(57)【要約】【課題】  ２つのレーザ装置を用いず簡便に粒子源における高エネルギー粒子の密度分布を測定する。【解決手段】  粒子が拡散する点源の集合である粒子源１と、粒子が入射する検出面２ａを有し当該検出面２ａ上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段２との間に、粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホール３が形成されて成るピンホール部４を配置し、点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホール３を通過して検出面２ａに到達する条件とに基づいて、検出手段２の測定結果から、粒子源１における点源から拡散した粒子数を求める。【選択図】        図１
2005195559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子が拡散する点源の集合である粒子源と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求めることを特徴とする粒子分布の評価方法。
【請求項２】
一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項１記載の粒子分布の評価方法。
【請求項３】
電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の粒子分布の評価方法。
【請求項４】
前記偏向器は、トムソン質量分析器であることを特徴とする請求項３記載の粒子分布の評価方法。
【請求項５】
前記偏向器は、電子スペクトロメータであることを特徴とする請求項３記載の粒子分布の評価方法。
【請求項６】
前記粒子源は、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の粒子分布の評価方法。
【請求項７】
請求項６記載の粒子分布の評価方法により求められる前記ターゲット上での発生粒子の密度分布と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を求めることを特徴とするレーザープロファイルの測定方法。
【請求項８】
請求項６記載の粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所が露出するマスキング材を前記ターゲットの粒子発生面に取り付けることを特徴とする粒子採取方法。
【請求項９】
粒子源より粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備えることを特徴とする粒子分布評価装置。
【請求項１０】
一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項９記載の粒子分布評価装置。
【請求項１１】
電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置したことを特徴とする請求項９または１０記載の粒子分布評価装置。
【請求項１２】
前記偏向器は、トムソン質量分析器であることを特徴とする請求項１１記載の粒子分布評価装置。
【請求項１３】
前記偏向器は、電子スペクトロメータであることを特徴とする請求項１１記載の粒子分布評価装置。
【請求項１４】
前記粒子発生手段は、ターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段を備えることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の粒子分布評価装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の粒子分布評価装置から出力される前記ターゲット上での発生粒子の密度分布を表す情報と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関を表す情報に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を算出することを特徴とするレーザープロファイル測定装置。
【請求項１６】
ターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、請求項６記載の粒子分布の評価方法または請求項１４記載の粒子分布評価装置により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えることを特徴とする粒子採取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子、陽電子、イオン、中性子、Ｘ線、γ線などの高エネルギー粒子の粒子源における密度分布を求める方法および装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、レーザ光線をターゲットに照射することによって発生した高エネルギー粒子の当該ターゲット上における密度分布を求める方法および装置並びにこれを利用したレーザープロファイルの測定方法および装置、粒子採取方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、レーザ光線をターゲットに瞬間的に照射して、電子、陽電子、イオン、中性子、Ｘ線、γ線などの高エネルギー粒子を発生させる技術が開示されている。この技術は、透視画像計測をはじめとする様々な計測技術や診断技術への適用が期待されている。今後、ターゲット上で発生させる粒子の更なる高エネルギー化や粒子生成の高効率化等を目指すためには、生成された粒子がターゲット上でどのように分布しているかを探ることが極めて重要となる。
【０００３】
一方、非特許文献１には、レーザ光線をターゲットに照射することで発生した電子のターゲット上での分布を測定する技術が開示されている。この技術では、図２４に示すように、第１のレーザ装置１０１より第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射し、ターゲット１０３上に電子を発生させるとともに、第２のレーザ装置１０２よりターゲット表面１０３Ａと平行かつターゲット表面１０３Ａの近傍に第２のレーザ光線１０２Ａを照射する。電子が多いところと少ないところでは、プラズマ密度が変化し屈折率が変わるため、第２のレーザ光線１０２Ａの位相が変化する。測定装置１０４により第２のレーザ光線１０２Ａの位相の変化からプラズマ密度の変化を検出し、当該検出結果に基づいてターゲット１０３上の電子の密度を求める。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０７４９９号
【非特許文献１】M.Zeph et al. Phys. Plasmas 8 (2001) 2323
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１の技術では、電子発生用の第１のレーザ装置１０１と、電子密度測定用の第２のレーザ装置１０２との２つのレーザ装置をターゲット１０３の周囲に配置しなければならず、またターゲット１０３の極近辺に第２のレーザ光線１０２Ａを導く必要があるため、レーザ装置１０２および測定装置１０４をターゲット１０３の周囲に配置しなければならないので、装置構成が複雑なものとなってしまう。
【０００６】
また、非特許文献１の技術では、第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射した直後または同時に、第２のレーザ光線１０２Ａを照射する必要がある。第１のレーザ装置１０１のパルス幅はｆｓ（１０−１５秒）〜ｐｓ（１０−１２秒）と非常に短時間であるため、第２のレーザ光線１０２Ａを照射する時間的な制御が極めて困難である。
【０００７】
さらに、第１のレーザ光線１０１Ａをターゲット１０３に照射した際には、ターゲット１０３上では電子、イオン、分子、Ｘ線など様々な粒子がほぼ同時に発生しているが、非特許文献１の技術では、中性粒子および種類や価数が明らかでないイオンの分布を測定することができない。さらに、屈折率の変化を利用する非特許文献１の原理では、エネルギー別に分けて粒子の分布を測定することは極めて難しい。
【０００８】
そこで本発明は、粒子源における高エネルギー粒子の密度分布を簡便に測定する粒子分布の評価方法および装置、並びにこれを利用したレーザープロファイルの測定方法および装置、粒子採取方法および装置を提供することを目的とする。また本発明は、エネルギー別に又は粒子の種類別に、粒子源における粒子密度分布を測定する粒子分布の評価方法および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】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の粒子分布の評価方法は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段との間に、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成るピンホール部を配置し、前記点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を求めるようにしている。
【００１０】
また、請求項９記載の粒子分布評価装置は、粒子源より粒子を発生させる粒子発生手段と、前記粒子が入射する検出面を有し当該検出面上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段と、前記粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホールが形成されて成り前記粒子源と前記検出手段との間に配置されるピンホール部と、前記粒子源の粒子発生領域を構成する各点源から前記粒子が拡散する条件と、前記点源から出発した前記粒子が前記ピンホールを通過して前記検出面に到達する条件とに基づいて、前記検出手段の測定結果から、前記粒子源における前記点源から拡散した粒子数を算出する演算手段とを備えるようにしている。
【００１１】
粒子源上の各点源から拡散しピンホールを介して検出面上の各点に入射できる粒子は、各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件とにより絞られる。このため、あたかもピンホールカメラによって被写体としての粒子源が検出面上に写し出されるが如く、検出面上の各点に入射する粒子数すなわち検出面上の粒子密度分布は、粒子源における各点源から拡散した粒子数すなわち粒子源上の粒子密度分布を反映したものとなる。従って、各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件とから、粒子の保存則に基づいて、測定された検出面上の粒子密度分布から、粒子源上の粒子密度分布を導き出すことができる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の粒子分布の評価方法において、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置するようにしている。また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の粒子分布評価装置において、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、前記粒子源と前記検出面との間に配置するようにしている。
【００１３】
この場合、粒子源上の各点源から様々なエネルギーを有する粒子もしくは様々な種類の粒子が発生する場合でも、測定対象のエネルギーを有する粒子または測定対象の種類の粒子についての粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の粒子分布の評価方法において、電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置するようにしている。また、請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載の粒子分布評価装置において、電場または磁場の一方または双方を発生させて前記粒子を偏向させる偏向器を、前記ピンホール部と前記検出面との間に配置するようにしている。
【００１５】
この場合、各粒子が有するエネルギーや比電荷等の値によって、電場や磁場によって粒子が偏向する度合に差が生じ、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離することが可能となる。従って、エネルギー別に又は粒子の種類別に、粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の粒子分布の評価方法において、前記偏向器は、トムソン質量分析器であるものとしている。また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の粒子分布評価装置において、前記偏向器は、トムソン質量分析器であるものとしている。
【００１７】
この場合、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを空間的に分離することができ、イオンの種類別およびイオンエネルギー別に、粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載の粒子分布の評価方法において、前記偏向器は、電子スペクトロメータであるものとしている。また、請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の粒子分布評価装置において、前記偏向器は、電子スペクトロメータであるものとしている。
【００１９】
この場合、エネルギーに応じて電子および陽電子を空間的に分離することができ、エネルギー別に電子又は陽電子の粒子源上の密度分布を求めることができる。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の粒子分布の評価方法において、前記粒子源は、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットであるものとしている。また、請求項１４記載の発明は、請求項９から１３のいずれかに記載の粒子分布評価装置において、前記粒子発生手段は、ターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段を備えるものとしている。
【００２１】
この場合、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度分布を求めることができる。
【００２２】
また、請求項７記載のレーザープロファイルの測定方法は、請求項６記載の粒子分布の評価方法により求められる前記ターゲット上での発生粒子の密度分布と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を求めるようにしている。また、請求項１５記載のレーザープロファイル測定装置は、請求項１４記載の粒子分布評価装置から出力される前記ターゲット上での発生粒子の密度分布を表す情報と、当該ターゲット上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との既知の相関を表す情報に基づいて、前記ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布を算出するようにしている。
【００２３】
本発明の粒子分布の評価方法または粒子分布評価装置によりターゲット上での発生粒子の密度分布を求めることができ、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度とレーザー強度閾値との関係は実験等により予め調べることができる。ターゲット上での発生粒子の密度分布と、ターゲット上の発生粒子の密度とレーザー強度閾値との関係が既知であれば、ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布すなわちレーザープロファイルを求めることができる。
【００２４】
また、請求項８記載の粒子採取方法は、請求項６記載の粒子分布の評価方法により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所が露出するマスキング材を前記ターゲットの粒子発生面に取り付けるようにしている。また、請求項１６記載の粒子採取装置は、ターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットの電離が可能なエネルギーのレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、請求項６記載の粒子分布の評価方法または請求項１４記載の粒子分布評価装置により求められた前記ターゲット上での発生粒子の密度分布に基づいて、前記ターゲットの粒子発生面に取り付けられて、目的の粒子が発生する前記ターゲット上の箇所を露出させるマスキング材とを備えるようにしている。
【００２５】
したがって、予め本発明の粒子分布の評価方法または粒子分布評価装置によりターゲット上での発生粒子の密度分布を求め、所望の粒子がターゲット上のどの箇所から多く発生しているか明らかにしておけば、当該箇所を露出させ他の粒子発生箇所を覆うマスキング材をターゲットの粒子発生面に取り付けて、先の粒子分布の評価と同条件の下でレーザ照射によるターゲットからの粒子発生を行うことで、必要とする粒子を効率良く取り出すことができる。
【発明の効果】
【００２６】
しかして請求項１記載の粒子分布の評価方法および請求項９記載の粒子分布評価装置によれば、粒子源と検出面との間にピンホール部を設置する構成、および各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件と、粒子の保存則に基づく計算処理によって、測定された検出面上の粒子密度分布から、粒子源上の粒子密度分布を導き出すことができる。本発明によれば、測定用のレーザーを用いる必要はないため、複雑な２レーザー間の同期制御を行うことはなく、装置構成も簡素化でき、粒子源における高エネルギー粒子の密度分布を簡便に測定することができる。
【００２７】
さらに、請求項２記載の粒子分布の評価方法および請求項１０記載の粒子分布評価装置のように、エネルギー分別手段または粒子分別手段を用いることで、あるいは請求項３記載の粒子分布の評価方法および請求項１１記載の粒子分布評価装置のように、電場または磁場の一方または双方を発生させて粒子を偏向させる偏向器を用いることで、エネルギー別や粒子の種類別に粒子源上の粒子密度分布を求めることができる。
【００２８】
請求項４記載の粒子分布の評価方法および請求項１２記載の粒子分布評価装置のようにトムソン質量分析器を用いれば、イオンのエネルギー毎の粒子源上の粒子密度分布を高精度に求めることができる。また、請求項５記載の粒子分布の評価方法および請求項１３記載の粒子分布評価装置のように電子スペクトロメータを用いれば、電子又は陽電子のエネルギー毎の粒子源上の粒子密度分布を高精度に求めることができる。
【００２９】
さらに、請求項６記載の粒子分布の評価方法および請求項１４記載の粒子分布評価装置によれば、レーザ光線が照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット上の発生粒子の密度分布を求めることができる。
【００３０】
さらに、請求項７記載のレーザープロファイルの測定方法および請求項１５記載のレーザープロファイル測定装置によれば、請求項６記載の粒子分布の評価方法および請求項１４記載の粒子分布評価装置の結果に基づいて、ターゲットに照射したレーザ光線の集光強度分布すなわちレーザープロファイルを求めることができる。
【００３１】
さらに、請求項８記載の粒子採取方法および請求項１６記載の粒子採取装置によれば、請求項６記載の粒子分布の評価方法および請求項１４記載の粒子分布評価装置の結果に基づいて、必要とする粒子を効率良く取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
図１から図２１に本発明の粒子分布の評価方法及び装置の実施の一形態を示す。この粒子分布の評価方法は、粒子が拡散する点源の集合である粒子源１と、粒子が入射する検出面２ａを有し当該検出面２ａ上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段２との間に、粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホール３が形成されて成るピンホール部４を配置し、点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホール３を通過して検出面２ａに到達する条件とに基づいて、検出手段２の測定結果から、粒子源１における点源から拡散した粒子数を求めるようにしている。
【００３４】
例えば本実施形態における粒子源は、レーザ光線５ａが照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲット１であるものとしている。瞬間的な照射でターゲット１の電離が可能なエネルギーのレーザ光線５ａを、ターゲット１に瞬間的に照射することで、ターゲット１の照射面が電離して電子や正イオンが加速されて、高エネルギー粒子が発生する。
【００３５】
ターゲット１での粒子発生領域を構成する各点源から拡散した粒子数は、ターゲット１上での粒子密度分布を表す。ここで、ターゲット１上では、様々な種類の粒子がそれぞれ様々な大きさのエネルギーを有して発生し得る。ターゲット１上で発生した粒子の密度分布を、粒子の種類別やエネルギー別に測定するには、例えば以下に挙げる第１〜第４の方策のいずれか採用する、あるいはこれらの方策を組み合わせて採用することで可能である。
【００３６】
第１の方策として、発生させる高エネルギー粒子の種類を、ターゲット１の材料の選択やレーザ光線５ａの照射条件等により定める。例えば、ターゲット１として固体ターゲットを用いればプロトン（水素イオン）とその固体の組成イオンを、厚い金属ターゲット１を用いれば電磁波を、ガスなどを用いれば電子とそのガスイオンを主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。
【００３７】
第２の方策として、特定の種類の粒子または特定の大きさのエネルギーを有する粒子に反応する検出手段２を採用する。例えば、測定対象の粒子がイオンであれば、イオンに対して感度の高いＣＲ３９（アリル・ジグリコール・カーボネート）を検出面２ａとする飛跡検出器を検出手段２として利用できる。また、測定対象の粒子が電子または陽電子であれば、電子および陽電子に反応するイメージングプレート、マルチチャンネルプレート、レイネックススクリーンなどを検出面２ａとする検出手段２を利用できる。勿論、検出手段２は上記に例示したものには限定されず、測定対象の粒子に応じて適宜選択して良い。
【００３８】
第３の方策として、一定値以上のエネルギーを有する粒子のみ通過させるエネルギー分別手段または特定の種類の粒子のみ通過させる粒子分別手段を、粒子源１としてのターゲット１と検出面２ａとの間に配置する。例えば図１４に示すように、エネルギーが一定値未満の粒子を遮断するエネルギーフィルタ６をターゲット１とピンホール部４との間もしくはピンホール部４と検出面２ａとの間に設置する。エネルギーフィルタ６の厚みまたは密度、材質を変更することで、フィルタ６を透過可能なエネルギーの値を調整できる。このようなエネルギーフィルタ６として例えばMylarと呼ばれるフィルム（マイラーフィルタ）を利用できる。また、同じ材質のフィルタでも、電子とイオンではイオンの方が透過し難いので、フィルタの厚さを調整することで、イオンを遮断し電子のみを透過させる粒子分別手段としてのフィルタを構成することも可能である。
【００３９】
第４の方策として、電場または磁場の一方または双方を発生させて粒子を偏向させる偏向器を、ピンホール部４と前記検出面２ａとの間に配置し、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離する。各粒子が有するエネルギーや比電荷等の値によって、電場や磁場によって粒子が偏向する度合に差が生じ、エネルギー別に粒子を分離する、または粒子の種類別に粒子を分離することが可能となる。例えば測定対象の粒子がイオンであれば、図１および図６に示すように、イオンビーム９の軌道と垂直に電界と磁界を同一方向にかけ、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを偏向させ分離する既知のトムソン質量分析器７を偏向器として利用できる。また、測定対象の粒子が電子または陽電子であれば、図２０および図２１に示すように、電子または陽電子の軌道と垂直に磁界を発生させて粒子をエネルギーに応じた曲率半径で曲げて検出面２ａに入射させる既知の電子スペクトロメータ８を偏向器として利用できる。
【００４０】
例えば本実施形態では、ターゲット１は固体であり、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側へ高エネルギー粒子を射出するものとしている。ターゲット１が固体である場合、ターゲット１が気体である場合に比べて、光学的なアライメントの調整が容易であり、ガスバルブ開閉のタイミングを計る必要がないためレーザと同期がとり易い。また、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側へ高エネルギー粒子を射出することで、ピンホール部４および検出手段２の配置が容易となる。また、計算条件および説明の簡単のために例えば本実施形態では、ターゲット１のレーザ照射面１ａと粒子発生面１ｂおよび検出手段２の検出面２ａは、平面且つ平行であるものとしている。
【００４１】
図２に示すようにターゲット１上の粒子発生面１ｂ上に２次元の直交座標（ｘ、ｙ）をとり、ｘ−ｙ平面上の点（ｘ、ｙ）における単位面積あたりのエネルギーＥの発生粒子数、即ち点（ｘ、ｙ）において発生したエネルギーＥを有する粒子の密度をｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）と表す。また、検出面２ａ上に２次元の直交座標（Ｘ、Ｙ）をとり、Ｘ−Ｙ平面上の点（Ｘ、Ｙ）における単位面積あたりのエネルギーＥの検出粒子数、即ち点（Ｘ、Ｙ）において検出されたエネルギーＥを有する粒子の密度をｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表す。ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）は、ターゲット１上でのエネルギーＥの粒子密度分布のプロファイルであり、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）は、偏向器が無い場合の検出面２ａ上でのエネルギーＥの粒子密度分布のプロファイルである。尚、本実施形態では、計算条件および説明の簡単のために、ターゲット１上におけるレーザ照射領域の中心と、ｘ−ｙ平面の原点と、ピンホール３の中心と、Ｘ−Ｙ平面の原点とが、ｘ−ｙ平面に垂直な一直線上に並んでいるものとしている。また、ピンホール３の形状は半径ｒｐｈの円形としている。
【００４２】
点源すなわちターゲット１上の点（ｘ、ｙ）から粒子が拡散する条件として、例えば本実施形態では、エネルギーＥを有する粒子の群が、点（ｘ、ｙ）からコーン角度θｃ（出射角度θｃまたは発散角度θｃとも呼ぶ。）で拡散し、且つ当該コーン角度θｃを頂点の角とする円錐の底面内で均一に分布していると、仮定する。ここで、図３に示すように、点（ｘ、ｙ）を頂点とし、コーン角度θｃとする円錐についての、検出面２ａすなわちＸ−Ｙ平面上での底面の面積をＡとする。
【００４３】
粒子数の保存則から、点（ｘ、ｙ）における粒子の数と、面積Ａにおける粒子の数とは等しく、この粒子数の保存則に基き、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）とｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）とは次式の関係を有する。
【００４４】
【数１】
2005195559.tif 000003
【００４５】
但し、ｌ１はターゲット１の粒子発生面１ｂすなわちｘ−ｙ平面の原点とピンホール３の中心との距離であり、ｌ２はピンホール３の中心と検出面２ａすなわちＸ−Ｙ平面の原点との距離である。π（（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃ）２は、図３に示す面積Ａを表している。ここで、ピンホール３の中心を原点とする三次元座標をとると、粒子発生面１ｂにおける座標は（ｘ，ｙ，−ｌ１）で表され、検出面２ａにおける座標は（Ｘ，Ｙ，ｌ２）で表され、（ｘ，ｙ，−ｌ１）点と（Ｘ，Ｙ，ｌ２）点との距離は、（（ｌ１＋ｌ２）２＋（ｘ−Ｘ）２＋（ｙ−Ｙ）２）１／２となる。このため、数式１における（ｌ１＋ｌ２）の部分は、本来は（（ｌ１＋ｌ２）２＋（ｘ−Ｘ）２＋（ｙ−Ｙ）２）１／２となる。但し、ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙは通常例えば１００μｍ程度のオーダであるのに対し、ｌ１，ｌ２は通常例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度のオーダであり、（ｘ−Ｘ）２＋（ｙ−Ｙ）２は（ｌ１＋ｌ２）２に比べて通常充分に小さく、（（ｌ１＋ｌ２）２＋（ｘ−Ｘ）２＋（ｙ−Ｙ）２）１／２≒（ｌ１＋ｌ２）の近似が成立する。
【００４６】
数式１中のｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）は、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める関数であり、ピンホール３の半径ｒｐｈと、ピンホール３からターゲット１までの距離ｌ１と、ピンホール３から検出面２ａまでの距離ｌ２と、粒子の出射角度θｃとによって決まる。
【００４７】
点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める第１の条件として、図４に示すように、ｘ−ｙ平面上の点とＸ−Ｙ平面上の点を結んだ直線がピンホール３を通過する必要がある。すなわち、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、ｘ−ｙ平面上において、（−（ｌ１／ｌ２）Ｘ，−（ｌ１／ｌ２）Ｙ）を中心とし、かつ半径ｒ’ｐｈ＝ｒｐｈ・（ｌ１＋ｌ２）／ｌ２を有する円Ｃ１内の点に限られる。したがって、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、次式を満たすｘ−ｙ平面上の点に限られる。
【００４８】
＜数２＞
（ｘ＋（ｌ１／ｌ２）Ｘ）２＋（ｙ＋（ｌ１／ｌ２）Ｙ）２≦（ｒｐｈ・（ｌ１＋ｌ２）／ｌ２）２
【００４９】
さらに、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）を決める第２の条件として、例えば本実施形態の粒子拡散条件の下では、粒子は点（ｘ、ｙ）からコーン角度θｃの範囲を超えてＸ−Ｙ平面へと飛んでくることはない。すなわち、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、図５に示すように、ｘ−ｙ平面上において、（Ｘ，Ｙ）を中心とし、かつ半径（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃを有する円Ｃ２内の点に限られる。したがって、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）は、次式を満たすｘ−ｙ平面上の点に限られる。
【００５０】
＜数３＞
（ｘ−Ｘ）２＋（ｙ−Ｙ）２≦（（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃ）２
【００５１】
上記第１及び第２の条件の双方が満たされる場合、すなわち数式２および数式３の双方が満たされる場合のみ、ｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）＝１となり、それ以外は、ｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）＝０となる。但し、（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃのオーダはｘ、ｙ、Ｘ，Ｙのオーダに比べて通常充分に大きいので、第２の条件は常に満たされているとみなすことも可能である。
【００５２】
レーザのフォーカス直径は通常数μｍ程度であり、粒子は上記フォーカス直径の数倍程度のターゲット１上の領域から発生するため、ターゲット１上での粒子発生領域は微小であって当該領域よりも充分に小さい口径を有するピンホール３の作製は困難で、上記のようにピンホール３の半径ｒｐｈの大きさを考慮する必要が生じる。但し、ピンホール３が、ターゲット１上での粒子発生範囲よりも充分に小さい場合には、ピンホール３を点とみなすこと、すなわちｒｐｈ≒０とみなすことが可能であり、数式１を次式のように単純化できる。
【００５３】
＜数４＞
ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）＝ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）／［π（（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃ）２］
但し、ｘ＝−（ｌ１／ｌ２）Ｘ，ｙ＝−（ｌ１／ｌ２）Ｙ
【００５４】
即ちピンホール３の半径ｒｐｈが小さいほど、点（Ｘ，Ｙ）に到達し得る粒子の出発点（ｘ，ｙ）が絞られて、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）はｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）をより鮮鋭に反映したものとなる。このため、ピンホール３の大きさはターゲット１上の粒子発生領域よりも小さいことが望ましい。但し、上記したように本実施形態ではピンホール３の半径ｒｐｈの大きさを考慮してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）とｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）との関係を定めているため、ピンホール３の大きさはターゲット１上の粒子発生領域と同程度もしくは若干大きくても構わない。
【００５５】
ピンホール部４はピンホール３以外の部分では粒子が通過できない材質としている。粒子のエネルギーが高いほど透過できる遮蔽材の厚みが大きくなるため、ピンホール部４の厚みを単純に厚くすることで遮断性を向上できる。但し、ピンホール部４の厚みが大きくなると、ピンホール３を通過できる粒子の角度が制限され、ピンホール部４の厚みを考慮して上記のｈ（ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ）を修正する必要が生じる。このため、ピンホール部４の厚みを大きくすることなく粒子を遮断できる高密度の材料、例えばタンタル、タングステン、鉛などを用いてピンホール部４を作製することが好ましい。尚、例えば１ＭｅＶ（メガ電子ボルト）以下のプロトンであれば、厚さ２５μｍのステンレスを用いて遮断できる。
【００５６】
ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）は、検出面２ａ上の位置（Ｘ，Ｙ）に入射した粒子数を測定する検出手段２を用いて測定することが可能である。尚、検出手段２は、粒子が衝突した検出面２ａをエッチングして、検出面２ａに形成されたエッチピットを解析者等が光学顕微鏡などを用いて観察し、点（Ｘ，Ｙ）におけるエッチピットをカウントすることによりｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めるものであっても良く、点（Ｘ，Ｙ）に入射した粒子を自動検出し且つ自動カウントすることで自動的にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求める装置であっても良い。尚、検出面２ａは一度にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定できる大きさのものが好ましいが、一度にｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定できない場合には、例えば検出面２ａの位置を変えて同条件の下で複数回の測定を行うことでｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めることも可能である。検出面２ａはターゲット１の極近辺に設置する必要は無いので、ターゲット１周囲の装置構成を簡素化できる。尚、検出面２ａにおける粒子分布の拡大率は、ターゲット１とピンホール３と検出面２ａとの位置関係によって決まるので、ピンホール３をターゲット１の近くに置き、検出面２ａをピンホール３から遠ざけることで、分解能を上げることができる。但し、検出面２ａをピンホール３から遠ざけすぎると、粒子の拡散により粒子のカウントが困難となるので、適宜調整することが好ましい。
【００５７】
測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）から、数式１または数式４に基づいて、ターゲット１上での粒子密度分布ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めることが可能である。ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の実測値をｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表記する。例えば本実施形態では、ｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を次のように求める。即ち、関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を予め仮定し、当該仮定したｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を数式１に代入してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を算出する。当該算出されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の理論値をｇｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）と表記する。そして、ｇｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）がｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に最もフィットするように、仮定した関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を修正する。
【００５８】
具体的には、例えばｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、次式で表される２次元のガウス分布を仮定する。レーザ光線５ａが照射されることで高エネルギー粒子を発生するターゲット１を粒子源とする本実施形態においては、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）はレーザ光線５ａの強度分布と強い相関関係があると考えられ、レーザ光線５ａの強度分布は一般にガウス分布で表されるからである。
【００５９】
＜数５＞
ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）＝ａ（Ｅ）・ｅｘｐ（−（ｘ２＋ｙ２）／ｂ（Ｅ）２）
【００６０】
そして、数式１，数式５を用いてｇｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求めるとともに、ｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を測定し、次式が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定する。これにより、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。
【００６１】
＜数６＞
Σ（（ｇｔｈ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）−ｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ））２）１／２
【００６２】
但し、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を導出する方法は、必ずしも上記例に限定されるものではない。例えばコンピュータを使用した数値解析によりデコンボリューション（deconvolution）を行い、測定されたｇｅｘｐ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて数式１の積分方程式を解いてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を直接求めても良い。
【００６３】
ここで、エネルギー分別手段を用いない場合、点（Ｘ，Ｙ）で検出される粒子数は、全てのエネルギーの粒子を含み、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅａｌｌ）と表される。Ｅａｌｌは全てのエネルギーの粒子を含むことを意味している。測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅａｌｌ）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅａｌｌ）を求めることができる。
【００６４】
一方、エネルギー分別手段として、例えばエネルギーＥｃ以下の低エネルギー粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いる場合、点（Ｘ，Ｙ）で検出される粒子数は、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅｃ）と表される。測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅｃ）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ＞Ｅｃ）を求めることができる。
【００６５】
さらに、あるエネルギー幅の範囲でｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を得るには、複数種のエネルギーフィルターを用いて測定されたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）の差分を取ることで可能である。例えばエネルギーＥ１以下の粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ１）を測定する。また、エネルギーＥ２以下の粒子を透過させないエネルギーフィルタ６を用いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ２）を測定する。但し、Ｅ１＜Ｅ２とする。ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ１）からｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ＞Ｅ２）を差し引くと、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ１＜Ｅ＜Ｅ２）を得ることができる。得られたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ１＜Ｅ＜Ｅ２）から上記原理に基づいてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ１＜Ｅ＜Ｅ２）を求めることができる。
【００６６】
次に、測定対象の粒子をイオンとし、偏向器としてトムソン質量分析器７を用いて粒子を偏向させる場合について図６〜図９を用いて説明する。トムソン質量分析器７は、イオンが電場と磁場により偏向する性質を利用して、イオンの種類とエネルギーを計測するもので、イオンビーム９の軌道と垂直に電界と磁界を同一方向にかけ、イオンの種類、イオンエネルギーに応じてイオンを偏向させる。図６中の符号１０が上記磁界を発生させる磁石を示し、符号１１が上記電界を発生させる電極を示す。電荷ｅと質量ｍの比ｅ／ｍ、すなわち比電荷が同じイオンの飛跡は、検出面２ａ上で同一の放物曲線を描く。従って、比電荷が異なれば検出面２ａ上の放物曲線も異なり、比電荷の異なるイオンが分離される。理論放物曲線（トムソンパラボラ）は下記式で与えられる。
【００６７】
＜数７＞
Ｙ＝（（Ｋ・ｍｉ・Ｕ）／（Ｚｉ・Ｂ２））・Ｘ２
【００６８】
ただし、Ｋは、図６に示す偏向長ｌおよび電極間のギャップ長ｄおよび電界および磁界の中心から検出面２ａまでの距離Ｄで決まる幾何学的係数である。また、ｍｉはイオン質量、Ｚｉはイオン価数、Ｕは電極間電圧、Ｂは磁場の強さである。
【００６９】
トムソン質量分析器７による粒子の転送先の座標は、粒子が有するエネルギーＥによって決まる。例えば（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）に到達すべきであった粒子は、トムソン質量分析器７によりＸ＝ｋＸＥ−１／２，Ｙ＝ｋＹ／Ｅに転送される。ｋＸ，ｋＹはトムソン質量分析器７の条件によって決まる定数である。トムソン質量分析器７では、エネルギーＥの高いイオンほど電場および磁場に偏向され難く、原点の近くに到達し、エネルギーの低いイオンほど原点から離れた点に到達する。点（ｋＸ・Ｅ−１／２，ｋＹ／Ｅ）を（ＸＥ，ＹＥ）とする。従って、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）を中心として分布するはずであったエネルギーＥの粒子は、トムソン質量分析器７により、（Ｘ，Ｙ）＝（ｋＸ・Ｅ−１／２，ｋＹ／Ｅ）＝（ＸＥ，ＹＥ）を中心とする分布に転送される。例えば（Ｘ１，Ｙ１）にあったエネルギーＥの粒子は、（Ｘ１＋ＸＥ，Ｙ１＋ＹＥ）に転送される。測定対象のエネルギーＥにより定まる点（ＸＥ，ＹＥ）＝（ｋＸ・Ｅ−１／２，ｋＹ／Ｅ）を原点として直交座標（Ｘ’，Ｙ’）をとる。
【００７０】
図７の符号３０は、あるエネルギーＥｏを有する粒子密度分布ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ）がトムソン質量分析器７により（ＸＥｏ，ＹＥｏ）を中心とする分布ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅｏ）に転送された様子を示す。一方、符号３１はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ＋ｄＥ）が（ＸＥｏ＋ｄＥ，ＹＥｏ＋ｄＥ）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３２はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ＋２ｄＥ）が（ＸＥｏ＋２ｄＥ，ＹＥｏ＋２ｄＥ）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３３はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ−ｄＥ）が（ＸＥｏ−ｄＥ，ＹＥｏ−ｄＥ）を中心とする分布に転送された様子を示し、符号３４はｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ−２ｄＥ）が（ＸＥｏ−２ｄＥ，ＹＥｏ−２ｄＥ）を中心とする分布に転送された様子を示す。同図７に示すように、ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅｏ）に対して、エネルギー差が微小な粒子密度分布ｇ（Ｘ’，Ｙ’，Ｅｏ±ΔＥ）が重なる。検出面２ａ上の位置（Ｘ’、Ｙ’）において実際に検出される粒子密度分布をｇ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ）とすると、このｇ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｅ）にはエネルギーＥｏ±ΔＥの粒子の影響も含まれている。
【００７１】
測定対象のエネルギーＥｏに基づいて、Ｘ＝ＸＥｏ＝ｋＸＥｏ−１／２となる位置にＸ’＝０をとり、Ｘ’＝０に固定して測定されるｇ’（Ｙ’，Ｅｏ）は、次式で表される。
【００７２】
＜数８＞
ｇ’（Ｙ’，Ｅｏ）＝ｇ（０，Ｙ’−ＹＥｏ，Ｅｏ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ＋ｄＥ，Ｙ’−ＹＥｏ−ＹＥｏ＋ｄＥ，Ｅｏ＋ｄＥ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ−ｄＥ，Ｙ’−ＹＥｏ−ＹＥｏ−ｄＥ，Ｅｏ−ｄＥ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ＋２ｄＥ，Ｙ’−ＹＥｏ−ＹＥｏ＋２ｄＥ，Ｅｏ＋２ｄＥ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ−２ｄＥ，Ｙ’−ＹＥｏ−ＹＥｏ−２ｄＥ，Ｅｏ−２ｄＥ）
・・・
【００７３】
エネルギーＥｏ±ΔＥの粒子からの影響を単純化するため、例えば本実施形態では、ｋＹを小さく、ｋＸを大きくする。ｋＹを小さくするには、例えばトムソン質量分析器７に加える電圧を小さくすることで対応できる。ｋＸを大きくするには、例えばトムソン質量分析器７に加える磁場を大きくすることで対応できる。
【００７４】
ｋＹが充分に小さい場合、Ｙ方向への粒子偏向は殆んど行われないため、ＹＥ≒０，Ｙ’≒Ｙとなり、エネルギーＥｏ±ΔＥの粒子からの影響は、図８に示すように、Ｘ方向の重なりのみを考慮すれば良い。さらに、ｋＸが充分に大きい場合、エネルギー分別が充分に行われているとみなすことができ、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）のエネルギー依存性も緩やかとなって、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ）≒ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ±ΔＥ）の近似が成り立つ。すると、図９に示すように、ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅｏ）がＸ方向に微小範囲ずつずれながら重なり合って並んでいると見なすことができ、数式８は次式で近似できる。
【００７５】
＜数９＞
ｇ’（Ｙ’，Ｅｏ）≒ｇ（０，Ｙ’，Ｅｏ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ＋ｄＥ，Ｙ’，Ｅｏ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ−ｄＥ，Ｙ’，Ｅｏ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ＋２ｄＥ，Ｙ’，Ｅｏ）
＋ｇ（ＸＥｏ−ＸＥｏ−２ｄＥ，Ｙ’，Ｅｏ）  ・・・
≒ｇ（０，Ｙ’，Ｅｏ）ｄＸ
＋ｇ（±ｄＸ，Ｙ’，Ｅｏ）ｄＸ
＋ｇ（±２ｄＸ，Ｙ’，Ｅｏ）ｄＸ  ・・・
【００７６】
つまり、ｇ’（Ｙ’，Ｅｏ）は、次式に示すように、ｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅｏ）をＸ方向に積分したものに相当する。但し、数式１０中の積分範囲−ΔＸ，ΔＸは、ｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅ）＞０となるＸの範囲である。
【００７７】
【数１０】
2005195559.tif 000004
【００７８】
尚、測定しようとするエネルギーＥのＸ方向の幅、即ちＸＥの間隔は通常数ｍｍ〜数ｃｍ程度のオーダであるのに対して、各測定対象のエネルギーＥについてのｇ（Ｘ，Ｙ’，Ｅ）＞０となるＸの範囲±ΔＸは、２００μｍ程度のオーダであり、−ΔＸ＝−∞，ΔＸ＝∞として良い。数式１０により求められるｇ’（Ｙ’，Ｅ）は、検出面上の点（Ｘ’，Ｙ’）≒（ＸＥ，Ｙ）における粒子の線密度を表す。
【００７９】
測定しようとするイオンの理論放物曲線に合致する或いは略一致する検出面２ａ上の軌跡に対し、測定しようとするエネルギーＥに対応するＸ’＝０の位置を定め、当該定めたＸ’＝０の位置における各Ｙ’の粒子数を求めることで、ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値をｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）と表記する。
【００８０】
例えば本実施形態では、ｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に基づいて、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を次のように求める。即ち、関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を予め仮定し、当該仮定したｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を数式１に代入してｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求め、さらに当該求めたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を数式１０に代入してｇ’（Ｙ’，Ｅ）の理論値を算出する。ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の理論値をｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）と表記する。そして、ｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）がｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に最もフィットするように、仮定した関数ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を修正する。
【００８１】
具体的には、例えばｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、数式５で表される２次元のガウス分布を仮定する。そして、数式１，数式１０，数式５を用いてｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を求めるとともに、ｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）を測定し、次式が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定する。これにより、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。
【００８２】
＜数１１＞
Σ（（ｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）−ｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ））２）１／２
【００８３】
但し、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を導出する方法は、必ずしも上記例に限定されるものではない。例えばコンピュータを使用した数値解析によりデコンボリューション（deconvolution）を行い、測定されたｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）に基づいて数式１０の積分方程式を解いてｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）を求め、さらに当該求めたｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅ）に基づいて数式１の積分方程式を解いてｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めても良い。
【００８４】
ここで、ターゲット１から複数種のイオンが発生する場合、ｋＹを小さくしてＹ方向への粒子偏向を小さくするにあたり、検出面２ａ上で異種のイオン軌跡が重なってしまうと、測定対象のイオンのｇ'（Ｙ'，Ｅ）に他種のイオンの影響が含まれてしまう。これを回避するために、ピンホール３をできるだけ小さくすることが好ましい。ピンホール３を小さくすることで、検出面２ａ上の各イオンの軌跡が細くなり、他のイオン軌跡と重ならないようにできる。また、トムソン質量分析器７から検出面２ａまでの距離Ｄを長くすることが好ましい。距離Ｄを長くすることで、検出面２ａ上でのイオン軌跡が拡大され、各イオン間の軌跡の違いを明確にできる。これにより、ｋＹを小さくしつつイオン分離を良好に行える。
【００８５】
尚、上記の例では、Ｅｏ±ΔＥの影響を単純化するために、ｋＹを小さく、ｋＸを大きくしたが、逆に、ｋＸを小さくし、ｋＹを大きくしても良い。この場合は、Ｅｏ±ΔＥの影響は、Ｙ方向の重なりのみを考慮すれば良くなり、数式１０の代わりに次式を用い、ｇ'（Ｘ’，Ｅ）を測定し、上記と同様にｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求める。−ΔＹ，ΔＹは、ｇ（Ｘ’，Ｙ，Ｅ）＞０となるＹの範囲である。
【数１２】
2005195559.tif 000005
【００８６】
次に、測定対象の粒子を電子とし、偏向器として電子スペクトロメータ８を用いて粒子を偏向させる場合について図２０および図２１を用いて説明する。電子スペクトロメータ８では、磁石１３により電子ビーム２１の軌道と垂直に磁場を発生させる。ピンホール３を通過した電子は磁石１３によりエネルギーに応じた曲率半径で曲げられて、例えば検出面２ａとしてのイメージングプレートに入射する。エネルギーＥの高い電子ほど大きいカーブを描いて検出面２ａに入射する。検出面２ａ上に２次元の直交座標（Ｘ，Ｙ），（Ｘ’，Ｙ’）をとり、電子の軌道および磁場の向きに直交する方向にＸ軸，Ｘ’軸をとる。この場合、測定しようとするエネルギーＥの値に対応してＸ＝ＸＥすなわちＸ’＝０の位置が定まる。イメージングプレートのＹ’方向の信号強度分布が先に述べたトムソン質量分析器７のイオン強度分布ｇ’（Ｙ’，Ｅ）に対応する。電子スペクトロメータ８ではＹ’方向への粒子偏向は行われないため、数式１０をそのまま利用できる。即ち、測定しようとするエネルギーＥの値に対応して定まるＸ’＝０の位置における各Ｙ’の粒子数を求めることで、ｇ’（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。得られたｇ’（Ｙ’，Ｅ）に基づいて、トムソン質量分析器７の場合と同様にｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を求めることができる。尚、測定対象の粒子が陽電子の場合は、曲げられる方向が電子と逆向きになるだけなので、例えば磁場の向きを逆転させることにより、測定可能である。尚、図２１中の矢印Ｂは、測定対象の粒子が電子の場合の磁場の向きを示している。
【００８７】
以上に説明した粒子分布の評価方法は、例えば図１や図２０に示すように、粒子分布評価装置として装置化することが可能である。この粒子分布評価装置は、粒子源１より粒子を発生させる粒子発生手段１４と、粒子が入射する検出面２ａを有し当該検出面２ａ上において粒子が入射した位置と当該位置に入射した粒子数を測定する検出手段２と、粒子の通過を遮る遮蔽材にピンホール３が形成されて成り粒子源１と検出手段２との間に配置されるピンホール部４と、粒子源１の粒子発生領域を構成する各点源から粒子が拡散する条件と、点源から出発した粒子がピンホール３を通過して検出面２ａに到達する条件とに基づいて、検出手段２の測定結果から、粒子源１における点源から拡散した粒子数を算出する図示しない演算手段とを備えている。当該演算手段には、例えば既存のコンピュータシステムを利用して良い。図１はトムソン質量分析器７を備えた例を示し、図２０は電子スペクトロメータ８を備えた例を示す。
【００８８】
粒子発生手段１４は、ターゲット１と、瞬間的な照射でターゲット１の電離が可能なエネルギーのレーザ光線５ａをターゲット１に瞬間的に照射して高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段５を備えている。例えば本実施形態では、反射ミラー１５，１６によりレーザ光線５ａを放物面ミラー１７に導き、放物面ミラー１７によりレーザ光線５ａをターゲット１に集光させるようにしている。
【００８９】
ここで、粒子源としてのターゲット１およびピンホール部４および検出手段２は、真空中に配置することが好ましい。真空でない場合、粒子の平均自由行程が短くなり、散乱の影響などにより粒子分布評価の精度が下がるおそれがあるからである。このため本実施形態では、ターゲット１およびピンホール部４および検出手段２を真空容器１８の中に収容するようにしている。尚、図１および図２０中の符号２０はターゲット１を保持する支持台である。
【００９０】
レーザ光線照射手段５は、例えばピークパワーが１テラＷ以上のレーザ光線５ａを照射でき、レーザ光線５ａは短パルスのもの、例えばパルス幅が１ピコ秒以下のものが好ましい。パルス幅が長くなると、レーザ光線５ａの瞬間的な照射時間が長くなることからレーザ光線５ａによって電離された原子核の拡散が照射終了前に始まり、電荷分離領域の形成が不十分になって原子核を十分に加速するのが困難になるからである。また、同じエネルギーでもパルス幅を短くすることでピークパワーを高くすることができてレーザ光線５ａによる電界を大きくすることができ、より電荷分離領域の正負の差を大きくして加速に適したものにすることができるからである。そのようなレーザ光線照射手段５として、例えば１０ＴＷの出力のハイブリッドチタン：サファイヤ／Ｎｄ：燐酸塩ガラスＣＰＡレーザ装置を利用できる。
【００９１】
レーザ光線５ａをターゲット１に瞬間的に照射すると、レーザ光線５ａの非常に高い電界や光圧力、レーザパルスにより誘起されたプラズマ波により生じた進行電界などにより、極微少な照射領域から電子が追い出され加速される。レーザによる電界はターゲット面の垂直方向に急激に減衰するので、追い出された電子はターゲット面に垂直な方向に加速される。一方、発生した高エネルギー電子がターゲット１中で減速等されると、高エネルギー電子が進んでいた方向に向けて制動放射によるＸ線が発生する。なお、制動放射を起こさせるためにターゲット１とは別の部材を設けても良い。また、ターゲット１のレーザ照射領域において、電子が追い出されて電離された原子核（正イオン）は電子に比べて質量が大きいため、レーザ光線５ａの照射後しばらくの間はほとんど動かない。このため、極微少な照射領域が正イオンの高密度領域となり、その静電気力で正イオンは爆発的に加速され、高エネルギーの正イオンが発生する。さらに、上述のようにして発生させた正イオン，電子，Ｘ線がターゲット１中で他の原子核に核反応を起こさせたり、他の物質との間で相互作用を起こすことで、高エネルギーの中性子、電子と陽電子、同位体、γ線、α粒子等を発生させることができる。つまり、ターゲット１の材料の選択やレーザ光線５ａの照射条件等によって様々な種類の高エネルギー粒子を発生させることができる。
【実施例１】
【００９２】
高出力強度のレーザ光線５ａをターゲット１としての銅テープに照射して、イオンビーム９を発生させた。銅テープは厚さ５μｍの物を用いた。レーザ装置５にはパルス幅５５ｆｓ、出力２２０ｍＪのチタンサファイアレーザーを使用した。図１に示すように、反射ミラー１５，１６によりレーザ光線５ａを放物面ミラー１７に導き、放物面ミラー１７によりレーザ光線５ａをターゲット１上の４×１１μｍ２に集光させた。レーザ光線５ａの照射角度は４５°に設定した。上記構成により、ターゲット１のレーザ照射面１ａとは反対側の面１ｂよりイオンビーム９を発生させた。検出手段２にはイオン検出器であるＣＲ３９を用いた。ピンホール部４は、厚さ２５μｍのステンレスを使用し、ピンホール３の半径ｒｐｈは２５μｍとした。また、ピンホール３からターゲット１までの距離ｌ１は１７．１５ｃｍに設定し、ターゲット１から検出器までの距離ｌ２は１３．２５ｃｍに設定した。ＣＲ３９はレーザーショット終了後、６．２５Ｎ、７０℃の水酸化ナトリウム溶液に６時間漬けてエッチングした。エッチング後のＣＲ３９の画像を図１０に示す。当該画像の１つ１つのエッチピットを顕微鏡等を用いてカウントすることでｇ（Ｘ，Ｙ，Ｅａｌｌ）を得ることができる。
【実施例２】
【００９３】
厚さ２．５μｍのマイラーフィルタ６を１〜３枚、図１４に示すようにピンホール部４と検出面２ａの間に設置し、実施例１と同条件で、イオンビーム９の発生およびピンホール３を介してのＣＲ３９によるイオン検出を行った。エッチング後のＣＲ３９の画像を図１１〜図１３に示す。図１１は、マイラーフィルタを１枚用いた場合、即ちフィルタの厚み２．５μｍの場合を示す。図１２は、マイラーフィルタを２枚用いた場合、即ちフィルタの厚み５．０μｍの場合を示す。図１３は、マイラーフィルタを３枚用いた場合、即ちフィルタの厚み７．５μｍの場合を示す。フィルタの厚みに応じて、ＣＲ３９の反応の度合いが異なっていることがわかる。
【実施例３】
【００９４】
トムソン質量分析器７を図１および図６に示すようにピンホール部４と検出面２ａの間に設置し、実施例１と同条件で、イオンビーム９の発生およびピンホール３を介してのイオン検出を行い、発生したイオンのエネルギースペクトルを測定した。尚、偏向長ｌ＝４５ｍｍ，電極間のギャップ長ｄ＝３ｍｍ，電界および磁界の中心から検出面２ａまでの距離Ｄ＝１００ｍｍとし、電極間電圧Ｕ＝１．０ｋＶ、磁場の強さＢ＝５．１ｋGaussとし、３．３×１０５Ｖ／ｍの電場と５．１ｋGaussの磁場を平行に印加した。ＣＲ３９はレーザーショット終了後、６．２５Ｎ，７０℃ の水酸化ナトリウム溶液に６時間漬けてエッチングし、ＣＣＤカメラと顕微鏡を用いてエッチピットを観察した。また、各スペクトルを得るためのレーザーショット数は５０とした。
【００９５】
エッチング後のＣＲ３９の画像を図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）中のエッチピット軌跡である黒線は、プロトンの理論放物曲線にほぼ一致し、本実施例のターゲット１及びレーザ照射の条件の下で主に発生したイオンはプロトンであることが分かる。尚、図１５（ａ）中の符号０は原点（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）を示す。
【００９６】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるエッチピット軌跡のＥ＝４００ｋｅＶ（キロ電子ボルト）に該当するＸ’の近傍を光学顕微鏡で拡大し、６４０×４８８ピクセルの画像としたものである。図１５（ｂ）中の黒点１つ１つがプロトンのエッチピットを表している。図１５（ｂ）のＹ’方向の粒子数を求めることで、ｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）の実測値を得ることができる。
【００９７】
本実施例では、図１５（ｂ）に示す６４０×４８８ピクセルの画像を、Ｘ’方向に６００μｍの幅を持ち、Ｙ’方向に８ピクセル（１１．１μｍ）ごとに区切られた６１個のボックスに分割し、各ボックスの中のピット総数をカウントして、ｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）を得た。尚、ボックス幅を小さくすることでエネルギー分解能を上げることができるが、ボックス幅が小さすぎるとカウント数が少なくなり統計量として適当なカウント数が得られなくなる場合があるので、適宜調整することが好ましい。各ボックスの中のピット総数は、レーザーショット数５０の平均値をとり、単位長さあたり（μｍ−１）およびｄＸ’＝（１／２）・ｋＸ・Ｅ−３／２ｄＥの関係から単位エネルギーあたり（ｋｅＶ−１）の個数に平均化した。このようにして得られたｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）をプロットした結果を図１６に示す。図１６中の▲がＥ＝４００ｋｅＶを示し、×がＥ＝７８０ｅＶを示し、●がＥ＝１１００ｋｅＶを示す。
【００９８】
また、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）として、数式５で表される２次元のガウス分布を仮定し、数式１，数式１０，数式５を用いてｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を求めるとともに、数式１１が最小となるように、数式５中の係数ａ（Ｅ），ｂ（Ｅ）を決定した。図１６中に示す曲線がｇ’ｅｘｐ（Ｙ’，Ｅ）にフィッティングされたｇ’ｔｈ（Ｙ’，Ｅ）を示し、図１７中に示す曲線が導出されたｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）を示す。計算結果は実験結果をよく再現していることが分かる。
【００９９】
尚、本実施例の条件の下で主に発生するイオンはプロトンであり、コーン角度θｃは、プロトンのコーン角度θｃ≒２０°を用いた。（ｌ１＋ｌ２）ｔａｎθｃ≒３０ｃｍ  ×  ０．３６  ＝１０．８ｃｍであり、数式３の条件は常に満たされているとみなすことができる。
【０１００】
また、図１８の●で示すプロットは、求められた数式５中の係数ａ（Ｅ）とプロトンエネルギーＥの関係を表し、■で示すプロットは、ターゲット１上で発生したエネルギーＥを有するプロトンの総数ＮとプロトンエネルギーＥの関係を表す。数式５中の係数ａ（Ｅ）は、ターゲット１の原点でのプロトン密度を表す。図１８から、プロトン総数Ｎ、原点でのプロトン密度ａともに、エネルギーＥが小さいほど値が大きくなっているが、プロトン総数Ｎの方がエネルギーＥの減少に対する値の増分が大きいことが分かる。
【０１０１】
また、図１９の●で示すプロットは、求められた数式５中の係数ｂ（Ｅ）とプロトンエネルギーの関係を表し、■で示すプロットは、プロトン密度が１μｍ２あたり１個以上の領域を示す半径ｒｃとプロトンエネルギーの関係を表す。数式５中の係数ｂ（Ｅ）は、ｆ（ｘ，ｙ，Ｅ）の指数減衰値を表す。図１９からプロトンの生成領域を示す指数減衰値はプロトンエネルギーに依存し、Ｅ＝４００ｋｅＶで１１０μｍ程度、Ｅ＝１．１ＭｅＶで６０μｍ程度であり、低いエネルギーのプロトンほど加速される領域が広範囲にわたっていることがわかる。また、この指数減衰値は、レーザビームの指数減衰値（６μｍ）に比べ大きな値であり、レーザ照射からイオン加速が行われる間に加速領域が１０倍以上に広がったことを示している。
【０１０２】
次に、本発明のレーザープロファイルの測定方法について説明する。上記のように本発明の粒子分布の評価方法によれば、ターゲット１上での発生粒子の密度分布を求めることができるが、ターゲット１上での発生粒子の密度とレーザー強度閾値との相関が既知であれば、求められたターゲット１上での発生粒子の密度分布から、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布すなわちレーザープロファイルを導き出すことも可能である。例えばレーザー強度閾値と発生粒子のエネルギーとの関係を実験等により予め調べておくことで、本発明の粒子分布の評価方法により求められたターゲット１上での発生粒子のエネルギー別の密度分布から、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布を求めることが可能である。測定されたターゲット１上での発生粒子のエネルギー別の密度分布と、レーザー強度閾値と発生粒子のエネルギーとの既知の相関とに基づいて、ターゲット１に照射したレーザ光線５ａの集光強度分布を求める計算は、例えば既存のコンピュータシステムを利用でき、この場合、レーザープロファイルの測定装置を構成できる。
【０１０３】
次に、本発明の粒子採取方法および装置について説明する。本発明の粒子分布の評価方法により、ターゲット１上の粒子分布が明らかになれば、必要とするエネルギー粒子が発生するターゲット１上の箇所を露出させ、他の粒子発生領域を覆うマスキング材１９をターゲット１の粒子発生面１ｂに取り付けることで、必要とするエネルギー粒子を効率よく取り出すことが可能となる。例えば図１８及び図１９から、実施例３の条件においてターゲット１より発生するプロトンは、低いエネルギーのプロトンほど発生する領域が広範囲であることが分かる。このため、高いエネルギーのプロトンを効率よく取り出すには、例えば図２２に示すように、粒子発生領域の中心近傍を露出させるマスキング材１９を用いれば良い。逆に、低いエネルギーのプロトンを効率よく取り出すには、例えば図２３に示すように、粒子発生領域の中心から離れた箇所を露出させるマスキング材１９を用いれば良い。マスキング材１９は粒子が通過できない材質とする。粒子のエネルギーが高いほど透過できる遮蔽材の厚みが大きくなるため、マスキング材１９の厚みを単純に厚くすることで遮断性を向上できる。勿論、マスキング材１９の厚みを大きくすることなく粒子を遮断できる高密度の材料、例えばタンタル、タングステン、鉛などを用いてマスキング材１９を作製しても良い。
【０１０４】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば粒子源１は、レーザ光線５ａが照射されることにより高エネルギー粒子を発生させるターゲットであるものには限定されない。例えば加速器で加速された電子が照射されることによりイオンを発生させるターゲットを粒子源１としても良い。
【０１０５】
また、上述の実施形態では、計算条件および説明の簡単のために、ターゲット１のレーザ照射面１ａと粒子発生面１ｂおよび検出手段２の検出面２ａは平面且つ平行とし、ターゲット１上におけるレーザ照射領域の中心とｘ−ｙ平面の原点とピンホール３の中心とＸ−Ｙ平面の原点とがｘ−ｙ平面に垂直な一直線上に並んでいるものとし、ピンホール３は円形としたが、必ずしもこれらの例には限られない。これらの形状や位置関係が既知であるか或いは一定のものに仮定できれば、解析の際に当該形状や位置関係を考慮して数式１等を修正すればよい。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、ターゲット１を固体としたが、場合によってはガス状又はクラスター状の物体をターゲット１としても良い。ガス状のターゲット１に高エネルギーのレーザ光線５ａを照射すると、プラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲット１に高エネルギーのレーザ光線５ａを照射すると、レーザ光線５ａの吸収効率が高まり、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。尚、気体のターゲット１を使用する場合には、レーザ光線５ａの照射によってガスが発生して真空が劣化するため、ポンプ等の真空排気装置を設置することが好ましい。クラスター状のターゲット１を用いる場合には、ターゲット１となる気体を冷却して真空中に高速で噴射させる。この気体は断熱膨張による冷却で凝集が進み、原子や分子の集合体であるクラスターとなる。この凝集は非常に短時間で進むため、気体の噴出口の近くにレーザ光線５ａを照射する。これにより、クラスター状のターゲット１にレーザ光線５ａを照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の粒子分布の評価方法および装置の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明の粒子分布の評価方法の原理を示す斜視図である。
【図３】点源から粒子が拡散する条件の一例を示す斜視図である。
【図４】点源から出発した粒子がピンホールを通過して検出面に到達する条件の一例を示す斜視図である。
【図５】点源から拡散した粒子が検出面上の点に到達する条件の一例を示す斜視図である。
【図６】図１の一部を示す斜視図である。
【図７】トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す図である。
【図８】トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す他の図である。
【図９】トムソン質量分析器を用いた場合の原理を示す更に他の図である。
【図１０】エネルギー分別を行わずに検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。
【図１１】エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを１枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。
【図１２】エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを２枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。
【図１３】エネルギー分別手段として厚さ２．５μｍのマイラーフィルタを３枚用いた場合の検出面上の粒子密度分布を測定した結果を示す画像である。
【図１４】本発明の粒子分布の評価方法および装置の他の実施形態を示し、エネルギー分別手段としてエネルギーフィルタを用いる場合の一例を示す構成図である。
【図１５】（Ａ）はトムソン質量分析器を用いてプロトンのエネルギースペクトルを測定した結果を示す画像であり、（Ｂ）は（Ａ）の軌跡の一部を拡大したものである。
【図１６】図１５（Ｂ）の測定結果から検出面上の粒子密度分布を求めた結果を示す。
【図１７】図１５（Ｂ）の測定結果および図１６の計算結果からターゲット上の粒子密度分布を求めた結果を示す。
【図１８】ターゲット原点でのプロトン密度およびプロトン総数と、プロトンのエネルギーの関係を示す図である。
【図１９】プロトンの生成領域を示す指数減衰値およびプロトン密度が１μｍ２あたり１個以上の領域を示す半径と、プロトンのエネルギーの関係を示す図である。
【図２０】本発明の粒子分布の評価方法および装置の他の実施形態を示し、電子スペクトロメータを用いる場合の一例を示す構成図である。
【図２１】図２０の一部を示す斜視図である。
【図２２】本発明の粒子採取方法および装置の実施の一形態を示す原理図である。
【図２３】本発明の粒子採取方法および装置の他の実施形態を示す原理図である。
【図２４】ターゲット上の電子密度を求める従来技術を示す構成図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ターゲット（粒子源）
２ａ  検出面
２  検出手段
３  ピンホール
４  ピンホール部
５ａ  レーザ光線
５  レーザ光線照射手段
６  エネルギーフィルタ（エネルギー分別手段）
７  トムソン質量分析器
８  電子スペクトロメータ
１４  粒子発生手段
１９  マスキング材
【図１】
2005195559.tif 000006
【図２】
2005195559.tif 000007
【図３】
2005195559.tif 000008
【図４】
2005195559.tif 000009
【図５】
2005195559.tif 000010
【図６】
2005195559.tif 000011
【図７】
2005195559.tif 000012
【図８】
2005195559.tif 000013
【図９】
2005195559.tif 000014
【図１４】
2005195559.tif 000015
【図１６】
2005195559.tif 000016
【図１７】
2005195559.tif 000017
【図１８】
2005195559.tif 000018
【図１９】
2005195559.tif 000019
【図２０】
2005195559.tif 000020
【図２１】
2005195559.tif 000021
【図２２】
2005195559.tif 000022
【図２３】
2005195559.tif 000023
【図２４】
2005195559.tif 000024
【図１０】
2005195559.tif 000025
【図１１】
2005195559.tif 000026
【図１２】
2005195559.tif 000027
【図１３】
2005195559.tif 000028
【図１５】
2005195559.tif 000029