JPH0652997A - High-efficiency oxygen ion neutralizer and oxygen-atomic resistance evaluation system using high-efficiency oxygen ion neutralizer - Google Patents

High-efficiency oxygen ion neutralizer and oxygen-atomic resistance evaluation system using high-efficiency oxygen ion neutralizer

Info

Publication number
JPH0652997A
JPH0652997A JP22359792A JP22359792A JPH0652997A JP H0652997 A JPH0652997 A JP H0652997A JP 22359792 A JP22359792 A JP 22359792A JP 22359792 A JP22359792 A JP 22359792A JP H0652997 A JPH0652997 A JP H0652997A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
chamber
sample
gas
oxygen atom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP22359792A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3167444B2 (en
Inventor
Toshinori Kimura
俊則 木村
Katsumi Sonoda
克己 園田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP22359792A priority Critical patent/JP3167444B2/en
Publication of JPH0652997A publication Critical patent/JPH0652997A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3167444B2 publication Critical patent/JP3167444B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中性化効率が最大となる酸素ガスを選定して
最良の地上模擬実験を可能にするとともに効率のよい劣
化加速実験を可能とすることを目的とする。 【構成】 差動排気室のオリフィスから劣化反応室に流
出するガスを最小限とし、かつ、真空排気路を二重構造
としたものである。
(57) [Summary] [Purpose] The objective is to select the oxygen gas that maximizes the neutralization efficiency to enable the best ground simulation and to enable efficient deterioration acceleration experiments. [Structure] The gas flowing from the orifice of the differential exhaust chamber to the deterioration reaction chamber is minimized, and the vacuum exhaust passage has a double structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、低地球軌道における
酸素原子による宇宙用材料の表面劣化現象を地上で模擬
実験する地上模擬実験装置や前記宇宙用材料の劣化加速
試験装置に用いられる高効率酸素イオン中性化器、およ
び、この高効率酸素イオン中性化器を用いた耐酸素原子
性評価装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ground simulation device for simulating a surface deterioration phenomenon of a space material due to oxygen atoms in a low earth orbit on the ground, and a high efficiency used for a deterioration acceleration test device for the space material. The present invention relates to an oxygen ion neutralizer and an oxygen atom resistance evaluation apparatus using the high efficiency oxygen ion neutralizer.

【0002】[0002]

【従来の技術】スペースシャトルによる低地球軌道(高
度約100〜1,000km)での飛行成功以来、宇宙
基地を初めとする低地球軌道宇宙機(宇宙航行体)の開
発が盛んに行われるようになった。しかし、ジェー ス
ペースクラフト アンド ロケッツ 23巻 (J.S
pacecraft and Rockets,Vo
l.23(1986)),p.505−511に示され
ているように、低地球軌道での大気の主成分は酸素原子
であり、この中を宇宙機が飛行すると、酸素原子がエネ
ルギー:5eV、フラックス:1013〜1015/cm2
・secで衝突するため、宇宙機の大気に曝されている
部分(宇宙用材料)の表面は著しい劣化を起こす。この
ため、例えば、「トゥエンティ サード エアロ サイ
ミート ペーパー(23rd Aero.Sci.M
eet,Paper)」 No.85−0415(19
84)に示された酸素原子による宇宙機表面材料の劣化
に関するフライト実験の結果に見られるように、宇宙用
材料として使用されているCFRP等の炭素繊維系材料
では、膜厚減少等の表面劣化が生じ、現在開発中あるい
は今後開発予定の宇宙基地を初めとした長期利用(数ヶ
月〜数十年以上)の宇宙機の構造材料に使うのは困難な
状況である。
2. Description of the Related Art Since a successful flight in a low earth orbit (altitude of about 100 to 1,000 km) by a space shuttle, development of low earth orbit spacecraft (spacecraft) including a space station has been actively conducted. Became. However, J Spacecraft and Rockets Volume 23 (J.S.
placecraft and Rockets, Vo
l. 23 (1986)), p. As shown in 505-511, the main component of the atmosphere in low earth orbit is oxygen atom, and when a spacecraft flies in this, the oxygen atom has energy: 5 eV, flux: 10 13 -10 15 / cm 2
・ Since the collision occurs in sec, the surface of the part of the spacecraft that is exposed to the atmosphere (space material) is significantly deteriorated. Therefore, for example, “Twenty Third Aero Simite Paper (23rd Aero.Sci.M
eet, Paper) ”No. 85-0415 (19
As can be seen in the results of the flight experiment on the deterioration of the surface material of the spacecraft due to the oxygen atoms shown in 84), the carbon fiber-based material such as CFRP used as the space material has the surface deterioration such as the film thickness reduction. Occurs, and it is difficult to use it as a structural material for long-term use (several months to several decades or more) of spacecraft currently under development or planned to be developed in the future.

【0003】そこで、原子状酸素による材料劣化メカニ
ズムを探り、劣化防止対策を確率するためには、宇宙環
境の地上模擬実験装置によって、中性の酸素原子ビーム
を宇宙用材料に照射し、その影響を定量的に評価するこ
とが重要である。これまでに、例えば、ゲーリー ダブ
リュ スジョレンダー マテリアルズデグレデーション
イン ロー アース オービット (ザ ミネラル
ズ,メタルズ アンド マテリアルズ ソサエティ,1
990)(Gary W.Sjolander,Mat
erials Degradation in Low
Earth Orbit(The Minerals,
metals&Materials Society,
1990),175−188.に示されているような、
酸素原子ビーム発生器によって生成した中性の酸素原子
ビームを、真空容器中の宇宙用材料に照射する地上模擬
実験装置が開発されている。
Therefore, in order to investigate the mechanism of material deterioration due to atomic oxygen and to establish a preventive measure against it, a neutral oxygen atomic beam is applied to a space material by a ground simulation experiment equipment in a space environment, and its influence is affected. It is important to quantitatively evaluate. So far, for example, Gary Woolen's Jolender Materials Degradation in Low Earth Orbit (The Minerals, Metals and Materials Society, 1
990) (Gary W. Sjolander, Mat.
initials Degradation in Low
Earth Orbit (The Minerals,
metals & Materials Society,
1990), 175-188. As shown in,
A ground simulation experiment device has been developed which irradiates a space oxygen material in a vacuum container with a neutral oxygen atom beam generated by an oxygen atom beam generator.

【0004】図6は従来の地上模擬実験装置として例示
した酸素原子ビーム発生器の概略的な構造図である。図
において、1は酸素ガスに対するアーク放電を行って酸
素イオン(O’)を生成するためのイオン源、3は前記
酸素イオン(O’)をkeVのオーダーまで加速するた
めの加速電極、4はその加速電極3から入射した酸素イ
オン(O’)だけを選別する質量分離マグネット、5は
試料に対する前記酸素イオン(O’)の照射速度を所定
速度(5eV)まで減速する減速器の減速電極、6はそ
の減速電極5から入射した酸素イオン(O’)ビームを
酸素ガスとの電荷交換によって中性化し、中性の酸素原
子ビームを生成する酸素イオン中性化器(以下、単に中
性化器という)、7は偏向電極であり、これらによっ
て、酸素原子ビーム発生器の主要部が構成されている。
FIG. 6 is a schematic structural diagram of an oxygen atom beam generator exemplified as a conventional ground simulation device. In the figure, 1 is an ion source for generating oxygen ions (O ') by performing arc discharge with respect to oxygen gas, 3 is an accelerating electrode for accelerating the oxygen ions (O') to the order of keV, and 4 is an accelerating electrode. A mass separation magnet 5 for selecting only oxygen ions (O ′) incident from the accelerating electrode 3, a deceleration electrode of a decelerator for decelerating the irradiation speed of the oxygen ions (O ′) onto a sample to a predetermined speed (5 eV), Reference numeral 6 denotes an oxygen ion neutralizer (hereinafter, simply referred to as neutralization) that neutralizes the oxygen ion (O ') beam incident from the deceleration electrode 5 by charge exchange with oxygen gas to generate a neutral oxygen atom beam. 7) is a deflection electrode, and these constitute the main part of the oxygen atom beam generator.

【0005】図7は図6の地上模擬実験装置に使用され
ている中性化器の概略的な断面構成図である。図におい
て、60は中性化器6の中性化室、61はこの中性化室
60内に酸素イオン(O’)ビーム8を入射させる入口
側オリフィス、62は前記中性化室60から中性酸素原
子ビーム9を出射させる出口側オリフィスであり、前記
入口側オリフィス61と前記出口側オリフィス62は前
記中性化室60のビーム経路に設けられている。63は
前記中性化室60内に酸素ガスを導入充満させるための
ガス導入管であり、このガス導入管63はガス流量コン
トローラー(図示せず)を備えている。64は前記中性
化室60から反応生成イオンや未反応酸素ガスを排気す
るための排気管であり、この排気管64は真空排気装置
(図示せず)に接続されている。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing the structure of the neutralizer used in the ground simulator of FIG. In the figure, 60 is a neutralization chamber of the neutralizer 6, 61 is an inlet-side orifice for injecting the oxygen ion (O ′) beam 8 into the neutralization chamber 60, and 62 is from the neutralization chamber 60. It is an exit side orifice for emitting the neutral oxygen atom beam 9, and the entrance side orifice 61 and the exit side orifice 62 are provided in the beam path of the neutralization chamber 60. Reference numeral 63 is a gas introduction pipe for introducing and filling oxygen gas into the neutralization chamber 60, and the gas introduction pipe 63 is equipped with a gas flow controller (not shown). Reference numeral 64 denotes an exhaust pipe for exhausting reaction product ions and unreacted oxygen gas from the neutralization chamber 60, and the exhaust pipe 64 is connected to a vacuum exhaust device (not shown).

【0006】次に動作について説明する。まず、イオン
源1では酸素ガスに対してアーク放電が行われることに
より、酸素イオン(O’)が生成される。この酸素イオ
ン(O’)は次の加速電極3によってkeVのオーダー
まで加速された後、質量分離マグネット4によって酸素
イオン(O’)だけが選別される。次いで、減速電極5
により酸素イオン(O’)ビーム8を試料に照射した速
度(5eV)まで減速し、その酸素イオン(O’)ビー
ム8が中性化器6に入射する。この中性化器6では、入
射した酸素イオンを中性化して中性酸素原子を生成す
る。そして、前記中性化器6から出射された中性酸素原
子ビームは、最後に、偏向電極7で電荷を持つ酸素イオ
ン(O’)が取除かれ、酸素原子だけから成る中性酸素
原子ビーム9が生成される。
Next, the operation will be described. First, in the ion source 1, oxygen discharge (O ′) is generated by performing arc discharge with respect to oxygen gas. This oxygen ion (O ′) is accelerated to the order of keV by the next acceleration electrode 3, and then only the oxygen ion (O ′) is selected by the mass separation magnet 4. Next, the deceleration electrode 5
The oxygen ion (O ′) beam 8 is decelerated to the speed (5 eV) at which the sample is irradiated, and the oxygen ion (O ′) beam 8 enters the neutralizer 6. In the neutralizer 6, the incident oxygen ions are neutralized to generate neutral oxygen atoms. Then, the neutral oxygen atom beam emitted from the neutralizer 6 is finally removed from charged oxygen ions (O ′) at the deflection electrode 7, and the neutral oxygen atom beam consisting of only oxygen atoms. 9 is generated.

【0007】このような中性酸素原子ビーム9の生成過
程において、中性化器6では、図7に示すように、入口
側オリフィス61から中性化室60内に入射した酸素イ
オン(O’)が、前記中性化室60内に充満している酸
素ガスとの電荷交換によって中性化することにより、中
性酸素原子ビーム9が生成される。この中性酸素原子ビ
ーム9は出口側オリフィス62から出射され、且つ、反
応生成イオンや未反応酸素ガスは排気管64から排気さ
れる。この場合、前記酸素イオン(O’)ビーム8が安
定して生成されていれば、前記中性化室60の酸素ガス
導入量がガス流量コントローラーで調整されて、その中
性化室60内に酸素ガス圧が一定に保たれることによっ
て、中性酸素原子ビーム9が安定生成される。
In the process of generating the neutral oxygen atom beam 9 as described above, in the neutralizer 6, as shown in FIG. 7, the oxygen ions (O ') incident from the inlet side orifice 61 into the neutralization chamber 60 are introduced. ) Is neutralized by charge exchange with the oxygen gas filled in the neutralization chamber 60, whereby the neutral oxygen atom beam 9 is generated. The neutral oxygen atom beam 9 is emitted from the outlet side orifice 62, and the reaction product ions and unreacted oxygen gas are exhausted from the exhaust pipe 64. In this case, if the oxygen ion (O ′) beam 8 is stably generated, the amount of oxygen gas introduced into the neutralization chamber 60 is adjusted by the gas flow rate controller, and the neutralization chamber 60 is supplied with the oxygen gas. By keeping the oxygen gas pressure constant, the neutral oxygen atom beam 9 is stably generated.

【0008】ここで、前記中性化器6によって生成され
る酸素原子ビームのフラックスは、中性化室60に入射
する酸素イオン(O’)ビーム8のフラックスが一定の
場合、前記中性化室60の酸素ガス圧を高めることによ
って上昇し、あるピーク値を取った後、逆に減少する。
従って、地上模擬実験の条件に合わせて前記酸素ガス圧
を変えることにより、酸素原子ビームのフラックスも変
化させることができる。
Here, the flux of the oxygen atom beam generated by the neutralizer 6 is neutralized when the flux of the oxygen ion (O ') beam 8 entering the neutralization chamber 60 is constant. It rises by increasing the oxygen gas pressure in the chamber 60, takes a peak value, and then decreases.
Therefore, the flux of the oxygen atom beam can also be changed by changing the oxygen gas pressure according to the conditions of the ground simulation experiment.

【0009】このような地上模擬実験装置によって発生
した酸素イオン(O’)ビームのエネルギーをエネルギ
ーアナライザーで測定したところ、ピークエネルギーが
4.5eV、半値全幅1.5eVであった。また、酸素
イオン(O’)ビームのフラックスは、5*1014個/
cm2 secであり、低地球軌道環境をイオンビームに
関して良く再現していることが分かった。即ち、前記地
上模擬実験装置において、酸素イオン(O’)を加速電
極3で一旦高速まで加速してから減速電極5で5eVま
で減速することは、空間電荷効果によるイオンビームの
広がりを少なくする効果が得られ、また、質量選別の方
法として信頼性の高い方法を使用可能にするという利点
がある。従って、前記地上模擬実験装置によれば、宇宙
用材料の酸素原子による表面劣化現象を地上で模擬する
ことができる。
When the energy of the oxygen ion (O ') beam generated by such a ground simulation apparatus was measured with an energy analyzer, the peak energy was 4.5 eV and the full width at half maximum was 1.5 eV. The oxygen ion (O ') beam flux is 5 * 10 14 /
It was cm 2 sec, and it was found that the low earth orbit environment was well reproduced for the ion beam. That is, in the above-mentioned ground simulation apparatus, once the oxygen ions (O ′) are accelerated to a high speed by the acceleration electrode 3 and then decelerated to 5 eV by the deceleration electrode 5, the spread of the ion beam due to the space charge effect is reduced. Is obtained, and there is an advantage that a highly reliable method can be used as a method for mass selection. Therefore, according to the above ground simulation apparatus, the surface deterioration phenomenon of the space material due to oxygen atoms can be simulated on the ground.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来の酸素イオン中性
化器および酸素イオン中性化器を用いた地上模擬実験装
置は以上のように構成されているので、この地上模擬実
験装置においては、低地球軌道の大気圧を再現するため
に、劣化反応室の圧力を10-5Torr以下に保たなけ
ればならず、一方、中性化器では、低地球軌道で宇宙機
表面に衝突する酸素原子フラックス:1013〜1015
cm2 ・secを再現するために、中性化室60内の酸
素ガス圧を劣化反応室内の圧力(10-6Torr程度)
よりもはるかに高くして(10-2Torr程度)中性化
効率を高くしなければならない。しかし、上記従来の中
性化器6では、中性化室60内の酸素ガス圧を高くする
と、その中性化室60内の反応生成イオンや酸素ガスが
入口側および出口側のオリフィス61,62から流出
し、劣化反応室の圧力を高くするばかりでなく、反応生
成イオンが試料付近に回り込んで試料と何らかの反応を
起こす可能性が生じるため、模擬試験としての精度が落
ち、模擬試験後に試料の表面分析をする場合に大きな悪
影響を受けるという問題点があった。また、前記中性化
器6を真空容器内に設置する際、この真空容器には、前
記中性化器6のガス導入管63と排気管64のそれぞれ
を通すための2つの穴を設けなければならず、従って、
それらの穴による隙間で前記真空容器は真空洩れが生じ
る確率が高くなるという問題点もあった。
Since the conventional oxygen ion neutralizer and ground simulation device using the oxygen ion neutralizer are configured as described above, the ground simulation device is In order to reproduce the atmospheric pressure in the low earth orbit, the pressure in the degradation reaction chamber must be kept below 10 -5 Torr, while in the neutralizer, the oxygen that collides with the spacecraft surface in the low earth orbit. Atomic flux: 10 13 to 10 15 /
In order to reproduce cm 2 · sec, the oxygen gas pressure in the neutralization chamber 60 is changed to the pressure (about 10 −6 Torr) in the deterioration reaction chamber.
The neutralization efficiency should be much higher than that (about 10 -2 Torr). However, in the above-described conventional neutralizer 6, when the oxygen gas pressure in the neutralization chamber 60 is increased, the reaction products ions and oxygen gas in the neutralization chamber 60 will cause the inlet 61 and the outlet side orifice 61, In addition to increasing the pressure in the deterioration reaction chamber and flowing out from 62, the reaction product ions may go around the sample and cause some reaction with the sample. There is a problem that the surface analysis of the sample is greatly affected. Further, when the neutralizer 6 is installed in the vacuum container, the vacuum container must be provided with two holes for passing the gas introduction pipe 63 and the exhaust pipe 64 of the neutralizer 6, respectively. Must therefore be
There is also a problem that the vacuum container has a high probability of vacuum leakage due to the gap between the holes.

【0011】また、上記従来の地上模擬実験装置におい
ては、中性化器6で生成される中性酸素原子の量が安定
していること、および、実際に宇宙用材料(試料)に照
射される酸素原子の量を正確に把握することは、材料劣
化の定量的な評価を行う上で重要であり、加速実験を行
う際にも不可欠である。しかし、前記中性化器6の中性
化室60内では複雑な原子・分子の反応が起こっている
ため、その中性化器6で生成する中性酸素原子量を反応
断面積などから理論的に求めることは精度にも限度があ
って非常に困難である。このため、中性酸素原子量の量
や、その安定性は何らかの方法で測定するしかないが、
上記従来の地上模擬実験装置には、そのための手段がな
いため、例えば、試料に対する酸素原子ビームの照射量
と劣化による質量減少との関係を調べるというような劣
化の定量的評価が困難であり、加速実験の信頼性に欠け
るという問題点があった。
Further, in the above-mentioned conventional ground simulator, the amount of neutral oxygen atoms generated in the neutralizer 6 is stable, and the space material (sample) is actually irradiated. Accurate understanding of the amount of oxygen atoms is important for quantitative evaluation of material deterioration, and is essential for conducting accelerated experiments. However, since a complicated reaction of atoms and molecules occurs in the neutralization chamber 60 of the neutralizer 6, the amount of neutral oxygen atoms generated in the neutralizer 6 is theoretically calculated from the reaction cross section. There is a limit to the accuracy and it is very difficult to obtain. Therefore, the amount of neutral oxygen atom and its stability can only be measured by some method,
Since the above-mentioned conventional ground simulation device does not have means for that, for example, it is difficult to quantitatively evaluate deterioration such as investigating the relationship between the dose of the oxygen atom beam on the sample and the mass decrease due to deterioration. There was a problem that the acceleration experiment lacked reliability.

【0012】さらに、上記地上模擬実験装置では、効率
よく酸素イオン(O’)ビーム8を中性酸素原子ビーム
9に変換するために、中性化器6での中性化効率を最大
にする必要がある。しかし、上述のように、中性化器6
で生成する中性酸素原子量を理論的に求めることは困難
であるため何らかの方法で測定し最適条件を求めるしか
ないが、上記地上模擬実験装置の場合、生成した中性酸
素原子の密度を測定する手段がないため、中性化効率を
最大にする条件を調べることができないという問題点が
あった。
Further, in the above ground simulation experiment device, in order to efficiently convert the oxygen ion (O ′) beam 8 into the neutral oxygen atom beam 9, the neutralization efficiency of the neutralizer 6 is maximized. There is a need. However, as described above, the neutralizer 6
Since it is difficult to theoretically determine the amount of neutral oxygen atoms generated in, the optimum condition should be determined by some method, but in the case of the above ground simulation experiment device, the density of generated neutral oxygen atoms is measured. Since there is no means, there is a problem that it is not possible to investigate the conditions that maximize the neutralization efficiency.

【0013】請求項1の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、反応生成イオンや酸素ガ
スが外部に流出する量を最小限に抑えることができる構
成とすることにより、中性化室の酸素ガス圧を高くして
中性化効率を高めても、劣化反応室の圧力を低地球軌道
環境と同程度に保つことができ、且つ、前記中性化室で
の反応生成イオンが試料と反応することがなく、中性化
効率が最大となる酸素ガスを選定して最良の地上模擬実
験を可能とする高効率酸素イオン中性化器を得ることを
目的とする。
The invention of claim 1 has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to minimize the amount of reaction product ions and oxygen gas flowing out to the outside. , Even if the oxygen gas pressure in the neutralization chamber is increased to enhance the neutralization efficiency, the pressure in the deterioration reaction chamber can be maintained at the same level as in the low earth orbit environment, and The purpose is to obtain a high-efficiency oxygen ion neutralizer that enables the best ground simulation experiment by selecting oxygen gas that maximizes the neutralization efficiency without the reaction product ions reacting with the sample. .

【0014】請求項2の発明は、中性の酸素原子だけか
ら成るビームの高濃度生成が可能で、且つ、その酸素原
子の絶対密度をその場で計測できるようにすることによ
って、酸素原子ビームの照射条件を正確に把握でき、酸
素原子の照射量と宇宙用材料劣化との関係を定量的に評
価することができると共に、加速実験においても信頼性
の向上が図れる耐酸素原子性評価装置を得ることを目的
とする。
According to the second aspect of the present invention, a high-concentration production of a beam consisting of only neutral oxygen atoms is possible, and the absolute density of the oxygen atoms can be measured in-situ. It is possible to accurately grasp the irradiation conditions of the oxygen atom, to quantitatively evaluate the relationship between the irradiation amount of oxygen atoms and deterioration of space materials, and to improve the reliability even in accelerated experiments. The purpose is to get.

【0015】請求項3の発明は、酸素原子ビームの試料
への照射角度と材料劣化との関係を調べることができ、
宇宙機表面の部位による宇宙用材料の劣化の違いを正確
に模擬できる耐酸素原子性評価装置を得ることを目的と
する。
According to the third aspect of the invention, the relationship between the irradiation angle of the oxygen atom beam to the sample and the material deterioration can be investigated.
It is an object of the present invention to obtain an oxygen atom resistance evaluation device that can accurately simulate the difference in deterioration of space materials depending on the part of the spacecraft surface.

【0016】請求項4の発明は、試料交換時の都度、劣
化反応室の真空吸引力を解放した後再度、真空吸引力を
発生させるという手間をかけることなく、複数試料の連
続劣化加速実験を行うことができる耐酸素原子性評価装
置を得ることを目的とする。
According to the invention of claim 4, the continuous deterioration acceleration test of a plurality of samples is performed without releasing the vacuum suction force of the deterioration reaction chamber and regenerating the vacuum suction force every time the sample is exchanged. An object is to obtain an oxygen atom resistance evaluation device that can be used.

【0017】請求項5の発明は、試料に酸素原子を照射
する前後の生成ガスを分析し、材料劣化メカニズムに関
する情報を得ることができる耐酸素原子性評価装置を得
ることを目的とする。
It is an object of the invention of claim 5 to obtain an oxygen atom resistance evaluation apparatus capable of analyzing the generated gas before and after irradiating a sample with oxygen atoms to obtain information on a material deterioration mechanism.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る高
効率酸素イオン中性化器は、中性化室内に酸素ガスを導
入し且つ該酸素ガス導入量を制御するガス流入量コント
ローラーを有するガス導入管と、前記中性化室を囲み、
且つ、該中性化室の前記入口側オリフィスおよび前記出
口側オリフィスにそれぞれ対向する入口側オリフィスお
よび出口側オリフィスを同一直線上に有する差動排気室
と、この差動排気室を真空排気装置に接続し、且つ、前
記ガス導入管を囲んで該ガス導入管との間で真空排気路
を形成する真空排気管とを備え、前記中性化室の前記入
口側および出口側オリフィスのコンダクタンスをC2
3 、前記差動排気室の前記入口側および出口側オリフ
ィスのコンダクタンスをC1 ,C4 、前記差動排気室系
統の真空排気装置の実効排気速度をS1 、前記真空容器
系統の真空排気装置の実効排気速度をS2 とすると、 (C1 +C4 )*(C2 +C3 )/(S1 *S2 )<1
-2 を満たすようにしたものである。
A high-efficiency oxygen ion neutralizer according to the present invention comprises a gas inflow controller for introducing oxygen gas into the neutralization chamber and controlling the oxygen gas introduction amount. Surrounding the gas introduction pipe and the neutralization chamber,
Further, a differential exhaust chamber having an inlet-side orifice and an outlet-side orifice which are respectively opposed to the inlet-side orifice and the outlet-side orifice of the neutralization chamber, and the differential exhaust chamber is used as a vacuum exhaust device. A vacuum exhaust pipe that is connected to the gas inlet pipe and forms a vacuum exhaust passage between the gas inlet pipe and the gas inlet pipe. The conductance of the inlet side and outlet side orifices of the neutralization chamber is C 2 ,
C 3 , C 1 and C 4 for the conductance of the inlet side and outlet side orifices of the differential exhaust chamber, S 1 for the effective exhaust speed of the vacuum exhaust device of the differential exhaust chamber system, and vacuum exhaust of the vacuum container system Assuming that the effective pumping speed of the device is S 2 , (C 1 + C 4 ) * (C 2 + C 3 ) / (S 1 * S 2 ) <1
It is designed to satisfy 0 -2 .

【0019】請求項2の発明に係る耐酸素原子性評価装
置は、イオン源、加速手段、減速手段、酸素イオン中性
化器のそれぞれを、この順に配置して構成された酸素原
子ビーム発生器と、この酸素原子ビーム発生器に接続さ
れてビームライン上に試料ホルダーが設置され、少なく
とも2つの窓を持つ真空の劣化反応室と、試料に照射さ
れる原子状酸素の密度を測定するレーザー誘起蛍光測定
装置とを備え、前記劣化反応室は真空排気装置に接続さ
れ、前記レーザー誘起蛍光測定装置は、前記劣化反応室
の窓を通して、前記酸素原子ビーム発生器で生成された
酸素原子ビームにレーザー光が照射され、このレーザー
光と前記酸素原子ビームとの交点が蛍光検出のための観
測体積となるように配置したものである。
An oxygen atom resistance evaluation apparatus according to a second aspect of the present invention is an oxygen atom beam generator configured by arranging an ion source, an acceleration means, a deceleration means, and an oxygen ion neutralizer in this order. And a sample holder installed on the beam line connected to this oxygen atom beam generator, and a vacuum degradation reaction chamber with at least two windows, and laser-induced measurement of the density of atomic oxygen irradiated to the sample. And a fluorescence measurement device, the deterioration reaction chamber is connected to a vacuum exhaust device, the laser-induced fluorescence measurement device, through the window of the deterioration reaction chamber, laser to the oxygen atom beam generated by the oxygen atom beam generator It is arranged so that light is irradiated and the intersection of this laser beam and the oxygen atom beam becomes the observation volume for fluorescence detection.

【0020】請求項3の発明に係る耐酸素原子性評価装
置は、劣化反応室内の試料ホルダーを回転可能に支持し
たものである。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the third aspect of the present invention, the sample holder in the deterioration reaction chamber is rotatably supported.

【0021】請求項4の発明に係る耐酸素原子性評価装
置は、前記試料ホルダーを前記劣化反応室内で脱着可能
に支持すると共に、前記劣化反応室は、複数の試料が備
えられる真空の試料準備室を真空バルブを介して接続
し、前記試料ホルダーを前記劣化反応室と前記試料準備
室との間でマニピュレーターにより移動可能とし、前記
劣化反応室内の試料ホルダーを前記試料準備室に備え付
けの試料ホルダーと順次交換可能にしたものである。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the invention of claim 4, the sample holder is detachably supported in the deterioration reaction chamber, and the deterioration reaction chamber is provided with a vacuum sample preparation in which a plurality of samples are provided. A chamber is connected via a vacuum valve, the sample holder is movable between the deterioration reaction chamber and the sample preparation chamber by a manipulator, and the sample holder in the deterioration reaction chamber is provided in the sample preparation chamber. And can be exchanged sequentially.

【0022】請求項5の発明に係る耐酸素原子性評価装
置は、劣化反応室に、試料から放出されるガスをサンプ
ルガスとする四重極型質量分析計を備え付けものであ
る。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the deterioration reaction chamber is equipped with a quadrupole mass spectrometer using the gas released from the sample as the sample gas.

【0023】[0023]

【作用】請求項1の発明における高効率酸素イオン中性
化器は、中性化室にガス導入管から酸素ガスを導入充満
させ、入口側および出口側オリフィスによって酸素イオ
ン(O’)を通過させると、入口側オリフィスから前記
中性化室内に入射した酸素イオン(O’)ビームは、そ
の中性化室内で酸素ガスとの電荷交換が行われて中性化
し、これによって中性酸素原子ビームが生成され、この
中性酸素原子ビームは出口側オリフィスから出射され
る。この場合、反応生成イオンや未反応の酸素ガスは前
記中性化室の少なくとも2つのオリフィスから流出し、
差動排気室の真空排気管から排気される。また、前記中
性化室内のガス流量コントローラーで一定に保つことが
できるため、前記酸素原子ビームは安定して生成され
る。ここで、前記中性化室の入口側および出口側オリフ
ィスのコンダクタンスをC2 ,C3 、前記差動排気室の
入口側および出口側オリフィスのコンダクタンスをC
1 ,C4 、前記差動排気室系統の真空排気装置の実効排
気速度をS1 、前記真空容器系統の真空排気装置の実効
排気速度をS2 とすると、 (C1 +C4 )*(C2 +C3 )/(S1 *S2 )<1
-2 を満たすことにより、前記差動排気室のオリフィスから
劣化反応室に流出するガスは最小限に抑えられる。この
ため、前記中性化室の酸素ガス圧を高くして中性化効率
を10-2Torr程度まで高めても前記劣化反応室の圧
力は10-5Torr以下に保たれる。従って、中性化室
の酸素ガス圧を高くして中性化効率を高めても、劣化反
応室の圧力は低地球軌道環境と同程度に保たれ、且つ、
中性化室での反応生成イオンが試料と反応するようなこ
とがなくなる。また、ガス導入管と真空排気管との二重
構造によって真空排気路が形成されていることから、ガ
スの導入・排気部がコンパクトになり、中性化室を真空
容器中に取り付けるときは、この真空容器には、前記ガ
ス導入管・真空排気管挿通用として共通の一つの穴を設
けるだけでよいという利点が得られる。
In the high-efficiency oxygen ion neutralizer according to the first aspect of the invention, the neutralization chamber is filled with oxygen gas from the gas introduction pipe, and the oxygen ions (O ') are passed through the inlet and outlet orifices. Then, the oxygen ion (O ′) beam that has entered the neutralization chamber from the inlet-side orifice is neutralized by charge exchange with oxygen gas in the neutralization chamber, thereby neutralizing neutral oxygen atoms. A beam is generated and the neutral oxygen atom beam is emitted from the exit orifice. In this case, reaction product ions and unreacted oxygen gas flow out from at least two orifices of the neutralization chamber,
It is exhausted from the vacuum exhaust pipe of the differential exhaust chamber. In addition, the oxygen atom beam can be stably generated because it can be kept constant by the gas flow rate controller in the neutralization chamber. Here, the conductances of the inlet side and the outlet side orifices of the neutralization chamber are C 2 and C 3 , and the conductances of the inlet side and the outlet side orifice of the differential exhaust chamber are C 2 .
1 and C 4 , the effective pumping speed of the vacuum pumping device of the differential pumping chamber system is S 1 , and the effective pumping speed of the vacuum pumping device of the vacuum container system is S 2 , (C 1 + C 4 ) * (C 2 + C 3 ) / (S 1 * S 2 ) <1
By satisfying 0 -2 , the gas flowing from the orifice of the differential exhaust chamber to the deterioration reaction chamber is minimized. Therefore, even if the oxygen gas pressure in the neutralization chamber is increased to increase the neutralization efficiency to about 10 -2 Torr, the pressure in the deterioration reaction chamber is maintained at 10 -5 Torr or less. Therefore, even if the oxygen gas pressure in the neutralization chamber is increased to increase the neutralization efficiency, the pressure in the deterioration reaction chamber is maintained at the same level as in the low earth orbit environment, and
Reaction product ions in the neutralization chamber do not react with the sample. Further, since the vacuum exhaust path is formed by the double structure of the gas introduction pipe and the vacuum exhaust pipe, the gas introduction / exhaust section becomes compact, and when the neutralization chamber is installed in the vacuum container, This vacuum container has the advantage that it is only necessary to provide one common hole for inserting the gas introduction pipe and the vacuum exhaust pipe.

【0024】請求項2の発明における耐酸素原子性評価
装置は、酸素原子ビーム発生器において、イオン源でイ
オン化された酸素イオンを、加速手段によって試料照射
速度に加速し、次いで、質量分離手段で酸素イオンだけ
を選別し、選別した酸素イオンを減速手段で試料に照射
したい速度まで減速し、この後、前記請求項1の酸素イ
オン中性化器による電荷交換によって、ほぼ均一な粒子
エネルギーを持つ中性酸素原子ビームが生成される。こ
のような電荷交換による中性化法は、例えば電子との再
結合などと比較すると効率が高くなる。また、前記加速
手段としては引出し電極を用いることができ、酸素原子
ビームのエネルギーは前記引出し電極の電圧に等しくな
るため、この引出し電極の電圧を変えることによって簡
単に制御することができる。さらに、レーザー誘起蛍光
測定装置では、例えばレーザー誘起蛍光用レーザーで2
26nmのレーザー光を発生して酸素原子ビームに照射
する。226nmのレーザー光は中性酸素原子だけを励
起し、励起した酸素原子は844nmの蛍光を放出す
る。この蛍光は前記レーザー誘起蛍光測定装置によって
検出され、蛍光強度を構成することにより酸素原子の絶
対密度が求められる。従って、前記レーザー誘起蛍光測
定装置により、酸素原子密度をその場で正確に計測する
ことができる。前記中性化器での酸素イオンの中性化効
率は、真空排気装置の排気量が一定の場合、酸素ガスの
導入量に依存するが、中性化効率を最大にする酸素ガス
の導入量は、前記レーザー誘起蛍光測定装置によって、
酸素ガスの導入量と中性酸素原子の密度との関係を調べ
ることによって明らかにすることができる。また、酸素
イオンビームのフラックスは、イオン源での酸素イオン
発生条件によって変化する。従って、前記レーザー誘起
蛍光測定装置により、前記フラックスをコントロールし
ながら劣化模擬実験による劣化の定量的評価が可能とな
り、加速実験においても信頼性が向上する。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the second aspect of the present invention, in the oxygen atom beam generator, the oxygen ions ionized by the ion source are accelerated to the sample irradiation speed by the acceleration means, and then the mass separation means is used. Only the oxygen ions are selected, and the selected oxygen ions are decelerated by the deceleration means to the speed at which the sample is desired to be irradiated. After that, a substantially uniform particle energy is obtained by the charge exchange by the oxygen ion neutralizer according to claim 1. A neutral oxygen atom beam is generated. The neutralization method by such charge exchange has higher efficiency than, for example, recombination with electrons. Further, an extraction electrode can be used as the accelerating means, and the energy of the oxygen atom beam becomes equal to the voltage of the extraction electrode, so that it can be easily controlled by changing the voltage of the extraction electrode. Further, in the laser-induced fluorescence measuring device, for example, a laser for laser-induced fluorescence is used.
A 26 nm laser beam is generated to irradiate the oxygen atom beam. The laser light of 226 nm excites only neutral oxygen atoms, and the excited oxygen atoms emit fluorescence of 844 nm. This fluorescence is detected by the laser-induced fluorescence measuring device, and the absolute density of oxygen atoms is obtained by constituting the fluorescence intensity. Therefore, the laser-induced fluorescence measuring device can accurately measure the oxygen atom density on the spot. The neutralization efficiency of oxygen ions in the neutralizer depends on the introduction amount of oxygen gas when the exhaust volume of the vacuum exhaust device is constant, but the introduction amount of oxygen gas that maximizes the neutralization efficiency. Is the laser-induced fluorescence measuring device,
It can be clarified by examining the relationship between the amount of introduced oxygen gas and the density of neutral oxygen atoms. Also, the flux of the oxygen ion beam changes depending on the oxygen ion generation conditions in the ion source. Therefore, the laser-induced fluorescence measuring device enables quantitative evaluation of deterioration by a deterioration simulation experiment while controlling the flux, and reliability is improved even in an acceleration experiment.

【0025】請求項3の発明における耐酸素原子性評価
装置は、試料ホルダーが回転することにより、酸素原子
ビームの試料への照射角度と劣化との関係を明らかにす
ることが可能となり、これによって、宇宙機表面の部位
による材料劣化の違いを正確に調べることができる。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the third aspect of the present invention, by rotating the sample holder, it becomes possible to clarify the relationship between the irradiation angle of the oxygen atom beam to the sample and the deterioration. , It is possible to accurately investigate the difference in material deterioration depending on the part of the spacecraft surface.

【0026】請求項4の発明における耐酸素原子性評価
装置は、試料準備室を備え、この試料準備室内に複数の
試料が予め備え付けていることにより、試料交換時の都
度、劣化反応室の真空吸引力を解放した後、再度、真空
吸引力を発生させるという手間が省け、複数試料の継続
的な劣化加速実験を行うことが可能となる。
The oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the invention of claim 4 is provided with a sample preparation chamber, and a plurality of samples are provided in advance in the sample preparation chamber, so that the vacuum of the deterioration reaction chamber is changed every time the sample is replaced. After releasing the suction force, the trouble of generating the vacuum suction force again can be saved, and continuous deterioration acceleration experiments of a plurality of samples can be performed.

【0027】請求項5の発明における耐酸素原子性評価
装置は、四重極型質量分析計によって、酸素原子を試料
に照射する前後の生成ガスを分析することができ、これ
によって、材料劣化メカニズムに関する情報が得られ
る。
In the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the quadrupole mass spectrometer can analyze the generated gas before and after irradiating the sample with oxygen atoms. Get information about.

【0028】[0028]

【実施例】 実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の請求項1に対応した実施例1に
よる高効率酸素イオン中性化器の概略的な断面構成図で
あり、図7と同一または相当部分には同一符号を付して
説明を省略する。図において、65は中性化器6の外側
を囲む差動排気室で、この差動排気室65に接続されて
前記中性化器6のガス導入管63を囲む真空排気管64
を一体に有しおり、この真空排気管64は前記ガス導入
管63との間で真空排気路64aを形成している。従っ
て、この真空排気路64aは、ガス導入管63と真空排
気管64とによる二重管構造から成っている。66は前
記差動排気室65の一側に設けられて前記中性化器6の
入口側オリフィス61に対向する入口側オリフィス、6
7は前記差動排気室65の他側に設けられて前記中性化
器6の出口側オリフィス62に対向する出口側オリフィ
スであり、これらのオリフィス61,62,66,67
はビーム経路として同一直線上で並ぶ配列としてある。
EXAMPLES Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a high-efficiency oxygen ion neutralizer according to Embodiment 1 corresponding to claim 1 of the present invention, and the same or corresponding parts to those in FIG. Is omitted. In the figure, reference numeral 65 denotes a differential exhaust chamber that surrounds the outside of the neutralizer 6, and a vacuum exhaust pipe 64 that is connected to the differential exhaust chamber 65 and surrounds the gas introduction pipe 63 of the neutralizer 6.
The vacuum exhaust pipe 64 forms a vacuum exhaust passage 64a with the gas introduction pipe 63. Therefore, the vacuum exhaust passage 64a has a double pipe structure including the gas introduction pipe 63 and the vacuum exhaust pipe 64. 66 is an inlet-side orifice that is provided on one side of the differential exhaust chamber 65 and faces the inlet-side orifice 61 of the neutralizer 6,
Reference numeral 7 is an outlet side orifice provided on the other side of the differential exhaust chamber 65 and facing the outlet side orifice 62 of the neutralizer 6, and these orifices 61, 62, 66, 67 are provided.
Are arranged on the same straight line as the beam path.

【0029】このように構成された中性化器6は、耐酸
素原子性評価装置の劣化反応室内部で酸素イオン
(O’)ビームの入口付近に設置される。なお、前記中
性化器6のガス導入管63は従来と同様にガス流量コン
トローラー(図示せず)を有するものである。
The neutralizer 6 thus constructed is installed near the entrance of the oxygen ion (O ') beam in the deterioration reaction chamber of the oxygen atom resistance evaluation apparatus. The gas introduction pipe 63 of the neutralizer 6 has a gas flow controller (not shown) as in the conventional case.

【0030】そして、前記中性化器6と差動排気室65
の各オリフィス61,62,66,67の径を4mm、
コンダクタンスC1 =C2 =C3 =C4 =1.51/s
とし、前記差動排気室65の真空排気装置としてターボ
分子ポンプ(実効排気速度150l/s)、前記劣化反
応室の真空排気装置としてクライムポンプ(実効排気速
度700l/s)を使用する。ここで、前記オリフィス
から流出するガスの量を少なくするための条件 (C1 +C4 )*(C2 +C3 )/(S1 *S2 )=
8.6*10-5<10-2 は満たされている。
Then, the neutralizer 6 and the differential exhaust chamber 65
The diameter of each of the orifices 61, 62, 66, 67 of 4 mm,
Conductance C 1 = C 2 = C 3 = C 4 = 1.51 / s
A turbo molecular pump (effective pumping speed of 150 l / s) is used as a vacuum pumping device of the differential pumping chamber 65, and a climb pump (effective pumping speed of 700 l / s) is used as a vacuum pumping device of the deterioration reaction chamber. Here, the condition (C 1 + C 4 ) * (C 2 + C 3 ) / (S 1 * S 2 ) = for reducing the amount of gas flowing out from the orifice
8.6 * 10 -5 <10 -2 is satisfied.

【0031】次に動作について説明する。前記構成の中
性化器6による酸素イオン(O’)ビーム8の中性化は
以下のようにして行われる。まず、耐酸素原子性評価装
置を酸素イオン(O’)ビーム発生可能な状態にする。
この状態において、差動排気室65に接続された真空排
気装置を作動させ、ガス導入管63を介して中性化器6
内に酸素ガスを導入する。この時、前記ガス導入管63
が備えているガス流量コントローラーを調節し、中性化
器6内の圧力を5*10-2Torr程度にする。中性化
器6内の酸素ガスは、この中性化器6のオリフィス6
1,62を通って流出するが、その殆どは差動排気機構
による差動排気室65から真空排気路64aを通って排
出される。
Next, the operation will be described. Neutralization of the oxygen ion (O ′) beam 8 by the neutralizer 6 having the above-described structure is performed as follows. First, the oxygen atom resistance evaluation apparatus is brought into a state capable of generating an oxygen ion (O ′) beam.
In this state, the vacuum exhaust device connected to the differential exhaust chamber 65 is operated, and the neutralizer 6 is passed through the gas introduction pipe 63.
Oxygen gas is introduced into the inside. At this time, the gas introduction pipe 63
By adjusting the gas flow rate controller provided in, the pressure in the neutralizer 6 is adjusted to about 5 * 10 -2 Torr. The oxygen gas in the neutralizer 6 is the orifice 6 of the neutralizer 6.
1, 62, but most of them are discharged from the differential exhaust chamber 65 by the differential exhaust mechanism through the vacuum exhaust passage 64a.

【0032】この状態において、酸素イオン(O’)ビ
ーム8が中性化器6内に入口側オリフィス61から入射
すると、酸素ガスとの電荷交換によって中性の酸素原子
が生成され、その中性酸素原子ビーム9が前記中性化器
6および差動排気室65の出口側オリフィス62,67
から出射される。この場合、前記中性化器6からの流出
ガスの一部は作動排気されずにオリフィスを通って中性
化器6外部に流出するが、前記オリフィスのコンダクタ
ンスと真空排気装置の実効排気速度の場合、劣化反応室
の圧力は凡そ4.3*10-6Torrになり、低地球軌
道環境と同程度の値に保たれる。このため、中性化器6
の酸素ガス圧を高くして中性化効率を高めても、劣化反
応室の圧力は低地球軌道環境と同程度に保たれ、且つ、
中性化器6での反応生成イオンが試料と反応することは
ない。
In this state, when the oxygen ion (O ′) beam 8 enters the neutralizer 6 from the inlet side orifice 61, neutral oxygen atoms are generated by charge exchange with oxygen gas, and the neutral oxygen atoms are generated. The oxygen atom beam 9 causes the exit side orifices 62 and 67 of the neutralizer 6 and the differential exhaust chamber 65 to be transmitted.
Is emitted from. In this case, a part of the outflow gas from the neutralizer 6 flows out of the neutralizer 6 through the orifice without being operated and exhausted, but the conductance of the orifice and the effective exhaust speed of the vacuum exhaust device are In this case, the pressure in the deterioration reaction chamber is approximately 4.3 * 10 −6 Torr, which is maintained at a value similar to the low earth orbit environment. Therefore, the neutralizer 6
Even if the oxygen gas pressure is increased to increase the neutralization efficiency, the pressure in the deterioration reaction chamber is maintained at the same level as in the low earth orbit environment, and
Reaction product ions in the neutralizer 6 do not react with the sample.

【0033】実施例2.図2は請求項2の発明に対応し
た実施例による耐酸素原子性評価装置の概略的な断面構
成図である。図において、11は低エネルギー酸素原子
ビーム発生装置(酸素原子ビーム発生器)であり、この
低エネルギー酸素原子ビーム発生装置11は、酸素ガス
をイオン化するイオン源1と、このイオン源1からの酸
素イオンを試料照射速度の加速る引出し電極(加速手
段)2と、前記酸素イオンを更に加速する加速電極(加
速手段)3と、前記酸素イオンだけを選別する質量分離
マグネット(質量分離手段)4と、選別された酸素イオ
ンを試料に照射したい速度まで減速する減速電極(減速
手段)5と、実施例1で述べた中性化器6とを、この順
で配置した構成となっており、前記質量分離マグネット
4において、酸素イオン(O’)ビーム8の経路は90
゜曲げられるようになっている。
Example 2. FIG. 2 is a schematic sectional configuration diagram of an oxygen atom resistance evaluation apparatus according to an embodiment corresponding to the invention of claim 2. In the figure, 11 is a low energy oxygen atom beam generator (oxygen atom beam generator). This low energy oxygen atom beam generator 11 includes an ion source 1 for ionizing oxygen gas and oxygen from the ion source 1. An extraction electrode (accelerating means) 2 for accelerating the ion irradiation speed of the sample, an acceleration electrode (accelerating means) 3 for further accelerating the oxygen ions, and a mass separation magnet (mass separation means) 4 for selecting only the oxygen ions. The deceleration electrode (deceleration means) 5 for decelerating the sample to be irradiated with the selected oxygen ions and the neutralizer 6 described in Embodiment 1 are arranged in this order. In the mass separation magnet 4, the path of the oxygen ion (O ′) beam 8 is 90
It can be bent.

【0034】12は劣化反応室であり、この劣化反応室
12と前記低エネルギー酸素原子ビーム発生装置11
は、それぞれ真空排気装置(図示せず)に接続されて真
空引きされている。このため、劣化反応室12は低圧に
保たれ宇宙環境に近づけられている。
Reference numeral 12 is a deterioration reaction chamber, and the deterioration reaction chamber 12 and the low energy oxygen atom beam generator 11
Are connected to a vacuum exhaust device (not shown) and are evacuated. Therefore, the deterioration reaction chamber 12 is kept at a low pressure and is brought close to the space environment.

【0035】13はレーザー誘起蛍光測定装置、14は
そのレーザー誘起蛍光測定装置13の一つの構成要素で
あるレーザー誘起蛍光用レーザー、15は前記レーザー
誘起蛍光測定装置13のもう一つの構成要素としてのレ
ーザー誘起蛍光用蛍光検出装置である。ここで、前記レ
ーザー誘起蛍光用レーザー14は、レーザー光16を劣
化反応室12の窓を通して酸素原子ビームに照射できる
位置に設置されている。また、前記レーザー誘起蛍光用
蛍光検出装置15は、レーザー光16に対して垂直方向
に設置され、レーザー光16と酸素原子ビームの交点か
ら放出される蛍光17を劣化反応室12の窓を通して検
出するようになっている。
Reference numeral 13 is a laser-induced fluorescence measuring device, 14 is a laser-induced fluorescence laser which is one component of the laser-induced fluorescence measuring device 13, and 15 is another component of the laser-induced fluorescence measuring device 13. It is a fluorescence detection device for laser-induced fluorescence. Here, the laser 14 for laser-induced fluorescence is installed at a position where the laser beam 16 can be applied to the oxygen atom beam through the window of the deterioration reaction chamber 12. Further, the fluorescence detection device 15 for laser-induced fluorescence is installed in a direction perpendicular to the laser light 16 and detects the fluorescence 17 emitted from the intersection of the laser light 16 and the oxygen atom beam through the window of the deterioration reaction chamber 12. It is like this.

【0036】次に動作について説明する。前記のように
構成された耐酸素原子性評価装置において、低エネルギ
ー酸素原子ビームは以下のようにして発生する。まず、
イオン源1ではタングステンフィラメントによるアーク
放電によって酸素ガスをイオン(O’)化した後、引出
し電極2が酸素イオン(O’)を試料に照射する速度
(V)に加速し、加速電極3で酸素イオン(O’)を更
に加速(25keV)し、質量分離マグネット4で酸素
イオン(O’)だけを選別する。次いで、減速電極5は
酸素イオン(O’)を試料に照射する速度(V)まで減
速し、次の中性化器6で酸素ガスとの交換によって中性
酸素原子ビーム9が生成される。
Next, the operation will be described. In the oxygen atom resistance evaluation apparatus configured as described above, the low energy oxygen atom beam is generated as follows. First,
In the ion source 1, after oxygen gas is ionized (O ′) by arc discharge with a tungsten filament, the extraction electrode 2 accelerates to a speed (V) at which the sample is irradiated with oxygen ions (O ′), and the acceleration electrode 3 generates oxygen. The ions (O ′) are further accelerated (25 keV), and only the oxygen ions (O ′) are selected by the mass separation magnet 4. Next, the deceleration electrode 5 decelerates to a speed (V) at which oxygen ions (O ′) are irradiated to the sample, and the neutralizer 6 exchanges oxygen gas with the neutral gas 6 to generate a neutral oxygen atom beam 9.

【0037】この結果、ほぼ均一な粒子エネルギーを持
つ中性酸素原子ビーム9が生成される。酸素原子ビーム
のエネルギーは、引出し電極2の電圧の等しいため、こ
の引出し電極2の電圧を変えることによって、10eV
〜5keVの範囲で制御することができる。
As a result, the neutral oxygen atom beam 9 having a substantially uniform particle energy is generated. Since the energy of the oxygen atom beam is equal to the voltage of the extraction electrode 2, by changing the voltage of the extraction electrode 2, 10 eV
It can be controlled in the range of up to 5 keV.

【0038】低エネルギー酸素原子ビーム発生装置11
によって発生した中性酸素原子ビーム9は劣化反応室1
2内の試料18に照射される。レーザー誘起蛍光測定装
置13では、レーザー誘起蛍光用レーザー14で226
nmのレーザー光16を発生し中性酸素原子ビーム9に
照射する。226nmのレーザー光16は中性酸素原子
だけを励起する。励起した酸素原子は844nmの蛍光
17を放出する。この蛍光17はレーザー誘起蛍光用蛍
光検出装置15によって検出され、蛍光強度を校正する
ことにより酸素原子の絶対密度が求められる。このた
め、レーザー誘起蛍光測定装置13によって、酸素原子
密度を正確にその場で計測できる。
Low energy oxygen atom beam generator 11
Neutral oxygen atom beam 9 generated by
The sample 18 in 2 is irradiated. In the laser-induced fluorescence measuring device 13, the laser for fluorescence-induced fluorescence 14 is used for 226
A laser beam 16 of nm is generated and irradiated to the neutral oxygen atom beam 9. The laser light 16 of 226 nm excites only neutral oxygen atoms. The excited oxygen atom emits a fluorescence 17 of 844 nm. This fluorescence 17 is detected by the fluorescence detection device 15 for laser-induced fluorescence, and the absolute density of oxygen atoms is obtained by calibrating the fluorescence intensity. Therefore, the laser-induced fluorescence measuring device 13 can accurately measure the oxygen atom density on the spot.

【0039】また、フラックスはイオン源1での酸素イ
オン(O’)発生条件を変えることによって制御するこ
とができる。従って、レーザー誘起蛍光測定装置13を
取り付けることにより、フラックスをコントロールしな
がらの劣化模擬実験による劣化の定量的評価が可能とな
り、また、加速実験においても信頼性を向上させること
ができる。
The flux can be controlled by changing the oxygen ion (O ') generation conditions in the ion source 1. Therefore, by attaching the laser-induced fluorescence measuring device 13, it becomes possible to quantitatively evaluate the deterioration by the deterioration simulation experiment while controlling the flux, and also to improve the reliability in the acceleration experiment.

【0040】実施例3.図3は請求項3に対応した実施
例による試料ホルダー取付部の断面構成図であり、図に
おいて、19は試料18が取り付けられる試料ホルダ
ー、Sはこの試料ホルダー19を回転可能に支持してい
る鉛直軸であり、この実施例では、試料ホルダー19に
試料18を取付け固定するだけでなく、その試料ホルダ
ー19を回転可能な支持構成とすることにより、中性酸
素原子ビーム9の試料18への照射角度と劣化の関係を
調べることができる。
Example 3. FIG. 3 is a sectional configuration diagram of a sample holder mounting portion according to an embodiment corresponding to claim 3, in which 19 is a sample holder to which a sample 18 is attached, and S is a rotatably supporting sample holder 19. This is a vertical axis. In this embodiment, not only is the sample 18 fixed to the sample holder 19 but also the sample holder 19 has a rotatable support structure so that the neutral oxygen atomic beam 9 can be supported on the sample 18. The relationship between irradiation angle and deterioration can be investigated.

【0041】実施例4.図4は請求項4に対応した実施
例による劣化反応室の断面図である。図において、20
は劣化反応室12内に設けられ試料ホルダー19を支持
するための支持具であり、この支持具20は鉛直軸を中
心として回転可能になっている。21は前記劣化反応室
12に接続された真空容器構成の試料準備室、22はこ
の試料準備室21と前記劣化反応室12との接続部を開
閉する真空バルブ、23はマニピュレーターで、このマ
ニピュレーター23は、前記試料ホルダー19を劣化反
応室12内の前記支持具20と前記試料準備室21との
間で移動させるためのものである。25は前記試料準備
室21内に配置された試料台、26はこの試料台25に
一体的に配列された複数の受取具であり、これらの受取
具26のそれぞれに試料ホルダー19が着脱可能に取付
可能となっている。26aは前記受取具26に設けられ
たL型など鉤状をなした係合用スリット、Pは前記試料
ホルダー19の外周壁部に設けられ前記係合用スリット
26aに係脱可能に係合させるための係合ピンである。
この実施例4では、マニピュレーター23によって、前
記劣化反応室12内の支持具20と前記試料準備室21
内の試料台25との間で試料ホルダー19を移動させる
ことができる。この場合、前記劣化反応室12内の支持
具20は、これに支持された試料ホルダー19が試料準
備室21側を向くように回転させておくこととする。こ
のように試料準備室21を備え、この試料準備室21内
に複数の試料18を予め備え付け、これを、マニピュレ
ーター23で劣化反応室12内の支持具20との間で移
動させることができることにより、試料交換時の都度、
劣化反応室12の真空吸引力を解放した後、その真空吸
引力を再度発生させるという手間が省け、前記複数の試
料18により継続的な劣化加速実験を行うことが可能で
ある。また、前記試料準備室21にも真空排気装置を取
り付けておけば、劣化反応室12内は真空のままで前記
試料準備室21の試料を交換することができる。
Example 4. FIG. 4 is a sectional view of a deterioration reaction chamber according to an embodiment corresponding to claim 4. In the figure, 20
Is a support tool for supporting the sample holder 19 provided in the deterioration reaction chamber 12, and this support tool 20 is rotatable about a vertical axis. Reference numeral 21 is a sample preparation chamber having a vacuum container structure connected to the deterioration reaction chamber 12, 22 is a vacuum valve for opening and closing a connecting portion between the sample preparation chamber 21 and the deterioration reaction chamber 12, 23 is a manipulator, and this manipulator 23 Is for moving the sample holder 19 between the support 20 and the sample preparation chamber 21 in the deterioration reaction chamber 12. Reference numeral 25 is a sample table arranged in the sample preparation chamber 21, 26 is a plurality of receiving tools integrally arranged on the sample table 25, and the sample holder 19 can be attached to and detached from each of these receiving tools 26. It can be installed. Reference numeral 26a is a hook-shaped engaging slit provided in the receiving tool 26, such as an L-shape, and P is provided in an outer peripheral wall portion of the sample holder 19 for engaging with the engaging slit 26a in a detachable manner. It is an engagement pin.
In the fourth embodiment, the manipulator 23 is used to support the support 20 in the deterioration reaction chamber 12 and the sample preparation chamber 21.
The sample holder 19 can be moved to and from the sample table 25 inside. In this case, the support tool 20 in the deterioration reaction chamber 12 is rotated so that the sample holder 19 supported by the support tool 20 faces the sample preparation chamber 21 side. As described above, the sample preparation chamber 21 is provided, and the plurality of samples 18 are provided in advance in the sample preparation chamber 21, and the manipulator 23 can move the sample 18 between the sample preparation chamber 21 and the support tool 20 in the deterioration reaction chamber 12. , Every time the sample is replaced,
After releasing the vacuum suction force of the deterioration reaction chamber 12, the labor of regenerating the vacuum suction force can be saved, and continuous deterioration acceleration experiments can be performed using the plurality of samples 18. If a vacuum exhaust device is also attached to the sample preparation chamber 21, the sample in the sample preparation chamber 21 can be exchanged while the inside of the deterioration reaction chamber 12 remains vacuum.

【0042】実施例5.図5は請求項5に対応した実施
例による劣化反応室の概略的断面図であり、図におい
て、24は劣化反応室12に備え付けられた四重極型質
量分析計であり、この四重極型質量分析計24は、前記
劣化反応室12内の試料18から放出されるガスをサン
プルガスとし、前記試料18に酸素原子を照射する前後
の生成ガスを分析することにより、材料劣化メカニズム
に関する情報を得ることができる。
Example 5. FIG. 5 is a schematic sectional view of a deterioration reaction chamber according to an embodiment corresponding to claim 5, and in the drawing, 24 is a quadrupole mass spectrometer provided in the deterioration reaction chamber 12. The mass spectrometer 24 uses the gas released from the sample 18 in the deterioration reaction chamber 12 as a sample gas and analyzes the generated gas before and after irradiating the sample 18 with oxygen atoms to obtain information on the material deterioration mechanism. Can be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、中性化室を差動排気室で囲んだ構成としたことによ
り、前記中性化室内から反応生成イオンや酸素ガスが流
出する量を最小限に抑えることができ、この結果、低地
球軌道において宇宙機が曝される酸素原子フラックス:
1013〜1015個/cm2 secと同程度のフラックス
を持つ酸素原子ビームを発生させることができ、このた
め、前記中性化室の酸素ガス圧を高くして中性化効率を
高めても、劣化反応室の圧力は低地球軌道環境と同程度
に保たれ、且つ、中性化室での反応生成イオンが試料と
反応するようなことがないという効果が得られる。ま
た、ガス導入管と真空排気管との二重構造によって真空
排気路が形成されていることから、ガスの導入・排気部
がコンパクトになり、中性化室を真空容器中に取り付け
るときは、この真空容器には、前記ガス導入管・真空排
気管挿通用として共通の一つの穴を設けるだけでよいと
いう利点が得られる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the neutralization chamber is surrounded by the differential exhaust chamber, reaction product ions and oxygen gas are generated from the neutralization chamber. Oxygen atomic flux to which the spacecraft is exposed in low earth orbit can be minimized, resulting in:
It is possible to generate an oxygen atom beam having a flux of about 10 13 to 10 15 pieces / cm 2 sec. Therefore, it is possible to increase the oxygen gas pressure in the neutralization chamber to increase the neutralization efficiency. However, it is possible to obtain the effect that the pressure in the deterioration reaction chamber is maintained at the same level as in the low earth orbit environment and that the reaction product ions in the neutralization chamber do not react with the sample. Further, since the vacuum exhaust path is formed by the double structure of the gas introduction pipe and the vacuum exhaust pipe, the gas introduction / exhaust section becomes compact, and when the neutralization chamber is installed in the vacuum container, This vacuum container has the advantage that it is only necessary to provide one common hole for inserting the gas introduction pipe and the vacuum exhaust pipe.

【0044】請求項2の発明によれば、イオン源でイオ
ン化された酸素イオンを、加速手段によって試料照射速
度に加速し、次いで、質量分離手段で酸素イオンだけを
選別し、選別した酸素イオンを減速手段で試料に照射し
たい速度まで減速し、この後、前記請求項1の酸素イオ
ン中性化器による電荷交換によって、ほぼ均一な粒子エ
ネルギーを持つ中性酸素原子ビームが生成されるので、
例えば電子との再結合などと比較すると効率が高くなる
という効果がある。また、前記加速手段としては引出し
電極を用いることができ、酸素原子ビームのエネルギー
は前記引出し電極の電圧に等しくなるため、この引出し
電極の電圧を変えることによって簡単に制御することが
できるという効果がある。さらに、レーザー誘起蛍光測
定装置では、例えばレーザー誘起蛍光用レーザーで22
6nmのレーザー光を発生して酸素原子ビームに照射す
る。226nmのレーザー光は中性酸素原子だけを励起
し、励起した酸素原子は844nmの蛍光を放出する。
この蛍光は前記レーザー誘起蛍光測定装置によって検出
され、蛍光強度を構成することにより酸素原子の絶対密
度が求められる。従って、前記レーザー誘起蛍光測定装
置により、酸素原子密度をその場で正確に計測すること
ができるという効果がある。前記中性化器での酸素イオ
ンの中性化効率は、真空排気装置の排気量が一定の場
合、酸素ガスの導入量に依存するが、中性化効率を最大
にする酸素ガスの導入量は、前記レーザー誘起蛍光測定
装置によって、酸素ガスの導入量と中性酸素原子の密度
との関係を調べることによって明らかにすることができ
る。また、酸素イオンビームのフラックスは、イオン源
での酸素イオン発生条件によって変化する。従って、前
記レーザー誘起蛍光測定装置により、前記フラックスを
コントロールしながら劣化模擬実験による劣化の定量的
評価が可能となり、加速実験においても信頼性が向上す
るという効果がある。
According to the second aspect of the present invention, the oxygen ions ionized by the ion source are accelerated to the sample irradiation speed by the accelerating means, and then only the oxygen ions are selected by the mass separation means. The deceleration means decelerates to a speed at which the sample is desired to be irradiated, and thereafter, by the charge exchange by the oxygen ion neutralizer according to claim 1, a neutral oxygen atom beam having substantially uniform particle energy is generated.
For example, there is an effect that efficiency is higher than that of recombination with electrons. Moreover, since an extraction electrode can be used as the acceleration means and the energy of the oxygen atom beam becomes equal to the voltage of the extraction electrode, it is possible to easily control by changing the voltage of the extraction electrode. is there. Further, in the laser-induced fluorescence measuring device, for example, a laser for laser-induced fluorescence is used.
A 6 nm laser beam is generated and irradiated with the oxygen atom beam. The laser light of 226 nm excites only neutral oxygen atoms, and the excited oxygen atoms emit fluorescence of 844 nm.
This fluorescence is detected by the laser-induced fluorescence measuring device, and the absolute density of oxygen atoms is obtained by constituting the fluorescence intensity. Therefore, there is an effect that the oxygen atom density can be accurately measured on the spot by the laser-induced fluorescence measuring device. The neutralization efficiency of oxygen ions in the neutralizer depends on the introduction amount of oxygen gas when the exhaust volume of the vacuum exhaust device is constant, but the introduction amount of oxygen gas that maximizes the neutralization efficiency. Can be clarified by investigating the relationship between the introduction amount of oxygen gas and the density of neutral oxygen atoms by the laser-induced fluorescence measuring device. Also, the flux of the oxygen ion beam changes depending on the oxygen ion generation conditions in the ion source. Therefore, the laser-induced fluorescence measuring device enables quantitative evaluation of deterioration by a deterioration simulation experiment while controlling the flux, and has an effect of improving reliability even in an acceleration experiment.

【0045】請求項3の発明によれば、試料ホルダーを
回転可能な支持構成としたことにより、酸素原子ビーム
の試料への照射角度と劣化との関係を明らかにすること
が可能となり、これによって、宇宙機表面の部位による
材料劣化の違いを正確に調べることができるという効果
がある。
According to the third aspect of the present invention, since the sample holder is configured to be rotatable, the relationship between the irradiation angle of the oxygen atom beam on the sample and the deterioration can be clarified. Therefore, there is an effect that it is possible to accurately examine the difference in material deterioration depending on the part of the spacecraft surface.

【0046】請求項4の発明によれば、試料準備室を備
え、この試料準備室内に複数の試料が予め備え付けてい
ることにより、試料交換時の都度、劣化反応室の真空吸
引力を解放した後、再度、真空吸引力を発生させるとい
う手間が省け、複数試料の継続的な劣化加速実験を行う
ことが可能という効果がある。
According to the fourth aspect of the present invention, the sample preparation chamber is provided, and a plurality of samples are provided in advance in the sample preparation chamber, so that the vacuum suction force of the deterioration reaction chamber is released each time the sample is replaced. After that, there is an effect that the trouble of generating a vacuum suction force again can be saved, and continuous deterioration acceleration experiments of a plurality of samples can be performed.

【0047】請求項5の発明によれば、四重極型質量分
析計によって、酸素原子を試料に照射する前後の生成ガ
スを分析することができ、これによって、材料劣化メカ
ニズムに関する情報が得られるという効果がある。
According to the fifth aspect of the present invention, the quadrupole mass spectrometer can analyze the generated gas before and after irradiating the sample with oxygen atoms, thereby obtaining information on the material deterioration mechanism. There is an effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の請求項1に対応した実施例1による
高効率酸素イオン中性化器を示す概略的な断面構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a high-efficiency oxygen ion neutralizer according to Embodiment 1 corresponding to claim 1 of the present invention.

【図2】請求項2の発明に対応した実施例による耐酸素
原子性評価装置の概略的な断面構成図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an oxygen atom resistance evaluation apparatus according to an embodiment corresponding to the invention of claim 2.

【図3】請求項3に対応した実施例による試料ホルダー
取付部の断面構成図である。
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a sample holder mounting portion according to an embodiment corresponding to claim 3;

【図4】図4(a)は請求項4に対応した実施例による
劣化反応室の断面図である。図4(b)は図4(a)に
おける試料台と試料との関連構成を説明するための側面
図である。
FIG. 4 (a) is a sectional view of a deterioration reaction chamber according to an embodiment corresponding to claim 4; FIG. 4B is a side view for explaining a related configuration between the sample table and the sample in FIG. 4A.

【図5】請求項5に対応した実施例による劣化反応室の
概略的断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a deterioration reaction chamber according to an embodiment corresponding to claim 5;

【図6】従来の地上模擬実験装置として例示した酸素原
子ビーム発生器の概略的な構造図である。
FIG. 6 is a schematic structural diagram of an oxygen atom beam generator exemplified as a conventional ground simulation device.

【図7】図6の地上模擬実験装置に使用されている中性
化器の概略的な断面構成図である。
7 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a neutralizer used in the ground simulation experiment device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 引出し電極(加速手段) 3 加速電極(加速手段) 4 質量分離手段 5 減速手段 6 中性化器 8 酸素イオン(O’)ビーム 9 中性酸素原子ビーム 10 酸素イオン(O’) 11 酸素原子ビーム発生器 12 劣化反応室 13 レーザー誘起蛍光測定装置 16 レーザー光 17 蛍光 18 試料 19 試料ホルダー 20 支持具 21 試料準備室 23 マニピュレーター 24 四重極型質量分析計 60 中性化室 61 入口側オリフィス 62 出口側オリフィス 63 ガス導入管 64 真空排気管 64a 真空排気路 65 差動排気室 66 入口側オリフィス 67 出口側オリフィス 1 ion source 2 extraction electrode (accelerating means) 3 acceleration electrode (accelerating means) 4 mass separation means 5 deceleration means 6 neutralizer 8 oxygen ion (O ') beam 9 neutral oxygen atom beam 10 oxygen ion (O') 11 Oxygen Atom Beam Generator 12 Degradation Reaction Chamber 13 Laser Induced Fluorescence Measuring Device 16 Laser Light 17 Fluorescence 18 Sample 19 Sample Holder 20 Support 21 Sample Preparation Room 23 Manipulator 24 Quadrupole Mass Spectrometer 60 Neutralization Chamber 61 Inlet Side orifice 62 outlet side orifice 63 gas introduction pipe 64 vacuum exhaust pipe 64a vacuum exhaust path 65 differential exhaust chamber 66 inlet side orifice 67 outlet side orifice

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 49/42 4230−5E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01J 49/42 4230-5E

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空排気装置を備えた真空容器中に設置
され、酸素イオン(O’)ビームを酸素ガスとの電荷交
換によって中性化し、中性酸素原子ビームを生成する酸
素イオン中性化器において、前記酸素イオン(O’)ビ
ームの入口側オリフィスと出口側オリフィスを同一直線
上に有する中性化室と、この中性化室内に酸素ガスを導
入し且つ該酸素ガス導入量を制御するガス流入量コント
ローラーを有するガス導入管と、前記中性化室を囲み、
且つ、該中性化室の前記入口側オリフィスおよび前記出
口側オリフィスにそれぞれ対向する入口側オリフィスお
よび出口側オリフィスを同一直線上に有する差動排気室
と、この差動排気室を真空排気装置に接続し、且つ、前
記ガス導入管を囲んで該ガス導入管との間で真空排気路
を形成する真空排気管とを備え、前記中性化室の前記入
口側および出口側オリフィスのコンダクタンスをC2
3 、前記差動排気室の前記入口側および出口側オリフ
ィスのコンダクタンスをC1 ,C4 、前記差動排気室系
統の真空排気装置の実効排気速度をS1 、前記真空容器
系統の真空排気装置の実効排気速度をS2 とすると、 (C1 +C4 )*(C2 +C3 )/(S1 *S2 )<1
-2 を満たすことを特徴とする高効率酸素イオン中性化器。
1. An oxygen ion neutralization device, which is installed in a vacuum container equipped with a vacuum exhaust device, neutralizes an oxygen ion (O ′) beam by charge exchange with oxygen gas, and produces a neutral oxygen atom beam. In the reactor, a neutralization chamber having an inlet side orifice and an outlet side orifice of the oxygen ion (O ′) beam on the same straight line, and introducing oxygen gas into the neutralization chamber and controlling the oxygen gas introduction amount A gas inlet pipe having a gas inflow controller for enclosing the neutralization chamber,
Further, a differential exhaust chamber having an inlet-side orifice and an outlet-side orifice which are respectively opposed to the inlet-side orifice and the outlet-side orifice of the neutralization chamber, and the differential exhaust chamber is used as a vacuum exhaust device. A vacuum exhaust pipe that is connected to the gas inlet pipe and forms a vacuum exhaust passage between the gas inlet pipe and the gas inlet pipe. The conductance of the inlet side and outlet side orifices of the neutralization chamber is C 2 ,
C 3 , C 1 and C 4 for the conductance of the inlet side and outlet side orifices of the differential exhaust chamber, S 1 for the effective exhaust speed of the vacuum exhaust device of the differential exhaust chamber system, and vacuum exhaust of the vacuum container system Assuming that the effective pumping speed of the device is S 2 , (C 1 + C 4 ) * (C 2 + C 3 ) / (S 1 * S 2 ) <1
A highly efficient oxygen ion neutralizer characterized by satisfying 0 -2 .
【請求項2】 酸素ガスをイオン化するイオン源、この
イオン源からの酸素イオンを試料照射速度に加速する加
速手段、酸素イオンだけを選別する質量分離手段、その
選別された酸素イオンを試料に照射したい速度まで減速
する減速手段、この減速手段を通過して入射した酸素イ
オンビームを酸素ガスとの電荷交換によって中性化し、
ほぼ均一な粒子エネルギーを持つ中性酸素原子ビームを
生成する酸素イオン中性化器のそれぞれを、この順に配
置して構成された酸素原子ビーム発生器と、この酸素原
子ビーム発生器に接続されてビームライン上に試料ホル
ダーが設置され、少なくとも2つの窓を持つ真空の劣化
反応室と、試料に照射される原子状酸素の密度を測定す
るレーザー誘起蛍光測定装置とを備え、前記劣化反応室
は真空排気装置に接続され、前記レーザー誘起蛍光測定
装置は、前記劣化反応室の窓を通して、前記酸素原子ビ
ーム発生器で生成された酸素原子ビームにレーザー光が
照射され、このレーザー光と前記酸素原子ビームとの交
点が蛍光検出のための観測体積となるように配置されて
いることを特徴とする高効率酸素イオン中性化器を用い
た耐酸素原子性評価装置。
2. An ion source for ionizing oxygen gas, an accelerating means for accelerating oxygen ions from this ion source to a sample irradiation speed, a mass separation means for selecting only oxygen ions, and irradiating the selected oxygen ions on a sample. Deceleration means for decelerating to a desired speed, the oxygen ion beam that has passed through this deceleration means and is neutralized by charge exchange with oxygen gas,
An oxygen atom beam generator configured by arranging oxygen ion neutralizers that generate a neutral oxygen atom beam with almost uniform particle energy in this order, and connected to the oxygen atom beam generator. A sample holder is installed on the beam line, and a vacuum deterioration reaction chamber having at least two windows and a laser-induced fluorescence measuring device for measuring the density of atomic oxygen with which the sample is irradiated are provided. The laser-induced fluorescence measurement apparatus is connected to a vacuum exhaust apparatus, and the oxygen atom beam generated by the oxygen atom beam generator is irradiated with laser light through the window of the deterioration reaction chamber. Oxygen atomic resistance evaluation using a high-efficiency oxygen ion neutralizer characterized in that the intersection with the beam is arranged so as to be the observation volume for fluorescence detection. Apparatus.
【請求項3】 前記劣化反応室内の試料ホルダーは回転
可能に支持されていることを特徴とする請求項2記載の
耐酸素原子性評価装置。
3. The oxygen atom resistance evaluation apparatus according to claim 2, wherein the sample holder in the deterioration reaction chamber is rotatably supported.
【請求項4】 前記試料ホルダーは前記劣化反応室内で
脱着可能に支持され、前記劣化反応室は、複数の試料が
備えられる真空の試料準備室を真空バルブを介して接続
し、前記試料ホルダーを前記劣化反応室と前記試料準備
室との間で移動させるマニピュレーターを備え、前記劣
化反応室内の試料ホルダーを前記試料準備室に備え付け
の試料ホルダーと順次交換可能にしたことを特徴とする
請求項2または3に記載の耐酸素原子性評価装置。
4. The sample holder is detachably supported in the deterioration reaction chamber, and the deterioration reaction chamber is connected to a vacuum sample preparation chamber equipped with a plurality of samples via a vacuum valve, and the sample holder is attached to the deterioration reaction chamber. The manipulator for moving between the deterioration reaction chamber and the sample preparation chamber is provided, and the sample holder in the deterioration reaction chamber can be sequentially replaced with the sample holder provided in the sample preparation chamber. Alternatively, the oxygen atom resistance evaluation apparatus according to item 3.
【請求項5】 前記劣化反応室に、試料から放出される
ガスをサンプルガスとする四重極型質量分析計を備えた
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の
耐酸素原子性評価装置。
5. The quadrupole mass spectrometer using a gas released from a sample as a sample gas, is provided in the deterioration reaction chamber, and the quadrupole mass spectrometer according to claim 2, wherein Oxygen resistance tester.
JP22359792A 1992-07-31 1992-07-31 Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer and Oxygen Atomic Resistance Evaluation System Using Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer Expired - Fee Related JP3167444B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22359792A JP3167444B2 (en) 1992-07-31 1992-07-31 Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer and Oxygen Atomic Resistance Evaluation System Using Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22359792A JP3167444B2 (en) 1992-07-31 1992-07-31 Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer and Oxygen Atomic Resistance Evaluation System Using Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0652997A true JPH0652997A (en) 1994-02-25
JP3167444B2 JP3167444B2 (en) 2001-05-21

Family

ID=16800674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22359792A Expired - Fee Related JP3167444B2 (en) 1992-07-31 1992-07-31 Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer and Oxygen Atomic Resistance Evaluation System Using Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3167444B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11255505A (en) * 1998-03-10 1999-09-21 Nissan Motor Co Ltd Atomic oxygen collection device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11255505A (en) * 1998-03-10 1999-09-21 Nissan Motor Co Ltd Atomic oxygen collection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3167444B2 (en) 2001-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0398335B1 (en) Converged ion beam apparatus
WO2007108211A1 (en) Gas analyzer
US7385210B2 (en) Device for spectroscopy using charged analytes
Tinone et al. Photodecomposition of poly (methylmethacrylate) thin films by monochromatic soft x‐ray radiation
JP3167444B2 (en) Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer and Oxygen Atomic Resistance Evaluation System Using Highly Efficient Oxygen Ion Neutralizer
WO2012137787A1 (en) Neutral beam formation device, surface analysis device, neutral beam formation method, and surface analysis method
Djurić et al. Measurement of light fragments in dissociative excitation of molecular ions: CD+
JP2640935B2 (en) Surface inspection method and device
JPH0830695B2 (en) Liquid chromatograph / mass spectrometer
Tietsch et al. High density windowless gas jet target
JP5012128B2 (en) Detector for X-ray absorption analysis
JP2861796B2 (en) Neutron beam irradiation device and flight speed measurement method
JP2008116363A (en) Surface analyzing method
JP2002082173A (en) Large current beam monitor
JP5234946B2 (en) Spectroscopic method and spectroscopic apparatus for ion energy
JP2000088809A (en) Method and apparatus for detecting specific atoms in solid
Kaufman et al. Molecular beam analyzer for identifying transient intermediates in gaseous reactions
JPH0351052B2 (en)
JPS5812980B2 (en) Cotaino
CN220121775U (en) Multifunctional ion source device for nanoscale analysis of material surface
KR100303172B1 (en) Method and device for chemical molecular species analysis of substrate surface using cesium ion
JPH0933462A (en) Ion beam analyzer for measurement under atmospheric pressure
JP2001343364A (en) Device for detecting specific atoms in solids
Mathur et al. Probing interatomic potentials by ion translational energy spectrometry: A new crossed molecular beams apparatus
US6310343B1 (en) Electron impact elastic recoil hydrogen atom analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees