(57)【要約】【課題】軽装な装置架台を備え、十分な強度をもつイオンビームを試料に照射することができるようにしたマイクロイオンビーム形成装置の提供。【解決手段】偏向器（５）により鉛直上方方向に偏向されたイオンビームのライン上にイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリット（６’）を設置し、対物スリットの下流側に仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材（１６）を設置し、対物スリットとレンズ部材との間に、対物スリットを出射したビームの発散角を制限するためのスリット部材（９’）及びビームの方向を変えるためのステアラ部材（７，８）を設ける。水平方向走行ビームライン上に結像するビーム像と対物スリット上に結像されるビーム像との大きさがほぼ等倍になるようにした偏向器を用い、要素部品が直線上に配置された架台（３）とやぐら（２）との間に防振部材（２２）を設ける。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームのライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置されたことを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された対物スリットの下流側に、その対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置されたことを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されたことを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するために用いる偏向器は、その水平方向に走行するイオンビームのライン上に結像するイオンビームの像と偏向器によって対物スリット上に結像されるイオンビーム像との大きさがほぼ等倍になるように設定された静電界又は静磁界の偏向器であることを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【請求項５】
水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置され、その対物スリットの下流側に対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置され、前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されており、前記対物スリットとステアラ部材とスリット部材とレンズ部材とからなる要素部品が硬性のビームライン架台に直線上に配置され、この架台が地表から支持されたやぐらとの間に防振部材を介して取り付けられていることを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【請求項６】
請求項５において、前記水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するために用いる偏向器は、その水平方向に走行するイオンビームのライン上に結像するイオンビームの像と偏向器によって対物スリット上に結像されるイオンビーム像との大きさがほぼ等倍になるように設定された静電界又は静磁界の偏向器であることを特徴とするマイクロイオンビーム形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロイオンビーム形成装置に関する。このマイクロイオンビーム形成装置は、例えば、生体細胞等の生体試料にアルファ（４Ｈｅ＋）、プロトン（Ｈ＋）等の高エネルギイオンを照射し、放射損傷の度合いを観察したり、あるいはこの高エネルギイオンを生体細胞等の生体試料に照射し、照射された被照射体から発生する特性Ｘ線を測定するＰＩＸＥ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｘ−ｒａｙ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：粒子誘起Ｘ線放出）分析手法や、ＲＢＳ（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｕｉｎｇ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ラザフォード後方散乱分析）精密ゴニオメータシステム等の分野で用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の生体細胞へのマイクロイオンビーム照射装置の構成を図１（ａ）に示す。本図にはイオンビームを加速する加速器は示されていないが、加速器は、イオンビームを加速できるものであれば、その種類は問わない。加速器としては、例えば、静電加速器、高周波型加速器等を挙げることができる。この静電加速器の場合、シングルエンド型、あるいはタンデムタイプ型であってもよく、その種類は問わない。イオンビームのエネルギは、ＰＩＸＥやＲＢＳ等の分析システム、生体試料等の放射線損傷の研究を対象とする場合、通常、Ｈ＋：０．５ＭｅＶ〜３．４ＭｅＶ、Ｈｅ＋：１ＭｅＶ〜５．１ＭｅＶ程度のエネルギ範囲を想定して研究されている。
【０００３】
このマイクロイオンビーム形成装置において、構成としての光学上の制約は、マイクロイオンビーム形成装置の上流側に凸型レンズを設置し、この凸型レンズによって後述する対物スリット上に結像されるように構成されることが要求される。このような条件さえ満足すれば、マイクロイオンビーム形成装置に供給されるイオンビームの仕様は問われない。もちろん、詳細にはイオンビーム工学上のエミッタンスあるいは発散角、電流値等の条件を設定することも必要であるが、これらのイオンビーム工学上のパラメータや数値は、当業者が適宜選択することができる。
【０００４】
図１（ａ）において、１は建て屋の床であり、通常はコンクリート等で施工されている。２はマイクロイオンビーム形成用のやぐらであり（以下、「やぐら」と呼称）、これもコンクリートで施工されている。このやぐら２の基礎部は建て屋床１から切り離されて施工され、建て屋床１からの振動を隔離している。
【０００５】
３はマイクロイオンビームライン用の架台（以下、「架台」と呼称）であり、後述するマイクロイオンビームを形成する要素機器が搭載されている。この架台３は、やぐら２にしっかりと固定されている。４は対物スリットであり、図中には記載されていないが、本マイクロイオンビーム形成装置の上流側に設置されているレンズにより、この対物スリット４上に仮想上の光源が結像されるように構成されている。５は偏向電磁石であり、やぐら２上に固定されている。６及び９はコリメータスリットであり、偏向電磁石５により偏向されたイオンビームをこの２つのスリットを通過させることにより、発散角と形状を規定するとともにエネルギ分散して広がった裾をカットしている。
【０００６】
７及び８はＸ−Ｙステアラであり、対向した平面状の金属プレートが水平、垂直方向に一組づつ配置されており、イオンビームの方向を変えるように機能する。１０はコリメータであり、約φ１００μｍ×１００ｍｍの円筒状をしている。コリメータ１０の下流側には、大気と真空とを隔離するポリイミドフィルム（以下、フィルムと呼称）１１が取り付けられている。１２は生体試料（以下、「試料」と呼称）であり、詳細には図示していないが、シャーレの中に収納されて設置されている。１３は、光学顕微鏡であり、試料１２を観察するためのものである。対物スリット４は、ベローズ配管１４を介して上流側の加速器のビームラインと接続されている。このベローズ配管１４は、上流側のビームラインによる振動を隔離するために設けられている。２０は足場であり、建て屋床１上に設置されている。２１は観察者であり、足場２０上に立脚して光学顕微鏡１３により観察作業を行う。
【０００７】
上記マイクロイオンビーム形成装置の動作について、図１（ｂ）に示す光学系を参照して説明する。
上流側の加速器から供給されるイオンビームは、対物スリット４上に結像される。このイオンビームを偏向する偏向電磁石５は、凸状の厚肉の集束レンズで構成されており、その焦点（Ｆ）上に対物スリット４が設置されている。そのため、この偏向電磁石５は、イオンビームを偏向するだけではなく、偏向されたイオンビームを偏向電磁石５のレンズ効果により平行イオンビームとして形成する。次いで、この平行イオンビームをコリメータスリット６及び９を通過させて、徐々にその形状をカットして細くし、さらに発散角も制限する。このようにして形成された細い平行イオンビームを、さらにコリメータ１０を通過させて、約φ１００μｍの平行イオンビームを形成する。その後、形成された平行イオンビームをフィルム１１を透過させて真空中から大気中に取り出し、試料１２に照射し、光学顕微鏡１３により試料を観察し、評価する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のマイクロイオンビーム形成装置では、マイクロイオンビームを形成する際に最大の問題となるイオンビームライン形成部への振動を除去するために、建て屋床１から架台３を隔離しなければならず、また、架台３の振動を極力小さくするために、コンクリートで大きな構造物を装備しなければならなかった。
【０００９】
この従来装置を用いたマイクロイオンビーム形成方法によれば、コリメータスリツトを介して、コリメータでイオンビーム径を規定しながら細いイオンビームを形成するために、上流側の対物スリット４上に輸送されたイオンビームの電流値が下流側で大幅に減少するので、試料１２上に十分な強度のイオンビームを照射できないという問題があった。
本発明の課題は、従来のマイクロイオンビーム形成装置のもつ上記問題点を解決することにあり、軽装な装置架台を備え、十分な強度をもつイオンビームを生体試料等に照射することができるよう構成したマイクロイオンビーム形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームのライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置されたことを特徴とする。
上記マイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された対物スリットの下流側に、その対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記マイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されたことを特徴とする。
さらに、上記マイクロイオンビーム形成装置において、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するために用いる偏向器は、その水平方向に走行するイオンビームのライン上に結像するイオンビームの像と偏向器によって対物スリット上に結像されるイオンビーム像との大きさがほぼ等倍になるように設定された静電界又は静磁界の偏向器であることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置され、その対物スリットの下流側に対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置され、前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されており、前記対物スリットとステアラ部材とスリット部材とレンズ部材とからなる要素部品が硬性のビームライン架台に直線上に配置され、この架台が地表から支持されたやぐらとの間に防振部材を介して取り付けられていることを特徴とする。この偏光器は、上記した通りである。
【００１３】
本発明では、上記したように、やぐらの上部と架台の上部とをダンパ等の防振部材を介して固定することにより架台の除振を行っており、また、足場とやぐらとの間は振動が隔離されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるマイクロイオンビーム形成装置の実施の形態を図２を参照して説明する。図２において、図１の場合と同様な構成要素については、特に断らない限り同じ参照符号を用いると共に、その説明を省略する。
【００１５】
４’はイオンビーム径制限スリットであり、５は偏向電磁石である。この２つのユニットは水平ビームライン架台２３上に設置されている。偏向電磁石５と対物スリット６’以降の下流側のマイクロイオンビームラインとは、ベロー配管１５を介して接続されている。このマイクロイオンビームライン中のイオンビーム径制限スリット９’の下流側には、イオンビームを集束するレンズ機能を備えた３連四重極マグネット１６が設置されている。マイクロイオンビーム用架台３には、対物スリット６’からステアラ７、ステアラ８及びイオンビーム径制限スリット９’を経て３連四重極マグネット１６までが一直線上に配置されて、しっかりと固定されている。やぐら２の上部とマイクロイオンビーム用架台３の上部のフランジ部との間には、ダンパ２２が取り付けられ、このダンパを介して両者が固定され除振されている。すなわち、やぐら２からの振動がマイクロイオンビーム用架台３に伝達されないように構成されている。
【００１６】
次に、上記マイクロイオンビーム形成装置の動作について、図２（ｂ）に示す光学系を参照して説明する。
本発明のマイクロイオンビーム形成装置によれば、上流側の加速器より供給されるイオンビームは、マイクロイオンビームラインの上流側に取り付けられているレンズ（図示せず）により、イオンビーム径制限スリット４’上に結像する。このイオンビーム径制限スリット４’を出射したイオンビームは、偏向電磁石５に入射し、偏向される。本装置では、イオンビーム径制限スリット４’、偏向電磁石５及び対物スリット６’は、イオンビーム径制限スリット４’から偏向電磁石５までの距離ａと、偏向電磁石５から対物スリット６’までの距離ｂとがほぼ等しくなる位置になるように設置・構成されている。この距離ａ、ｂは、偏向電磁石５が持つ焦点距離のほぼ２倍であり、像点に対する物点の大きさがほぼ１倍（等倍）になっている。例えば、イオンビーム径制限スリット４’の開口を約２ｍｍ×２ｍｍに設定すると、対物スリット６’上でのイオンビーム形状も約２ｍｍ×２ｍｍとなる。
【００１７】
対物スリット６’から３連四重極マグネット１６までの距離（Ｌ１）と３連四重極マグネット１６から生体試料１２までの距離（Ｌ２）の比（Ｌ２／Ｌ１）に応じてイオンビームは縮小される。例えば、Ｌ１が約２．４ｍでＬ２が３０ｃｍとすると、イオンビームは約１／８に縮小される。かくして、対物スリット６’の開口幅を２０μｍ×２０μｍとすると、試料１２上でのイオンビームの大きさは約２．５μｍ×２．５μｍの大きさとなる。この大きさのイオンビームが試料１２上に照射される。
【００１８】
以下、イオンビームの電流値について検討する。例えば、対物スリット６’上に２ｍｍ×２ｍｍのイオンビームの大きさで２μＡの電流値が得られるとすると、２０μｍ×２０μｍの対物スリット６’の開口を通過するイオンビームの電流値は２００ｐＡとなる。本発明によれば、対物スリット６’通過後のイオンビームをカットすることなく縮小投影して、細いイオンビームを形成せしめるため、例えば、輸送効率が１００％だとすると、試料１２上には２００ｐＡの電流が到達する。つまり、試料１２上に到達するイオンビームの大きさは２．５μｍ×２．５μｍで、かつ、電流値が２００ｐＡである。
【００１９】
次に、マイクロイオンビームへの振動の影響について考察する。マイクロイオンビームライン用架台３が仮に１０μｍ横にゆれたとしても、例えば、上記したように、対物スリット６’の開口幅が２０μｍ×２０μｍであり、かつ対物スリット６’上に到達しているビームの大きさが２ｍｍ×２ｍｍであれば、１０μｍの振動幅はマイクロイオンビームの形成に影響を与えない。やぐら２の上部にダンパ２２を介してマイクロイオンビーム形成用架台３が取り付けられているので、建て屋の床１上での振動が１０μｍであっても、例えば約４ｍの高さのやぐらの上では振動幅は増幅される。例えば１０倍増幅されたとすれば、やぐら２の上部での振動幅は約１００μｍとなる。この１００μｍの振動をダンパ２２で１／１０まで減衰させれば、前記したように想定した１０μｍの振幅となり、マイクロイオンビームの形成に問題はない。市販のダンパで１００μｍの振幅を１０μｍに減衰させることは何等問題ない技術レベルである。
【００２０】
上記したように、偏向電磁石（偏光器）５の上流側に設けられたイオンビーム径制限スリット４’は、本発明では単なる物点となり、マイクロイオンビームを形成するための物点とはならない。このイオンビーム径制限スリット４’上に結像されたイオンビームを偏向電磁石５でほぼ等倍程度にして、偏光電磁石５の下流側に仮想上の光源となる対物スリット６’を新たに設け、偏光電磁石５からのイオンビームをその新たな対物スリット６’上に結像するようにしてある。さらに、生体試料１２と上記新たな対物スリット６’との間にイオンビームを集束するためのレンズ部材１６を設けてある。
【００２１】
上記したように、本発明のマイクロイオンビーム形成装置では、新たに設けた対物スリット６’上に仮想上の光源を形成し、その下流側に新たに設けたレンズ部材１６によって、所定の縮小倍率をもって上記対物スリット６’上のイオンビームの形状を縮小投影し、試料１２上に結像するように照射される。対物スリット６’から集束するためのレンズ部材１６に至る構成要素が硬性のあるビームライン架台３に一緒に設置されていることから、また、対物スリット６’上に結像された物点の大きさはその像点を形成する偏向電磁石の倍率がほぼ等倍であることから、さらにはイオンビーム径も１〜２ｍｍ程度と大きいことから、たとえ床からの振動があっても、対物スリット６’の開口幅（約１０μｍ）に比較してイオンビームの径が約１００倍〜２００倍と大きいので、振動の影響を受け難く、マイクロイオンビームの形成に支障をきたさない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のマイクロイオンビーム形成装置によれば、偏向電磁石に一つのレンズとしての機能を持たせ、水平イオンビームライン上でのイオンビーム径制限スリットの開口で限定されるイオンビーム（仮想上の光源とみなす）とほぼ等倍に結像させる位置に対物スリットを取り付けてあるので、その対物スリットによって形成されるビーム（仮想上の光源とみなす）を試料上に３連四重極レンズで縮小投影することにより、イオンビームの大きさを３μｍ程度の大きさに縮小しても、１００ｐＡの強度を得ることができる。
【００２３】
また、マイクロイオンビーム形成用架台とやぐらとの間にダンパを設けてマイクロイオンビーム形成用ラインを除振するように構成してあるので、対物スリットの振幅を小さくすることができるとともに、例えば１０μｍ程度の振幅が対物スリット上で発生しても、対物スリット上に形成されたビームスポットが２ｍｍ×２ｍｍと対物スリットの開口幅（２０μｍ×２０μｍ）に比較して大きいことから、この大きなイオンビーム径の中で振動してもマイクロイオンビーム形成に与える影響は小さい。
以上のことから、本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、従来のマイクロイオンビーム形成装置に比べて、コスト的にも安くかつ構造も簡素で、さらにイオンビーム電流植の強度を高く保って試料上に供給する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマイクロイオンビーム形成装置の構造例を模式的に示す図であり、（ａ）はこのマイクロイオンビーム形成装置自体の断面図であり、（ｂ）はこのマイクロイオンビーム形成装置の光学系を説明するための模式図である。
【図２】本発明のマイクロイオンビーム形成装置の構造例を模式的に示す図であり、（ａ）はこのマイクロイオンビーム形成装置自体の断面図であり、（ｂ）はこのマイクロイオンビーム形成装置の光学系を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２　やぐら　　　　　　　　　　　　　３　架台
４　対物スリット　　　　　　　　　　４’　イオンビーム径制限スリット
５　偏向電磁石　　　　　　　　　　　６、９　コリメータスリット
６’　対物スリット　　　　　　　　　９’イオンビーム径制限スリット
７、８　Ｘ−Ｙステアラ　　　　　　１０　コリメータ
１２　試料　　　　　　　　　　　　　１６　３連四重極マグネット
２２　ダンパ　　　　　　　　　　　　２３　水平イオンビームライン架台
ａ　偏向電磁石５からスリット４’までの距離
ｂ　偏向電磁石５から対物スリット６’までの距離
Ｌ１　対物スリット６’から３連四重極マグネット１６までの距離
Ｌ２　３連四重極マグネット１６から試料１２までの距離
【図１】
2004144538.tif 000003
【図２】
2004144538.tif 000004