JPH0716432A - 荷電粒子除去電極及びその除去方法 - Google Patents
荷電粒子除去電極及びその除去方法Info
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- JPH0716432A JPH0716432A JP16258693A JP16258693A JPH0716432A JP H0716432 A JPH0716432 A JP H0716432A JP 16258693 A JP16258693 A JP 16258693A JP 16258693 A JP16258693 A JP 16258693A JP H0716432 A JPH0716432 A JP H0716432A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子ビーム中の荷電粒子を効率良く取り除く
電極及びその方法を提供する。 【構成】 荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒子を取
り除くための除去電極において、該除去電極が二段以上
の電極から成ることを特徴とするもの。後段の除去電極
には、前段の除去電極よりも高い負電圧を印加する。
電極及びその方法を提供する。 【構成】 荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒子を取
り除くための除去電極において、該除去電極が二段以上
の電極から成ることを特徴とするもの。後段の除去電極
には、前段の除去電極よりも高い負電圧を印加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を含む原子ビ
ームから荷電粒子を取り除くための除去電極及び除去方
法に関する。
ームから荷電粒子を取り除くための除去電極及び除去方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子法レーザー同位体分離は、電子ビー
ムで加熱・蒸発させた金属原子ビームにレーザー光を照
射して目的同位体のみをイオン化し、これを電極に回収
する方法である。
ムで加熱・蒸発させた金属原子ビームにレーザー光を照
射して目的同位体のみをイオン化し、これを電極に回収
する方法である。
【０００３】電子ビーム加熱蒸発源は容易に高密度の金
属原子ビームが得られるので、上述の原子法レーザー同
位体分離や原子ビーム衝突実験等の多くの分野で用いら
れている。電子ビーム加熱蒸発部では、高温のために熱
解離イオンが発生したり、入射電子ビームや反射電子ビ
ーム等によって原子がイオン化されて種々の荷電粒子が
発生し、プラズマとなって蒸発した原子ビームとともに
上昇する。
属原子ビームが得られるので、上述の原子法レーザー同
位体分離や原子ビーム衝突実験等の多くの分野で用いら
れている。電子ビーム加熱蒸発部では、高温のために熱
解離イオンが発生したり、入射電子ビームや反射電子ビ
ーム等によって原子がイオン化されて種々の荷電粒子が
発生し、プラズマとなって蒸発した原子ビームとともに
上昇する。
【０００４】電子ビームによる加熱・蒸発で発生せしめ
た高密度の原子ビームを、原子法レーザー同位体分離に
用いる場合に、原子ビーム中に荷電粒子が多量に含まれ
ていると不都合な場合がある。つまり、原子ビームに含
まれているイオン等の荷電粒子が、原子法レーザー同位
体分離のレーザー照射部に入ると、そのような荷電粒子
も目的とするイオン化した同位体原子と共に電極に回収
されてしまうので、回収イオンの同位体比率が低下し、
同位体の分離効率が低下してしまう。
た高密度の原子ビームを、原子法レーザー同位体分離に
用いる場合に、原子ビーム中に荷電粒子が多量に含まれ
ていると不都合な場合がある。つまり、原子ビームに含
まれているイオン等の荷電粒子が、原子法レーザー同位
体分離のレーザー照射部に入ると、そのような荷電粒子
も目的とするイオン化した同位体原子と共に電極に回収
されてしまうので、回収イオンの同位体比率が低下し、
同位体の分離効率が低下してしまう。
【０００５】これを防止するために、回収部の下部に除
去電極を設け、原子ビーム中の荷電粒子が回収電極間に
流れ込む前に除去電極に正又は負の適当な電圧を印加し
て、荷電粒子を除去している。この場合、荷電粒子の除
去を確実に行う方法は、除去電極に負の高電圧を印加す
ることである。
去電極を設け、原子ビーム中の荷電粒子が回収電極間に
流れ込む前に除去電極に正又は負の適当な電圧を印加し
て、荷電粒子を除去している。この場合、荷電粒子の除
去を確実に行う方法は、除去電極に負の高電圧を印加す
ることである。
【０００６】しかし、同位体分離を効率良く行うために
原子ビームの密度を高くしていくと、荷電粒子も大量に
発生するので、除去電極に印加する電圧を高くする必要
があるばかりでなく、除去電極に流れるイオン電流の量
が増加する。このために、除去電極電圧印加用電源の容
量が大きくなり、装置費や運転維持費等が高価なものと
なってしまう。
原子ビームの密度を高くしていくと、荷電粒子も大量に
発生するので、除去電極に印加する電圧を高くする必要
があるばかりでなく、除去電極に流れるイオン電流の量
が増加する。このために、除去電極電圧印加用電源の容
量が大きくなり、装置費や運転維持費等が高価なものと
なってしまう。
【０００７】また、印加電圧に相当するエネルギーで、
除去電極に入射するイオン電流により除去電極は発熱す
るので、この発熱を吸収するために冷却水等の冷却手段
を用いる必要も生じる。
除去電極に入射するイオン電流により除去電極は発熱す
るので、この発熱を吸収するために冷却水等の冷却手段
を用いる必要も生じる。
【０００８】更に、除去電極の厚さを０ｍｍにすること
はできない。このため、除去電極下端面にもイオン電流
が流れて、除去電極下端面への熱負荷も大きい。
はできない。このため、除去電極下端面にもイオン電流
が流れて、除去電極下端面への熱負荷も大きい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明は原子ビーム中の荷電粒子を効率良く取り除く電極
及びその方法を提供することを目的とする。
発明は原子ビーム中の荷電粒子を効率良く取り除く電極
及びその方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明によれば、荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒
子を取り除くための除去電極において、該除去電極が二
段以上の電極から成ることを特徴とするものが提供され
る。
本発明によれば、荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒
子を取り除くための除去電極において、該除去電極が二
段以上の電極から成ることを特徴とするものが提供され
る。
【００１１】また、本発明によれば、荷電粒子を含む原
子ビームから荷電粒子を取り除く方法であって、イ）二
段以上の除去電極を用意し；そして、ロ）後段の除去電
極に、前段の除去電極よりも高い負電圧を印加する；こ
とから成るものが提供される。
子ビームから荷電粒子を取り除く方法であって、イ）二
段以上の除去電極を用意し；そして、ロ）後段の除去電
極に、前段の除去電極よりも高い負電圧を印加する；こ
とから成るものが提供される。
【００１２】本発明における除去電極は二段以上である
ことが必要である。実際的には、除去電極は二段である
ことが適切である。
ことが必要である。実際的には、除去電極は二段である
ことが適切である。
【００１３】除去電極にはアース電圧又は負の電圧を印
加する。除去電極に正電圧を印加すると、蒸発面が陰
極、除去電極が陽極となってアーク電流が流れるので、
荷電粒子を除去することは困難となる。除去電極に印加
する電圧は原子ビーム中の荷電粒子密度に依存する。即
ち、荷電粒子密度の増加に伴い、高い負の電圧を必要と
する（これに関しては、例えば、「真空」第３５巻第３
号第１８８〜１９１頁（１９９２年）を参照された
い）。例えば、荷電粒子密度が６．５×１０9ｃｍ-3の
場合には、除去電極に印加する電圧が−６６Ｖ程度であ
れば、荷電粒子を完全に除去し得る。なお、荷電粒子密
度が上昇すると、それに伴い蒸着速度も上昇する。
加する。除去電極に正電圧を印加すると、蒸発面が陰
極、除去電極が陽極となってアーク電流が流れるので、
荷電粒子を除去することは困難となる。除去電極に印加
する電圧は原子ビーム中の荷電粒子密度に依存する。即
ち、荷電粒子密度の増加に伴い、高い負の電圧を必要と
する（これに関しては、例えば、「真空」第３５巻第３
号第１８８〜１９１頁（１９９２年）を参照された
い）。例えば、荷電粒子密度が６．５×１０9ｃｍ-3の
場合には、除去電極に印加する電圧が−６６Ｖ程度であ
れば、荷電粒子を完全に除去し得る。なお、荷電粒子密
度が上昇すると、それに伴い蒸着速度も上昇する。
【００１４】本発明においては、除去電極を二段以上使
用し、それぞれの除去電極に印加する電圧を調節するこ
とが重要である。即ち、後段の除去電極には、前段の除
去電極よりも一層高い負の電圧を印加する。印加する電
圧は荷電粒子の密度に応じて調節することができ、例え
ば、上述のように荷電粒子の密度が高い場合には印加す
る電圧も高くする必要がある。
用し、それぞれの除去電極に印加する電圧を調節するこ
とが重要である。即ち、後段の除去電極には、前段の除
去電極よりも一層高い負の電圧を印加する。印加する電
圧は荷電粒子の密度に応じて調節することができ、例え
ば、上述のように荷電粒子の密度が高い場合には印加す
る電圧も高くする必要がある。
【００１５】実際的には、除去電極は二段で使用するこ
とが適切である。この場合には、第一段の除去電極に
は、例えば、アース電圧又は荷電粒子を完全に除去し得
る電圧よりも低い負の電圧を印加する。そして、第二段
の除去電極には、荷電粒子を完全に除去し得る電圧を印
加する。このように電圧を印加すると、第一段の除去電
極に流れるイオン電流密度が第二段の除去電極に流れる
イオン電流密度よりも高いので、除去電極全体に入る入
力パワーを、従来の一段型の除去電極に比して小さくし
得る。また、除去電極下端面への入力パワーは特に小さ
くし得るので、除去電極の発熱を従来型の除去電極より
も均一にし得る。
とが適切である。この場合には、第一段の除去電極に
は、例えば、アース電圧又は荷電粒子を完全に除去し得
る電圧よりも低い負の電圧を印加する。そして、第二段
の除去電極には、荷電粒子を完全に除去し得る電圧を印
加する。このように電圧を印加すると、第一段の除去電
極に流れるイオン電流密度が第二段の除去電極に流れる
イオン電流密度よりも高いので、除去電極全体に入る入
力パワーを、従来の一段型の除去電極に比して小さくし
得る。また、除去電極下端面への入力パワーは特に小さ
くし得るので、除去電極の発熱を従来型の除去電極より
も均一にし得る。
【００１６】電極の形状には特に制限はなく、例えば円
筒形の電極や一対の平行平板電極を使用し得る。また、
原子ビームの拡がりに合わせて、円筒形電極に代えて円
錐台形電極を使用したり、一対の平行平板電極に代えて
一対の平板電極の間隔が原子ビーム入口部で狭く、出口
で広いものも使用し得る。
筒形の電極や一対の平行平板電極を使用し得る。また、
原子ビームの拡がりに合わせて、円筒形電極に代えて円
錐台形電極を使用したり、一対の平行平板電極に代えて
一対の平板電極の間隔が原子ビーム入口部で狭く、出口
で広いものも使用し得る。
【００１７】電極の寸法や材質は、除去すべき荷電粒子
の密度や入力パワーの大きさによって適宜選択し得るも
のである。
の密度や入力パワーの大きさによって適宜選択し得るも
のである。
【００１８】原子ビームを発生させるための電子ビーム
源の種類には特に制限はなく、例えば磁場偏向型電子銃
や直進型電子銃を使用することができる。
源の種類には特に制限はなく、例えば磁場偏向型電子銃
や直進型電子銃を使用することができる。
【００１９】以下、実施例により、本発明を更に詳細に
説明する。
説明する。
【００２０】
【実施例】上面の直径５０ｍｍ、底面の直径４０ｍｍ、
深さ２６ｍｍの水冷銅るつぼ内のガドリニウムを磁場偏
向型電子銃（加速電圧１０ｋＶ、最大電子ビーム入力５
ｋＷ）からの電子ビームを用いて加熱してガドリニウム
原子蒸気を発生させた。蒸着速度は２００Å／ｓまでの
範囲で変化させた。除去電極はステンレス製の一対の平
行平板電極を二段で使用した。第一段の除去電極の間隔
は１．５ｃｍ、長さ１ｃｍであり、第二段の除去電極の
間隔は１．５ｃｍ、長さ３．５ｃｍであった。両段の電
極の間隔は５ｍｍであった。その様子を図１に示す。第
一段の除去電極１には−１０Ｖを印加し、第二段の除去
電極２には電圧を変えながら−６０Ｖまでの電圧を印加
した。しきり板５はアース電位となっている。また、比
較例として、両段の除去電極の双方に同じ電圧を印加し
ながら電圧を変えた実験も行った。ガドリニウムの蒸着
速度は蒸発面から５０ｃｍ上方に設置した水晶振動子型
膜厚計（Ｉｎｆｉｃｏｎ社製）で測定した。荷電粒子４
は負の電圧が印加された除去電極１及び２へ引き込ま
れ、プラズマは除去電極内で消滅した。ガドリニウムの
原子ビーム５は除去電極に引き込まれることなく上昇し
た。その結果を図２に示す。
深さ２６ｍｍの水冷銅るつぼ内のガドリニウムを磁場偏
向型電子銃（加速電圧１０ｋＶ、最大電子ビーム入力５
ｋＷ）からの電子ビームを用いて加熱してガドリニウム
原子蒸気を発生させた。蒸着速度は２００Å／ｓまでの
範囲で変化させた。除去電極はステンレス製の一対の平
行平板電極を二段で使用した。第一段の除去電極の間隔
は１．５ｃｍ、長さ１ｃｍであり、第二段の除去電極の
間隔は１．５ｃｍ、長さ３．５ｃｍであった。両段の電
極の間隔は５ｍｍであった。その様子を図１に示す。第
一段の除去電極１には−１０Ｖを印加し、第二段の除去
電極２には電圧を変えながら−６０Ｖまでの電圧を印加
した。しきり板５はアース電位となっている。また、比
較例として、両段の除去電極の双方に同じ電圧を印加し
ながら電圧を変えた実験も行った。ガドリニウムの蒸着
速度は蒸発面から５０ｃｍ上方に設置した水晶振動子型
膜厚計（Ｉｎｆｉｃｏｎ社製）で測定した。荷電粒子４
は負の電圧が印加された除去電極１及び２へ引き込ま
れ、プラズマは除去電極内で消滅した。ガドリニウムの
原子ビーム５は除去電極に引き込まれることなく上昇し
た。その結果を図２に示す。
【００２１】図２において、縦軸は電極への入力パワー
を示し、これは第一段の除去電極及び第二段の除去電極
に加えた入力パワーの和である。また、の曲線は本願
発明の除去電極を用いた場合の結果を表し、の曲線は
比較例の結果（つまり、従来の一段型の除去電極）を表
す。
を示し、これは第一段の除去電極及び第二段の除去電極
に加えた入力パワーの和である。また、の曲線は本願
発明の除去電極を用いた場合の結果を表し、の曲線は
比較例の結果（つまり、従来の一段型の除去電極）を表
す。
【００２２】本願発明の除去電極では、第一段の除去電
極の印加電圧は低いもののプラズマと除去電極との間隔
（シース）が小さいのでイオン電流密度は大きい。一
方、第二段の除去電極の印加電圧は第一段の除去電極の
それよりも高いが、シースが大きくなっているので、イ
オン電流密度は小さい。従って、第一段と第二段とを合
わせた全体としての入力パワーは従来型の除去電極より
も小さくなる。つまり、同じ蒸着速度（つまり、同じ除
去量）を得る場合には、本願発明の除去電極を用いる方
が電極への入力パワーを小さく出来る。
極の印加電圧は低いもののプラズマと除去電極との間隔
（シース）が小さいのでイオン電流密度は大きい。一
方、第二段の除去電極の印加電圧は第一段の除去電極の
それよりも高いが、シースが大きくなっているので、イ
オン電流密度は小さい。従って、第一段と第二段とを合
わせた全体としての入力パワーは従来型の除去電極より
も小さくなる。つまり、同じ蒸着速度（つまり、同じ除
去量）を得る場合には、本願発明の除去電極を用いる方
が電極への入力パワーを小さく出来る。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、小さな入力パワーで荷
電粒子を効率よく除去することが可能となり、原子法レ
ーザー同位体分離の分離効率が向上する。
電粒子を効率よく除去することが可能となり、原子法レ
ーザー同位体分離の分離効率が向上する。
【図１】本発明の除去電極を表す図である。
【図２】電極入力パワーと蒸着速度との関係を表す図で
ある。
ある。
１ 第一段除去電極 ２ 第二段除去電極 ３ 原子ビーム ４ 荷電粒子 ５ しきり板
Claims (7)
- 【請求項１】 荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒子
を取り除くための除去電極において、該除去電極が二段
以上の電極から成ることを特徴とするもの。 - 【請求項２】 後段の除去電極に、前段の除去電極より
も高い負電圧を印加する、請求項１に記載の電極。 - 【請求項３】 除去電極が二段である、請求項１に記載
の電極。 - 【請求項４】 第一段の除去電極にアース電圧又は低負
電圧を印加し、第二段の除去電極に第一段の除去電極よ
りも高い負電圧を印加する、請求項３に記載の電極。 - 【請求項５】 荷電粒子を含む原子ビームから荷電粒子
を取り除く方法であって、 イ）二段以上の除去電極を用意し；そして、 ロ）後段の除去電極に、前段の除去電極よりも高い負電
圧を印加する；ことから成るもの。 - 【請求項６】 除去電極が二段である、請求項５に記載
の方法。 - 【請求項７】 第一段の除去電極にアース電圧又は低負
電圧を印加し、第二段の除去電極に第一段の除去電極よ
りも高い負電圧を印加する、請求項６に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16258693A JPH0716432A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 荷電粒子除去電極及びその除去方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16258693A JPH0716432A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 荷電粒子除去電極及びその除去方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0716432A true JPH0716432A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15757413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16258693A Pending JPH0716432A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 荷電粒子除去電極及びその除去方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716432A (ja) |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16258693A patent/JPH0716432A/ja active Pending
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