小型ガスイオンナノビーム形成用の300kV加速管の開発

Design of a compact focusing lens system with short acceleration tube at 300 kV

石井 保行; 大久保 猛; 神谷 富裕

Ishii, Yasuyuki; Okubo, Takeru; Kamiya, Tomihiro

本研究では小型の集束イオンビーム形成装置の開発と、この装置を用いたガスイオンナノビームの形成を目的として、300keV小型ガスイオンナノビーム形成装置の開発を行っている。300keV小型ガスイオンナノビーム形成装置の開発では集束レンズとして機能する加速管の開発が重要である。今回、集束レンズとして機能させるため、短い、すなわち高い電場勾配を有し、かつ収差を低減するため、入口と出口の電極形状を工夫した加速管を設計した。これをもとに絶縁物に超高分子量ポリエチレンを使用し、5段,10cmで、300kVを印加できる加速管を開発した。さらに、実際に加速管単体で300kVを印加できることを実験で確認するとともに、二段加速レンズ系と組合せた状態でも印加試験を行い、装置全体を覆う絶縁物を工夫することで250kVを安定に印加できることがわかった。本研究会ではこれらの結果に関して発表を行うとともに、今後の予定に関しても言及する。

A compact focusing lens system with high demagnification over 1500 was designed to form an ion nanobeam with 346 keV energy by adding a short distance acceleration tube for beam acceleration and focusing downstream of the existing double acceleration lens system. The demagnification, focusing points and aberrations of the acceleration tube were studied using beam trajectory calculation. The acceleration tube was designed to have a length of 140 mm and a demagnification of 2 at its acceleration tube voltage of 300 kV, which resulted in a new compact focusing lens system with a total length of about 640 mm. In addition, the maximum voltage and electric-field of the acceleration tube were confirmed experimentally on the built device to be 300 kV and 30 kV/cm, respectively. The final beam size formed by the system was estimated to be 130 nm in diameter using the design parameters. The result suggests that an ion nanobeam of 346 keV can be formed by an apparatus having the reasonable length of 2 m, which permits us to develop a system for 1 MV by elongating its tube length.