(57)【要約】【課題】  時間的に連続したビームから、立ち上がり及び立ち下がり時間の短いパルスビームを切り出すことが可能なチョッピング装置を提供することを目的とする。【解決手段】  荷電粒子１の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する入口電極（３１）及び出口電極（３３）と、該入口電極及び出口電極の間に、荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する１又は２以上の中間電極（３２）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荷電粒子ビームチョッピング装置おいて、上記中間電極の外径は入口電極及び出口電極の外径よりも小さい荷電粒子ビームチョッピング装置。【選択図】  図３（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する入口電極及び出口電極と、該入口電極及び出口電極の間に、荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する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荷電粒子ビームチョッピング装置おいて、上記中間電極の外径は入口電極及び出口電極の外径よりも小さいことを特徴とする荷電粒子ビームチョッピング装置。
【請求項２】
上記中間電極の外径は、入口電極及び出口電極の中央部の外径に等しいことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビームチョッピング装置。
【請求項３】
上記入口電極、出口電極及び中間電極は、金属板からなり、上記中央部は、細い径の金属線から形成されたメッシュからなる空隙を有する開口からなることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビームチョッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子、陽電子、原子イオン、分子イオン、クラスターイオン、微粒子イオン、ミューオン、パイオンなどの正または負の電荷をもつ荷電粒子の時間的に連続したビームから、パルス幅数ナノ秒以下のパルス状ビームを切り出すために使用する荷電粒子ビームチョッピング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子の連続ビームからパルス幅数ナノ秒程度のパルスビームを切り出すチョッピング装置として、図１（ａ）（ｂ）に示すような荷電粒子ビームが通過できるような多数の空隙をもつ電極を、ビーム軌道上に垂直に３枚並べた構造のものが用いられている。
【０００３】
従来の荷電粒子ビームチョッピング装置では、入口電極、出口電極、中間電極としては、同一形状の導電性の薄板の中央部に、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が使用される。
電極に設ける穴、網目またはすだれによる空隙の大きさは、電極間の間隙より十分に小さくする。以上の荷電粒子ビームチョッピング装置において、入口と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、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。
【０００４】
即ち中間電極には、図２に示すような、ある一定時間だけ荷電粒子のエネルギーＥ0よりも低い電位、他の時間には荷電粒子のエネルギーＥ0よりも高い電位となるような時間的に変化するパルス電位を印加する。したがって、電位Ｖ(t)が荷電粒子ビーム１のエネルギーＥ0より高い時には荷電粒子ビーム１は入口電極３と中間電極２の間で発生した電界で反射される。
一方、電位Ｖ(t)が荷電粒子ビーム１のエネルギーＥ0 より低い時には荷電粒子ビーム１は空隙を通過することができ、これによってパルス状に切り取られたビームが形成される。
よってこの荷電粒子ビームチョッピング装置の前では連続ビームであった荷電粒子ビームが高速に断続される。
【特許文献１】特開平５−７２３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パルスビームのパルス幅、立ち上がり時間、立ち下がり時間が数ナノ秒以下となるような高速チョッピングを実現するためには、電極間の間隔を数ミリメートル以下と狭くし、また中間電極には立ち上がり、立ち下がり時間がナノ秒程度の高速パルスを印加する必要がある。しかし、図１（ａ）に示した構造のように、同じ形状、寸法の電極を３枚並べて、その間隔を狭くすると、電極間の静電容量が大きくなり、これが原因で中間電極に印加されるパルス状電位の応答速度が遅くなり、波形が鈍ってしまう。得られるパルスビームの時間構造も、この波形を反映し、立ち上がり、立ち下がりの鈍ったものとなる。
【０００６】
本発明は、時間的に連続したビームから、立ち上がり及び立ち下がり時間の短いパルスビームを切り出すことが可能な荷電粒子ビームチョッピング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】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために上記中間電極の外径を入口電極及び出口電極の外径よりも小さくして、入口電極及び出口電極と中間電極間の静電容量を少なくするものである。
【０００８】
即ち本発明は、荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する入口電極及び出口電極と、該入口電極及び出口電極の間に、荷電粒子の通過できる多数の空隙を持つ中央部を有する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荷電粒子ビームチョッピング装置おいて、上記中間電極の外径は入口電極及び出口電極の外径よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、中間電極の外径は、入口電極及び出口電極の中央部の外径に等しいことを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明は、入口電極、出口電極及び中間電極は、金属板からなり、中央部は、細い径の金属線から形成されたメッシュからなる空隙を有する開口からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、中間電極の外径を入口及び出口の電極の外径よりも小さくして、中間電極と両側の入口及び出口電極が直接対向する部分の面積を減少させている。このため、電極間の静電容量が大幅に減少し、中間電極のパルス応答が早くなり、時間的に連続した荷電粒子ビームから、立ち上がり及び立ち下がり時間の短いパルスビームを切り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図３（ａ）は、本発明の実施例を模式的に示す断面図である。また図３（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施例の入口電極、出口電極及び中間電極を模式的に示す正面図である。
この荷電粒子ビームチョッピング装置では、空隙を持つ中間電極としては、ビーム透過率を高く保つために、なるべく細い径の金属線から形成されたメッシュが用いられる。高透過率の金属メッシュは強度的に弱く自立できないため、中心部をくり抜いた金属板を用いて保持される。３枚のメッシュ付き電極は、セラミックなどの絶縁物のスペーサーを間に挟み、お互いが電気的に絶縁された状態で固定される。
【実施例】
【００１３】
入口電極、出口電極の金属板として外径56mm、内径25mm、厚さ0.5mmのステンレス316L板を用いた。この金属板にタングステンメッシュ(タングステン径0.02mm、2.54cm当たり100メッシュ)をスポット溶接により貼り付けた。
はじめに従来装置の構造におけるパルス応答特性を調べるため、中間電極として入口、出口電極と全く同じ大きさ、構造の電極を用いた。セラミックスペーサーを用いて入口電極、および出口電極と2mmの間隔となるように固定した。入口および出口電極はグランド（接地）し、中間電極とグランドの間には反射防止のための終端抵抗(50オーム、高周波用)を取りつけた。
【００１４】
中間電極に図４に示すパルス幅7ナノ秒の矩形波パルスを印加した。測定は帯域400MHzのオシロスコープ（テクトロニクス社製2647B）を用いて行った。プローブ（テクトロニクス社製 Tek P6137）を用いて中間電極の電圧変化を測定したところ、図５に示す波形が得られた。従来の構造では金属板間の静電容量が大きく、そのため、中間電極の電圧応答が遅くなり、波形が大きく歪んだものになっている。
【００１５】
次に、中間電極として、外径25mm、内径20mm、厚さ0.5mmのステンレス316L板にタングステンメッシュ(タングステン径0.02mm、2.54cm当たり100メッシュ)をスポット溶接したものを用いた。これを上と同じ電極間距離（2mm）となるように固定し、同じ矩形波パルスを印加した。その結果、図６に示す波形が得られた。
図５及び図６を対比すると、明らかに図６の本発明装置のパルス応答は、図５のものよりも立ち上がり及び立ち下り時間が短く、図４の入力波形に非常に近い波形の電位が印加されていることが確認される。
【００１６】
本装置の実施例では、中間電極の外径を入口および出口電極の中央部の外径、即ちメッシュ領域の外径に等しくしたが、入口電極及び出口電極と中間電極間の静電容量が従来のものより少なくなるように、中間電極の外径は入口電極及び出口電極の外径よりも小さく選定すればよい。
【００１７】
なお中間電極の外径が入口及び出口電極の内径よりも小さいと、荷電粒子のビーム径が大きい場合、荷電粒子が中間電極外側の空間をチョッピングを受けずに通過する可能性があり、また、出口電極に荷電粒子を加速または減速する電位を印加する場合には、中間電極外側からの電場の漏れで、ビームの軌道が大きく偏向を受ける可能性もあり実用的ではない。
【００１８】
中間電極の金属板の外径が入口及び出口電極の内径と等しい場合には、電場の漏れやチョッピングを受けないビーム透過は起こらず、また静電容量も低く保つことができ、本装置の形態としては最良である。
【００１９】
なお本装置の実施例では、荷電粒子ビームとして陽電子ビームを使用した。
【００２０】
以上、好ましい実施の形態、実施例について説明したが、本発明は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内において適宜の変更が可能なものである。
例えば、中間電極は２以上であっても良い。また中央部がメッシュである中間電極を例に説明したが、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中間電極でもよく、要は中央部がビーム透過率の高い空隙により構成されていれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
荷電粒子パルスビームは、現在、飛行時間分析による荷電粒子のエネルギー分析、陽電子寿命測定等の様々な材料分析装置に利用されているが、これらの分析装置では、プローブとなるパルスビームのパルス幅で測定の分解能が決まる。
したがって本発明により、従来よりも短いパルス幅のパルスビームが形成でき、分析装置の分解能の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１（ａ）】従来のチョッピング装置の断面図
【図１（ｂ）】従来のチョッピング装置の正面図
【図２】中間電極に印加するパルス電位
【図３（ａ）】本発明のチョッピング装置の断面図
【図３（ｂ）】本発明のチョッピング装置の入口電極、出口電極正面図
【図３（ｃ）】本発明のチョッピング装置の中間電極正面図
【図４】中間電極への入力パルス波形
【図５】従来のチョッピング装置の中間電極のパルス応答
【図６】本発明のチョッピング装置の中間電極のパルス応答
【符号の説明】
【００２３】
１  荷電粒子  
Ｅ０  荷電粒子のエネルギー
１１  入口電極  
１２  中間電極
１３  出口電極
１４  金属メッシュ
１５  金属板
２１  電極間隔
２２  電極間隔
２３  中央部（開口）の外径
２４  外径
３１  入口電極
３２  中間電極
３３  出口電極
４１  外径
４２  中央部（開口）の外径
４３  外径
４４  中央部（開口）の外径
【図１（ａ）】
2005321243.tif 000003
【図１（ｂ）】
2005321243.tif 000004
【図２】
2005321243.tif 000005
【図３（ａ）】
2005321243.tif 000006
【図３（ｂ）】
2005321243.tif 000007
【図３（ｃ）】
2005321243.tif 000008
【図４】
2005321243.tif 000009
【図５】
2005321243.tif 000010
【図６】
2005321243.tif 000011