JPH0616110B2 - 中性粒子の質量エネルギ分析装置 - Google Patents
中性粒子の質量エネルギ分析装置Info
- Publication number
- JPH0616110B2 JPH0616110B2 JP62087345A JP8734587A JPH0616110B2 JP H0616110 B2 JPH0616110 B2 JP H0616110B2 JP 62087345 A JP62087345 A JP 62087345A JP 8734587 A JP8734587 A JP 8734587A JP H0616110 B2 JPH0616110 B2 JP H0616110B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- incident ions
- mass
- incident
- energy
- ions
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は核融合装置から発生する中性粒子の質量とエ
ネルギとを分析する質量エネルギ分析装置に関する。
ネルギとを分析する質量エネルギ分析装置に関する。
（従来の技術） 第１図に従来の中性粒子の質量エネルギ分析装置の構成
図を示す。図示しない核融合装置に真空継手によって直
接接続された真空容器１内にはストリッピングセル２、
偏向電磁石３、静電偏向板４および粒子検出器５が設置
されている。ストリッピングセル２は入射中性粒子６を
セル中に貯えられた中性ガスによって荷電交換し、イオ
ン化して入射イオンに変える機能を有している。偏向電
磁石３は入射されたイオンにラーマ運動をおこさせる機
能を持っている。
図を示す。図示しない核融合装置に真空継手によって直
接接続された真空容器１内にはストリッピングセル２、
偏向電磁石３、静電偏向板４および粒子検出器５が設置
されている。ストリッピングセル２は入射中性粒子６を
セル中に貯えられた中性ガスによって荷電交換し、イオ
ン化して入射イオンに変える機能を有している。偏向電
磁石３は入射されたイオンにラーマ運動をおこさせる機
能を持っている。
したがってこの偏向電磁石３内を通過する入射イオンは
そのエネルギに応じて回転半径の異なる円運動をおこな
う。すなわち偏向電磁石３は入射イオンを運動量弁別す
る働きを有している。静電偏向板４はラーマ運動終了後
の入射イオンに電界を印加することによりその質量の違
いにより紙面に垂直な方向に変位させる働きを持ってい
る。
そのエネルギに応じて回転半径の異なる円運動をおこな
う。すなわち偏向電磁石３は入射イオンを運動量弁別す
る働きを有している。静電偏向板４はラーマ運動終了後
の入射イオンに電界を印加することによりその質量の違
いにより紙面に垂直な方向に変位させる働きを持ってい
る。
このようにして質量とエネルギとのちがいにより異なる
変位量を持って偏向された入射イオンは静電偏向板４の
後方に設置された位置検出型の粒子検出器５によりその
到達場所によりエネルギと質量とが検出される。
変位量を持って偏向された入射イオンは静電偏向板４の
後方に設置された位置検出型の粒子検出器５によりその
到達場所によりエネルギと質量とが検出される。
座標軸ｘ，ｙ，ｚを図中に示したような方向に定義する
と、入射中性粒子６は偏向電磁石３のｚ方向に使用する
磁場Ｂによりラーマ運動をおこし、その進行方向が１８
０度回転する。この時の回転直径をＸとすると、 となる。
と、入射中性粒子６は偏向電磁石３のｚ方向に使用する
磁場Ｂによりラーマ運動をおこし、その進行方向が１８
０度回転する。この時の回転直径をＸとすると、 となる。
ただし、ｍは中性粒子の質量、Ｖは速度、ｑは電荷量、
Ｂは磁場である。
Ｂは磁場である。
次に静電偏向板４内にｚ方向に印加された電場により、
入射イオンはｚ方向に印加される。粒子検出器５で検出
されるｚ方向の変位をＺとすると、 となる。ただしｌは静電偏向板４を通過する入射イオン
の通過電極長、ｌ′は成分偏向板４と粒子検出器５との
間の距離、Ｅは静電偏向板４の電場である。
入射イオンはｚ方向に印加される。粒子検出器５で検出
されるｚ方向の変位をＺとすると、 となる。ただしｌは静電偏向板４を通過する入射イオン
の通過電極長、ｌ′は成分偏向板４と粒子検出器５との
間の距離、Ｅは静電偏向板４の電場である。
ストリッピングセル２を通過して進行する入射中性粒子
６の進路をｆとし、静電偏向板４の粒子入射側の１辺を
ｊとし、この進路ｆと１辺ｊとの交点を０とすれば、第
１図に示すように粒子検出器５の延長線ｈと静電偏向板
４の後端辺ｉの延長線が交点０を通るように配置してお
けば、粒子検出器５の位置での入射イオンのｚ方向の変
位は、質量が同じなら異なった運動量を持った粒子でも
同一になる。
６の進路をｆとし、静電偏向板４の粒子入射側の１辺を
ｊとし、この進路ｆと１辺ｊとの交点を０とすれば、第
１図に示すように粒子検出器５の延長線ｈと静電偏向板
４の後端辺ｉの延長線が交点０を通るように配置してお
けば、粒子検出器５の位置での入射イオンのｚ方向の変
位は、質量が同じなら異なった運動量を持った粒子でも
同一になる。
したがって従来のエネルギ分析装置では静電偏向板４の
形状は第１図に示すように台形状の形状になっていた。
形状は第１図に示すように台形状の形状になっていた。
（発明が解決しようとする問題点） 第２図は第１図に示したＡ−Ａ′線に沿って切断した場
合の静電偏向板４の断面構造を示した図である。入射中
性粒子の質量エネルギ分析を高エネルギから低エネルギ
まで広いレンジにわたって行なおうとした場合、従来の
分析装置では特に低エネルギ側で粒子が静電偏向板４を
通過する電極長ｌが電極間距離Δに比べて小さい時、第
２図に示すように洩れ電場の効果により粒子が本来は軌
道Ｉを通るべきところを軌道IIを通るように変ってしま
うという問題があった。このため低エネルギ側では粒子
検出器５の検出位置でのＺ方向の変位が大きくなり、天
床にあたって検出できなくなったり、あるいは誤差の大
きい検出結果を示すという不都合があった。
合の静電偏向板４の断面構造を示した図である。入射中
性粒子の質量エネルギ分析を高エネルギから低エネルギ
まで広いレンジにわたって行なおうとした場合、従来の
分析装置では特に低エネルギ側で粒子が静電偏向板４を
通過する電極長ｌが電極間距離Δに比べて小さい時、第
２図に示すように洩れ電場の効果により粒子が本来は軌
道Ｉを通るべきところを軌道IIを通るように変ってしま
うという問題があった。このため低エネルギ側では粒子
検出器５の検出位置でのＺ方向の変位が大きくなり、天
床にあたって検出できなくなったり、あるいは誤差の大
きい検出結果を示すという不都合があった。
この発明の目的は低エネルギの中性粒子でも十分に測定
が可能な、中性粒子の質量エネルギ分析装置を提供する
にある。
が可能な、中性粒子の質量エネルギ分析装置を提供する
にある。
（問題点を解決するための手段） この発明では上記目的を達成するために、入射中性粒子
をイオン化して入射イオンとするストリッピングセル
と、前記入射イオンに磁界を印加しラーマ運動を起こさ
せ、前記入射イオンのもつエネルギに応じて異なる回転
半径をもって前記入射イオンの進行方向を１８０度回転
させる偏向電磁石と、ラーマ運動終了後の前記入射イオ
ンに電界を印加し前記入射イオンの質量に応じて異なる
変位をもって進行方向を偏向させる静電偏向板と、前記
入射イオンの到達場所によってそのエネルギと質量とを
検出するよう前記静電偏向板の後方に設置された粒子検
出器とを具備してなる中性粒子の質量エネルギ分析装置
において、前記偏向電磁石と前記静電偏向板との間に前
記入射イオンの進行速度を加速する加速電極を設け、イ
オン通過電極長ｌをほぼ次式で与えられる形状としかつ
偏向板間隔より十分長くした前記静電偏向板を用いたこ
とを特徴としている。
をイオン化して入射イオンとするストリッピングセル
と、前記入射イオンに磁界を印加しラーマ運動を起こさ
せ、前記入射イオンのもつエネルギに応じて異なる回転
半径をもって前記入射イオンの進行方向を１８０度回転
させる偏向電磁石と、ラーマ運動終了後の前記入射イオ
ンに電界を印加し前記入射イオンの質量に応じて異なる
変位をもって進行方向を偏向させる静電偏向板と、前記
入射イオンの到達場所によってそのエネルギと質量とを
検出するよう前記静電偏向板の後方に設置された粒子検
出器とを具備してなる中性粒子の質量エネルギ分析装置
において、前記偏向電磁石と前記静電偏向板との間に前
記入射イオンの進行速度を加速する加速電極を設け、イ
オン通過電極長ｌをほぼ次式で与えられる形状としかつ
偏向板間隔より十分長くした前記静電偏向板を用いたこ
とを特徴としている。
（ただし、 ｌ′…静電偏向板と粒子検出器との間の距離、 ｑ …電荷量、 Ｅ２…静電偏向板内の電場、 Ｚ０…マイクロチャネルプレート検出器でのＺ方向変位
量、Ｕ０…加速電極により入射イオンが得るポテンシャ
ルエネルギ、 Ｂ …偏向電磁石による磁場、ｘ…ラーマ直径、 ｍ …中性粒子の質量） （作用） この発明による中性粒子の質量エネルギ分析装置は、変
位電磁石と静電偏向板との間に設けられた加速電極によ
りイオン化した中性粒子にエネルギを与え、イオンが通
過する静電偏向板のイオン通過電極長を偏向板間隔より
十分長くして静電偏向板の洩れ電場による影響を無くす
るようにしている。
量、Ｕ０…加速電極により入射イオンが得るポテンシャ
ルエネルギ、 Ｂ …偏向電磁石による磁場、ｘ…ラーマ直径、 ｍ …中性粒子の質量） （作用） この発明による中性粒子の質量エネルギ分析装置は、変
位電磁石と静電偏向板との間に設けられた加速電極によ
りイオン化した中性粒子にエネルギを与え、イオンが通
過する静電偏向板のイオン通過電極長を偏向板間隔より
十分長くして静電偏向板の洩れ電場による影響を無くす
るようにしている。
（発明の実施例） 以下この発明の実施例を第３図および第４図を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
なお第１図に示したと同一部分には同一符号を付しその
説明は省略する。第３図はこの発明の一実施例を示す構
成図で第４図は第３図に示すＢ−Ｂ′線に沿って切断し
た部分の断面図を示したものである。第１図に示した従
来の装置と比べて、第３図に示した実施例では偏向電磁
石３と静電偏向板４ａとの間に、入射イオンの進行速度
を加速するための加速電極７が新らしく追加されてい
る。この加速電極７によって入射イオンが得るポテンシ
ャルエネルギをＵ０、粒子検出器５でのＺ方向の変位を
Ｚ０とすると、入射イオンの初速をＶ０としたときの静
電偏向板４ａのイオン通過電極長ｌは次式で与えられ
る。
説明は省略する。第３図はこの発明の一実施例を示す構
成図で第４図は第３図に示すＢ−Ｂ′線に沿って切断し
た部分の断面図を示したものである。第１図に示した従
来の装置と比べて、第３図に示した実施例では偏向電磁
石３と静電偏向板４ａとの間に、入射イオンの進行速度
を加速するための加速電極７が新らしく追加されてい
る。この加速電極７によって入射イオンが得るポテンシ
ャルエネルギをＵ０、粒子検出器５でのＺ方向の変位を
Ｚ０とすると、入射イオンの初速をＶ０としたときの静
電偏向板４ａのイオン通過電極長ｌは次式で与えられ
る。
ただし、ｌ′は静電偏向板４ａと粒子検出器５との間の
距離、ｘはラーマ直径、Ｅ２は静電偏向板４ａの間の電
場である。入射イオンのエネルギが小さい場合には(3)
式は、 となる。ここで第１図に示すような従来の装置では加速
電極７が存在しないためＵ０＝０なのでイオン通過電極
長ｌは０となるが第３図に示す実施例ではＵ０＞０であ
るからＵ０が十分大きいとイオン通過電極長ｌは に比例する大きさとなる。したがってｌ＞Δを満足する
ようにポテンシャルエネルギＵ０を与えれば、静電偏向
板４ａの洩れ電場の影響による入射イオンの軌道のずれ
を無くすことができる。
距離、ｘはラーマ直径、Ｅ２は静電偏向板４ａの間の電
場である。入射イオンのエネルギが小さい場合には(3)
式は、 となる。ここで第１図に示すような従来の装置では加速
電極７が存在しないためＵ０＝０なのでイオン通過電極
長ｌは０となるが第３図に示す実施例ではＵ０＞０であ
るからＵ０が十分大きいとイオン通過電極長ｌは に比例する大きさとなる。したがってｌ＞Δを満足する
ようにポテンシャルエネルギＵ０を与えれば、静電偏向
板４ａの洩れ電場の影響による入射イオンの軌道のずれ
を無くすことができる。
以上実施例に基ずいて詳細に説明したようにこの発明で
は加速電極を用いることによりイオン化した中性粒子に
エネルギを与え、しかもこのイオンが通過する静電偏向
板のイオン通過電極長を偏向板間隔より十分長くするよ
うにしているので静電偏向板の洩れ電場による影響を無
くすことができる。したがって低エネルギの中性粒子の
測定を十分に精度よくおこなうことができる。
は加速電極を用いることによりイオン化した中性粒子に
エネルギを与え、しかもこのイオンが通過する静電偏向
板のイオン通過電極長を偏向板間隔より十分長くするよ
うにしているので静電偏向板の洩れ電場による影響を無
くすことができる。したがって低エネルギの中性粒子の
測定を十分に精度よくおこなうことができる。
第１図は従来の質量エネルギ分析装置の構成図、第２図
は第１図のＡ−Ａ′線に沿って切断した断面図、第３図
はこの発明の一実施例を示す構成図、第４図は第３図の
Ｂ−Ｂ′線に沿って切断した断面図である。 ２……ストリッピングセル、３……偏向電磁石、４ａ…
…静電偏向板、５……粒子検出器、６……中性粒子、７
……加速電極。
は第１図のＡ−Ａ′線に沿って切断した断面図、第３図
はこの発明の一実施例を示す構成図、第４図は第３図の
Ｂ−Ｂ′線に沿って切断した断面図である。 ２……ストリッピングセル、３……偏向電磁石、４ａ…
…静電偏向板、５……粒子検出器、６……中性粒子、７
……加速電極。
Claims (1)
- 【請求項１】入射中性粒子をイオン化して入射イオンと
するストリッピングセルと、前記入射イオンに磁界を印
加しラーマ運動を起こさせ前記入射イオンのもつエネル
ギに応じて異なる回転半径をもって前記入射イオンの進
行方向を１８０度回転させる偏向電磁石と、ラーマ運動
終了後の前記入射イオンに電界を印加し前記入射イオン
の質量に応じて異なる変位をもって進行方向を偏向させ
る静電偏向板と、前記入射イオンの到達場所によってそ
のエネルギと質量とを検出するよう前記静電偏向板の後
方に設置された粒子検出器とを具備してなる中性粒子の
質量エネルギ分析装置において、前記偏向電磁石と前記
静電偏向板との間に前記入射イオンの進行速度を加速す
る加速電極を設け、イオン通過電極長ｌをほぼ次式で与
えられる形状としかつ偏向板間隔より十分長くした前記
静電偏向板を用いた事を特徴とする中性粒子の質量エネ
ルギ分析装置。 （ただし、 ｌ′…静電偏向板と粒子検出器との間の距離、 ｑ …電荷量、Ｅ２…静電偏向板内の電場、 Ｚ０…マイクロチャネルプレート検出器でのＺ方向変位
量、 Ｕ０…加速電極により入射イオンが得るポテンシャルエ
ネルギ、 Ｂ …偏向電磁石による磁場、 Ｘ …ラーマ直径、ｍ…中性粒子の質量）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087345A JPH0616110B2 (ja) | 1987-04-09 | 1987-04-09 | 中性粒子の質量エネルギ分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62087345A JPH0616110B2 (ja) | 1987-04-09 | 1987-04-09 | 中性粒子の質量エネルギ分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252282A JPS63252282A (ja) | 1988-10-19 |
| JPH0616110B2 true JPH0616110B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=13912280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62087345A Expired - Lifetime JPH0616110B2 (ja) | 1987-04-09 | 1987-04-09 | 中性粒子の質量エネルギ分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616110B2 (ja) |
-
1987
- 1987-04-09 JP JP62087345A patent/JPH0616110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63252282A (ja) | 1988-10-19 |
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