から、アルカリ金属蒸気を用いた中性化装置２０すなわち荷電変換セルを通す。ビーム自身は中性化装置２０の上流に配置した静電四重極レンズ１９ｅでトラップ点に収束させる。このとき中性化装置２０がビームの軌道を疎外することはほとんどない。こうしてパルス状の中性ビームが生成される。
これは電子軌道上に設置した静電ミラーポテンシャル発生用の電極間に到着するとただちに、再イオン化用レーザー２１によって再びイオン化される。このことによって、電子ビーム軌道上の電極間に挟まれた狭い領域（トラップ領域）にイオンは局在したままトラップされる。
【００４７】
図２にも示すように、トラップ領域２の周辺にはなんら物理的物質（真空ダクトを除いて）が存在せず、完全な自由空間中にトラップが完成する。トラップ領域のサイズは、電子ビーム１の進行方向には、静電ミラーポテンシャル用電極の間隔によって調整でき、その垂直方向には電子ビームのサイズを変化させることで自由にコントロールされ得る。
【００４８】
イオン入射装置１６によって目的とする元素を１０〜数１０ｋｅＶにパルス状ビームとして加速し、電子軌道上に入射する。このとき入射直前に中性化ガス中を通過させ中性にした上で、ビームが電子軌道上のミラーポテンシャルを発生させる電極間に到達した瞬間に再びレーザーを用いて瞬間的にイオン化する。
【００４９】
これによって、進行方向には静電ミラーポテンシャルによって、また進行方向と垂直な方向には、高エネルギーのバンチした電子ビームが作るポテンシャルによって局所的にイオンはトラップされる。しかも特定の元素を強制的に入射するのでトラップ中の目的元素の純度が高い。トラップされたイオンは常に電子ビームの軌道上にあるので、電子ビームと常に衝突する可能性を持っている。使用する電子ビームは高エネルギーであるので、四重極磁石などで遠方から細く収束させることができ、トラップ領域でなんらの外場発生装置を必要としない。したがってトラップ周辺に測定のための自由な空間を用意できる。また高エネルギー電子ビームを用いることで、トラップされたイオンが多価イオンとなる確率がＥＢＩＳに比較して１桁以上小さく、飽和電荷量に達するまでに比較的長い時間がかかるためイオントラップを長時間保持することができる。
【００５０】
この技術を電子散乱実験等に使用する場合、入射した全粒子数が、衝突点に局在しているので、リング中に分散している従来の衝突リング使用による散乱実験に比較して１００倍以上の散乱効率が向上する。さらに、大型の衝突リングが不要で非常にコンパクトな装置で同様の実験が可能であることで、経済的である。また、この技術は、電子散乱実験に限らず、極微量元素を測定対象とするあらゆる実験に対して、自由空間中に局在させられた高純度サンプルを提供する。
【００５１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、加速器等を用いて極めて微量にしか生成できない短寿命同位体を電子散乱実験の標的として有効にかつ容易に利用するための技術である。従来このような極微量元素等を標的とする場合、大規模な衝突型蓄積リングを建設する必要があったが、この技術ではその必要がなく、さらに同量の標的を使用した場合の１００倍以上の衝突効率を向上させることができる。また、使用する電子ビームは散乱実験に使用する高エネルギー電子ビームそのものであるので、トラップを制御するための外場発生装置などをトラップ近傍に配置する必要がなく、実験用の分析器となんら干渉することもなく測定ができる。
【００５３】
従って、本発明の陽イオントラップ装置は、（１）陽イオン加速リングを用いることなく陽イオンをトラップして電子散乱実験のターゲットとして用いることができ、（２）衝突位置近傍に散乱現象を計測するための計測器等を容易に設置でき、（３）トラップ電荷量が飽和しにくく陽イオンのイオン数を増して衝突確率（衝突効率）を高めることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の陽イオントラップ装置を備えたＲＩ電子散乱実験装置の全体構成図である。
【図２】本発明の陽イオントラップ装置の全体構成図である。
【図３】目的元素発生装置、インプラント装置およびパルスイオン源装置の構成図である。
【図４】中性化装置、再イオン化装置およびミラーポテンシャル発生装置の構成図である。
【図５】電子ビームのエネルギーと荷電変換断面積との関係図である。
【図６】トラップ領域に形成されるポテンシャルの模式図である。
【図７】トラップされた陽イオンの軌跡を示す図である。
【図８】ＥＢＩＳ型多価イオン源の一例を示す図である。
【符号の説明】
１高エネルギー電子ビーム、２トラップ領域、
３目的元素、４金属箔、５パルスイオンビーム、
１０陽イオントラップ装置、１２電子ビーム加速器、
１４ミラーポテンシャル発生装置、１６イオン入射装置、
１７目的元素発生装置、１８インプラント装置、
１８ａ陽イオン加速器、１８ｂテープ転送装置、
１９パルスイオン源装置、１９ａ元素蒸発用パルスレーザー装置、
１９ｂイオン化パルスレーザー装置、１９ｃパルスイオン加速器、
２０中性化装置（荷電変換セル）、
２１再イオン化装置（再イオン化パルスレーザー装置）

Claims

１００ＭｅＶ以上の高エネルギー電子ビーム（１）を形成する電子ビーム加速器（１２）と、形成した高エネルギー電子ビームのビーム方向に静電ミラーポテンシャルを発生させトラップ領域（２）を形成するミラーポテンシャル発生装置（１４）と、目的元素（３）の陽イオンをトラップ領域に入射させるためのイオン入射装置（１６）とを備えたことを特徴とする陽イオントラップ装置。
前記イオン入射装置（１６）は、目的元素（３）の陽イオンを発生する目的元素発生装置（１７）と、発生した陽イオンを金属箔（４）上にインプラントするインプラント装置（１８）と、インプラントした金属箔から目的元素のパルスイオンビーム（５）を発生させこれを電子ビーム加速器（１２）の高エネルギー電子ビーム（１）上に向けて加速するパルスイオン源装置（１９）と、電子ビーム加速器（１２）に入射する前にパルスイオンビームを中性化する中性化装置（２０）と、電子ビーム加速器（１２）に入射した目的元素を再イオン化する再イオン化装置（２１）とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の陽イオントラップ装置。
前記インプラント装置（１８）は、陽イオンを加速する陽イオン加速器（１８ａ）と、加速した陽イオンを金属箔（４）からなるテープ上にインプラントしこれを所定の位置まで移動するテープ転送装置（１８ｂ）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の陽イオントラップ装置。
前記パルスイオン源装置（１９）は、金属箔上にインプラントした目的元素を瞬間的に取り出す元素蒸発用パルスレーザー装置（１９ａ）と、共鳴イオン化法によって純度の高い目的元素のパルスイオンビーム（５）を発生させるイオン化パルスレーザー装置（１９ｂ）と、発生したパルスイオンビームを高エネルギー電子ビーム（１）上に向けて加速するパルスイオン加速器（１９ｃ）とを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の陽イオントラップ装置。
前記中性化装置（２０）は、アルカリ金属蒸気を用いた荷電変換セルである、ことを特徴とする請求項２に記載の陽イオントラップ装置。
前記再イオン化装置（２１）は、再イオン化レーザーを照射する再イオン化パルスレーザー装置である、ことを特徴とする請求項２に記載の陽イオントラップ装置。