JPH04206500A - 高周波四重極線型加速器 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は荷電粒子を加速する高周波四重極線型加速器に
関し、特に、例えば高エネルギイオン注入装置等への応
用に適した、加速エネルギ可変の高周波四重極線型加速
器に関する。

〈従来の技術〉 一般に、線型加速器により加速された荷電粒子のエネル
ギは、加速器と荷電粒子が決まれば一定となるとされて
いる。

しかし、大電流加速能力を持つ四重極線型加速器につい
ては、特開平２−２７６９９号により、エネルギの可変
の実現性が示された。

この特開平２−２７６９９号のエネルギ制御方法は、電
極に印加すべき高周波電圧を、荷電粒子の加速器への導
入スピードとこの高周波電圧の周波数、および電極に形
成された波形の周期に基つく共振条件を満足する電圧値
よりも、下方に所定量シフトすることによって、荷電粒
子の加速エネルギを変化させる方法であり、高周波四重
極線型加速器の共振周波数を変化させる二となく、容易
に粒子の加速エネルギを変化させることかでき、半導体
へのイオン注入等の、高エネルギ大電流でしかもエネル
ギの可変性か要求されるイオンビーム応用分野に革新的
な進歩をもたらすものと期待されている。

〈発明か解決しようとする課題〉 ところで、特開平２−２７６９９号による方法は、前記
したように、設計された加速条件を意図的に最適状態か
らずらすことにより、本来得られるへきエネルギより低
エネルギの成分を抽出することで、加速エネルギの可変
性を実現するものであり、この場合、加速条件をずらす
ことによって加速効率も低下してしまう。このことは、
得られるビーム量か少なくなるということにつながる。

また、得られるエネルギも段階的なものとなるとともに
、加速条件を大きく変更すると、全く加速できなくなる
ため、エネルギ可変の範囲か限定されてしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、ビーム
量を損なうことなく、非常に細かい段階でエネルギ可変
とてき、しかもエネルギ可変範囲を０〜１００％とする
ことのできる高周波四重極線型加速器の提供を目的とし
ている。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する
第１図を参照しつつ説明すると、本発明は、円筒タンク
１内にそのタンク１の軸方向に沿う波形が先端部に形成
された４個の電極２ａ〜２ｄか配設されてなる空胴共振
器に、所定周波数の高周波電圧を印加して共振させた状
態で、各電極２ａ〜２ｄの先端で囲まれた空間Ｇの入口
側から所定スピードのもとに荷電粒子を導くことによっ
て、その荷電粒子を加速して空間Ｇの出口から放出する
装置において、各電極２ａ〜２ｄの出口側−にそれぞれ
波形が形成されていない部分（直線部Ｓ）を設けるとと
もに、その波形が形成されていない部分Ｓにそれぞれタ
ンク１の軸方向に沿ってそれぞれの電極２ａ〜２ｄに対
して摺動自在の導電体製のカバー〇を装着し、この各カ
バーＣの摺動によってそれぞれの電極の波形形成部Ｗを
所定範囲にわたって隠し得るように構成したことによっ
て特徴付けられる。

く作用〉 高周波四重極線型加速器では、各電極先端の波形か荷電
粒子を加速する要因の一つであり、この波形が無ければ
粒子は加速されない。

本発明では、この各電極先端の波形を、カバーＣをずら
すことによって任意範囲にわたって隠し、その範囲にお
ける粒子加速能力を阻却することて、全体としての加速
エネルギを変化させる。

従って本発明では、原理的に、波形形成部Ｗを全く隠さ
ない状態での設計加速エネルギを１００％とすれば、そ
の可変範囲は０〜１００％とすることが可能となる。ま
た、エネルギの変更幅は、波形の１周期単位で可能であ
り、非常に細かい可変能を実現できる。

ここで、カバー〇により波形形成部Ｗを隠した部分およ
び直線部Ｓは、加速器に印加される高周波電圧により、
四重極レンズを構成することになり、ビームをロスする
こともない。

〈実施例〉 第１図は本発明実施例の構造を示す部分切り欠き斜視図
で、第２図はその電極２ａ〜２ｄの拡大正面図、第３図
は第２図の■−■断面図である。

両端が入口側のプレート１１ａと出口側のプレート１１
ｂで閉止された円筒タンク１内に４個の電極２ａ〜２ｄ
が固着されており、これらて四重極空胴共振器を形成し
ている。

各電極２ａ〜２ｄには、それぞれの先端部にタンク１の
軸方向に沿う波形か形成された波形形成部Ｗと、このよ
うな波形が形成されていない直線部Ｓとが設けられてお
り、この直線部Ｓは各電極２ａ〜２ｄの出口側に位置し
ている。

各電極２ａ〜２ｄの直線部Ｓには、それぞれ電極２ａ〜
２ｄ上をタンク１の軸方向に沿って摺動自在のカバーＣ
が配設されている。この各カバーＣは、第２図に実線で
示すように直線部Ｓのみを覆う状態の位置から、同図に
二点鎖線で示すように、波形形成部Ｗの一部を覆う状態
の位置にまでの間を摺動することかできる。また、この
各カバーＣはタンク１および電極２ａ〜２ｄと同様に銅
等の導電体によって形成されており、各カバーＣと電極
２ａ〜２ｄの間には、導電性緩衝材Ａか介挿されており
、各電極２ａ〜２ｄとカバーＣ間が確実に電気的にコン
タクトされ、タンク１に印加された高周波電圧かカバー
〇に確実に伝達されるように配慮されている。

以上の構成において、直線部Ｓとカバー〇を除いては、
従来の高周波四重極線型加速器と同等であり、各電極２
ａ〜２ｄに形成される波形は、互いに対向する電極はそ
の波形の山と山、谷と谷か向き合い、かつ、電極２ａと
２ｃ、２ｂと２ｄの波形は１８０°の位相差を持ってい
るとともに、各波形の周期は入口から出口に向かって次
第に長くなっている点も同等である。

このような構造体に高周波を導入すると、相対向する電
極は同相に、隣り合う電極は逆相に電圧か印加されて共
振することになるか、上述した波形の存在によって、電
極２ａ〜２ｄで囲まれた空間Ｇにタンク１の軸心に沿う
加速電界か生成さオニ、ここに人口側から出口側に向か
って入射した荷電粒子ビームは集束されつつ加速される
か、本発明実施例の直線部Ｓに摺動自在に設けられたカ
バーＣは、各電極２ａ〜２ｄの出口側の波形形成部Ｗを
任意量だけ覆うことかでき、これによって以下に示すよ
うに粒子加速エネルギを変化させることかできる。

第４図は高周波四重極線型加速器におけるビームの飛行
距離に対する加速率の例を示すグラフである。ここて、
飛行距離は電極長を１．０とし、また加速率は、設計加
速エネルギを１００％として表している。

このグラフに示すように、高周波四重極線型加速器にお
いては、設計によって多少の相違はある′ものの、加速
器入口部分近傍は主として入射粒子の集束（Ｐｒｅｂｕ
ｎｃｈｉｎｇ）に使用され、電極長の１／２程度以降の
部分において急激にビームか加速される（例えばＮ、Ｕ
ｅｄａ　ｅｔ　ａｌ、、Ｄｅｓｉｇｎ、　Ｃｏｎ５ｔｒ
ｕｃｔｉｏｎａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　
ｔｈｅ　ＩＮＳ　ＲＦＱ　Ｌｉｎａｃ　’　ＬＩＴＬ”
。

ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅ
ａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ、Ｎ５−３０、　　Ｎｏ
、４．　　Ａｕｇｕｓｔ　１９８３）。

従って、各電極２ａ〜２ｄのカバー〇を、第２図におけ
る実線位置にあるときに１００％の加速エネルギを得る
としたとき、同図に二点鎖線で示す位置にまでスライド
させると、各電極２ａ〜２ｄの波形はそれぞれ出口側に
おいて約１／３たけ隠れることになり、この間において
は粒子は加速されない。故に、この例の場合、第４図に
示した設計データ例と併せると、加速エネルギは最低２
０％にまで変化することになる。ただし、このエネルギ
可変範囲の下限は、要求されるエネルギ加速の最低値と
、適用する加速器の設計諸元に応じて、波形を隠し得る
範囲を適宜に選択することかでき、理論的には全ての波
形を隠すようにすることで０％とすることも可能である
。

また、変更可能なエネルギの刻み幅（可変分解能）は、
波形の１周期単位で可能である。この波形は、通常、電
極全長にわたって１００周期以上におよび、従ってカバ
ー〇の位置を適宜に移動させることによって非常に細か
い幅で、しかも広い領域でのエネルギ可変機能を得るこ
とかできる。

ここで、直線部Ｓとカバー〇の存在は、ビーム通路径（
空間Ｇの径）を適当に設計することにより、ビームの発
散（放電）の原因とはならない。

すなわち、直線部Ｓおよびカバー〇と円筒タンク１内で
円対称の位置に配設され、これらか四重極レンズを構成
することになり、ビームをロスすることなく出口まで導
くことかできる。

なお、カバー〇を駆動する駆動機構を設け、円筒タンク
１の外部からカバー〇の移動を可能とするように構成す
ることもでき、この場合、タンク１内の真空を破ること
なく適宜にエネルギを変化させることが可能となる。

また、前記したように、カバーＣないしは直線部Ｓの長
さは前記した実施例に限られず、第４図に示した設計上
の加速率のグラフと、必要とするエネルギ可変範囲に応
じて任意に選定することかできる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、高周波四重極線
型加速器の各電極先端に形成された波形を、各電極に空
胴の軸方向に摺動自在のカバーによって任意範囲にわた
って隠し得るように構成するとともに、この波形か隠さ
れた部分の電極によって四電極レンズが形成されるよう
に構成したのて、大電流加速性能を損なうことなくエネ
ルギ可変性を実現することかできる。また、波形を隠す
ことのできる範囲の選定により、エネルギ可変範囲を任
意に設定することができ、極めて広い範囲でのエネルギ
可変性を得ることができると同時に、波形−周期単位で
の段階的なエネルギの可変能ではあるものの、その非常
に細かい段階のエネルギ可変分解能が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構造を示す部分切り欠′き斜視
図、 第２図はその電極２ａ〜２ｄの拡大正面図、第３図は第
２図の１［−Ｉ断面図、 第４図は高周波四重極線型加速器におけるビームの飛行
距離に対する加速率の例を示すグラフである。 １・・・・円筒タンク ２ａ・・・２ｄ ・・・・電極 Ｗ・・・・波形形成部 Ｓ・・・・直線部 Ｃ拳・・・カバー 特許出願人　　　株式会社島津製作所 代　理　人　　　　弁理士　西１）新

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒タンク内にそのタンクの軸方向に沿う波形が先端部
   に形成された４個の電極が配設されてなる空胴共振器に
   、所定周波数の高周波電圧を印加して共振させた状態で
   、上記電極の先端で囲まれた空間の入口側から所定スピ
   ードのもとに荷電粒子を導くことによって、その荷電粒
   子を加速して上記空間の出口から放出する装置において
   、上記各電極の出口側にそれぞれ上記波形が形成されて
   いない部分が設けられているとともに、その波形が形成
   されていない部分にそれぞれ上記軸方向に沿ってそれぞ
   れの電極に対して摺動自在のカバーが装着され、この各
   カバーは、それぞれ導電体によって形成され、かつ、摺
   動によってそれぞれの電極の波形形成部を所定範囲にわ
   たって隠し得るように構成されていることを特徴とする
   高周波四重極線型加速器。