JP4875531B2 - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオンビーム分析装置に関するものである。

従来より、加速器によって得られるイオンビームを試料に照射し、発生するγ線、α線、中性子等の放射エネルギーを検出することによって当該試料を分析するイオンビーム分析法が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−３００４５４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されているイオンビーム分析装置では、試料を真空雰囲気中に置く必要があり、試料を真空雰囲気中に置くのに収容容器（チャンバ）が必要となり、装置が複雑化および大型化してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、装置の簡略化および小型化を図ることができるイオンビーム分析装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るイオンビーム照射装置は、試料にイオンビームを照射して、前記試料から放射される放射エネルギーを検出するイオンビーム照射装置であって、基端部から先端部に向かって先細となるように形成されて、その内周面側に到達した前記イオンビームを集光させるキャピラリーと、前記キャピラリーの外周面側および先端側を取り囲むとともに、前記試料と当接させられる先端が、前記キャピラリーの先端から前記試料の側に向かって所定距離離間するように構成されたキャピラリーガイドとを備えている。

本発明に係るイオンビーム照射装置によれば、キャピラリーの先端に形成された開口端の内径が微小（１μｍ程度）であるため、この開口端を境にキャピラリーの内側（内部）を真空に保つことができて、キャピラリーにより集められたイオンビームを大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料を分析することができる。これにより、試料を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器（チャンバ）をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイドの先端とキャピラリーの先端とが、所定距離（例えば、１μｍ）離間するように構成されているので、キャピラリーガイドの先端を試料の表面に当接させる（押し付ける）だけでキャピラリーの先端と試料の表面との距離を知る（規定する）ことができて、より正確な分析を行うことができる。

上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に、ヘリウムガスを供給するガス供給手段が設けられているとさらに好適である。

このようなイオンビーム照射装置によれば、分析中、キャピラリーとキャピラリーガイドとの間に形成された空間内に、軽くて（分子量が小さくて）減衰が少ないヘリウムガスが供給され、空間内がヘリウムガスで満たされることとなるので、キャピラリーの先端から出て試料の表面に到達するまでのイオンビームのエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。

上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーガイドに可視光導入窓が設けられており、前記可視光導入窓を通して前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に可視光が入射させられ、前記キャピラリーガイド内で反射させられた後、前記キャピラリーガイドの先端から前記試料の表面に向けて前記可視光が照射されるように構成されているとさらに好適である。

このようなイオンビーム照射装置によれば、試料の表面上に照射された可視光の位置と、試料の表面に照射されるイオンビームの位置とが同じ（略同じ）とされ、試料の表面に照射された可視光の位置にイオンビームが照射されることとなるので、イオンビームを試料の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。

上記イオンビーム照射装置において、前記キャピラリーガイドの先端と前記試料の表面との当接を視覚的または聴覚的に知らせる報知手段が設けられているとさらに好適である。

このようなイオンビーム照射装置によれば、キャピラリーガイドの先端が試料の表面に当接すると、表示灯が点灯したり音声案内等が流れ、作業者に知らせるようになっているので、キャピラリーガイドの先端と試料の表面との当接を視覚的または聴覚的に確認することができる。

本発明によれば、装置の簡略化および小型化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係るイオンビーム照射装置の第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部概略構成図であり、図２は図１の要部拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るイオンビーム照射装置１は、第１の差動排気室２と、第２の差動排気室３と、シンチレータ４と、キャピラリー５と、キャピラリーガイド６とを備えている。

第１の差動排気室２および第２の差動排気室３は、イオンビーム（例えば、^７Ｌｉイオンビームや^１５Ｎイオンビーム等）７の上流側から下流側に向かって、第１の差動排気室２および第２の差動排気室３の順に設けられている。また、第１の差動排気室２には、イオンビーム７を通過させるための第１の開口２ａが設けられており、第２の差動排気室３には、イオンビーム７を通過させるとともに、第１の開口２ａよりも小さい内径を有する第２の開口３ａが設けられている。
なお、^７Ｌｉイオンビームを用いると水素の分布が分かり、^１５Ｎイオンビームを用いると重水素の分布が分かる。

第１の差動排気室２および第２の差動排気室３はそれぞれ、独立に真空排気されるようになっており、各差動排気室２，３の真空度を異ならせた差動排気が実現されるようになっている。また、それぞれの真空排気には、図示しないターボ分子ポンプやドライポンプ等が用いられる。ただし、所望の真空度を得ることができるのであれば、真空排気手段の形式は適宜変更することができる。

シンチレータ４は、試料８の近傍に配置されて、共鳴核反応によって放出されるγ線、Ｘ線、電子、荷電粒子等を検知するものである。また、試料８としては、例えば、仏像等が供される。

図２に示すように、キャピラリー５は、その基端部が第２の差動排気室３の一端部（図１において右側の端部）に接続されて（取り付けられて）、第２の開口３ａを通過してキャピラリー５の半径方向内側（内周面側）に到達した（入った）イオンビーム７の直径（外径）を１μｍ程度まで集光する（絞る）ものであり、基端部から先端部に向かって先細となるように形成されている。そして、このキャピラリー５は、例えば、鉛ガラスを材料として作られている。

キャピラリーガイド６は、キャピラリー５の半径方向外側（外周面側）および先端側（試料８と対向する側）を取り囲む（覆う）部材であり、その先端は、キャピラリー５の先端から試料８の側に向かって所定距離（例えば、１μｍ）Ｌ離間するように構成されている。そして、このキャピラリーガイド６は、例えば、ステンレスを材料として作られている。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置１によれば、キャピラリー５の先端に形成された開口端の内径が微小（１μｍ程度）であるため、この開口端を境にキャピラリー５の内側（内部）を真空に保つことができて、キャピラリー５により集められたイオンビーム７を大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料８を分析することができる。これにより、試料８を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料８を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器（チャンバ）をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイド６の先端とキャピラリー５の先端とが、所定距離（例えば、１μｍ）Ｌ離間するように構成されているので、キャピラリーガイド６の先端を試料８の表面に当接させる（押し付ける）だけでキャピラリー５の先端と試料８の表面との距離を知る（規定する）ことができて、より正確な分析を行うことができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置２１は、キャピラリー５とキャピラリーガイド６との間に形成された空間Ｓ内に、ヘリウム（Ｈｅ）ガスＧを供給するガス供給手段２２が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

ガス供給手段２２は、加圧されたヘリウムガスＧが充填されたガス供給源（図示せず）と、その一端がキャピラリーガイド６に接続され、その他端がガス供給源に接続されるとともに、キャピラリー５とキャピラリーガイド６との間に形成された空間Ｓ内と、ガス供給源内とを連通する配管２３と、配管２３の途中に接続されたバルブ２４とを備えている。そして、このバルブ２４が開放されることにより空間Ｓ内にヘリウムガスＧが供給され、閉塞されることにより空間Ｓ内へのヘリウムガスＧの供給が停止されるようになっている。また、ヘリウムガスＧの流量は、バルブ２４の開度を調整することにより行われる。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置２１によれば、分析中、キャピラリー５とキャピラリーガイド６との間に形成された空間Ｓ内に、軽くて（分子量が小さくて）減衰が少ないヘリウムガスＧが供給され、空間Ｓ内がヘリウムガスＧで満たされることとなるので、キャピラリー５の先端から出て試料８の表面に到達するまでのイオンビーム７のエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

本発明に係るイオンビーム照射装置の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２および図３と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置３１は、キャピラリーガイド６に可視光導入窓（レーザー光導入窓）３２が設けられているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

本実施形態では、可視光導入窓３２を通して弱い可視光（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光やＬＥＤ等の可視光）Ｌａが入射させられ、キャピラリーガイド６内で反射させられて、キャピラリーガイド６の先端から試料８の表面に可視光Ｌａが照射されるようになっている。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置３１によれば、試料８の表面上に照射された可視光Ｌａの位置と、試料８の表面に照射されるイオンビーム７の位置とが同じ（略同じ）とされ、試料８の表面に照射された可視光Ｌａの位置にイオンビーム７が照射されることとなるので、イオンビーム７を試料８の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２から図４と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置４１は、上述した第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせたものである。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置４１によれば、キャピラリー５の先端に形成された開口端の内径が微小（１μｍ程度）であるため、この開口端を境にキャピラリー５の内側（内部）を真空に保つことができて、キャピラリー５により集められたイオンビーム７を大気中に引き出すことができる。すなわち、大気中に置かれた試料８を分析することができる。これにより、試料８を真空雰囲気中に置く必要がなくなり、従来、試料８を真空雰囲気中に置くのに必要とされた収容容器（チャンバ）をなくすことができ、装置の簡略化および小型化を図ることができる。
また、キャピラリーガイド６の先端とキャピラリー５の先端とが、所定距離（例えば、１μｍ）Ｌ離間するように構成されているので、キャピラリーガイド６の先端を試料８の表面に当接させる（押し付ける）だけでキャピラリー５の先端と試料８の表面との距離を知る（規定する）ことができて、より正確な分析を行うことができる。

さらに、本実施形態に係るイオンビーム照射装置４１によれば、分析中、キャピラリー５とキャピラリーガイド６との間に形成された空間Ｓ内にヘリウムガスＧが供給され、空間Ｓ内がヘリウムガスＧで満たされることとなるので、キャピラリー５の先端から出て試料８の表面に到達するまでのイオンビーム７のエネルギー損失を正確に予測することができ、分析誤差を低減させることができ、より正確な分析を行うことができる。
さらにまた、試料８の表面上に照射された可視光Ｌａの位置と、試料８の表面に照射されるイオンビーム７の位置とが同じ（略同じ）とされ、試料８の表面に照射された可視光Ｌａの位置にイオンビーム７が照射されることとなるので、イオンビーム７を試料８の所望位置に容易に照射することができ、分析作業の効率化を図ることができる。

本発明に係るイオンビーム照射装置の第５実施形態を図６に基づいて説明する。
図６は、本発明の第５実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２から図５と同様の図である。
本実施形態に係るイオンビーム照射装置５１は、キャピラリーガイド６の先端と試料８の表面との当接を視覚的または聴覚的に知らせる（報知する）報知手段５２が設けられているという点で上述した第４実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第４実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

報知手段５２は、例えば、キャピラリーガイド６の先端と試料８の表面とが電気的に接続された場合に、キャピラリーガイド６の先端と試料８の表面とが当接したことを光や音等で作業者に知らせる（報知する）ものである。

本実施形態に係るイオンビーム照射装置５１によれば、キャピラリーガイド６の先端が試料８の表面に当接すると、表示灯が点灯したり音声案内等が流れ、作業者に知らせるようになっているので、キャピラリーガイド６の先端と試料８の表面との当接を視覚的または聴覚的に確認することができる。
その他の作用効果は、上述した第４実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、キャピラリーガイド６は、ステンレスから作られたものに限定されるものではなく、その内周面が可視光Ｌａを反射するものであればいかなるものであっても良い。
また、キャピラリー５とキャピラリーガイド６との間に形成された空間Ｓ内に供給されるガスは、上述した実施形態ではヘリウムガスを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のガス（例えば、窒素ガス）を用いることもできる。

本発明の第１実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部概略構成図である。 図１の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２と同様の図である。 本発明の第３実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２および図３と同様の図である。 本発明の第４実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２から図４と同様の図である。 本発明の第５実施形態に係るイオンビーム照射装置の要部拡大断面図であり、図２から図５と同様の図である。

符号の説明

１ イオンビーム照射装置
５ キャピラリー
６ キャピラリーガイド
７ イオンビーム
８ 試料
２１ イオンビーム照射装置
２２ ガス供給手段
３１ イオンビーム照射装置
３２ 可視光導入窓
４１ イオンビーム照射装置
５１ イオンビーム照射装置
５２ 報知手段
Ｇ ヘリウムガス
Ｌａ 可視光
Ｓ 空間

Claims (4)

1. 試料にイオンビームを照射して、前記試料から放射される放射エネルギーを検出するイオンビーム照射装置であって、
   基端部から先端部に向かって先細となるように形成されて、その内周面側に到達した前記イオンビームを集光させるキャピラリーと、
   前記キャピラリーの外周面側および先端側を取り囲むとともに、前記試料と当接させられる先端が、前記キャピラリーの先端から前記試料の側に向かって所定距離離間するように構成されたキャピラリーガイドとを備えていることを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. 前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に、ヘリウムガスを供給するガス供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記キャピラリーガイドに可視光導入窓が設けられており、前記可視光導入窓を通して前記キャピラリーと前記キャピラリーガイドとの間に形成された空間内に可視光が入射させられ、前記キャピラリーガイド内で反射させられた後、前記キャピラリーガイドの先端から前記試料の表面に向けて前記可視光が照射されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記キャピラリーガイドの先端と前記試料の表面との当接を視覚的または聴覚的に知らせる報知手段が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオンビーム照射装置。

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