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論文

Transmission properties of a 4-MeV C$$^+$$ ion beam entering a narrow gap between two cylindrical glass surfaces

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 松尾 祐太郎*

Japanese Journal of Applied Physics, 52(7), p.076301_1 - 076301_6, 2013/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:19.97(Physics, Applied)

The transmission properties of a 4-MeV C$$^+$$ ion beam entering a narrow gap between a pair of convex and concave glass rods facing each other are investigated in order to inspect the possibility to guide the ion beam with the tilting curved gap. The curvature of both rods was R = 155.70 mm, the gap was 1.2 mm. The entire setup can be tilted around the z-axis passing through the center of the gap at the entrance side. The tilt angle $$theta$$ was defined positive for clockwise rotation. The ion transmission of 42-59% obtained at a tilt angle $$theta$$ = 3$$^{circ}$$ was 20-30 times larger than the value of 2% estimated from the cross section of the narrow gap. About 10% of the ions transmitted even at $$theta$$ = 3.4$$^{circ}$$ in which almost no ions can pass through the gap without interacting with the cylindrical glass surfaces, according to the results of laser-transmission experiment. No significant loss in their initial energies was observed in the angular range of -3 $$leq$$ $$theta$$ $$leq$$ +3.4$$^{circ}$$. These results show an evidence of a guide effect of the carved gap to swift heavy ion beams.

論文

Ion scattering spectroscopy of polarity-controlled ZnO surfaces by 1-2 MeV C$$^{+}$$ ions

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 神谷 富裕

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 135, 2013/01

We studied the mechanism of collisions between 1-2-MeV carbon ions and polarity-controlled ZnO surfaces in order to investigate the efficient reflection of swift ions on solid surfaces for transportation of ion beams without magnetic and/or electrostatic beam handling. The intensities of ions scattered on three different surfaces of Zn and O faces of the ZnO crystals and a polycrystalline Au film were measured by a Si surface barrier detector. As a result, the intensity on the Zn face of the ZnO crystals significantly increased at 2-MeV comparing to that at 1-MeV, although there was a small increase in intensity in the case of the O face of the ZnO and Au surfaces. The details of this finding have not been clarified yet. However, efficient reflection of MeV ions is expected on polarity-controlled ZnO surfaces.

論文

Optical emission spectroscopy by Ar$$^{3+}$$ ion sputtering of Ti surface under O$$_2$$ environment

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 北澤 真一

Applied Surface Science, 257(13), p.5789 - 5792, 2011/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.09(Chemistry, Physical)

Visible light emission from atoms and ions sputtered on a polycrystalline Ti surface was observed under irradiation of 30 keV Ar$$^{3+}$$ ions. A number of atomic lines of Ti I and II were observed in the wavelength of 250 to 850 nm. The intensity of Ti II emission increased 1.3-5.6 times by introducing oxygen molecules at a pressure of 5.8$$times$$10$$^{-5}$$ Pa, whereas that of Ti I decreased 0.5-0.8 times. Factors enhancing or reducing photon intensities were plotted as a function of energy of the corresponding electrons in the excited states for Ti atoms and Ti$$^+$$ ions. As a result, neither the bond-breaking model nor the kinetic model was applicable to the intensity change. It is considered that the local band structure model is appropriate for understanding the Ti I and II emissions.

論文

Optical emission spectroscopy of excited atoms sputtered on a Ti surface under irradiation with multicharged Ar ions

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 北澤 真一

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012079_1 - 012079_4, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:85.6

Optical emission spectroscopy of excited atoms was carried out in order to investigate the sputtering processes on solid surfaces under irradiation of slow, multicharged ions. Many atomic lines of Ti I (neutral) and Ti II (single-charged ions) were observed in wavelengths from 250 to 750 nm with irradiation by Ar$$^{3+}$$ (30 keV) on a Ti surface which was placed in a low pressure O$$_2$$ atmosphere. The emission intensity of Ti I (520 nm) decreased monotonically with an increase of O$$_2$$ partial pressure, whereas that of Ti I / II (670 nm, a 2$$^{nd}$$ order wavelength of 335 nm) slightly increased. From a semi-logarithmic plot of emission intensity for the 670 nm spectrum as a function of distance from the surface, the mean velocity of the excited Ti atoms and ions in a normal direction parallel to the surface, or $$<$$v$$_{bot}$$$$>$$, is estimated.

口頭

Radiation-induced luminescence from Au, Pt/TiO$$_{2}$$ by 10 keV O$$^{+}$$ and N$$^{+}$$ irradiation

北澤 真一; 齋藤 勇一; 本橋 健次*

no journal, , 

比表面積が大きな試料からのイオン照射による蛍光(ラジオ・ルミネセンス)は、表面の影響を反映する可能性がある。この影響を評価するために、スラリーから作製した二酸化チタン薄膜表面状態を変えるために金又は白金を蒸着させ、これにイオンの侵入深さが20nm程度となる10keVの窒素イオン又は酸素イオンを照射し、蛍光スペクトルを観測した。その結果、金や白金等の蒸着による変化がほとんど観測されないことから、表面の影響は小さいことがわかった。

口頭

ZnO及びGaN表面でのMeV炭素イオン散乱

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正

no journal, , 

重元素終端された有極性半導体結晶による表面散乱を利用した、電磁石や静電場を必要としない簡便なイオンビームガイディングの実現を目指し、その基盤研究を行っている。今回は、有極性半導体結晶表面におけるイオンビームの鏡面反射率を通常の金属表面と比較し、その特性を調べた。1MeV及び2MeVの炭素イオンビームを標的(GaN(単結晶Ga面),GaN(単結晶N面),ZnO(単結晶Zn面),ZnO(単結晶O面),Au(多結晶))表面に対し2$$^{circ}$$で入射し、散乱角3$$^{circ}$$と4$$^{circ}$$における散乱イオンの強度測定及びエネルギー分析を、半導体検出器を用いて行った。その結果、Au面と比較して有極性半導体結晶面は鏡面反射率が高いことがわかった。さらに、GaNではGa面がN面より高い、また、ZnOではZn面がO面より高い反射率を示した。これらから、有極性半導体結晶の重元素終端面がイオンビームの反射(ガイディング)に有効であることが示唆された。

口頭

有極性ZnO表面での1-2MeV炭素イオン散乱分析

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 神谷 富裕

no journal, , 

近年、金属表面に高速イオンを微小角入射で照射したときに鏡面角付近で100%近い反射が起こることが確認されたが、そのメカニズムの詳細は不明である。われわれは、この現象のイオンビーム輸送への応用を検討するため、高速イオンが微小角で入射したときの固体表面での反射(散乱)に関する研究を行っている。今回、最表面の原子を選択可能な有極性酸化亜鉛単結晶(ZnO)を標的として、そのZn面とO面を用いて、散乱ビームのエネルギー及び強度を比較した。その結果、1MeV炭素イオンを照射した場合、積分散乱強度はどちらの表面でもほとんど同じであるにもかかわらず、O面に比べてZn面の方がエネルギー損失の大きな散乱粒子が多かった。また、2MeV炭素イオンを照射した場合のZnOのZn面,O面と、多結晶金表面の3つの表面での散乱イオン強度を比較した結果、Zn面入射の場合に、散乱イオン強度が顕著に増大した。これらから、標的の最表面原子が、散乱に大きく影響することが示唆された。また、有極性材料の反射を利用したビーム輸送の可能性が示された。

口頭

ガラス円筒面上でのMeVイオン散乱

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正

no journal, , 

近年、ガラスキャピラリーを透過するMeVエネルギーイオンビームに対して、ガラス表面近傍原子との小角散乱やチャージアップに起因すると考えられる集束効果が発見された。われわれは、同様の現象をMeVエネルギーイオンビームの偏向に応用することを考え、曲率を持つガラス面上に小角で入射した際のイオンの散乱について研究を行っている。今回、曲率半径175mmの光学用ガラス凸レンズと凹レンズを1.2mmの間隔で対向させて、湾曲した経路(経路長:約20mm)を作製した。そこに2MeVの炭素イオンビームを入射し、その入射ビーム軸に対する経路の角度を入射口を中心に回転させることにより変えて、ビームの透過率を測定する実験を行った。その結果、幾何学的にはビームが透過できない角度(10$$^{circ}$$)のときでも電流透過率が約10%になることを確認した。これにより、曲面ガラスを利用したビーム偏向の可能性が示された。

口頭

Ion scattering on polarity-controlled ZnO surfaces by MeV ions

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正

no journal, , 

近年、金を蒸着した表面に2.5MeVプロトンを微小角入射で照射させたときに100%近い反射が起こることが報告された。われわれは、固体表面との反射を利用した高速イオンビームの効率的な輸送方法の開発を目的に、高速イオンを微小角で入射させたときの固体表面での反射(散乱)に関する研究を行っている。今回、最表面の原子を選択可能な有極性酸化亜鉛単結晶(ZnO)を標的として、散乱ビーム(2MeV炭素イオン:入射角2度、散乱角3度、ここで入射角及び散乱角は、それぞれのターゲット表面に対する角度及びビーム軸に対する角度で定義)のエネルギー及び強度をそのZn面とO面で比較した。その結果、O面に比べてZn面の方が散乱イオンの強度が高く、エネルギー損失が大きいことがわかった。これらから、微小角入射の場合、標的の最表面原子の種類が入射イオンの散乱に大きく影響することがわかり、それを選択することでビームのエネルギー及び強度を制御可能なことが示唆された。

口頭

円筒ガラス凹凸レンズの面間チャネルに入射した4MeV炭素イオンの透過特性

本橋 健次*; 鈴木 優紀*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正; 的場 史朗; 神谷 富裕

no journal, , 

近年、ガラスキャピラリーを透過するMeVエネルギーイオンビームに対して、ガラス表面近傍原子との小角散乱やチャージアップに起因すると考えられる偏向・集束効果が発見された。我々は、この現象に着目して、MeVエネルギーイオンビームの偏向に応用することを考え、固体表面を利用した高速重イオンの偏向効果を検証することを目的に、一対の凸凹ガラス円筒面の隙間(面間チャネル)に4MeV炭素イオンを入射した際の透過率とエネルギーのガラス円筒面に対するビーム入射角(チルト角)依存性を調べた。曲率半径155.70mm奥行き20mmの凸凹ガラス円筒光学レンズを1.2mmの間隔で対向した面間チャネルに、直径1mmの4MeV-C$$^+$$イオンを入射し、面間チャネル入口を中心としてチルト回転したときの透過イオンを表面障壁型半導体検出器で検出し、そのイオン透過率とエネルギーを測定した。その結果、幾何学的にはビームが透過できない角度の時でも電流透過率が約10%になることを確認した。これにより、曲面ガラスを利用してビームを偏向できることが示された。

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