300keV小型イオンマイクロビーム装置で形成されたビーム径の縮小化

Reduction of beam diameter formed by 300 keV compact ion microbeam system

石井 保行; 大久保 猛

Ishii, Yasuyuki; Okubo, Takeru

原子力機構では、MeV領域の小型イオンマイクロビーム装置のプロトタイプとして、加速レンズを用いた300keV小型イオンマイクロビーム装置を開発している。これまでに140keVの水素イオンで17mのビーム径を実測し、このエネルギー領域で加速レンズがほぼ設計通りに集束機能を有することを実証した。本研究では、ビーム径の更なる縮小化に必要となる発散角及びエネルギー幅の小さなイオンビームをレンズに入射させる条件を探索した。本装置は、イオン源と加速レンズが直結し、イオン源で発生したビームが直接加速レンズに入射される。このため、引き出し電圧を最適化することで発散角の低減を、またビーム引き出し領域の残留ガスとビームの衝突を低減、すなわちこのガス圧を低減することでビームエネルギー幅の低減をそれぞれ達成できると予想した。そこで、引き出し電圧及びビーム引き出し領域の残留ガス圧のそれぞれとビーム径との関係を実験的に求めた。この結果、ビーム径の縮小には、400-500Vが最適な範囲であること及び残留ガス圧を5.310Pa程度以下にするとガスの影響がほとんど無くなることが分かった。この条件を基に、130keVの水素イオンビームで、これまでの最小径5.8mを達成した。

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