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低速小型多価イオンビーム装置の開発
～イオンビーム偏向器、及びビームプロファイルモニター～
環境計測 太田哲朗
目的
・ イオンビーム偏向器の開発
― ビーム位置、角度の操作
・ ビームプロファイルモニターの開発
― ビームの形状を知る
14 Feb 2003
環境計測 卒論発表会
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装置開発の現状と問題点
イオン源、レンズ、質量・電荷分析器は開発済み
― 質量・電荷分析器により特定の電荷・質量のイ
オンを抽出することができるのはわかっている
が、ビームの形状はわからない
― イオントラップにビームを入れるにはビームの形
状をわかった上で、位置、角度の操作が必要
イオンビーム偏向器
プロファイルモニター
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イオンビーム偏向器
平行移動距離
V(l12+l1l2)
2aV0
V：電極板間の電位差 ｌ1：電極板の長さ ｌ2：2組の平行電極板間の距離
a：電極板間の距離 V0：イオンの加速電圧
V=１００Vで3.2㎜
Ar+
V0=1200V
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移動距離
a=20㎜
l1=30㎜
l =20㎜
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2
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イオンビーム偏向器完成品
100㎜
絶縁物
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支持板
電極板
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プロファイルモニター
MCP ー 2次電子を増倍、電子雲の形成
Wedge&Strip Anode ー 3つの電極の電荷比により位置を決定
Electron Absorber ― 外壁から出た2次電子を吸収
Electron Absorber
MCP
イオンビーム
チャンネル
Strip
Wedge
Y
(
電子雲
)
垂
QS 直
QM QS 方
向
QM QMQM
QWQWQWQWQW QM QS QS QS
アノード
電子雲
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QW QM QS
X=2QS / (QW+QS+QM)
Y=2QW/ (QW+QS環境計測
+QM)
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X(水平)方向
プロファイルモニター完成品
Electron Absorber
(厚さ1mm、内径44㎜、
外形90㎜)
MCP(厚さ1mm、直径50㎜)
Anode(直径48㎜)
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ビームの形状の測定
イオン種 : Ar+ 加速電圧 ：1200 V 真空：3.0×10-6 Torr
矩形スリットで整形
垂直
0.5㎜
1.0㎜
分裂
水平
垂直
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水平
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テスト実験
1.線形性の測定
2.偏向器の動作確認
1. 線形性
Electron Absorber上に銅メッシュのシートを置き、ビー
ムを水平・垂直に振りメッシュの形をモニタリング
コイル
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イオンビーム偏向器
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プロファイルモニター8
比
較
実際のメッシュ
メッシュ幅0.42㎜
16mesh/inch
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プロファイルモニターによりモニ
タリングした図
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メッシュの影の中心
1格子
メッシュの影の中心のチャンネルを格子数に対してプ
ロット
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10
450
mesurement
fitting
水平方向 Channel Nunber
400
350
300
250
200
0
5
10
15
20
メッシュ格子数 (個)
水平方向の線形性
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450
mesurement
fitting
垂直方向 Channel Number
400
350
300
250
200
0
5
10
15
20
メッシュ格子数 (個)
垂直方向の線形性
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2. 偏向器の動作確認
電極板に0V から順に20Vずつ電位差を与えビーム中
心の移動距離を測定
実験値
フリンジングを考慮したシミュレート値
計算値
移動距離 (mm)
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V(l12+l1l2)
2aV0
2
1
0
0
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20
40
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電極板電位差 (V)
80
100
120
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結果
・ プロファイルモニターが完成
・ プロファイルモニターでビーム形状を知ることが可能
・ イオンビーム偏向器でビーム操作が可能
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終わり
－To Be Continued－
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おしまい
1.目的
10.テスト実験 線形性(グラフ)
2.問題と現状
11.テスト実験 線形性(水平線形性)
3.イオンビーム偏向器
12.テスト実験 線形性(垂直線形性)
4.完成品
13.テスト実験 偏向器の動作確認
5.プロファイルモニター
14.結果
6.完成品
7.ビームの形状
8.テスト実験 線形性(実験装置図)
9.テスト実験 線形性(メッシュ図)
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MCP Detector
光学系:CCD camera
・ 高解像度のカメラが必要
・ 解析プログラム
Interpolative anode array:multiple ande
・ アノードが多く回路が複雑
理屈上限界
・ アンプの量の問題
Resisitive anode
Wedge&Strip anode
3つ、4つの信号の電荷比で位置検出
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イオンビーム偏向器内の電場
フリンジング
0V
50V
0V
-50V
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100V
0V
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MCP
イオン
1.2㎜
①
③
②
① pore径：25ミクロン
② 傾き：8度
③ pore to pore：32ミクロン
電子増倍率
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0.08㎜
1枚：約103
2枚：約105
3枚：約107
0.1㎜
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計測システム
電圧信号
パルス整形・増幅
デジタル値に変換
QW
Main Amp.
ADC
QS
Main Amp.
ADC
QM
Main.Amp.
ADC
リストモードで
データ保存
Pre Amp.
プロファイルモニター
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