JPS6161220B2 - - Google Patents

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JPS6161220B2
JPS6161220B2 JP53146591A JP14659178A JPS6161220B2 JP S6161220 B2 JPS6161220 B2 JP S6161220B2 JP 53146591 A JP53146591 A JP 53146591A JP 14659178 A JP14659178 A JP 14659178A JP S6161220 B2 JPS6161220 B2 JP S6161220B2
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JP
Japan
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magnet
particle
spectrograph
dipole
auxiliary magnet
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JP53146591A
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JPS5572900A (en
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Hidetsugu Ikegami
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  • Particle Accelerators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷電粒子スペクトログラフ、質量分析
器、加速器等の荷電粒子光学系における粒子の集
束性の改善及び運動量領域の拡大に関する。具体
的に言えば、本発明は、双極マグネツトを主磁場
要素として備えると共に4極マグネツトおよび多
極マグネツトを補助集束要素として併用するいわ
ゆる混成マグネツト荷電粒子スペクトログラフ等
の荷電粒子光学系において、集束線上における高
次集束性、立体集束性、さらに観測あるいは使用
する粒子の運動量の広域性を向上させる方法に関
するものである。以下荷電粒子スペクトログラフ
を例にとつて説明する。
従来の荷電粒子スペクトログラフは単数または
複数個の双極マグネツトのみを主体とする簡便型
が大部分である。
近年、運動量またはエネルギーの分解能と観測
荷電粒子の捕集立体角を大幅に向上させるため
に、双極マグネツトに加えてイオン光学的1次集
束性を制御する4極マグネツトや高次集束性を制
御する多極マグネツトを併用する混成マグネツト
スペクトログラフが使用されるようになつた。し
かしながら、この種の高性能の混成マグネツトス
ペクトログラフは観測粒子の運動量領域が立体集
束性と高次集束性の乱れのために強く制限される
という欠点があつた。
本発明は、かかる従来技術の欠点を改善しよう
とするものである。
以下、図面を参照して説明する。
第1図は1台の双極マグネツトを主体とした従
来の簡便型荷電粒子スペクトログラフであつて、
第1図aは磁場中間面内におけるスペクトログラ
フの配置と粒子の軌道を示している。
説明の都合上この図では主軌道(光学系におけ
る光軸に相当するもの)を直線化して表わしてい
る。D1は双極マグネツトで、運動量P0の粒子に
対する標準軌道半径がr0である。また、双極マグ
ネツトの磁場分布については実用上制限はない。
荷電粒子源Sから出た標準運動量P0の粒子は前記
双極マグネツトD1により結像点I0に結像される。
同様に運動量がP0+ΔP、P0−ΔPの粒子はそれ
ぞれ結像点I1,I2に結像される。
2y0′は中間面内のスペクトログラフの粒子捕
集角度である。
第1図bは前記スペクトログラフの中間面に垂
直な面内(以下垂直面という)の標準運動量P0
粒子の軌道を示しており、2g0は双極マグネツト
D1の磁極間隙、2z0′は同垂直面内の粒子捕集角
度である。一般に、高分解能スペクトログラフに
あつては磁場中間面を粒子の角分布測定面、例え
ば、核反応や粒子散乱等の散乱平面内に合わせて
使用する場合が多いが中間面内の粒子捕集角度2
y0′は運動学的効果による分解能低下を抑えるた
めに制限されざるを得ず、この場合、捕集立体角
の向上は、垂直面内の捕集角度2z0′を大きくす
る以外に方法はなかつた。
そこで、垂直面内の捕集角度2z0′を大きくす
る手段として双極マグネツトD1の前に単数また
は複数の4極マグネツトを設置した混成マグネツ
トスペクトログラフが考案された。第2図は公知
の混成マグネツト荷電粒子スペクトログラフであ
つて、第1図の双極マグネツトD1と同一の双極
マグネツトD1に更に双極マグネツトD2を追加設
置し、これら双極マグネツトD1,D2系の前後に
それぞれ1台ずつ4極マグネツトQ1,Q2を設置
し、双極マグネツトD1,D2の中間に高次集束用
の多極マグネツトMPを設置したものである。
第2図では説明を簡単にするために、双極マグ
ネツトD1,D2とも標準軌道半径をr0としているが
一般には異つていても差し支えない。Q1は磁場
中間面内の集束性については焦点距離fの発散要
素として、また垂直面内では同じ大きさの焦点距
離の集束要素の機能を持つている。第1図のスペ
クトログラフの性能と比較するためD1に対する
中間面内の見かけの粒子源S′を第1図のSと同じ
位置になるようにしている。多極マグネツトMP
は1台のマグネツトであるが通常磁場の双極成
分、4極成分、6極成分、8極成分、10極成分を
それぞれ独立に発生させることが可能で粒子の磁
場中間面内の軌道の偏向角、1次集束、2次集
束、3次集束、4次集束を制御するもので、これ
らの制御には特開昭53−42550号公報に記載され
ている電流シートマグネツトが好適である。この
多極マグネツトMPと4極マグネツトQ1,Q2の強
度さらに双極マグネツトD1,D2の出入口の磁場
境界の形状の適当な調整によつて、標準運動量P0
の粒子が双極マグネツトD1,D2間の適当なI0′で
垂直面内のみの中間像を結び、さらにI0点で立体
集束される。I0′はD1の出口乃至D2の入口或はそ
の近辺の磁場中でも実用上差支えない(第2図b
参照)。この場合、運動量P0+ΔP、P0−ΔPの
粒子の中間像は第2図aに示す如くそれぞれ
I1′,I2′でそれを結ぶ中間像線はyM−y′Mを通る
線に傾斜している。
第2図に示す混成マグネツトスペクトログラフ
を第1図の簡便型スペクトログラフの分解能およ
び垂直面内の捕集角度と比べるとそれぞれ(a+
f)R/f倍、a0f/〔(a+c)f−ac〕倍にな
つている。ここで、aは荷電粒子源Sと4極マグ
ネツトQ1間、a0はS′とD1間、cは4極マグネツ
トQ1と双極マグネツトD1間のそれぞれの距離
で、R=1+(∫〓 ydθ)/(∫〓 ydθ)=1

(θ/θ)、yは双極マグネツトD1,D2中間
面内の粒子ビームの幅、θは回転角、fは4極マ
グネツトQ1の焦点距離である。
したがつてスペクトログラフの性能指数である
分解能と粒子捕集立体角の積、換言すれば、スペ
クトログラフの示性数(figure of merit)はa0
(a+f)R/〔(a+c)f−ac〕倍となる。
そこで、例えばa0≒a≒3f、c=f、θ=θ
とした実施例の場合は示性数は従来の簡便型に
比べて24倍になることが判る。
このように、混成マグネツトスペクトログラフ
は一方では高分解能、大捕集立体角を有し、優れ
た性能を発揮するものであるが、反面以下に述べ
る如き問題点を有している。即ち、第2図aにお
いて、双極マグネツトD1の入口と中間像点I0′の
間の距離をbとすると、他の中間像点I1′,I2′と
の距離はそれぞれb+Δb、b−Δbとなり、中
間像点I1′,I2′の位置は主軌道方向にΔb=〔ab/
(a−f)〕(ΔP/P0)だけI0′からずれる。今、
この現象を「中間像のウオーク(walk)現象」
と呼ぶことにするが、このウオーク現象によつて
混成マグネツトスペクトログラフは必然的に次の
問題点を内蔵している。
(i) I0′,I1′,I2′はそれぞれP0,P0+ΔP,P0
ΔPの運動量粒子の垂直面内の軌道に関して双
極マグネツトD2に対する粒子源としての役割
を持つから主軌道方向の此等の点のずれによつ
てそれぞれの粒子の結像点I0,I1,I2における
垂直面内の像倍率が大きく変動し粒子検出効率
も変わることになり、それ故、観測データの補
正が必要となつている。
(ii) 中間像点I0′に近く設置された多極マグネツ
トMPは粒子の中間面の軌道をほぼ垂直面内の
ものと分離して制御することができるので高次
の荷電粒子光学的収差を消去して鮮明な像を結
像させるのに極めて有効であるが上記したウオ
ーク現象のために運動量P0+ΔP、P0−ΔPの
粒子の中間像I1′,I2′を結ぶ中間像線は多極マ
グネツトMPのyM、yM′軸に対し傾き、これ等
の粒子の垂直面内の軌道は上記マグネツトMP
内で異なつた広がりを持つことになり、上記マ
グネツトMPは垂直面内の各軌道を均一に制御
することが困難となり、そのために集束点I1
I0,I2を結ぶ焦点線が主軌道に対し大きく傾い
たり、焦点線の湾曲が特に低運動量側(ΔP<
0)で顕著になると共に、像の縦倍率が焦点線
上の位置で大きく変わる。
上記事情により混成マグネツトスペクトログラ
フは簡便型に比べて高分解能、大捕集立体角を有
するという長所があるものの焦点線における運動
量領域(観測運動量範囲)が狭いという問題点が
あつた。
本発明はかかる問題点を簡単な方法で解消しよ
うとするもので、以下第3図に示す実施例につい
て説明する。
第3図に示す実施例では、2個の双極マグネツ
トD1,D2系の前後にそれぞれ1台ずつ4極マグ
ネツトQ1,Q2を設置し、双極マグネツトD1,D2
の中間に高次集束用の多極マグネツトMPを設置
した第2図と同様な混成マグネツト荷電粒子スペ
クトログラフが示されている。この実施例におい
ては、多極マグネツトMPのyM−yM′軸を粒子の
主軌道S−I0′−I0線に対し、yM−yM′の中点を
中心に傾動させ、中間像線I1′,I0′,I2′が多極マ
グネツトMPのyM−yM′軸に平行に結像するよう
な傾斜位置で固定している。尚、図では、時計方
向に傾動させているが、必ずしも時計方向でなく
てもよい。
多極マグネツトをかくの如く傾斜配設すること
により、ウオーク現象によつて多極マグネツト
MPに対して傾斜した粒子の中間像線I1′,I2′をマ
グネツトMPのyM−yM′軸に実質上平行に結像さ
せるようにしたので、最終結像点I0,I1,I2にお
ける垂直面内像倍率が大きく変動することを防止
するとともに、マグネツトMPは中間面内の軌道
をほぼ垂直面内のものと分離して制御することが
容易となり、焦点線における運動量領域(観測運
動量範囲)を拡大することが可能となる効果を有
するものである。なお、4極マグネツトQ2を多
極マグネツトMPと同様に適当に傾動させること
により上記効果が一層助長される。
以上、本発明思想を最も簡単な混成マグネツト
荷電粒子スペクトログラフに適用した実施例につ
き説明したが、より一層の性能アツプをはかるた
めに上記実施例における4極マグネツトQ1を複
数個使用したり、或いは多極マグネツトと併設し
たり、また、マグネツトQ2についても複数の4
極マグネツトを使用したり、マグネツトQ2と等
価な集束性を持ちしかもスペクトログラフ全系の
偏向角を若干修正するための薄型の双極マグネツ
トに置換すること等も可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来型の簡便型荷電粒子スペクトログ
ラフの説明図で、図aは磁場中間面内における説
明図、図bは磁場中間面に垂直な面の説明図、第
2図は公知の混成マグネツト荷電粒子スペクトロ
グラフの説明図で、図aは磁場中間面内における
説明図、図bは磁場中間面に垂直な面の説明図、
第3図は本発明方法を混成マグネツト荷電粒子ス
ペクトログラフに適用した実施例の説明図で、図
aは磁場中間面内の説明図、図bは磁場中間面に
垂直な面の説明図である。 D1,D2……双極マグネツト、I0……標準運動量
P0の粒子の結像点、I1……運動量がP0+ΔPの粒
子の結像点、I2……運動量がP0−ΔPの粒子の結
像点、I0′……I0の中間像点、I1′……I1の中間像
点、I2′……I2の中間像点、MP……多極マグネツ
ト、Q1,Q2……4極マグネツト、S……荷電粒
子源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 互いに間隔を置いて配置されそれぞれ双極磁
    場を発生する前段及び後段の双極マグネツトを備
    え、且つ、前記前段の双極マグネツトの前方に配
    置された第1の補助マグネツトと、前記前段及び
    後段の双極マグネツトの間に配置された第2の補
    助マグネツトとを備えたイオン光学系に使用され
    る調整方法において、前記第2の補助マグネツト
    を荷電粒子の主軌道に対して傾動させることによ
    り、前記荷電粒子の運動量の差に依存して前記第
    2の補助マグネツトの後部に発生する中間像線を
    前記第2の補助マグネツトの軸に対して実質的に
    平行にし、これによつて、前記後段の双極マグネ
    ツトの後部に生じる最終焦点線を直線状にするこ
    とを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
JP14659178A 1978-11-29 1978-11-29 Improvement of focusing of particle in ion photo system * and method of magnifying momentum region Granted JPS5572900A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5229639A (en) * 1975-09-02 1977-03-05 Yasuo Ikeda Method of manufacturing mica heater

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5229639A (en) * 1975-09-02 1977-03-05 Yasuo Ikeda Method of manufacturing mica heater

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JPS5572900A (en) 1980-06-02

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