JP2003059699A

JP2003059699A - イオン加速装置

Info

Publication number: JP2003059699A
Application number: JP2001241023A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Okamura; 昌宏岡村; Takeshi Takeuchi; 猛竹内; Toshiyuki Hattori; 俊幸服部
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP3713524B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大幅に単純化し、発生した加速可能なプラズ
マに含まれるイオンの総てを効率良く引き出し、なおか
つ、長いパルス幅のイオンビームも加速が可能となるイ
オン加速装置を提供する。【解決手段】プラズマ発生用レーザーＬを照射してプ
ラズマを発生させるプラズマ発生ターゲット１２と、プ
ラズマ発生ターゲット１２から発生したプラズマよりイ
オンを引き出すとともに、イオン線形加速器３０のイオ
ン入射口３８に、直接、取り付けられる真空容器１６
と、イオン線形加速器３０とが直列に接続され、プラズ
マの拡散速度を利用して、イオン線形加速器３０に、直
接、イオンを入射するように構成した。この場合、イオ
ン線形加速器３０の加速電極にイオンのパルス幅を広げ
る無変調区間を形成すると、数十μ秒のパルス幅のイオ
ンビームを発生することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生用レ
ーザーを照射して、プラズマを発生させるプラズマ発生
ターゲットで発生したイオンを、このプラズマの拡散速
度を利用して、イオン線形加速器に効率良く入射するイ
オン加速装置に関する。

【従来の技術】

【０００２】プラズマ中で発生したイオンを、ＲＦＱ線
形加速器、又は、ドリフトチューブ線形加速器等のイオ
ン線形加速器に、直接、入射して加速するイオン加速装
置が、本願発明者らによって開発されている（特願２０
０１−１３５３５７号、本願出願時未公開）。

【０００３】この従来のイオン加速装置について、図４
及び図５を用いて説明する。図４は、従来のイオン加速
装置１００の全体を示す平面図である。図５は、従来の
イオン加速装置１００に用いるイオン直接入射装置１１
０のプラズマ発生部分とイオン加速装置１００のイオン
入射口近辺の一部拡大断面図である。

【０００４】先ず、従来のイオン加速装置１００の基本
構成について説明する。従来のイオン加速装置１００の
主要構成は、図４に示すように、イオン線形加速器１３
０と、このイオン線形加速器１３０のイオン入射口１３
８近傍（図５参照）に取付けられるイオン直接入射装置
１１０である。

【０００５】イオン線形加速器１３０には、ＲＦＱ線形
加速器、又は、ドリフトチューブ線形加速器等の周知の
イオン線形加速器が用いられる。なお、ＲＦＱ線形加速
器については、後に、補足説明を行う。

【０００６】一方、イオン直接入射装置１１０は、図５
に示すように、プラズマ発生用レーザーＬを照射してプ
ラズマを発生するプラズマ発生ターゲット１１２、プラ
ズマ発生用レーザーＬをプラズマ発生ターゲット１１２
に集光する集光レンズ１１４、発生したプラズマを収容
する真空容器１１６、入射用スリット１１８と、真空容
器１１６を昇圧し、プラズマよりイオンを引き出す高圧
電源（図示せず）を備えた構成である。

【０００７】真空容器１１６は、イオン線形加速器１３
０のイオン入射口１３８近傍であって、イオン線形加速
器１３０の共振器１３４に絶縁フランジ１３２を介して
取り付けられる。また、イオン線形加速器１３０のイオ
ン入射口１３８に、入射用スリット１１８が取り付けら
れている。

【０００８】なお、図４において、６０は、プラズマ発
生用レーザーＬを生成するレーザー発生装置、６２Ａ、
６２Ｂは、プラズマ発生用レーザーＬをイオン直接入射
装置１１０に誘導するミラーである。

【０００９】以上の構成で、従来のイオン加速装置１０
０の基本動作、イオン直接入射方法について、図４及び
図５を用いて説明する。

【００１０】レーザー発生装置６０により発生したパル
ス状のプラズマ発生用レーザーＬは、ミラー６２Ａ、６
２Ｂにより真空容器１１６に導かれ、集光レンズ１１４
で反射されて、プラズマ発生ターゲット１１２に集光さ
れ、この結果、加熱されたプラズマ発生ターゲット１１
２表面からプラズマが発生する。

【００１１】発生したプラズマは、入射用スリット１１
８とプラズマ発生ターゲット１１２の間を満たし、入射
用スリット１１８を通過したイオンと電子は、イオン型
線形加速器１３０の共振器１３４に、イオン入射口１３
８を経て進入する。

【００１２】ここで、質量の違いからイオン線形加速器
１３０の設計入射電位をもったイオンは加速チャンネル
（加速電極１３６の間隙）に入射し、一方、電子は発散
力を受け最終的に共振器１３４の内壁に吸収される。

【００１３】加速チャンネルに入射されたイオンビーム
は、クーロン反発力の影響で発散する前に、イオン線形
加速器１３０の収束力によって捕獲され、設計されたビ
ームエネルギーまで加速される。

【００１４】このようにすると、プラズマの発生する真
空容器１１６は、イオン線形加速器１３０の設計条件を
満たすイオンビームエネルギーに相当する電圧を印加さ
れているため、入射用スリット１１８を通過したイオン
のみがイオン線形加速器１３０に入射され、加速され
る。

【００１５】このイオン加速装置１００は、初段加速器
として、癌治療用加速器や、半導体製造イオン注入加速
器や、物理実験用大型複合加速器装置に利用することが
できる。

【００１６】次に、イオン線形加速器１３０の一例とし
て、特開平７−１１１１９８号公報に開示されている通
り、周知のＲＦＱ線形加速器１３０について、図６及び
図７を用いて補足説明する。

【００１７】図６は、ＲＦＱ線形加速器１３０の構成を
示す縦断正面図である。図７は、ＲＦＱ線形加速器１３
０の構成を示す縦断側面図である。

【００１８】ＲＦＱ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ）線形加速器１３０は、主とし
て、内部が真空とされる導電性の円筒容器１３２内に、
それぞれ直交させた４枚のヴェイン電極１３４を取り付
けることにより構成される。なお、後述するように、Ｒ
ＦＱ線形加速器には４ロッド型のものも開発されてい
る。

【００１９】円筒容器１３２とヴェイン電極１３４とで
共振器を構成し、図７に示すように、高周波導波管１３
８を介して高周波電力を供給し、先端部１３４ａが波状
に形成されているヴェイン電極１３４で、イオンを集束
するとともに、所望のエネルギーに中心軸方向に加速す
る。

【００２０】先端部１３４ａが波状に形成されているヴ
ェイン電極１３４のイオンを加速、集束する区間は、変
調区間と呼ばれ、イオンを集束し加速するだけではな
く、バンチに対する電場も発生する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来のイオン加速装置では、高圧電源で真空容器を高電位
に保ち、プラズマよりイオンを引き出すようにしてい
た。

【００２２】しかし、このように、プラズマを高電位に
保つ方法では、絶縁のためプラズマ発生ターゲットとイ
オン線形加速器間に十数ｃｍ以上の距離を保つ必要があ
り、このため、発生したプラズマは発散角が大きいた
め、総てのプラズマを捕獲することはできなかった。

【００２３】また、高強度パルスレーザーを利用した場
合は、得られるイオンビームパルスが１μ秒程度しかな
く、従来のイオン線形加速器を用いたイオン加速装置で
は、パルス幅を長くすることは非常に困難であった。

【００２４】更に、従来のイオン加速装置では、プラズ
マ発生ターゲットを含む真空容器の絶縁の必要があり高
圧発生のための装置を含んだ複雑な構成のものが必要で
あった。

【００２５】一方、従来のイオン加速装置に用いるイオ
ン源を、レーザーをターゲットに照射することによりプ
ラズマを発生する、プラズマ発生ターゲットに限定すれ
ば、その拡散速度を利用して、プラズマをイオン線形加
速器の収束・加速チャンネル内に入射させることができ
るので、必ずしも、上記高圧電源が必要であるとは限ら
ないことが判明した。

【００２６】本発明は、上記従来の課題を解決し、従来
のイオン加速装置のターゲット用真空容器とイオン線形
加速器からなる組み合わせを、更に、大幅に単純化し、
発生した加速可能なプラズマに含まれるイオンの総てを
効率良く引き出し、なおかつ、長いパルス幅のイオンビ
ームも加速が可能となるイオン加速装置を提供すること
を目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のイオン加速装置は、請求項１に記載のもの
は、プラズマ発生用レーザーを照射してプラズマを発生
させるプラズマ発生ターゲットと、前記プラズマ発生タ
ーゲットから発生したプラズマよりイオンを引き出すと
ともに、イオン線形加速器のイオン入射口に、直接、取
り付けられる真空容器と、イオン線形加速器とが直列に
接続され、プラズマの拡散速度を利用して、前記イオン
線形加速器に、直接、イオンを入射するように構成し
た。

【００２８】このように構成すると、従来のものとは異
なり、高電圧を印加したプラズマの生成する真空容器を
絶縁部分を介して取り付けることを廃し、プラズマ発生
用ターゲットをイオン線形加速器の加速電極に極限まで
近づけることができ、発生したイオンの殆ど総てを、高
電圧を印加することなく、プラズマ自身の拡散速度でイ
オン線形加速器内に入射させることが可能となる。

【００２９】従って、本発明によれば大電流のレーザー
励起によるパルスイオンビームでも、単純化された装置
により、効率良く加速することが可能となる。

【００３０】この結果、プラズマ中では、負の電荷を持
った電子と正の電荷を持ったイオンが混在するため、ク
ーロン反発力は発生しないので、イオン線形加速器の直
前までその影響を回避することができる。

【００３１】その際、イオンビームはプラズマから放出
された直後であるため、クーロン反発力の影響は非常に
小さく、パルス内で変化するイオン電荷数と電流量の急
激な変化の影響も回避できる。

【００３２】また、イオン線形加速器の内部では、通
常、強力な高周波電界が発生しており、入射された殆ど
の電子は線形加速器の加速チャンネルにとどまることが
できないため、イオンと電子は効率良く分離される。

【００３３】請求項２に記載のイオン加速装置は、上記
イオン加速装置に用いるイオン線形加速器の加速電極に
イオンのパルス幅を広げる無変調区間を形成するように
構成した。

【００３４】このように構成すると、イオン線形加速器
によって分離捕獲されたイオンビームは、比較的低速で
あり、なおかつ、イオンビームの速度と同程度の各イオ
ン粒子の速度分布をもつため、イオン線形加速器の加速
電界が発生しない領域を長く設計することによって、イ
オンはイオン加速器の軸方向に広がり数ｍのイオン加速
器で数十μ秒のパルス幅を発生することができる。

【００３５】請求項３に記載のイオン加速装置は、上記
イオン加速装置において、上記イオン線形加速器のイオ
ン入射口に入射用スリットを取り付けるように構成し
た。

【００３６】このように構成すると、発生したプラズマ
の発散角度が大きい場合、余分なプラズマが線形加速器
の加速電極をたたき、放電を起こすのを防止することが
できる。また、イオン線形加速器の入り口付近では、通
常、強力な高周波電界が発生しており、この領域でスリ
ットを通過した殆どの電子は、イオン線形加速器の加速
チャンネルに入射することができないため、イオンと電
子は効率良く分離される。

【００３７】請求項４に記載のイオン加速装置は、上記
入射用スリットを、上記イオン線形加速器のイオン入射
口の径方向に調整自在に取り付けるように構成した。

【００３８】このように構成すると、イオン線形加速器
に対して正確な入射用スリットの軸出しに対する位置調
整が可能になる。

【００３９】請求項５に記載のイオン加速装置は、上記
イオン加速装置において、上記イオン線形加速器内部に
設置され、プラズマ発生用レーザーを集光する分割型集
光レンズを備えた構成とした。

【００４０】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットとイオン線形加速器との距離が小さくなり、加速
できるイオンの量を増大することができる。

【００４１】請求項６に記載のイオン加速装置は、上記
集光装置を３軸移動可能となるように取り付けるように
構成した。

【００４２】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲット上でのプラズマ発生用レーザーの焦点位置を調整
できる。

【００４３】請求項７に記載のイオン加速装置は、上記
イオン加速装置において、１又は２以上のミラーと、１
又は２以上の軸出し用レーザーを具備し、プラズマ発生
ターゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合
わせを行うターゲット位置決め装置を備えた構成とし
た。

【００４４】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせ
が正確に行えるようになる。

【００４５】請求項８に記載のイオン加速装置は、上記
プラズマ発生ターゲットを回転可能な円筒形とした構成
とした。

【００４６】このように構成すると、プラズマ発生ター
ゲットは、プラズマ発生用レーザーを照射すると損傷を
受けるが、プラズマ発生ターゲットを所定角度回転し、
照射位置を変えることができるため、プラズマ発生ター
ゲットを交換することなく、常時良好なターゲット表面
が得られる。

【００４７】請求項９に記載のイオン加速装置は、上記
イオン線形加速器として、ＲＦＱ線形加速器、又は、ド
リフトチューブ線形加速器を用いるように構成した。

【００４８】このように構成すると、イオン加速に好適
なイオン線形加速器を備えたイオン加速装置とすること
ができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】本発明のイオン加速装置につい
て、図１乃至図３を用い、図５を参照して説明する。先
ず、本発明のイオン加速装置２０の基本構成について、
図１及び図２を用いて説明する。

【００５０】図１は、本実施の形態のイオン加速装置２
０の全体を示す平面図である。図２は、本発明のイオン
加速装置２０に用いるイオン線形加速器として、４ロッ
ド型ＲＦＱ線形加速器を用いた場合における、プラズマ
発生ターゲットと集光レンズを配置した概略構成斜視図
である。

【００５１】本実施の形態のイオン加速装置２０の主要
構成は、図１に示すように、イオン線形加速器３０と、
このイオン線形加速器３０のイオン入射口に、直接、取
付けられるイオン直接入射装置１０である。

【００５２】イオン線形加速器３０には、従来のイオン
加速装置１００（図４参照）と同様に、ＲＦＱ線形加速
器、又は、ドリフトチューブ線形加速器等の周知のイオ
ン線形加速器が用いられる。従って、以下において、イ
オン線形加速器を適宜、ＲＦＱ線形加速器と記載する場
合がある。

【００５３】イオン直接入射装置１０は、プラズマ発生
用レーザーＬを照射してプラズマを発生するプラズマ発
生ターゲット１２、プラズマ発生用レーザーＬをプラズ
マ発生ターゲット１２に集光する集光レンズ１４（図２
参照）、発生したプラズマを真空内で収容する真空容器
１６を備えている。

【００５４】集光レンズ１４は、イオン線形加速器３０
内部にプラズマ発生用レーザーを集光する分割型集光レ
ンズ１４としている。なお、図２には、本発明のイオン
加速装置２０に用いるイオン線形加速器３０として、４
ロッド型ＲＦＱ線形加速器を用いた例を図示している
が、これを４ヴェイン型ＲＦＱ線形加速器に適用できる
のは勿論のことである。

【００５５】一方、従来のイオン加速装置１００とは異
なり、イオン直接入射装置１０は、真空容器１６を昇圧
し、プラズマよりイオンを引き出す高圧電源を用いず、
真空容器１６をイオン線形加速器３０のイオン入射口３
８に、直接、取り付ける構造となっている。

【００５６】なお、図１において、６０は、プラズマ発
生用レーザーＬを生成するレーザー発生装置、６２Ａ、
６２Ｂは、プラズマ発生用レーザーＬをイオン直接入射
装置１０に誘導するミラーである。

【００５７】以上の構成で、本実施の形態のイオン加速
装置２０の基本動作、本発明のイオン直接入射方法につ
いて、図１及び図２を用い、図５を参照して説明する。

【００５８】レーザー発生装置６０により発生したパル
ス状のプラズマ発生用レーザーＬは、ミラー６２Ａ、６
２Ｂにより真空容器１６に導かれ、集光レンズ１４で反
射され、プラズマ発生ターゲット１２に集光され、加熱
されたプラズマ発生ターゲット１２表面からプラズマが
発生、拡散する。

【００５９】この発生、拡散したプラズマは、拡散速度
を有しており、イオン型線形加速器３０の共振器（図５
の１３４を参照）に、イオン入射口３８を経て進入し、
質量の違いからイオン線形加速器３０の設計入射電位を
もったイオンは加速チャンネル（加速電極の間隙）に入
射する。一方、電子は発散力を受け最終的に共振器の内
壁に吸収される。

【００６０】本実施の形態のイオン加速装置２０では、
従来のイオン加速装置１００とは異なり、高電圧を印加
したプラズマの生成する真空容器１６を絶縁部分を介し
て取り付けることを廃している（図５の１３２を参
照）。

【００６１】この結果、プラズマ発生ターゲット１２
を、イオン線形加速器３０の加速電極（図５の１３６を
参照）に極限まで近づけることができ、発生したイオン
の殆ど総てを、高電圧を印加することなくプラズマ自身
の拡散速度でイオン線形加速器３０内に入射させること
が可能となる。

【００６２】従って、本実施の形態のイオン加速装置２
０によれば大電流のレーザー励起によるパルスイオンビ
ームでも、従来のイオン加速装置１００よりも単純化さ
れた構成となり、より効率良く加速することが可能とな
る。

【００６３】また、イオン線形加速器３０の内部では、
通常、強力な高周波電界が発生しており、入射された殆
どの電子はイオン線形加速器３０の加速チャンネルにと
どまることができないため、イオンと電子は効率良く分
離される。

【００６４】また、本実施の形態のイオン加速装置２０
では、イオン線形加速器３０内部にプラズマ発生用レー
ザーを集光する分割型集光レンズ１４を取り付けた構成
としたためにプラズマ発生ターゲット１２とイオン線形
加速器３０との距離が、一層小さくなり、加速できるイ
オンの量を更に増大することができる。

【００６５】ここで、図２に示すように、イオン線形加
速器３０として、４ロッド型のＲＦＱ線形加速器３０を
用いることにより、高周波共振器に対するターゲットの
影響を最小限に押さえつつ、その距離を極限まで近づけ
ることができる。

【００６６】例えば、本実施の形態では、プラズマの発
散角は最大、２０度程度であるので、平均ボア半径が５
ｍｍ程度のＲＦＱ線形加速器の場合で、１５ｍｍ程度の
距離にプラズマ発生用ターゲットを配置すれば殆ど全て
のイオンを捕獲できることになる。

【００６７】次に、上記実施の形態とは異なる、本発明
のイオン加速装置２０の実施の形態を、図３を用いて説
明する。図３は、本発明のイオン加速装置２０に用いる
イオン線形加速器３０として、４ヴェイン型ＲＦＱ加速
器を用い、このヴェイン電極に無変調区間を形成した場
合のＲＦＱ電極の水平又は垂直方向の断面図である。

【００６８】ところで、加速チャンネルに入射されたイ
オンビームは進行方向と垂直な方向には、ＲＦＱ線形加
速器３０の収束力によって捕獲され、進行方向には、ク
ーロン反発力と速度分布の影響で急激に広がる。

【００６９】従って、図３に示すように、加速電極の先
端形状が直線的で、加速電極の変調がない、すなわち、
進行方向にビームのバンチ構造を発生したり、加速しな
い電極の形状の区間を設けることによって、バンチの長
さを数メートルの区間で数１０倍以上に簡単に増大する
ことができる。

【００７０】特に、本願発明のイオン加速装置２０のよ
うに、プラズマ発生ターゲット１２表面からプラズマが
発生、拡散したプラズマの入射速度が極めて遅いためこ
の方法は有効である。

【００７１】このようにイオン線形加速器３０の加速電
極にイオンのパルス幅を広げる無変調区間を形成するよ
うにすると、イオン線形加速器３０によって分離捕獲さ
れたイオンビームは、比較的低速であり、なおかつ、イ
オンビームの速度と同程度の各イオン粒子の速度分布を
もつため、イオン線形加速器３０の加速電界が発生しな
い領域を長く設計することによってイオン粒子はイオン
線形加速器３０の軸方向に広がり数ｍのイオン線形加速
器３０で数十μ秒のパルス幅を発生することができる。

【００７２】例えば、核子当たり１００ｅＶのプラズマ
が、±５０ｅＶのエネルギーの広がりを持って４ヴェイ
ン型のＲＦＱ線形加速器３０に入射したとすると、３ｍ
の無変調区間を設けることによって、ビームパルス幅を
１４μ秒まで広げることができる。更に、ビーム軸方向
には、クーロン反発力が強く働くため、より長いパルス
幅が期待できる。

【００７３】本発明のイオン加速装置は、上記実施の形
態には限定されず種々の変更が可能である。例えば、イ
オン線形加速器のイオン入射口に入射用スリットをイオ
ン入射口の径方向に調整自在に取り付けるようにしても
よい。このようにすると、発生したプラズマの発散角度
が大きい場合、余分なプラズマが線形加速器の加速電極
をたたき、放電を起こすのを防止することができ、イオ
ンと電子は効率良く分離される。また、線形加速器に対
して正確な入射用スリットの軸出に対する位置調整が可
能になる。

【００７４】他の実施の形態の変更例として、プラズマ
発生ターゲットを回転可能な円筒形としてもよい。この
ようにすると、プラズマ発生ターゲットは、プラズマ発
生用レーザーを照射すると損傷を受けるが、プラズマ発
生ターゲットを所定角度回転し照射位置を変えることに
より、プラズマ発生ターゲットを交換することなく、常
時、良好なターゲット表面が得られる。

【００７５】更に、上記実施の形態で説明した集光装置
を、ベローズ等で取り付けることにより、３軸移動可能
となるようにしてもよい。このようにすると、プラズマ
発生ターゲット上でのプラズマ発生用レーザーの焦点位
置を調整できるようになり、プラズマの生成効率を向上
させることができる。

【００７６】また、上記実施の形態において、２枚のミ
ラーと、２つの軸出し用レーザー発生装置を具備し、プ
ラズマ発生ターゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点
との位置合わせを行うターゲット位置決め装置を、真空
容器内に取り付けると、２つの軸出し用レーザー発生装
置からの測量用レーザーを、真空容器後方から照射し、
この２つの測量用レーザーが交差する点を、本来の位置
に合わせておくことによって簡単に、プラズマ発生ター
ゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせ
が正確に行えるようになる。

【００７７】

【発明の効果】本発明のイオン加速装置は、上述のよう
に構成されているので、以下に記載される優れた効果を
有する。（１）本発明のイオン加速装置は、請求項１に記載に記
載したように、構成すると、従来のものとは異なり、高
電圧を印加したプラズマの生成する真空容器を絶縁部分
を介して取り付けることを廃し、プラズマ発生用ターゲ
ットをイオン線形加速器の加速電極に極限まで近づける
ことができ、発生したイオンの殆ど総てを、高電圧を印
加することなく、プラズマ自身の拡散速度でイオン線形
加速器内に入射させることが可能となる。（２）従って、本発明によれば大電流のレーザー励起に
よるパルスイオンビームでも、単純化された装置によ
り、効率良く加速することが可能となる。（３）この結果、プラズマ中では、負の電荷を持った電
子と正の電荷を持ったイオンが混在するため、クーロン
反発力は発生しないので、イオン線形加速器の直前まで
その影響を回避することができる。（４）その際、イオンビームはプラズマから放出された
直後であるため、クーロン反発力の影響は非常に小さ
く、パルス内で変化するイオン電荷数と電流量の急激な
変化の影響も回避できる。（５）また、イオン線形加速器の内部では、通常、強力
な高周波電界が発生しており、入射された殆どの電子は
線形加速器の加速チャンネルにとどまることができない
ため、イオンと電子は効率良く分離される。

【００７８】（６）請求項２に記載したように、イオン
加速装置に用いるイオン線形加速器の加速電極にイオン
のパルス幅を広げる無変調区間を形成するように構成す
ると、イオン線形加速器によって分離捕獲されたイオン
ビームは、比較的低速であり、なおかつ、イオンビーム
の速度と同程度の各イオン粒子の速度分布をもつため、
イオン線形加速器の加速電界が発生しない領域を長く設
計することによって、イオンはイオン加速器の軸方向に
広がり数ｍのイオン加速器で数十μ秒のパルス幅を発生
することができる。

【００７９】（７）請求項３に記載したように、イオン
加速装置において、イオン線形加速器のイオン入射口に
入射用スリットを取り付けるように構成すると、発生し
たプラズマの発散角度が大きい場合、余分なプラズマが
線形加速器の加速電極をたたき、放電を起こすのを防止
することができる。（８）また、イオン線形加速器の入
り口付近では、通常、強力な高周波電界が発生してお
り、この領域でスリットを通過した殆どの電子は、イオ
ン線形加速器の加速チャンネルに入射することができな
いため、イオンと電子は効率良く分離される。

【００８０】（９）請求項４に記載したように、入射用
スリットを、イオン線形加速器のイオン入射口の径方向
に調整自在に取り付けるように構成すると、イオン線形
加速器に対して正確な入射用スリットの軸出しに対する
位置調整が可能になる。

【００８１】（１０）請求項５に記載したように、イオ
ン加速装置において、イオン線形加速器内部に設置さ
れ、プラズマ発生用レーザーを集光する分割型集光レン
ズを備えた構成とすると、プラズマ発生ターゲットとイ
オン線形加速器との距離が小さくなり、加速できるイオ
ンの量を増大することができる。

【００８２】（１１）請求項６に記載したように、集光
装置を３軸移動可能となるように取り付けるように構成
すると、プラズマ発生ターゲット上でのプラズマ発生用
レーザーの焦点位置を調整できる。

【００８３】（１２）請求項７に記載したように、イオ
ン加速装置において、１又は２以上のミラーと、１又は
２以上の軸出し用レーザーを具備し、プラズマ発生ター
ゲットとプラズマ発生用レーザーの焦点との位置合わせ
を行うターゲット位置決め装置を備えた構成とすると、
プラズマ発生ターゲットとプラズマ発生用レーザーの焦
点との位置合わせが正確に行えるようになる。

【００８４】（１３）請求項８に記載したように、プラ
ズマ発生ターゲットを回転可能な円筒形とした構成とす
ると、プラズマ発生ターゲットは、プラズマ発生用レー
ザーを照射すると損傷を受けるが、プラズマ発生ターゲ
ットを所定角度回転し、照射位置を変えることができる
ため、プラズマ発生ターゲットを交換することなく、常
時良好なターゲット表面が得られる。

【００８５】（１４）請求項９に記載したように、イオ
ン線形加速器として、ＲＦＱ線形加速器、又は、ドリフ
トチューブ線形加速器を用いるように構成すると、イオ
ン加速に好適なイオン線形加速器を備えたイオン加速装
置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン加速装置の全体を示す平面図で
ある。

【図２】本発明のイオン加速装置に用いるイオン線形加
速器として、４ロッド型ＲＦＱ線形加速器を用いた場合
における、プラズマ発生ターゲットと集光レンズを配置
した概略構成斜視図である。

【図３】本発明のイオン加速装置に用いるイオン線形加
速器として、４ヴェイン型ＲＦＱ線形加速器を用い、こ
のヴェイン電極に無変調区間を形成した場合のＲＦＱ電
極の水平又は垂直方向の断面図である。

【図４】従来のイオン加速装置の全体を示す平面図であ
る。

【図５】従来のイオン加速装置に用いるイオン直接入射
装置のプラズマ発生部分とイオン加速装置のイオン入射
口近辺の一部拡大断面図である。

【図６】ＲＦＱ線形加速器の構成を示す縦断正面図であ
る。

【図７】ＲＦＱ線形加速器の構成を示す縦断側面図であ
る。

【符号の説明】

１０：イオン直接入射装置１２：プラズマ発生ターゲット１４：集光レンズ１６：真空容器２０：イオン加速装置３０：イオン線形加速器３８：イオン入射口６０：レーザー発生装置６２Ａ、６２Ｂ：ミラーＬ：プラズマ発生用レーザー

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 9/00 Ｈ０５Ｈ 9/00 Ｆ (72)発明者服部俊幸埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内Ｆターム(参考） 2G085 AA03 AA06 BA02 BA05 BA06 BA13 BA16 BE03 BE05 BE06 DA04 EA07 EA08 5C030 DD08 DE10 DG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生用レーザーを照射してプラ
ズマを発生させるプラズマ発生ターゲットと、前記プラズマ発生ターゲットから発生したプラズマより
イオンを引き出すとともに、イオン線形加速器のイオン
入射口に、直接、取り付けられる真空容器と、イオン線
形加速器とが直列に接続され、プラズマの拡散速度を利用して、前記イオン線形加速器
に、直接、イオンを入射するようにしたことを特徴とす
るイオン加速装置。
【請求項２】上記イオン加速装置に用いるイオン線形
加速器の加速電極にイオンのパルス幅を広げる無変調区
間を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記
載のイオン加速装置。
【請求項３】上記イオン加速装置において、上記イオン線形加速器のイオン入射口に入射用スリット
を取り付けるようにしたことを特徴とする請求項１又は
２に記載のイオン加速装置。
【請求項４】上記入射用スリットを、上記イオン線形
加速器のイオン入射口の径方向に調整自在に取り付ける
ようにしたことを特徴とする請求項３に記載のイオン加
速装置。
【請求項５】上記イオン加速装置において、上記イオン線形加速器内部に設置され、プラズマ発生用
レーザーを集光する分割型集光レンズを備えたことを特
徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン加速
装置。
【請求項６】上記集光装置を３軸移動可能となるよう
に取り付けるようにしたことを特徴とする請求項５に記
載のイオン加速装置。
【請求項７】上記イオン加速装置において、１又は２以上のミラーと、１又は２以上の軸出し用レー
ザーを具備し、プラズマ発生ターゲットとプラズマ発生
用レーザーの焦点との位置合わせを行うターゲット位置
決め装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のい
ずれかに記載のイオン加速装置。
【請求項８】上記プラズマ発生ターゲットを回転可能
な円筒形としたことを特徴とする請求項１乃至７のいず
れかに記載のイオン加速装置。
【請求項９】上記イオン線形加速器として、ＲＦＱ線
形加速器、又は、ドリフトチューブ線形加速器を用いる
ようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか
に記載のイオン加速装置。