(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から発生するイオンビームを検出するイオンビーム検出器であって、
上記イオンビームに混在するＸ線を透過させ、かつ上記イオンビームを光に変換する光変換部と、
上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を電気信号として検出する光検出部と、
上記イオンビームが上記光変換部に到達するまでの飛行時間を計測する飛行時間計測部とを有し、
上記光変換部がイオンビームを受ける側に、上記イオンビームに混在する電子を除去する電子除去部と、上記イオンビームに混在する光を遮光する遮光部とを備えるとともに、
上記光変換部と上記光検出部との間に、光変換部に入射するイオンビームの光軸に対し湾曲した湾曲部が形成されていることを特徴とするイオンビーム検出器。
【請求項２】
上記電子除去部は、２極電磁石を備え、
２極電磁石は、発生する磁界の方向が上記イオンビームの光軸と垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム検出器。
【請求項３】
上記遮光部は、上記イオンビームに混在する光をイオン源側へ反射させるとともに、イオンビームを透過させる金属膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム検出器。
【請求項４】
上記光変換部がプラスチックシンチレーターであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のイオンビーム検出器。
【請求項５】
上記湾曲部には、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を減光させる減光フィルターが設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のイオンビーム検出器。
【請求項６】
上記湾曲部には、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を選択的に透過させる選択フィルターが設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のイオンビーム検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高強度のレーザーを物質に照射する際に発生するイオンビームを計測するために、主にＣＲ３９等の固体飛跡検出器が用いられてきた。高強度のレーザーを物質に照射するという実験環境下では、光、Ｘ線、及び電子がイオンビームと混在してしまう。このため、原子核実験等で使用されるＳＳＤ、ＭＣＰ等のオンライン検出器によりイオンビームを計測すると、検出されるイオン信号のＳ／Ｎ比を充分に取ることができなくなる。
【０００３】
一方、上述の固体飛跡検出器ＣＲ３９は、イオンビーム以外の光、Ｘ線、及び電子に感度がないので、高強度のレーザーを物質に照射する際に発生するイオンビームを計測するのに最適とされている。
【０００４】
固体飛跡検出器ＣＲ３９によるイオンビーム検出原理は、以下の通りである。
【０００５】
すなわち、ＣＲ３９中にイオンビームを入射すると、その飛跡に沿って局所的に損傷が残るようになる。この損傷が残ったＣＲ３９を、真空槽から取り出し、ＮａＯＨ等の塩基で化学的に処理（エッチング）する。これにより、損傷を受けていない場所におけるエッチング速度に対し、飛跡に沿ったエッチング速度が大きくなる。このため、ＣＲ３９には、瘢痕（エッチピット）が形成される。そして、光学顕微鏡により視野を走査し、ＣＲ３９に形成された瘢痕を数えることで、イオンビームのエネルギーを測定する。
【０００６】
また、例えば特許文献１には、飛行時間型質量分析装置に具備されたレーザ測定装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３９７４３号公報（２００３年  ５月１４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の固体飛跡検出器ＣＲ３９によるイオンビーム検出では、イオンビーム検出に長時間を要するという問題を生じる。
【０００８】
具体的には、固体飛跡検出器ＣＲ３９によりイオンビームを検出する場合、イオンビーム照射後、ＣＲ３９を真空槽から取り出し、前処理としてエッチング処理を行うことになる。さらに、その上、イオンビームの計測は、光学顕微鏡を用いた人力であるため、イオンビームの照射からイオンビームの計測までに、長時間を要するという問題が生じる。
【０００９】
特に、高強度のレーザーを物質に照射することによりイオンビームを生成するイオンビーム生成装置では、そのイオンビームをオンライン（リアルタイム）でエネルギー調整し、パラメータを最適化する必要がある。このようなイオンビーム生成装置に、従来の固体飛跡検出器ＣＲ３９を適用した場合、イオンビームの計測に長時間を要しており、パラメータ最適化の大きな障害となる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能なイオンビーム検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るイオンビーム検出器は、上記課題を解決するために、イオン源から発生するイオンビームを検出するイオンビーム検出器であって、上記イオンビームに混在するＸ線を透過し、かつ上記イオンビームを光に変換する光変換部と、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を電気信号として検出する光検出部と、上記イオンビームが上記光変換部に到達するまでの飛行時間を計測する飛行時間計測部とを有し、上記光変換部がイオンビームを受ける側に、上記イオンビームに混在する電子を除去する電子除去部と、上記イオンビームに混在する光を遮光する遮光部とを備えるとともに、上記光変換部と上記光検出部との間に、光変換部に入射するイオンビームの光軸に対し湾曲した湾曲部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明のイオンビーム検出器は、上記イオンビームに混在するＸ線を透過し、かつ上記イオンビームを光に変換する光変換部と、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を電気信号として検出する光検出部と、上記イオンビームが上記光変換部に到達するまでの飛行時間を計測する飛行時間計測部とを有するものである。
【００１３】
このイオンビーム検出器において、イオンビームのエネルギーの計測は、飛行時間計測部にて計測されたイオンビームの飛行時間に基づいて行われる。この飛行時間は瞬時に判るものである。このため、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能になる。
【００１４】
ところで、高強度のレーザーを物質に照射し、高エネルギー（１００ｋｅＶオーダー以上）のイオンビームを生成する環境下では、光、Ｘ線、及び電子がイオンビームと混在してしまう。
【００１５】
上記の構成によれば、上記光変換部がイオンビームを受ける側に、上記イオンビームに混在する電子を除去する電子除去部と、上記イオンビームに混在する光を遮光する遮光部とを備えるので、イオン源にて発生するイオンビームが光変換部に到達するまでに、イオンビームに混在する電子を除去するとともに、イオンビームに混在する光を抑制することができる。その結果、光、電子に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部にて検出される光、電子の信号とイオンビーム由来の光の信号との分解能が向上する。
【００１６】
さらに、上記光変換部は、上記イオンビームに混在するＸ線を透過させるとともに、上記光変換部と上記光検出部との間に、光変換部に入射するイオンビームの光軸に対し湾曲した湾曲部が形成されているので、Ｘ線が光検出部に到達することが防止され、Ｘ線に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部にて検出されるＸ線の信号とイオンビームの信号との分解能が向上する。なお、「Ｘ線を透過させる」光変換部とは、イオンビームに混在するＸ線に対し相互作用を示さず、Ｘ線が透過するような光変換部のことをいう。それゆえ、本発明における「光変換部」は、「イオンビームに混在するＸ線に対し反応（感応）しない光変換部」ともいえる。
【００１７】
さらに、本発明に係るイオンビーム検出器では、上記イオンビームが上記光変換部に到達するまでの飛行時間を計測する飛行時間計測部を備えた構成である。
【００１８】
以上のように、上記の構成によれば、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能なイオンビーム検出器を実現することができる。
【００１９】
本発明に係るイオンビーム検出器では、上記電子除去部は、２極電磁石を備え、２極電磁石は、発生する磁界の方向が上記イオンビームの光軸と垂直になるように配置されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、２極電磁石により発生する磁界の方向は、イオンビームの光軸と垂直になっているので、イオンビームに混在する電子の軌道は、イオンビームの軌道からはずれる。その結果、上記の構成によれば、イオンビームに混在する電子は、光変換部に到達しなくなる。それゆえ、イオン源にて発生するイオンビームが光変換部に到達するまでに、イオンビームに混在する電子が除去され、電子に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。
【００２１】
本発明に係るイオンビーム検出器では、上記遮光部は、上記イオンビームに混在する光をイオン源側へ反射させるとともに、イオンビームを透過させる金属膜であることが好ましい。
【００２２】
金属膜がイオンビームに混在する光をイオン源側へ反射させているので、確実にイオンビームに混在する光を遮光することができる。
【００２３】
本発明に係るイオンビーム検出器では、上記光変換部がプラスチックシンチレーターであることが好ましい。
【００２４】
プラスチックシンチレーターは、応答速度が速いので飛行時間測定の精度を向上させる利点があるとともに、プラスチックから構成されているので、加工しやすく、スペースの問題や環境の要求から所望の形状にすることができるという利点がある。
【００２５】
本発明に係るイオンビーム検出器では、上記湾曲部には、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を減光させる減光フィルターが設けられていることが好ましい。
【００２６】
本発明に係るイオンビーム検出器では、上記湾曲部には、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を選択的に透過させる選択フィルターが設けられていることが好ましい。
【００２７】
これにより、例えば光検出部のイオンビーム検出感度が高い場合に、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を減光させる、あるいは選択的に透過させることで、イオンビームの検出感度を最適なものにすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るイオンビーム検出器は、以上のように、上記イオンビームに混在するＸ線を透過させ、かつ上記イオンビームを光に変換する光変換部と、上記光変換部にて変換されたイオンビーム由来の光を電気信号として検出する光検出部とを有し、上記光変換部がイオンビームを受ける側に、上記イオンビームに混在する電子を除去する電子除去部と、上記イオンビームに混在する光を遮光する遮光部とを備えるとともに、上記光変換部と上記光検出部との間に、光変換部に入射するイオンビームの光軸に対し湾曲した湾曲部が形成されている構成である。
【００２９】
このイオンビーム検出器において、イオンビームのエネルギーの計測は、飛行時間計測部にて計測されたイオンビームの飛行時間に基づいて行われる。この飛行時間は瞬時に判るものである。このため、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能になる。
【００３０】
高強度のレーザーを物質に照射し、高エネルギー（１００ｋｅＶオーダー以上）のイオンビームを生成する環境下では、光、Ｘ線、及び電子がイオンビームと混在してしまう。
【００３１】
上記光変換部がイオンビームを受光する側に、上記イオンビームに混在する電子を除去する電子除去部と、上記イオンビームに混在する光を遮光する遮光部とを備えるので、イオン源にて発生するイオンビームが光変換部に到達するまでに、イオンビームに混在する電子を除去するとともに、イオンビームに混在する光を抑制することができる。その結果、光、電子に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部にて検出される光、電子の信号とイオンビームの信号との分解能が向上する。
【００３２】
さらに、上記光変換部は、イオンビームに混在するＸ線を透過させるとともに、上記光変換部と上記光検出部との間に、光変換部に入射するイオンビームの光軸に対し湾曲した湾曲部が形成されているので、Ｘ線が光検出部に到達することが防止され、Ｘ線に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部にて検出されるＸ線の信号とイオンビームの信号との分解能が向上する。
【００３３】
以上のように、上記の構成によれば、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能なイオンビーム検出器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明すると以下の通りである。図１は、本実施形態のイオン検出器の概略構成を示す模式図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態のイオンビーム検出器１は、イオン源２から発生するイオン３のエネルギーを、飛行時間法により計測するというものである。
【００３６】
イオンビーム検出器１は、イオン３を飛行させるためのダクト４と、イオン源２から生じたイオン３に混在する電子を除去する電子除去部５と、イオン３に混在する光を遮光する遮光部６と、イオン３を光に変換するとともにイオン３に混在するＸ線を透過させる光変換部７と、光変換部７にて変換されたイオン３由来の光を受光し電気信号として検出する光検出部９と、飛行時間計測部１０とを備えている。また、光変換部７と光検出部９との間に、光変換部７に入射するイオン３の光軸（ダクト４の軸ＡＡ’）に対し湾曲するように湾曲部８が形成されている。
【００３７】
イオン源２は、標的物質１１にパルスレーザ光１２を照射することによりイオン３を発生させている。イオンビーム検出器１に適用可能なイオン源２は、図１に示された構成に限定されるものではなく、イオンビームを発生させることが可能なものであればよい。例えば、イオンビーム検出器１に適用可能なイオン源２としては、例えば、レーザーをジェットターゲットに集束させるイオン源、またはレーザーをクラスターターゲットに集束させるイオン源等が挙げられる。
【００３８】
ダクト４は、長さＬを有している。イオンビーム検出器１は、イオン３が長さＬだけ飛行した飛行時間ｔに基づいて、イオン３のエネルギーを検出する。
【００３９】
飛行時間計測部１０は、ダクト４内を飛行したイオン３が長さＬだけ飛行する飛行時間ｔを計測するものである。なお、飛行時間計測部６による飛行時間の計測は、後述する光検出部９にて検出されたイオンの電気信号に基づいて行われる。
【００４０】
イオンビーム検出器１では、イオン３のエネルギーが大きくなるに従い、飛行時間ｔが短かくなるようになっている。飛行時間計測部１０は、飛行時間ｔを計測することにより、イオン３のエネルギーを算出する。
【００４１】
より具体的には、飛行時間ｔは、イオン３の飛行距離をＬ（ダクト４の長さに相当する）として、下記関係式のように表すことができる。
【００４２】
【数１】
0004547507.tif 000002
【００４３】
ただし、上記関係式において、ｍｃ２は、イオン３の静止質量（イオン３が陽子である場合には、ｍｃ２＝９３８．２７２２ＭｅＶとなる）を表し、Ｔは、イオン３が持つ運動エネルギー（ＭｅＶ）を表し、ｃは光速２．９９８×１０８（ｍ／ｓｅｃ）を表す。
【００４４】
飛行時間計測部１０にて計測された飛行時間ｔを、上記関係式に代入することにより、イオン３が持つ運動エネルギーＴを算出することが可能になる。
【００４５】
このように、イオンビーム検出器１によるイオン３のエネルギーの計測は、イオン３が長さＬを飛行する飛行時間ｔに基づいて行われる。この飛行時間ｔは、イオン３が光検出部９に到達すると瞬時に判るものである。このため、生成されるイオンビームのエネルギーが即座に判り、かつ、レーザー照射を行いながら、リアルタイムでイオンビームの計測が可能になる。さらには、各種パラメータを変更しながらイオン源２からイオン３を発生させた場合に、パラメータ変更がイオン３のエネルギーにどのように反映するかをオンラインで知ることが可能になる。
【００４６】
ところで、上述したように、高強度のレーザーを物質に照射し、高エネルギー（１００ｋｅＶオーダー以上）のイオンビームを生成する環境下では、光、Ｘ線、及び電子がイオン３と混在してしまう。このため、イオン３のエネルギーを飛行時間法により計測すると、光（光子）、Ｘ線、または電子の飛行時間とイオン３の飛行時間とを区別して計測することができなくなるおそれがある。すなわち、光検出部９にて検出される光（光子）、Ｘ線、または電子の信号とイオン３由来の光の信号との分解能が悪くなり（光（光子）、Ｘ線、または電子の信号のバックグラウンドが大きくなる）、正確なイオン３の飛行時間ｔの計測ができなくなるおそれがある。
【００４７】
本実施形態のイオンビーム検出器１は、光（光子）、Ｘ線、または電子の信号とイオン３の信号との分解能を良好にする（光、Ｘ線、または電子の信号のバックグラウンドを除去する）ものであり、電子除去部５と、遮光部６と、光変換部７と、湾曲部８と、光検出部９とを備えた構成となっている。
【００４８】
以下、本実施形態のイオンビーム検出器１の特徴的構成である、電子除去部５、遮光部６、光変換部７、湾曲部８、及び光検出部９について、図２及び図３に基づいて、さらに詳述する。図２は、電子除去部５の概略構成を示す模式図である。また、図３（ａ）は、上記イオンビーム検出器における、遮光部、光変換部、湾曲部、及び光検出部の構成を示す側面図であり、図３（ｂ）は、遮光部、光変換部、及び湾曲部を拡大した図である。
【００４９】
まず、電子除去部５について説明する。図２に示すように、電子除去部５は、２極電磁石(Dipole Magnets)５ａ・５ｂを備えており、２極電磁石５ａ・５ｂは、ダクト４の側壁に設けられている。また、２極電磁石５ａ・５ｂは、ダクト４の軸ＡＡ’に対し垂直な磁界Ｈａ・Ｈｂを発生させる。さらに、２極電磁石５ａ・５ｂは、発生する磁界Ｈａ・Ｈｂの方向が互いに逆方向になるように配置されている。
【００５０】
磁界Ｈａ・Ｈｂの影響により、イオン３に混在する電子ｅ−は、ダクト４の側壁に衝突し、遮光部６に到達しなくなる。一方、イオン３は、磁界Ｈａ・Ｈｂの影響により、その軌道が平行移動する程度であり、遮光部６に到達するようになっている。このようにイオン３に混在する電子ｅ−がダクト４内で除去されるので、電子に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部９にて検出されるイオン３に起因する信号に混在する電子に起因する信号の割合を低くすることが可能となる。
【００５１】
また、２極電磁石５ａ・５ｂにより発生する磁界Ｈａ・Ｈｂの強度は、電子ｅ−をダクト４の側壁に衝突させる一方、イオン３がダクト４の側壁に衝突しなくなるような強度であればよい。磁界Ｈａ・Ｈｂの強度は、イオン３の種類、あるいはイオン３に混在する電子ｅ−のエネルギーに応じて適宜設定することができる。例えば、磁界Ｈａ・Ｈｂの強度を３００Ｇと設定すると、２ＭｅＶ以下の電子はダクト４の側壁に衝突する。一方、１００ｋｅＶのイオン（プロトン）は、２ｍｍ程度軌道が平行移動するのみである。
【００５２】
なお、図２では、電子除去部の構成は、発生する磁界Ｈａ・Ｈｂの方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された構成であった。しかしながら、本発明における電子除去部の構成は、イオンに混在する電子を除去することが可能な構成であれば、特に限定されるものではない。例えば、３つ以上の２極電磁石が配置された構成、または、１つの２極電磁石が配置された構成であってもよい。さらには、電子除去部は、磁界を発生させることにより電子を除去する構成に限定されず、電界を発生させることにより電子を除去するような構成であってもよい。
【００５３】
次に、遮光部６、光変換部７、湾曲部８、及び光検出部９について説明する。図３に示すように、イオンビーム検出器１では、光変換部７にて変換されたイオン３由来の光が、光検出部９にて受光されるようになっている。
【００５４】
光変換部７がイオン３を受ける面には、遮光部６が設けられている。この遮光部６は、イオン３に混在する光を遮光する一方、イオン３を透過させる機能を有するものである。遮光部６がイオン３に混在する光を遮光することにより、光に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部９にて検出される光の信号とイオン３の信号との分解能が向上する。なお、「遮光する」とは、光の透過を抑制することを意味する。
【００５５】
遮光部６を構成する部材は、光を遮光する一方、イオン３を透過する機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、光をイオン源２側へ反射させ、イオン３を透過させるような反射膜であってもよい。遮光部６を構成する部材として反射膜を用いる場合には、反射膜として、質量が軽く（元素周期表において原子番号（ｚ）が小さい）、酸化しにくい金属膜を用いることが好ましい。元素周期表において原子番号が小さい金属で形成された金属膜は、イオン３を通過させやすくなるためである。反射膜として特に好適な金属膜としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）蒸着膜が挙げられる。遮光部６を構成する部材としてアルミニウム蒸着膜を用いる場合、その膜厚は、イオン源２にて発生するイオン３のエネルギーに応じて設定可能である。例えば、１００ｋｅＶオーダー以上のイオン３を検出する場合には、アルミニウム蒸着膜の膜厚を約２μｍとする。アルミニウム蒸着膜の膜厚が約２μｍである場合、２２０ｋｅＶ以下のイオン３が透過せず、アルミニウム蒸着膜内に留まるためである。
【００５６】
イオンビーム検出器１では、遮光部６により光が遮光されたイオン３は、光変換部７に入射する。光変換部７は、入射してくるイオン３を光に変換する機能を有し、かつその光を透過させるものであれば、特に限定されるものではない。特に、光変換部７を構成する部材としては、シンチレーターが好ましい。
【００５７】
シンチレーターは、粒子が入射した際に光を発生する物質である。シンチレーターに荷電粒子が入射すると、この荷電粒子とシンチレーター中の電子との間で、電気的な引力や反発力が働く。そして、この影響で電子が励起され発光する。
【００５８】
また、種々のシンチレーターの中でも、光変換部７を構成する部材として、プラスチックシンチレーターが好ましい。プラスチックシンチレーターは、応答速度が速いので飛行時間測定の精度を向上させる利点があるとともに、プラスチックから構成されているので、加工しやすく、スペースの問題や環境の要求から所望の形状にすることができるからである。
【００５９】
プラスチックシンチレーターは、イオン３に限らず、イオン３に混在するＸ線に対しても発光する。それゆえ、光変換部７としては、イオン３に混在するＸ線を透過させるような構成が好ましい。光変換部７を構成する部材としてプラスチックシンチレーターを用いる場合、その膜厚は、Ｘ線に対する感度（発光）、あるいは検出すべきイオン３のエネルギーに応じて適宜設定することができる。具体的には、プラスチックシンチレーターの膜厚を０．２ｍｍとすると、イオン３に混在するＸ線を透過させ、Ｘ線に対する感度を低減させる一方、２ＭｅＶまでのイオン３（プロトン）をプラスチックシンチレーター内に留まらせることが可能になる。なお、「Ｘ線を透過させる」光変換部７とは、イオンビームに混在するＸ線に対し相互作用を示さず、Ｘ線が透過するような光変換部のことをいう。それゆえ、光変換部７は、「イオンビームに混在するＸ線に対し反応（感応）しない光変換部」ともいえる。
【００６０】
湾曲部８は、光変換部７を通過するＸ線が光検出部９に到達するのを防止するために設けられている。すなわち、イオンビーム検出器１では、湾曲部８は、光変換部７に入射するイオン３の光軸（ダクト４の軸ＡＡ’）に対し湾曲するように形成されており、湾曲部８では、光変換部７を透過するＸ線がそのまま透過する一方、イオン３が反射され光検出部９へ到達するようになっている。
【００６１】
これにより、イオン３に混在するＸ線が光検出部９に到達することが防止され、Ｘ線に起因する信号の発生を抑え、バックグラウンドを低減することができる。その結果、光検出部９にて検出されるＸ線の信号とイオン３の信号との分解能が向上する。
【００６２】
なお、湾曲部８を構成する部材は、光を反射させる一方、Ｘ線を透過させるようなものであれば、特に限定されるものではない。湾曲部８を構成する部材としては、例えばアクリル樹脂(acrylic plastic)が挙げられる。
【００６３】
さらに、湾曲部８において、光変換部７を通過するＸ線の進行方向に、Ｘ線を吸収する吸収部材が設けられていてもよい。これにより、より確実にイオン３に混在するＸ線が光検出部９に到達することを防止することができる。Ｘ線を吸収する部材としては、例えば鉛ガラスが挙げられる。
【００６４】
また、図３（ａ）に示すように、湾曲部８にはフィルター１３が設けられている。フィルター１３は、減光（ＮＤ）フィルター、及び／またはバンドパスフィルターで構成されている。減光フィルターは、例えば光変換部７にて変換されたイオン３由来の光が過剰である場合に、その光量を低減させるものである。また、バンドパスフィルターは、光変換部７にて変換されたイオン３由来の光の波長領域に相当する光のみを通過させるものである。
【００６５】
フィルター１３は、後述する光検出部９のイオン検出感度（イオン由来の光を検出する感度）を最適にするために設けられる。それゆえ、フィルター１３の構成は、光検出部９のイオン検出感度に応じて適宜設定可能である。例えば、光検出部９のイオン検出感度が極めて低く、イオン３の信号が微弱である場合には、フィルター１３が設けられていなくてもよい。また、フィルター１３を構成する減光フィルター、及び／またはバンドパスフィルターの数においては、光検出部９のイオン検出感度や光変換部７における光の変換効率に応じて適宜設定可能である。
【００６６】
光検出部９は、光変換部７にて光に変換されたイオン３を検出するものである。具体的には、光検出部９は、その受光面にて受光されるイオン３由来の光を電気信号に変換し出力するものである。
【００６７】
このような光検出部９として好適に用いられるものとしては、例えば光電子増倍管(photo multiplier tube、以下、ＰＭＴと記す)が挙げられる。ＰＭＴは、光を受光すると、その光を内部で光電子に変換し増幅した電気信号に変えて出力する光センサーである。ＰＭＴは、非常に感度よく、光を電気信号に変えて出力するので、イオンビーム検出器１のイオン検出感度を高くすることができる。
【００６８】
また、光検出部９としてＰＭＴを用いる場合には、イオン検出感度が高いことから、必要に応じて、上述のフィルター１３が設けられていてもよい。
【００６９】
以上のように、本実施形態のイオンビーム検出器１は、イオン３に混在する電子を除去する電子除去部５と、イオン３に混在する光を遮光する遮光部６と、光変換部７に入射するイオン３の光軸（ダクト４の軸ＡＡ’）に対し湾曲するように形成された湾曲部８とを備えている。
【００７０】
それゆえ、イオン３のエネルギーを飛行時間法により計測した場合に、光（光子）、Ｘ線、または電子の飛行時間とイオン３の飛行時間とを区別して計測することができ、光検出部９にて検出される光（光子）、Ｘ線、または電子の信号とイオン３由来の光の信号との分解能が良好になる（光、Ｘ線、または電子の信号のバックグラウンドを除去することが可能になる）。
【００７１】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７２】
以下添付した図面に沿って実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【実施例】
【００７３】
以下、図１に示されたイオンビーム検出器１を用いた実施例について説明する。なお、イオン３を発生させるイオン源２において、パルスレーザ光１２を照射する手段として、日本原子力研究機構関西研究所の１０ＴＷレーザー（ＪＬＩＴＥ−１０）を用いた。
【００７４】
上記１０ＴＷレーザーのパルスレーザ光１２の条件は以下の通りである。
レーザーエネルギー：200mJ 
パルス幅：250fs 
コントラスト：〜1.0×104 
スポット径：11μｍ×15μｍ
繰返し：10Hz （照射は1Hz）
また、標的物質１１として、膜厚５μｍのＴｉ薄膜を使用した。そして、面間１０９０ｍｍの八角形チェンバーにパルスレーザ光１２を導入する。そして、焦点距離ｆ＝６４６ｍｍのＯＡＰを用いて真空中にて標的物質１１に４５℃の入射角でパルスレーザ光１２を照射した。パルスレーザ光１２の照射時の真空度は３×１０−３Ｐａ以下に設定されている。さらに、標的物質１１はテープ状であり、常に巻き取られながら照射されるようになっている。それゆえ、パルスレーザ光１２は、常に標的物質１１の新しい面に照射される。
【００７５】
また、本実施例では、ダクト４の長さＬを約２ｍとしている。そして、電子除去部５として２極電磁石を使用している。また、遮光部６を構成する部材として、アルミニウム蒸着膜を使用している。光変換部７を構成する部材としてプラスチックシンチレーターを用いており、その膜厚を０．２ｍｍとしている。湾曲部８を構成する部材としてアクリル樹脂を用いている。光検出部９を構成する部材として、ＰＭＴ（Ｈ７１９５：浜松ホトニクス製）を用いた。
【００７６】
〔実施例１〕
実施例１では、電子除去部５としての２極電磁石の個数によるイオン検出の影響について検討した。具体的には、発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置されたイオンビーム検出器、１つの２極電磁石を備えたイオンビーム検出器、及び２極電磁石を備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した。その結果を図４及び図５に示す。図４は、減光フィルター２＋４を用いた場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフであり、図５は、減光フィルター２＋４＋８を用いた場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【００７７】
なお、図４に示されるグラフにおいて、５０ｎｓ近傍の負の信号のピークに対応する時間が、イオンに混在する光、電子、またはＸ線の飛行時間となる。また、２００ｎｓ近傍の負の信号のピークに対応する時間がイオンの飛行時間となる。すなわち、図４においては、イオンに混在する光、電子、またはＸ線の飛行時間が約５０ｎｓ、イオンの飛行時間が約２００ｎｓとなっている。そして、イオンのエネルギーは、イオンの飛行時間とイオンに混在する光、電子、またはＸ線の飛行時間との差（図４では、Ａとして示している）に基づいて換算される。また、図４に示されるグラフにおいて、イオンの個数の概数は、負の信号のピークの高さ（図４では、Ｂとして示している）に基づいて、推定される。
【００７８】
図４及び図５に示すように、２極電磁石を備えていないイオンビーム検出器では、５０ｎｓ近傍における信号の落ち込みが大きく、光、電子、またはＸ線の飛行時間を正確に検出することができなくなっていた。これは、イオンに混在する電子が除去されずに、電子に起因する信号が強くなっているためであると考えられる。すなわち、２極電磁石を備えていないイオンビーム検出器では、光（光子）、Ｘ線、または電子の飛行時間とイオン３の飛行時間とを区別して計測することができなくなり、光検出部にて検出される光（光子）、Ｘ線、または電子の信号とイオン由来の光の信号との分解能が悪くなっていた。
【００７９】
一方、発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置されたイオンビーム検出器、及び１つの２極電磁石を備えたイオンビーム検出器では、光（光子）、Ｘ線、または電子の飛行時間とイオン３の飛行時間とを区別して計測することができた。
【００８０】
したがって、実施例１から、２極電磁石の個数によって、除去される電子の影響が異なることが分かる。
【００８１】
〔実施例２〕
実施例２では、減光フィルター及びバンドパスフィルター（フィルター１３）によるイオン検出の影響について検討した。具体的には、バンドパスフィルターを備えたイオンビーム検出器、及びバンドパスフィルターを備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した。その結果を図６及び図７に示す。図６は、減光フィルター２＋４を用い、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフであり、図７は、減光フィルター２＋４＋８を用い、かつ２極電磁石を備えていない場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【００８２】
図６及び図７に示すように、減光フィルターは、その減光具合により信号強度が異なっていることがわかる。それゆえ、フィルター１３は、バンドパスフィルターの有無で異なるが、主に減光する働きを有することがわかる。
【００８３】
〔実施例３〕
実施例３では、遮光部６としてのアルミニウム蒸着膜によるイオン検出の影響について検討した。具体的には、膜厚０．８μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器、アルミニウム蒸着膜を備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した。その結果を図８に示す。図８は、減光フィルター２＋４＋８＋２、及びバンドパスフィルターを有し、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。また、図９は、膜厚０．８μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器、及び膜厚５μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示す。
【００８４】
図８に示すように、アルミニウム蒸着膜を備えていないイオンビーム検出器では、信号の様子が異なっており、光、電子、またはＸ線の飛行時間とイオンの飛行時間とを区別することが不可能になっていた。
【００８５】
実施例３では、フィルター１３としての減光フィルター２＋４＋８＋２、及びバンドパスフィルターを有し、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された構成で、イオン検出を行っている。すなわち、イオンに混在する電子、Ｘ線を除去することが可能な構成である。それゆえ、アルミニウム蒸着膜を備えていないイオンビーム検出器に見られた、信号の乱れは、イオンに混在する光が遮光されずに、光に起因する信号が強くなっているためであると考えられる。
【００８６】
一方、膜厚０．８μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器では、光（光子）、Ｘ線、または電子の飛行時間とイオンの飛行時間とを区別して計測することができた。
【００８７】
また、アルミニウム蒸着膜を備えた、実施例１または実施例２のイオン検出器では、アルミニウム蒸着膜を備えていないイオンビーム検出器に見られた、信号の乱れは見られなかった（図４〜図７）。それゆえ、本発明のイオン検出器によるイオン検出において、イオンに混在する光による影響が最も大きいことがわかる。すなわち、イオンに混在する光が遮光されていないと、イオンの飛行時間を正確に測定することができなくなるといえる。したがって、本発明のイオン検出器においては、イオンに混在する光を遮光するアルミニウム蒸着膜（遮光部）が必須の構成となっている。
【００８８】
以上、実施例１〜３をまとめると、以下のようになる。
（１）プラスチックシンチレーターを用いたToF計測によって、プロトンの測定を行うことに成功した。
（２）JLITE-10を用いたイオン発生実験を行い、レーザーパラメータの最適化において、飛行時間法によるイオンの計測は、従来のＣＲ３９を用いたイオンの最適化と比較して、短時間に非常に多くのパラメータを最適化することができた。
（３）照射条件を同じにしても、ショットごとのばらつきはかなりある。レーザー強度のバラつきから考えても大きい。標的物質の条件、又はプリパルス強度が大きく関係している可能性があると考えられる。
（４）飛行時間法により得られたプロトンの最大エネルギー(平均)は、Thomson Parabolaの結果と一致している。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明のイオンビーム検出器は、以上のように、光検出部にて検出される光（光子）、Ｘ線、または電子の信号とイオン由来の光の信号との分解能が良好になるので、イオンビームを生成する分野などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施形態のイオン検出器の概略構成を示す模式図である。
【図２】上記イオンビーム検出器の電子除去部の概略構成を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、上記イオンビーム検出器における、遮光部、光変換部、湾曲部、及び光検出部の構成を示す側面図であり、（ｂ）は、遮光部、光変換部、及び湾曲部を拡大した図である。
【図４】発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置されたイオンビーム検出器、１つの２極電磁石を備えたイオンビーム検出器、及び２極電磁石を備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４を用いた場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【図５】発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置されたイオンビーム検出器、１つの２極電磁石を備えたイオンビーム検出器、及び２極電磁石を備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４＋８を用いた場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【図６】バンドパスフィルターを備えたイオンビーム検出器、及びバンドパスフィルターを備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４を用い、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【図７】バンドパスフィルターを備えたイオンビーム検出器、及びバンドパスフィルターを備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４＋８を用い、かつ２極電磁石を備えていない場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【図８】膜厚０．８μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器、アルミニウム蒸着膜を備えていないイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４＋８＋２、及びバンドパスフィルターを有し、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【図９】膜厚０．８μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器、及び膜厚５μｍのアルミニウム蒸着膜を備えたイオンビーム検出器について、イオンの信号を比較した結果を示し、減光フィルター２＋４＋８＋２、及びバンドパスフィルターを有し、かつ発生する磁界の方向が互いに逆方向になるように２つの２極電磁石が配置された場合における信号と飛行時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１    イオンビーム検出器
２    イオン源
３    イオン
４    ダクト
５    電子除去部
６    遮光部
７    光変換部
８    湾曲部
９    光検出部
１０    飛行時間計測部
１１    標的物質
１２    パルスレーザ光
１３    フィルター
【図１】
0004547507.tif 000003
【図２】
0004547507.tif 000004
【図３】
0004547507.tif 000005
【図４】
0004547507.tif 000006
【図５】
0004547507.tif 000007
【図６】
0004547507.tif 000008
【図７】
0004547507.tif 000009
【図８】
0004547507.tif 000010
【図９】
0004547507.tif 000011