JPH0772759B2 - 低エネルギー荷電粒子ビームパルス化装置 - Google Patents

低エネルギー荷電粒子ビームパルス化装置

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JPH0772759B2
JPH0772759B2 JP3261096A JP26109691A JPH0772759B2 JP H0772759 B2 JPH0772759 B2 JP H0772759B2 JP 3261096 A JP3261096 A JP 3261096A JP 26109691 A JP26109691 A JP 26109691A JP H0772759 B2 JPH0772759 B2 JP H0772759B2
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electrodes
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良一 鈴木
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工業技術院長
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば荷電粒子ビー
ムを用いた測定装置において必要な時間的に短いパルス
状の荷電粒子ビームを、0〜数KeV 程度の低エネルギー
の荷電粒子ビームから作り出す装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、低エネルギーの荷電粒子ビームか
ら1ナノ秒以下の時間的に短いパルス状の荷電粒子ビー
ムを作り出す装置としては、荷電粒子の通過できる入口
スリットと出口スリットの間に一対の偏向電極を配置し
たチョッピング装置と、1個または複数個のバンチャー
からなるバンチング装置を組み合わせたパルス化装置が
知られている。
【0003】このパルス化装置においては、低エネルギ
ーの連続荷電粒子ビームをチョッピング装置でチョッピ
ングし、バンチング装置のバンチャーでは荷電粒子ビー
ムの進行方向に時間的に変化する電界を発生させてチョ
ッピングされた荷電粒子ビームの時間幅を更に狭め、こ
れにより連続ビームから短パルスビームを生成すること
が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この短パルス化装置に
おいて、チョッピング装置は一対の偏向電極間に高周波
の電界をかけることにより、入口スリットを通過した連
続荷電粒子ビームを偏向させて不要なビームを出口スリ
ットで遮断し、必要なビームのみ出口スリットを通過さ
せてビームを断続してパルス化する。
【0005】しかし、このチョッピング装置ではビーム
の進行方向にビーム輸送用の磁場がかけられている場
合、エネルギーが低い荷電粒子は磁場中でサイクロトロ
ン運動し、この運動の半径によりチョッピング装置によ
ってパルス化できるビーム径が制限されるという問題が
ある。
【0006】更に、この運動のサイクロトロン周波数に
より、パルス化の周波数も制限され、周波数の変更が難
しい。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、この発明では荷電粒子の通過できる多数の空隙を持
つ入口電極と出口電極の間に、荷電粒子の通過できる多
数の空隙を持つ1又は2以上の中間電極を配置し、且つ
上記空隙の大きさをそれぞれの電極間の間隙に比べて小
さくするとともに、上記中間電極に時間的に変化する電
位をかけて荷電粒子ビームをチョッピングするチョッピ
ング装置と、1個または複数個のバンチャーを有するバ
ンチング装置からなる低エネルギー荷電粒子ビームパル
ス化装置を提案するものである。
【0008】ここで、荷電粒子とは、電子、イオン、陽
電子、反陽子、ミュー中間子、分子、クラスターなどの
正または負の電荷をもつ粒子である。
【0009】多数の空隙を持つ入口電極、出口電極、中
間電極等としては、導電性の薄板に荷電粒子の通過でき
る程度の穴を多数設けた電極、導電性の細線により形成
した網目状またはすだれ状の電極等を使用することがで
きる。
【00010】これらの電極は、空隙のある部分の面積
に対して空隙の面積の割合を十分に大きくし、且つ電極
に開ける空隙の大きさdmは電極間の間隙dg,dg’
…より十分に小さくするようにする。また、電極間の間
隙dg,dg’…は小さい方がビームのエネルギーのモ
ジュレーションが少ない。
【0011】以上のパルス化装置において、チョッピン
グ装置では入口と出口電極には荷電粒子ビームのエネル
ギー(E0)より低い静電位(荷電粒子の電荷が正の
時、E0>V2,V3,荷電粒子の電荷が負の時、E0
>−V2,−V3)をかけ、中間電極には時間的に変化
する電位をかけ、電極間の電界によってビームを断続す
ることにより連続的なビームをチョッピングする。
【0012】
【作用】 以上のようにすると、荷電粒子ビームのエネル
ギーが中間電極の電位よりも低い時はビームは入口電極
と中間電極の間の電界で反射され、ビームのエネルギー
が中間電極の電位よりも高い時はビームは出口電極を通
過する。
【0013】この場合、入口電極と出口電極には静電位
がかけられているため、このチョッピング装置の外では
ビームがチョッピング装置によって受けるエネルギーの
モジュレーションは非常に少ない。
【0014】このチョッピング装置では電極間の間隔及
び空隙の大きさを充分に狭くすることにより、ナノ秒程
度以下の高速でビームの断続ができる。
【0015】このようにチョッピングされたビームは、
次のバンチング装置で更にパルスの時間幅を狭めて短パ
ルス化される。
【0016】しかして、この発明においてはチョッピン
グ装置の電極間に発生する時間的に変動する電界によっ
て連続荷電粒子ビームをチョッピングするため、輸送用
磁場などによってチョッピング動作周波数が制限されな
い。したがって、チョッピング装置のチョッピングの周
波数はバンチング装置の動作周波数のn分の1(n≧
1)の任意の周波数を選ぶことができ、チョッピング装
置に入力する制御信号の周波数を変更するだけで、容易
にこの発明の装置の動作周波数を変えることができる。
【0017】これにより、パルス化ビームの使用目的に
応じた最適な周波数のパルス化ビームを得ることができ
る。
【0018】また、この発明ではサイクロトロン運動に
よるビーム径の制限がないため、荷電粒子ビームの中の
粒子の密度が小さい場合でも、ビーム径を広げることに
より効率の高いパルス化が可能となる。
【0019】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。図1は、この発明の一実施例を示す正の
電荷を持つ荷電粒子である陽電子の連続ビームの短パル
ス化装置である。短パルス化装置は磁場Bに従って陽電
子1の入射方向に、陽電子1が通過できるメッシュ状電
極で構成される入口電極2a, 中間電極2b, 出口電極2cを
配置してなるチョッピング装置2、サブハーモニックプ
リバンチャー3とメインバンチャー4で構成されるバン
チング装置5、ターゲット部6、検出器7を配列して構
成される。
【0020】チョッピング装置2は、図2に示すように
入口電極2a, 中間電極2b, 出口電極2cの間隔dg ,dg
´がチョッピング時間(tw )に陽電子1の飛行する距
離tw (2m/E0)1/2より充分に小さくする。
【0021】更に、電極2a,2b,2cのメッシュの大きさd
m は電極間の間隔dg ,dg ´より充分に小さくし、こ
の実施例ではdm はdg ,dg ´の5乃至10分の1 以下
であることが望ましい。
【0022】一方、バンチング装置5はそのメインバン
チャー4の動作周波数をf とし、サブハーモニックプリ
バンチャー3の動作周波数をf/4 としている。このバン
チング装置5全体の動作周波数は、f/4 である。
【0023】チョッピング装置2の中間電極2bにはV
c(t)の変動電位がかけられ、入口電極2aと出口電極2cに
は陽電子ビーム1より低い静電位V2 ,V3 がかけら
れ、またチョッピング装置2の周波数は、バンチング装
置5の周波数の整数分の1で可変とする。
【0024】この場合、入口電極2aと中間電極2bの間に
は電位V1(t)が静電位V2 及びV3より低い場合には実
線の矢印方向で示し、電位V1(t)が静電位V2 及びV3
より低い場合には点線の矢印方向で示すような時間的に
変化する電界8が発生する。同様に、中間電極2bと出口
電極2cの間にも時間的に変化する電界8´が発生する。
【0025】したがって、電位V1(t)が陽電子ビーム1
のエネルギーE0 より高い時には陽電子ビーム1は入口
電極2aと中間電極2bの間で発生した点線の矢印方向で示
される電界8で反射され、一方電位V1(t)が陽電子ビー
ム1のエネルギーE0 より低いときには陽電子ビーム1
は入口電極2aと中間電極2bの間で発生する実線の矢印方
向で示される電界8で加速され、中間電極2bと出口電極
2c間を通過し、かくして陽電子ビーム1のチョッピング
が行なわれる。
【0026】チョッピングされた陽電子ビーム1はバン
チング装置5のメインバンチャー4、サブハーモニック
プリバンチャー3を通過する間に更にパルス幅が狭めら
れる。
【0027】図3は、f=150MHzの時、直流的な陽電子ビ
ーム1を以上のパルス化装置に入射させ、チョッピング
装置2のみ(a)、チョッピング装置2とバンチング装
置5の両方(b)を動作させたときのターゲット部6に
おける陽電子の消滅時に放出されるγ線の強度の時間分
布である。
【0028】この時間分布は、陽電子のパルスの形が測
定の分解能と陽電子の試料における寿命(100ピコ秒〜20
0 ピコ秒程度) により、若干変形しているが、時間分布
のピークから左側の分布は、ほぼ陽電子のパルスの形を
反映している。
【0029】この分布を見ると、チョッピング装置2の
みでは半値幅2ナノ秒程度の幅のパルスが、バンチング
装置5によって更に狭められて半値幅1ナノ秒以下の短
パルスになったことが明らかである。
【0030】
【発明の効果】以上要するに、この発明によれば測定装
置などに必要な1ナノ秒以下の短パルス荷電粒子ビーム
を低エネルギーの連続的な荷電粒子ビームから作り出す
ことができる。
【0031】また、パルス化の周波数をパンチング装置
の動作周波数のn分の1にでき、且つnを任意に変える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す陽電子の連続ビーム
の短パルス化装置の概略図
【図2】同上の短パルス化装置におけるチョッピング装
置の概略図
【図3】同上の短パルス化装置を使って測定したターゲ
ット位置で消滅した陽電子の時間スペクトルで、(a)
は短パルス化装置の中のチョッピング装置のみ動作させ
たときの時間スペクトル、(b)はチョッピング装置と
バンチング装置の両方を動作させたときの時間スペクト
ル
【符号の説明】
1 直流的な陽電子ビーム 2 チョッピング装置 3 サブハーモニックプリバンチャー 4 メインバンチャー 5 バンチング装置 6 ターゲット部 7 検出器 2a,2b,2c 入口電極、中間電極、出口電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ
    入口電極と出口電極の間に、荷電粒子の通過できる多数
    の空隙を持つ1又は2以上の中間電極を配置し、且つ上
    記空隙の大きさをそれぞれの電極の間隙に比べて小さく
    するとともに、上記入口電極及び出口電極には荷電粒子
    ビームのエネルギーより低い静電位をかけ、上記中間電
    極には時間的に変化する電位をかけてチョッピングする
    チョッピング装置と、上記チョッピング装置の下流側に
    配置した1個又は複数個のバンチャーを有するバンチン
    グ装置からなることを特徴とする低エネルギー荷電粒子
    ビームパルス化装置。
JP3261096A 1991-09-12 1991-09-12 低エネルギー荷電粒子ビームパルス化装置 Expired - Lifetime JPH0772759B2 (ja)

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JP6121186B2 (ja) * 2013-02-13 2017-04-26 住友重機械工業株式会社 バンチャー及び加速器

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