JPS637655B2 - - Google Patents
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- JPS637655B2 JPS637655B2 JP56026916A JP2691681A JPS637655B2 JP S637655 B2 JPS637655 B2 JP S637655B2 JP 56026916 A JP56026916 A JP 56026916A JP 2691681 A JP2691681 A JP 2691681A JP S637655 B2 JPS637655 B2 JP S637655B2
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- particle
- magnetic field
- energy
- detector
- particles
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
本発明は例えば核融合装置等のプラズマから放
出される中性粒子のエネルギー分析と粒子数検出
とを行なう中性粒子検出装置に関する。 第１図は従来の中性粒子検出装置の構成を概略
的に示した図である。この図において符号１は電
荷交換部であり、この電荷交換部１は真空容器２
とこの真空容器２の内部に設けられて中性粒子を
イオン化するストリツピングセル３と、このスト
リツピングセル３に水素ガスなどの電荷交換用の
ガスを供給するガス供給器４と、上記真空容器２
の壁に設けられたガス排気口５Ａ，５Ｂからガス
を排気して上記ストリツピングセル３の周囲を高
真空状態に保つ大排気量の真空ポンプ６とから構
成されている。中性粒子束１１が電荷交換部１に
より荷電粒子束１２に変換された後にエネルギー
分析器１０に入射しエネルギーが分析される。エ
ネルギー分析器１０は、二枚の平行・平板からな
る電極７Ａ，７Ｂ及び前記電極７Ａ，７Ｂの間に
静電界をつくるための電源９とから成つている。
８Ａ〜８Ｅは、上記エネルギー分析器１０に対応
して設けられたイオン検出器であり、前記電極板
７Ｂの後方に設置され、電極板７Ｂは粒子がイオ
ン検出器に入射できる様にイオン検出器の設置場
所に対応した位置にはスリツトが設けられてい
る。また上記エネルギー分析器１０の電極板７
Ａ，７Ｂは、上記荷電粒子１２の入射方向に対し
て45゜傾むけて設置されている。 上記構成の従来の中性粒子測定装置において
は、荷電粒子束１２はエネルギー分析器１０に入
射し、上記電極板７Ａ，７Ｂが形成する静電界に
より放物線軌道を描く。上記放射線軌道は入射粒
子のエネルギーに依存した軌道Ａ〜Ｅを描き空間
的な拡がりをもつ。それ故、エネルギー分析器で
拡がつた軌道Ａ〜Ｅに対応した出射位置に設置さ
れた複数の上記イオン検出器で出射粒子束A′〜
E′を測定することにより、もとの中性粒子束１１
のエネルギー情報が、空間的に配列されたイオン
検出器の位置により、又強度は各々のイオン検出
器の出力信号の大きさにより得ることができる。
また、Ｘ線は上記エネルギー分析器で何ら偏向を
受けないから上記イオン検出器では測定されな
い。 この様な従来の中性粒子測定装置は、そのエネ
ルギーがエネルギー分析器の空間的な拡がりに変
換された後にその軌道に対応して設置されたイオ
ン検出器により分析されるので、装置のエネルギ
ー分解能は上記イオン検出器の設置数により制限
されるという欠点があつた。また分解能を向上す
るためにイオン検出器の数を増やした場合にはそ
れに供なつて必要となる測定回路の数が増大する
という欠点もあつた。 本発明は以上の欠点を除去するためになされた
ものであり、エネルギー分解能が高く装置の構成
が簡略な中性粒子測定装置を提供することを目的
とする。 以下本発明の実施例を図を参照しながら説明す
る。第２図は本発明の一実施例の構成を概略的に
示した図である。なお第１図と同一ケ所は同一番
号を付した。同図において符号２０は、電荷交換
部１を出射した荷電粒子束１２を偏向させるため
の磁場である。磁束は紙面に直交方向で下から上
の向きに加えられる。また符号２１は粒子のエネ
ルギーを検出する半導体検出器である。半導体検
出器は、粒子のエネルギーに比例した出力信号を
発生するからエネルギー分析と粒子数検出は同時
に達成することができる。 本発明においては、上記磁場２０を第２図に示
す様に特殊な配位にすることにより同図に示す１
２Ａの軌道の粒子から１２Ｂに示す粒子までが上
記検出器２１の位置に集束することが１つの特長
となつている。 以下に上記磁場２０の形状について第３図を参
照して説明する。 ここでは上記磁場の入射部、出射部の概略形状
を検討するため、入射粒子束１２の分散は考慮せ
ず、また上記磁場の外側での漏れ磁場をも考慮し
ていないが機能の説明には差しつかえない。第３
図においてｙ軸を入射粒子の軌道とし、磁場への
入射部はｙ＝ｂの位置でｘ軸に平行な平面とす
る。検出器設置位置即ち集束点３１はｘ軸上でｘ
＝ａの位置とする。ｙ軸に沿つて座標（ｏ，ｂ）
で示される入射点２５で磁場に入射した粒子は磁
場の作用によつて円弧状の軌道を描く。この円弧
状の軌道の中心は前記磁場入射点２５から入射方
向に直角な直線ｙ＝ｂ上にあり、入射粒子の運動
量に比例した半径（これをラーモア半径という）
をもつ。即ちラーモア半径は ｒ＝mv／eB ……(1) で表わされる。ここでｍは入射粒子の質量、ｖは
入射粒子の速度、ｅは入射粒子の電荷、Ｂは入射
した磁場の強度である。 磁場の形状を求めることは集束点３１に到達す
るような、磁場からの粒子の出射位置の形状３０
を求めることである。即ち、ｂ点において磁場に
入射した粒子が、粒子自身のもつ運動量に対応し
たラーモア半径３２でその中心がｘ＝ｂの直線上
にあるような円弧軌道３３を描いて偏向し、この
円弧の直線が集束点３１に集束するような円弧上
の点３４を磁場の出射位置とし、ラーモア半径が
分析しようとする粒子の最小運動量から最大運動
量に対応する値まで変化した時の前記出射点３４
の軌跡をもとめれば前記した磁場からの粒子の出
射位置の形状３０が求められる。 上記磁場の出射位置の形状３０は、解析的に求
めることができ第３図のように磁場入射点を座標
（ｃ，ｂ）とし、集束点３１を（ａ，ｏ）とした
場合には、前記形状３０は で表わすことができる。(2)式の正、負の符号は、
(1)式で示されるラーモア半径の大きさにより決め
られる。ラーモア半径が０から
出される中性粒子のエネルギー分析と粒子数検出
とを行なう中性粒子検出装置に関する。 第１図は従来の中性粒子検出装置の構成を概略
的に示した図である。この図において符号１は電
荷交換部であり、この電荷交換部１は真空容器２
とこの真空容器２の内部に設けられて中性粒子を
イオン化するストリツピングセル３と、このスト
リツピングセル３に水素ガスなどの電荷交換用の
ガスを供給するガス供給器４と、上記真空容器２
の壁に設けられたガス排気口５Ａ，５Ｂからガス
を排気して上記ストリツピングセル３の周囲を高
真空状態に保つ大排気量の真空ポンプ６とから構
成されている。中性粒子束１１が電荷交換部１に
より荷電粒子束１２に変換された後にエネルギー
分析器１０に入射しエネルギーが分析される。エ
ネルギー分析器１０は、二枚の平行・平板からな
る電極７Ａ，７Ｂ及び前記電極７Ａ，７Ｂの間に
静電界をつくるための電源９とから成つている。
８Ａ〜８Ｅは、上記エネルギー分析器１０に対応
して設けられたイオン検出器であり、前記電極板
７Ｂの後方に設置され、電極板７Ｂは粒子がイオ
ン検出器に入射できる様にイオン検出器の設置場
所に対応した位置にはスリツトが設けられてい
る。また上記エネルギー分析器１０の電極板７
Ａ，７Ｂは、上記荷電粒子１２の入射方向に対し
て45゜傾むけて設置されている。 上記構成の従来の中性粒子測定装置において
は、荷電粒子束１２はエネルギー分析器１０に入
射し、上記電極板７Ａ，７Ｂが形成する静電界に
より放物線軌道を描く。上記放射線軌道は入射粒
子のエネルギーに依存した軌道Ａ〜Ｅを描き空間
的な拡がりをもつ。それ故、エネルギー分析器で
拡がつた軌道Ａ〜Ｅに対応した出射位置に設置さ
れた複数の上記イオン検出器で出射粒子束A′〜
E′を測定することにより、もとの中性粒子束１１
のエネルギー情報が、空間的に配列されたイオン
検出器の位置により、又強度は各々のイオン検出
器の出力信号の大きさにより得ることができる。
また、Ｘ線は上記エネルギー分析器で何ら偏向を
受けないから上記イオン検出器では測定されな
い。 この様な従来の中性粒子測定装置は、そのエネ
ルギーがエネルギー分析器の空間的な拡がりに変
換された後にその軌道に対応して設置されたイオ
ン検出器により分析されるので、装置のエネルギ
ー分解能は上記イオン検出器の設置数により制限
されるという欠点があつた。また分解能を向上す
るためにイオン検出器の数を増やした場合にはそ
れに供なつて必要となる測定回路の数が増大する
という欠点もあつた。 本発明は以上の欠点を除去するためになされた
ものであり、エネルギー分解能が高く装置の構成
が簡略な中性粒子測定装置を提供することを目的
とする。 以下本発明の実施例を図を参照しながら説明す
る。第２図は本発明の一実施例の構成を概略的に
示した図である。なお第１図と同一ケ所は同一番
号を付した。同図において符号２０は、電荷交換
部１を出射した荷電粒子束１２を偏向させるため
の磁場である。磁束は紙面に直交方向で下から上
の向きに加えられる。また符号２１は粒子のエネ
ルギーを検出する半導体検出器である。半導体検
出器は、粒子のエネルギーに比例した出力信号を
発生するからエネルギー分析と粒子数検出は同時
に達成することができる。 本発明においては、上記磁場２０を第２図に示
す様に特殊な配位にすることにより同図に示す１
２Ａの軌道の粒子から１２Ｂに示す粒子までが上
記検出器２１の位置に集束することが１つの特長
となつている。 以下に上記磁場２０の形状について第３図を参
照して説明する。 ここでは上記磁場の入射部、出射部の概略形状
を検討するため、入射粒子束１２の分散は考慮せ
ず、また上記磁場の外側での漏れ磁場をも考慮し
ていないが機能の説明には差しつかえない。第３
図においてｙ軸を入射粒子の軌道とし、磁場への
入射部はｙ＝ｂの位置でｘ軸に平行な平面とす
る。検出器設置位置即ち集束点３１はｘ軸上でｘ
＝ａの位置とする。ｙ軸に沿つて座標（ｏ，ｂ）
で示される入射点２５で磁場に入射した粒子は磁
場の作用によつて円弧状の軌道を描く。この円弧
状の軌道の中心は前記磁場入射点２５から入射方
向に直角な直線ｙ＝ｂ上にあり、入射粒子の運動
量に比例した半径（これをラーモア半径という）
をもつ。即ちラーモア半径は ｒ＝mv／eB ……(1) で表わされる。ここでｍは入射粒子の質量、ｖは
入射粒子の速度、ｅは入射粒子の電荷、Ｂは入射
した磁場の強度である。 磁場の形状を求めることは集束点３１に到達す
るような、磁場からの粒子の出射位置の形状３０
を求めることである。即ち、ｂ点において磁場に
入射した粒子が、粒子自身のもつ運動量に対応し
たラーモア半径３２でその中心がｘ＝ｂの直線上
にあるような円弧軌道３３を描いて偏向し、この
円弧の直線が集束点３１に集束するような円弧上
の点３４を磁場の出射位置とし、ラーモア半径が
分析しようとする粒子の最小運動量から最大運動
量に対応する値まで変化した時の前記出射点３４
の軌跡をもとめれば前記した磁場からの粒子の出
射位置の形状３０が求められる。 上記磁場の出射位置の形状３０は、解析的に求
めることができ第３図のように磁場入射点を座標
（ｃ，ｂ）とし、集束点３１を（ａ，ｏ）とした
場合には、前記形状３０は で表わすことができる。(2)式の正、負の符号は、
(1)式で示されるラーモア半径の大きさにより決め
られる。ラーモア半径が０から
【式】までの間は、(2)
式の正の符号で示される曲線となり、
【式】を超えてｒ＝
a2＋b2／2aまでは負の符号となる。ｒがa2＋b2／2aを超
える場合には座標（ａ，ｏ）に集束しない。
本発明は、集束点３１で粒子線を検出すること
を目的としており、そのためには、入射粒子線の
入射角度は限られた角度となるので前記(2)式の正
の符号で示される部分のみを考えることとして差
つかえない。今、分析する最小運動量の粒子に対
応した軌道を１２Ａに示すようにｙ軸に平行で負
の方向とすれば、この粒子は磁場により180゜偏向
し集束点３１に向うことになる。その時磁場から
の出射点の座標は、ｘ方向については、出射後の
軌道１２Ａがｙ軸に平行であることから集束点３
１のｘ座標と等しくｘ＝ａであるから、ｘ＝ａを
(2)式に代入することにより、ｙ＝ｂとなり座標
（ａ，ｂ）が出射点となる。入射点２５から分析
される最小運動量の粒子に対応した出射点３４ま
での間の磁場の形状は、本来分析に使用しないか
ら任意であるが、実際上は、入射点２５の座標
（ｏ，ｂ）と出射点３２の座標（ａ，ｂ）を結ぶ
直線ｙ＝ｂの形状にしておくのがよい。 本方式の磁場を用いた一例を以下に説明する。
測定対象の粒子として水素を考える。第３図の集
束点３１に検出器を設置するとしてａ＝４cm、ｂ
＝20cmとした時、最小のラーモア半径は、２cm、
集束点への入射粒子の入射角度を60゜とした時、
最大のラーモア半径は約13cmとなる。磁場強度を
3.2キロガウスとした時には最小のラーモア半径
２cmに相当する粒子エネルギーは約2KeV、最大
ラーモア半径に相当する粒子エネルギーは約
84KeVとなる。即ち第３図に示す形状の磁場を
用いることにより約2KeVから84KeVまでの水素
イオン粒子を集束させることができる。集束点３
１への入射粒子の入射角度を60゜より大きくとれ
れば更に高いエネルギーの粒子をも集束させるこ
とは可能である。 磁場Ｂにより入射粒子の方向は変わるが、エネ
ルギーは保存されるから、集束点にエネルギー分
析の可能な粒子検出器として例えばシリコン表面
障壁形の半導体検出器を設置すれば入射粒子のエ
ネルギースペクトルを得ることができる。また本
発明の中性粒子検出装置では、粒子の入射方向か
ら、粒子と同時に入射するＸ線は磁場の影響をう
けないから検出器には入射しない。さらにエネル
ギー分解能は検出器自身のエネルギー分解能とな
るので、検出器の設置数によつて限定されていた
従来方式に比べて高分解能を達成することができ
る。また粒子検出器として入射エネルギーに対応
した出力波高のパルスを出すエネルギー分析形粒
子検出器を用いているので磁場が多少変動して粒
子の軌道がずれた場合にでも検出器に粒子が入り
さえすればエネルギー分析ができるという利点も
ある。
を目的としており、そのためには、入射粒子線の
入射角度は限られた角度となるので前記(2)式の正
の符号で示される部分のみを考えることとして差
つかえない。今、分析する最小運動量の粒子に対
応した軌道を１２Ａに示すようにｙ軸に平行で負
の方向とすれば、この粒子は磁場により180゜偏向
し集束点３１に向うことになる。その時磁場から
の出射点の座標は、ｘ方向については、出射後の
軌道１２Ａがｙ軸に平行であることから集束点３
１のｘ座標と等しくｘ＝ａであるから、ｘ＝ａを
(2)式に代入することにより、ｙ＝ｂとなり座標
（ａ，ｂ）が出射点となる。入射点２５から分析
される最小運動量の粒子に対応した出射点３４ま
での間の磁場の形状は、本来分析に使用しないか
ら任意であるが、実際上は、入射点２５の座標
（ｏ，ｂ）と出射点３２の座標（ａ，ｂ）を結ぶ
直線ｙ＝ｂの形状にしておくのがよい。 本方式の磁場を用いた一例を以下に説明する。
測定対象の粒子として水素を考える。第３図の集
束点３１に検出器を設置するとしてａ＝４cm、ｂ
＝20cmとした時、最小のラーモア半径は、２cm、
集束点への入射粒子の入射角度を60゜とした時、
最大のラーモア半径は約13cmとなる。磁場強度を
3.2キロガウスとした時には最小のラーモア半径
２cmに相当する粒子エネルギーは約2KeV、最大
ラーモア半径に相当する粒子エネルギーは約
84KeVとなる。即ち第３図に示す形状の磁場を
用いることにより約2KeVから84KeVまでの水素
イオン粒子を集束させることができる。集束点３
１への入射粒子の入射角度を60゜より大きくとれ
れば更に高いエネルギーの粒子をも集束させるこ
とは可能である。 磁場Ｂにより入射粒子の方向は変わるが、エネ
ルギーは保存されるから、集束点にエネルギー分
析の可能な粒子検出器として例えばシリコン表面
障壁形の半導体検出器を設置すれば入射粒子のエ
ネルギースペクトルを得ることができる。また本
発明の中性粒子検出装置では、粒子の入射方向か
ら、粒子と同時に入射するＸ線は磁場の影響をう
けないから検出器には入射しない。さらにエネル
ギー分解能は検出器自身のエネルギー分解能とな
るので、検出器の設置数によつて限定されていた
従来方式に比べて高分解能を達成することができ
る。また粒子検出器として入射エネルギーに対応
した出力波高のパルスを出すエネルギー分析形粒
子検出器を用いているので磁場が多少変動して粒
子の軌道がずれた場合にでも検出器に粒子が入り
さえすればエネルギー分析ができるという利点も
ある。
第１図は従来の中性粒子測定装置を概略的に示
す構成図、第２図および第３図はいずれも本発明
の一実施例を示すもので第２図は全体の概略構成
図、第３図は粒子の軌道と磁場の形状との関係を
示す構成図である。 １…荷電交換部、２…真空容器、３…ストリツ
ピングセル、４…ガス供給器、６…真空ポンプ、
７Ａ，７Ｂ…エネルギー分析器電極、８Ａ〜８Ｅ
…イオン検出器、９…電源、１０…エネルギー分
析器、１１…中性粒子束、１２…荷電粒子束、２
０…磁場、２１…半導体検出器、２２…増幅器、
２３…波高分析器、２５…入射点、３０…運動量
分析器形状、３１…集束点、３４…出射点。
す構成図、第２図および第３図はいずれも本発明
の一実施例を示すもので第２図は全体の概略構成
図、第３図は粒子の軌道と磁場の形状との関係を
示す構成図である。 １…荷電交換部、２…真空容器、３…ストリツ
ピングセル、４…ガス供給器、６…真空ポンプ、
７Ａ，７Ｂ…エネルギー分析器電極、８Ａ〜８Ｅ
…イオン検出器、９…電源、１０…エネルギー分
析器、１１…中性粒子束、１２…荷電粒子束、２
０…磁場、２１…半導体検出器、２２…増幅器、
２３…波高分析器、２５…入射点、３０…運動量
分析器形状、３１…集束点、３４…出射点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中性粒子を運動量を保存したままイオン化す
る電荷交換部と、この電荷交換部から出射したイ
オン化粒子の進行方向と直交する方向に一様な磁
界を形成する磁極と、この磁極で偏向されたイオ
ン化粒子を検知する粒子検出器とを備え、上記磁
界へ入射するイオン化粒子の入射方向をｙ軸、上
記磁界へのイオン化粒子の入射点のｘ座標をｏ，
ｙ座標をｂとし、上記粒子検出器の設置位置のｘ
座標をａ，ｙ座標を０としたときに上記磁界の粒
子射出側境界の形状を なる曲線に形成し、また前記粒子検出器は入射粒
子のエネルギーを検知するエネルギー分析型粒子
検出器としたことを特徴とする中性粒子検出装
置。 ２ シリコン表面障壁形の半導体検出器を粒子検
出器として用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の中性粒子検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56026916A JPS57143256A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Neutral particle detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56026916A JPS57143256A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Neutral particle detecting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57143256A JPS57143256A (en) | 1982-09-04 |
| JPS637655B2 true JPS637655B2 (ja) | 1988-02-17 |
Family
ID=12206517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56026916A Granted JPS57143256A (en) | 1981-02-27 | 1981-02-27 | Neutral particle detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57143256A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0611384U (ja) * | 1992-07-15 | 1994-02-10 | 旭光学工業株式会社 | カバー取付機構 |
-
1981
- 1981-02-27 JP JP56026916A patent/JPS57143256A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0611384U (ja) * | 1992-07-15 | 1994-02-10 | 旭光学工業株式会社 | カバー取付機構 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57143256A (en) | 1982-09-04 |
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