JP3704582B2 - Ion beam collimator for particle induced X-ray analyzer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、イオンビームをサイクロトロンから移送ダクトを介して分析チャンバー内に導入し、試料に照射して粒子誘起X線分析を行う分析装置において、イオンビームの断面形状を試験に適した形状に機械的に整形するために、移送ダクトの途上に設けられるコリメータに関し、特に大小異なる2種のイオンビーム通過孔の切り換えが容易で、しかも通過孔の位置及び角度を調整して、イオンビームの軸に正確に一致させることができるコリメータに係るものである。
【0002】
【従来の技術】
粒子誘起X線分析装置を用いて行われるイオン励起PIXE分析には、波長分散型X線分析法と、エネルギ分散型X線分析法の2種類がある。波長分散型X線分析法は、軽元素の分析に適し、エネルギ分散型X線分析法は、原子番号が13以上の元素の分析に適している。エネルギ分散型X線分析法では、分析試料に、正確な輪郭を持つ直径数mm程度の断面のイオンビームを照射するのに対し、波長分散型X線分析法では、できるだけシャープな輪郭を持つ直径10分の数mm程度の断面のイオンビームを照射する。そして、実用的には、同一の分析装置で、両分析法の特徴を活かし、逐次又は交互に分析法を換えて試験を実施することが多い。そのため、照射イオンビームの直径を大径、小径と随時切り換える必要が生じる。この切り換えは、イオンビームの断面形状を機械的に整形するコリメータを交換することにより行われているが、この交換作業は容易でない。
コリメータは、通常厚さ1〜3mm程度の炭素板で構成され、イオンビームの移送ダクトの途上に固定されるが、イオンビームの進行方向と移送ダクトの通り心とが正確には一致していないため、例えば直径0.1mm以下の小径のイオンビームを得るために、コリメータのビーム通過孔を同径にすると、孔の内壁面にイオンビームが衝突して、失われるイオンの比率が大きくなり、同時に孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向する難点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、直径が大小異なる2種類のイオンビーム通過孔の切り換え作業が容易で、しかもイオンビーム通過孔の位置及び方向をイオンビームの位置及び進行方向に正確に一致させるように、微調整ができる粒子誘起X線分析装置用のイオンビームコリメータを提供することを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するため、ケース2と、ケース2内に設けられたスリットボディ3及びスリット軸4でイオンビームコリメータ1を構成した。そして、ケース2には、イオンビームの第1の通過孔6と、この第1の通過孔6の軸線Z−Zに直交する方向の嵌合孔7と、第1の通過孔6と嵌合孔7の両者の軸線Z−Z,X−Xに直交する方向の貫通孔8とを設け、第1の通過孔6の軸線Z−Zを移送ダクトの線心に一致させて固定するようにした。スリットボディ3は、ケース2の嵌合孔7内に気密に、軸線Y−Y方向移動及び軸周り回転自在に嵌合させ、第1の通過孔6と連通するイオンビームの第2の通過孔9と、この第2の通過孔9の軸線Z−Zに直交し、ケース2の貫通孔8に連通する軸受孔10とを形成した。スリット軸4は、スリットボディ3の軸受孔10に、気密に、軸線Y−Y方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込み、一端側をケース2の貫通孔8を自由に貫通させてケース2外に突出させ、所定の回転角度位置において夫々スリットボディ3の第2の通過孔9に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交してイオンビームの第3の通過孔12及び第4の通過孔13を形成した。また、スリット軸4の第4の通過孔13のイオンビームの入射側には、第4の通過孔13より小径のイオンビームの第5の通過孔15を有する小孔板14を取付けた。
【0005】
本発明のイオンビームコリメータ1においては、スリット軸4の軸周り回転により、第3の通過孔12と第4の通過孔13を選択的にスリットボディ3の第2の通過孔9に連通させて、イオンビームを通過させることにより、イオンビームの断面の直径を大小切り換え、波長分散型X線分析法と、エネルギ分散型X線分析法に対応する。また、スリットボディ3の軸周り回転により、イオンビームの通過孔9,12,13を偏向させ、移送ダクト52内を走るイオンビームの照射角度に適合させる。さらに、スリット軸4及びスリットボディ3の軸線Y−Y,X−X方向の移動により、イオンビームの通過孔9,12,13を軸線Z−Zに直交方向に変位させ、移送ダクト52内を走るイオンビームの照射位置に適合させる。従って、イオンビームの通過孔が小径でも、孔の内壁面に衝突して失われるイオンの比率は小さく、また孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向することもない。
【0006】
【実施形態】
図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明に係るイオンビームコリメータを適用した粒子誘起X線分析装置の正面図、図2は本発明に係るイオンビームコリメータの断面図、図3は図2におけるIII−III断面図、図4は図2におけるIV−IV拡大矢視図、図5は本発明に係るイオンビームコリメータの分解斜視図である。
【0007】
図1、図2において、分析装置51は、図示しないイオン加速器から、ダクト52を介して分析チャンバー53内に、矢印Aのようにイオンビームを導入し、試料Mに照射して粒子誘起X線分析を行うものである。イオンビームの照射方向はダクト52の軸線Zに対してわずかにずれているものとする。分析チャンバー53は真空に保たれる。54は収束電磁石で、ダクト52を包囲するように取付けられ、その磁場でイオンビームを収束させるためのものである。本発明に係るイオンビームコリメータ1は、イオンビームの断面を機械的に整形するためのもので、ダクト52の途上に取付けられている。
【0008】
図2、図3に示すように、イオンビームコリメータ1は、ケース2と、ケース2内に設けられたスリットボディ3及びスリット軸4を具備している。
【0009】
ケース2は、円筒状で、軸線方向の両端に、ダクト52へ接続するためのフランジ5を備えている。ケース2は、軸線に沿って、図において水平に貫通するイオンビームの第1の通過孔6と、この第1の通過孔6の軸線に直交する図において水平方向の嵌合孔7と、第1の通過孔6と嵌合孔7の両者の軸線に直交する図において垂直方向の貫通孔8とを有する。通過孔6と嵌合孔7は、断面円形であり、貫通孔8は、断面矩形である。嵌合孔7は、一端側において、段部7aを介して直径が縮小した小径部7bを有する。嵌合孔7、貫通孔8が夫々開口するケース2の外面は、夫々平面となっている。そして、ケース2は、第1の通過孔6の軸線Z−Zを移送ダクトの軸線にほぼ一致させて固定されている。
【0010】
スリットボディ3は、円柱状で、ケース2の嵌合孔7内に気密に、軸線X−X方向移動及び軸周り回転自在に嵌合しており、軸線方向の一端側には、ケース2の小径部に嵌合する小径突部3aを有し、他端側には、小径筒部3bを有する。スリットボディ3は、第1の通過孔6と連通する図において水平のイオンビームの第2の通過孔9と、この第2の通過孔9の軸線に直交し、ケース2の貫通孔8に連通する図において垂直の軸受孔10とを有する。第2の通過孔9、軸受孔10は、何れも断面円形である。軸受孔10は、図において上部の一端側内周に環状突部10aを有する。また、スリットボディ3の上下の外面は、軸受孔10が開口する周辺において平面になっている。
【0011】
スリット軸4は、円柱状で、スリットボディ3の軸受孔10に、気密に、軸線Y−Y方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込まれ、図において上部の一端側が、ケースの貫通孔8を自由に貫通してケース2外に突出している。即ち、スリット軸4は、図において下部に位置する他端側の大径部4aが、軸受孔10に気密に、摺動自在に挿入され、上部一端側の小径部が、軸受孔10の上方へ突出し、さらに貫通孔8を貫通してケース2外に突出している。ケース2外に位置するスリット軸4の上端には、これを軸周りに回転させるためのハンドル11が固定されている。スリット軸4は、大径部4aに、軸線直交方向に、相互に直交して形成されたイオンビームの第3の通過孔12(例えば直径5mm)及び第4の通過孔13(例えば直径1mm)を有する。第3の通過孔12及び第4の通過孔13は、スリット軸4の所定の回転角度位置において、スリットボディ3の第2の通過孔9に連通することができる。また、スリット軸4の第4の通過孔13のイオンビームの入射側の開口部周辺は、平面に削られ、ここに小孔板14が取付けられている。小孔板14には、第4の通過孔13の中心に位置して、これより小径(例えば0.1mm)のイオンビームの第5の通過孔15が形成されている。
【0012】
しかして、ケース2の嵌合孔7の一端側開口部には、ナット部材16が取付けられ、これに第1の調整ねじ17が螺合されている。第1の調整ねじ17の先端は、スリットボディ3の一端側の小径突部の端面に当接している。ケース2の嵌合孔7他端側開口部には、ばね受け板18が取付けられ、これとスリットボディ3の他端面との間には、常時スリットボディ3を軸線X−X方向に一端側へ付勢するばね19が介設されている。従って、第1の調整ねじ17の進退により、スリットボディ3の軸線X−X方向の移動を調整することができる。
【0013】
また、スリットボディ3の軸受孔10の一端側開口部には、ばね受け筒20が取付けられ、これとスリット軸4の大径部4aの上端面との間には、常時スリット軸4を軸線Y−Y方向に下方の他端側へ付勢するばね21が介設されている。そして、スリットボディ3の軸受孔10の他端側開口部には、ナット部材22が取付けられ、これに第2の調整ねじ23が螺合されている。第2の調整ねじ23の先端は、スリット軸4の他端面に当接している。従って、第2の調整ねじ23の進退により、スリット軸4の軸線Y−Y方向の移動を調整することができる。
【0014】
ケース2の貫通孔8の一端側開口部には、第3の調整ねじ25を螺合させるナット部材としての口金24が取付けられている。口金24には、図において上下に貫通する矩形の開口24aが形成され、これにスリット軸4の小径部4bが四方に移動自在に余裕を持って貫通している。また、口金24には、図において水平に、軸線Z−Zに沿って、開口24aの両側に相対向するねじ孔24bが形成されている。このねじ孔24bには、夫々第3の調整ねじ25が螺合され、その先端が夫々スリット軸4の小径部4bの対向側面に当接している。従って、スリット軸4の傾斜角度、即ちスリットボディ3の軸周りの回転角度は、第3の調整ねじ25の押圧により調整され、かつ所望角度で固定される。
【0015】
この実施形態のイオンビームコリメータ1においては、ハンドル11により、スリット軸4を軸周り90°正逆回転させることにより、第3の通過孔12と第4の通過孔13を選択的にスリットボディ3の第2の通過孔9に連通させる。これにより、コリメータ1を通過するイオンビームの断面の直径を大小切り換え、波長分散型X線分析法と、エネルギ分散型X線分析法に対応する。また、スリットボディ3の軸周り回転により、イオンビームの通過孔9,12,13を軸線Z−Zに対して偏向させ、移送ダクト52内を走るイオンビームの照射角度に適合させる。この偏向角度の調整及び固定は、第3の調整ねじ25の進退により行う。さらに、スリット軸4及びスリットボディ3の軸線Y−Y,X−X方向の移動により、イオンビームの通過孔9,12,13を軸線Z−Zに直交方向に変位させ、移送ダクト52内を走るイオンビームの照射位置に適合させる。スリット軸4の軸線Y−Y方向の移動は、ばね21の付勢力に抗する第2の調整ねじ23の進退により行い、スリットボディ3の軸線X−X方向の移動は、ばね19の付勢力に抗する第1の調整ねじ17の進退により行う。従って、イオンビーム照射角度と位置に正確に通過孔を一致させることができるので、通過孔が小径でも、孔の内壁面に衝突して失われるイオンの比率は小さく、また孔のエッジの影響を受けてイオンビームが偏向することもない。
【0016】
【発明の効果】
以上のように、本発明においてはケース2と、ケース2内に設けられたスリットボディ3及びスリット軸4でイオンビームコリメータ1を構成した。そして、ケース2には、イオンビームの第1の通過孔6と、この第1の通過孔6の軸線Z−Zに直交する方向の嵌合孔7と、第1の通過孔6と嵌合孔7の両者の軸線Z−Z,X−Xに直交する方向の貫通孔8とを設け、第1の通過孔6の軸線Z−Zを移送ダクトの線心に一致させて固定するようにした。スリットボディ3は、ケース2の嵌合孔7内に気密に、軸線Y−Y方向移動及び軸周り回転自在に嵌合させ、第1の通過孔6と連通するイオンビームの第2の通過孔9と、この第2の通過孔9の軸線Z−Zに直交し、ケース2の貫通孔8に連通する軸受孔10とを形成した。スリット軸4は、スリットボディ3の軸受孔10に、気密に、軸線Y−Y方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込み、一端側をケース2の貫通孔8を自由に貫通させてケース2外に突出させ、所定の回転角度位置において夫々スリットボディ3の第2の通過孔9に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交してイオンビームの第3の通過孔12及び第4の通過孔13を形成した。また、スリット軸4の第4の通過孔13のイオンビームの入射側には、第4の通過孔13より小径のイオンビームの第5の通過孔15を有する小孔板14を取付けたため、直径が大小異なる2種類のイオンビーム通過孔の切り換え作業を容易に行うことができ、しかもイオンビーム通過孔の方向と位置をイオンビームの進行方向と位置に正確に一致させるべく、その位置及び角度を容易に微調整することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るイオンビームコリメータを適用した粒子誘起X線分析装置の正面図である。
【図2】本発明に係るイオンビームコリメータの断面図である。
【図3】図2におけるIII−III断面図である。
【図4】図2におけるIV−IV拡大矢視図である。
【図5】本発明に係るイオンビームコリメータの分解斜視図である。
【符号の説明】
1 イオンビームコリメータ
2 ケース
3 スリットボディ
4 スリット軸
6 イオンビームの第1の通過孔
7 嵌合孔
8 貫通孔
9 イオンビームの第2の通過孔
10 軸受孔
12 イオンビームの第3の通過孔
13 イオンビームの第4の通過孔
14 小孔板
15 イオンビームの第5の通過孔[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an analyzer that introduces an ion beam from a cyclotron through a transfer duct into an analysis chamber and irradiates a sample to perform particle-induced X-ray analysis. Therefore, it is easy to switch between two types of ion beam passage holes of different sizes, and the position and angle of the passage hole are adjusted to adjust the axis of the ion beam. The present invention relates to a collimator that can be accurately matched.
[0002]
[Prior art]
There are two types of ion-excited PIXE analysis performed using a particle-induced X-ray analyzer: wavelength dispersion X-ray analysis and energy dispersion X-ray analysis. The wavelength dispersive X-ray analysis method is suitable for analyzing light elements, and the energy dispersive X-ray analysis method is suitable for analyzing elements having an atomic number of 13 or more. In the energy dispersive X-ray analysis method, an ion beam having an accurate contour and a cross section of a few millimeters in diameter is irradiated on the analysis sample, whereas in the wavelength dispersive X-ray analysis method, the diameter has as sharp a contour as possible. Irradiate an ion beam with a cross section of about several tenths of a millimeter. Practically, the same analyzer is often used to test by changing the analysis method sequentially or alternately using the characteristics of both analysis methods. Therefore, it is necessary to switch the diameter of the irradiation ion beam between a large diameter and a small diameter as needed. This switching is performed by exchanging a collimator that mechanically shapes the cross-sectional shape of the ion beam, but this exchanging operation is not easy.
The collimator is usually composed of a carbon plate with a thickness of about 1 to 3 mm, and is fixed in the middle of the ion beam transfer duct, but the direction of travel of the ion beam and the center of the transfer duct do not exactly match. Therefore, for example, in order to obtain an ion beam with a small diameter of 0.1 mm or less, if the beam passage hole of the collimator is made the same diameter, the ion beam collides with the inner wall surface of the hole, and the ratio of lost ions increases. At the same time, there is a difficulty that the ion beam is deflected by the influence of the edge of the hole.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, according to the present invention, it is easy to switch between two types of ion beam passage holes having different diameters, and the position and direction of the ion beam passage hole are precisely matched with the position and traveling direction of the ion beam. It is an object to provide an ion beam collimator for a particle-induced X-ray analyzer that can be adjusted.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above problems, the
[0005]
In the
[0006]
Embodiment
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a front view of a particle-induced X-ray analysis apparatus to which an ion beam collimator according to the present invention is applied, FIG. 2 is a sectional view of the ion beam collimator according to the present invention, and FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is an enlarged view taken along the line IV-IV in FIG. 2, and FIG. 5 is an exploded perspective view of the ion beam collimator according to the present invention.
[0007]
1 and 2, an
[0008]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
Thus, the
[0013]
Further, a
[0014]
A base 24 as a nut member to which the
[0015]
In the
[0016]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a particle induced X-ray analyzer to which an ion beam collimator according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an ion beam collimator according to the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is an enlarged view taken along the line IV-IV in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an exploded perspective view of an ion beam collimator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
イオンビームの第1の通過孔と、この第1の通過孔の軸線に直交する方向の嵌合孔と、第1の通過孔と嵌合孔の両者の軸線に直交する方向の貫通孔とを有し、第1の通過孔の軸心を移送ダクトの軸心に一致させて固定されるケースと、
前記嵌合孔内に気密に、軸線方向移動及び軸周り回転自在に嵌合され、前記第1の通過孔と連通するイオンビームの第2の通過孔と、この第2の通過孔の軸線に直交し、前記ケースの貫通孔に連通する軸受孔とを有するスリットボディと、
前記スリットボディの軸受孔に、気密に、軸線方向移動及び軸周り回転自在に嵌め込まれ、一端側が前記ケースの貫通孔を自由に貫通してケース外に突出し、所定の回転角度位置において夫々前記スリットボディの第2の通過孔に選択的に連通しうるように、軸線直交方向に、相互に直交して形成されたイオンビームの第3及び第4の通過孔を有するスリット軸と、
前記スリット軸の第4の通過孔のイオンビームの入射側に取付けられ、第4の通過孔より小径のイオンビームの第5の通過孔を有する小孔板と、
前記スリット軸の軸周り回転により、前記第3の通過孔と第4の通過孔を切り替えてイオンビームを通過させ、前記スリットボディの軸周り回転により、イオンビームの通過孔を偏向させ、またスリット軸及びスリットボディの軸方向の移動により、イオンビームの通過孔を軸線直交方向に変位させることを特徴とする粒子誘起X線分析装置用イオンビームコリメータ。An ion beam cross section is provided in the middle of a transfer duct in a particle-induced X-ray analyzer that conducts an analysis by directing an ion beam from a cyclotron through a transfer duct into an analysis chamber and irradiating the sample with the ion beam in the analysis chamber. A collimator for shaping the shape,
A first passage hole for the ion beam, a fitting hole in a direction perpendicular to the axis of the first passage hole, and a through hole in a direction perpendicular to the axes of both the first passage hole and the fitting hole A case that is fixed so that the axis of the first passage hole coincides with the axis of the transfer duct;
A second passage hole of an ion beam that is fitted in the fitting hole in an airtight manner so as to be movable in the axial direction and rotatable about the axis, and communicates with the first passage hole, and an axis of the second passage hole. A slit body that is orthogonal and has a bearing hole that communicates with the through hole of the case;
The slit body is fitted into the bearing hole of the slit body in an airtight manner so as to move in the axial direction and freely rotate around the axis, and one end side freely passes through the through hole of the case and protrudes out of the case. A slit shaft having third and fourth passage holes for ion beams formed orthogonally to each other in a direction orthogonal to the axis so as to selectively communicate with the second passage holes of the body;
A small hole plate attached to the ion beam incident side of the fourth passage hole of the slit shaft and having a fifth passage hole of an ion beam having a smaller diameter than the fourth passage hole;
By rotating around the slit axis, the third and fourth passage holes are switched to pass the ion beam, and by rotating around the slit body axis, the ion beam passage hole is deflected, and the slit An ion beam collimator for a particle-induced X-ray analyzer characterized in that an ion beam passage hole is displaced in the direction orthogonal to the axis by movement of the shaft and the slit body in the axial direction.
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