JPH0715808B2 - イオン中和器 - Google Patents

イオン中和器

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JPH0715808B2
JPH0715808B2 JP3092322A JP9232291A JPH0715808B2 JP H0715808 B2 JPH0715808 B2 JP H0715808B2 JP 3092322 A JP3092322 A JP 3092322A JP 9232291 A JP9232291 A JP 9232291A JP H0715808 B2 JPH0715808 B2 JP H0715808B2
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vacuum
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徹 佐竹
英明 林
芳夫 畑田
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    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/14Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using charge exchange devices, e.g. for neutralising or changing the sign of the electrical charges of beams

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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Dental Preparations (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン中和器に関し、特
に、効率良くイオンの電荷を中和して、超高真空中で高
速原子線を発生するイオン中和器に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来のガスセル形イオン中和器
の一例を示す概要図である。図中、1はイオン源、2は
イオンビーム、3はガスセル、4はガスノズル、5は反
応ガス、6は高速原子線、7は真空容器、8は真空ポン
プ、9はイオンビーム入射孔、10は高速原子線放出孔
をそれぞれ示している。前記構成要素を含んで構成され
るイオン中和器は、以下の通り動作する。イオン源1、
ガスセル3およびガスノズル4が、真空容器7内に収め
られており、前記真空容器7が真空ポンプ8で充分に排
気された後、イオンビーム2が前記イオン源1からガス
セル3に向けて放射される。一方、前記ガスセル3内に
は、予めガスノズル4を通して外部より例えばアルゴン
等の反応ガス5が注入されてある。イオンビーム入射孔
9からガスセル3内に入ったイオンビーム2は、ガスセ
ル3内のアルゴンガス5の分子と衝突して電荷を失い、
高速原子線6となってガスセル3の高速原子線放出孔1
0から放出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のガスセ
ル形イオン中和器では、前記ガスセル3に注入されたア
ルゴンガス5が、イオンビーム入射孔9および高速原子
線放出孔10から噴出するため、真空容器7内部のガス
圧を上昇させ、高い高真空下での高速原子線6の取り出
しを困難にした。特に大量の高速原子線6を得ようとす
ると、多量のアルゴンガス5をガスセル3に注入しなく
てはならないために、真空容器7内を高真空に維持する
ことが、ますます困難となった。従来技術に於いて、高
真空度維持の実現を図るためには、真空ポンプ8の容量
を非常に大きくしたり、差動排気の機構を新たに付加す
るなどの工夫が必要であった。このため、装置の大型化
を招き、装置の製作コストの上昇や運転コストの上昇を
伴って、経済的に負担増となるなどの問題があった。本
発明は、上記実情に基づいてなされたもので、学術分野
や工業分野等において、その使用環境として主流となり
つつある超高真空中で、高速原子線を効率良く発生させ
るイオン中和器を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の上記
目的は、真空容器内に配置するイオン源および一端部に
イオンビーム入射孔かつ他端部に高速原子線放出孔を有
して両端部が閉鎖される中空容器と、チタンまたはマグ
ネシウムまたはアルミニウムの一つから選ばれる金属の
細線またはリボンが捲着したフィラメントが前記中空容
器に内蔵されかつ前記イオンビーム入射孔および前記高
速原子線放出孔を結ぶ軸線を取り囲んで配置される金属
蒸気発生源と、前記真空容器に連通する真空ポンプと、
前記真空容器および前記中空容器の外部に配置されて前
記フィラメントと接続する加熱電源とを有することら特
徴とするイオン中和器により達成される。また、本発明
の目的は、真空容器内に配置するイオン源および一端部
にイオンビーム入射孔かつ他端部に高速原子線放出孔を
有して両端部が閉鎖される中空容器と、チタンまたはマ
グネシウムまたはアルミニウムの一つから選ばれる金属
の細線またはリボンが捲着したフィラメントが前記中空
容器に内蔵されかつ前記イオンビーム入射孔および前記
高速原子線放出孔を結ぶ軸線を取り囲んで配置される金
属蒸気発生源と、前記中空容器を冷却する冷却手段と、
前記真空容器に連通する真空ポンプと、前記真空容器お
よび前記中空容器の外部に配置されて前記フィラメント
と接続する加熱電源とを有することを特徴とするイオン
中和器により達成される。
【0005】
【作用】金属蒸気中にイオンビームを入射させ、イオン
と金属ガスの分子とを衝突させることにより、イオンの
中和が効率良く進行できる。また、金属ガスが中空容器
の内壁に付着して真空容器中に噴出しないので、超高真
空下で高速原子線を発生できる。
【0006】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳説
する。図1は、本発明の一実施例を示すイオン中和器の
概略構成図である。なお、後述する各実施例に於いて、
先の図4に於いて述べた従来例と同一構造・機能を有す
る構成要素については同一符号を用いている。また、各
実施例中、真空容器、この真空容器と連通して設けられ
る真空ポンプおよび真空容器内に配置されてイオンビー
ムを発するイオン源の各構成要素については、従来例と
同様に配置されているので、図示および説明を省略す
る。図において、このイオン中和器は、真空容器7内に
配置されるイオン源1および円筒状の中空容器21と、
熱フィラメント31を有しかつ前記中空容器21に内蔵
される金属蒸気発生源22と、前記真空容器21に連通
して設けられる真空ポンプ8と、前記真空容器7および
前記中空容器21の外部に配置されて前記フィラメント
31と接続する加熱電源23と、から構成されている。
前記加熱電源23は、前記熱フィラメント31の加熱用
として機能する。
【0007】前記中空容器21は、一端部にイオンビー
ム入射孔9かつ他端部に高速原子線放出孔10だけを開
口して両端部が閉鎖された円筒状の中空体により構成さ
れており、前記イオンビーム入射孔9がイオン源1と対
向するように配置されて、イオン源1から発せられるイ
オンビーム2が内部に入射可能に設けられている。前記
金属蒸気発生源22は、前記中空容器21の内部で、イ
オンビーム入射孔9と高速原子線放出孔10を結ぶ軸線
を取り囲むように設置され、かつチタンの細線32(図
2参照)が捲着された螺旋状の熱フィラメント31によ
って構成されている。図2により、更に、前記金属蒸気
発生源22を説明すると、この金属蒸気発生源22はチ
タンの細線32が熱フィラメント31に捲着されると共
に、このように形成した熱フィラメント31を螺旋状に
巻装して構成される。なお、本実施例では、熱フィラメ
ント31にチタンの細線32を巻きつけるように構成し
たが、チタンの代わりにマグネシウムまたはアルミニウ
ムの金属等を選択することもできる。また、細線の代わ
りにリボンを捲着することもできる。なお、前記金属と
しては高温下で蒸気圧が高く、温度の低い器壁に接触す
ると蒸気圧が極端に低くなる材料であることが条件で、
この条件を満たせば上記以外の金属を用いることも可能
である。或いは、プラスチック等の非金属が適用される
ことも考慮できる。
【0008】次に、上記の如く構成したイオン中和器の
動作について説明する。真空容器内を真空ポンプ8(図
4参照)で充分に真空排気した後、金属蒸気発生源22
の熱フィラメント31を加熱電源23により加熱する。
この加熱により、チタンあるいはマグネシウムあるいは
アルミニウムの細線32が金属ガスとなって蒸発し、中
空容器21内部がこの金属ガスによって充満される。こ
のような状態下で、イオン源1(図4参照)から放射さ
れたイオンビーム2がイオンビーム入射孔9を通って中
空容器21内部に入射されると、イオンが金属ガスの分
子と接触して電荷を失い、高速原子に変換される。そし
て、この高速原子は、高速原子線放出孔10から高速原
子線6となって放出される。上記動作プロセスに於い
て、金属蒸気発生源22から発生したチタンあるいはマ
グネシウムあるいはアルミニウムのガス分子は、中空容
器21の内壁に付着して固体に戻り、イオンビーム入射
孔9および高速原子線放出孔10から噴出することがな
い。因って、本発明のイオン中和器では、従来のガスセ
ル型のような真空容器7内の真空度の低下を招くことが
なく、超高真空中で高速原子線を発生することができ
る。またイオンと金属ガスの分子との接触効率が高いの
で、効率の良いイオン中和器が得られる。更にこのイオ
ン中和器によれば、入射するイオンビームが予め収束し
ているなら、イオンから高速原子への変換プロセス中に
何れの障壁も設置されていないので、出射する高速原子
線6も収束した状態で放出され、収束性の高い高速原子
線が容易に発生できる。
【0009】図3は、本発明の他の実施例によるイオン
中和器を示している。この実施例では、イオン中和器
が、先の図1および図2で示した実施例のイオン中和器
と、後述する水冷蛇管を除いて同一構造に設けられてい
る。従って、この実施例では、前記水冷蛇管の構造およ
び機能についてのみ述べる。中空容器21は、該容器を
冷却するための冷却手段として、その外壁面と嵌合する
略螺旋状の水冷蛇管41を備えており、該蛇管41に
は、冷却水が例えば10〜20リットル/minの流量
で流されている。このように構成したイオン中和器は、
先のイオン中和器と同じ動作によって、高速原子線6を
発生する。この場合、中空容器21は器壁が前記水冷蛇
管41によって冷却されていることにより、一旦器壁に
付着したチタンあるいはマグネシウムあるいはアルミニ
ウムのガス分子を急速に冷却する。因って、ガス分子が
再蒸発してイオン入射孔9あるいは高速原子線放出孔1
0から真空容器7の内部に拡散する確率が大幅に低減さ
れ、更に優れた高真空度の下での高速原子線6が得られ
る。
【0010】前記各実施例により得られる高速原子線
は、高速のイオンビームと同様、スパッタ蒸着による薄
膜形成、スパッタエッチングによる微細パターン加工お
よび、二次イオン質量分析による材料評価などに利用す
ることができる。特に、高速原子線は非荷電性であるた
めに、金属、半導体分野への適用ばかりでなく、イオン
ビーム法が不得意とするプラスチックス、セラミックス
などの絶縁物を対象とした場合にも威力が発揮できる。
その意味において、高真空中で大量の高速原子線が発生
できるイオン中和器を得ることは、加工、分析の能率向
上に非常に有益となる。
【0011】
【発明の効果】以上記載したとおり、本発明のイオン中
和器によれば、イオンを原子線化する際にアルゴンなど
の反応ガスを用いていないので、ガスの噴出による真空
度の低下を招くことがなく、真空容器内を常時高真空状
態に維持して、容易に高速原子線を発生させることがで
きる。また、収束性の高いイオンビームが入射される
と、変換系に障壁等が存在していないので、収束性の高
い高速原子線を簡単に得ることができる。更に、排気系
を含む反応ガス系の構成を有していないので、装置構造
が簡単化できると共に、運転コストなどの低減が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるイオン中和器の概略構
成図である。
【図2】図1のイオン中和器に使用される金属蒸気発生
源の構成図である。
【図3】本発明の他の実施例によるイオン中和器の概略
構成図である。
【図4】従来のガスセル形イオン中和器の概略構成図で
ある。
【符号の説明】
1 イオン源 2 イオンビーム 6 高速原子線 7 真空容器 8 真空ポンプ 9 イオンビーム入射孔 10 高速原子線放出孔 21 中空容器 22 金属蒸気発生源 23 加熱電源 31 熱フィラメント 32 細線 41 水冷蛇管

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に配置するイオン源および一
    端部にイオンビーム入射孔かつ他端部に高速原子線放出
    孔を有して両端部が閉鎖される中空容器と、チタンまた
    はマグネシウムまたはアルミニウムの一つから選ばれる
    金属の細線またはリボンを捲着したフィラメントが前記
    中空容器に内蔵されかつ前記イオンビーム入射孔および
    前記高速原子線放出孔を結ぶ軸線を取り囲んで配置され
    る金属蒸気発生源と、前記真空容器に連通する真空ポン
    プと、前記真空容器および前記中空容器の外部に配置さ
    れて前記フィラメントと接続する前記フィラメントの加
    熱電源とを有することを特徴とするイオン中和器。
  2. 【請求項2】 真空容器内に配置するイオン源および一
    端部にイオンビーム入射孔かつ他端部に高速原子線放出
    孔を有して両端部が閉鎖される中空容器と、チタンまた
    はマグネシウムまたはアルミニウムの一つから選ばれる
    金属の細線またはリボンを捲着したフィラメントが前記
    中空容器に内蔵されかつ前記イオンビーム入射孔および
    前記高速原子線放出孔を結ぶ軸線を取り囲んで配置され
    る金属蒸気発生源と、前記中空容器を冷却する冷却手段
    と、前記真空容器に連通する真空ポンプと、前記真空容
    器および前記中空容器の外部に配置されて前記フィラメ
    ントと接続する前記フィラメントの加熱電源とを有する
    ことを特徴とするイオン中和器。
  3. 【請求項3】 前記冷却手段が前記中空容器の外壁面と
    嵌合する水冷蛇管からなることを特徴とする請求項2に
    記載のイオン中和器。
  4. 【請求項4】 前記中空容器が円筒状の中空体からなる
    請求項1または2に記載のイオン中和器。
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DE69221009D1 (de) 1997-09-04
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