JP4340773B2 - 低速陽電子パルスビーム装置 - Google Patents
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Description
ここで、低速陽電子ビームとは、エネルギー数10keV以下でエネルギーのそろった(エネルギー幅の狭い)陽電子ビームをいう。
低速陽電子ビームの進行方向成分のエネルギー広がりは、主に減速材から再放出される陽電子のエネルギー分布及びその放出方向によって決まる。これは、減速材として用いる材料の陽電子の仕事関数、減速材の形状と配置、表面処理方法などに依存する。
"Positron beams and their applications", Editor Paul Coleman, World ScientificPublishing Co. Pte. Ltd., 2000
減速材としてタングステンメッシュに代えてニッケルメッシュを使用する。ニッケル線によりメッシュを構成する場合の直径は、1μm以上、30μm以下が望ましい。入手できるメッシュのニッケル線径が太い場合(30μm以上)には、希硝酸、希塩酸などにつけてエッチングにより線径を細くすると、より高い変換効率が期待できる。
すなわち、陽電子ビーム装置と連通した真空装置にニッケルメッシュ減速材の加熱機構及び、酸素又は亜酸化窒素及び水素のガス導入機構を装備する。
加熱処理によって表面に偏析してくる炭素等は、酸素又は亜酸化窒素ガス雰囲気中(分圧10−8〜10−6Torr)での加熱(400℃以上)によって除去する。表面に酸化膜が残った場合には、水素ガス雰囲気中(分圧10−8〜10−6Torr)の加熱(400℃以上)によって除去する。
以下減速材の素材として、ニッケル単線を用いて加工されたメッシュを採用した本発明の実施例について詳細に説明する。
ニッケルメッシュは、低速陽電子ビーム装置内においても電子衝撃による加熱処理を行った。まず2×10−7Torrの真空のもとで1200℃、2分間の加熱を行い、引き続き低速陽電子ビーム装置内に酸素分子(O2)ガスを分圧1×10−6Torr導入した状態で1200℃、10分間の加熱を行った。
O2ガス導入を止めた後、温度をゆっくりと室温まで下げた。加熱終了後、装置の真空度は、30分以内に5×10−9Torr以下まで回復した。この加熱処理は2回行った。
比較のために、従来から用いられているタングステン単結晶フォイル(厚さ1μm)の透過型減速材の評価も同じ装置、同じ条件のもとで行った。使用するタングステン単結晶フォイルは、大気中でNaOH水溶液によるエッチングを行った後、ビーム装置内で真空中(2×10−7Torr以下)及び1×10−6Torrの酸素雰囲気中での2000℃の加熱処理を繰り返し行った。
熱処理直後に得られた低速陽電子数は、毎秒450個であり、高速陽電子から低速陽電子への変換効率は、1.78×10−4であった。
以上の結果から、上記条件の加熱処理、表面処理を行ったニッケルメッシュによる減速材は、従来のタングステンの減速材と同等又はそれ以上の効率で低速陽電子ビームを形成することが可能である。
図3にニッケルメッシュ、タングステン単結晶フォイル、タングステンメッシュ減速材から得られた低速陽電子ビームのエネルギー分布の比較を示す。タングステン単結晶フォイルやタングステンメッシュを減速材として用いた場合には、エネルギー分布には約3eVの広がりがある。これは、タングステンに対する陽電子の仕事関数が−3eVであることが原因である。これに対して仕事関数が−1eVと小さいニッケルメッシュを減速材に用いた場合には、エネルギー幅が1eV以内の非常に狭いエネルギー分布が得られている。
例えば結晶化されたニッケルメッシュの素材は、ニッケル単線を用いて加工されたメッシュに限らずニッケル単板からメッシュ状に打ち抜いたものでもよい。なおニッケル単線は断面が、円形に限らず平角状のものであってもよい。
本発明が適用可能な低速陽電子パルスビームを用いる物性評価装置とその利用分野は次のとおりである。
1)入射エネルギー可変・陽電子寿命測定装置
表面、薄膜材料の空孔欠陥のサイズ及び深さ分布評価
2)入射エネルギー可変・陽電子寿命・運動量相関測定装置
表面及び表面近傍、薄膜材料などの空孔−不純物複合体の分析
3)飛行時間分析型・陽電子消滅励起オージェ電子分光装置
固体最表面の元素分析
4)飛行時間型・ポジトロニウムエネルギー分析装置
メソポーラス薄膜材料の空孔連結性評価
5)飛行時間型・陽電子誘起脱離イオン質量分析装置
表面吸着分子の高感度質量分析
2 減速材
3 引き出し電極
4 エネルギーフィルター
5 パルス化装置
6 試料
7 検出器
11 ビームライン(真空容器)
12 真空ポンプ
Claims (6)
- 結晶化されたニッケルメッシュを減速材として用いることを特徴とする低速陽電子パルスビーム装置。
- 上記ニッケルメッシュは、直径が1μm以上100μm以下のニッケル単線からなることを特徴とする請求項1記載の低速陽電子パルスビーム装置。
- 上記ニッケル単線は、酸溶液によるエッチングにより線径を細くしたことを特徴とする請求項2記載の低速陽電子パルスビーム装置。
- 低速陽電子ビーム装置と連通した真空装置に、真空中で200℃以上、1455℃以下の温度で加熱処理を行う加熱機構を備えたことを特徴とする請求項1記載の低速陽電子パルスビーム装置。
- 上記真空装置に、酸素(O2)ガス又は亜酸化窒素(N2O)ガス及び水素(H2)ガスを導入することができるガス導入機構を備えたことを特徴とする請求項4記載の低速陽電子パルスビーム装置。
- 酸素雰囲気中での波長300nm以下の紫外線照射或いは、原子状水素照射、原子状酸素照射又はオゾン照射が可能な照射機構を備えたことを特徴とする請求項4記載の低速陽電子パルスビーム装置。
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