JP3820535B2

JP3820535B2 - イオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法

Info

Publication number: JP3820535B2
Application number: JP18943697A
Authority: JP
Inventors: 裕雄長谷部; 佳敏宮澤; 政武逸見; 英二池沢; 利光藍原; 智則大木; 啓資山内
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH1138195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビームの加速には、その効率を上げるために加速イオンから電子を剥ぎ取るストリッパー膜が用いられる。このストリッパー膜は、通常極めて薄い炭素の薄膜であり、この膜を加速器で加速されたイオンビームはほとんどエネルギーを失うことなく通過するが、イオンのまわりに残っていた電子がストリッパー膜で剥ぎ取られ、より高い価数のイオンとなる。このようにして得られた価数の高いイオンビームは磁場で容易に軌道を変えることができ、かつ効率的に加速することができる。
【０００３】
例えば図４は、ストリッパー膜を通過したキセノンイオンビームのエネルギーに対する生成価数とそのイオンビームの強度との関係を示している。この図において、例えば０．２５ＭｅＶ／ｕ（核子）のエネルギーのキセノンイオンビームを用いると、通過したキセノンイオンビームは、価数１８が最も多く生成されて、入射したキセノンイオンの約２０％が１８価にかわり、その前後の価数の比率も高くなっている。この特性を利用してイオンビームの価数を高めることができる。
【０００４】
上述した用途に使用するストリッパー膜は、膜厚約１０μｇ／ｃｍ²前後の純炭素箔として市販されている。このストリッパー膜１を、通常は図５（Ａ）に模式的に示すように、開口２を有する金属板３（ホルダー板）に皺ができないように張り付け、イオンビームの通過位置に取り付けて使用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかるストリッパー膜１は、一般に寿命が短く、イオンビームの照射によってすぐに破損してしまうため、加速器の利用効率を著しく低下させていた。この原因は、イオンビームの照射によってストリッパー膜の厚さが部分的に増加し、これにより膜内に過大な引張応力（張力）が発生するためである。
【０００６】
そこで、図５（Ｂ）に模式的に示すように、金属リング４にストリッパー膜１を皺なく張り付けた後、機械的に金属リング４を内方に縮めて塑性変形させ、これによりストリッパー膜１を大きく撓ませて（すなわち、たるみを付けて）試験に供することが一部で実施され、寿命を延ばす効果が確認されている。
【０００７】
しかし、図４（Ｂ）に示す方法を実施するためには、金属リング４を内方に縮めるための特別の治具が必要であり製作に手間がかかるばかりでなく、ストリッパー膜の各部を均等に撓ませることが困難であり、品質のバラツキが大きく、安定した特性を得ることが困難である問題点があった。
【０００８】
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、ホルダーの開口に皺なく張り付けたストリッパー膜を、特別な治具を用いず、手間をかけずに、イオンビーム照射に対する寿命を延ばすことができるイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、ストリッパー膜の各部を均等に撓ませることができ、品質のバラツキが少なく、安定した特性を得ることができるイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者等は、炭素箔に強い可視光をストロボ等で照射することにより、炭素箔の全面に細かい皺を形成することができることを新たに見出した。更に、この特性を利用し、ホルダーに皺なく張った炭素箔の全面に細かい皺を形成し、イオンビームを照射して試験した結果、皺のない従来品よりも寿命が大幅に延びることを確認した。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、開口を有するホルダー板に開口を覆って炭素箔を皺なく張り付け、次いで該炭素箔に強い可視光を短時間照射し、これにより開口部の炭素箔全面に細かい皺を形成する、ことを特徴とするイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法が提供される。
この方法によれば、ホルダーに皺なく張った炭素箔は作りやすいので、それに、ストロボ等で強い可視光を照射するだけで、特別な治具を用いず、手間をかけずに、イオンビーム照射に対する寿命を延ばすことができる。また、この方法により、強い可視光を均一に照射するだけで、ストリッパー膜の各部を均等に撓ませることができ、品質のバラツキが少なく、安定した特性を得ることができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記可視光の光束は、２００万〜３００万ルーメンであり、その照射時間は、１００〜３００μｓである。また、前記可視光は、キセノンフラッシュランプによる照射光であるのがよい。更に、前記炭素箔は、膜厚１０μｇ／ｃｍ2 の純炭素箔であることが好ましい。
【００１２】
上記照射光は、市販のカメラ用ストロボで発生させることができる。すなわち、市販のストロボのランプの多くは、キセノンフラッシュランプであり、その幾つかを予め試験して、光束が２００万〜３００万ルーメンであり、その照射時間が１００〜３００μｓであるものを選択すれば、そのストロボを距離にして３〜５ｃｍに近づけて発光させることにより、細かい皺をよせて撓ませることができる。なお、光束が強すぎたり、照射時間が長いと、皺が大きくなってストリッパー膜が破損しやすくなり、逆に光束が弱すぎたり、照射時間が短いと、十分な皺が形成できない。
【００１３】
このようにして製作したイオンビーム用荷電ストリッパー膜は、図５（Ｂ）のように機械的に撓ませたものと同等の性能を示し、皺なく張りそのままの状態で使用する従来のものよりも、約３〜５倍の寿命に強化することができる。また、市販のストロボは、光束及び発光時間が安定しているので、予め所定の性能のストロボを選択しておくだけで、所定の強い可視光を均一に照射することができ、これによりストリッパー膜の各部を均等に撓ませることができ、品質のバラツキが少なく、安定した特性を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい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。
図１は、本発明の方法を模式的に示す図である。この図に示すように、本発明のイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法は、（Ａ）まず、開口２を有するホルダー板３に開口２を覆って炭素箔１（ストリッパー膜）を皺なく張り付ける。この工程は、従来の普通の使用方法と同様であり、ホルダー板３、開口２も同一のものをそのまま使用する。
【００１５】
炭素箔１は、膜厚約１０μｇ／ｃｍ²の純炭素箔を使用する。純炭素箔の表面に硝酸セルロースのコーティングをしたものも市販されているが、かかる炭素箔は、表面のコーティングの影響を受けるため、本発明を適用しても十分な効果は得られない。
【００１６】
（Ｂ）次いで炭素箔１に強い可視光５を短時間照射し、これにより図１に模式的に示すように、開口部の炭素箔全面に細かい皺７を形成する。この可視光５の照射条件は、後述するように、可視光の光束が約２００万〜３００万ｌｍ（ルーメン）であり、その照射時間が約１００〜３００μｓであるのがよい。３００万ｌｍを越える光束、或いは３００μｓを越える照射時間では、皺７が大きくなってストリッパー膜が破損しやすくなる。また、２００万ｌｍ未満の光束、或いは１００μｓ未満の照射時間では、十分な皺が形成できない。
【００１７】
なお、形成された皺７は、図では表現できないが、方向性のない細かい起伏であり、光を照射した表面及び裏面にも同様に形成される。起伏の高さは、数１０μｍ程度である。またこの皺は開口部の炭素箔全面に限られず、開口部周辺のホルダー板３への張付け部にも形成されるが、この部分の剥がれ等は生じなかった。なお、張付け部の皺がわずかでも悪影響を及ぼす場合には、張り付けた反対側から可視光を照射することにより、これを避けることができる。
【００１８】
上述した可視光は、キセノンフラッシュランプによる照射光であることが好ましい。かかるキセノンフラッシュランプを用いることにより、必要な光束、照射時間を容易に得ることができる。なお、市販のストロボ６のランプの多くは、キセノンフラッシュランプであり、その幾つかを予め試験して、光束が約２００万〜３００万ルーメンであり、その照射時間が約１００〜３００μｓであるものを選択すれば、そのストロボを距離にして３〜５ｃｍに近づけて発光させ、細かい皺をよせて撓ませることができる。
【００１９】
開口部の炭素箔全面に細かい皺が形成されるメカニズムは、現在のところ正確には把握されていないが、強い可視光の短時間照射により、適量の光圧（放射圧）の衝撃波が生じ、この衝撃波によって薄い炭素箔が部分的に伸び縮みし、微細な皺７が形成されて少したるみを帯びた形状になるものと思われる。
【００２０】
図２は、試験に使用したストロボの性能比較表である。このストロボは、すべて写真用であり、ａ，ｂは、コンパクトカメラに内蔵のもの、ｃ，ｄは単独ストロボである。これらのストロボを用いてストリッパー膜１に同一条件で照射した結果、ａ，ｂ，ｃでは、良好な皺が形成されたが、ｄでは、皺が大きくなってストリッパー膜が破損した。従って、可視光の光束が約２００万〜３００万ｌｍ（ルーメン）であり、その照射時間が約１００〜３００μｓであるのがよいことがわかった。
【００２１】
【実施例】
図３は、本発明の方法を適用したストリッパー膜の寿命比較図である。なお、この試験は、¹³⁶Ｘｅ⁹⁺のイオンビームをＥ＝０．２５ＭｅＶ／ｕ（核子）のエネルギーで照射して実施した。ビームカレントは、１．０ｅμＡ、ビームサイズは５ｍｍ×５ｍｍであった。また、試験した炭素箔（カーボンフォイル）は、米国のアリゾナカーボン社製（図中のＡ）とカナダのチョークリバー社製（図中のＢ，Ｃ）である。なお、図中の各棒線のうち、斜線は本発明の方法を適用したもの、その他は、皺なく張りつけたままの従来のものである。
【００２２】
図３の実施例から、本発明の方法を適用したストリッパー膜は、従来のものと比較して少なくとも倍以上、ものによっては５倍以上の長寿命を示していることがわかる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、膜厚が１００μｇ／ｃｍ²以上の炭素箔にも、同様に適用することができる。また、本発明の荷電ストリッパー膜を同様の目的に使用するビームターゲットにも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の方法によれば、ホルダーに皺なく張った炭素箔は作りやすいので、それに、ストロボ等で強い可視光を照射するだけで、特別な治具を用いず、手間をかけずに、イオンビーム照射に対する寿命を延ばすことができる。また、この方法により、強い可視光を均一に照射するだけで、ストリッパー膜の各部を均等に撓ませることができ、品質のバラツキが少なく、安定した特性を得ることができる。
【００２５】
すなわち、皺形成は、カメラのストロボを用いて発光させるだけなので、短時間で、場所も取らず、コストもかからず、誰にでも簡単に、強化した炭素箔を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を模式的に示す図である。
【図２】試験に使用したストロボの性能比較表である。
【図３】本発明の方法を適用したストリッパー膜の寿命比較図である。
【図４】ストリッパー膜を通過したキセノンイオンビームのエネルギーに対する生成価数とそのイオンビームの強度との関係図である。
【図５】従来のストリッパー膜の使用方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ストリッパー膜
２開口
３ホルダー板
４金属リング
５可視光
６ストロボ
７皺

Claims

開口を有するホルダー板に開口を覆って炭素箔を皺なく張り付け、次いで該炭素箔に強い可視光を短時間照射し、これにより開口部の炭素箔全面に細かい皺を形成する、ことを特徴とするイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法。
前記可視光の光束は、２００万〜３００万ルーメンであり、その照射時間は、１００〜３００μｓである、ことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法。
前記可視光は、キセノンフラッシュランプによる照射光である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法。
前記炭素箔は、膜厚１０μｇ／ｃｍ^２の純炭素箔である、ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンビーム用荷電ストリッパー膜の強化方法。