JPH0311548A - 中性粒子質量エネルギ分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、核融合装置から発生する中性粒子の質量とエ
ネルギとを分析する中性粒子質量エネルギ分析装置に関
する。

（従来の技術） 第３図は中性粒子質量エネルギ分析装置の構成図である
。同図において１は真空容器であって、この真空容器１
は真空継手２を介して核融合装置に直接接続されている
。この真空容器１の内部にはストリッピングセル３、偏
向電磁石４、静電偏向板５及び粒子検出器６がそれぞれ
配置されている。ストリッピングセル３は内部に中性ガ
スが蓄えられており、入射した中性粒子ｎを中性ガスに
よって荷電交換してイオン化し、これを入射イオンとし
て偏向電磁石４に送る機能を有している。

この偏向電磁石４は座標軸２方向に磁界Ｈを発生するも
ので、入射した入射イオンに磁界Ｈを加えてこの入射イ
オンをラーマ−回転させる。このときの、入射イオンの
ラーマ−半径ｒは ２　ｒ＝２ｍＶ／　（Ｑ−Ｈ） となる。ここで、ｍは中性粒子ｎの質量、■は速度、ｑ
は電荷量である。従って、入射イオンは入射イオンの運
動量つまりエネルギに応じたラーマ−半径で回転する、
っまり入Ｕ・Ｊイオンのエネルギ弁別が行われる。

次にラーマ−回転した入射イオンは静電偏向板５に入射
する。この静電偏向板５は座標軸２方向に互いに対向す
る台形の各電極を配置してこれら電極間に静電界を発生
するものとなっている。この静電界が発生している状態
にラーマ−回転した入射イオンが入射すると、この入射
イオンは静電界により座標２軸２方向に変位する。この
変位Ｚは Ｚ−（ｑＥρ／ｍＶ２）　　ｘ　ｆ（Ω／２）十ρ　′
）で表され、ここでρは静電偏向板５を通過する入射イ
オンの通過電極長、β−は静電偏向板５と粒子検出器６
との間の距離、Ｅは静電偏向板５で発生する静電界であ
る。従って、入射イオンはその中性粒子ｎの質量ｍに応
じた変位Ｚとなる、つまり入射イオンの質量弁別が行わ
れる。しがるに、粒子検出器６は入射イオンの検出位置
から中性粒子ｎの質量及びエネルギを検出する。

なお、静電偏向板５が台形の形状となっているのは次の
理由による。すなわち、ストリッピングセル３内を通過
する中性粒子ｎの進行方向をｆとし静電偏向板５の入射
イオンの入射側の一辺をｊとしてその交点をＯとした場
合、静電偏向板５の出射側の一辺ｉ及び粒子検出器６に
沿ったラインｈが交点Ｏを通過するように静電偏向板５
及び粒子検出器６を配置すれば、粒子検出器６の検出面
上における入射イオンの検出位置つまり変位Ｚは中性粒
子ｎのエネルギが異なっていても同一の質量であれば同
一の値を示すからである。

ところで、中性粒子ｎの質量エネルギ分析を高エネルギ
から低エネルギまでの広い範囲に亙って行う場合、特に
低エネルギの入射イオンは静電偏向板５を通過する電極
長Ωが各電極５の間隔Δ２よりも短いところを通過する
。このようなところでは第４図のＡ−Ａ−断面図に示す
ように漏れ電界Ｅ−が生じており、この漏れ電界Ｅ−に
より入射イオンは本来軌道Ｉに従って進行するところを
軌道Ｈに従って進行してしまう。このため、低エネルギ
の中性粒子に対する質量エネルギ分析は誤差が大きくな
り、甚だしくは入射イオンが粒子検出器６で検出されず
に真空容器］の天井に当ることがある。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように低エネルギの中性粒子に対する質量エネル
ギ分析結果に誤差が含まれて精度高い分析が困難であっ
た。

そこで本発明は、高エネルギから低エネルギに亙って高
精度の質量エネルギ分析ができる中性粒子質量エネルギ
分析装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、入射した中性粒子をイオン化してこの入射イ
オンに磁界を加えて入射イオンをラーマ−回転させてエ
ネルギー弁別し、この後ラーマ−回転した入射イオンに
静電界を加えて質量弁別する中性粒子質量エネルギ分析
装置において、静電界を加える静電偏向板をラーマ−回
転でエネルギー弁別された入射イオンのラーマ−半径方
向に応じた方向に複数分割し、かつこれら分割された各
分割電極ごとに発生させる静電界を可変とする構成とし
て上記目的を達成しようとする中性粒子質量エネルギ分
析装置である。

（作　用） このような手段を備えたことにより、静電偏向板の各分
割電極にはそれぞれエネルギー弁別された入射イオンの
ラーマ−半径方向の位置に応じた各静電界が発生される
。これにより、エネルギー弁別された各入射イオンはそ
のラーマ−半径方向の位置に応じた各静電界によって質
量弁別される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。なお、第３図と同一部分には同一符号を付してその
詳しい説明は省略する。

第１図は中性粒子質量エネルギ分析装置の構成図である
。この装置には分割型静電偏向板１０が備えられている
。この分割型静電偏向板１０は偏向電磁石４でラーマ−
回転されてエネルギー弁別された入Ｕ＝Ｊイオンのラー
マ−半径方向（座標軸Ｘ方向）に対して複数に分割した
各分割電極１１−１．１１−２・・・１１−６を有し、
これら分割電極１１−１．１１−２・・・１１−６ごと
に発生ずる静電界を可変とする構成としたものである。

具体的に説明すると、分割型静電偏向板］０は全体とし
て台形に形成されており、上記の如くストリッピングセ
ル３内を通過する中性粒子ｎの進行方向をｆとし静電偏
向板５の入射イオンの入射側の一辺をｊとしてその交点
を０とした場合、静電偏向板５及び粒子検出器６はこの
静電偏向板５の出射側の一辺ｉ及び粒子検出器６に沿っ
たラインｈが交点Ｏを通過するように配置されている。

そして、この分割型静電偏向板］０は、座標軸Ｘ方向に
おけるほぼ中間位置から交点Ｏ側つまり低エネルギの入
射イオンか入射する側で所定間隔ことに分割されて各分
割電極１１−１．１１−２１１−５が形成され、残りの
分割電極１１−６は比較的大きな１枚の板で形成されて
いる。なお、各分割電極１１−１．１１−２・・１１−
６はそれぞれ］、　ｍｍ程度の絶縁層を挟んで座標軸Ｘ
方向に配置されている。又、これら分割電極１１−１゜
１１−２・・・１１−６には第２図に示すようにそれぞ
れ電界調整用の各可変抵抗１２−１，１２’−２、・・
１２−６が接続されている。そして、これら可変抵抗１
２−１．１２−２、・・・１２−６の他端は直流電源１
３に共通接続されている。

このような構成であれば、分割電極１］−６には第３図
に示す静電偏向板５に印加される電圧と同一の電圧が可
変抵抗１２−６により調整されて印加される。これによ
り、分割電極１１−６には上記静電偏向板５に発生する
強度と同一強度の静電界が発生ずる。一方、各分割電極
１１−１〜１１−５にはそれぞれ入射する入射イオンの
エネルギに応じた電圧、例えば交点Ｏに側に向かって配
置された各分割電極１コー５〜１１−１の順に高い各電
圧が印加されている。しかるに、各分割電極１１−５〜
１１−１にはそれぞれ漏れ電界による入射イオンの軌道
ずれが発生しない静電界が発生ずる。

このような状態に中性粒子ｒ】が入射すると、この入射
した中性粒子ｎはストリッピングセル３内の中性ガスに
よって荷電交換によりイオン化されて入射イオンとして
偏向電磁石４に送られる。この偏向電磁石４は入射した
入射イオンに磁界Ｈを加えてこの入射イオンをラーマ−
回転させる。これにより、入射イオンはエネルギに応じ
たラーマ−半径で回転してエネルギ弁別される。

このラーマ−回転した入射イオンは分割型静電偏向板１
０に入射する。この分割型静電偏向板１０の特に各分割
電極１１−１〜１１−５にはそれぞれ入射する入射イオ
ンのエネルギに応じた各電圧が印加され、各分割電極１
１−５〜１１−１にはそれぞれ漏れ電界による入射イオ
ンの軌道すれが発生しない静電界が発生している。従っ
て、入射イオンは静電界により座標軸２方向に変位し、
この変位Ｚは中性粒子ｎの質量ｍに応じた値となる。こ
の結果、粒子検出器６は入射イオンの検出位置から中性
粒子ｎの質量及びエネルギを検出する。

このように上記一実施例においては、静電偏向板１０を
ラーマ−回転でエネルギー弁別された入射イオンのラー
マ−半径方向に応じた方向に複数分割し、これら分割電
極１１−１　１１−２　　・・１］−６ごとに発生させ
る静電界を可変とする構成としたので、分割型静電偏向
板１０において漏れ電界によって低エネルギの入射イオ
ンが本来の軌道からずれることが無く入射イオンの質量
に応じて変位Ｚさせることかできる。従って、高エネル
ギから低エネルギまでの中性粒子ｎの質量及びエネルギ
を高精度に分析できる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、各
可変抵抗］２−１〜１２−６は真空容器１の外部におい
て調整するのでなく、予め各抵抗値を調整して分割型静
電偏向板１０に取り付けて真空容器１の内部に設けても
良い。又、分割型静電偏向板１０は分割電極の数を増加
しても良く、又その分割の方法は交点Ｏに向かうに従っ
て細かく分割しても良い。

０ ［発明の効果コ 以上詳記したように本発明によれば、高エネルギから低
エネルギに亙って高粘度の質量エネルギ分析ができる中
性粒子質量エネルギ分ト１１装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係わる中性粒子質量エネル
ギ分析装置の一実施例を説明するための図であって、第
１図は構成図、第２図は分割静電偏向板の電気回路構成
図、第３図は従来装置の構成図、第４図は同装置におけ
る入射イオンの軌道ずれを示す図である。 １・・・真空容器、２・・真空継手、３・・・ストリッ
ピングセル、４・・・偏向電磁石、６・・・粒子検出器
、１０・・・分割型静電偏向板、１１−１〜］］６・・
・分割電極、１２−１〜１２−６・・・可変抵抗、１３
・・・直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入射した中性粒子をイオン化してこの入射イオンに磁界
   を加えて前記入射イオンをラーマー回転させてエネルギ
   ー弁別し、この後ラーマー回転した前記入射イオンに静
   電界を加えて質量弁別する中性粒子質量エネルギ分析装
   置において、前記静電界を加える静電偏向板を前記ラー
   マー回転でエネルギー弁別された前記入射イオンのラー
   マー半径方向に応じた方向に複数分割し、かつこれら分
   割された各分割電極ごとに発生させる静電界を可変とす
   る構成としたことを特徴とする中性粒子質量エネルギ分
   析装置。