(57)【要約】本発明は、ポジトロン生成源に関するものである。本発明によるポジトロン生成源は、とりわけ、固体物理学という分野に応用することができる。本発明によるポジトロン生成源は、薄いターゲット（２８）を具備している。この薄いターゲット（２８）は、１０ＭｅＶという連続的なまたは準連続的な電子ビーム（２２）を、すれすれの入射角度でもって受領するものとされている。電子ビームとターゲットとの相互作用によって、ポジトロンが生成される。
2006519989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポジトロン生成源であって、
電子ビームを生成するための電子ビーム生成手段（２０）と、
実質的に平面状とされた表面を有してなるターゲット（２８）であるとともに、この実質的な平面状表面上に所定入射角度でもって前記電子ビームを受領し得るよう構成され、さらに、前記電子ビームとの相互作用によってポジトロンを生成し得るよう構成された、ターゲット（２８）と、
を具備してなり、
このようなポジトロン生成源において、
生成された前記電子ビームが、連続的なものあるいは準連続的なものであるとともに、前記電子ビーム中の電子のエネルギーが、約１０ＭｅＶという程度であり、
前記ターゲットの厚さが、５００μｍ未満とされ、
前記所定入射角度が、１０°未満とされている
ことを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項２】
請求項１記載のポジトロン生成源において、
前記ターゲット（２８）の厚さが、１０μｍ〜１００μｍという範囲内とされ、
前記所定入射角度が、２°〜５°という範囲内とされていることを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項３】
請求項１または２記載のポジトロン生成源において、
前記電子ビーム生成手段が、連続的な電子ビームを生成するとともに、電子加速器（２０）を備え、
この電子加速器（２０）が、同軸キャビティを有し、
この同軸キャビティの軸に直交する中央平面内においては、電子が複数回にわたって通過することを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のポジトロン生成源において、
さらに、前記ポジトロンと、前記ターゲットと相互作用しなかった電子と、を選別するための選別手段を具備し、
この選別手段が、
−第１磁気手段（２６）であるとともに、その軸が、前記電子ビームの軸と接近しておりかつ前記ターゲットがなす前記表面を通過しており、さらに、前記ターゲットから放出された前記ポジトロンを発散させ得る磁界を形成し得るよう構成され、さらに、適切な距離でもって前記ターゲットの入力側に配置されているような、第１磁気手段（２６）と、
−前記ポジトロンを収束させるための四極型磁石（３０）であるとともに、その軸が、前記第１磁気手段と同軸とされ、さらに、前記ターゲットの出力側に配置され、さらに
、前記ポジトロンがなすビームの横断面形状が前記電子と前記ターゲットとの間の相互作用領域からの出口において非常にフラットである場合に、前記ポジトロンがなすビームの前記横断面形状を円形に成形し得るよう構成された、四極型磁石（３０）と、
−この四極型磁石の出力側においてかつ前記第１磁気手段上において、前記ポジトロンがなす前記ビームを円形横断面形状へと焦点合わせし得る程度に十分に離間した位置に配置された第１係止手段（３２）であるとともに、前記電子ビームのうちの、前記ターゲットと相互作用しなかった電子を係止し得るよう構成された、第１係止手段（３２）と、
−この第１係止手段の出力側においてかつ前記第１磁気手段と同じ軸に沿って、前記ポジトロンを収束させ得る磁界を形成し得るような適切な距離だけ前記第１磁気手段から離間して配置された第２磁気手段（３６）であるとともに、前記第１磁気手段と協働することによって、前記ポジトロンが前記第１係止手段に遭遇することを防止し得る磁界を形成し得るものとされた、第２磁気手段（３６）と、
を備えていることを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のポジトロン生成源において、
さらに、
−前記ターゲットによって生成された前記ポジトロンを捕捉し得るよう構成されたトラップ手段（４６）と、
−このようなトラップ手段に向けて前記ポジトロンを案内し得るよう構成されたガイド手段（４２）と、
を具備することを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項６】
請求項５記載のポジトロン生成源において、
前記トラップ手段（４６）が、Greaves-Surko トラップを備えていることを特徴とするポジトロン生成源。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のポジトロン生成源において、
さらに、
−第２係止手段（３８）であるとともに、前記電子ビームのうちの、前記ターゲットと相互作用しなかった電子でありなおかつ前記第２磁気手段と前記トラップ手段との間の領域に到達した電子を係止し得るよう構成され、さらに、これら電子が前記トラップ手段へと到達することを防止し得るよう構成された、第２係止手段（３８）と、
−このような第２係止手段を通過させて前記トラップ手段へ向けて前記ポジトロンを案内するガイド手段（４２）と、
を具備することを特徴とするポジトロン生成源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポジトロン生成源に関するものである。
【０００２】
ポジトロン生成源は、特に、固体物理学や物性物理学や表面物理学において、広範な応用を有している。例えば、走査型ポジトロン顕微鏡や、打込深さまたはドップラー広がりの関数としての寿命測定や、ＰＡＥＳ（Positron annihilation induced Auger Electron Spectroscopy,陽電子消滅によって誘起されるオージェ電子分光学）、といったような様々な応用に際しては、カウント速度が大きいことが重要である。
【０００３】
本発明の他の応用は、ポジトロニウム『原子』を直接的に使用することである（ポジトロニウムとは、電子とポジトロンとの結合状態である）。しかしながら、ポジトロニウムの生成には、大量のポジトロンが必要とされる。
【０００４】
また、本発明は、分子化学に応用可能である。より詳細には、高温の臨界温度を有した超伝導材料内における各種プロセスの決定に対して、応用可能である。
【０００５】
本発明は、塗料やコーティングの経時特性の決定にも同等に応用可能である。
【０００６】
さらに、本発明は、また、ポジトロンの消滅が電子密度に敏感であることが周知であることにより、材料の欠陥の検出にも、応用可能である。例えば、材料が熱的に膨張した際には、密度の小さな変化が検出される。その後、空孔（ベイカンシー）、すなわち、結晶材料がなす格子から失われた単一原子が、それらの電子密度が低いことにより、非常に容易に検出される。１０−６（１ｐｐｍ）という程度の空孔原子サイト濃度を、観測することができる。
【０００７】
材料が、非接触式にポジトロンビームによって分析されることにより、材料を、非常に高温へと加熱することができる。また、空孔サイトを、任意の温度で、機械的な変形によってあるいはスパッタリングによってあるいはイオン打込によって、導入することができる。
【０００８】
ポジトロンビームの調整可能なエネルギーは、複数の薄層からなる構造に関し、すなわち、複数の欠陥が非一様に分散している試料に関し、１０％という解像度でもって深さ方向の情報を取得する手段である。
【０００９】
さらに、例えばＭＯＳといったようなマイクロエレクトロニクスデバイス中の酸化物の電界を使用することによって、研究対象界面のところにおいてポジトロンを逸脱させることができる。
【００１０】
０．５ｎｍという程度のキャビティを形成する空孔クラスターは、ドップラー広がりの変化により、および、ポジトロンの寿命の変化により、容易に観察することができる。
【００１１】
ポジトロニウムの形成の観察は、より広いキャビティの存在を実証し、それらのサイズ（最大で、２０ｎｍ）を決定することができる。
【００１２】
さらに大きなキャビティに関しては、オルト−ポジトロニウム（電子のスピンとポジトロンのスピンとが逆平行となっているようなポジトロニウムの一状態）は、３つの光子へと崩壊し得る程度に十分に長寿命である。この場合、光子の角度の相関性は、ドップラー広がりを、５倍だけ増大させる。
【００１３】
さらに、本発明は、以下のものにも応用可能であることに注意されたい。
−ＰＲＳ（Positron Re-emission Spectroscopy）、
−ＰＡＥＳ（Positron annihilation induced Auger Electron Spectroscopy）、
−ＲＥＰＥＬＳ（Re-Emitted Positron Energy Loss Spectroscopy）、
−ＬＥＰＤ（Low-Energy Positron Diffraction）、
−ＰＩＩＤＳ（Positron Induced Ion Desorption Spectroscopy）、
−ＰＡＬＳ（Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy）、この技術は、マイクロエレクトロニクスにおいては、極めて重量である、
−ＶＥＰＬＳ（Variable Energy Positron Lifetime Spectroscopy）、
−ＰＡＳ（Positron Annihilation Spectroscopy）。
【００１４】
本発明は、より詳細には、１０ＭｅＶ未満といったような低エネルギーのポジトロンビームであって、１０１０ポジトロン／秒を超えるような、好ましくは１０１２ポジトロン／秒を超えるような、瞬時強度を有したポジトロンビームの生成に関するものである。これにより、例えば、
−適切なトラップと結合させることによって、１０ｋｅＶ未満というエネルギーを有した低エネルギーポジトロンビームを生成することができる。
−適切なターゲットとの相互作用によってポジトロニウム原子を生成することができる。
【背景技術】
【００１５】
低エネルギーポジトロンおよびポジトロニウム『原子』の高速（１０１０個／秒より大）での生成は、例えばＰＡＳ（Positron Annihilation Spectroscopy）やあるいは上述した他の方法が使用される場合、単結晶あるいは有機材料の欠陥を測定するといったような産業的応用において、必要とされる。
【００１６】
これらの応用においては、ポジトロンビーム生成源として、主として２２Ｎａ生成源を使用する。このようなコンパクトな生成源は、研究所における研究に際し、非常に適切である。しかしながら、それらの最大活性は、約４×１０９ Ｂｑであり、それらの平均寿命は、わずか２．６年である。
【００１７】
さらに、多くの場合に微量成分ではあるけれども、活性の一部として、ポジトロンビームを派生するような、いくつかの加速器が存在する。しかしながら、このような加速器は、多くの場合、大型でありかつ高価な装置である。それは、使用される電子のエネルギーが、非常に多くの場合、典型的には１００ＭｅＶといったように、数十ＭｅＶであるからである。放射されたポジトロンは、数十ＭｅＶというエネルギーを有することができる。
【００１８】
さらに、産業的応用に有効であるようなポジトロンは、生成しきい値エネルギーの少なくとも１０００倍と比較して、それ以下であるような運動エネルギーを有している。従来より、非常に小さな効率（０．００１未満）を有した金属モデレーターを使用することによって、ポジトロンを減速することができる。
【００１９】
さらに、Penning-Malmbergトラップと称されるようなデバイス内に、ポジトロンビームをトラップするという手法が公知である。Greaves-Surko トラップと称されるような改良されたトラップは、このビームのエネルギー分散を１という程度の効率でもって１００倍に分散させることにより、ビームの輝度を猛烈に増大させる。
【００２０】
Greaves-Surko トラップは、First Point Scientific Company社から市販されている。これらは、その効率が１％近くであるような固体ネオンモデレーターを備えている。
【００２１】
これらトラップは、上記応用には非常に有利である。また、それらの外観のために、それらは、より広く使用されるようになってきている。しかしながら、ポジトロンのエネルギーは１ＭｅＶ未満でなければならない。
【００２２】
さらに、４つの技術がポジトロンの生成に関して公知である。これら技術においては、原子炉からのあるいはタンデム型加速装置（イオンを加速し得るよう構成されている）からにあるいは電子加速器からの、放射線源（２２Ｎａタイプの）あるいは中性子束を使用する。
【００２３】
以下においては、これらの技術の欠点について、説明する。
【００２４】
放射線源から出力されるポジトロン流は、生成源を囲む材料の厚さによって制限される。さらに、そのような生成源から放射されるポジトロンビームの強度は、約１０８ｅ＋／ｓという程度であり、したがって、減速後には、約１０６ｅ＋／ｓという程度である。
【００２５】
原子炉から出力される中性子束の使用は、低エネルギーポジトロンを生成し得るような、寿命の短い放射線源を得るための手段を提供する。しかしながら、この技術は、原子炉を必要とすることにより、産業化することができない。
【００２６】
上記技術の１つの変形例においては、タンデム型加速装置を使用することによって、ターゲットへ送られるイオンを加速する。このターゲットは、放射性のものとなり、低エネルギーポジトロンを放射する。タンデム型加速装置は、従来の粒子加速器より小さいものではあるけれども、それは、活性化からの保護を必要とすることにより、また、メンテナンスインフラストラクチュアを必要とすることにより、大型のかつ高価な装置を形成する。
【００２７】
より単純には『線形加速器』と称されるような大きな線形加速器を使用することによっても、また、電子を加速しタングステンターゲットまたはタンタルターゲットへと加速電子を送ることによって、ポジトロンを生成することができる。しかしながら、これらの大きな線形加速器は、非常に大きくかつ高価な装置である。上述したタイプのポジトロン応用の開発に利用するのは、不十分である。
【００２８】
電子ビームとの相互作用によってポジトロンを生成し得るようなターゲットを収容している公知の相互作用チャンバについて、再考する。
【００２９】
電子ビーム（ｅ− として表される）からポジトロン（ｅ＋ として表される）を生成するには、これら電子は、ターゲット材料と相互作用しなければならない。その場合、電子は、Ｘ線とガンマ線とを放射し、場合によっては、対（ｅ＋ｅ−）として崩壊する。
【００３０】
生成されるポジトロンの数が、ターゲット材料に対して相互作用する電子の数に依存することにより、当業者であれば、線形加速器タイプの加速器によって生成されたものと同様の強力なビームの使用を決定するであろう。
【００３１】
電子ビームによって生成されるｅ＋ の数が、通過するターゲット厚さとともに増大することにより、当業者であれば、この厚さを増大させる傾向がある。
【００３２】
しかしながら、その場合、２つの問題点が発生する。
【００３３】
第１に、Ｘ線が、ターゲット内に、熱という形態で、エネルギーを蓄積する。
【００３４】
第２に、生成されたｅ＋ が、ターゲットの中で捕捉されてしまい、ターゲットから出る前に消滅してしまう。この消滅は、電子との直接的な衝突あるいはポジトロニウム原子のせいせいという２つの反応に基づいて起こり得る。
【００３５】
当業者であれば、当然のことながら、高エネルギー加速器の使用と、厚いターゲットの使用と、を関連させる。
【００３６】
粒子物理学実験のために高エネルギーｅ＋ （１０ＭｅＶを超える）を生成するシステムは、第２の問題点には、敏感ではない。なぜなら、高エネルギーｅ＋ が消滅することがないからであり、特に、ポジトロニウムを形成しないからである。さらに、ｅ＋ が非常に低いエネルギーを有していなければならないような産業的応用については、ｅ＋ がターゲット出口ポイントから出てきた位置からの経路の途中でのポジトロニウムの生成によって、大部分のｅ＋ が破壊される。
【００３７】
他方においては、第１の問題点は、高エネルギーでは、大いなる欠点をもたらす。ターゲット内に蓄積された所定量の熱のために、１００ＭｅＶの電子ビーム生成源および１０ＭｅＶ電子ビーム生成源は、１ＭｅＶ以下というエネルギーを有した同数の『有効な』ポジトロンを供給する。
【００３８】
例えば、第１に、９０°でもって１ｍｍ×１ｃｍ２ というターゲットに対して電子を送出する１００ＭｅＶ生成源に関する既存技術と、第２に、本発明の一例によって提案されるような３°でもって５０μｍ×１ｃｍ２ というターゲットへ電子を送出する１０ＭｅＶ生成源と、について比較検討する。ターゲット内に蓄積された熱量が同じである場合に、生成される有効なｅ＋ の数が同様であるときには、１００ＭｅＶ生成源は、５０ｋＷを消費し、１０ＭｅＶ生成源は、１０ｋＷを消費する。差分に相当する４０ｋＷが浪費され、熱という形態で収集システムから除去されることとなる。
【００３９】
生成されたポジトロンの大部分を使用し得るよう、例えば、Lawrence Livermore       National Laboratory in California (USA) および ISA (Institute for Ring Storage   Facilities, University of Aarhus (Denmark))、 といったような高エネルギー線形加速器を使用した大きな装置においては、可能であれば適切な電界と組み合わせつつターゲットの背面に配置されたタングステン減速シートを使用する。しかしながら、このタイプの装置は、多くのポジトロンを吸収する。言い換えれば、ビーム強度を制限する。
【特許文献１】仏国特許出願公開第２ ６１６ ０３２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１０７，２２１号明細書
【非特許文献１】R. Greaves and C. M. Surko, Nucl. Inst. Meth. B192 (2002) 90
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の目的は、上記欠点を克服することである。
【００４１】
本発明の目的は、ポジトロン生成源であって、電子ビームを生成するための電子ビーム生成手段と、実質的に平面状とされた表面を有してなるターゲットであるとともに、この実質的な平面状表面上に所定入射角度でもって電子ビームを受領し得るよう構成され、さらに、電子ビームとの相互作用によってポジトロンを生成し得るよう構成された、ターゲットと、を具備してなり、このようなポジトロン生成源において、生成された電子ビームが、連続的なものあるいは準連続的なものであるとともに、電子ビーム中の電子のエネルギーが、約１０ＭｅＶという程度であり、ターゲットの厚さが、５００μｍ未満とされ、所定入射角度が、１０°未満とされていることを特徴とするポジトロン生成源である。
【００４２】
本発明によるポジトロン生成源の好ましい一実施形態においては、ターゲットの厚さは、１０μｍ〜１００μｍという範囲内とされ、所定入射角度は、２°〜５°という範囲内とされる。
【００４３】
好ましくは、電子ビーム生成手段は、連続的な電子ビームを生成するとともに、電子加速器を備え、この電子加速器は、同軸キャビティを有し、この同軸キャビティの軸に直交する中央平面内においては、電子が複数回にわたって通過する。
【００４４】
この電子加速器は、“ Rhodotron（登録商標）”という商標名でもって公知であり、次の文献に開示されている。すなわち、仏国特許出願公開第２ ６１６ ０３２号明細書。この文献は、米国特許第５，１０７，２２１号明細書に対応している。
【００４５】
好ましい一実施形態においては、本発明は、さらに、ポジトロンと、ターゲットと相互作用しなかった電子と、を選別するための選別手段を具備し、この選別手段は、
−第１磁気手段であるとともに、その軸が、電子ビームの軸と接近しておりかつターゲットがなす表面を通過しており、さらに、ターゲットから放出されたポジトロンを発散させ得る磁界を形成し得るよう構成され、さらに、適切な距離でもってターゲットの入力側に配置されているような、第１磁気手段と、
−ポジトロンを収束させるための四極型磁石であるとともに、その軸が、第１磁気手段と同軸とされ、さらに、ターゲットの出力側に配置され、さらに
、ポジトロンがなすビームの横断面形状が電子とターゲットとの間の相互作用領域からの出口において非常にフラットである場合に、ポジトロンがなすビームの横断面形状を円形に成形し得るよう構成された、四極型磁石と、
−この四極型磁石の出力側においてかつ第１磁気手段上において、ポジトロンがなすビームを円形横断面形状へと焦点合わせし得る程度に十分に離間した位置に配置された第１係止手段であるとともに、電子ビームのうちの、ターゲットと相互作用しなかった電子を係止し得るよう構成された、第１係止手段と、
−この第１係止手段の出力側においてかつ第１磁気手段と同じ軸に沿って、ポジトロンを収束させ得る磁界を形成し得るような適切な距離だけ第１磁気手段から離間して配置された第２磁気手段であるとともに、第１磁気手段と協働することによって、ポジトロンが第１係止手段に遭遇することを防止し得る磁界を形成し得るものとされた、第２磁気手段と、
を備えている。
【００４６】
本発明によるポジトロン生成源は、さらに、ターゲットによって生成されたポジトロンを捕捉し得るよう構成されたトラップ手段を備えることができる。
【００４７】
トラップ手段は、ポジトロンを減速させ得るよう構成されたモデレーターと、ポジトロンを収束させるための電磁気手段と、を備えている。
【００４８】
トラップ手段は、Greaves-Surko トラップを備えることができる。これに関しては、次の文献を参照することができる。すなわち、R. Greaves and C. M. Surko, Nucl. Inst. Meth. B192 (2002) 90。
【００４９】
好ましくは、本発明によるポジトロン生成源は、さらに、
−例えば鉛壁といったような、第２係止手段であるとともに、電子ビームのうちの、ターゲットと相互作用しなかった電子でありなおかつ第２磁気手段とトラップ手段との間の領域に到達した電子を係止し得るよう構成され、さらに、これら電子がトラップ手段へと到達することを防止し得るよう構成された、第２係止手段と、
−このような第２係止手段を通過させてトラップ手段へ向けてポジトロンを案内するガイド手段と、
を具備している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。
【００５１】
本発明は、主に、好ましくはタングステンから形成されたような薄いターゲットと、すれすれの入射角度でもってこのターゲット上へと案内される電子ビームと、の間の相互作用に基づくものである。
【００５２】
好ましくは、ターゲットの厚さは、１０μｍ〜１００μｍという範囲内とされ、例えば、５０μｍとすることができる。また、ターゲットに対しての電子ビームの入射角度は、２°〜５°という範囲内とすることができ、例えば、３°とすることができる。
【００５３】
本発明は、連続モードでもって動作する電子生成源から放出された低エネルギー電子ビーム（１０ＭｅＶ）から出発して、低エネルギー（１ＭｅＶ未満）のポジトロンを生成する手段である。この特性により、電子生成源は、 Rhodotron（登録商標）とすることができる。これは、嵩が低くなおかつ消費電力が少ない産業的装置（１００ｋＷという最大ビームパワー）である。
【００５４】
上述した２つの問題点は、公知のシステムにおける低エネルギーポジトロンの生成能力を制限する。本発明は、ターゲット内に蓄積される熱量を低減することにより、制限範囲を拡張する。最後に、本発明は、生成されたｅ＋ のより効率的な収集を可能とする。
【００５５】
概略的には、公知のシステムにおいては、ｅ−  は、ターゲットがなす平面に対して、９０°という角度（あるいは、例えば４５°以上の角度）でもって導入される。これに対し、本発明においては、ｅ− は、ターゲットがなす平面に対して、典型的には３°といったような、すれすれの入射角度でもって導入される。この格別の構成は、公知のシステムにおける構成と比較して、いくつかの利点を有している。
【００５６】
本発明者らは、ターゲットを通過する同数の電子に関し、温度上昇が、３°という入射角度の場合に生成される低エネルギーｅ＋ と少なくとも同数の低エネルギーｅ＋ が得られるような等価厚さ（直線内における交差距離）の場合と比較して、２．５倍という倍率の分だけ小さくなることを観測した。また、本発明者らは、３°という入射角度の場合に生成される低エネルギーｅ＋ の数が、同じ温度上昇で比較した場合には、約２倍に増加することを観測した。
【００５７】
ここで、生成されたｅ＋ に関する収集効率について考察する。
【００５８】
ｅ＋ が、ターゲットから生成されて抽出された後に、ｅ＋ は、電子ビームから分離（あるいは、選別）されなければならない。なぜなら、電子ビームが、ｅ＋ の収集デバイスに対して不適合であるような高エネルギーを有しているからである。
【００５９】
さらに、ｅ＋ は、それらの使用のために、空間的に収束させる必要がある。ｅ＋ の使用に関するこれらの２つの制約のために、公知のシステムにおいては、ｅ＋ を大きく損失することとなってしまう。
【００６０】
この問題点に際しても、例えば５０μｍという厚さ（１ｍｍと等しい等価な厚さ）の薄いターゲット上へと、すれすれの入射角度（例えば、３°）でもって電子ビームを衝突させる（あるいは、照射する）ことにより、ｅ＋とｅ−とを分離することによって、ｅ＋ に関する良好なの収集効率をもたらすことができる。
【００６１】
すれすれの入射角度の場合、ｅ− は、ターゲット上の大きな面積にわたって広がることとなり、生成したｅ＋ は、大きな面積上にわたって収集される。本発明者らは、収集システムから見てｅ＋ が生成するこの面積を、『前面』と称することとする。
【００６２】
３°という入射角度の場合には、ターゲット上におけるｅ− の前面の相互作用面積は、２０×２０ｍｍ２ というターゲット面積に対して、１×２０ｍｍ２ である。この前面の面積は、９０°という入射角度の場合と比較して、２０倍となる。したがって、収集システムは、収集システムは、２０倍大きな面積をカバーするべきである。
【００６３】
すれすれの入射角度という構成の場合、ポジトロンの放出角度とポジトロンのエネルギーとの間の統計的相関関係は、維持される。
【００６４】
特に、収集対象をなす低エネルギーｅ＋ が、電子と比較して大きな角度で放出されることにより、この角度分離を使用することによって、電子ビームのうちの、ターゲットを通過するｅ− と、ｅ＋ と、を分離（あるいは、選別）することができる。
【００６５】
以下においては、本発明によるポジトロン生成源の例に関して、上記２つの利点を説明する。
【００６６】
この例は、図１Ａに概略的に示されている。図１Ａは、低エネルギーのｅ＋ （１ＭｅＶ以下）の生成および抽出を行うためのシステムを示している。
【００６７】
このシステムは、ｘ軸に沿って、以下の構成部材を順に備えている。
− Rhodotron（登録商標）２０。これは、ポジトロンを生成することとなる電子ビーム２２を出力する。電子ビーム２２は、ｘ軸に対して３°だけ傾斜したｘ’軸（図１Ａおよび図１Ｂ）に沿って伝搬する。
−ビーム２２を成形して案内するための手段２４。
−ｘ軸に一致した軸線を有する第１磁気コイル２６。
−タングステンから形成された薄いプレート２８。このプレート２８の一方の面に対して、ビーム２２が、すれすれに入射するものとされている。このプレート２８は、電子ビームに対するターゲットを形成する。
−四極型磁石３０。これは、ｘ軸上へとプレート２８から放射されたポジトロンを、焦点合わせする。
−タングステンシリンダ３２。これは、プレート２８を通過した電子を係止し得るよう構成されている。
−ｘ軸に一致した軸線を有する第２磁気コイル３６。
−鉛壁３８。これは、余剰電子を吸収し得るよう構成されているとともに、水循環４０によって冷却されている。
−ｘ軸に一致した軸線を有するとともに壁３８を貫通して配置されたソレノイド４２。このソレノイド４２を貫通させて配置させる目的で、壁３８には穴４４が形成されている。このソレノイドは、場合によっては、ｘ軸と共通の軸を有した１セットをなす複数の磁気コイルによって代替することができる。
−モデレーター４８と、このモデレーターの下流側に配置された Greaves-Surkoトラップ４６。
【００６８】
Rhodotron（登録商標）から出力された電子を、および、ポジトロンを、真空下において伝搬させ得るよう、真空チャンバ２９が設けられている。
【００６９】
図２は、ターゲットプレート２８の向きを示している。ターゲットプレート２８の厚さが、記号ｅによって示されている。
【００７０】
図１Ａおよび図２からわかるように、他の２つの軸をなすｙ軸およびｚ軸が、互いに直交するものとしてかつｘ軸に直交するものとして定義される。図１Ｂは、図１Ａの例を（ｙ軸に沿って）示す平面図である。
【００７１】
プレート２８は、ｘｙ平面内に位置している。電子ビームは、プレート２８に対して、非常に小さな角度αでもって衝突する。角度αは、この例においては、約３°という程度とされている。
【００７２】
図３は、さらに、ターゲットから放出された様々なポジトロンを表している複数の矢印２８ａと、ターゲットプレートに対して相互作用することなくこのターゲットプレートを通過していく複数の電子を表している１つの矢印２８ｂと、を示している。
【００７３】
コイル２６の内径は、２０ｃｍである。８００ｋＡという電流が、コイルを通して通電されている。このコイルは、その中心で５．０６Ｔという磁界を生成し、有利には、超伝導体とすることができる。
【００７４】
タングステンターゲット（すなわち、タングステン製のターゲットプレート２８）の厚さｅは、５０μｍである。ターゲットプレート２８は、コイル２６の中心に対して約２０ｃｍだけ後方側の位置に、配置されている。ターゲットプレート２８の面積は、３ｃｍ×３ｃｍである。しかしながら、ターゲットプレートのこの面積のうちの、２ｃｍ×２ｃｍという部分だけが、電子に対して衝突する。
【００７５】
四極型磁石３０は、この磁石各磁極を構成する４個のコイルを備えている。四極型磁石３０の入射面は、ｘ軸から２０ｃｍのところに配置されている。これらコイルは、各々が１００回巻きとされたループを備えており、各ループには、２０Ａという電流が通電されている。磁石３０は、ターゲット２８（すなわち、ターゲットプレート２８）のエッジから１０ｃｍだけ離間した位置に、配置されている。
【００７６】
コイル３６の内径は１００ｃｍである。このコイルは、１０００回巻きとされたループを備えている。各ループには、２０Ａという電流が通電されている。このコイルは、ターゲット２８の中心から９０ｃｍだけ離間した位置に、配置されている。
【００７７】
ソレノイド４２の直径は、１０ｃｍよりもわずかに小さいものとされており、また、その長さは、１００ｃｍである。ソレノイド４２は、互いに７ｃｍという間隔で配置されかつ各直径が１０ｃｍよりもわずかに小さいものとされた複数のコイルによって、代替することができる。これらコイルは、各々が１００回巻きとされたループを備え、各ループには、２０Ａという電流が通電される。
【００７８】
ソレノイドまたは複数のコイルを設ける目的は、『導出チューブ』と称されるような、かなり一様な低強度の磁界を有したチューブを形成することである。
【００７９】
この導出チューブの後方側の１０ｃｍは、ｅ− を吸収する鉛壁３８を貫通している。一方、収集されるｅ＋ は、導出チューブを通して鉛壁３８を通過する。
【００８０】
Rhodotron（登録商標）から出力された１０ＭｅＶの電子ビーム２２は、１ｍｍ×２０ｍｍという横断面積を有している。最大の寸法（２０ｍｍ）が、ターゲットプレート２８がなす平面に対して平行なものとされている。ビームの軌道は、ターゲットプレート２８がなす平面に対して３°という角度をなしている。
【００８１】
ターゲットは、超伝導コイル２６の後方側に配置される。その結果、ターゲットによって放出されたｅ＋ は、拡散することとなる。この構成により、非常に小さなエネルギーのｅ＋ （数十ｋｅＶ）を、ｘ軸の正方向に向けて（『前方側へと』）伝搬させることができる。
【００８２】
１ＭｅＶ未満のｅ＋ は、好ましくは、４５°以上の角度で放出され、そして、コイル２６の磁界ラインによって捕捉され、これにより、ｘ軸から発散する。コイル３６は、その直径がコイル２６の直径よりも３倍大きいものでありかつ通電電流がコイル２６内の通電電流の３０分の１というものであって、わずかに収束性の磁界を生成する。
【００８３】
このコイル３６は、コイル２６から１．１０ｍだけ離間した位置に配置されている。コイル３６は、ターゲットから８０ｃｍのところにおいてのみ有効なものとなる。その場合には、コイル２６による磁界ラインに沿ってｘ軸から離間していく低エネルギーのｅ＋ を、コイル３６による磁界ラインによって捕捉することができ、それらｅ＋ を再度ｘ軸に向けて収束させることができる。
【００８４】
ｘ軸から一旦離間しその後ｘ軸へと向かうというこの軌道に基づき、低エネルギーのｅ＋ は、タングステンシリンダ３２を回避することができる。このシリンダ３２は、２ｃｍという直径および５ｃｍという長さを備えており、ターゲットから５０ｃｍだけ離間した位置に置いて、ｘ軸上に配置されている。
【００８５】
対（ｅ＋ｅ−）を形成していない電子のエネルギーは、９ＭｅＶ〜１０ＭｅＶであり、したがって、これら電子は、コイル２６，３６の磁界ドラインによって拘束されることがない。これら電子は、ターゲットに衝突する前の軌道がｘ軸から３°というものであって、ｘ軸に沿ってｘ軸を中心とした円錐内に留まり、頂点のところにおいて３°という頂角を有した円錐内に留まる。
【００８６】
コイル２６は、また、電子ビームを、ほぼこの円錐内に留まらせつつも、ｘ軸回りに約４５°だけ回転させる。このことは、ターゲットの向きの選択に際して、考慮されなければならない。結果的に、これら電子は、ｘ軸に沿って１ｍあたり伝搬するにつき、約５ｃｍだけ離間する。
【００８７】
ビームが長方形であることにより、もしそれら電子が係止されなければ、それら電子の１０％がシステム導出部分においてｅ＋ と混合することとなる。しかしながら、コイル２６が、ｘ軸からそれら電子を移動させないことにより、それら電子は、タングステンシリンダによって係止される。
【００８８】
コイル３６を出た後に、ｅ＋ は、磁気チューブ磁界（この磁界は、弱い）によって、導出部に向けて案内される。出口壁３８とコイル３６との間の離間距離は、１ｍである。
【００８９】
タングステンシリンダ３２によって係止されなかった電子は、出口壁３８のところにおいて、このシリンダ３２の外部に位置している。その結果、それら電子は、水循環によって冷却されている鉛シールドをなすこの壁によって係止される。
【００９０】
図１Ａに示すシステムの効率を、以下の数値によって例示する。
【００９１】
１０ＭｅＶというエネルギーおよび５ｍＡという強度を有した電子ビームは、５０ｋＷというパワーを有している。この５０ｋＷから、
−ターゲットが、対（ｅ＋ｅ−）という形態でもって約１０Ｗを生成し、
−タングステンシリンダによって、５ｋＷが形成され、
−４ｃｍ未満という半径のところにおいて導出チューブを通して１００Ｗが通過し、
−ｘ軸から４ｃｍ〜５ｃｍという距離のところにおいて導出チューブを通して３５０Ｗが通過し、
−残部（約４４．５ｋＷ）が、鉛壁によって係止される。
【００９２】
さらに、導出チューブからの導出部におけるｅ＋ の数を、生成されたｅ＋ の数で割り算することによって測定された収集効率は、１ＭｅＶ未満のｅ＋ に関し約５５％であり、６００ｋｅＶ未満のｅ＋ に関し約６０％である。
【００９３】
このシステムは、すれすれに入射するような入射角度で使用されている薄いターゲット（例えば、５０μｍという厚さ）の利点を示している。それは、ｅ＋ の放出角度とエネルギーとの間の相関関係が維持されるからである。
【００９４】
さらに、この構成であると、放出されたｅ＋ を分散させ過ぎることなく導出部において効率的に収集し得るよう、ビームの断面積を小さな値（１ｍｍ×２０ｍｍ）に維持することができる。
【００９５】
ポジトロンの軌道の全体は、好ましくは１００Ｐａ未満といったような小さな残留圧力の真空チャンバの内部に、存在する。これは、散乱を考慮に入れた場合、大気圧（約１０５ Ｐａという程度）であると、ｅ＋ の６５％が失われるからである。１０２ Ｐａという程度の圧力は、１０００分の１未満へと、損失を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１Ａ】本発明によるポジトロン生成源の特別の実施形態を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明によるポジトロン生成源の特別の実施形態を概略的に示す図である。
【図２】図１のポジトロン生成源において使用されるターゲットを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
２０  電子ビーム生成手段
２６  第１磁気コイル（第１磁気手段）
２８  ターゲットプレート（ターゲット）
３０  四極型磁石
３２  タングステンシリンダ（第１係止手段）
３６  第２磁気コイル（第２磁気手段）
３８  鉛壁
４２  ソレノイド（ガイド手段）
４６  Greaves-Surkoトラップ（トラップ手段）
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【図２】
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【国際調査報告】
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