(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するトムソンパラボラ型のイオン分析装置であって、
前記イオン発生源から発生したイオンのうち特定方向に飛行するイオンを選択的に出力するコリメータと、
前記特定方向に対して各々垂直であって互いに平行な電場および磁場を形成し、前記コリメータから出力されたイオンを当該電磁場に通過させ、その電磁場により前記イオンを偏向させる電磁場発生部と、
前記特定方向に対して垂直な主面を有し、前記電磁場発生部により形成された電磁場を経て到達したイオンを前記主面に入射して、そのイオン入射位置から光を発生するプラスチックシンチレータと、
前記プラスチックシンチレータから発生した光を検出する光検出部と、
前記光検出部による検出結果に基づいて、前記イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する分析部と、
前記プラスチックシンチレータと前記光検出部との間に設けられ、前記プラスチックシンチレータで発生した光を選択的に前記光検出部へ透過させる光フィルタと、
を備えることを特徴とするイオン分析装置。
【請求項２】
前記電磁場発生部と前記プラスチックシンチレータとの間に設けられ、前記プラスチックシンチレータへのノイズ光の入射を阻止し、イオンを通過させる金属箔を更に備えることを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【請求項３】
前記分析部による分析結果に基づいて前記イオン発生源におけるイオン発生を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【請求項４】
前記光検出部が、前記プラスチックシンチレータにおける光発生分布を撮像するＣＣＤカメラを含み、
前記分析部が、前記ＣＣＤカメラにより撮像された光発生分布に基づいて、前記イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する、
ことを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【請求項５】
前記光検出部が、前記プラスチックシンチレータにおける光発生分布の重心位置を検出する位置検出型素子を含み、
前記分析部が、前記位置検出型素子により検出された重心位置に基づいて、前記イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する、
ことを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【請求項６】
前記光検出部が、前記プラスチックシンチレータにおける個々の位置で発生する光を検出する１個または複数個の受光素子を含み、
前記分析部が、前記受光素子による検出結果に基づいて、前記イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する、
ことを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【請求項７】
前記光検出部が、前記イオン発生源におけるイオン発生の時刻から一定時間経過後の所定期間に限って光を検出するゲート機能を有する、ことを特徴とする請求項１記載のイオン分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するトムソンパラボラ型のイオン分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トムソンパラボラ型のイオン分析装置は、イオン発生源から発生したイオンのうち特定方向に飛行するイオンを電磁場に通過させることで該イオンを偏向させて、その偏向後のイオンの到達位置を検出することで、該イオンの比電荷および運動エネルギを分析することができる。
【０００３】
非特許文献１に記載されたイオン分析装置は、電磁場により偏向された後のイオンの到達位置の分布を検出する為に固体飛跡検出素子を用いている。ここで用いられる固体飛跡検出素子は、プラスチックの平板状部材であり、高速イオンの入射により高分子の鎖が切れ、これによりイオン入射位置を記録する。この固体飛跡検出素子を数時間に亘って水酸化ナトリウム溶液中でエッチングすると、イオン入射に伴い開けられた穴が拡大する。そして、エッチング後の固体飛跡検出素子における穴の分布を顕微鏡下で観測することで、電磁場により偏向された後のイオンが固体飛跡検出素子に到達した位置の分布を検出することができ、ひいては、イオンの比電荷および運動エネルギを分析することができる。
【０００４】
非特許文献２に記載されたイオン分析装置は、電磁場により偏向された後のイオンの到達位置の分布を検出する為にマイクロチャネルプレート（以下「ＭＣＰ」という。）を用いている。ＭＣＰは、電磁場により偏向された後のイオンの到達位置をリアルタイムに検出することができ、ひいては、イオンの比電荷および運動エネルギをリアルタイムに分析することができる。
【非特許文献１】R. Weber, et al., "Thomson parabola time-of-flight ionspectrometer", Rev. Sci. Instrum., Vol.57, No.7, pp.1251-1253 (1986).
【非特許文献２】W. Mroz, et al., "Observation of different Ta and Pt ion groupsproduced by laser radiation with the intensities of Iλ2〜1015 Wcm-2μm2", Rev.Sci. Instrum., Vol.69, No.3, pp.1349-1352 (1998).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載されたイオン分析装置は、固体飛跡検出素子のエッチングおよび顕微鏡下の観測が必要であることから、リアルタイムのイオン分析が不可能であり、非効率である。これに対して、非特許文献２に記載されたイオン分析装置は、ＭＣＰを用いてリアルタイムのイオン分析が可能であり、この点では効率が高い。
【０００６】
ＭＣＰは気圧１０−５Ｐａ以下の高真空環境下で用いられる必要がある。しかし、イオン発生源におけるイオンの発生の為にレーザショットが用いられるレーザプラズマ実験の場合には、そのレーザショットに伴って多量のガスがイオン発生源から放出されるので、ＭＣＰの使用は困難である。さらに、ＭＣＰは高価であるという問題点をも有している。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、リアルタイムのイオン分析が可能であって高効率かつ安価なイオン分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るイオン分析装置は、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するトムソンパラボラ型のイオン分析装置であって、(1) イオン発生源から発生したイオンのうち特定方向に飛行するイオンを選択的に出力するコリメータと、(2) 上記特定方向に対して各々垂直であって互いに平行な電場および磁場を形成し、コリメータから出力されたイオンを当該電磁場に通過させ、その電磁場によりイオンを偏向させる電磁場発生部と、(3) 上記特定方向に対して垂直な主面を有し、電磁場発生部により形成された電磁場を経て到達したイオンを主面に入射して、そのイオン入射位置から光を発生するプラスチックシンチレータと、(4) プラスチックシンチレータから発生した光を検出する光検出部と、(5) 光検出部による検出結果に基づいて、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する分析部と、(6) プラスチックシンチレータと光検出部との間に設けられ、プラスチックシンチレータで発生した光を選択的に光検出部へ透過させる光フィルタと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このイオン分析装置では、イオン発生源から発生してコリメータを経たイオンは、電磁場発生部により電磁場が形成された空間を飛行する間に電場および磁場それぞれにより偏向されて、プラスチックシンチレータの主面に入射する。プラスチックシンチレータへのイオン入射に伴い、そのイオン入射位置から光が発生し、その光は光フィルタを透過して光検出部により検出される。光検出器へのノイズ光（例えば、イオン発生源に照射されたレーザ光の散乱成分）の入射は光フィルタにより阻止される。そして、分析部により、この光検出部による検出結果に基づいて、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギが分析される。
【００１０】
このように、本発明に係るイオン分析装置は、イオン発生源から発生し電磁場発生部を経て到達したイオンを検出する為に、高真空を必要とし高価なＭＣＰでは無く、高真空を必要とせず安価なプラスチックシンチレータを用いている。また、このイオン分析装置は、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータで発生した光を光検出部により検出し、その検出結果に基づいて分析部によりイオンの比電荷および運動エネルギを分析することができる。したがって、このイオン分析装置は、リアルタイムのイオン分析が可能であって高効率かつ安価なものとなる。
【００１１】
本発明に係るイオン分析装置は、電磁場発生部とプラスチックシンチレータとの間に設けられ、プラスチックシンチレータへのノイズ光の入射を阻止し、イオンを通過させる金属箔を更に備えるのが好適である。この場合には、プラスチックシンチレータへのノイズ光（例えば、イオン発生源に照射されたレーザ光の散乱成分）の入射を金属箔（例えばアルミニウム箔）により阻止することができる。この金属箔は、１枚であってもよいが、極薄の金属箔に微小な孔が存在する可能性があって該孔をノイズ光が通過する危険があることから、２枚（または３枚以上）であるのが好ましい。
【００１３】
本発明に係るイオン分析装置は、分析部による分析結果に基づいてイオン発生源におけるイオン発生を制御する制御部を更に備えるのが好適である。この場合には、分析部による分析結果に基づいてイオン発生源におけるイオン発生が制御部により制御されるので、常にイオン発生源におけるイオン発生を最適状態に維持することができる。
【００１４】
光検出部は、プラスチックシンチレータにおける光発生分布を撮像するＣＣＤカメラを含み、分析部は、ＣＣＤカメラにより撮像された光発生分布に基づいて、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するのが好適である。或いは、光検出部は、プラスチックシンチレータにおける光発生分布の重心位置を検出する位置検出型素子を含み、分析部は、位置検出型素子により検出された重心位置に基づいて、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するのも好適である。或いは、光検出部は、プラスチックシンチレータにおける個々の位置で発生する光を検出する１個または複数個の受光素子を含み、分析部は、受光素子による検出結果に基づいて、イオン発生源から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するのも好適である。また、光検出部は、イオン発生源におけるイオン発生の時刻から一定時間経過後の所定期間に限って光を検出するゲート機能を有するのが好適であり、この場合には、Ｘ線の影響を除去することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、リアルタイムのイオン分析が可能であって高効率かつ安価なイオン分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るイオン分析装置１を含む実験系の構成図である。イオン分析装置１は、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析するトムソンパラボラ型のものであって、コリメータ１１、電磁場発生部１２、金属箔１３ａ，１３ｂ、プラスチックシンチレータ１４、光フィルタ１５、光検出部１６、分析部１７および表示部１９を備える。また、図１に示される実験系は、このイオン分析装置１に加えて、更に、レーザ装置６、パルス波形調整部７、集光光学系８、イオン発生源９、真空容器１０および制御部１８をも含む。
【００１８】
真空容器１０の内部には、コリメータ１１、電磁場発生部１２、金属箔１３ａ，１３ｂ、プラスチックシンチレータ１４、光フィルタ１５および光検出部１６が配置され、これらに加えて集光光学系８およびイオン発生源９が配置される。また、真空容器１０の外部には、分析部１７、制御部１８および表示部１９が配置され、これらに加えてレーザ光源６およびパルス波形調整部７が配置される。また、真空容器１０には、真空容器１０の内部を排気する排気手段が接続されている。
【００１９】
レーザ光源６は、イオン発生源９に照射されるべき高エネルギ（例えば数ＴＷ）のパルスレーザ光を出力する。パルス波形調整部７は、レーザ光源６から出力されたレーザ光のパルス波形を制御して出力する。なお、レーザ光のパルス波形を制御する技術としては、特許第３７１３３５０号公報に開示されたものが知られている。真空容器１０内の集光光学系８は、パルス波形調整部７から出力されたレーザ光を集光してイオン発生源９へ照射する。そして、イオン発生源９は、このレーザショットに応じてイオンを発生する。
【００２０】
コリメータ１１は、開口を有していて、イオン発生源９から発生したイオンのうち該開口を通過するもの（すなわち、特定方向に飛行するイオン）を選択的に電磁場発生部１２へ出力する。電磁場発生部１２は、該特定方向（すなわち、入力されるイオンの飛行方向）に対して各々垂直であって互いに平行な電場および磁場を形成するものであり、コリメータ１１から出力されたイオンを当該電磁場に通過させ、その電磁場によりイオンを偏向させる。このイオンの偏向については後に図２を用いて更に説明する。
【００２１】
金属箔１３ａ，１３ｂは、電磁場発生部１２とプラスチックシンチレータ１４との間に設けられ、プラスチックシンチレータ１４へのノイズ光（例えば、イオン発生源９に照射されたレーザ光の散乱成分）の入射を阻止し、イオンを通過させるものである。電磁場発生部１２とプラスチックシンチレータ１４との間に１枚の金属箔が設けられてもよいが、極薄の金属箔に微小な孔が存在する可能性があって該孔をノイズ光が通過する危険があることから、２枚（または３枚以上）の金属箔が設けられるのが好ましい。これら金属箔１３ａ，１３ｂは、例えば、厚さ０.８μｍのアルミニウム箔が用いられる。アルミニウム箔の阻止能は、その膜厚に依存しており、厚さ０.８μｍであるときには、陽子に対して１００ｋｅＶ程度であり、重陽子に対して２００ｋｅＶ程度である。
【００２２】
プラスチックシンチレータ１４は、上記特定方向（すなわち、電磁場発生部１２に入力されるイオンの飛行方向）に対して垂直な主面を有している。プラスチックシンチレータ１４は、電磁場発生部１２により形成された電磁場により偏向され金属箔１３ａ，１３ｂを通過して到達したイオンを主面に入射して、そのイオン入射位置から光を発生する。
【００２３】
一般に、無機結晶（ＮａＩ、ＬｉＩ、ＣｓＩ、等）からなるシンチレータの蛍光減衰時間は０.２μｓ以上である。これに対して、有機蛍光物質（ナフタレン、アントラセン、p-ターフェニル、ＰＢＤ、等）からなるプラスチックシンチレータの蛍光減衰時間は１ｎｓ〜数十ｎｓの程度であって短い。本実施形態に係るイオン分析装置１は、このように蛍光減衰時間が短いプラスチックシンチレータ１４を用いることにより、後述するようにＸ線入射の影響を除去することができる。
【００２４】
プラスチックシンチレータ１４は、例えば、NE TECHNOLOGY社製のＮＥ１０２Ａであって、厚さ０.１ｍｍである。このように厚みを薄くすることで、Ｘ線に対する感度を抑制することができる。また、荷電粒子の入射に対しては、プラスチックシンチレータ１４内部での１００ｅＶのエネルギ損失毎に１個の光子が放出される。トムソンパラボラ型のイオン分析装置１において、プラスチックシンチレータ１４に入射するイオンのエネルギとして１００ｋｅＶ〜１０ＭｅＶ程度が想定され、したがって、千個〜百万個程度の光子の放出が期待される。
【００２５】
光フィルタ１５は、プラスチックシンチレータ１４と光検出部１６との間に設けられ、プラスチックシンチレータ１４で発生した光を選択的に光検出部１６へ透過させ、光検出器１６へのノイズ光（例えば、イオン発生源９に照射されたレーザ光の散乱成分）の入射を阻止する。例えば、レーザ光源６から出力されイオン発生源９に集光照射されるレーザ光の波長は８００ｎｍであり、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４で発生する光の波長は４１０ｎｍである。
【００２６】
光検出部１６は、プラスチックシンチレータ１４で発生し光フィルタ１５を透過した光を検出する。この光検出部１６は、イオン発生源９におけるイオン発生の時刻から一定時間経過後の所定期間に限って光を検出することができるゲート機能を有しているのが好適である。分析部１７は、光検出部１６による検出結果に基づいて、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する。
【００２７】
好適には、光検出部１６は、プラスチックシンチレータ１４における光発生分布を撮像するＣＣＤカメラを含み、分析部１７は、このＣＣＤカメラにより撮像された光発生分布に基づいて、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する。或いは、光検出部１６は、プラスチックシンチレータ１４における光発生分布の重心位置を検出する位置検出型素子（ＰＳＤ）を含み、分析部１７は、この位置検出型素子により検出された重心位置に基づいて、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する。また、或いは、光検出部１６は、プラスチックシンチレータ１４における個々の位置で発生する光を検出する１個または複数個の受光素子（例えばＰＩＮフォトダイオード）を含み、分析部１７は、この受光素子による検出結果に基づいて、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する。
【００２８】
制御部１８は、分析部１７による分析結果に基づいて、イオン発生源９におけるイオン発生を制御する。具体的には、制御部１８は、パルス波形調整部７によるレーザ光のパルス波形の調整、集光光学系８によるイオン発生源９へのレーザ光の集光照射、および、イオン発生源９におけるレーザ光照射位置、の何れかを制御して、イオン発生源９におけるイオン発生を最適状態に維持する。また、表示部１９は、分析部１７による分析結果を表示する。
【００２９】
図２は、本実施形態に係るイオン分析装置１に含まれるコリメータ１１、電磁場発生部１２およびプラスチックシンチレータ１４の斜視図である。この図は、電磁場発生部１２により形成される電磁場におけるイオンの偏向について説明するためのものであり、電磁場発生部１２とプラスチックシンチレータ１４との間に設けられる金属箔１３ａ，１３ｂについては図示が省略されている。また、この図には、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。ｚ軸は、イオン発生源９から発生したイオンのうちコリメータ１１の微小開口１１ａを通過したものの飛行方向（図中において一点鎖線で示す）に平行である。また、ｙ軸は、電磁場発生部１２により形成される電場Ｅおよび磁場Ｍの方向に平行である。
【００３０】
電磁場発生部１２は、電場Ｅを発生する手段として１対の電極１２１，１２２を含み、磁場Ｍを発生する手段として１対の磁石１２３，１２４を含む。１対の電極１２１，１２２それぞれは、ｘｚ平面に平行な主面を有する平板上のものであって、コリメータ１１の開口１１ａを通過したイオンの飛行経路を互いに挟んで設けられていて、両者間に直流電圧が印加されることで、ｙ方向の直流電場Ｅを形成する。１対の磁石１２３，１２４それぞれは、ｘｚ平面に平行な主面を有する平板上のものであって、コリメータ１１の開口１１ａを通過したイオンの飛行経路を互いに挟んで設けられていて、ｙ方向の直流磁場Ｍを形成する。磁石１２３，１２４それぞれは、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。なお、電場Ｅおよび磁場Ｍそれぞれは、イオンが飛行する時に印加されていればよく、パルスであってもよい。
【００３１】
コリメータ１１の開口１１ａを通過してｚ方向に飛行するイオンは、電磁場発生部１２により電磁場が形成された空間を飛行する間に、電場Ｅおよび磁場Ｂそれぞれにより偏向されて、ｘｙ平面に平行なプラスチックシンチレータ１４の主面に入射する（図中において破線で示す）。この偏向に際して、イオンは、電場Ｅにより比電荷（＝イオン価数／イオン質量）に応じた量だけｙ方向の偏向を受け、また、磁場Ｍにより運動エネルギに応じた量だけｘ方向の偏向を受ける。このような偏向を受けたイオンは、プラスチックシンチレータ１４の主面において、比電荷に応じて異なる放物線上の何れかの位置に到達する。また、或る比電荷に対応した放物線上におけるイオン入射位置は、イオンの運動エネルギによって異なる。したがって、プラスチックシンチレータ１４の主面におけるイオン入射位置（イオン入射に応じて光が発生した位置）を検出することで、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析することができる。
【００３２】
本実施形態に係るイオン分析装置１は、イオン発生源９から発生し電磁場発生部１２を経て到達したイオンを検出する為に、高真空を必要とし高価なＭＣＰでは無く、高真空を必要せず安価なプラスチックシンチレータ１４を用いている。また、このイオン分析装置１は、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４で発生した光を光検出部１６により検出し、その検出結果に基づいて分析部１７により直ちにイオンの比電荷および運動エネルギを分析することができる。したがって、このイオン分析装置１は、リアルタイムのイオン分析が可能であって高効率かつ安価なものとなる。
【００３３】
図３は、本実施形態に係るイオン分析装置１において光検出部１６として複数個の受光素子を用いた場合の電磁場発生部１２、プラスチックシンチレータ１４および光検出部１６（受光素子１６１〜１６Ｎ）の斜視図である。この図では、分析部１７，制御部１８および表示部１９がブロック図として示されている一方、電磁場発生部１２とプラスチックシンチレータ１４との間に設けられる金属箔１３ａ，１３ｂについては図示が省略されており、また、プラスチックシンチレータ１４と光検出器１６の間に設けられる光フィルタ１５ついても図示が省略されている。また、この図にも、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。
【００３４】
電磁場発生部１２により偏向されたイオンがプラスチックシンチレータ１４の主面に到達して描く放物線は、イオン種に応じて計算により正確に求めることができる。したがって、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４において光が発生し得る位置に受光素子１６１〜１６Ｎを配置することができる。ここで、Ｎは２以上の整数である。或いは、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４において光が発生し得る位置に光ファイバの一方の端面を配置し、その光ファイバの他方の端面側に受光素子を設けてもよく、この場合には、高い位置分解能とすることが可能である。
【００３５】
分析部１７は、これらの受光素子１６１〜１６Ｎによる検出結果に基づいて、イオン発生源９から発生したイオンの比電荷および運動エネルギを分析する。このとき、分析部１７は、ソフトウェアによる解析によりイオンの比電荷および運動エネルギを分析してもよいが、ハードウェアによる処理によりイオンの比電荷および運動エネルギを分析してもよい。
【００３６】
図４は、本実施形態に係るイオン分析装置１の分析部１７のハードウェア構成例を示す図である。この図に示される分析部１７は、図３に示されたように光検出部１６がＮ個の受光素子１６１〜１６Ｎを含む場合に用いられ得るものである。各受光素子１６ｎの出力端子と接地電位との間に、各々抵抗値Ｒを有するＮ個の抵抗器が直列的に接続されている。ｎは１以上Ｎ以下の整数である。各受光素子１６ｎの出力端子から出力される電流をｊ(ｎ)と表す。各受光素子１６ｎの出力端子の出力電位をＶＡ(ｎ)と表す。また、各受光素子１６ｎの出力端子と接地電位との間の抵抗器列において抵抗分割比「(Ｎ−ｎ)：ｎ」の位置における出力電位をＶＢ(ｎ)と表す。
【００３７】
各受光素子１６ｎについて、出力電位ＶＡ(ｎ)は下記（１）式で表され、出力電位ＶＢ(ｎ)は下記（２）式で表される。出力電位ＶＡ(ｎ)の総和と出力電位ＶＢ(ｎ)の総和との比は下記（３）式で表される。この（３）式は、プラスチックシンチレータ１４における放物線上の電流発生分布の重心位置（すなわち、イオンの運動エネルギ分布の重心）を表している。
【００３８】
【数１】
0004718982.tif 000002
【００３９】
【数２】
0004718982.tif 000003
【００４０】
【数３】
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【００４１】
上記のような図３および図４に示したようなハードウェア構成を採用することにより、イオンの比電荷および運動エネルギをリアルタイムで高速に分析することができ、更には、制御部１８によるイオン発生の制御も高速に行うことができる。なお、イオン数、平均運動エネルギおよびイオン種の分布などの何れか又は組み合わせの情報に基づいて、制御部１８によるイオン発生の制御を行うこともできるが、これらの情報もハードウェア構成により高速に取得することができる。また、光検出部１６が位置検出型素子（ＰＳＤ）を含む場合も同様である。
【００４２】
図５は、本実施形態に係るイオン分析装置１の動作の１タイミング例を示す図である。同図（ａ）は、レーザ光源６から出力されたレーザ光がイオン発生源９に集光照射されるタイミングを示す。同図（ｂ）は、レーザ光照射に伴ってイオン発生源９から発生したイオンおよびノイズ光がプラスチックシンチレータ１４に到達するタイミングを示す。また、同図（ｃ）は、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４から発生した光を光検出部１６が検出するタイミングを示す。
【００４３】
プラスチックシンチレータ１４は、イオンが入射したときに発光するだけでなく、レーザ光源６からのノイズ光や、例えば高速電子が何らかの部材に衝突することで発生するＸ線が入射したときにも発光する。ノイズ光やＸ線の入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４で発生する光は、イオン入射に伴ってプラスチックシンチレータ１４で発生する光に対して背景ノイズとなるので、以下のようにして除去することが望ましい。
【００４４】
運動エネルギ１０ＭｅＶの陽子の飛行速度は光速の１０分の１程度であり、一般に分析対象となるイオンの飛行速度は更に遅い。一方、Ｘ線の速度は光速である。イオン発生源９とプラスチックシンチレータ１４との間の距離を９ｃｍ程度とすると、イオン発生源９で発生したイオンがプラスチックシンチレータ１４に到達する時刻と、イオン発生と同時に発生したＸ線がプラスチックシンチレータ１４に到達する時刻とは、３ｎｓ程度の時間差がある（図５（ｂ））。プラスチックシンチレータ１４の蛍光減衰時間は２ｎｓ程度であるから、Ｘ線入射に伴うプラスチックシンチレータ１４での発光と、イオン入射に伴うプラスチックシンチレータ１４での発光とは、時間的に分離されている。
【００４５】
したがって、光検出部１６は、時間的なゲート機能を有していて、図５に示されるように、イオン発生源９におけるイオン発生の時刻から一定時間経過後の所定期間（イオン入射に伴うプラスチックシンチレータ１４での発光の期間）に限って光を検出することで、Ｘ線入射の影響を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係るイオン分析装置１を含む実験系の構成図である。
【図２】本実施形態に係るイオン分析装置１に含まれるコリメータ１１、電磁場発生部１２およびプラスチックシンチレータ１４の斜視図である。
【図３】本実施形態に係るイオン分析装置１において光検出部１６として複数個の受光素子を用いた場合の発生部１２、プラスチックシンチレータ１４および光検出部１６の斜視図である。
【図４】本実施形態に係るイオン分析装置１の分析部１７のハードウェア構成例を示す図である。
【図５】本実施形態に係るイオン分析装置１の動作の１タイミング例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…イオン分析装置、６…レーザ光源、７…パルス波形調整部、８…集光光学系、９…イオン発生源、１０…真空容器、１１…コリメータ、１２…電磁場発生部、１３ａ，１３ｂ…金属箔、１４…プラスチックシンチレータ、１５…光フィルタ、１６…光検出部、１７…分析部、１８…制御部、１９…表示部。
【図１】
0004718982.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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